JPH1165611A - 制御パラメータの自動調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラント全体の制御システムの把握を必要と
せず、熟練度を必要とせずに誰でも容易に適用でき、か
つ短時間に短い制御ステップで最適パターンに近づける
ことができる制御パラメータの自動調整方法を提供す
る。 【解決手段】 マイナループの制御調節器の複数の制御
パラメータを自動調節する方法。（Ａ）制御時間と制御
量の最適パターンを予め設定し、（Ｂ）複数の制御パラ
メータをそれぞれ増減させて、対象プラントの制御時間
と制御量の関係を複数の模擬パターンとしてそれぞれ設
定し、（Ｃ）対象プラントを運転して、制御時間と制御
量の関係から実パターンを求め、実パターンに相当する
模擬パターンを選択し、（Ｄ）選択した模擬パターンか
ら複数の制御パラメータの増減方向を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御調節器の制御
パラメータを自動設定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントにおいては、高効率
化、省力化、運用の多様化、保守性向上、環境保全など
のニーズに対し、高温高圧化、全自動化、燃料の多様化
などの機能を追加することにより運用の高度化が図られ
ている。また、各種海外炭を燃料とする石炭焚火力発電
プラントの増加に従い、炭種により異なる水分量、粉砕
性、灰付着特性などに起因するボイラ特性変化などに柔
軟に対応できる制御システムが求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの要望を満たす
ために、火力発電プラントの制御システムも、高度化、
高機能化が進められているが、制御調節器としては、Ｐ
Ｉ（比例・積分）調節器を用いたものが依然として主流
であり、このＰＩ調節器の制御パラメータ（比例ゲイン
Ｐと積分時間Ｉ）を主に調整員の経験に基づき従来設定
していた。

【０００４】そのため火力発電プラントにおける試運転
調整において、以下の問題点があった。 試運転調整を短期間に円滑に完了させるためには、熟
練した調整員が不可欠であるが、プラント数の増加、プ
ラント出力の大容量化に伴い熟練者調整員の不足が深刻
化しており、プラントの操業にも影響が生じるおそれが
ある。 プラント全体の制御システム（ＡＰＣ:Automatic Pow
er Plant Control System ）が高度化、高機能化し、調
整員が全ての内容を把握しきれない状況にある。 コスト低減のため、試運転期間の短縮が強く要望され
ている。

【０００５】更に、試運転調整後も、以下の課題が生じ
ている。 炭種が短期間（数週間から数カ月）で変化し、かつ炭
種により含有水分量、粉砕性、灰付着特性、燃料比など
が異なるので、炭種切替え毎に制御パラメータを再調整
する必要がある。 炭種が同一でも、石炭水分量が、天候（雨、雪など）
の影響を受け、これにより出炭特性が変化する。 石炭の運用は一炭種だけでなく混炭も行うため混炭後
の石炭性状が明確に把握できない。 石炭は、石炭ヤード、バンカ、ベルトコンベア、ミル
等を経由するため、どの時点で炭種が切り替わったのが
明確でない。

【０００６】上述した種々の問題点を解決するために、
制御調節器の制御パラメータを自動設定することが従来
から強く要望されており、種々の手段が既に提案されて
いる（例えば、特開平４−２９４４０２号、特開平５−
１４３１１３号、特開平５−１７３６０５号、特開平５
−３２４０１１号、特開平６−１３１１００７号、特開
平７−２６８００６号、等）。

【０００７】しかし、かかる従来の手段、例えば特開平
５−１７３６０５号の「内燃機関の回転速度ＰＩＤ制御
器用ゲイン調整装置」ではファジイ理論や学習機能を用
いているが、基本的にＩＦ〜ＴＨＥＮ〜形式の複合命題
で記述され、多数のルールの各々は人間が経験に基づく
知識やノウハウを用いて作成されていた。そのため、従
来の手段を特定のプラント（例えば火力発電プラント）
に適用するためには、熟練した調整員のノウハウを正確
に分析して多数の論理式を作成し、それぞれに適当な命
令を作成する必要があった。

【０００８】そのため、従来の手段では、熟練した調整
員のノウハウが不可欠であり、プラント全体の制御シス
テムの把握が必要であり、かつ多数の炭種の含有水分
量、粉砕性、灰付着特性、燃料比等の特性に対応してＩ
Ｆ〜ＴＨＥＮ〜形式の複合命題における設定量を適切に
設定する必要があり、試運転や再調整に長期間を要する
問題点があった。

