JPH0869302A - 空気分離システムのためのモデル予測制御方法 - Google Patents
空気分離システムのためのモデル予測制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 混乱と設定点限界変化の処理のために被制御
系のより迅速な応答を可能にする改善された制御方法を
提供することである。 【解決手段】 極低温空気分離システムが中間産出物お
よび出力産出物の両方を発生する。中間産出物が出力産
出物よりも先に発生され、出力産出物の測定値変化が中
間産出物測定値のより前の変化と相互に関係付けられ
る。プロセスは複数の独立変化可能な現象に応答する。
本装置は中間産出物尺度、出力産出物尺度および独立変
化可能現象尺度の提供のための分析機器を有する。制御
プロセッサは、独立変化可能現象およびそれに代わる出
力予測値に基づいて中間産出物尺度を予測する。差分が
中間産出物の現在予測値と中間産出物の尺度との間で決
定される。プロセッサは、出力産出物の現在および将来
値の両方を別途予測し、制御動作が出力産出物に関して
行われるようにし、出力産出物の不純物を制御するた
め、この中間産出物予測誤差に応答する。
系のより迅速な応答を可能にする改善された制御方法を
提供することである。 【解決手段】 極低温空気分離システムが中間産出物お
よび出力産出物の両方を発生する。中間産出物が出力産
出物よりも先に発生され、出力産出物の測定値変化が中
間産出物測定値のより前の変化と相互に関係付けられ
る。プロセスは複数の独立変化可能な現象に応答する。
本装置は中間産出物尺度、出力産出物尺度および独立変
化可能現象尺度の提供のための分析機器を有する。制御
プロセッサは、独立変化可能現象およびそれに代わる出
力予測値に基づいて中間産出物尺度を予測する。差分が
中間産出物の現在予測値と中間産出物の尺度との間で決
定される。プロセッサは、出力産出物の現在および将来
値の両方を別途予測し、制御動作が出力産出物に関して
行われるようにし、出力産出物の不純物を制御するた
め、この中間産出物予測誤差に応答する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は空気分離システム
のための改善された制御方法に関するものであり、詳述
すると、改善された産出物の不純物制御の提供のため、
空気分離プロセス測定値の将来の動的な応答予測のため
の改善方法に関するものである。
のための改善された制御方法に関するものであり、詳述
すると、改善された産出物の不純物制御の提供のため、
空気分離プロセス測定値の将来の動的な応答予測のため
の改善方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルゴンは１％モル分率よりもわずかに
小さい割合で存在する空気の構成成分である。図１には
ガス状酸素、ガス状窒素および液体窒素の発生のための
極低温空気分離システムが図示されている。アルゴンも
また極低温空気分離プロセスの産出物でありそして産出
物のアルゴンの不純物調整がアルゴン製造の最適化およ
びプロセスの動作安全性にとって重大である。図１のシ
ステムにおいて、空気は最初圧縮機１０において約５〜
６気圧に圧縮され、精製されそして高圧力塔１２に送ら
れ、ここで、空気供給物は粗製酸素からなる液状部分お
よび実質的に純粋な窒素への予備的な分離を受ける。窒
素流出物の一部がパイプ１４を経て高圧力産出物のガス
状窒素出力部１６へ伝達される。窒素流出物の残部は、
凝縮器／リボイラにおいて凝縮され、熱交換器２０にお
いて予備冷却され、そして低圧力塔２４の頂部へ液状の
還流として提供される。酸素、アルゴンおよび窒素を含
む高圧力塔１２からの液状酸素部分はパイプ１８を経
て、熱交換器２０、凝縮器２２を通じて低圧力塔２４の
側方供給に向けて送り込まれる。外部から供給される液
体窒素流入物もまたパイプ２５を経て低圧力容器２４へ
送り込まれる。
小さい割合で存在する空気の構成成分である。図１には
ガス状酸素、ガス状窒素および液体窒素の発生のための
極低温空気分離システムが図示されている。アルゴンも
また極低温空気分離プロセスの産出物でありそして産出
物のアルゴンの不純物調整がアルゴン製造の最適化およ
びプロセスの動作安全性にとって重大である。図１のシ
ステムにおいて、空気は最初圧縮機１０において約５〜
６気圧に圧縮され、精製されそして高圧力塔１２に送ら
れ、ここで、空気供給物は粗製酸素からなる液状部分お
よび実質的に純粋な窒素への予備的な分離を受ける。窒
素流出物の一部がパイプ１４を経て高圧力産出物のガス
状窒素出力部１６へ伝達される。窒素流出物の残部は、
凝縮器／リボイラにおいて凝縮され、熱交換器２０にお
いて予備冷却され、そして低圧力塔２４の頂部へ液状の
還流として提供される。酸素、アルゴンおよび窒素を含
む高圧力塔１２からの液状酸素部分はパイプ１８を経
て、熱交換器２０、凝縮器２２を通じて低圧力塔２４の
側方供給に向けて送り込まれる。外部から供給される液
体窒素流入物もまたパイプ２５を経て低圧力容器２４へ
送り込まれる。
【０００３】窒素、アルゴン、および酸素の相対的揮発
度によりアルゴンが低圧力塔２４の中間ストリッピング
部に蓄積し、ここでアルゴンは側部アルゴン塔２６のた
めの供給物部分の形成のため抜き取られる。ガス状窒素
が低圧力塔２４の頂部から回収されそしてガス状酸素お
よび液状酸素が低圧力塔底部から回収される。
度によりアルゴンが低圧力塔２４の中間ストリッピング
部に蓄積し、ここでアルゴンは側部アルゴン塔２６のた
めの供給物部分の形成のため抜き取られる。ガス状窒素
が低圧力塔２４の頂部から回収されそしてガス状酸素お
よび液状酸素が低圧力塔底部から回収される。
【０００４】アルゴン蒸気流がアルゴン塔２６の頂部か
ら抜き取られそして凝縮器２２において凝縮される。ア
ルゴン蒸気流の一部が凝縮器２２から抜き取られそして
出力部２８において産出物のアルゴン流として吐出され
る。図１に示されるシステムの動作の別途詳細は本出願
と同じ譲受人に譲渡されたHowardらによる米国特許第5,
313,800 号において見出すことができる。
ら抜き取られそして凝縮器２２において凝縮される。ア
ルゴン蒸気流の一部が凝縮器２２から抜き取られそして
出力部２８において産出物のアルゴン流として吐出され
る。図１に示されるシステムの動作の別途詳細は本出願
と同じ譲受人に譲渡されたHowardらによる米国特許第5,
313,800 号において見出すことができる。
【０００５】産出物アルゴンの不純物調整がアルゴン製
造の最適化にとって重大でありそして、接続される種々
の分析機器（Ａ）からの複数測定値を入力として受け取
りそして制御機器（図示せず）へのプロセス制御および
調整命令を発行するプロセス制御コンピュータ３０の動
作によって実現される。
造の最適化にとって重大でありそして、接続される種々
の分析機器（Ａ）からの複数測定値を入力として受け取
りそして制御機器（図示せず）へのプロセス制御および
調整命令を発行するプロセス制御コンピュータ３０の動
作によって実現される。
【０００６】低圧力塔２４からのプロセス測定値が、適
当に評価される場合に、出力部２８における産出物アル
ゴンの不純物の後続の動的応答についての情報を提供す
る。低圧力塔２４における一定測定値が、異なる時間に
おいてであるが、どんな変化がプロセス中に発生してい
るかについての類似の情報を提供するという点で、産出
物のアルゴン流２８の測定値と部分的に重複する。これ
ら測定値が部分的に重複するのでそしてこれら測定値の
独立した変化の発生のため一般的に操作可能とされる変
数または変数の組合せが存在しないのでかかる測定され
る性質は独立して制御できない。
当に評価される場合に、出力部２８における産出物アル
ゴンの不純物の後続の動的応答についての情報を提供す
る。低圧力塔２４における一定測定値が、異なる時間に
おいてであるが、どんな変化がプロセス中に発生してい
るかについての類似の情報を提供するという点で、産出
物のアルゴン流２８の測定値と部分的に重複する。これ
ら測定値が部分的に重複するのでそしてこれら測定値の
独立した変化の発生のため一般的に操作可能とされる変
数または変数の組合せが存在しないのでかかる測定され
る性質は独立して制御できない。
【０００７】産出物のアルゴン窒素の不純物制御を取り
扱いそして段階制御ないしカスケード制御の手順を含む
従来技術の方法が図２に示されており、ここで産出物の
アルゴン窒素内容量がアルゴン塔供給物のアルゴン内容
量制御部にカスケード接続される。窒素内容量がアルゴ
ン内容量の設定点操作により制御される。アルゴン内容
量はこれとは対照的に、低圧力塔ガス状酸素の産出物流
操作により制御される。この構成は、緩慢応答の産出物
