JPH09512120A

JPH09512120A - 複数の入出力を有するプロセスの変数関係を最適化する方法及びシステム

Info

Publication number: JPH09512120A
Application number: JP7527040A
Authority: JP
Inventors: ヤップリム，キアン; バーネット，ザサードマッカナリィ，ヘンリー; ベル，ジュニアスチュワート，ウィリアム
Original assignee: ザエム．ダブリュ．ケロッグカンパニー
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1997-12-02
Also published as: KR970702516A; WO1995028666A1; US5457625A; CA2181438A1; NO964344L; BR9507360A; EP0755534A1; AU2245495A; NO964344D0

Abstract

(57)【要約】本発明は複数の入力並びに出力を有するプロセスに関連する、制御変数、操作変数、関連変数並びに外乱変数であるような変数の関係を、生産量が最大となるように最適化する。関係を最適化するための方法は、制御変数に関連する偏差の優先付けをし、それぞれの設定値からの制御変数偏差を操作変数の差動分に基づいて予め定められた限定された期間に渡って最適化し、将来の制御変数に関連する偏差を抑制する一方で将来の制御偏差の削減と大きな操作変数の動きとの間のバランスを取るために、大きな操作変数の動きを有する動作に対して罰則を与え、いずれかの操作変数がその他の操作変数に対して優先的に動くことが許されるように意図的に高く予め定められた目標値からの操作変数の偏差を減少させるために操作変数に重み付けを行い、そして許容領域外の偏差が有効となるように制約偏差変数を適用する、以上の手順を含む。

Description

【発明の詳細な説明】複数の入出力を有するプロセスの変数関係を最適化する方法及びシステム産業上の利用分野本発明はプロセスに関連する変数の関係を最適化し生産量を最大にするための方法並びに装置に関する。更に詳細には、本発明は予測制御アルゴリズムを採用した動的制御方法に関し、これはすなわち複数の入力そして／または出力並びに操作変数そして／またはプロセスに関連するその他の変数に対する制約条件を取り扱うことが可能である。従来の技術プロセスは自動制御原理を適用して更に精密に制御し、更に均質でより高い品質の製品を与えるようにする事が出来る。自動制御を適用することにより、プラント運転をプラントの設計上の制約値に可能な限り近づけることが出来、人件費並びに規格外製品の費用を削減し、投資に対する経済的回収を増やすことが出来る。計算機の演算能力が発展する以前は、フィードバック制御装置は出力変数、変数比または同様の測定を行うためにセンサを使用していた。その測定値を使用して標準の制御式、すなわちプロセスに依存する伝達関数に従って入力変数の調整が行えた。しかしながらフィードバック制御はその性質上、修正動作に先立って好ましくないプロセス偏差が生じる必要がある。高速で、有能な計算機をプロセス制御手法に導入することで、今やマスタ装置を構成することが可能となり、これは複数の相互干渉を有するプロセス装置の複数の異なる種類の相互干渉を有するプロセス入力を受信し、これらの装置に対して最適化された出力を課することのできるものである。このようなマスタ制御装置はかなりな程度のフィードフォワード（すなわち予測）制御を、非常に複雑なプロセスに対して実現出来るが、それは複雑なプロセス制御式であっても素早く解くことが出来るからである。フィードフォワード制御はプロセスの最適化の中で重要になってくるが、それは制御器の動作をその出力（すなわち、制御変数）がどの方向に向かっているかの予測に基づいて開始することが出来るからである。最適化エンジンはまた効果的にプロセス制約条件を処理して現在の条件に対して最善の出力信号を求めることが可能である、これらの制約条件とは操作変数によって影響されるにしても間接的にのみ影響されるものである。個別の下位層の制御器は単一出力を制御するために単一入力を操作しており、全体像を統合することは出来ない。今までのところは、ひとつのプラントに関わるプロセスの制御は経験豊富な運転員の仕事の範疇であった。複雑なプロセスでは適切なひとつの操作または複数の操作は容易に判るものでは無かったり、または最適操作として要求されるが可及的速やかに行えるものでも無い。更に、人が制御する場合「快適なレベル」の運転操作を経験と勘とに基づいて開拓しなければならない。快適なレベルは制御する人が違えば大きく違う可能性があり、装置の最適能力または制約条件から大きく乖離する場合があり得る。この様な運転操作の最適レベルは、人によるデータ処理には限界が存在することを考慮する必要がある。プレットその他に付与された米国特許第４，３４９，８６９号は、プラント環境に於ける一連の相互依存プロセス運転操作を制御しかつ最適化するための方法を開示しており、ここでは制約条件付きプロセス入力変数を操作することによってプロセス出力変数のフィードフォワード／フィードバック制御を実現している。この方法を実施する際、入力変数に大きさの測定された変動を加え、その出力に対する動的な結果に注目してオンライン運転中のプロセスの将来応答の予測を行う。グロスダイダその他による、ＦＣＣ装置反応器再生器制御、１９９２年米国制御会議論文集、論文番号ＷＡ４、ページ１１７−１２１には、多変数制御方式が記載されており、これは欧州の製油所に於て流動圧触媒接触分解（ＦＣＣ）装置に組み込まれたものである。ＦＣＣ装置は高度プロセス制御対象として第一候補と言われているが、それはそのプロセス挙動が複雑なことと、その運転制約条件と経済的目的との間の利害対立が大きいためである。本発明の関心は、入出力並びに制御変数、操作変数、関連変数そして外乱変数を有するプロセスを制御する事である。また、本発明は制御変数、操作変数、関連変数そして外乱変数に関連する入力および出力を有するプロセスに関連する変数の関係を最適化する事にも関心を有する。従って、本発明の特徴は制御変数、操作変数、関連変数そして外乱変数を有するプロセスの入力並びに出力を制御する方法を提供することである。また、本発明の特徴は制御変数、プロセスの入力並びに出力と運転を通して関連のある操作変数、関連変数そして外乱変数の関係の最適化を行うことである。本発明の特徴は、複数の入力そして／または出力を処理することの可能なモデル予測制御アルゴリズムを提供することである。本発明の別の特徴は、操作変数並びに関連変数に制約を加えるモデル予測制御アルゴリズムを提供することである。本発明の別の特徴は、フィードフォワード外乱除去分析を実行する予測制御アルゴリズムを提供することである。本発明の更に別の特徴は、制御の問題を解く際に動的モデルを使用するモデル予測制御アルゴリズムを提供することである。本発明の更に別の特徴は、実プラントの実験データから導かれた動的モデルを制御アルゴリズムと供に使用することである。本発明の更に別の特徴は、先に述べた特徴の応用例を提供することであり、これは特定のプラントに固有の一組の制約条件下に有るアンモニアプラントの供給ガス流量を最大化するものである。本発明の更に別の特徴は、アンモニアプラントの合成ループに於ける水素／窒素モル比を希望する目標値に制御することである。本発明の一般的な特徴は、アンモニアプラントをその設備または運転上の制約条件のひとつまたはいくつかのもとで運転することにより、運転能力を最大化することである。本発明の更に別の特徴は、アンモニアプラントに於ける生産量最大化戦略を、改質炉への供給ガスの手動調整を行うことなく、自動的に適用することである。本発明の更に別の特徴は、設備並びに運転上の制約条件を監視並びに制御することにより、アンモニアプラントの自動制御を提供することである。本発明の更に別の特徴は、アンモニアプラントで採用されている生産戦略を、典型的には安全領域を最低水準まで減少させることによって最大化することである。