【０００９】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プラ
ント全体の制御システムの把握を必要とせず、熟練度を
必要とせずに誰でも、短時間に容易に使用でき、かつ短
時間に短い制御ステップで最適パターンに近づけること
ができる制御パラメータの自動調整方法を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、マイナ
ループの制御調節器の複数の制御パラメータを自動調節
する方法であって、（Ａ）制御時間と制御量の最適パタ
ーンを予め設定し、（Ｂ）複数の制御パラメータをそれ
ぞれ増減させて、対象プラントの制御時間と制御量の関
係を複数の模擬パターンとしてそれぞれ設定し、（Ｃ）
対象プラントを運転して、制御時間と制御量の関係から
実パターンを求め、該実パターンに相当する模擬パター
ンを選択し、（Ｄ）選択した模擬パターンから複数の制
御パラメータの増減方向を決定する、ことを特徴とする
制御パラメータの自動調整方法が提供される。

【００１１】この方法により、（Ａ）の制御時間と制御
量の最適パターンを予め設定するだけで、（Ｂ）〜
（Ｄ）のステップは、コンピュータを用いて自動設定す
ることができるので、熟練度を必要とせずに誰でも、短
時間に容易に使用することができる。また、この方法
は、対象プラントから模擬パターンと実パターンを求め
ることができれば、それ以上のプラント全体の制御シス
テムの把握を必要としない。従って、上述した火力発電
プラント等に限定されず、マイナループの制御調節器を
用いる他の一般のプラント又は装置にもそのまま適用す
ることができる。

【００１２】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
模擬パターンの設定は、対象プラントのシミュレーショ
ン又は実機のステップ応答試験による。すなわち、火力
発電プラント等のように、精度の高いシミュレーション
システムが確立している場合にはこれを用いることによ
り、極めて短時間に模擬パターンを設定することができ
る。また、シミュレーションシステムが確立していない
場合でも、実機を用いてステップ応答試験を行うことに
より、プラント全体の制御システムの把握を必要とせず
に、正確に模擬パターンを設定することができる。

【００１３】また、対象プラントの時定数を算出し、該
時定数を所定数で分割して制御時間の間隔を設定するこ
とが好ましい。この時定数の算出は、シミュレーション
又は実機のステップ応答試験のいずれであってもよい。
このように時定数に応じて制御時間の間隔を設定するこ
とにより、プラント特性に左右されることなく、ほぼ同
一のステップ数で同一の特性を得ることができる。

【００１４】前記模擬パターンは、面積偏差、減衰程
度、オーバーシュート及び振動程度を特徴量として設定
され、各特徴量をメンバーシップ関数を用いてファジイ
評価するのがよい。このようにプラントにおいて重要な
特徴量である面積偏差、減衰程度、オーバーシュート及
び振動程度をメンバーシップ関数を用いてファジイ評価
することにより、最適パターンへ効果的に短時間に近づ
けることができる。

【００１５】対象プラントが火力発電プラントである場
合、前記制御調節器はＰＩ調節器であり、（Ａ）前記フ
ァジイ評価により面積偏差、減衰程度、オーバーシュー
トの３つの特徴量の大きさに応じて、それぞれ「小」
「中」「大」の評価値を定めて、複数の模擬パターンを
選択し、（Ｂ）前記各模擬パターンに応じて比例ゲイン
Ｐと積分時間Ｉの増減方向を増加、保持又は減少として
決定し、（Ｃ）更に、振動程度の大きさに応じて「小」
「中」「大」の評価値を定め、これに対応して比例ゲイ
ンＰの増減方向を増加、保持又は減少として決定し、
（Ｄ）前記ＢとＣの結果を加算して、比例ゲインＰと積
分時間Ｉを増減又は保持するのがよい。

【００１６】火力発電プラントにおける制御調節器は主
にＰＩ調節器であり、ＰＩ調節器の制御パラメータであ
る比例ゲインＰと積分時間Ｉの増減方向を、複数の模擬
パターンから決定し、更に振動程度の大きさに応じて比
例ゲインＰの増減方向を加算して決定することにより、
現代制御理論のような膨大で複雑な制御を行うことな
く、短時間に短い制御ステップで最適パターンに近づけ
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図１は、本発明の方法によ
る学習・調整手順を示すブロック図である。この図に示
すように、本発明の方法は、学習手順と調整手順の２つ
に大別される。また、本発明の方法は、マイナループの
制御調節器の複数の制御パラメータを自動調節するもの
である。なお、ここでマイナループとは、例えば流量制
御のように制御量と操作量の関係が１対１の制御ループ
をいう。

【００１８】図１において、学習手順では、１の対象プ
ラントのシミュレーション又は実機のステップ応答試験
により、２で模擬パターンを作成／設定し、３で自動学
習する。また、調整手順では、４の時定数算出により、
対象プラントの時定数を算出し、この時定数を所定数で
分割して制御時間の間隔を設定する。更に、５のファジ
イ推論では、自動学習した結果に基づき、比例ゲイン等
の制御パラメータの自動調整する。