アルゴン窒素内容量制御機器が迅速応答の供給アルゴン
内容量制御機器に計算設定点を提供するのを可能にす
る。
扱いそして段階制御ないしカスケード制御の手順を含む
従来技術の方法が図２に示されており、ここで産出物の
アルゴン窒素内容量がアルゴン塔供給物のアルゴン内容
量制御部にカスケード接続される。窒素内容量がアルゴ
ン内容量の設定点操作により制御される。アルゴン内容
量はこれとは対照的に、低圧力塔ガス状酸素の産出物流
操作により制御される。この構成は、緩慢応答の産出物
アルゴン窒素内容量制御機器が迅速応答の供給アルゴン
内容量制御機器に計算設定点を提供するのを可能にす
る。
【０００８】詳述すると、産出物アルゴン窒素測定内容
量が最小目標および最大目標と比較され（決定ボックス
４０）、これらの目標値間にあれば、アルゴン窒素内容
量設定点は測定された現在のアルゴン窒素測定内容量と
等しく設定される（ボックス４２）。もしアルゴン窒素
内容量が目標値間になければ、アルゴン窒素内容量設定
点は最も近傍の目標限界値と等しく設定される（ボック
ス４３）。手順は、現在測定値および選択アルゴン窒素
内容量設定点に基づき、制御計算部（ボックス４４）へ
移動する。この制御計算部出力はアルゴン窒素内容量を
その設定点に駆動するところのアルゴン塔供給物アルゴ
ン設定点である。
量が最小目標および最大目標と比較され（決定ボックス
４０）、これらの目標値間にあれば、アルゴン窒素内容
量設定点は測定された現在のアルゴン窒素測定内容量と
等しく設定される（ボックス４２）。もしアルゴン窒素
内容量が目標値間になければ、アルゴン窒素内容量設定
点は最も近傍の目標限界値と等しく設定される（ボック
ス４３）。手順は、現在測定値および選択アルゴン窒素
内容量設定点に基づき、制御計算部（ボックス４４）へ
移動する。この制御計算部出力はアルゴン窒素内容量を
その設定点に駆動するところのアルゴン塔供給物アルゴ
ン設定点である。
【０００９】計算された供給物アルゴン内容量設定点
は、アルゴン塔供給物アルゴン測定内容量をも入力とし
て有する供給物アルゴン内容量の制御計算手順部へ引き
続き送られる（ボックス４６）。制御計算出力はアルゴ
ン流における窒素内容量変化を可能にするための酸素流
変化値である。別途の補償が塔空気流測定変化に応答し
て生ずる（ボックス４８）。酸素流変化と塔空気流変化
の結果として要求される任意補償とが加算部４９におい
て足し合わされる。出力は、酸素流制御機器への計算さ
れた出力流設定点変化である。
は、アルゴン塔供給物アルゴン測定内容量をも入力とし
て有する供給物アルゴン内容量の制御計算手順部へ引き
続き送られる（ボックス４６）。制御計算出力はアルゴ
ン流における窒素内容量変化を可能にするための酸素流
変化値である。別途の補償が塔空気流測定変化に応答し
て生ずる（ボックス４８）。酸素流変化と塔空気流変化
の結果として要求される任意補償とが加算部４９におい
て足し合わされる。出力は、酸素流制御機器への計算さ
れた出力流設定点変化である。
【００１０】図２に示されるごとく、組み合わさって供
給物アルゴン内容量設定点を提供するボックス４０、４
２、４３および４４を含む第１のループと、アルゴン内
容量設定点に基づいて、産出物のアルゴン窒素内容量制
御のため酸素流設定点を計算する第２のループとを含
む。図２に示されるカスケード制御は、第１ループに計
算される目標を第１ループプロセス応答時間内に良好に
達成する第２ループに依存する。もし第１ループが第２
ループの応答の完了前に調整を行えば、カスケード制御
機器は互いに格闘しそしてシステムの性能を低下させ
る。
給物アルゴン内容量設定点を提供するボックス４０、４
２、４３および４４を含む第１のループと、アルゴン内
容量設定点に基づいて、産出物のアルゴン窒素内容量制
御のため酸素流設定点を計算する第２のループとを含
む。図２に示されるカスケード制御は、第１ループに計
算される目標を第１ループプロセス応答時間内に良好に
達成する第２ループに依存する。もし第１ループが第２
ループの応答の完了前に調整を行えば、カスケード制御
機器は互いに格闘しそしてシステムの性能を低下させ
る。
【００１１】上述のごとく、アルゴン塔供給物アルゴン
内容量に応答の制御動作が好ましい。なぜなら、かかる
変数は、産出物のアルゴン窒素内容量よりも相当に迅速
にプロセスの混乱に応答するからである。ところが２つ
の量、すなわち産出物のアルゴン窒素内容量とアルゴン
塔供給物アルゴン内容量、は本質的に従属変数であり、
その独立制御は不可能である。
内容量に応答の制御動作が好ましい。なぜなら、かかる
変数は、産出物のアルゴン窒素内容量よりも相当に迅速
にプロセスの混乱に応答するからである。ところが２つ
の量、すなわち産出物のアルゴン窒素内容量とアルゴン
塔供給物アルゴン内容量、は本質的に従属変数であり、
その独立制御は不可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
一つの目的は混乱と設定点限界変化の処理のために、被
制御系のより迅速な応答を可能にする改善された制御手
順の提供である。
一つの目的は混乱と設定点限界変化の処理のために、被
制御系のより迅速な応答を可能にする改善された制御手
順の提供である。
【００１３】本発明の他の目的は、出力の産出物測定値
変化の予測のためにプロセスの中間産出物の測定変化を
使用することである。
変化の予測のためにプロセスの中間産出物の測定変化を
使用することである。
【００１４】本発明のさらに別の目的は、アルゴン窒素
内容量がアルゴン塔供給物アルゴン内容量測定値または
産出物の酸素の不純物測定値から誘導される予測推定値
の結果としてより正確に制御される改善された空気分離
制御プロセスを提供することである。
内容量がアルゴン塔供給物アルゴン内容量測定値または
産出物の酸素の不純物測定値から誘導される予測推定値
の結果としてより正確に制御される改善された空気分離
制御プロセスを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】極低温空気分離プロセス
は中間産出物と出力産出物の両方を発生する。中間産出
物は出力産出物よりも早い時期に製造されそして出力産
出物変化はより前の中間産出物測定値変化と相互に関係
する。プロセスは複数の独立変化可能な現象に応答す
る。本装置は中間産出物および出力産出物の基準ないし
尺度および独立変化可能な現象の提供のために分析機器
を包含する。制御プロセッサが独立変化可能現象および
これに代わる出力予測値に基づいて中間産出物基準を予
測する。差分は、予測誤差到達のため、中間産出物基準
と中間産出物のための現在予測値との間にて決定され
る。プロセッサは、制御動作が出力産出物中の不純物制
御のため出力産出物に関して行われ得るよう、出力産出
物の現在値および将来値の両方の別途の予測のためこの
中間産出物予測誤差に応答する。
は中間産出物と出力産出物の両方を発生する。中間産出
物は出力産出物よりも早い時期に製造されそして出力産
出物変化はより前の中間産出物測定値変化と相互に関係
する。プロセスは複数の独立変化可能な現象に応答す
る。本装置は中間産出物および出力産出物の基準ないし
尺度および独立変化可能な現象の提供のために分析機器
を包含する。制御プロセッサが独立変化可能現象および
これに代わる出力予測値に基づいて中間産出物基準を予
測する。差分は、予測誤差到達のため、中間産出物基準
と中間産出物のための現在予測値との間にて決定され
る。プロセッサは、制御動作が出力産出物中の不純物制
御のため出力産出物に関して行われ得るよう、出力産出
物の現在値および将来値の両方の別途の予測のためこの
中間産出物予測誤差に応答する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明を図１に概略図示の空気分
離プロセスの叙述において説明する。しかし本発明は極
低温空気分離プロセスにおける他の応用および他のプロ
セスに適用できることに理解されたい。本発明は、従来
技術において示されるごときプロセス装置にあることが
想定されるプロセス制御手段への入力の達成に関するも
のであることを理解されたい。
離プロセスの叙述において説明する。しかし本発明は極
低温空気分離プロセスにおける他の応用および他のプロ
セスに適用できることに理解されたい。本発明は、従来
技術において示されるごときプロセス装置にあることが
想定されるプロセス制御手段への入力の達成に関するも
のであることを理解されたい。
【００１７】図３はアルゴン流出量２８（図１参照）か
ら産出物アルゴン窒素量についての将来の応答予測に到
達する際の本発明方法を図示する高レベルの流れ図であ
る。この将来応答予測は従来技術と比較した場合に改善
