JPH103301A - 複数の制御原理を用いる制御システム - Google Patents
複数の制御原理を用いる制御システムInfo
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- JPH103301A JPH103301A JP15702496A JP15702496A JPH103301A JP H103301 A JPH103301 A JP H103301A JP 15702496 A JP15702496 A JP 15702496A JP 15702496 A JP15702496 A JP 15702496A JP H103301 A JPH103301 A JP H103301A
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Abstract
制御対象に対する制御の精度を改善することは難しい。 【解決手段】 蒸気発生器10は制御対象である。この
制御システムは、制御モジュール群20と選択器30を
含む。制御モジュール群20はそれぞれが異なる制御原
理のもとで動作する複数の制御器をもつ。これらは互い
に無関係に並列動作する。選択器30の挙動予測器30
4は各制御器が出力する制御変数をもとに制御対象の未
来の挙動を予測する。信号比較選択器306は予測結果
をもとに最適な制御器を選択する。
Description
に制御器によって制御対象の動作を制御するシステムに
関する。
反応の制御など、いわゆる非線形な特性を有する物理的
プロセスの制御が行われている。例えば図1は原子力発
電所の高速炉用蒸気発生器の模式的な構成図であり、こ
こではサブクール水が投入される水層2が、高温のナト
リウムの投入されるナトリウム層4と金属壁6で隔てら
れ、水層2に投入される水の流量がポンプ8で制御され
ている。この場合、図示しない制御器が加熱蒸気の温度
やナトリウムの温度などを常時監視してポンプ8に対す
る印加電圧を調整することにより、蒸気の温度を目標値
に合わせるよう制御する。この例では、制御システムに
おける制御対象が蒸気発生器、制御変数が水の流量、観
察変数すなわち制御の最終目的である変数が蒸気発生器
の出口における蒸気温度(以下、蒸気の出口温度とい
う)である。
は、他の各種プラント同様、PID(Proportional,Int
egral and Derivative)とよばれる制御原理に基づいて
制御されることが多い。PIDは制御工学では古典的な
制御方式で、観察変数の実測値と目標値の誤差をeとす
るとき、それぞれ、eに比例する項(proportional)、
eの積分に対応する項(integral)、eの時間微分に対
応する項(derivative)の和によって制御変数に対する
操作を決定する方法である。PIDは制御対象の特性が
線形とみなしてよい範囲において良好な制御結果をもた
らすとともに、外乱に対してもあまり大きな影響を受け
ない頑強性を有することに特徴がある。
計算能力の飛躍的向上に伴い、PID以外の制御方式が
計算機上で実現可能になってきた。例えばLQG(Line
ar Quadratic Gaussian:線形二次ガウス)、人工知
能、ニューラルネットワーク、ファジー理論などに基づ
く制御が提案されており、場合によってはPIDよりも
効率的かつ頑強なものが存在する旨が報告されている。
しかしながら、予期しない外乱が混入したり、制御の際
に参照すべきモデルを変更しなければならない場合な
ど、システムの性能を最適化する制御方式または原理は
容易には判明しない。しかもPID以外の方式は一般に
複雑であり、ハードウエア依存性が大きく、ハードウエ
ア側に起因する不具合によって直接影響を受ける傾向が
ある。このため、例えば原子力関連施設における各種制
御システムのように安定性を最重視するケースでは、L
QG等比較的新しい制御原理の利点を認めつつも、現実
には実績のあるPID方式に頼らざるを得ない状況にあ
る。
つつシステムの効率と制御精度を最適化することのでき
る制御システムを提供することにある。このために本発
明は、制御対象を制御すべく、それぞれが異なる制御原
理に従って並列動作する複数の制御器と、それら複数の
制御器から状況に応じて前記制御対象を制御する制御器
を動的に選択する選択器とを備え、複数の制御原理を用
いて制御を行う。
をいい、前述の例では蒸気発生器がこれに当たる。「制
御器」の例は、それぞれPID、LQGを制御原理とす
