JPH0844405A - ファジー論理を使用した前後関係予測による許容範囲の制御方法および装置 - Google Patents

ファジー論理を使用した前後関係予測による許容範囲の制御方法および装置

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JPH0844405A
JPH0844405A JP7174949A JP17494995A JPH0844405A JP H0844405 A JPH0844405 A JP H0844405A JP 7174949 A JP7174949 A JP 7174949A JP 17494995 A JP17494995 A JP 17494995A JP H0844405 A JPH0844405 A JP H0844405A
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Meriam Chebre
メリアム・シユブル
Jean Pierre Beauchene
ジヤン−ピエール・ボーシエーヌ
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Societe National Elf Aquitaine
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の分野は工業プラントの物理量を制御
する分野である。本発明の用途は原油処理工業、化学お
よび製紙工業、ならびに、特にガス、発電所および配電
ネットワークにおけるものである。 【解決手段】 本発明によれば、摂動を受ける被制御物
理量の値は作用量を修正することによって２つの限界値
に保たれる。該作用量は下流を安定させるために小さい
幅でなければならなず、摂動を予測するために展開する
ものでなければならない。これは被制御物理量の値、被
制御物理量に関連づけられた２次変数の値、および少な
くとも１つの検出変数または被制御物理量の摂動源にお
ける物理量を表す検出変数の組合せから得られる前後関
係変数の値に基づいて、一連の予め定義された判断規則
に基づいてファジー推論を行うことによって決定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は摂動を受ける被制御
物理量の値を、作用量を修正することによって２つの限
界値の間に維持することからなる制御方法に関する。本
方法によれば、作用量の値は被制御物理量、被制御物理
量の変化の方向と関連づけられた構成２次変数、および
被制御物理量の摂動の原因を表す検出変数の組合せから
計算された前後関係変数の瞬間値を使用して計算され
る。
【０００２】本発明はまた、本方法を実施する装置に関
する。
【０００３】用途は、２つの限界値に維持されるととも
に、摂動を受け、かつ２つの製造区画の間を搬送される
製品の流れを安定させるために、作用量を乱すことがで
きるだけ少ないことが望ましい物理量を制御するシステ
ムを含んでいる製造ユニットを活用するすべての産業、
研究所、および工場におけるものである。石油、化学、
石油化学および製紙工業、発電所、セメント工場、およ
びガラス工場が特に関連している。
【０００４】たとえば、タンク、冷却器、蒸留塔底部の
液体レベル、蒸留塔頂部および分配ネットワークにおけ
るガスの圧力の被制御物理量を挙げることができる。
【０００５】
【従来の技術】物理量を制御する周知の方法および装置
は、作用量の値を修正することによって、被制御物理量
の値を一定な設定点の値に近い値に維持することを目的
としている。制御装置が作用するプロセスが乱された
（ｐｅｒｔｕｒｂｅｄ）場合、作用変数が大きな変動を
受け、これによって、下流に配置されたシステムの作動
が、これらのシステムの使用を困難とする程度まで乱さ
れるという結果となることが認められる。
【０００６】乱された物理量を制御するために、測定可
能な摂動の値を考慮して、被制御物理量の変動の幅を限
定できることも周知であるが、これも作用変数のきわめ
て大きな幅につながるものであり、同じ欠点がある。
【０００７】従来の制御システムの動作を改善するため
に、特に、経験的な専門知識にたよることによって、複
雑なモデリングに置き換わることのできるそれらの実施
を容易にするために、ファジー推論機構を用いた方法が
提案されている。これらの方法のうちの１つが、１９９
３年６月の定期刊行物「HYDROCARBON PROCESSING」に発
表されたK. E. STOLL 、P. A. S. RALSTONおよびS. RAM
AGANESANによる「SIMPLIFY FUZZY CONTROL IMPLEMENTAT
ION 」という記事に記載されている 本書に記載する制御方法は作用量にしたがって、被制御
物理量を一定の設定点の値に維持することからなってい
る。多数の方法においては、被制御量と設定点の間の差
をできるだけ小さいものとすることが望ましいため、作
用量の変動幅がきわめて大きいことが判明している。
【０００８】さらに、この制御方法は製造システムの上
流に含まれている物理量の変動によってもたらされ、作
用量の大きな変動幅によって明らかとなる摂動にきわめ
て敏感なものである。
【０００９】これらの大きな変動幅は次いで、製造ユニ
ットの下流部分の動作をこれらが作動し得なくなるほど
に混乱させるが、これは最終的には、生産の低下ならび
にプロセス操作員に対する多大な作業負荷につながる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、正確
にいえば、これらの欠点を解決することであり、詳細に