された正確さを与える。将来の応答予測は、設定点から
の過渡的偏差の正確な決定によりさらに改善されるそし
てさらに最適化されるプロセス調整動作の決定に引き続
き使用される。プロセス調整動作の引き続く計算方法は
当業者に知られており、これ以上説明しないものとす
る。
ら産出物アルゴン窒素量についての将来の応答予測に到
達する際の本発明方法を図示する高レベルの流れ図であ
る。この将来応答予測は従来技術と比較した場合に改善
された正確さを与える。将来の応答予測は、設定点から
の過渡的偏差の正確な決定によりさらに改善されるそし
てさらに最適化されるプロセス調整動作の決定に引き続
き使用される。プロセス調整動作の引き続く計算方法は
当業者に知られており、これ以上説明しないものとす
る。
【００１８】産出物のアルゴン窒素内容量予測方法がそ
の主たる入力として、（低圧力塔２４とアルゴン塔間の
供給路３０からの）アルゴン塔供給物アルゴン測定内容
量と、アルゴン塔供給物アルゴン内容量または産出物の
アルゴン窒素内容量に影響する他の独立変化可能な測定
値と、産出物アルゴン窒素測定内容量とを使用する。こ
れら入力は、プロセス制御コンピュータ３０が産出物の
アルゴン塔供給アルゴン量のための予測誤差推定プロセ
スを実行（ボックス５０）するのに使用される。ボック
ス５０において後に続く手続の詳細が以下で図４に関し
て叙述する。
の主たる入力として、（低圧力塔２４とアルゴン塔間の
供給路３０からの）アルゴン塔供給物アルゴン測定内容
量と、アルゴン塔供給物アルゴン内容量または産出物の
アルゴン窒素内容量に影響する他の独立変化可能な測定
値と、産出物アルゴン窒素測定内容量とを使用する。こ
れら入力は、プロセス制御コンピュータ３０が産出物の
アルゴン塔供給アルゴン量のための予測誤差推定プロセ
スを実行（ボックス５０）するのに使用される。ボック
ス５０において後に続く手続の詳細が以下で図４に関し
て叙述する。
【００１９】予測誤差推定装置（ボックス５０）からの
出力は、現在および将来のアルゴン塔供給物アルゴン内
容量予測誤差推定値を含む。これら予測誤差は、アルゴ
ン塔供給物アルゴン測定内容量と比較される場合、アル
ゴン塔供給物内の現在および将来のアルゴン内容量の以
前の決定推定値間の差分を明示する。予測誤差が発生さ
れそして産出物アルゴン窒素内容量の動的応答予測モデ
ル（ボックス５２）に送られる。このモデルは、（アル
ゴン塔２６からの）産出物アルゴン窒素内容量を、窒素
内容量がそれに依存するところの独立変化可能測定値と
（ボックス５０において決定される）アルゴン塔供給物
アルゴン内容量の現在予測誤差および推定将来予測誤差
に基づいて計算する。予測誤差入力は、アルゴン窒素量
変化が他の独立変化可能な測定値から検出され得るであ
ろうよりも前の時点にかかる変化の予想を可能にする。
出力は、現在および将来のアルゴン塔供給物アルゴン内
容量予測誤差推定値を含む。これら予測誤差は、アルゴ
ン塔供給物アルゴン測定内容量と比較される場合、アル
ゴン塔供給物内の現在および将来のアルゴン内容量の以
前の決定推定値間の差分を明示する。予測誤差が発生さ
れそして産出物アルゴン窒素内容量の動的応答予測モデ
ル（ボックス５２）に送られる。このモデルは、（アル
ゴン塔２６からの）産出物アルゴン窒素内容量を、窒素
内容量がそれに依存するところの独立変化可能測定値と
（ボックス５０において決定される）アルゴン塔供給物
アルゴン内容量の現在予測誤差および推定将来予測誤差
に基づいて計算する。予測誤差入力は、アルゴン窒素量
変化が他の独立変化可能な測定値から検出され得るであ
ろうよりも前の時点にかかる変化の予想を可能にする。
【００２０】ボックス５２の手続による出力は、産出物
アルゴン窒素内容量のモデル予測現在値と将来の産出物
アルゴン窒素内容量の過渡応答予測を提供する一組の値
とである。予測される産出物アルゴン窒素内容量は、工
学技術単位の入力設定点との比較のため、工学技術単位
に変換される。産出物のアルゴン窒素内容量のモデル予
測現在値は、産出物アルゴン窒素測定量と同様にボック
ス５４に送られる。ここで、産出物アルゴン窒素測定内
容量が許容できる測定限界内にあるかどうかが決定され
る。もし限界内であれば、産出物アルゴン窒素測定内容
量が後続のプロセス制御計算のために選択される。もし
限界内になければ、産出物のアルゴン窒素内容量のモデ
ル予測現在値が使用される。この選択動作は、システム
に修正不足または修正過剰を招くであろう不正確な産出
物アルゴン窒素測定内容量の使用を回避する。こうし
て、ボックス５４に図示されるごとく、産出物アルゴン
窒素内容量の制御値選択装置はいずれの窒素内容量値を
使用するか決定する。
アルゴン窒素内容量のモデル予測現在値と将来の産出物
アルゴン窒素内容量の過渡応答予測を提供する一組の値
とである。予測される産出物アルゴン窒素内容量は、工
学技術単位の入力設定点との比較のため、工学技術単位
に変換される。産出物のアルゴン窒素内容量のモデル予
測現在値は、産出物アルゴン窒素測定量と同様にボック
ス５４に送られる。ここで、産出物アルゴン窒素測定内
容量が許容できる測定限界内にあるかどうかが決定され
る。もし限界内であれば、産出物アルゴン窒素測定内容
量が後続のプロセス制御計算のために選択される。もし
限界内になければ、産出物のアルゴン窒素内容量のモデ
ル予測現在値が使用される。この選択動作は、システム
に修正不足または修正過剰を招くであろう不正確な産出
物アルゴン窒素測定内容量の使用を回避する。こうし
て、ボックス５４に図示されるごとく、産出物アルゴン
窒素内容量の制御値選択装置はいずれの窒素内容量値を
使用するか決定する。
【００２１】選択される窒素値には、制御計画において
の使用のため非直線性スケール変換が課される。ボック
ス５４における手続は窒素内容量の将来応答の予測計画
に適用されるフィードバック予測修正量の修正のために
後に使用される産出物のアルゴン窒素内容量のフィルタ
定数を別途出力する。次に、ボックス５２、５４からの
誘導値はボックス５６に送られ、ここで、将来の応答予
測フィードバック修正が産出物のアルゴン窒素内容量値
のために計算される。詳述すると、予測値の軌跡が、予
測値により定められる曲線が現在測定値により一層近く
移動されるよう「回転」される。
の使用のため非直線性スケール変換が課される。ボック
ス５４における手続は窒素内容量の将来応答の予測計画
に適用されるフィードバック予測修正量の修正のために
後に使用される産出物のアルゴン窒素内容量のフィルタ
定数を別途出力する。次に、ボックス５２、５４からの
誘導値はボックス５６に送られ、ここで、将来の応答予
測フィードバック修正が産出物のアルゴン窒素内容量値
のために計算される。詳述すると、予測値の軌跡が、予
測値により定められる曲線が現在測定値により一層近く
移動されるよう「回転」される。
【００２２】ボックス５６からの出力は産出物のアルゴ
ン窒素量のための修正された将来応答予測である（ボッ
クス５８）。この出力は変換スケールにおいて窒素制御
実現のため独立変数変化のための制御計画によって使用
される。
ン窒素量のための修正された将来応答予測である（ボッ
クス５８）。この出力は変換スケールにおいて窒素制御
実現のため独立変数変化のための制御計画によって使用
される。
【００２３】アルゴン塔供給物アルゴン内容量の予測誤
差が推定されるところのプロセス（ボックス５０）は図
４で以下に説明する。動的応答モデル（ボックス７０）
が予測誤差推定装置の主要要素を形成しそして低圧力塔
２４からのアルゴン出力に影響する複数の測定値のうち
の任意のものを使用するよう構成し得る。これらの測定
値は、塔空気測定流（ボックス７２）、ガス酸素測定流
（ボックス７４）、液体窒素付加測定流（ボックス７
６）アルゴン塔供給物測定流（ボックス７８）、検出さ
れる空気の事前精製の混乱（ボックス７８）およびアル
ゴン塔供給物アルゴン内容量に影響する他の独立変化可
能な測定値（ボックス８２）である。
差が推定されるところのプロセス（ボックス５０）は図
４で以下に説明する。動的応答モデル（ボックス７０）
が予測誤差推定装置の主要要素を形成しそして低圧力塔
２４からのアルゴン出力に影響する複数の測定値のうち
の任意のものを使用するよう構成し得る。これらの測定
値は、塔空気測定流（ボックス７２）、ガス酸素測定流
（ボックス７４）、液体窒素付加測定流（ボックス７
６）アルゴン塔供給物測定流（ボックス７８）、検出さ
れる空気の事前精製の混乱（ボックス７８）およびアル
ゴン塔供給物アルゴン内容量に影響する他の独立変化可
能な測定値（ボックス８２）である。
【００２４】動的応答モデルは、現在のアルゴン塔供給
物アルゴン内容量予測値と将来のアルゴン塔供給物アル
ゴン内容量予測値の両方が出力され得るよう上述の測定