【００１９】このように、模擬パターンの設定を対象プ
ラントのシミュレーション又は実機のステップ応答試験
によることにより、火力発電プラント等のように、精度
の高いシミュレーションシステムが確立している場合に
はこれを用いることにより、極めて短時間に模擬パター
ンを設定することができる。また、シミュレーションシ
ステムが確立していない場合でも、実機を用いてステッ
プ応答試験を行うことにより、プラント全体の制御シス
テムの把握を必要とせずに、正確に模擬パターンを設定
することができる。

【００２０】また、このように時定数に応じて制御時間
の間隔を設定することにより、プラント特性に左右され
ることなく、ほぼ同一のステップ数で同一の特性を得る
ことができる。なお、この時定数の算出は、シミュレー
ション又は実機のステップ応答試験のいずれであっても
よい。

【００２１】図２は、本発明による学習用応答パターン
を模式的に示す図である。この図において、中央に位置
する応答パターンが、望ましい最適パターンであり、そ
のまわりに位置する８つのパターンは、制御パラメータ
を増減させた場合の模擬パターンである。すなわち、本
発明の制御パラメータの自動調整方法では、３の自動学
習において、まず、（Ａ）制御時間と制御量の最適パタ
ーン（学習パターン５）を予め設定し、次いで、（Ｂ）
複数の制御パラメータ（この図では比例ゲインＰと積分
時間Ｉ）をそれぞれ増減させて、対象プラントの制御時
間と制御量の関係を複数の模擬パターン（５を除く、学
習パターン１〜９）としてそれぞれ設定する。

【００２２】次に、（Ｃ）対象プラントを運転して、制
御時間と制御量の関係から実パターンを求め、この実パ
ターンに相当する模擬パターン（学習パターン１〜９）
を選択し、（Ｄ）選択した模擬パターンから複数の制御
パラメータの増減方向を（Ｂ）における増減方向の逆方
向に決定する。なお、この説明において、「増減」に
は、増減のないそのままの場合も含んでいる。

【００２３】また、図２に示した各パターンは、制御時
間（横軸）と制御量（縦軸）の変化曲線として示してい
るが、実際の制御ではこれを、各図の右上に示すよう
に、面積偏差、減衰程度、オーバーシュート及び振動程
度の特徴量として設定するのがよい。更に、各特徴量を
メンバーシップ関数を用いてファジイ評価する。ここ
で、メンバーシップ関数とは、図３に例示するように、
各特徴量に対して評価値を与えるものであり、区分（こ
の場合、「小」「中」「大」）の境界部分では、２つの
区分の両方に異なる評価値を与えるものである。

【００２４】次に、対象プラントが火力発電プラントで
ある場合について更に詳述する。この場合、制御調節器
はＰＩ調節器を対象とする。先ず、（Ａ）面積偏差、減
衰程度、オーバーシュートの３つの特徴量の大きさに応
じて、それぞれ「小」「中」「大」の評価値を定めて、
表１に示す２７種の模擬パターンを予め作成する。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、この２７種の模擬パターンに対応し
て、比例ゲインＰと積分時間Ｉの増減方向を表２に示す
ように、予め定めておく。なお、この対応は表１のＮ
ｏ．１〜９、１０〜１８、１９〜２７がそれぞれ表２に
対応しており、メンバーシップ関数による評価値の大き
さでその度合を変える。

【００２７】

【表２】

【００２８】更に、振動程度の大きさに応じて比例ゲイ
ンＰの増減方向を表３のように定める。

【００２９】

【表３】

【００３０】実際の自動調整では、上述した自動学習に
おいて、まず、（Ａ）制御時間と制御量の最適パターン
（学習パターン５）を予め設定し、次いで、（Ｂ）複数
の制御パラメータ（この図では比例ゲインＰと積分時間
Ｉ）をそれぞれ増減させて、対象プラントの制御時間と
制御量の関係を複数の模擬パターン（５を除く、学習パ
ターン１〜９）を求め、この模擬パターンから、面積偏
差、減衰程度、オーバーシュート及び振動程度の特徴量
を求めて記憶する。

【００３１】次に、（Ｃ）対象プラントを運転して、制
御時間と制御量の関係から実パターンを求め、この実パ
ターンから各特徴量を求め、その各特徴量を表１に照合
して相当するパターンを選択する。次に、選択したパタ
ーンに応じて表２から比例ゲインＰと積分時間Ｉの増減
方向を増加、保持又は減少として決定し、更に振動程度
の大きさに応じて「小」「中」「大」の評価値を定め、
これに対応して表３から比例ゲインＰの増減方向を増
加、保持又は減少として決定し、表２と表３の結果を加
算して、比例ゲインＰと積分時間Ｉを増減又は保持す
る。