るPID制御器、LQG制御器などである。
作をしており、この中から選択器が状況を見ながら制御
対象の制御を委ねる制御器を動的に選択する。このた
め、制御の安定性やシステム効率の最適化などいろいろ
な観点からその時点で最適な制御器を用いることができ
る。
択器が制御対象の挙動予測に基づいて制御器を選択す
る。「挙動」は、少なくとも制御対象の観察変数の振る
舞いをいい、上述の蒸気発生器の場合は蒸気の出口温度
を指す。
択器は、前記複数の制御器のそれぞれが個別に制御対象
を制御した場合にその制御対象がとる挙動を予測し、こ
の予測結果と制御の目標値が最も近くなる制御器を選択
する。「制御の目標値」の例として、上述の蒸気発生器
の場合、蒸気の出口温度に関する「370℃」がある。
択器は、前記複数の制御器が制御を行うためにそれぞれ
参照している参照変数の計測精度に基づいて制御器を選
択する。「参照変数」とは、上述の蒸気発生器の場合、
例えば投入する水やナトリウムの温度、その流量など、
制御器がそれぞれ自己の制御に必要な入力変数をいう。
「計測精度」とは、参照変数をセンサなどで計測すると
きその精度をいい、センサの特性、センサの故障など、
いろいろな理由で変化する。
択器は、前記参照変数どうしが満たすべき拘束条件を手
がかりに計測精度の低下した参照変数を割り出し、この
参照変数を参照して制御を行っている制御器を特定し、
この制御器を選択の対象から外す。「拘束条件」とは複
数の参照変数が満たすべき関係をいい、一般に、ある変
数に対して従属変数が存在するときに生じる。上述の蒸
気発生器の場合、ポンプの印加電圧が上がれば水の流量
が増える、といった関係をいう。
(5)のときさらに、前記計測精度の低下した参照変数
を参照して制御を行っている制御器の動作を停止してこ
の制御器を選択対象から除外する。この結果、システム
全体の制御効率が改善される。
面を参照しながら説明する。
る。同図では制御対象を図1に示した高速増殖炉用の蒸
気発生器10とする。この制御システムは大別して、各
種制御原理に基づく複数の制御器を持つ制御モジュール
群20と、制御モジュール群20の各制御器から出力さ
れる制御変数のうちひとつを選択して出力する選択器3
0からなる。制御モジュール群20および選択器30は
ともに、蒸気発生器10に対する入力信号12と蒸気発
生器10からの出力信号14を参照する。
ID制御器200と、ニューラルネットワークを基本と
するモデル規範型適応制御を行うMRAC制御器202
(Model Reference Adaptive Controller )と、LQG
を制御原理に採用するLQG制御器204からなり、こ
れらは制御システムが稼働している間、それぞれ独立し
て並列動作する。水または蒸気に関するパラメータの添
え字をw、ナトリウム(sodium)の添え字をsとすれ
ば、PID制御器200およびLQG制御器204の参
照変数はともに蒸発の出口温度Twoであり、この一変
数のみをもとに蒸気発生器10に投入すべき水の流量F
wを決定する。一方、MRAC制御器202のニューラ
ルネットワークは入力層のノード数を7とし、 1.ナトリウムの入口温度Tsi 2.ナトリウムの流量Fs 3.水の流量Fw 4.蒸気の出口温度Two 5.蒸気のエンタルピーHw 6.水の平均水圧Pw 7.ナトリウムの出口温度Tso の7変数を参照変数とする。このニューラルネットワー
クの中間層のノード数は10(中間層のノード数は後述
の実験の際に採用した数に合わせている)、出力層のノ
ード数は4とし、上記した7変数のうちの最後の4変
数、すなわちTwo、Hw、Pw、Tsoを出力する。
MRAC制御器202も他の2つの制御器同様、投入す
べき水の流量Fwを制御変数とし、この数字によってポ
ンプが制御される。最終的な制御の目的は蒸気の出口温
度Twoであり、これが観測変数である。図2では制御
変数をuという記号で一般化して表している。
set と表記する)である出口温度との誤差をe(t)と
すれば、PID制御器200は次式に従った制御変数u
(t)を出力する。
項の係数であり、これらは制御システムごとに繰り返し
実験して求める。また同式中の積分はt=0〜tに関す
る。
従って設計される必要があるため、まず蒸気発生器10
に関する線形モデルを、
きのxは評価子として定義されるもので、具体的には次
の式によって計算される。
係数行列を制御システムごとに採用する線形モデルに基
づいて定める。LQG方式による制御は、制御対象の挙