入力（すなわちボックス７２、７４、７６、７８および
８０）の各々から一つまたはそれ以上の値を包含する。
将来値は特定される将来の時間窓にわたり予測される。
物アルゴン内容量予測値と将来のアルゴン塔供給物アル
ゴン内容量予測値の両方が出力され得るよう上述の測定
入力（すなわちボックス７２、７４、７６、７８および
８０）の各々から一つまたはそれ以上の値を包含する。
将来値は特定される将来の時間窓にわたり予測される。
【００２５】種々の動的応答モデルが適用可能である
が、好ましいモデルは以下の数１の形式の直線性時系列
モデルである。
が、好ましいモデルは以下の数１の形式の直線性時系列
モデルである。
【００２６】
【数１】 ここで、制御動作がない場合のプロセス応答推定を得る
ためにすべてのｋ−ｊ（＞０）についてΔｕ（ｉ，ｋ−
ｊ）＝０である。ここに、ｋは、推定がそれについて行
われるところのサンプル間隔である（ｋ＝０は現在時間
を与える）。ｙ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔
「ｋ」における低圧力塔純度測定値の予測値である。Δ
ｕ（ｉ，ｋ−ｊ）は、サンプル間隔「ｋ−ｊ」における
独立変数「ｉ」のサンプル間変化である。負の「ｋ−
ｊ」値は以前の値を指示し、そして正の「ｋ−ｊ」値は
将来生じ得る変化を指示する。ｈ（ｉ、ｊ）は、プロセ
スの実験的な試験から得られるあるいは推定されるモデ
ルのステップ応答係数である。Ｎは、予測推定がそれに
ついて行われるところのサンプル期間の数である。Ｍ
は、任意独立変数のある変化がｙ（ｋ）に対する過渡的
影響を以前として発生できるサンプル期間の最大数であ
る。Ｉは、独立変数の数である。ｙm は、低圧力塔供給
物アルゴン内容量の現在測定値である。ｈ（ｉ、ｊ）に
ついての値は実験によって得られそしてサンプル期間が
２分の場合、Ｎ＝Ｍ＝１２０であるのが好ましい。
ためにすべてのｋ−ｊ（＞０）についてΔｕ（ｉ，ｋ−
ｊ）＝０である。ここに、ｋは、推定がそれについて行
われるところのサンプル間隔である（ｋ＝０は現在時間
を与える）。ｙ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔
「ｋ」における低圧力塔純度測定値の予測値である。Δ
ｕ（ｉ，ｋ−ｊ）は、サンプル間隔「ｋ−ｊ」における
独立変数「ｉ」のサンプル間変化である。負の「ｋ−
ｊ」値は以前の値を指示し、そして正の「ｋ−ｊ」値は
将来生じ得る変化を指示する。ｈ（ｉ、ｊ）は、プロセ
スの実験的な試験から得られるあるいは推定されるモデ
ルのステップ応答係数である。Ｎは、予測推定がそれに
ついて行われるところのサンプル期間の数である。Ｍ
は、任意独立変数のある変化がｙ（ｋ）に対する過渡的
影響を以前として発生できるサンプル期間の最大数であ
る。Ｉは、独立変数の数である。ｙm は、低圧力塔供給
物アルゴン内容量の現在測定値である。ｈ（ｉ、ｊ）に
ついての値は実験によって得られそしてサンプル期間が
２分の場合、Ｎ＝Ｍ＝１２０であるのが好ましい。
【００２７】動的応答モデル（ボックス７０）から決定
されるアルゴン塔供給物アルゴン内容量の現在予測値は
現在のアルゴン塔供給物アルゴン測定量と比較される
（ボックス８４）。この比較は供給物アルゴン測定内容
量に基づいて現在予測観測誤差である差分値を発生する
加算器８６において生ずる。
されるアルゴン塔供給物アルゴン内容量の現在予測値は
現在のアルゴン塔供給物アルゴン測定量と比較される
（ボックス８４）。この比較は供給物アルゴン測定内容
量に基づいて現在予測観測誤差である差分値を発生する
加算器８６において生ずる。
【００２８】現在のアルゴン塔供給物アルゴン内容量予
測誤差は、塔起動、予測リセットまたは独立測定値の履
歴損失のような動作条件により例外的に大きくなる。か
かる条件のもとでは、予測が有効であることが期待され
ずそして現在予測誤差および予測誤差の将来推定値が両
方ともゼロとされる（ボックス９０）。決定ボックス８
８で行われる有効性決定は、とりわけ、どれぐらいの時
間モデルがランしているかどうかに基づく。
測誤差は、塔起動、予測リセットまたは独立測定値の履
歴損失のような動作条件により例外的に大きくなる。か
かる条件のもとでは、予測が有効であることが期待され
ずそして現在予測誤差および予測誤差の将来推定値が両
方ともゼロとされる（ボックス９０）。決定ボックス８
８で行われる有効性決定は、とりわけ、どれぐらいの時
間モデルがランしているかどうかに基づく。
【００２９】決定ボックス８８が、アルゴン塔供給物ア
ルゴン内容量予測は有効であることが予想されることを
指示すれば、観測される予測誤差はモデル化されないプ
ロセス擾乱によるものでありそして最近の予測リセット
などのモデル変則性によるものでないという信頼性（す
なわち確率）を表わす定数（すなわち予測信頼度乗数）
が現在予測誤差に掛け合わされる（ボックス９１）。予
測信頼度乗数（ボックス９２）は、ゼロと１との間の値
として与えられそして通常１に近い値を有する。この定
数は、それにゼロに近い値が割り当てられそして一つの
予測窓にわたりその最大値へと緩慢に増大される予測リ
セットや塔起動などの特別プロセス条件期間中を除い
て、１に近い値に設定されるのが好ましい。他の特別の
プロセス条件（たとえば、一定の塔のプロセス混乱条件
の検出など）のもとでは、乗数の値は、予測誤差が掛け
合わされるとき高い確率で後の産出物アルゴン窒素内容
量変化と相関関係のある関数に設定される。こうして、
予測信頼度乗数は一般に１に設定されるけれども、乗数
値訂正の能力は制御方法（そして予測される応答）をよ
り良好に特別プロセス条件に対処できるようにする。
ルゴン内容量予測は有効であることが予想されることを
指示すれば、観測される予測誤差はモデル化されないプ
ロセス擾乱によるものでありそして最近の予測リセット
などのモデル変則性によるものでないという信頼性（す
なわち確率）を表わす定数（すなわち予測信頼度乗数）
が現在予測誤差に掛け合わされる（ボックス９１）。予
測信頼度乗数（ボックス９２）は、ゼロと１との間の値
として与えられそして通常１に近い値を有する。この定
数は、それにゼロに近い値が割り当てられそして一つの
予測窓にわたりその最大値へと緩慢に増大される予測リ
セットや塔起動などの特別プロセス条件期間中を除い
て、１に近い値に設定されるのが好ましい。他の特別の
プロセス条件（たとえば、一定の塔のプロセス混乱条件
の検出など）のもとでは、乗数の値は、予測誤差が掛け
合わされるとき高い確率で後の産出物アルゴン窒素内容
量変化と相関関係のある関数に設定される。こうして、
予測信頼度乗数は一般に１に設定されるけれども、乗数
値訂正の能力は制御方法（そして予測される応答）をよ
り良好に特別プロセス条件に対処できるようにする。
【００３０】現在予測誤差の計算に続き、予測誤差将来
値が、供給物アルゴン内容量予測誤差の自己相関挙動の
モデル化から得られる係数の使用により推定できる。ア
ルゴン塔供給物アルゴン内容量予測誤差の予想動向を定
める一組の自己相関係数（ボックス９４）が与えられそ
して将来予測誤差推定値が、現在予測誤差および自己相
関係数に基づいて計算される（ボックス９６）。
値が、供給物アルゴン内容量予測誤差の自己相関挙動の
モデル化から得られる係数の使用により推定できる。ア
ルゴン塔供給物アルゴン内容量予測誤差の予想動向を定
める一組の自己相関係数（ボックス９４）が与えられそ
して将来予測誤差推定値が、現在予測誤差および自己相
関係数に基づいて計算される（ボックス９６）。
【００３１】将来のモデル正確さの最小限推定として、
供給物アルゴン内容量予測は全将来期間について完全で
あると仮定される。ところで、供給物アルゴン内容量に
影響するモデル化されない擾乱の自己相関挙動が考慮さ
れるのが好ましい。これは、以下の数２の形式の式の使
用により達成される。
供給物アルゴン内容量予測は全将来期間について完全で
あると仮定される。ところで、供給物アルゴン内容量に
影響するモデル化されない擾乱の自己相関挙動が考慮さ
れるのが好ましい。これは、以下の数２の形式の式の使
用により達成される。
【００３２】
【数２】 ここで、ｋは、推定がそれについて行われるところのサ
ンプル間隔である（ｋ＝０は現在時間を与える）。ΔＰ
Ｅ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔「ｋ」における推
定低圧力塔測定値予測誤差である。ΔＰＥ（０）は現在
の観測予測誤差に基づいて計算される。Ｎは、予測推定
がそれについて行われるところのサンプル期間の数であ
る。ａ（ｊ）は、予測誤差自己相関モデル係数である。
Ａはモデルに含まれる自己相関係数の数である。値Ｎは