いえば、摂動を受ける被制御物理量を、作用量に作用す
るアクチュエータのコマンド値を修正することによって
２つの限界値の間に維持するための方法および装置を提
供することである。この方法およびこの装置によって、
摂動による作用量の変動が、アクチュエータの下流にあ
るシステムにとって認容可能な値まで低下する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、製
造ユニットの作動の特性であり、本ユニットを循環する
流体流を制御するためのバルブの開放値によって表され
る作用量に依存する、摂動を受けている物理量の値を制
御する方法であって、該方法は被制御物理量の値を公称
値のいずれかの側にある２つの限界値の間に維持するた
めに、被制御物理量の瞬間値を使用することによって決
定される作用量の値を修正することからなるタイプのも
のであり、制御のために、被制御物理量の変動方向と関
連づけられた２次構成変数の値、および被制御物理量の
摂動源における物理量を表す少なくとも１つの検出変数
または検出変数の組合せから得られる前後関係変数の値
も使用し、被制御物理量、２次変数、前後関係変数、お
よび作用量に対して、作動範囲と、中央クラスおよび限
界クラスのある一連の特性作動クラスとを規定し、各々
が被制御物理量の１つのクラス、２次変数の１つのクラ
ス、および前後関係変数の１つのクラスを作用変数の１
つのクラスと関連づけることからなる一連の判断規則を
規定し、被制御物理量の値、２次変数の値、および前後
関係変数の値に基づいて一連の判断規則にファジー推論
を行って、作用量の値を得ることによって制御を実施す
ることを特徴とする方法を提供する。
【００１２】他の特徴によれば、本発明は、２次変数が
被制御物理量を時間に関して微分することによって得ら
れることを特徴とする方法を提供する。
【００１３】他の特徴によれば、本発明は、２次変数が
式
【００１４】
【数２】
【００１５】（ただし、Ｅ2 は２次変数を表し、ＤＮは
時間に関する被制御物理量の導関数を表し、｜ＤＮ｜は
ＤＮの絶対値を表す）を適用することによって得られる
ことを特徴とする方法を提供する。
【００１６】他の特徴によれば、本発明は、前後関係変
数の決定が、検出変数の各々の値を決定し、これらの値
の各々に適応時間フィルタ関数を適用し、このようにし
て得られた値を線形に組み合わせ、これらに適応重み付
け係数を割り当てることからなるステップを含んでいる
ことを特徴とする方法を提供する。
【００１７】他の特徴によれば、本発明は、前後関係変
数の決定が、検出変数の各々の値を決定し、これらの値
の各々に適応時間フィルタ関数を適用し、フィルタされ
た変数の各々をファジー変数の形で記述し、得られたフ
ァジー変数を一連の判断規則に組み合わせ、この一連の
規則にファジー推論を行って、前後関係変数を得ること
からなるステップを含んでいることを特徴とする方法を
提供する。
【００１８】他の特徴によれば、本発明は、被制御物理
量、２次変数、前後関係変数、および検出変数が三角ク
ラス・メンバーシップ関数プロファイルによってファジ
ー変数の形で記述され、前記クラスが各作動範囲にわた
って均一に分布されていることを特徴とする方法を提供
する。
【００１９】他の特徴によれば、本発明は、被制御物理
量の公称作動範囲に対応する中央クラスが台形クラス・
メンバーシップ関数プロファイルの助けを借りて記述さ
れていることを特徴とする方法を提供する。
【００２０】他の特徴によれば、本発明は、被制御物理
量の限界クラスの固有限界を修正して、被制御物理量の
限界の近傍に、摂動フェーズの制御の挙動を適応させる
ようにできることを特徴とする方法を提供する。
【００２１】他の特徴によれば、本発明は、２次変数お
よび前後関係変数に対して中央クラスを用いる判断規則
を修正して、被制御物理量の公称値を中心とした制御さ
れた再センタリングを未摂動領域において確実に行える
ようにできることを特徴とする方法を提供する。
【００２２】他の特徴によれば、本発明は、被制御物理
量の限界クラスを用いる判断規則を修正して、被制御物
理量の無条件再センタリングを作動範囲内で確実に行え
るようにできることを特徴とする方法を提供する。
【００２３】本発明の他の目的は、被制御物理量を決定
する作用量を作用させることによって、摂動を受ける被
制御物理量を２つの限界値以内に維持するための制御装
置であって、被制御物理量を測定し、該量の瞬間値を表
す測定信号を出力の１つにもたらすセンサと、被制御物
理量の値の摂動の原因を表す検出変数を構築できるよう
にすると共に、該変数を表す測定信号を出力にもたらす
測定センサと、作用量を制御するための構成要素に関連
づけられたコマンド入力および出力を含む制御可能なア
クチュエータと、被制御量を測定するためのセンサの出
力と、検出変数用のセンサの出力とに接続されており、
被制御物理量及び検出変数をそれぞれ表す信号を出力の
１つに与える測定回路と、測定回路の出力に接続されて
おり、作用量の計算値を出力の１つにもたらす処理装置
と、処理装置に接続されたダイアログ手段と、処理装置
の出力に接続された入力と制御可能なアクチュエータの
コマンド入力に接続された出力とを含んでいるコマンド
回路とを備えている制御装置において、処理装置が、一
方において、少なくとも１つの判断規則テーブルと、被
制御物理量の値、前記被制御物理量の変動方向に関連づ
けられた構成２次量の値、ならびに被制御物理量に摂動
を引き起こす物理量を表す検出変数の組合せから計算さ
れた前後関係変数の値から作用量を計算するプログラム
であって、ファジー推論機構を用いているプログラムと
を収めており、他方において、計算プログラムを実行す