動特性が線形と見なせる範囲において良好な結果をもた
らす。
ワークは図3のように構成する。ここで説明のために、 1.入力層、中間層、出力層をそれぞれ第0、第1、第
2層 2.第m層の第iノードをnm i 3.nm-1 i からnm j への信号の結合係数をwm ij 4.ηを適応学習率係数 5.μを運動量係数 6.δm i をnm i における誤差 7.伝達関数によって求められたnm i の出力をxm i と表記する。まず、ニューラルネットワークの伝達関数
F(x)には、 F(x)=1/{1+exp(−x)} に代表されるシグモイド関数を用いる。すなわち、第0
層の各ノードのみが入力された参照変数をそのまま出力
することを例外とし、第1層以降の各ノードでは、自己
に対する入力の総和をシグモイド関数に投入し、その演
算結果を次の層の各ノードへ与える。例えば第1層のn
1 1 に対する入力は、n0 1 、n0 2 …の出力x0 1 、
x0 2 …にそれぞれ対応する結合係数を掛けたものの合
計であり、 w1 11x0 1 +w1 21x0 2 +… となる。これが上記F(x)に入力される。
量係数μと適応学習率係数(adaptive learning rate g
ain )ηという概念を取り入れたバックプロパゲーショ
ン則(誤差伝搬学習則)を用いる。運動量係数は学習を
規定する次の式5に現れる局所極小値問題を解消するも
ので、適応学習率係数は同様に学習の時間短縮を図る。
(なお、適応学習率の詳細については、I.D.Landau 著
「Adaptive Control−The Model Reference Approach」
(Dekker,New York、1979年)に記載されている)。
わち制御対象の同定が繰り返し計算によって行われる。
一回の計算にあたり、まず制御対象に微小変動すなわち
外乱を加え、制御対象の出力をニューラルネットワーク
の入力変数として与える。つぎにノードの結合係数と偏
差にバックプロパゲーション則で調整を加える(偏差は
上述の式に現れない数値であり、ある値をシグモイド関
数に投入する際に与えるバイアス値をいう)。このと
き、ニューラルネットワークの出力変数とそれに対応す
る制御対象からの出力変数間のノルムが最小になるよう
調整する。この方法の一例は R.L.Burden and J.D.Fair
es 著の「Numerical Analysis」(PWS ,Boston、1985
年)にグラディエント・ディセント法(gradient desce
nt method )として記載されている。この繰り返し計算
により、ニューラルネットワークの出力変数と制御対象
の出力変数間の二乗誤差総和が許容値以下になったと
き、学習は終了する。いいかえれば、ニューラルネット
ワークの各ノードの結合係数や偏差は、蒸気発生モデル
の過渡変化中に起こり得る特性の変化に追従するよう学
習の過程で自ら変化することになる。
トワークの他に収束制御部(図示せず)を内蔵する。こ
の収束制御部は、ニューラルネットワークによる計算を
繰り返し実行させることにより、 J(Fw)=|Tset −Two|2 で規定されるコスト関数においてJ(Fw)を最小にす
る水の流量Fwを求める。ここでTwoはこのニューラ
ルネットワークによって計算された評価値である。例え
ば、評価値が目標値よりも大きければ水を増やして温度
を下げるべきであるため、水の流量Fwを微増させたう
えでニューラルネットワークに再投入することになる。
本実施形態では、J(Fw)を最小にするFwを導出す
るために、シンプレックス法に打切条件すなわち制限時
間を加えた方法を用いる。具体的には、 1)まず水の流量Fwの初期値x0、検索刻み幅Δx、
最小刻み幅Δminを設定し、 2)J(x0)の値をより小さくするxの方向を決める
ためにJ(x0+Δx)を計算してこれがJ(x0)よ
りも小さければ検索方向をプラス、そうでなければマイ
ナスにとり、 3)その検索方向にΔxずつxを変化させながらJ
(x)を最小にするxを探索し、 4)探索で見つかったxをx0とみなし、かつΔxを数
分の一にした上で1)〜3)を繰り返し、 5)ΔxがΔmin以下になるまで、または制限時間が
経過するまで1)〜4)を繰り返す。
られるリアルタイム性を損なわないための計算時間の上
限であり、具体的にはタイムステップの一周期よりも小
さな値に設定される。こうして5)により、最終的に最
も良好な結果の得られた流量Fwをつぎのタイムステッ