【００３２】上述した方法により、ニューラルネットワ
ークのような膨大な学習過程を必要とすることなく、短
時間に短い制御ステップで最適パターンに近づけること
ができる。また、表１〜表３のパターンは、制御対象に
依存しない汎用性があり、火力発電プラント以外の一般
産業の制御に適用できる。更に、この方法は、対象プラ
ントから模擬パターンと実パターンを求めることができ
れば、それ以上のプラント全体の制御システムの把握を
必要としない。従って、熟練度を必要とせずに誰でも、
短時間に容易に適用することができる。

【００３３】

【実施例】上述した本発明の制御パラメータの自動調整
方法を検証するために、精度の高いシミュレーションシ
ステムとして確立している火力発電プラント用の解析シ
ステム（エネルギープラント動特性解析システム）を用
いて、１０００ＭＷ石炭焚変圧貫流ボイラを対象として
シミュレーションを実施した。

【００３４】図４及び図５は得られた結果であり、図４
は、本発明の方法による比例ゲイン・積分時間の自動調
整軌跡を示す図であり、図５はその自動調整過程を示す
図である。これらの結果から、１０〜３０回程度の調整
により適正値に到達しており、その後も調整値が安定し
ていることが確認できた。

【００３５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】上述したように、本発明の制御パラメー
タの自動調整方法は、プラント全体の制御システムの把
握を必要とせず、熟練度を必要とせずに誰でも、短時間
に容易に使用でき、かつ短時間に短い制御ステップで最
適パターンに近づけることができる等の優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法による学習・調整手順を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明による学習用応答パターンを示す図であ
る。

【図３】メンバーシップ関数の説明図である。

【図４】本発明の方法による比例ゲイン・積分時間の自
動調整軌跡を示す図である。

【図５】本発明の方法による比例ゲイン・積分時間の自
動調整過程を示す図である。

【符号の説明】

１ シミュレーション又は実機のステップ応答試験 ２ 模擬パターンを作成／設定 ３ 自動学習 ４ 時定数算出 ５ ファジイ推論

フロントページの続き (72)発明者 村山 茂樹 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 井上 敏男 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイナループの制御調節器の複数の制御
   パラメータを自動調節する方法であって、（Ａ）制御時
   間と制御量の最適パターンを予め設定し、（Ｂ）複数の
   制御パラメータをそれぞれ増減させて、対象プラントの
   制御時間と制御量の関係を複数の模擬パターンとしてそ
   れぞれ設定し、（Ｃ）対象プラントを運転して、制御時
   間と制御量の関係から実パターンを求め、該実パターン
   に相当する模擬パターンを選択し、（Ｄ）選択した模擬
   パターンから複数の制御パラメータの増減方向を決定す
   る、ことを特徴とする制御パラメータの自動調整方法。
2. 【請求項２】 前記模擬パターンの設定は、対象プラン
   トのシミュレーション又は実機のステップ応答試験によ
   る、ことを特徴とする請求項１に記載の制御パラメータ
   の自動調整方法。
3. 【請求項３】 対象プラントの時定数を算出し、該時定
   数を所定数で分割して制御時間の間隔を設定する、こと
   を特徴とする請求項１に記載の制御パラメータの自動調
   整方法。
4. 【請求項４】 前記模擬パターンは、面積偏差、減衰程
   度、オーバーシュート及び振動程度を特徴量として設定
   され、各特徴量をメンバーシップ関数を用いてファジイ
   評価する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御パラ
   メータの自動調整方法。
5. 【請求項５】 対象プラントが火力発電プラントである
   場合、前記制御調節器はＰＩ調節器であり、（Ａ）前記
   ファジイ評価により、面積偏差、減衰程度、オーバーシ
   ュートの３つの特徴量の大きさに応じて、それぞれ
   「小」「中」「大」の評価値を定めて、複数の模擬パタ
   ーンを選択し、（Ｂ）前記各模擬パターンに応じて比例
   ゲインＰと積分時間Ｉの増減方向を増加、保持又は減少
   として決定し、（Ｃ）更に、振動程度の大きさに応じて
   「小」「中」「大」の評価値を定め、これに対応して比
   例ゲインＰの増減方向を増加、保持又は減少として決定
   し、（Ｄ）前記ＢとＣの結果を加算して、比例ゲインＰ
   と積分時間Ｉを増減又は保持する、ことを特徴とする請
   求項４に記載の制御パラメータの自動調整方法。