るためのプログラムを収めている記憶手段を含んでいる
ことを特徴とする制御装置である。
【００２４】他の特徴によれば、本発明は、記憶手段が
検出変数の各々の値に適応時間フィルタ関数を適用し、
かつこのようにして得られた値を線形に組み合わせると
ともに、重み付け係数をこれらに割り当てることによっ
て前後関係変数を計算することからなる処理プログラム
を収めていることを特徴とする装置を提供する。
【００２５】他の特徴によれば、本発明は、記憶手段が
検出変数の各々の値に適応時間フィルタ関数を適用し、
このようにして得られた値をファジー推論機構にしたが
って一連の判断規則に使用することによって前後関係変
数を計算することからなる処理プログラムを収めている
ことを特徴とする装置を提供する。
【００２６】第１の実施例によれば、本発明の主題は、
測定回路、コマンド回路および処理装置が自立制御アセ
ンブリを構成することを特徴とする装置である。
【００２７】第２の実施例によれば、本発明の主題は、
測定回路およびコマンド回路が製造ユニットの数値制御
システムの要素であり、処理装置が該数値制御システム
に接続されたコンピュータであり、ダイアログ手段がコ
ンピュータに接続されたコンソールであることを特徴と
する装置である。
【００２８】第３の実施例によれば、本発明の主題は、
測定回路、ダイアログ手段および処理装置が製造ユニッ
トの数値制御システムの要素であることを特徴とする装
置である。
【００２９】本発明は添付図面からよりよく理解されよ
う。
【００３０】
【発明の実施の形態】一般的にいって、本発明の方法お
よび装置は、作用量の変動を最小とするように作用量に
作用することによって摂動を受ける被制御物理量の値を
２つの限界値の間に維持するために使用される。
【００３１】図１に示す本発明の制御装置は次のものを
含んでいる。
【００３２】被制御物理量を測定し、該物理量を表す電
気信号を出力の１つ４にもたらすセンサ１。
【００３３】被制御物理量の摂動の原因を表す検出変数
を決定するために使用される物理量を測定し、検出変数
を表す電気信号を複数の出力５にもたらす複数個のセン
サ２。
【００３４】センサ１の出力４および複数個のセンサ２
の複数の出力５に接続されており、被制御物理量の値お
よび検出変数の値を表す電気信号をディジタル形式で与
える出力８が設けられている測定回路７。
【００３５】測定回路７の出力８に接続されており、記
憶手段１１および実行プロセッサ１０を含んでおり、作
用量の値を表す電気信号を与える出力１３が設けられて
いる処理装置９。
【００３６】処理装置の出力１３に接続された入力、お
よび出力１５が設けられているコマンド回路１４。
【００３７】回路１４の出力１５に接続されたコマンド
入力が設けられている制御可能アクチュエータ１６。
【００３８】ライン１９によって実行プロセッサに接続
されたダイアログ手段１８。
【００３９】センサ１および複数個の測定センサ２は被
制御物理量の値および被制御物理量に摂動を引き起こす
物理量の値をそれぞれ表すアナログ電気信号を与える。
【００４０】測定回路７はセンサ１および複数個のセン
サ２が与えるアナログ電気信号をディジタル電気信号に
変換する。
【００４１】処理装置９の実行プロセッサ１０はライン
８を介して、測定回路７が出力するディジタル電気信号
を受け取る。
【００４２】出力値１３を得るために、プロセッサ１０
は周期的に記憶手段１１に収められたプログラムを実行
する。
【００４３】本発明の方法によれば、作用量の値は次の
ものを使用して決定される。
【００４４】センサ１が測定する被制御物理量の瞬間
値。
【００４５】プロセッサ１０が計算する、被制御物理量
の変動方向に関連づけられた構成２次変数の値。
【００４６】複数個のセンサ２が与える測定値からプロ
セッサ１０によって得られる、被制御物理量に摂動を引
き起こす物理量を表す前後関係変数の値。
【００４７】ダイアログ手段１８によって、被制御物理
量、２次変数、前後関係変数、および作用量、すなわち
これらの量の各々に固有であり、これらが変動する可能
性のある期間についての作動範囲が規定される。
【００４８】一連の特性作動クラスおよび一連の判断規
則がさらに、図１に示されていない特定のダイアログ・
ツールによって規定される。各規則は被制御物理量の値
のクラス、２次変数のクラス、および前後関係変数のク
ラスを作用変数のクラスと関連づける。
【００４９】この一連の判断規則を得るために、第１の
ステップは瞬間値および２次の変数クラスを作用変数と
組み合わせる第１セットの規則を使用して、コントロー
ラの未摂動作動を記述する。
【００５０】このようにして得られたこの第１セットの
規則は次いで、未摂動作動に対応する前後関係変数のク
ラスと関連づけられる。
【００５１】作用量が被制御物理量を安定させる制御法
則に従うことがわかっているので、作用が２次変数によ
って測定された変化を補償するように、作用の方向が常
に選択される。すなわち、選択した作用によって導かれ
る測定量の変化の方向が常に、２次変数によって与えら
れるものと逆となるように、作用の方向が選択される。
【００５２】前後関係変数のクラスと関連づけられた、
摂動を受ける作動に対応する他のセットの判断規則は、
前後関係変数によって予測される効果が被制御物理量の
瞬間値または２次変数の値の効果と逆であれば、作用量
の変動幅が減衰するように、使用される作用クラスを適
応することによってこの第１セットの規則を修正するこ
とによって得られる。被制御物理量の値と関連づけられ
た効果は、被制御量の公称値を中心とした再センタリン
グを促進することに対応している。
【００５３】これによって、２次変数によってもたらさ