プが到来したときに制御変数として出力する。なおこの
際、複数のタイムステップに渡って総合的にJ(Fw)
の値を小さくするFwを探索してもよい。この場合、現
在のFwを再帰的にニューラルネットワークに投入し
て、つぎのタイムステップにおけるJ(Fw)の値を計
算する。この計算を時間的に未来の方向に存在する所定
数のタイムステップについて同様に行い、J(Fw)の
総和が最小になるよう上記シンプレックス法を用いてF
wを決めればよい。この方法を採用する場合、計算負荷
軽減のために、J(Fw)の総和をとるかわりに例えば
数タイムステップ先のあるタイムステップのみにおける
J(Fw)を最小にするFwを探索してもよい。
の計測精度を評価する計測精度評価器300と、3つの
制御器から出力される制御変数をもとに、それらの制御
変数に基づいて蒸気発生器10を制御したとき、蒸気の
出口温度がとるであろう挙動を予測する挙動予測器30
4と、挙動の予測結果と制御システムの目標値Tset を
比較し、予測結果が最も目標値に近くなる制御変数を選
択して出力する信号比較選択器306を有する。信号比
較選択器306はこの機能の他に、計測精度の落ちた参
照変数を参照している制御器が発生する制御変数を選択
の対象から除外する機能を持つ。
精度の低下した参照変数を検出する方法を説明する図で
ある。同図には、4つの拘束条件a〜dが描かれてい
る。各拘束条件に含まれる複数の参照変数の間には一定
の従属関係がある。たとえば拘束条件bのポンプ印加電
圧Eを上げればポンプ吐出圧Pは増加し、流量Wも増
す。他の拘束条件についても参照変数間に一定の関連が
ある。従って、仮に同図の拘束条件aのみが破られ、他
の拘束条件が満たされているとすれば、拘束条件aに含
まれる参照変数のうち、他の拘束条件に含まれない発熱
量Qの計測精度が低下していると考えられる。計測精度
が低下する原因には環境の変化に対するセンサの特性変
化の他、センサの単純な故障などがあるが、ここでは原
因は問わない。
されれば、計測精度評価器300はその参照変数を参照
して制御器を特定し、その制御器が発生する制御変数を
信号比較選択器306に通知する。信号比較選択器30
6はこの制御変数を最終出力の対象から外す。そのよう
な参照変数を用いて制御を行う制御器の出力は信頼でき
ないと考えられるためである。この結果、センサなどを
含むハードウエアの一部に何らかの支障が生じたときで
も、制御精度の劣化をくい止めることができる。
を参照する制御器の制御変数を排除するよう信号比較選
択器306が働くが、これには別の構成も考えられる。
例えば、計測精度評価器300の出力を直接制御モジュ
ール群20に渡し、問題となる制御器の動作を根本的に
止めてしまうなど、なんらかの無効化措置をとってもよ
い。この場合、制御器が無意味に動作する時間が短縮さ
れるため、制御システム全体の効率改善に寄与する。無
効化された制御器については、計測精度が良好な状態に
戻ったときに再起動をかければよい。
する入力信号12、蒸気発生器10からの出力信号1
4、および各制御器から出力された3種類の制御変数を
入力し、蒸気の出口温度の挙動を3種類の制御変数のそ
れぞれについて予測する。本実施形態では、挙動予測器
304が、前述のMRAC制御器202が持つのと同じ
ニューラルネットワークを内蔵するものとする。従っ
て、このニューラルネットワークも前述のMRAC制御
器202同様に7つの変数を入力するが、これらのう
ち、水の流量Fwのみが各制御器の出力である3通りの
制御変数に置き換えられる。
出力された制御変数である流量Fwをもとに蒸気の出口
温度Twoを計算する。以降、MRAC制御器202、
LQG制御器204から出力された流量Fwをもとに同
様の計算を行う。3つの制御器に対する3通りの計算の
際にもMRAC制御器202で説明した再帰的方法、つ
まり、未来方向の複数のタイムステップに亘って総合的
にTset に近いTwoを実現する制御器を特定してもよ
い。
Fwに対して同数のタイムステップを考慮して挙動予測
器304で予測を行う場合、ニューラルネットワークが
同一であるため、予測される出口温度Twoは一致する
ことになる。ここでは一例として、MRAC制御器20
2にてある程度多数のタイムステップを考慮してFwを
算出しておき、挙動予測器304では比較的少ないタイ
ムステップを考慮してFwを算出するなどの運用が考え
られる。いずれの方法をとるにせよ、この段階で3つの
制御器に対応する3通りのFwが決まり、それらに対応