本発明の更に別の特徴並びに特長は、一部は以下に記述されており、また一部は記述内容から明かとなるか、または発明を実施する際に理解されるであろう。本発明の特徴並びに特長は添付の請求の範囲の組み合わせ並びに指摘されている手順に従って実現されるであろう。発明の目的と要約ここに実施されまた包括的に記述されている本発明の主旨に関連する目的、特徴並びに特長を実現するために、制御変数、操作変数、関連変数並びに外乱変数を有するプロセスの複数の入出力を制御するための方法が提供されている。本発明は複数の入出力を有するプロセスに関連した変数の関係を最適化するための方法を提供する。当該プロセスは複数の制御変数、複数の操作変数、複数の関連変数及び外乱変数を有し、少なくともひとつの制御変数に対してその他の制御変数に比較して重み付けを行うことで制御変数に関連する偏差の優先順位付けを行い、制御変数の偏差が関連する設定値に対してあらかじめ定められた将来の限定された期間で最適となるようにすることを、少なくともひとつの制御変数の将来値に関係する操作変数の差動動作に対して、大きな操作変数の動きに罰則が与えられるようにして、将来の制御偏差の減少と操作変数の大きな動きとのバランスを取ることによって行っている。この方法は、いくつかの操作変数がその他の操作変数に対して優先的に動きうるように意図的に高く設定されている目標値からの当該操作変数の偏差を減少させるために少なくともひとつの操作変数に重み付けを行う手順と、偏差が許容範囲外に出ることを可能とするために制約偏差変数を適用する手順とを含む。好適に本発明の方法はモデル予測制御器を含み、これは操作変数の差動分を、ひとつまたは複数の制御変数、ひとつまたは複数の関連変数、ひとつまたは複数の外乱変数及び意図的に高い値に設定された恒久的な制約条件値に基づいて決定するための制御処理手順を有する。更に詳細には、本発明の方法は次の目的関数を解くのに適した制御処理手順を提供する： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここでMin ＪはＪcv、Ｊλ、Ｊpc、及びＪd の和を含む、最小二乗値である；すなわちＪcv＝CVwate ^T（Ａｘ−ｅ） ^TCVwate（Ａｘ−ｅ）ここで、Ｊcvは制御変数のそれぞれの設定値からの偏差を将来の限定された期間に渡って重みを付けて二乗した合計値であり、CVwateは制御変数偏差に対して互いに重み付けを行う因数のベクトル、Ａは操作変数に対する制御変数に関する伝達関数係数のマトリクス、ｘは操作変数の差動分のベクトルそしてｅは制御変数とそれぞれの設定値との間の偏差のベクトルである；次にＪλ＝ｘ ^Tλ ^Tλ ｘここで、Ｊλは操作変数の差動分の重み付き二乗和、そしてλは操作変数が過剰に大きく変動することに罰則を与えるための動作抑制因数のベクトルである；次にＪpc＝PCwate（PCtrgt−MVstpt）^T（PCtrgt−MVstpt）ここで、Ｊpcは操作変数の恒久制約条件目標値からの偏差の重み付き二乗和、PC wate は恒久制約条件が強要される程度を指定する因数のベクトル、PCtrgtは恒久制約条件目標のベクトル、そしてMVstptは操作変数設定値のベクトルである；次にＪd＝（ｄ ^TAVcost ^T）（AVcost ｄ）ここで、Ｊd は制約関数のその許容領域外での偏差の重み付き二乗和、ｄは制約偏差変数のベクトル、そしてAVcostは相対制約重みのベクトルである；ここで、目的関数には次の制限が課せられている：０≦Vmnmov≦｜ｘ｜≦Vmxmov ここで、Vmnmovは操作変数の最小差動分ベクトルそしてVmxmovは操作変数の最大差動分ベクトル；そしてここで、MVlwbds は操作変数の下限境界を構成するベクトル要素、AVlwbds は関連変数の下限境界を構成するベクトル要素、Ｃは外乱変数に対する操作変数並びに関連変数に関する伝達関数係数のマトリクス、MVhibds は操作変数の上限境界を構成するベクトル要素そしてAVhibds は関連変数の上限境界を構成するベクトル要素である。ひとつの関連する実施例では、複数の入出力を有するプロセスに関連した変数の関係を最適化するための方法が提供されている。当該プロセスは制御変数、操作変数、関連変数そして外乱変数を有し、次にこの方法は少なくともひとつの制御変数に関係する偏差にその他の制御変数と相対的な重み付けを行うことで制御変数に関連する偏差の優先順位付けを行う手順と、制御変数の関連する設定値からの偏差をあらかじめ定められた限定された期間に渡って操作変数の差動分に基づいて最適化する手順と、少なくともひとつの制御変数の将来値に関する偏差を、将来の制御偏差を減らすことと大きな操作変数の動きとのバランスを取るために、大きな操作変数の動きに対して罰則を加えることで抑制する手順と、少なくともひとつの操作変数に対して重み付けを行い、いづれかの操作変数が他の操作変数に対して優先的に動くことを可能とする様に意図的に高く設定されたあらかじめ定められた目標値からの操作変数の偏差を削減する手順と、そして偏差が許容範囲外となることを可能とするために制約偏差変数を適用する手順を含む。制御変数偏差を最適化する手順は、操作変数の差動分である独立変数に対する制御変数の偏差の二乗和を計算するか、またはこれに代わって、制御変数に関連する誤差が急激に増加する前に変化動作量を漸近的に減少させ始めることで、好適な変化動作の抑制を同定するか、またはこれに代わって制御変数の動きに対して上限、下限または変分量を設定するか、または制御変数−外乱変数、制御変数偏差、関連変数−外乱変数、フィードフォワード寄与分、操作変数の動きそして操作変数設定値投影軌跡を含む詳細出力を決定することを含む。更に別の実施例では、本発明は圧縮空気の流れを作るためのプロセス空気圧縮機；粗製合成ガス流を生成するために改質器へ供給される炭化水素、水蒸気並びに圧縮空気流；粗製合成ガス流からＣＯ₂及び酸化物を除去し基本的に酸化物を含まない合成ガス供給流を生成するための装置；合成ガス供給流を圧縮して、直列に並べられている窒素及び水素をアンモニアに変換するためのアンモニア変換器、アンモニア製品流を凝縮するための冷却装置、及び未反応合成ガスを冷却装置から合成ガス圧縮機に還流させるための還流ラインで構成された合成ループの中に送るための合成ガス圧縮機；水素還流を合成ガス圧縮機へ還流するための合成ループ還流ラインのパージ流から回収するための水素回収装置；そして炭化水素流量並びに圧縮空気供給流量を含む操作変数の差動分を、アンモニア変換器入口の窒素／水素比率を含む制御変数、圧縮空気流の圧力及びプロセス空気圧縮機の速度の中から選択された関連変数、外気温度並びに水素還流内の水素濃度の中から選択された外乱変数、そして意図的に高く設定された炭化水素供給流量を含む恒久制約目標値とに基づいて決定するための制御処理手順を含む、モデル予測制御器とを含む、アンモニアプラントを提供する。更に詳細には、この制御処理手順は下記の目的関数を解くのに適している： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここで、Min Ｊ、Ｊcv、Ｊλ、Ｊpc並びにＪd は先に定義した通りであり、ベクトルPCtrgtはＪpcが非零となるような少なくともひとつの意図的に高く設定された値を含む。更に別の実施例では、本発明はアンモニアプラントの制御方法を提供し、これは操作変数の差動分を決定し、そして関連変数と係わりを持つ少なくともひとつの変数と外乱変数とを制御するためにモデル予測制御器を使用し、差動操作を実行することで構成されている。制御対象であるアンモニアプラントは一般的に、圧縮空気流を形成するためのプロセス空気圧縮機;粗製合成ガス流を生成するために改質器へ供給される炭化水素、水蒸気並びに圧縮空気流；粗製合成ガス流からＣＯ₂及び酸化物を除去し基本的に酸化物を含まない合成ガス供給流を生成するための装置；合成ガス供給流を圧縮し、直列に並べられている窒素及び水素をアンモニアに変換するためのアンモニア変換器、アンモニア製品流を凝縮するための冷却装置、及び未反応合成ガスを冷却装置から合成ガス圧縮機に還流させるための還流ラインで構成された合成ループの中に送るための合成ガス圧縮機；そして水素還流を、合成ガス圧縮機へ還流するための合成ループ還流ラインのパージ流から回収するための水素回収装置とを含む。