れる被制御物理量の変化方向の関数としての作用幅の非
対称性に基づく作用方針がもたらされ、該作用方針によ
って、前後関係変数によって予測される摂動の方向と反
対の方向での被制御物理量の変化を促進することが可能
となるとともに、被制御物理量が許容範囲内に維持され
ることが保証される。
【００５４】このようにして構成されたこれらの規則の
セットによって、作用量の変動について測定された摂動
の効果が従来の制御に比較して急激に減衰するように、
被制御物理量は２つの限界値の間で変化する。
【００５５】これらの判断規則のセットに対応するテー
ブルはすべて記憶装置１１に格納されている。
【００５６】プロセッサ１０には入力回路７の出力８に
おいて、センサ１によって測定された被制御物理量の
値、および複数個のセンサ２によって測定された検出変
数の値がもたらされる。
【００５７】プロセッサ１０は記憶手段に格納されてい
るプログラムを実行し、これによって、プロセッサ１０
はまず、適応アルゴリズムを適用して２次変数の値およ
び前後関係変数の値を決定し、次いで、ファジー推論を
判断規則のセットに実行して、作用変数の値を得る。
【００５８】次いで、プロセッサ１０は作用量の符号化
された値をコマンド回路１４へ転送する。回路１４は作
用量の符号化された値を電気コマンド信号に変換し、該
信号はアクチュエータ１６を活動化させる。
【００５９】本発明の他の特徴によれば、作用量の値の
決定に関与する２次変数は、時間に関して被制御物理量
の値を微分することによって得られるが、これは該量の
変化率を考慮できるようにするものである。
【００６０】本発明の他の特徴によれば、作用量の値の
決定に関与する２次変数は、次の式を適用することによ
って得られる。
【００６１】
【数３】
【００６２】ただし、Ｅ2 は２次変数を表し、ＤＮは時
間に関する被制御物理量の導関数を表し、｜ＤＮ｜はＤ
Ｎの絶対値を表す 本発明の他の特徴によれば、前後関係変数は検出変数の
各々の値を決定し、次いでこれらの値の各々に時間フィ
ルタ関数（ｔｉｍｅ−ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｕｎｃｔ
ｉｏｎ）を適用し、最後にこのようにして得られた値を
線形に組み合わせるとともに、重み付け係数をこれらに
割り当てることによって得られる。
【００６３】検出変数に対する時間フィルタ関数は、前
後関係変数の計算時に、特定の凍結条件が満たされると
同時に、かつ凍結条件を活動化した時点で得られる値を
検出変数が保持している所定の時間枠の間、該変数を活
動化することによって作成される。
【００６４】凍結期間は実験的に決定され、各検出変数
の特性であり、各用途に固有のものである。重み付け係
数および活動化条件にも同じことが当てはまる。
【００６５】本発明の他の特徴によれば、前後関係変数
は次のようにして決定される。検出変数の各々の値を決
定し、次いで、これらの各々に時間フィルタ関数を適用
し、フィルタされた検出変数の各々を次いで、ファジー
変数の形で記述する。
【００６６】このようにして得られたファジー変数は、
ファジー推論が行われる判断規則のセットと組み合わさ
れる。
【００６７】本発明のこの特徴によって、制御の挙動は
予測前後関係の関数として漸進的に調節される。
【００６８】本発明の他の特徴によれば、被制御物理
量、作用変数、前後関係変数、検出変数および作用変数
はファジー変数の形で記述され、三角クラス・メンバー
シップ関数プロファイルは図３および図４に示すように
なる。クラスは各変数の作動範囲全体にわたり均一に分
布する。
【００６９】図３および図４において、ファジー変数の
限界クラスにはＣＥというラベルが、中央クラスにはＣ
Ｃというラベルが、被制御物理量の公称値にはＶＮとい
うラベルが付けられている。
【００７０】本発明の他の特徴によれば、被制御物理量
の公称作動範囲に対応する中央クラスは、台形クラス・
メンバーシップ関数プロファイルを利用して記述され
る。
【００７１】被制御物理量に関して、三角中央クラス・
プロファイルを台形プロファイルと置き換えることによ
って、作用変数の幅の漸進的減衰が被制御物理量の公称
値を中心としたパラメータ化可能な近傍で得られる。こ
のパラメータ化は台形クラスの台形の底辺の幅を調節す
ることによって得られる。
【００７２】本発明の他の特徴によれば、被制御物理量
の値の限界クラスの固有限界は修正されて、この被制御
物理量に対して固定されている限界値に該被制御物理量
が接近したときに、摂動フェーズにおける制御の挙動を
改善する。
【００７３】この特性によって、また摂動が検出された
ときに判断テーブルから選択された作用クラスを考慮す
ることによって、被制御物理量がその公称値から偏倚
し、検出した摂動で考えられる影響を減衰できる良好な
位置決めを行うことが可能となる。この結果を得るため
に、被制御物理量の変化を、被制御物理量の限界クラス
の限度を修正することによって、許容作動範囲内で限度
が調節される範囲内に制限する。
【００７４】本発明の他の特徴によれば、２次変数およ
び前後関係変数に対して中央クラスを用いる判断規則を
修正して、未摂動領域での被制御物理量の公称値を中心
とした制御された再センタリングを確実に行う。この規
則の修正は、被制御物理量の作動限界に近づいたとき
に、作用変数の幅が増加するように作用量のクラスを修
正することと同等である。それ故、未摂動領域におい
て、被制御物理量がその公称値の近傍に配置され、これ
によって、将来の摂動を考慮した最良の位置に配置され
る。
【００７５】本発明の他の特徴によれば、被制御物理量
の限界クラスを用いる判断規則を修正して、限界の近傍