する3通りのTwoが決まる。3通りのTwoは信号比
較選択器306に与えられる。
口温度の目標値Tset が設定されている。この目標値は
固定的な値でもよいし、外部の指示によって可変であっ
てもよい。信号比較選択器306は目標値を記憶するメ
モリと、その目標値と前記3通りの蒸気の出口温度Tw
oとをそれぞれ比較する比較器を持つ。この比較器は減
算器でよく、減算の結果、誤差の絶対値が最小になる制
御器を判別し、この制御器による制御変数を選択してこ
れをポンプ印加電圧に変換してポンプ(図示せず)に与
える。
成を制御する。まず、蒸気発生器10の運転を開始する
とき、図2に示す本実施形態の制御システム全体を起動
する。PID制御器200、MRAC制御器202、お
よびLQG制御器204は独立して動作し、3つの制御
器による並列動作状態となる。
04は蒸発の出口温度Twoを参照し、それぞれ式1〜
3に従ってu(t)を算出し、制御変数である水の流量
Fwを出力する。一方、MRAC制御器202は前述の
7変数を参照し、過去の学習内容をもとに、収束制御お
よび所定数のタイムステップに亘る評価を行い、水の流
量Fwを決定し、これを出力する。
02同様、ニューラルネットワークにより蒸気の出口温
度Twoの挙動を予測する。ここでは複数のタイムステ
ップに亘る評価を行うとする。このために、まずPID
制御器200から出力されたFwを入力層の一変数とし
て投入し、出力層からTwoとFwを含む4変数を出力
する。このとき、出力されたTwoを信号比較選択器3
06に送出する。信号比較選択器306では、受け取っ
たTwoと目標値Tset の差ΔTを記録しておく。
力した4変数を新たな参照変数として入力層に投入し、
再帰的にTwoとFwを計算し、計算のたびにTwoを
信号比較選択器306に送出する。このとき、これらの
4変数以外の3変数には変化がないと近似してそのまま
投入する。信号比較選択器306ではTwoを受け取る
たびにΔTを記録する。再帰的な処理は、予め定められ
たタイムステップ数に到達したときに終了する。計算の
終了後、信号比較選択器306は記録されたΔTについ
て例えば二乗和をとり、PID制御器200に関する評
価値とする。挙動予測器304と信号比較選択器306
は、同様の再帰的計算をMRAC制御器202およびL
QG制御器204から出力された制御変数についても行
い、最終的に最も良好な評価値となった制御器を特定
し、その制御器が出力した制御変数を選択してこれをも
とにポンプを制御する。制御変数の選択はタイムステッ
プごとに行われる。
300では各制御器の参照変数の計測精度を常時監視し
ている。監視の結果、参照変数間に成立すべき拘束条件
が破られたとき、計測精度の低下した参照変数を参照し
ている制御器を選択の対象から外す。複数の制御器がそ
の参照変数を参照している場合はそれらすべての制御器
を外してもよい。すべての制御器が共通して参照してい
る参照変数の計測精度が低下したときは、警告を発する
等の特殊処理をなしてもよい。設計の詳細は制御対象の
性質などから決めることができる。いずれの設計を採用
しても、計測精度評価器300は制御システムにおいて
フェイルセーフ機構の一部として利用できる。
目標値Tset が一定であるとして制御される。従って、
ナトリウムの入口温度TsiなどMRAC制御器202
の参照変数が完全に一定値に維持される場合、システム
は平衡状態になり、水の流量Fwも一定値に落ち着く。
しかし、なんらかの原因で参照変数に変動が生じたと
き、この変動によって蒸気の出口温度Twoに生じる変
動を抑制するよう本実施形態の制御システムが動作す
る。これとは逆に、本実施形態の場合、蒸気の出口温度
の目標値Tset 自体を変更することも許される。この場
合、Tset の変更が式1のe(t)、式2のy(t)に
反映されるため、やはりTwoをTset に近づけるよう
制御システムが働く。
ップで最良な制御器が選択されるため、全体の傾向とし
ては、制御器それぞれを個別に運転したときに得られる
Twoの3つ挙動曲線のうち、各タイムステップにおい
て最も目標値Tset に近い曲線が選択されることにな
る。つまりこれらの挙動曲線が交差するとき、大局的に
みれば、よりTset に近い曲線に対する乗り換えが起こ
ると考えればよい。
障(common cause failures )に対するシステムの耐性
が大幅に改善される点に注意すべきである。共通要因故
障とは、信頼性を改善するためにシステムに冗長系を設