特に本発明の改善点として、下記の目的関数を解くことを含む： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここで、Min Ｊ、Ｊcv、Ｊλ、Ｊpc並びにＪd は先に定義した通りである。更に、本発明はアンモニアを生成するための工程を提供し、これは：圧縮空気流を形成するために圧縮機内で空気を圧縮し；粗製合成ガス流を生成するために水蒸気、炭化水素流並びに圧縮空気流を改質器に供給し；基本的に酸化物を含まない供給合成ガス流を生成するために粗製合成ガス流からＣＯ₂並びに残留酸素化合物を除去し、；供給合成ガス流、還流合成ガス流並びに還流炭化水素流を合成ループに圧送し；窒素及び水素を合成ループ内でアンモニアに変換し；変換手順からの反応生成物を、アンモニア製品流と還流合成ガス流とするために冷却し；水素還流を形成するために還流合成ガス流の一部を炭化水素回収装置にパージし；そして炭化水素及び圧縮空気流の供給量を操作するための差動分を次の目的関数を解くことによって決定し： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここで、Min Ｊは先に定義した通り、Ｊcv、Ｊλ、Ｊpc並びにＪd を含む最小二乗値である、以上の手順で構成されている。図面の簡単な説明添付図は本明細書に含まれその一部を構成しており、これらは本発明の提出された実施例を図示し、先に述べた本発明の一般的な説明並びに以下に行う提出された実施例の詳細な説明と共に本発明の原理を説明するためのものである。第１図は、本発明を動的アンモニア制御（ＤＡＣ）システムに適用した一般的応用例を図示する流れ図。第２図は、本発明に関連するモデル予測制御（ＭＰＣ）プログラムを図示する流れ図。第３図は、本発明に関連する多変数最適制御目的関数を図示する流れ図。第４図は、プラントの動的モデル用のデータを作り出すために、疑似ランダム二値雑音検査を使用してプラント試験を行うための手順の一例を図示する流れ図。第５図は、第４図に図示された手順の中で使用される、疑似ランダム二値雑音のひとつの実施例の特徴を更に詳細に図示した流れ図。第６図は、本発明のモデル予測制御に関連した機能ロジックを図示する流れ図。第７図は、本発明によって実施されたアンモニアプラントで使用される、アンモニア生産量制御器を図示する図式的流れ図。第８図は、制約制御を具備した本発明のＨ／Ｎモデル予測制御器の成果を図示するグラフ。第９（ａ）図−第９（ｄ）図は、水素対窒素（Ｈ／Ｎ）モル比、原料供給流量、空気流量及び本発明で実施された実効制約条件に関連する空気流量制約変数を比較する複数のグラフを図示する。第１０図は、本発明の生産量制御器を流動接触分解装置（ＦＣＣＵ）に適用した際の、サンプル時間に対する高温ガス油流量のグラフを図示する。第１１図は、ＦＣＣＵに適用された生産量制御器の、サンプル時間に対する低温ガス及び還流油流量のグラフを図示する。第１２図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する排ガス酸素濃度のグラフを図示する。第１３図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する燃焼空気流量のグラフを図示する。第１４図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する供給原料予熱温度のグラフを図示する。第１５図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対するライザ出口温度のグラフを図示する。第１６図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する還流油制御器出力のグラフを図示する。第１７図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する再生床温度のグラフを図示する。第１８図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する燃料ガス流量のグラフを図示する。第１９図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する廃ガス圧縮機サクション圧力制御器出力のグラフを図示する。第２０図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対するライザ出口温度制御器出力のグラフを図示する。第２１図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する再生触媒スライド弁（ＳＶ）差圧のグラフを図示する。第２２図は、本発明の生産量制御器をＦＣＣＵに適用した際の、サンプル時間に対する使用済み触媒スライド弁（ＳＶ）差圧のグラフを図示する。先の一般的な説明並びに以下の詳細な説明は、単に発明の全体像を示すものであって、その他のモード、特長、並びに本発明の特記点は当業者にとって本発明の精神並びに範囲から逸脱することなく、容易に推察されるであろう。実施例の詳細な説明次に本発明の今回提出された実施例を添付図の記述に従って詳細に説明する。第１図は、本発明を動的アンモニア制御（ＤＡＣ）システムを適用した際の一般的適用例を示す流れ図を図示しており、本発明のひとつの適用例はアンモニアプラントに関するものである。ＤＡＣパッケージは複数の高度プロセス制御（ＡＰＣ）適用例を含む。特に本発明に関する高度制御適用例はモデル予測制御（ＭＰＣ）技術である。モデル予測制御は第２図に図示されており、これはアンモニア生産量制御（ＰＲ）サブシステム、変換器制御（ＣＣ）サブシステムそして水素−窒素比率（Ｈ／Ｎ）サブシステムに適用された例である。モデル予測制御（ＭＰＣ）アルゴリズムは複数の入力そして／または出力を取り扱い、更にＭＰＣは特定の制約条件を異なる変数に適用できる。また、ＭＰＣはプラント運転に関連するフィードフォワード外乱除去も実行する。ＭＰＣは制御上の問題を解く際にダイナミックモデルを適用する制御アルゴリズムを使用する。従って本発明のＭＰＣを適用すると、長い制定時間、無駄時間、複雑な動特性または複雑なプロセス相互干渉を有するプラントの制御には非常に有効である。本発明で使用される動的モデルは第１図に図示されるように実プラントの実験の中で取られたデータから導かれる。本発明の適用例ではＭＰＣは統合監視制御器として具備されている。従ってモデル予測制御アルゴリズムの最終出力は、プラント内の下位レベル機器を制御するためのひとつまたは複数の設定値となる。例えば、動的アンモニア制御（ＤＡＣ）パッケージの統合監視器は、第１図に図示されるように流量制御器（ＦＣ）の設定値を操作する。また、これに制限するわけではなく例としてあげると、本発明に関連する統合監視器はプラントに関連するパネル装着式単ループ制御装置を制御することが出来る。本発明の説明を行うに当たって、特定の用語をモデル予測制御技術に関連して定めておくことが重要である。以下の定義を適用する：操作変数（ＭＶ）はＭＰＣによって調整されるプロセス変数である。この操作変数には上限及び下限または“領域”が課せられる。制御変数（ＣＶ）は操作変数を調整することによってＭＰＣが特定の設定値または“目標値”に制御するプロセス変数である。関連変数（ＡＶ）は制御されてはいないが、あらかじめ定められた制限値または“領域”内に保持されるべきプロセス変数である。関連変数はまた文献の中で制約条件変数として知られているものであり、後ほど定義する恒久制約条件と混同しないようにしなければならない。外乱変数（ＤＶ）は制御変数または操作変数に影響を与える、被測定プロセス変数である。外乱変数はＭＰＣでは操作されない。外乱変数は制御変数並びに関連変数の両方に対してフィードフォワード除去を与えるために使用される。