２０、Ａは１０そしてＡ（ｊ）係数は予測誤差データの
周期的回帰を形成するのが好ましい。
ンプル間隔である（ｋ＝０は現在時間を与える）。ΔＰ
Ｅ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔「ｋ」における推
定低圧力塔測定値予測誤差である。ΔＰＥ（０）は現在
の観測予測誤差に基づいて計算される。Ｎは、予測推定
がそれについて行われるところのサンプル期間の数であ
る。ａ（ｊ）は、予測誤差自己相関モデル係数である。
Ａはモデルに含まれる自己相関係数の数である。値Ｎは
２０、Ａは１０そしてＡ（ｊ）係数は予測誤差データの
周期的回帰を形成するのが好ましい。
【００３３】ボックス８５において行われる選択および
ボックス９０、９８および９６の計算の結果として、現
在および将来のアルゴン塔供給物アルゴン内容量予測誤
差の推定が発生される（ボックス１００）。これらの推
定予測誤差は、以下の数３の式の使用により改善された
将来応答予測（ボックス１０４）への到達のため、アル
ゴン塔供給物アルゴン内容量の以前に計算された予測さ
れる将来応答の修正および改善のために使用される。
ボックス９０、９８および９６の計算の結果として、現
在および将来のアルゴン塔供給物アルゴン内容量予測誤
差の推定が発生される（ボックス１００）。これらの推
定予測誤差は、以下の数３の式の使用により改善された
将来応答予測（ボックス１０４）への到達のため、アル
ゴン塔供給物アルゴン内容量の以前に計算された予測さ
れる将来応答の修正および改善のために使用される。
【００３４】
【数３】 ここで、ｋは、推定がそれについて行われるところのサ
ンプル間隔である）。ｙa （ｋ）は将来のサンプル時間
間隔「ｋ」における低圧力塔測定値（たとえば、供給物
アルゴン量）の修正予測値である。ｙ（ｋ）は将来のサ
ンプル時間間隔「ｋ」における低圧力塔測定値（たとえ
ば、供給物アルゴン量）の応答モデル予測値である。Δ
ＰＥ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔「ｋ」における
推定低圧力塔測定値予測誤差である。ΔＰＥ（０）は現
在の観測予測誤差に基づいて計算される。Ｎは予測修正
がそれについて行われるところのサンプル期間の数であ
る。
ンプル間隔である）。ｙa （ｋ）は将来のサンプル時間
間隔「ｋ」における低圧力塔測定値（たとえば、供給物
アルゴン量）の修正予測値である。ｙ（ｋ）は将来のサ
ンプル時間間隔「ｋ」における低圧力塔測定値（たとえ
ば、供給物アルゴン量）の応答モデル予測値である。Δ
ＰＥ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔「ｋ」における
推定低圧力塔測定値予測誤差である。ΔＰＥ（０）は現
在の観測予測誤差に基づいて計算される。Ｎは予測修正
がそれについて行われるところのサンプル期間の数であ
る。
【００３５】図５を参照すると、出力のアルゴン流の窒
素内容量に関して動的応答予測が行われる。産出物のア
ルゴン窒素内容量の動的応答予測モデル（ボックス１１
０）が使用されそしてその入力の一つとして現在および
将来のアルゴン塔供給物アルゴン内容量予測誤差の推定
値を使用する（ボックス１００）。動的応答モデルへの
この入力についての基礎は、低圧力塔２４（およびアル
ゴン塔２６へのアルゴン流供給物３０）に影響するモデ
ル化されないプロセス擾乱が、プロセス関係が原因で、
後になって産出物のアルゴン窒素量不純物に影響するこ
とである。こうして動的応答モデルは、供給物アルゴン
内容量内の検出擾乱が産出物のアルゴン窒素内容量の予
測応答の調整を招くよう構成される。この予測誤差の
「前送り（フィードフォワード）」は、産出物のアルゴ
ン窒素内容量についての将来応答予測のより迅速かつ
「知恵ある」出力を可能にし、予測窒素値の調整のた
め、制御システムをして独立変化可能な変化に応答させ
る。
素内容量に関して動的応答予測が行われる。産出物のア
ルゴン窒素内容量の動的応答予測モデル（ボックス１１
０）が使用されそしてその入力の一つとして現在および
将来のアルゴン塔供給物アルゴン内容量予測誤差の推定
値を使用する（ボックス１００）。動的応答モデルへの
この入力についての基礎は、低圧力塔２４（およびアル
ゴン塔２６へのアルゴン流供給物３０）に影響するモデ
ル化されないプロセス擾乱が、プロセス関係が原因で、
後になって産出物のアルゴン窒素量不純物に影響するこ
とである。こうして動的応答モデルは、供給物アルゴン
内容量内の検出擾乱が産出物のアルゴン窒素内容量の予
測応答の調整を招くよう構成される。この予測誤差の
「前送り（フィードフォワード）」は、産出物のアルゴ
ン窒素内容量についての将来応答予測のより迅速かつ
「知恵ある」出力を可能にし、予測窒素値の調整のた
め、制御システムをして独立変化可能な変化に応答させ
る。
【００３６】産出物のアルゴン窒素量の動的応答モデル
への入力が、複数の場合において、アルゴン塔供給物動
的応答モデル（ボックス７０）に適用される入力と同様
である。こうして、塔空気測定流（ボックス７２）、ガ
ス酸素測定流（ボックス７４）、アルゴン塔供給物測定
流（ボックス７８）および空気事前精製の検出された混
乱はすべて動的応答モデル（ボックス１１０）への入力
である。さらに、低圧力塔２４からのアルゴン産出物測
定流（ボックス１１２）が、アルゴン窒素供給物のアル
ゴン内容量に影響する他の独立測定値（ボックス１１
４）と同様に別途の入力である。最後に、上述した如
く、（上に計算されるごとく）現在および将来のアルゴ
ン塔供給物アルゴン内容量予測誤差推定が入力される
（ボックス１００）。
への入力が、複数の場合において、アルゴン塔供給物動
的応答モデル（ボックス７０）に適用される入力と同様
である。こうして、塔空気測定流（ボックス７２）、ガ
ス酸素測定流（ボックス７４）、アルゴン塔供給物測定
流（ボックス７８）および空気事前精製の検出された混
乱はすべて動的応答モデル（ボックス１１０）への入力
である。さらに、低圧力塔２４からのアルゴン産出物測
定流（ボックス１１２）が、アルゴン窒素供給物のアル
ゴン内容量に影響する他の独立測定値（ボックス１１
４）と同様に別途の入力である。最後に、上述した如
く、（上に計算されるごとく）現在および将来のアルゴ
ン塔供給物アルゴン内容量予測誤差推定が入力される
（ボックス１００）。
【００３７】産出物のアルゴン窒素内容量の動的応答モ
デル（ボックス１１０）は、推定現在値と以下の数４に
示されるごとく、一定将来時間にわたり予測される一組
の将来値とを有する。
デル（ボックス１１０）は、推定現在値と以下の数４に
示されるごとく、一定将来時間にわたり予測される一組
の将来値とを有する。
【００３８】
【数４】 ここで、制御動作がない場合のプロセス応答推定を得る
ためにすべてのｋ−ｊ（＞０）についてΔｕ（ｉ，ｋ−
ｊ）＝０である。ここに、ｋは、推定がそれについて行
われるところのサンプル間隔である（ｋ＝０は現在時間
を与える）。ｘ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔
「ｋ」における産出物のアルゴン不純物変換測定値の予
測値である。Δｕ（ｉ，ｋ−ｊ）は、サンプル間隔「ｋ
−ｊ」における独立変数「ｉ」のサンプル間変化であ
る。負の「ｋ−ｊ」値は以前の値を指示し、そして正の
「ｋ−ｊ」値は将来生じ得る変化を指示する。ｈ（ｉ、
ｊ）は、プロセスの実験的な試験から得られるあるいは
推定されるモデルのステップ応答係数である。ｍ（ｊ）
は、低圧力塔測定値変化を変換アルゴン不純物測定値の
後の変化に関係付ける、プロセスの実験的試験から得ら
れるあるいは推定されるプロセスステップ応答係数であ
る。ΔＰＥ（ｋ−ｊ）は、サンプル時間間隔「ｋ−ｊ」
における低圧力塔測定値予測誤差のサンプル間変化であ
る。Ｎは、予測推定がそれについて行われるところのサ
ンプル期間の数である。Ｍは、任意独立変数のある変化
がｘ（ｋ）に対する過渡的影響を依然として発生できる
サンプル期間の最大数である。Ｉは、独立変数の数であ
る。ｘm は、変換される産出物のアルゴン不純物尺度の
現在値の推定である。ｈ（ｉ、ｊ）およびｍ（ｊ）は実
験により得られそしてＮ＝Ｍであり以前の指示値（Ｎ＝
Ｍ＝１２０）に設定されるのが好ましい。
ためにすべてのｋ−ｊ（＞０）についてΔｕ（ｉ，ｋ−
ｊ）＝０である。ここに、ｋは、推定がそれについて行
われるところのサンプル間隔である（ｋ＝０は現在時間
を与える）。ｘ（ｋ）は、将来のサンプル時間間隔
「ｋ」における産出物のアルゴン不純物変換測定値の予
測値である。Δｕ（ｉ，ｋ−ｊ）は、サンプル間隔「ｋ
−ｊ」における独立変数「ｉ」のサンプル間変化であ
る。負の「ｋ−ｊ」値は以前の値を指示し、そして正の