けても、この冗長系の要素に、例えば同じ工場の製品で
ある、同じ動作条件である、などの技術上の共通点があ
れば、単一の要因でシステム全体が機能しなくなるよう
な致命的な故障をいう。本実施形態の場合、動作原理の
異なる制御器が並列動作するため、共通要因故障の可能
性を低減することができる。
レーション実験の結果を説明する。実験の前提条件は以
下の通りである。
数KP 、KI 、KD については、Zieger−Nic
holas法等のすでに提案されている手法で求めた値
をもとに決めた。
の係数については、本実施形態における制御対象である
ナトリウム−水/蒸気熱交換器の数学モデルを線形化し
たモデルに基づいて設定した。
ットワークの伝達関数F(x)には、 F(x)=(1−e-x)/(1+e-x) というハイパータンジェント型のシグモイド関数を採用
した。ニューラルネットワークの学習は、ニューラルネ
ットワークの出力変数と現存の蒸気発生器について実測
された出力変数間の二乗誤差総和が10-2 〜10-3以
下になるまで行った。
ットワークにおいて考慮する未来方向のタイムステップ
数は8とした。ここでは単純に、8タイムステップ後に
おける目標値Tset と蒸気の出口温度Twoの誤差のみ
を考慮し、この誤差を最小にする水の流量Fwを制御変
数として出力した。
ネットワークにおいて考慮する未来方向のタイムステッ
プ数は4とした。ここでは単純に、4タイムステップ後
における目標値Tset と蒸気の出口温度Twoの誤差を
最小にする制御器を選択した。
℃弱で一定のまま、ナトリウムの流量Fsと入口温度T
siに変動が生じた場合の制御の様子を示す図である。
ここでは流量Fsに20%、入口温度Tsiに10%の
一時的かつ比較的緩やかな低下があったと想定した。同
図(a)は3つの制御器のうち個別に最も良好な結果を
もたらしたMRAC制御器202による制御結果と本実
施形態の制御システムによる制御結果の比較を示す。同
図(b)は3つの制御器の選択状態を示し、ここでは図
の縦軸「0」でPID制御器200、「1」でMRAC
制御器202、「2」でLQG制御器204が選択中で
あることを示している。同図(c)は3つの制御器をそ
れぞれ個別に動作させた場合に蒸気の出口温度Twoが
とる挙動を示す。同図(d)はナトリウムの流量Fsと
入口温度Tsiに生じる正規化された外乱の様子を示
す。同図横軸は制御開始からのタイムステップを示し、
ここではタイムステップの間隔を0.25秒に設定して
いる。図中、Tset は目標値、Tm、Tl、Tpはそれ
ぞれMRAC制御器202、LQG制御器204、PI
D制御器200を単独で制御した場合の蒸気の出口温
度、Taは本実施形態の制御システムによる蒸気の出口
温度である。これらの表記は後述の図6、7についても
同様である。なお、同図(a)と(c)では縦軸のスケ
ールが異なる点に注意を要する。
に、ナトリウムの流量Fsと入口温度Tsiが低下しは
じめると、蒸気の出口温度Twoも低下する。このと
き、各制御器は水の流量Fwを減らすよう制御すること
により、Twoの低下を抑制しようとする。同図(c)
からわかるように、3つの制御器を個別に動作させたと
き、MRAC制御器202が全体的に良好な結果を示
す。同図(a)においてこのMRAC制御器202と本
実施形態の制御システムの比較したところ、タイムステ
ップ220〜270付近で比較的大きな差が生じ、本実
施形態の制御システムのほうが目標値に近い制御を行う
ことがわかった。同図(b)のごとく、実験中比較的M
RAC制御器202の選択時間が長かったが、選択には
特別な規則性は認められなかった。本実施形態の効果の
ひとつは、制御システムの運転中、運転者が制御器の選
択の状況を意識する必要のない点にある。
るが、ここではナトリウムの流量Fsに40%、入口温
度Tsiに10%の急激かつ継続的な低下があったと想
定した。同図(a)〜(d)は図5のそれらに対応す
る。ここでも同図(c)のごとくMRAC制御器202
が比較的よい結果を示し、同図(a)のごとく本実施形
態の制御システムは、このMRAC制御器202より微
妙ではあるがさらに良好な結果を生んでいる。
実験結果を示す。ここでは図5、6の(a)(b)に対
応するもののみを掲げている。同図(a)の破線によっ
て目標値の変化が判明するため(c)に当たる図は不要
であり、一方この実験でも単独動作の場合にMRAC制
御器202が最良の結果を生んだため、図(c)を省い