外乱変数はそれらを互いに区別するために、一般的にＣＶ−ＤＶ（制御変数−外乱変数）またはＡＶ−ＤＶ（関連変数−外乱変数）と表現される。恒久制約条件（ＰＣ）は希望値を有する選択された操作変数目標値である。本発明に於て、ＰＣは出来るだけ限界を広く取れるように、制御器に対して意図的に高い値に好適に設定されている。上記の定義は本発明の説明を通して用いられる。第２図は第１図で使用されるのに適したＭＰＣプログラムの一例の簡略化された概要を図示する流れ図であり、生産量制御器、変換器制御器そして動的アンモニア制御パッケージに関連するＮ／Ｈ比率制御器を具備する。簡単に触れたようにＭＰＣはプロセス変数をデータベースから読み取る。このプロセス変数は有効性を確認される。動的モデルからの情報を用いて、制御変数の予測がなされる。予測される制御変数は時間が可変である限定された期間の中で予測される。制御問題の定義を用いて、制御／操作量の最適化問題を定式化出来るようにする。その後制御／操作量の最適化問題が解かれる。今回提出されているＭＰＣの実施例では、この制御式問題は市販の非線形最適化エンジンを用いて解いている。好適に本実施例で使用されている非線形最適化エンジンは、いわゆるＧＲＧ２ソフトウェア、オプティマル・メソッド社製でテキサスオースチン大学のエル・ラズダン並びにクリーブランド州立大学のエー・ウォレンによるものであるが、その他の市販の最適化エンジンもまた好適に利用できる。ＧＲＧ２ソフトウェアは実行可能パス、それに続く線形プログラミング技法を使用している。ＧＲＧ２ソフトウェアで使用されている線形プログラミング技術は汎用約勾配として知られている。最適化問題が解かれた後、その結果である制御動作が実施される。従ってプラントに設置されているハードウェアで構成された制御器は最適問題の解から受信した情報に基づいて調整または変更される。特定の制御周期を、ＭＰＣが任意の予め定められた周期の間に開始して完了まで行えるように設定する。本発明のＭＰＣを目的関数の点から説明する。第３図は、本発明のモデル予測制御に関連する目的関数を図示する流れ図である。制御変数偏差の優先付けがなされる。関連する設定値からの制御変数の偏差が、将来の限定された期間の間で最適化される。操作変数の差動量が最適化の中で使用される。その後、操作変数の動きに抑制が加えられる。この抑制操作は将来の制御偏差の削減と大きな操作変数の動きとのバランスを取るために使用される。一般的に、抑制操作では大きな操作変数の動きに対して罰則を与えている。状況に応じて、いくつかの操作変数にはその他の操作変数に比べて優先的な動作が許されている。この優先的な動作は偏差を予め定められた目標値から減少させるための操作変数に重みを付けることで実現されている。最後に制約偏差変数を適用して偏差が設定領域の外にはみ出せるようにしている。偏差変数を適用することは、相対制約重みを適用して ”ハード”または“ソフト”重み付けを実施することにより実現できる。第３図に図示されたＭＰＣアルゴリズムは下記の式の形で記述できる： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここで、Min Ｊ、Ｊcv、Ｊλ、Ｊpc及びＪd は先に定義したとおりである。式の第一項（Ｊcv）はこの目的関数が制御変数の偏差の二乗の和を最少にするために用いられていることを示している。偏差の二乗和は、将来の限定された期間に渡って予定された制御変数の設定値に基づいて決定される。偏差の二乗和を最適化するための独立変数は、操作変数ｘの差動分である。多制御変数問題ではCVwate 因子が使用される。CVwate因子を用いて制御変数偏差に相互に重み付けを行う。本発明のＭＰＣの目的関数の式の第二項（Ｊλ）は、操作変数の過度に大きな動きに対して罰則を与えるために用いられる。動作抑制因子λは、将来的な制御偏差の削減と大きな操作変数の動きとのバランスを取るように制御器の調整を行うために使用される。ＭＰＣの目的関数の式の第三項（Ｊpc）は選択された操作変数に対して恒久的制約目標値を使用することを表している。恒久的制約目標値を使用する際には、最適化はそれらの操作変数のいずれかが、それぞれ個々の恒久的制約目標値から偏差生じる事に対して罰則を与えられる。これはいずれかの操作変数をその他の操作変数に対して優先的に処理することを可能とする。一般的に恒久的制約を有する操作変数は、その他の全ての自由度が使われるまでその目標値に留まるはずである。本発明に基づいて少なくともひとつの恒久的制約目標値を意図的に高く設定する場合には、この第三項は決して零にはならずＭＰＣはその不可能な目標値に達するように試みを続ける。この様にしてプロセス容量を最大化するためにＰＣ目標値を高く設定するという事は、例えば希望する供給量目標値を最大容量以上に設定することで実現できる。PCwate因数は最適化に際しその恒久的制約条件をどの程度強く遵守すべきかを規定している。注意しなければならないのは、強く重み付けされた恒久的制約条件は、かなりの制御偏差が生じるまでその目標値近くに、可能な限り留まるという事である。従って、PCwate因数を選定する際には、一方では恒久的制約条件を可能な限りその目標値近くに保持することと、もう一方では制御変数がその目標値から離れないようにする事との間の妥協が必要となる。ＭＰＣ方程式の目的関数の第四項（Ｊd）は制約偏差変数（ｄ）を使用している。この制約偏差変数は通常許容領域外の制約関数偏差を取り扱うために使用される。この目的関数はいくつかの役目を果たしている。第一に目的関数は制約偏差変数を自由度として使用し、強く制約された問題に関する解が得られる可能性を保証出来るようにしている。同時に目的関数は非零制約偏差変数を使用することに対して罰を加える。最後に、目的関数は相対制約重み（AVcost）を使用して“ハード”並びに“ソフト”な制約条件を実現することを可能としている。第４図は本発明のプラント試験に関して提出された実施例を図示する。当業者には理解されるであろうが、多種多様な試験方法が既に可能である。此処に提出されたプラント試験の実施例は、本発明の範囲を制限するものではない。先に述べたように、ＭＰＣを適用する場合、制御対象に関する動的モデルを使用する必要がある。本発明の今回の実施例で使用される動的モデルは、ステップ応答係数のベクトルの形式をしている。ステップ応答係数のベクトルは一般的にそのプロセスに対してプラント試験を実施することにより得られる。例えば、当技術分野で一般的に採用されているその様なひとつの試験は、疑似ランダム二値雑音試験（ＰＲＢＮ）として知られている。一般的に、ＰＲＢＮは特定の大きさまたは強度のランダムに発生された信号を操作変数設定値及び、可能であれば外乱変数に加える。操作変数の動きによる動的応答が記録される。その動的応答に基づいて、動的モデルが生成される。第４図及び第５図は、疑似ランダム二値雑音試験（ＰＲＢＮ）を使用したプラント試験を図示している。第５図はＰＲＢＮを使用したプラント試験の特徴を更に詳細に図示した流れ図である。アンモニアプラントの中で摂動を加えるのに典型的な操作変数は、一次改質器への供給ガス、実効水素目標値並びに二次改質器への空気流量である。これらの変数は第１図に図示されたＨ／Ｎ比率制御器に関係する。また、第１図に示す変換器制御に関しては、摂動を加えるべき操作変数は、冷塊設定値及び内部冷却器入り口設定値、同様に冷却剤流量及びアンモニア変換器の型式に依存するバイパス設定値が含まれる。もしも可能であれば、外乱変数も同様に摂動を加えられるべきである。Ｈ／Ｎ比率制御器に関して、摂動を加えるべき外乱変数は、例えば水素回収装置低圧（ＨＲＵＬＰ）製造水素分圧及び水素回収装置高圧（ＨＲＵＨＰ）製造水素分圧である。変換器制御器に関しては、Ｈ／Ｎ比率及び一次供給ガス量は外乱変数であり、これらは直接摂動を加えうるものである。応答変数とは、摂動によるそれらの応答が収集されかつ解析される変数である。Ｈ／Ｎ比率制御器の応答変数の例としては、制御変数はＨ／Ｎ比率であり、関連変数は圧縮機の速度である。Ｈ／Ｎ比率制御器内の応答変数の例を上げると、制御変数はＨ／Ｎ比率であり関連変数は圧縮機の速度である。