「ｋ−ｊ」値は将来生じ得る変化を指示する。ｈ（ｉ、
ｊ）は、プロセスの実験的な試験から得られるあるいは
推定されるモデルのステップ応答係数である。ｍ（ｊ）
は、低圧力塔測定値変化を変換アルゴン不純物測定値の
後の変化に関係付ける、プロセスの実験的試験から得ら
れるあるいは推定されるプロセスステップ応答係数であ
る。ΔＰＥ（ｋ−ｊ）は、サンプル時間間隔「ｋ−ｊ」
における低圧力塔測定値予測誤差のサンプル間変化であ
る。Ｎは、予測推定がそれについて行われるところのサ
ンプル期間の数である。Ｍは、任意独立変数のある変化
がｘ（ｋ）に対する過渡的影響を依然として発生できる
サンプル期間の最大数である。Ｉは、独立変数の数であ
る。ｘm は、変換される産出物のアルゴン不純物尺度の
現在値の推定である。ｈ（ｉ、ｊ）およびｍ（ｊ）は実
験により得られそしてＮ＝Ｍであり以前の指示値（Ｎ＝
Ｍ＝１２０）に設定されるのが好ましい。
【００３９】上述の動的応答モデルは直線性対数関数で
あり、入力と出力との間の非直線性スケール関係を明示
し、出力ｘ（ｋ）は光学技術単位に変換されるとき非直
線性である。
あり、入力と出力との間の非直線性スケール関係を明示
し、出力ｘ（ｋ）は光学技術単位に変換されるとき非直
線性である。
【００４０】こうして、動的応答モデルからの出力は産
出物のアルゴン窒素内容量の将来の応答予測であり（ボ
ックス１１６）、その決定値は、引き続く処理動作が直
線性あるいは線形数学を使用できるようにするため、直
線比例関係へと変換される。後述するごとく、変換され
た産出物のアルゴン窒素内容量値の予測がフィルタ機能
の調整に使用され、変換値は複雑な計算操作の要求なし
に容易に使用可能である。
出物のアルゴン窒素内容量の将来の応答予測であり（ボ
ックス１１６）、その決定値は、引き続く処理動作が直
線性あるいは線形数学を使用できるようにするため、直
線比例関係へと変換される。後述するごとく、変換され
た産出物のアルゴン窒素内容量値の予測がフィルタ機能
の調整に使用され、変換値は複雑な計算操作の要求なし
に容易に使用可能である。
【００４１】要するに、産出物のアルゴン窒素の内容量
の動的応答モデルは２つの変換出力、すなわち産出物の
アルゴン窒素内容量についての一組の将来応答予測と産
出物のアルゴン窒素内容量の予測現在値、を提供する。
後者の値は、図６（後述）に示す制御値選択手続におけ
る使用のために「変換されない」（ボックス１１８、１
２０）。変換された将来応答予測値（ボックス１１６）
は、（図７に関して説明する）変換モードにおける制御
計算において後に使用されるとき、そのまま使用され
る。
の動的応答モデルは２つの変換出力、すなわち産出物の
アルゴン窒素内容量についての一組の将来応答予測と産
出物のアルゴン窒素内容量の予測現在値、を提供する。
後者の値は、図６（後述）に示す制御値選択手続におけ
る使用のために「変換されない」（ボックス１１８、１
２０）。変換された将来応答予測値（ボックス１１６）
は、（図７に関して説明する）変換モードにおける制御
計算において後に使用されるとき、そのまま使用され
る。
【００４２】図６を参照しつつ、産出物のアルゴン窒素
内容量のために制御値選択を可能にする本発明によって
使用されるプロセスを叙述する。簡単にいうと、手順
は、産出物のアルゴン窒素測定内容量が測定限界の外側
にあるかどうかを決定し、もし外側にあれば、モデル予
測値が産出物のアルゴン窒素内容量のために使用され
る。この動作のための理由は、事前設定限界の外側にあ
る産出物のアルゴン窒素測定内容量の値が、高あるいは
低レベルのいずれかで測定の「飽和」を招き得、プロセ
スをさらに別途に劣化させ得る不正確な修正動作を使用
することである。かかる条件のもとで、測定値ではなく
モデル予測値が使用される。
内容量のために制御値選択を可能にする本発明によって
使用されるプロセスを叙述する。簡単にいうと、手順
は、産出物のアルゴン窒素測定内容量が測定限界の外側
にあるかどうかを決定し、もし外側にあれば、モデル予
測値が産出物のアルゴン窒素内容量のために使用され
る。この動作のための理由は、事前設定限界の外側にあ
る産出物のアルゴン窒素測定内容量の値が、高あるいは
低レベルのいずれかで測定の「飽和」を招き得、プロセ
スをさらに別途に劣化させ得る不正確な修正動作を使用
することである。かかる条件のもとで、測定値ではなく
モデル予測値が使用される。
【００４３】修正値のフィルタ処理はまた、アルゴン流
中の窒素不純物量の低い値においてより低いフィルタ定
数値の使用が、一方アルゴン流中の窒素不純物量の高い
値においてより高いフィルタ定数値の使用が保証される
よう調整されるフィルタ定数を用いて実行される。アル
ゴン流中の窒素不純物包含量によるフィルタ定数値の変
化は、より高い不純物レベルにおける少ないフィルタ動
作を招きそしてシステム中に存在する雑音が低レベル不
純物値において強調されないことを保証する。窒素不純
物の高い値において、雑音信号が小さな影響しかもたな
いとき、より大きなフィルタ定数値が使用される。こう
して、より低選択性のフィルタ動作が高不純物レベルで
達成されそしてより高選択性フィルタ動作が低不純物レ
ベルにおいて達成され、雑音影響が高低両方の不純物レ
ベルで最小限になされる。
中の窒素不純物量の低い値においてより低いフィルタ定
数値の使用が、一方アルゴン流中の窒素不純物量の高い
値においてより高いフィルタ定数値の使用が保証される
よう調整されるフィルタ定数を用いて実行される。アル
ゴン流中の窒素不純物包含量によるフィルタ定数値の変
化は、より高い不純物レベルにおける少ないフィルタ動
作を招きそしてシステム中に存在する雑音が低レベル不
純物値において強調されないことを保証する。窒素不純
物の高い値において、雑音信号が小さな影響しかもたな
いとき、より大きなフィルタ定数値が使用される。こう
して、より低選択性のフィルタ動作が高不純物レベルで
達成されそしてより高選択性フィルタ動作が低不純物レ
ベルにおいて達成され、雑音影響が高低両方の不純物レ
ベルで最小限になされる。
【００４４】上述のスケール変換（対数）値の使用を通
じての産出物のアルゴン窒素内容量感度変化の特性が制
御信号に対する測定雑音の効果を修正する。信号雑音の
多くは測定範囲にわたり絶対値が一定である。非直線性
値と変換は入力の大きさに依存して非比例値を発生する
ので、かかる変換は雑音の寄与の大きさを変化する。た
とえば、以下の数５の対数変換、
じての産出物のアルゴン窒素内容量感度変化の特性が制
御信号に対する測定雑音の効果を修正する。信号雑音の
多くは測定範囲にわたり絶対値が一定である。非直線性
値と変換は入力の大きさに依存して非比例値を発生する
ので、かかる変換は雑音の寄与の大きさを変化する。た
とえば、以下の数５の対数変換、
【００４５】
【数５】 ここで、Ｙは入力信号値であり、ｙは変換信号値であ
る、が以下の数６の差分出力
る、が以下の数６の差分出力
【００４６】
【数６】 ここで、ΔＹは入力信号の増分変化であり、Δｙは変換
値信号の増分変化である、を提供する。
値信号の増分変化である、を提供する。
【００４７】入力信号の増分変化に対する対数変換値の
増分変化の大きさは入力信号の大きさに逆比例する。こ
うして、一定の大きさの信号雑音が、小さな値の測定信
号において変換値信号における雑音に対しより大きな寄
与を与える。
増分変化の大きさは入力信号の大きさに逆比例する。こ
うして、一定の大きさの信号雑音が、小さな値の測定信
号において変換値信号における雑音に対しより大きな寄
与を与える。
【００４８】本発明の一つの特徴が、より小さな信号内
において雑音感度が低い信号フィルタ処理の提供であ
る。この技術は、産出物のアルゴン窒素内容量の制御に
おいて普通に生ずる、小信号値における雑音に対する可
能性のある予測修正感度を取り扱う。これは、アルゴン
窒素内容量測定が一般に、アルゴン中の酸素と窒素の内
容量およびアルゴン中の酸素内容量という２つの別々の
分析の差によって行われるという事実に関係する。これ
らの分析の各々における雑音はアルゴン測定における窒
素内容量において観測される全雑音に対し寄与する。
において雑音感度が低い信号フィルタ処理の提供であ
る。この技術は、産出物のアルゴン窒素内容量の制御に
おいて普通に生ずる、小信号値における雑音に対する可
能性のある予測修正感度を取り扱う。これは、アルゴン
窒素内容量測定が一般に、アルゴン中の酸素と窒素の内
容量およびアルゴン中の酸素内容量という２つの別々の
分析の差によって行われるという事実に関係する。これ
らの分析の各々における雑音はアルゴン測定における窒
素内容量において観測される全雑音に対し寄与する。
【００４９】フィードバック予測修正技術（後述）は以
下の数６のフィルタ式を使用する。