ている。現実にはPID制御器200、LQG制御器2
04それぞれが単独動作した場合、図7(a)にとった
縦軸のスケールでは同図にTwoにおさまらないほどの
変動を示した。図7(a)からわかるように、この実験
でも本実施形態の制御システムがMRAC制御器202
よりもよい結果を生んでいる。
しかし本発明の制御システムについては、以下のような
応用または変形が可能である。
合、本発明は一般に適用可能である。例えば化学プラン
トにおける化学反応の制御、熱機関の発熱制御、飛行機
の推進力制御など、適用可能な技術分野は極めて広い。
て3つの制御器を設けた。しかしこれら以外にも、オン
/オフのみを制御するサーモスタットのようなバング−
バング(Bang-bang )制御器、異なるモデルに基づく制
御器、人工知能(エキスパートシステム)、ファジー理
論、ニューラルネットワークの任意の組合せに係る制御
器の併設が考えられる。挙動予測器についても同様の選
択枝が可能である。
れた制御変数と目標値の誤差をもとに制御器を選択した
が、誤差の他にその微分値を加味して選択してもよい。
制御原理に従って並列動作する複数の制御器から各瞬間
に最適と思われる制御器が選択され、これによって制御
対象が制御されるため、制御器をそれぞれ個別に動作さ
せる場合よりも良好な制御結果が達成できる。また本発
明によれば、動作原理の異なる制御器が並列動作するた
め、共通要因故障に対するシステムの耐性が大幅に向上
する。
択する場合は、例えば計測精度の落ちた参照変数をもと
に制御を行う制御器を選択の対象から外すことができ
る。このため、例えばハードウエア等の故障や好ましく
ない特性に起因する制御結果の劣化を回避することがで
き、制御システムにおけるフェイルセーフ機構を構成す
ることができる。
御を行っている制御器の動作を停止する場合は、システ
ム全体の制御効率が改善される。
な構成図である。
ある。
ークの構造を示す図である。
下した参照変数を検出する方法を説明する図である。
ムの流量Fsと入口温度Tsiに変動が生じた場合の制
御の様子を示す図である。
ウムの流量Fsに40%、入口温度Tsiに10%の急
激かつ継続的な低下があった場合の様子を示す図であ
る。
図である。
択器、200 PID制御器、202 MRAC制御
器、204 LQG制御器、300 計測精度評価器、
304 挙動予測器、306 信号比較選択器。
Claims (6)
- 【請求項1】 制御対象を制御すべく、それぞれが異な
る制御原理に従って並列動作する複数の制御器と、 それら複数の制御器から状況に応じて前記制御対象を制
御する制御器を動的に選択する選択器と、 を備えることを特徴とする、複数の制御原理を用いる制
御システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載のシステムにおいて、 前記選択器は、制御対象の挙動予測に基づいて制御器を
選択することを特徴とする、複数の制御原理を用いる制
御システム。 - 【請求項3】 請求項2に記載のシステムにおいて、 前記選択器は、前記複数の制御器のそれぞれが個別に制
御対象を制御した場合にその制御対象がとる挙動を予測
し、この予測結果と制御の目標値が最も近くなる制御器
を選択することを特徴とする、複数の制御原理を用いる
制御システム。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のシステ
ムにおいて、 前記選択器は、前記複数の制御器が制御を行うためにそ
れぞれ参照している参照変数の計測精度に基づいて制御
器を選択することを特徴とする、複数の制御原理を用い
る制御システム。 - 【請求項5】 請求項4に記載のシステムにおいて、 前記選択器は、前記参照変数どうしが満たすべき拘束条
件を手がかりに計測精度の低下した参照変数を割り出
し、この参照変数を参照して制御を行っている制御器を
特定し、この制御器を選択の対象から外すことを特徴と
する、複数の制御原理を用いた制御システム。 - 【請求項6】 請求項4、5のいずれかに記載のシステ
ムにおいて、 前記計測精度の低下した参照変数を参照して制御を行っ
ている制御器の動作を停止することを特徴とする、複数
の制御原理を用いた制御システム。
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1996
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