圧縮機の速度に対する外乱変数は通常は外気温度である。同様に変換器制御器の応答変数としては、制御変数は、例えば床入口温度であり、関連変数は変換器流出温度が上げられるが、これもまたアンモニア変換器の型式に依存する。摂動の強度を、プロセス応答が容易に検出できるように決定することは重要である。最初並びに最後のＰＲＢＮの動きを、中間部のＰＲＢＮの動きよりも小さな強度、例えば中間部強度の半分とすることが優れていることが判っている。サンプル間隔は典型的には、Ｈ／Ｎ比率並びに変換器制御に適用する場合は秒の単位に定義される。サンプル間隔は、例えば質量分光計の分析周期時間、通常は二分、によって制限される。また、サンプル間隔は一般的に、最低限ＭＰＣプログラムの実行時間と同一の周期とする。摂動周期は通常、一秒当たりのサンプル数で表され、例えば典型的にはＨ／Ｎ比率制御器に対しては十から十四、そして変換器制御器に対しては典型的に八から十二である。摂動周期をプロセスの無駄時間よりも短くしないように注意することが重要である。試験の継続期間はＰＲＢＮレジスタ長に依存し、典型的には最少で三そして最大で十一である。第６図は本発明に基づくＭＰＣの機能ロジック図を図示する。制御問題の初期化、定義並びに調整が最初に取り扱われる。調整情報内での制御問題はデータベース情報に関連して用意される。連合された情報に基づいて、制御変数の計算並びに関連変数の予測が行われる。制御変数の計算並びに関連変数の予測は、操作変数並びに外乱変数の変化に基づいて行われる。制御問題は最適化問題として定式化される。この最適化問題が解かれる。その最適解が実行される。最適解からのデータが、データベースを更新する形で入力される。予め定められた休止期間の後に次の実行処理が開始される。データベースからデータを受信する際にこの新たに入力された情報が含まれている。第７図は典型的なアンモニアプラントで使用されるアンモニア製造量制御装置の図式的流れ図を図示する。メタンまたはその他の炭化水素の様な炭化水素の流れが、解質段１２への供給原料としてライン１０に水蒸気供給ライン１４からの水蒸気と共に導入される。当業分野で良く知られている流量制御装置１６が炭化水素供給原料の流量を制御する。炭化水素流１０の流量はＭＰＣへ入力される二つの操作変数の内のひとつを構成する。解質段１２の中で、アンモニア合成用の水素がライン２０を通して導入された空気が存在する中で炭化水素を酸化した生成物として製造される。導入される空気はまたアンモニア合成に必要な窒素も供給する。空気流２０は空気圧縮機２２で圧縮される。従ってこの空気流量がＭＰＣで制御されるプロセス内の二つの操作変数の内の第二番目のものであることが判り、これは解質段１２内で製造される水素量とアンモニア合成ガスのＨ／Ｎ比率との両方に影響を与える。空気流量は従来通り速度制御器２４を用い圧縮機２２の速度を変化させて調整される。空気圧縮機出力は典型的にはプラント設計で量が固定されているので、圧縮機２２の速度限界はシステム制約条件またはＭＰＣ内の関連変数となる。典型的な解質段１２は直列に一次改質器１３、二次改質器１８、高温シフト反応器２６並びに低温シフト反応器２８で構成されるが、解質段１２としてはその他の構造も場合によっては使用され、その場合もまた本発明の原理に基づいて運転することが出来る。一次改質器１３からの流出物は二次改質器１８の中で更に酸化され、此処にもまた空気流２０が供給されている。二次改質器１８からの粗製アンモニア合成ガス流出物はシフト反応器２６、２８に導かれ、解質によって製造された一酸化炭素が水蒸気の存在下で二酸化炭素並びに追加の水素に変換される。次にこの様に製造された富ＣＯ₂流出物を、例えばＣＯ₂除去装置３０及びメタン化反応器３２、そして／または低温化（図示せず）によって処理して、ＣＯ₂並びにその他の酸化物を許容レベルまで削減し精製アンモニア合成ガス流３４を製造する。合成ガス中の酸化物は触媒毒として作用する可能性があるので、合成ガス中のＣＯ₂濃度はＭＰＣ内の第二番目の制約変数を構成する。精製された合成ガス流３４はアンモニア合成ループ３６への供給原料用補給合成ガスとなる。補給合成ガスはアンモニア合成ループ３６の圧力まで多段圧縮機３８で圧縮される。従来通り補給合成ガスは循環合成ガス流３９並びに合成ループパージ流４１から回収された水素流４０と水素回収装置（ＨＲＵ）４２の中で組み合わされ、アンモニア変換器４６への供給原料用の圧縮合成ガス流４４を形成する。圧縮された合成ガス流４４は希望するＨ₂対Ｎ₂比を有し、従ってこれはＭＰＣの制御変数を構成する。アンモニアはアンモニア変換器４６からの流出流４８から、アンモニア回収装置５０の中で従来通り液体冷媒を用いて回収される。ＭＰＣ内のその他のプロセス制約変数は、合成ガス圧縮機３８の速度、冷凍圧縮機（図示せず）の速度及びアンモニア変換器４６の圧力が含まれる。ＭＰＣはまたひとつまたは複数の制約／制御変数外乱を有し、例えば外気温度、ＨＲＵ４２で製造されるＨ₂流量、合成ループパージ流４０内の不活性レベル、そしてアンモニア回収装置５０内で回収された高温対低温アンモニア比率を含む。当業者には理解されるように、第７図に図示されている本発明のアンモニア製造制御への適用は、本発明で可能な多くの制御適用例の内のひとつに過ぎない。第８図は制約制御に関連してＨ／Ｎモデル予測制御の成果を図示したグラフである。第８図は本発明に基づくＭＰＣを使用したＨ／Ｎ制御の実データである。第８図に於いて空気圧縮機タービンリング圧力が制約変数であり、外気温度が外乱変数であった。４８時間に渡る運転中のＭＰＣ制御器の成果が図示されている。対応する発生事象の順番は容易に明らかである。第一区域に於いて制御変数Ｈ／Ｎは設定値に保持され、一方タービンリング圧力は３３０psigの制約値の僅かに低い値に保持されている。第二区域に於いて、外気温度（図示せず）の急上昇によるリング圧力の乱れが予想された際に、制御器は空気流量を減少させてリング圧力をその制約値に維持する。Ｈ／Ｎ比率はその設定値から乖離することを許される。Ｈ／Ｎ比率がその設定値から乖離するため供給ガスが減少する。供給ガスが減少することによって、その比率がより大きく乖離することが防止される。Ｈ／Ｎ比率の変動の程度は主たる調整上の妥協点である。この妥協はその設定値を維持するためにどれだけ供給ガスを減らさなければならないかに基づく。図示された例では、最初供給原料を可能な限り高い値に維持するように決定されるが、結果的には供給原料をもっと積極的に操作して比率を更に良く制御するように決定される。この例は簡単なＭＰＣ調整変更の例である。第８図の第三区域に於いて、一日の終わりに外気温度が低下している（図示せず）。外気温度が低下した後、制御器は空気流量を増加させＨ／Ｎ比率をその目標値に戻している。また、供給ガスもその元の値に戻されている。この期間中リング圧力がその制約値に維持されていることは注目に値する重要なことである。第８図の第四区域に於いて、リング圧力はもはや実効的な制約条件ではなく、Ｈ／Ｎ比率並びに供給ガス量はそれらの目標値に戻ることが可能となる。第８図の例は、効果的な制約条件制御器としてのＭＰＣの成果を図示している。制御器は外気温度が上昇する結果リング圧力制約値が冒されることを予測し、それを防止するために空気流量を減少させる。後で外気温度が冷えると空気流量を増加させる。この間、ＭＰＣは制御変数、Ｈ／Ｎがその目標値から乖離するのを最少にすると共に、この目標値に達するための供給原料の削減量をも最少としている。これらの相反する事象間の実際のバランスはＭＰＣ調整の範囲である。第９（ａ）−（ｄ）図には第８図のＨ／ＮＭＰＣの動作と同様のデータが示されているが、Ｈ／Ｎ比率並びに目標値（第９（ａ）図）、利用可能水素（ＰＨ）及びＰＨ恒久制約（ＰＣ）目標値（第９（ｂ）図）、空気流量（第９（ｃ）図）そして空気圧縮機タービンリング圧力と限界値（第９（ｄ）図）に加えて、供給ガス流量（第９（ｂ）図）及び外気温度（第９（ｄ）図）も示されている。最初の９時間の間、シミュレーションに於けるＨ／Ｎ比率設定値は２．９８であり、シミュレーション期間の残りの部分では３．０である（第９（ａ）図参照）。