の作動範囲内で被制御物理量の無条件再センタリングを
確実に行う。対称となる規則に対するこれらの修正は、
２次変数と無関係な限界クラスを作用量に課すことから
なっている。
【００７６】図１に示す、本発明の目的を形成する方法
を実現する制御装置の第１実施例によれば、入力回路
７、処理装置９、ダイアログ手段１８およびコマンド回
路１４は自律アセンブリを構成する。
【００７７】該装置の第２実施例によれば、入力回路７
およびコマンド回路１４は製造ユニットの数値制御シス
テムの要素であり、処理装置９は該数値制御システムに
接続されたコンピュータである。
【００７８】該装置の第３実施例によれば、測定回路
７、コマンド回路１４、ダイアログ手段１８および処理
装置９は、数値制御システムの要素である。
【００７９】本発明の応用例 本発明の方法および装置は原油の常圧蒸留塔の頂部にあ
る冷却器のレベルを制御するために適用される。
【００８０】施設は図２に示す以下の要素を含んでい
る。
【００８１】原油供給パイプライン１１１ 原油供給流量を測定し、出力の１つ５ａに該流量を表す
電気信号をもたらすセンサ１１３ 原油用の予熱蒸留器１１４ 複数個のバーナ１１２ 蒸留器１１４の出口における原油の温度を測定し、出力
の１つ５ｂに該温度を表す電気信号をもたらすセンサ１
１５ 原油蒸留塔１１６ 蒸留塔１１６の頂部にある抽出用のライン１１７ 塔頂部還流冷却器１１８ 還流ポンプ１１９ 冷却器１１８から蒸気を抽出するためのライン１２０ ライン１２０からの供給を受けるエア・クーラのファン
１２１ エア・クーラのファン１２１の出口ライン１２２ ファン１２１の冷却力を表すエア・クーラの停止／運転
状態に対するセンサ１２１ｂ 冷却器１２３ 冷却器１２３内の石油レベル１２６を測定するための２
つのタップ１２４および１２５ 冷却器１２３内の石油レベル１２６を測定し、該レベル
を表す電気信号を出力の１つ４にもたらすセンサ１ 冷却器１２３から抜き出すためのライン１２７ 石油１２６を抜き出すためのポンプ１２８ ポンプ１２８の送出ライン１２９ ライン１２９内の石油流量を測定するためのセンサ１３
０ 冷却器１２３内の液体レベルを測定するためのセンサ１
の出力、原油流量を測定するためのセンサ１１３の出力
５ａ、冷却力を表すエア・クーラの作動状態を判定する
ためのセンサ１２１ｂの出力５ｃが接続された入力を備
えているコントローラ１７。さらに、コントローラ１７
は作用量の値を表す電気信号を出力の１つ１５にもたら
す。
【００８２】入力がコントローラ１７の出力１５に接続
されている、ライン１２９内の石油流量を調節するため
のバルブ１６ｂを制御するためのアクチュエータ１６。
【００８３】コントローラ１７は入力回路７、それ自体
が原油常圧蒸留の数値制御システムの要素を備えている
コマンド回路１４、及びプロセッサ１０と記憶手段１１
とダイアログ手段１８とを備えているマイクロコンピュ
ータを備えている。
【００８４】本発明の目的を形成する制御方法および装
置を実施する前に、冷却器１２３内の石油レベルが周知
のアルゴリズム・コントローラによって制御される。こ
の制御はライン１２９内の石油流量を制御するためにバ
ルブ１６ｂを操作することによって、レベルを許容範囲
に安定させることからなっている。
【００８５】バルブ１６ｂにかけられる作用の変動幅Ｄ
Ｆを次式により周期的に決定する。
【００８６】
【数４】
【００８７】上式において、各種の項は次のものを表
す。
【００８８】Ｎ＝石油レベル ＮＬＩＭ＝Ｎの上限値または下限値 ＤＮ＝現在のサンプリングと先行サンプリングの間のＮ
の変動 ＤＴ＝サンプリング期間 Ｋ＝定数 ＮＭＡＸおよびＮＭＩＮはＮＬＩＭの極限値であり、 ＤＮ＞０の場合 ＤＦ（ＮＭＡＸ）＞０ ＤＮ＜０の場合 ＤＦ（ＮＭＩＮ）＜０ ＤＮ＝０の場合 ＤＦ＝０ このアルゴリズムの場合、作用量はレベルの導関数の平
方に比例し、対象となる限界に関する偏差に逆比例す
る。このようにして得られた制御システムのゲインは非
線形であり、レベルの変化方向に関して非対称である。
【００８９】さらに、限界の近傍において、適切な方向
の最大幅の作用補正が課せられ、許容範囲内でのレベル
の再センタリングが確実に行われる。
【００９０】結果はＰＩＤタイプのアルゴリズムで得ら
れるものよりも良好ではあるが、満足できるものではな
い。
【００９１】ライン１２９内の石油流量にきわめて大き
な変動が認められ、これは下流のユニットの作動を混乱
させ、製造される製品の品質を損なう。
【００９２】これらの変動の原因は、原油供給量の変
動、原油の組成の変動、たとえば、バーナの１つが遮断
されたことによって引き起こされた蒸留器１１４の出口
における原油の温度の変動、エア・クーラのファン１２
１によって発生する冷却力の変動であることが判明し
た。
【００９３】これらの摂動が生じた場合、冷却器１２３
内の石油レベルが変化できる限界にきわめて迅速に達
し、現位置での制御ループが切れ、公称値に対応した固
定設定点における比例積分に自動的に切り替えられる。
これには出口での石油流量の変動を目立たせる効果があ
る。
【００９４】本発明の目的を形成する方法および装置を
実施して、冷却器１２３内の石油レベル制御のループ切
れを回避し、かつ摂動源における変動を予め考慮するこ
とにより、またこれらをファジー推論機構で処理するこ
とによってライン１２９内の石油流量の変動を少なくし
た。
【００９５】この特定の用途の場合、被制御物理量はセ
ンサ１で測定した冷却器１２３内の石油レベルであり、
作用量はセンサ１３０によって測定したライン１２９内
の石油流量を制御するためのバルブ１６ｂの位置であ
る。
【００９６】冷却器１２３内の液体レベルにおける摂動