下の数６のフィルタ式を使用する。
【数７】 ここで、ｙt は現在のフィルタ信号値であり、ｙt-l は
以前のフィルタ信号値であり、ｙinは入力信号値であ
り、ｋはフィルタ定数である。
以前のフィルタ信号値であり、ｙinは入力信号値であ
り、ｋはフィルタ定数である。
【００５０】変化可能なフィルタ定数ｋの大きさは以下
の数８により調整される。
の数８により調整される。
【数８】 ここで、ｋ0 は基本フィルタ定数であり、ｙ0 はフィル
タ定数選択のための基本信号値である。
タ定数選択のための基本信号値である。
【００５１】図６において、制御値選択が生ずる。本方
法は、入力として、流出物２８において現われる産出物
のアルゴン窒素の測定内容量（ボックス１２２）と図５
において誘導されるごとき現在の産出物アルゴン窒素の
内容量のモデル予測値（ボックス１２０）を入力として
使用する。産出物のアルゴン窒素測定内容量は、それが
下測定限界よりも小さいかまたは上測定限界よりも大き
いかを決定するため、最初試験される（決定ボックス１
２４）。もし結果が否定であれば、測定値（ボックス１
２６）が後続の使用のため選択される。もし結果が肯定
であれば、不正確な修正動作を招き得る限界外測定値よ
りもモデル予測値の使用がよいという仮定（ボックス１
３０）に基づいてモデル予測値が後続の使用のために選
択される（ボックス１２８）。選択値は、上述の非直線
性スケール処理（ボックス１３４）に従って変換されそ
して以下の計算んおける使用ために提供される（ボック
ス１４０）。
法は、入力として、流出物２８において現われる産出物
のアルゴン窒素の測定内容量（ボックス１２２）と図５
において誘導されるごとき現在の産出物アルゴン窒素の
内容量のモデル予測値（ボックス１２０）を入力として
使用する。産出物のアルゴン窒素測定内容量は、それが
下測定限界よりも小さいかまたは上測定限界よりも大き
いかを決定するため、最初試験される（決定ボックス１
２４）。もし結果が否定であれば、測定値（ボックス１
２６）が後続の使用のため選択される。もし結果が肯定
であれば、不正確な修正動作を招き得る限界外測定値よ
りもモデル予測値の使用がよいという仮定（ボックス１
３０）に基づいてモデル予測値が後続の使用のために選
択される（ボックス１２８）。選択値は、上述の非直線
性スケール処理（ボックス１３４）に従って変換されそ
して以下の計算んおける使用ために提供される（ボック
ス１４０）。
【００５２】このとき、フィルタ定数が産出物のアルゴ
ン窒素内容量の制御値（これは、本質的に、産出物のア
ルゴン流において測定される窒素内容量である）基づい
て計算される（ボックス１３２）。上述した如く、フィ
ルタ定数は、窒素不純物が高レベルにあるかまたは低レ
ベルにあるかに従って誘導される。フィルタ定数は後の
計算のために出力として提供される（ボックス１４
２）。
ン窒素内容量の制御値（これは、本質的に、産出物のア
ルゴン流において測定される窒素内容量である）基づい
て計算される（ボックス１３２）。上述した如く、フィ
ルタ定数は、窒素不純物が高レベルにあるかまたは低レ
ベルにあるかに従って誘導される。フィルタ定数は後の
計算のために出力として提供される（ボックス１４
２）。
【００５３】図７を参照しつつ、産出物のアルゴン窒素
内容量のフィードバック測定に基づく予測修正の決定の
ために使用される手順を説明する。手順への入力が、図
５および図６に示されるごとく、先に誘導されている。
詳述すると、これらの入力は、選択されそして変換され
た産出物のアルゴン窒素内容量（ボックス１４０）と、
現在の産出物のアルゴン窒素内容量のモデル予測値（ボ
ックス１２０）と、予測修正（ボックス１４２）のため
の産出物のアルゴン窒素内容量フィルタ定数と、産出物
のアルゴン窒素変換内容量のための将来応答の予測（ボ
ックス１１８）を含む。各入力は、フィルタ定数による
修正される場合に、実測定値に従った予測窒素量の以前
の推定軌跡を本質的に変化する予測修正の達成のために
使用される。（サンプル時間増分により除算される）現
在窒素測定内容量よりも小さい現在モデル予測窒素内容
量は予測誤差変化割合を表わす傾斜の決定のため計算さ
れる。この傾斜には、予測傾斜が現在測定傾斜により一
層接近するためにはどの程度予測傾斜が調整されるべき
かを指示する修正傾斜の獲得のためフィルタ定数が掛け
合わされる。
内容量のフィードバック測定に基づく予測修正の決定の
ために使用される手順を説明する。手順への入力が、図
５および図６に示されるごとく、先に誘導されている。
詳述すると、これらの入力は、選択されそして変換され
た産出物のアルゴン窒素内容量（ボックス１４０）と、
現在の産出物のアルゴン窒素内容量のモデル予測値（ボ
ックス１２０）と、予測修正（ボックス１４２）のため
の産出物のアルゴン窒素内容量フィルタ定数と、産出物
のアルゴン窒素変換内容量のための将来応答の予測（ボ
ックス１１８）を含む。各入力は、フィルタ定数による
修正される場合に、実測定値に従った予測窒素量の以前
の推定軌跡を本質的に変化する予測修正の達成のために
使用される。（サンプル時間増分により除算される）現
在窒素測定内容量よりも小さい現在モデル予測窒素内容
量は予測誤差変化割合を表わす傾斜の決定のため計算さ
れる。この傾斜には、予測傾斜が現在測定傾斜により一
層接近するためにはどの程度予測傾斜が調整されるべき
かを指示する修正傾斜の獲得のためフィルタ定数が掛け
合わされる。
【００５４】予測修正は、最初、モデル予測された産出
物アルゴン窒素内容量値のスケール変換により達成され
る（ボックス１５０）。この値は加算器１５２に入力さ
れ、しかして加算器１５２には選択されそして変換され
た産出物のアルゴン窒素内容量もまた入力される（ボッ
クス１４０）。図６に示されるごとく（ボックス１２
４、１２６および１２８）、（測定限界の外側にある測
定値により）産出物のアルゴン窒素内容量のモデル予測
値の使用が決定されれば、同等の値が加算器１５２に適
用されそしてここからの出力はゼロである。対照的に、
産出物のアルゴン窒素内容量の測定値の使用が決定され
れば、加算器１５２の出力は産出物のアルゴン窒素内容
量の測定値および予測値間の差分を指示する。
物アルゴン窒素内容量値のスケール変換により達成され
る（ボックス１５０）。この値は加算器１５２に入力さ
れ、しかして加算器１５２には選択されそして変換され
た産出物のアルゴン窒素内容量もまた入力される（ボッ
クス１４０）。図６に示されるごとく（ボックス１２
４、１２６および１２８）、（測定限界の外側にある測
定値により）産出物のアルゴン窒素内容量のモデル予測
値の使用が決定されれば、同等の値が加算器１５２に適
用されそしてここからの出力はゼロである。対照的に、
産出物のアルゴン窒素内容量の測定値の使用が決定され
れば、加算器１５２の出力は産出物のアルゴン窒素内容
量の測定値および予測値間の差分を指示する。
【００５５】後者の場合を仮定すると、予測誤差は、産
出物のアルゴン窒素内容量フィルタ定数（ボックス１４
２）と一緒に乗算器１５４に送られる。乗算器１５４か
らの出力は、フィルタ定数による乗算の結果である低減
された値の予測誤差である。乗算器１５４は、予測傾斜
調整手続に産出物のアルゴン窒素内容量増分を出力する
（ボックス１５６）。「予測」増分は、産出物のアルゴ
ン窒素内容量についての将来応答予測（ボックス１１
８）に、その傾斜をより現在の窒素測定内容量に接近す
るよう調整するために適用される。ボックス１５６に示
す手順からの出力は、アルゴン流の窒素内容量制御のた
め、独立変数調整の際に、制御システムにより使用する
ための産出物アルゴン窒素変換内容量についての修正将
来応答予測である。
出物のアルゴン窒素内容量フィルタ定数（ボックス１４
２）と一緒に乗算器１５４に送られる。乗算器１５４か
らの出力は、フィルタ定数による乗算の結果である低減
された値の予測誤差である。乗算器１５４は、予測傾斜
調整手続に産出物のアルゴン窒素内容量増分を出力する
（ボックス１５６）。「予測」増分は、産出物のアルゴ
ン窒素内容量についての将来応答予測（ボックス１１
８）に、その傾斜をより現在の窒素測定内容量に接近す
るよう調整するために適用される。ボックス１５６に示
す手順からの出力は、アルゴン流の窒素内容量制御のた
め、独立変数調整の際に、制御システムにより使用する
ための産出物アルゴン窒素変換内容量についての修正将
来応答予測である。
【００５６】要約すると、上述の制御手順は、低圧力塔
測定予測誤差の現在値がアルゴン流不純物測定値の動的
応答予測の調整に使用されるのを可能にする。なお、低
圧力塔測定予測誤差の将来値の推定はアルゴン不純物の
動的応答予測の調整に使用される。低圧力塔測定値の将