シミュレーションの最初の６−７時間、外気温度は比較的低い値に留まっている。外気温度が低い間空気圧縮機の圧力上限値は実効的な制約値ではなく、ＰＨ流量がアンモニア製造を最大とするＰＨ目標値に制御されている、すなわちＰＨ目標値が実効的な制約値である。外気温度が３０．５℃まで上がり始めると、リング圧力はその上限値に向けて増加し始める。これに応答して、ＭＰＣは空気流量及び供給ガス流量を下げながらＨ／Ｎ比率をそのＨ／Ｎ比率目標値の近くに維持する。外気温度が２６．６℃から３０．５℃の間で変動するとき、ＭＰＣは空気並びに供給ガス流量を調整して圧縮機リング圧力をその制約限界未満に維持する。シミュレーションの最終段階で、空気流量と供給ガス流量が増やされているが、これは製造量を最大化させるための制約条件が更に実効的となり、空気圧縮機リング圧力が無効制約条件となるためである。アペンディクスＩとして付加されているのは、本発明の原理に基づく典型的なアンモニアプラントシミュレーション用にＭＰＣで使用されたデータベース及び関連ファイルの印字出力である。第１０図から第２２図では、ＭＰＣ制御器が流動接触分解装置（ＦＣＣＵ）のシミュレーションに適用されており、これはグロスダイダその他のモデル化データに基づいている。ＦＣＣＵプロセスに於ける操作、制御並びに関連変数が標１及び２に示されている。制御目的は先に示した例と同様であり、すなわち装置への供給原料を最大にしながらプロセス変数をその設定値に制御し、同時にいくつかのプロセス制約値を尊重するというものである。第１０図から第２２図に関して、制御目的は供給ガス（ＭＶ２及びＭＶ３）を最大にする一方で排ガス内の酸素濃度をその設定値に、またライザ出口温度をその希望の目標値に維持するというものであった。制御器はまた操作変数並びに関連変数に対して指定された全ての制限値をも監視しなければならない。この結果は第１０図から第２２図にはっきりと図示されている。付随する特長並びに修正改良は当業者には容易に思い浮かぶであろう。従って本発明はその広い意味での特徴としては、特定の代表的な装置、また此処に図示された例並びに説明に制限されるものでは無い。従って、開示された本発明の一般的な概念の精神並びに範囲から離れることなく、詳細部分を変更することは可能であろう。 APPENDIX I 生産量制御器シミュレーション条件本書の目的は、アンモニアプラント向け生産量（ＰＲ）制御器シミュレーションで使用されたシミュレーション条件を文書化することである。このシミュレーションで使用されたモデルは、一部は実プロセスデータから同定されたモデルから得られ、また一部は想定モデルから得られたものである。このＰＲ制御器はひとつの制御変数（ＣＶ）、二つの関連または制約変数（ＡＶ）、二つの操作変数（ＭＶ）そして二つの外乱変数（ＤＶ）を有する。表１及び２はこれらの変数とそれらの制限値とを記載している。表３はＰＲ制御器シミュレーションで用いられた伝達関数モデルを列挙している。これらのモデルは、Ｂを後退シフト演算子としたＺ変換（離散モデル）で表現されている。時間遅れはサンプリング時間であり、この場合は二分間である。表３の全てのモデルは、ＡＶ２列を除いて実プラント試験から展開されたものである。ＡＶ２列のモデルはＣＶ１列と同一の動特性で定態利得が異なる形に、仮定されたものである。生産量制御器シミュレーション条件以下のページに添付されているのは、シミュレーションで使用されたこれらのファイルのハードコピーである。第一番目のファイル(OK＿ASCII.DAT)はＰＲ制御器コンフィグレーションファイルである。これはまたシミュレーションで使用された調整値も含んでいる。第二番目のファイル（OK＿CTRL.DAT）はシミュレーションの初期条件を含んでいる。第三番目のファイル（PR＿COEFFS.DAT）は制御器モデルファイルである。 OK＿ASCII.PR PR＿ASCII DOB生産量制御器開発コメント：生産量制御器用に改訂此のデータはPR＿UPDATE並びにID＿BINUPDの両方で使用される。もしもいずれかの制御方程式またはモデルの変更が行われると、ID＿BINUPDを再実行しなければならない。もしも調整または重み因数のみが改訂された場合は、PR＿UPDATEのみを実行して、その変更を有効にする。実データはこのファイルの第２０行（すなわち１９ヘッダ／コメント行）から開始しなければならない。フィールドは固定幅である。値は指定されたフィールドの任意の位置に配置出来る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者マッカナリィ，ヘンリーバーネット，ザサードアメリカ合衆国 77429 テキサス州サイプレス，オータムバレイ 13203 (72)発明者スチュワート，ウィリアムベル，ジュニアアメリカ合衆国 77345 テキサス州キングウッド，ロフティメープルトレイル 1711

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の入出力を有するプロセスに関連した変数の関係を最適化するための方法であって、当該プロセスは複数の制御変数、複数の操作変数、複数の関連変数及び外乱変数を有し、少なくともひとつの制御変数に対してその他の制御変数に比較して重み付けを行うことで制御変数に関連する偏差の優先順位付けを行い、制御変数の偏差が関連する設定値に対してあらかじめ定められた将来の限定された期間で最適となるようにすることを、少なくともひとつの制御変数の将来値に関係する操作変数の差動動作に対して、大きな操作変数の動きに罰則が与えられるようにして、将来の制御偏差の減少と操作変数の大きな動きとのバランスを取ることによって行っている前記方法に於いて：（ａ）いくつかの操作変数がその他の操作変数に対して優先的に動きうるように意図的に高く設定されている目標値からの当該操作変数の偏差を減少させるために少なくともひとつの操作変数に重み付けを行う手順と；そして（ｂ）偏差が許容範囲外に出ることを可能とするために制約偏差変数を適用する手順とを含む、前記方法。２．請求項第１項記載のプロセスに関連した変数の関係を最適化するための方法が更に、操作変数の差動分を、ひとつまたは複数の制御変数、ひとつまたは複数の関連変数、ひとつまたは複数の外乱変数及び意図的に高い値に設定された恒久的な制約条件値に基づいて決定するための制御処理手順を有する、モデル予測制御器を含む、前記方法。３．請求項第２項記載のプロセスに関連した変数の関係を最適化するための方法に於いて、制御処理手順は次の目的関数を解くのに適している： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここでMin ＪはＪcv、Ｊλ、Ｊpc、及びＪd の和を含む、最小二乗値である；すなわちＪcv＝CVwate ^T（Ａｘ−ｅ） ^TCVwate（Ａｘ−ｅ）ここで、Ｊcvは制御変数のそれぞれの設定値からの偏差を将来の限定された期間に渡って重みを付けて二乗した合計値であり、CVwateは制御変数偏差に対して互いに重み付けを行う因数のベクトル、Ａは操作変数に対する制御変数に関する伝達関数係数のマトリクス、ｘは操作変数の差動分のベクトルそしてｅは制御変数とそれぞれの設定値との間の偏差のベクトルである；次にＪλ＝ｘ ^Tλ ^Tλ ｘここで、Ｊλは操作変数の差動分の重み付き二乗和、そしてλは操作変数が過剰に大きく変動することに罰則を与えるための動作抑制因数のベクトルである；次にＪpc＝PCwate（PCtrgt−MVstpt）^T（PCtrgt−MVstpt）ここで、Ｊpcは操作変数の恒久制約条件目標値からの偏差の重み付き二乗和、PC wate は恒久制約条件が強要される程度を指定する因数のベクトル、PCtrgtは恒久制約条件目標のベクトル、そしてMVstptは操作変数設定値のベクトルである；次にＪd＝（ｄ ^TAVcost ^T）（AVcost ｄ）ここで、Ｊdは制約関数のその許容領域外での偏差の重み付き二乗和、ｄは制約偏差変数のベクトル、そしてAVcostは相対制約重みのベクトルである；ここで、目的関数には次の制限が課せられている：０≦Vmnmov≦｜ｘ｜≦Vmxmov ここで、Vmnmovは操作変数の最小差動分ベクトルそしてVmxmovは操作変数の最大差動分ベクトル；そしてここで、MVlwbds は操作変数の下限境界を構成するベクトル要素、AVlwbds は関連変数の下限境界を構成するベクトル要素、Ｃは外乱変数に対する操作変数並びに関連変数に関する伝達関数係数のマトリクス、MVhibds は操作変数の上限境界を構成するベクトル要素そしてAVhibds は関連変数の上限境界を構成するベクトル要素である、前記方法。