源を表す検出変数は、以下のものから決定される。
【００９７】センサ１１３で測定した、蒸留器１１４へ
供給される原油流量。
【００９８】研究室で決定され、コンソール１８を使っ
て記憶手段１１へ導入された、原油の石油歩留まりで表
される原油の組成。
【００９９】センサ１１５で測定した、蒸留器１１４か
らの出口における原油の温度。
【０１００】エア・クーラ駆動モータの状態を考慮する
センサ１２１ｂで測定した、作動中のエア・クーラの台
数で表されるファン１２１の冷却力。
【０１０１】これら４つの情報項目を組み合わせて、後
述の式にしたがって前後関係変数を得る。
【０１０２】以下の作動範囲を予め規定する。
【０１０３】冷却器１２３内の石油のレベルＮである被
制御物理量に対して、０％、１００％。これは物理的な
目盛りでの２５％と７５％に対応する。
【０１０４】レベルＮの時間導関数ＤＮである２次変数
に対して、−１００％、＋１００％、前後関係変数に対
して、−１００％、＋１００％、制御バルブ１６ｂの位
置である作用量Ｆの変動ＤＦに対して、−１００％、＋
１００％。
【０１０５】次いで、一連の特性クラスを規定する。
【０１０６】冷却器１１３内の石油レベルに対する、図
３に示す５つの均等に分布した三角クラス。破線で表し
た中央クラスＣＣはオプションで、台形を選択すること
ができる。
【０１０７】石油レベルの変動方向に関係づけられた構
成２次変数Ｅ２、前後関係変数、および作用量Ｆの変動
を表す変数ＤＦに対する、図４に示す７つの均等に分布
した三角クラス。
【０１０８】次いで、図５に示す７つの二次元テーブル
からなる三次元テーブルの形で、一連の判断規則を規定
する。
【０１０９】前後関係変数の各々に関して、変数ＤＦの
クラスのテーブル、すなわち７つのテーブルを規定す
る。
【０１１０】これら７つのテーブルの各々は、それぞれ
がレベルＮの５つのクラス、およびレベル変動の方向に
関連づけられた構成２次変数Ｅ２の７つのクラスに対応
している２つの入力を有している。
【０１１１】７つのテーブルを図５に示す。テーブルＴ
０は前後関係変数のクラス０に関連づけられたものであ
り、公称前後関係、すなわち摂動が存在しないことを表
す。
【０１１２】テーブルＴ１、Ｔ２およびＴ３は前後関係
変数のクラス１、２および３と関連づけられている。こ
れらはレベルの増加の予測を表す。
【０１１３】テーブルＴ４、Ｔ５およびＴ６はレベルの
減少の予測を表す。
【０１１４】それぞれの場合に、１つのテーブルが１つ
の判断規則に関連づけられている。
【０１１５】たとえば、次のようになる。
【０１１６】前後関係変数がクラス０（テーブルＴ０、
公称前後関係）に属しており、レベルＮがクラス−１
（かなり低いレベル）に属しており、２次変数Ｅ２がク
ラス２（若干増加したレベル）に属している場合、作用
変数ＤＦの補正はクラス２（流量の補正が中程度の正方
向）に属する。
【０１１７】この規則に関連づけられたセルは図５のテ
ーブルＴ０の２４であり、これは公称前後関係での作動
に対応している。
【０１１８】前後関係変数は次の式によって決定され
る。
【０１１９】
【数５】
【０１２０】ただし、各種の項は以下の意味を有してい
る。
【０１２１】Ｂｉ 検出された偏差の相対重み Ｃｉ 偏差寄与量の活動化条件 Ｅint 検出変数の変動 Ｔｉ 偏差検出の開始の時点 Ｄｉ 検出のための時間フィルタ／活動化凍結の特定
の期間 本明細書の例において、摂動を引き起こす物理量を次の
ようにする。
【０１２２】 ＲＤＴ 原油の成分を表す原油の石油歩留まり ＦＢＲ 原油の流量 ＴＳＴＩＬＬ 蒸留器からの出口における原油の温度 ＡＥＲＯ 作動しているエア・クーラの冷却力 ＤＲＤＴ 処理中の原油と処理済みの原油の間の石
油歩留まりの変動 ＤＢＦＲ ＤＴＳＴＩＬＬは従来のＰ、Ｉコントローラ
によって制御された量ＦＢＲおよびＴＳＴＩＬＬの設定
点の測定変動を表す。
【０１２３】ＤＡＥＲＯは現時点で作動しているエア・
クーラの台数と以前のサンプリング時点で作動していた
台数との間の差を表す。
【０１２４】次の表は各種のパラメータの値を示す。
【０１２５】
【表１】
【０１２６】この表において、Ｆ原油ＳＰは蒸留装置の
入口における原油流量コントローラの設定値であり、Ｔ
ＨＲＥＳＨＯＬＤ ＤＦＢＲおよびＴＨＲＥＳＨＯＬＤ
ＤＴＳＴＩＬＬはそれぞれ、これらを超えると検出変
数が活動化されるＤＦＢＲとＤＴＳＴＩＬＬの値であ
る。
【０１２７】原油の変化は常圧蒸留装置のプロセス操作
員によって確認される。
【０１２８】作動しているエア・クーラの台数は１６台
である。
【０１２９】値ＢｉおよびＤｉは経験的に決定される。
【０１３０】活動化条件Ｃｉが立証されない場合、前後
関係の計算において寄与量Ｅint はゼロである。これに
対し、Ｃｉが立証された場合、偏差Ｅint は図６に示す
ように、次の態様で考慮される。
【０１３１】寄与量Ｅint の値は検出の開始時Ｔｉに測
定した値に、期間Ｄｉの間固定されている。
【０１３２】この期間の間に、Ｅint の固定値よりも大
きなドリフトが時間Ｔｉ以降に検出された場合、寄与量
Ｅint は新しい値に更新され、この値は期間Ｄｉの間凍
結される。
【０１３３】未摂動領域における冷却器内の液体レベル
Ｎの正規値を中心とした制御された再センタリングを確
実に行うために、レベルの導関数および前後関係変数に
対して中央クラスを用いる判断規則が修正される。
【０１３４】これらの修正は図５の表Ｔ０のセル２１、
２２および２３に現れ、これらはそれぞれ値−１、０お
よび１を含むこととなる。修正がない場合、これらの値
はゼロである。
【０１３５】ファジー推論は次の態様で行われる。
【０１３６】活動ファジー規則の条件を組み合わせるた