来応答予測は測定予測誤差の推定将来値の使用を通じて
修正される。対数変換あるいは類似の値変換が、産出物
アルゴン流中の窒素不純物のモデル化のために積分モデ
ル構造とともに使用され、より小型で効率のよい処理を
保証する。最後に、本発明は、測定値が測定範囲の外側
あるいはそれ以外で利用不可能であるとき、不純物制御
の計画の実行のため、測定値のかわりに産出物のアルゴ
ン不純物のモデル予測値を選択しそしてこれを使用する
のが好ましい。
測定予測誤差の現在値がアルゴン流不純物測定値の動的
応答予測の調整に使用されるのを可能にする。なお、低
圧力塔測定予測誤差の将来値の推定はアルゴン不純物の
動的応答予測の調整に使用される。低圧力塔測定値の将
来応答予測は測定予測誤差の推定将来値の使用を通じて
修正される。対数変換あるいは類似の値変換が、産出物
アルゴン流中の窒素不純物のモデル化のために積分モデ
ル構造とともに使用され、より小型で効率のよい処理を
保証する。最後に、本発明は、測定値が測定範囲の外側
あるいはそれ以外で利用不可能であるとき、不純物制御
の計画の実行のため、測定値のかわりに産出物のアルゴ
ン不純物のモデル予測値を選択しそしてこれを使用する
のが好ましい。
【００５７】上記説明は本発明を例示するためだけであ
ることに注意されたい。本発明の技術思想から逸脱する
ことなく種々の変更および修正が可能である。したがっ
て、請求の範囲に記載の本発明の技術思想内に包含され
るかかる変更や修正をすべて包含するものである。
ることに注意されたい。本発明の技術思想から逸脱する
ことなく種々の変更および修正が可能である。したがっ
て、請求の範囲に記載の本発明の技術思想内に包含され
るかかる変更や修正をすべて包含するものである。
【図１】極低温空気分離プロセスの概略図である。
【図２】図１の系に適用される場合の従来の制御方法を
図示する流れ図である。
図示する流れ図である。
【図３】図１の極低温空気分離系に適用される場合の本
発明の全手順を図示する高レベル流れ図である。
発明の全手順を図示する高レベル流れ図である。
【図４】産出物のアルゴン窒素内容量制御値選択を可能
にするために本発明よるプロセスを図示する高レベル流
れ図である。
にするために本発明よるプロセスを図示する高レベル流
れ図である。
【図５】産出物のアルゴン窒素内容量予測誤差推定を誘
導するための本発明によるプロセスを図示する高レベル
流れ図である。
導するための本発明によるプロセスを図示する高レベル
流れ図である。
【図６】産出物のアルゴン窒素内容量予測を誘導するた
めの本発明によるプロセスを図示する高レベル流れ図で
ある。
めの本発明によるプロセスを図示する高レベル流れ図で
ある。
【図７】産出物のアルゴン窒素内容量予測修正に到達す
るための本発明によるプロセスを図示する高レベル流れ
図である。
るための本発明によるプロセスを図示する高レベル流れ
図である。
１２ 高圧力塔 １４ パイプ １６ 出力部 ２０ 熱交換器 ２２ 凝縮器 ２４ 低圧力塔 ２６ アルゴン塔
Claims (10)
- 【請求項１】 ソフトウエアにより動作する制御コンピ
ュータにより実施され、極低温空気分離システムにおい
て中間産出物および下流側出力産出物の両方を制御する
ための方法であって、中間産出物が出力産出物よりも先
に発生され、出力産出物の尺度変化が中間産出物尺度の
より前の変化と相互に関係付けられ、中間産出物尺度値
および出力産出物尺度値が独立変化可能現象に依存する
前記制御方法において、 ａ．中間産出物尺度、出力産出物尺度および独立変化可
能現象尺度を提供し、 ｂ．独立変化可能現象に基づいて中間産出物の中間産出
物尺度値を予測し、そしてこれに代わる予測値を出力
し、 ｃ．中間産出物の予測値と中間産出物の実際の尺度との
間の差分を決定し、中間産出物の現在予測誤差値に到達
し、 ｄ．入力される信頼度乗数の使用により中間産出物の現
在予測誤差値を中間産出物の真の現在予測誤差値に変換
し、 ｅ．以前に計算された値との相関により中間産出物の真
の現在予測誤差値の将来値を推定し、 ｆ．中間産出物の真の現在予測誤差値および中間産出物
の真の予測誤差の将来値の出力産出物尺度に対する効果
よりも前に、出力産出物尺度のために予測値を修正する
ために、段階ｄおよびｅで推定される中間産出物の真の
現在および将来予測誤差値を使用し、 ｇ．段階ｆで修正される出力産出物尺度の前記予測値を
プロセス調整手段において使用する諸段階を具備する制
御方法。 - 【請求項２】ｈ．（１）出力産出物予測誤差の獲得のた
め、出力産出物の予測尺度値と現在出力産出物測定値と
の間の差分を決定し、そして（２）出力産出物予測誤差
からの雑音の除去のため、出力産出物予測誤差に、出力
産出物値の尺度の水準に依存する可変フィルタ機能を課
すことにより、現在測定出力産出物値に応答し出力産出
物についての予測値を修正する段階を含む請求項１の制
御方法。 - 【請求項３】 段階ｈ（２）は、 （ｉ）現在予測誤差に到達するため、出力産出物の測定
値と予測値との間の差分を決定し、 （ｉｉ）少くとも部分的に出力産出物測定値に基づいて
フィルタ定数を計算し、 （ｉｉｉ）実質的に雑音に感応しない予測誤差推定の発
生のため、（ｉｉ）で計算されるフィルタ定数の使用に
よって、出力産出物についての現在予測誤差をフィルタ
処理し、 （ｉｖ）出力産出物のためにフィルタ処理された雑音不
感応の予測誤差推定を使用し、出力産出物尺度の予測値
を修正する諸段階を別途具備する請求項２の制御方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の制御方法において、 前記方法が低圧力分離塔およびアルゴン塔を含む極低温
空気分離装置に適用され、そして、中間産出物が低圧力
分離塔からのアルゴン塔供給物アルゴン内容量であり、
出力産出物がアルゴン塔からの産出物のアルゴンであり
そして窒素不純物を含む請求項１の制御方法。 - 【請求項５】 段階（ｂ）がアルゴン塔供給物アルゴン
内容量の将来応答予測および現在の予測アルゴン塔供給
物アルゴン内容量を提供し、段階（ｃ）が、現在アルゴ
ン塔供給物アルゴン内容量の予測誤差値に到達するため
に、アルゴン塔供給物アルゴン測定内容量と現在予測ア
ルゴン塔供給物アルゴン内容量との間の差分を誘導する
請求項４の制御方法。 - 【請求項６】 段階（ｆ）がアルゴン塔からの産出物の
アルゴン不純物内容量について現在および将来の応答予
測値を決定するために、アルゴン塔供給物アルゴン内容
量予測誤差値を使用する請求項５の制御方法。 - 【請求項７】 段階（ｆ）および段階（ｇ）との間に、 制御計画への出力のために、もし値が設定限界内にあれ
ば産出物アルゴン窒素測定内容量を選択し、設定限界内
になければ、出力のために産出物アルゴン窒素内容量の
モデル予測値を選択し、範囲外の産出物のアルゴン窒素
内容量尺度値が制御計画によって使用されないことを保
証する諸段階が生ずる請求項６の制御方法。 - 【請求項８】 段階（ｆ）および段階（ｇ）との間に、 産出物アルゴン窒素内容量のレベルに依存するフィルタ
機能を決定し、 産出物アルゴン窒素内容量測定値とモデル予測産出物ア
ルゴン窒素内容量値との間の差分から決定される産出物
アルゴン窒素内容量予測誤差をフィルタ機能に適用し、
それに代わる修正予測値を決定する追加の諸段階を具備
する請求項６の制御方法。 - 【請求項９】 ソフトウエアにより動作する制御コンピ
ュータにより実施され、極低温空気分離システムにおい
て下流側出力産出物を制御するための方法であって、出
力産出物の尺度が産出物のアルゴン不純物であり、出力
産出物尺度のの尺度変化が中間産出物の尺度のより前の
変化と相互に関係付けられる前記制御方法において、 （ａ）産出物アルゴン不純物の尺度を提供し、 （ｂ）産出物のアルゴン不純物のレベルに依存するフィ
ルタ定数を決定し、 （ｃ）段階（ｂ）で決定されるフィルタ定数を使用し、
出力産出物のアルゴン不純物の尺度をフィルタ処理する
諸段階を含む制御方法。 - 【請求項１０】 制御動作において産出物のアルゴン窒
素内容量の尺度を使用する、極低温空気分離システムの
制御方法において、 （ａ）産出物のアルゴン窒素内容量の尺度を決定し、 （ｂ）産出物のアルゴン窒素内容量モデル予測値を決定
し、 （ｃ）産出物のアルゴン窒素尺度と事前設定限界とを比
較し、 （ｄ）制御計画への出力について、産出物のアルゴン窒
素制御の尺度が事前設定限界内であれば当該尺度を選択
し、事前設定限界外であれば、出力として、産出物のア
ルゴン窒素内容量のモデル予測値を選択し、範囲外の産
出物のアルゴン窒素内容量尺度値が制御計画によって使
用されないことを保証する諸段階を具備する制御方法。
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