４．複数の入出力を有するプロセスに関連した変数の関係を最適化するための方法であって、当該プロセスは制御変数、操作変数、関連変数そして外乱変数を有し、前記方法は：（ａ）制御変数に関連する偏差の優先順位付けを行うために、少なくともひとつの制御変数に関係する偏差にその他の制御変数と相対的な重み付けを行う手順と；（ｂ）制御変数の関連する設定値からの偏差をあらかじめ定められた限定された期間に渡って操作変数の差動分に基づいて最適化する手順と；（ｃ）少なくともひとつの制御変数の将来値に関する偏差を、将来の制御偏差を減らすことと大きな操作変数の動きとのバランスを取るために、大きな操作変数の動きに対して罰則を加えることで抑制する手順と；（ｄ）いづれかの操作変数が他の操作変数に対して優先的に動くことを可能とする様に意図的に高く設定されたあらかじめ定められた目標値からの操作変数の偏差を削減するために、少なくともひとつの操作変数に対して重み付けを行う手順と；そして（ｅ）偏差が許容範囲外となることを可能とするために制約偏差変数を適用する手順を含む、前記方法。５．請求項第４項記載のプロセスに関連する変数の関係を最適化するための方法に於いて、制御変数偏差を最適化する手順が、操作変数の差動分である独立変数に対する制御変数の偏差の二乗和を計算することを含む、前記方法。６．請求項第４項記載のプロセスに関連する変数の関係を最適化するための方法に於いて、制御変数偏差を最適化する手順が、独立変数が操作変数の差動分を含むように、制御変数の偏差の最少二乗値を計算することを含む、前記方法。７．請求項第４項に記載のプロセスに関連する変数の関係を最適化するための方法に於いて、偏差を抑制するための手順が、制御変数に関連する誤差が急激に増加する前に変化動作量を漸近的に減少させ始めることで、好適な変化動作の抑制を同定することを含む、前記方法。８．請求項第４項記載の複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて、偏差を抑制するための手順が制御変数の動きに対して上限、下限または変分量を設定することを含む、前記方法。９．請求項第４項記載の複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて、偏差抑制手順が、安定状態に達して偏差の和並びに動きの和が適切に計算されることが保証されるまで、偏差の抑制を行うことを含む、前記方法。 10．請求項第４項記載の複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて、偏差抑制手順が、制御変数−外乱変数、制御変数偏差、関連変数−外乱変数、フィードフォワード寄与分、操作変数の動きそして操作変数設定値投影軌跡を含む詳細出力を決定することを含む、前記方法。 11．請求項第４項記載の制御変数、操作変数、関連変数そして外乱変数を有する複数の入出力を制御するための方法が更に：（ａ）運転入力に関連する運転出力を決定するためにプロセスを試験し；（ｂ）運転入力と運転出力とに関連するモデル応答係数を獲得するためにプロセス出力のモデル化を行い；（ｃ）抑制解析が設定値の変更並びに外乱の変更に有効に働くように、運転入力と運転出力とに関連する初期動作抑制調整パラメータを決定するための抑制解析を適用し；（ｄ）設定値変更、外乱変更並びに制約制御状態の間に、更新出力及び更新入力を決定するための調整パラメータを模擬するための制御手順を適用し；そして（ｅ）プロセスの統括制御を提供するために更新出力及び更新入力を評価する、以上の手順を含む、前記方法。 12．請求項第１１項記載のプロセスの入力並びに出力を制御するための方法に於いて、プロセスを試験するための手順が：（ａ）摂動を与えるべき適切な操作変数を同定し；（ｂ）摂動を与えるべき適切な外乱変数を同定し；（ｃ）同定された操作変数及び外乱変数の摂動に基づいて収集並びに解析されるべきひとつまたは複数の応答変数を同定し；（ｄ）プロセスの応答が検出出来るように十分大きな摂動強度を決定し；（ｅ）適切なサンプル間隔を決定し；（ｆ）適切な摂動周期を決定し；（ｇ）適切な試験期間を決定し；（ｈ）同定された操作変数並びに外乱変数に基づいてプロセスに疑似ランダム二値雑音試験を実施する、以上の手順を含む、前記方法。 13．請求項第１１項記載のプロセスの複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて、抑制解析を適用する手順が、各々の操作変数の動作抑制値の組を決定するために、制御変数に関連する偏差の和並びに操作変数に関連する動きの和を計算する手順を含む、前記方法。 14．請求項第１１項記載のプロセスの複数の入力及び出力を制御するための方法に於いて抑制解析を適用する手順が、調整バラメータの動きの大きさを減少させるように動作抑制を強くすることを含む、前記方法。 15．請求項第１１項記載のプロセスの複数の入力及び出力を制御するための方法に於いて抑制解析を適用する手順が、制御変数に関連する誤差が急激に増加する前に動作の大きさを漸近的に減少させ始めることで、好適な変化動作の抑制を同定することを含む、前記方法。 16．請求項第１１項記載の複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて抑制解析を適用する手順が、動き抑制パラメータに対して上限、下限または変分量を設定することを含む、前記方法。 17．請求項第１１項記載の複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて抑制解析を適用する手順が、安定状態に達して偏差の和並びに動きの和が適切に計算されることが保証されるまで、抑制解析を行うことを含む、前記方法。 18．請求項第１１項記載の複数の入力並びに出力を制御するための方法に於いて抑制解析を適用する手順が、制御変数−外乱変数、制御変数偏差、関連変数− 外乱変数、フィードフォワード寄与分、操作変数の動きそして操作変数設定値投影軌跡を含む詳細出力を決定することを含む、前記方法。 19．アンモニアプラントであって：圧縮空気の流れを作るためのプロセス空気圧縮機；粗製合成ガス流を生成するために改質器へ供給される炭化水素、水蒸気並びに圧縮空気流；粗製合成ガス流からＣＯ₂及び酸化物を除去し基本的に酸化物を含まない合成ガス供給流を生成するための装置；合成ガス供給流を圧縮して、直列に並べられている窒素及び水素をアンモニアに変換するためのアンモニア変換器、アンモニア製品流を凝縮するための冷却装置、及び未反応合成ガスを冷却装置から合成ガス圧縮機に還流させるための還流ラインで構成された合成ループの中に送るための合成ガス圧縮機；水素還流を合成ガス圧縮機へ還流するための合成ループ還流ラインのパージ流から回収するための水素回収装置；そして炭化水素流量並びに圧縮空気供給流量を含む操作変数の差動分を、アンモニア変換器入口の窒素／水素比率を含む制御変数、圧縮空気流の圧力及びプロセス空気圧縮機の速度の中から選択された関連変数、外気温度並びに水素還流内の水素濃度の中から選択された外乱変数、そして意図的に高く設定された炭化水素供給流量を含む恒久制約目標値とに基づいて決定するための制御処理手順を含む、モデル予測制御器とを含む、前記アンモニアプラント。 20．