めに選択された前提集合演算子はＭＩＮ／ＭＡＸ演算子
である。この演算子は規則の前提条件が連続している場
合には、活動入力クラスと関連する最小メンバーシップ
度を選択し、規則の前提が分離している場合には、最大
メンバーシップ度を選択できるようにする。
【０１３７】出力における寄与量はクラスのメンバーシ
ップ関数と、前提集合演算子を適用することによって得
られるメンバーシップ度との積を取ることによって規則
の結論クラス・プロファイルを修正して決定される。
【０１３８】選択されたファジー化解除法（ｄｅｆｕｚ
ｚｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）は重心法であ
り、得られた各種の規則結論クラス・プロファイルから
作用量の値を計算できるようにするものである。
【０１３９】図５で参照符号２４で示す、ＭＩＮ演算子
およびＰＲＯＤＵＣＴ演算子を使用した規則の処理を、
図７に示す。
【０１４０】本明細書の例では、２次変数は次の式によ
り、時間に関する石油レベルの導関数から得られる。
【０１４１】
【数６】
【０１４２】ただし、Ｅ２は２次変数を表し、ＤＮは時
間に関する冷却器の石油レベルＮの導関数を表し、｜Ｄ
Ｎ｜はＤＮの絶対値を表す。
【０１４３】本発明の目的を形成するコントローラによ
って得られる結果は次の通りである。
【０１４４】蒸留装置に供給される原油の品質が変化し
た際に制御のループがとぎれることがない。
【０１４５】石油流量に対する最大補正幅が、９０から
２２０ｔ／時間の石油流量に対して１ｔ／分から３００
ｋｇ／分に低下した。
【０１４６】得られる結果の例は以下の通りである。
【０１４７】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明によるコントローラの略図であ
る。
【図２】本発明の目的を形成する方法および装置が適用
された原油の常圧蒸留のプラントの略図である。
【図３】説明される例における被制御物理量である石油
レベルに対するクラス・プロファイルの図である。
【図４】説明される例に対する２次変数Ｅ２、前後関係
変数、および作用量Ｆの変動ＤＦに対するクラス・プロ
ファイルの図である。
【図５】説明される例に対する判断テーブルの図であ
る。
【図６】検出変数に対する時間フィルタ機構を表す図で
ある。
【図７】前提集合のためのＭＩＮ／ＭＡＸ演算子、規則
の結論におけるＰＲＯＤＵＣＴ演算子、ファジー化解除
のための重心法を表す図である。
【符号の説明】
１，２ センサ ７ 測定回路 ９ 処理装置 １０ 実行プロセッサ １１ 記憶手段 １４ コマンド回路 １６ アクチュエータ １８ ダイアログ手段

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 製造ユニットの作動の特性であり、本ユ
    ニットを循環する流体流を制御するためのバルブの開放
    値によって表される作用量に依存する、摂動を受ける物
    理量の値を制御する方法であって、該方法は被制御物理
    量の値を公称値のいずれかの側にある２つの限界値の間
    に維持するために、被制御物理量の瞬間値を使用するこ
    とによって決定される作用量の値を修正することからな
    るタイプのものであり、制御のために、被制御物理量の
    変動方向と関連づけられた２次構成変数の値、および被
    制御物理量の摂動源における物理量を表す少なくとも１
    つの検出変数または検出変数の組合せから得られる前後
    関係変数の値も使用し、被制御物理量、２次変数、前後
    関係変数、および作用量に対して、作動範囲と、中央ク
    ラスおよび限界クラスのある一連の特性作動クラスとを
    規定し、各々が被制御物理量の１つのクラス、２次変数
    の１つのクラス、および前後関係変数の１つのクラスを
    作用変数の１つのクラスと関連づけることからなる一連
    の判断規則を規定し、被制御物理量の値、２次変数の
    値、および前後関係変数の値に基づいて一連の判断規則
    にファジー推論を行って、作用量の値を得ることによっ
    て制御を実施することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ２次変数が被制御物理量を時間に関して
    微分することによって得られることを特徴とする、請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ２次変数が式 【数１】 （ただし、 Ｅ2 は２次変数を表し、 ＤＮは時間に関する被制御物理量の導関数を表し、 ｜ＤＮ｜はＤＮの絶対値を表す）を適用することによっ
    て得られることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前後関係変数の決定が検出変数の各々の
    値を決定し、これらの値の各々に適応時間フィルタ関数
    を適用し、このようにして得られた値を線形に組み合わ
    せ、これらに適応重み付け係数を割り当てることからな
    るステップを含んでいることを特徴とする、請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前後関係変数の決定が検出変数の各々の
    値を決定し、これらの変数の各々に適応時間フィルタ関
    数を適用し、フィルタされた検出変数の各々をファジー
    変数の形で記述し、得られたファジー変数を一連の判断
    規則に組み合わせ、この一連の規則にファジー推論を行
    って、前後関係変数を得ることからなるステップを含ん
    でいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 被制御物理量、２次変数、前後関係変
    数、および検出変数が三角クラス・メンバーシップ関数
    プロファイルによってファジー変数の形で記述され、前
    記クラスが各作動範囲にわたって均一に分布されている
    ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 被制御物理量の公称作動範囲に対応する
    中央クラスが台形クラス・メンバーシップ関数プロファ
    イルの助けを借りて記述されていることを特徴とする、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 被制御物理量の値の限界クラスの固有限
    界を修正して、被制御物理量の限界の近傍に、摂動フェ
    ーズの制御の挙動を適応させるようにできることを特徴
    とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 ２次変数および前後関係変数に対して中
    央クラスを用いる判断規則を修正して、被制御物理量の
    公称値を中心とした制御された再センタリングを未摂動
    領域で確実に行えるようにできることを特徴とする、請
    求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 被制御物理量の限界クラスを用いる判
    断規則を修正して、被制御物理量の無条件再センタリン
    グを作動範囲内で確実に行えるようにできることを特徴
    とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 被制御物理量を決定する作用量を作用
    させることによって、摂動を受ける被制御物理量を２つ
    の限界値以内に維持するための制御装置であって、 被制御物理量を測定し、該量の瞬間値を表す測定信号を
    出力の１つにもたらすセンサと、 被制御物理量の値の摂動の原因を表す検出変数を構築で
    きるようにすると共に、該変数を表す測定信号を出力に
    もたらす測定センサと、 作用量を制御するための構成要素に関連づけられたコマ
    ンド入力および出力を含む制御可能なアクチュエータ
    と、 被制御物理量を測定するためのセンサの出力と、検出変
    数用のセンサの出力とに接続されており、被制御物理量
    及び検出変数をそれぞれ表す信号を出力の１つに与える
    測定回路と、 測定回路の出力に接続されており、作用量の計算値を表
    す信号を出力の１つにもたらす処理装置と、 処理装置に接続されたダイアログ手段と、 処理装置の出力に接続された入力と制御可能なアクチュ
    エータのコマンド入力に接続された出力とを含んでいる
    コマンド回路とを備えている制御装置において、 処理装置が、一方において、少なくとも１つの判断規則
    テーブルと、被制御物理量の値、前記被制御物理量の変
    動方向に関連づけられた構成２次量の値、ならびに被制
    御物理量に摂動を引き起こす物理量を表す検出変数の組
    合せから計算された前後関係変数の値から作用量を計算
    するプログラムであって、ファジー推論機構を用いてい
    るプログラムとを収めており、他方において、計算プロ
    グラムを実行するためのプログラムを収めている記憶手
    段を含んでいることを特徴とする制御装置。
  12. 【請求項１２】 記憶手段が検出変数の各々の値に適応
    時間フィルタ関数を適用し、かつこのようにして得られ
    た値を線形に組み合わせるとともに、重み付け係数をこ
    れらに割り当てることによって前後関係変数を計算する
    ことからなる処理プログラムを収めていることを特徴と
    する、請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 記憶手段が検出変数の各々の値に適応
    時間フィルタ関数を適用し、このようにして得られた値
    をファジー推論機構にしたがって一連の判断規則に使用
    することによって前後関係変数を計算することからなる
    処理プログラムを収めていることを特徴とする、請求項
    １１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 測定回路、コマンド回路および処理装
    置が自立制御アセンブリを構成することを特徴とする、
    請求項１１から１３のいずれか一項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 測定回路およびコマンド回路が製造ユ
    ニットの数値制御システムの要素であり、処理装置が該
    数値制御システムに接続されたコンピュータであり、ダ
    イアログ手段がコンピュータに接続されたコンソールで
    あることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか
    一項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 測定回路、コマンド回路、ダイアログ
    手段および処理装置が製造ユニットの数値制御システム
    の要素であることを特徴とする、請求項１１から１３の
    いずれか一項に記載の装置。
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