請求項第１９項記載のプラントに於いて、制御処理手順は次の目的関数を解くのに適している： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここでMin ＪはＪcv、Ｊλ、Ｊpc、及びＪd の和を含む、最小二乗値である；すなわちＪcv＝CVwate ^T（Ａｘ−ｅ） ^TCVwate（Ａｘ−ｅ）ここで、Ｊcvは制御変数のそれぞれの設定値からの偏差を将来の限定された期間に渡って重みを付けて二乗した合計値であり、CVwateは制御変数偏差に対して互いに重み付けを行う因数のベクトル、Ａは操作変数に対する制御変数に関する伝達関数係数のマトリクス、ｘは操作変数の差動分のベクトルそしてｅは制御変数とそれぞれの設定値との間の偏差のベクトルである；Ｊλ＝ｘ ^Tλ ^Tλ ｘここで、Ｊλは操作変数の差動分の重み付き二乗和、そしてλは操作変数が過剰に大きく変動することに罰則を与えるための動作抑制因数のベクトルである；Ｊpc＝PCwate（PCtrgt−MVstpt）^T（PCtrgt−MVstpt）ここで、Ｊpcは操作変数の恒久制約条件目標値からの偏差の重み付き二乗和、PC wate は恒久制約条件が強要される程度を指定する因数のベクトル、PCtrgtは恒久制約条件目標のベクトル、そしてMVstptは操作変数設定値のベクトルである；Ｊd＝（ｄ ^TAVcost ^T）（Avcost ｄ）ここで、Ｊd は制約関数のその許容領域外での偏差の重み付き二乗和、ｄは制約偏差変数のベクトル、そしてAVcostは相対制約重みのベクトルである；ここで、目的関数には次の制限が課せられている：０≦Vmnmov≦｜ｘ｜≦Vmxmov ここで、Vmnmovは操作変数の最小差動分ベクトルそしてVmxmovは操作変数の最大差動分ベクトル；そしてここで、MVlwbds は操作変数の下限境界を構成するベクトル要素、AVlwbds は関連変数の下限境界を構成するベクトル要素、Ｃは外乱変数に対する操作変数並びに関連変数に関する伝達関数係数のマトリクス、MVhibds は操作変数の上限境界を構成するベクトル要素そしてAVhibds は関連変数の上限境界を構成するベクトル要素である、前記プラント。 21．請求項第２０項記載のプラントに於いて、PCtrgtがＪpcを非零とするように少なくともひとつの意図的に高い値を含む、前記プラント。 22．操作変数の差動分を決定し、関連変数並びに外乱変数に関わる少なくともひとつの変数を制御し、そしてその差動動作を実行するためにモデル予測制御器を使用することを含む、アンモニアプラントの制御方法に於いて、該アンモニアプラントが：（ａ）圧縮空気の流れを作るためのプロセス空気圧縮機；（ｂ）粗製合成ガス流を生成するために改質器へ供給される炭化水素、水蒸気並びに圧縮空気流；（ｃ）粗製合成ガス流からＣＯ₂及び残留酸化物を除去し基本的に酸化物を含まない合成ガス供給流を生成するための装置；（ｄ）合成ガス供給流を圧縮して、直列に並べられている窒素及び水素をアンモニアに変換するためのアンモニア変換器、アンモニア製品流を凝縮するための冷却装置、及び未反応合成ガスを冷却装置から合成ガス圧縮機に還流させるための還流ラインで構成された合成ループの中に送るための合成ガス圧縮機；そして（ｅ）水素還流を合成ガス圧縮機へ還流するための合成ループ還流ラインのパージ流から回収するための水素回収装置；を含み改善点として次の目的関数を解くことを含み： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここでMin ＪはＪcv、Ｊλ、Ｊpc、及びＪd の和を含む、最小二乗値である；Ｊcv＝CVwate ^T（Ａｘ−ｅ） ^TCVwate（Ａｘ−ｅ）ここで、Ｊcvは制御変数のそれぞれの設定値からの偏差を将来の限定された期間に渡って重みを付けて二乗した合計値であり、CVwateは制御変数偏差に対して互いに重み付けを行う因数のベクトル、Ａは操作変数に対する制御変数に関する伝達関数係数のマトリクス、ｘは操作変数の差動分のベクトルそしてｅは制御変数とそれぞれの設定値との間の偏差のベクトルである；Ｊλ＝ｘ ^Tλ ^Tλ ｘここで、Ｊλは操作変数の差動分の重み付き二乗和、そしてλは操作変数が過剰に大きく変動することに罰則を与えるための動作抑制因数のベクトルである；Ｊpc＝PCwate（PCtrgt−MVstpt）^T（PCtrgt−MVstpt）ここで、Ｊpcは操作変数の恒久制約条件目標値からの偏差の重み付き二乗和、PCwate は恒久制約条件が強要される程度を指定する因数のベクトル、PCtrgtは恒久制約条件目標のベクトル、そしてMVstptは操作変数設定値のベクトルである；Ｊd＝（ｄ ^TAVcost ^T）（AVcost ｄ）ここで、Ｊd は制約関数のその許容領域外での偏差の重み付き二乗和、ｄは制約偏差変数のベクトル、そしてAVcostは相対制約重みのベクトルである；ここで、目的関数には次の制限が課せられている：０≦Vmnmov≦｜ｘ｜≦Vmxmov ここで、Vmnmovは操作変数の最小差動分ベクトルそしてVmxmovは操作変数の最大差動分ベクトル；そしてここで、MVlwbds は操作変数の下限境界を構成するベクトル要素、AVlwbds は関連変数の下限境界を構成するベクトル要素、Ｃは外乱変数に対する操作変数並びに関連変数に関する伝達関数係数のマトリクス、MVhibds は操作変数の上限境界を構成するベクトル要素そしてAVhibds は関連変数の上限境界を構成するベクトル要素である、前記方法。 23．アンモニアを作るための工程であって、以下の手順：（ａ）圧縮空気の流れを作るために圧縮機の中で空気を圧縮し；（ｂ）粗製合成ガス流を生成するために改質器へ水蒸気、炭化水素並びに圧縮空気流を供給し；（ｃ）基本的に酸化物を含まない合成ガス供給流を生成するために、粗製合成ガス流からＣＯ₂及び残留酸化物を除去し；（ｄ）合成ガス供給流、環流合成ガス流並びに水素環流を合成ループの中に圧縮し；（ｅ）合成ループの中で窒素及び水素をアンモニアに変換し；（ｆ）アンモニア製品流と環流合成ガス流を形成するために手順（ｅ）からの反応生成物を冷却し；（ｇ）水素環流を形成するために環流合成ガス流の一部を水素回収装置にパージし；そして（ｈ）手順（ｂ）の炭化水素並びに圧縮空気流の供給量を操作するための差動分を次の目的関数を解くことで決定する： Min Ｊ＝Ｊcv＋Ｊλ＋Ｊpc＋Ｊd ここでMin ＪはＪcv、Ｊλ、Ｊpc、及びＪd の和を含む、最小二乗値である；Ｊcv＝CVwate ^T（Ａｘ−ｅ） ^TCVwate（Ａｘ−ｅ）ここで、Ｊcvは制御変数のそれぞれの設定値からの偏差を将来の限定された期間に渡って重みを付けて二乗した合計値であり、CVwateは制御変数偏差に対して互いに重み付けを行う因数のベクトル、Ａは操作変数に対する制御変数に関する伝達関数係数のマトリクス、ｘは操作変数の差動分のベクトルそしてｅは制御変数とそれぞれの設定値との間の偏差のベクトルである；Ｊλ＝ｘ ^Tλ ^Tλ ｘここで、Ｊλは操作変数の差動分の重み付き二乗和、そしてλは操作変数が過剰に大きく変動することに罰則を与えるための動作抑制因数のベクトルである；Ｊpc＝PCwate（PCtrgt−MVstpt）^T（PCtrgt−Mvstpt）ここで、Ｊpcは操作変数の恒久制約条件目標値からの偏差の重み付き二乗和、PCwate は恒久制約条件が強要される程度を指定する因数のベクトル、PCtrgtは恒久制約条件目標のベクトル、そしてMVstptは操作変数設定値のベクトルである；Ｊd＝（ｄ ^TAVcost ^T）（Avcost ｄ）ここで、Ｊd は制約関数のその許容領域外での偏差の重み付き二乗和、ｄは制約偏差変数のベクトル、そしてAVcostは相対制約重みのベクトルである；ここで、目的関数には次の制限が課せられている：０≦Vmnmov≦｜ｘ｜≦Vmxmov ここで、Vmnmovは操作変数の最小差動分ベクトルそしてVmxmovは操作変数の最大差動分ベクトル；そしてここで、MVlwbds は操作変数の下限境界を構成するベクトル要素、AVlwbds は関連変数の下限境界を構成するベクトル要素、Ｃは外乱変数に対する操作変数並びに関連変数に関する伝達関数係数のマトリクス、MVhibds は操作変数の上限境界を構成するベクトル要素そしてAVhibds は関連変数の上限境界を構成するベクトル要素である、前記方法。