JPH117314A - プラントシミュレータ - Google Patents
プラントシミュレータInfo
- Publication number
- JPH117314A JPH117314A JP15725897A JP15725897A JPH117314A JP H117314 A JPH117314 A JP H117314A JP 15725897 A JP15725897 A JP 15725897A JP 15725897 A JP15725897 A JP 15725897A JP H117314 A JPH117314 A JP H117314A
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- Japan
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- plant
- solution
- calculation
- mathematical model
- time
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ディジタル演算装置を用いたプラントのリア
ルタイムシミュレーションを、或る程度の精度を確保し
ながら高速に実行可能とする。 【解決手段】 プラントを多元連立方程式からなる数学
モデルＭとして表現し、そのパラメータについて、適宜
入力される入力値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からそのまま求められ
るものはそのまま演算し、その他のものは前回値（（−
１）が付されたパラメータ）を用いて演算する処理を一
定時間だけ繰り返すことで、数学モデルＭの解を従来の
ような収束演算によらず、一定の精度を確保しつつ高速
に求められるようにする。
ルタイムシミュレーションを、或る程度の精度を確保し
ながら高速に実行可能とする。 【解決手段】 プラントを多元連立方程式からなる数学
モデルＭとして表現し、そのパラメータについて、適宜
入力される入力値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）からそのまま求められ
るものはそのまま演算し、その他のものは前回値（（−
１）が付されたパラメータ）を用いて演算する処理を一
定時間だけ繰り返すことで、数学モデルＭの解を従来の
ような収束演算によらず、一定の精度を確保しつつ高速
に求められるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば火力発電
のプラントシミュレータのような複雑なプラントの動き
を、電気回路や熱力学などをベースとした多元連立方程
式で表現されるプラントの数学モデルに置き換え、ディ
ジタル演算装置によってリアルタイムに動作させ、実際
のプロセスを模擬するプラントシミュレータに関する。
のプラントシミュレータのような複雑なプラントの動き
を、電気回路や熱力学などをベースとした多元連立方程
式で表現されるプラントの数学モデルに置き換え、ディ
ジタル演算装置によってリアルタイムに動作させ、実際
のプロセスを模擬するプラントシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、プラント制御機能などの開発や
試験に使用することを目的とするシミュレータは、プラ
ントの被制御対象を全てシミュレーション範囲とするた
めに、燃焼器や熱交換器，タービンといった多元連立方
程式で表現されるプラントの数学モデルと、配管系統の
ような伝達関数によって表現されるプロセス量を組み合
わせてシミュレーションを行なう必要がある。また、こ
のような目的で使用するシミュレータはリアルタイムで
動作する必要があり、通常のコンピュータによるシミュ
レーションと違って計算時間に制約がある。
試験に使用することを目的とするシミュレータは、プラ
ントの被制御対象を全てシミュレーション範囲とするた
めに、燃焼器や熱交換器，タービンといった多元連立方
程式で表現されるプラントの数学モデルと、配管系統の
ような伝達関数によって表現されるプロセス量を組み合
わせてシミュレーションを行なう必要がある。また、こ
のような目的で使用するシミュレータはリアルタイムで
動作する必要があり、通常のコンピュータによるシミュ
レーションと違って計算時間に制約がある。
【０００３】このようなシミュレーションを、一定時間
毎に計算結果を出力するディジタル型の演算装置で構築
するに当たり、従来は多元連立方程式にて表現されるプ
ラントの数学モデルの解を収束計算により計算している
のが普通である。さらに、プラントの動的シミュレーシ
ョンを行なうためには、収束演算によって求められた解
を初期値として使用するとともに、動的モデルを微分方
程式によって構築し、その解をシミュレーション結果と
して出力していた。また、或るプロセスの中で、プラン
トの数学モデルの再構築が必要な場合、新たな数学モデ
ルによって再度初期値の演算をやり直さなければならな
いために、計算時間を要する収束演算をプロセスの途中
でやり直す必要がある。加えて、数学モデルの変更によ
って、連続的に動くはずのプロセス量に不連続点が生じ
ることが考えられる。
毎に計算結果を出力するディジタル型の演算装置で構築
するに当たり、従来は多元連立方程式にて表現されるプ
ラントの数学モデルの解を収束計算により計算している
のが普通である。さらに、プラントの動的シミュレーシ
ョンを行なうためには、収束演算によって求められた解
を初期値として使用するとともに、動的モデルを微分方
程式によって構築し、その解をシミュレーション結果と
して出力していた。また、或るプロセスの中で、プラン
トの数学モデルの再構築が必要な場合、新たな数学モデ
ルによって再度初期値の演算をやり直さなければならな
いために、計算時間を要する収束演算をプロセスの途中
でやり直す必要がある。加えて、数学モデルの変更によ
って、連続的に動くはずのプロセス量に不連続点が生じ
ることが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】ところで、上記のよう
な方法により、プラント制御機能などの開発や試験に使
用することを目的とするシミュレータを構築する場合、
シミュレータの１演算周期は、演算時間に大きなばらつ
きがある収束演算の最大時間以上に設定する必要があ
り、しかもこの演算周期によってプロセスの伝達関数の
時定数の最小値が決まってしまうため（時定数＝１演算
周期×ｎ倍）、高速に動作するプラント諸量の演算に大
きな誤差が生じることになる。また、数学モデルの変更
によって、連続的に動くはずのプロセス量に不連続点が
生じることは、プラント制御装置の動作や特性に大きな
影響を及ぼし、適切なシミュレーション結果を得ること
ができない。したがって、この発明の課題は、プラント
諸量の演算に大きな誤差を生じさせることなく１演算時
間を短縮し、かつ、プロセス量に不連続点を生じさせな
いようにして適切なシミュレーション結果を得られるよ
うにすることにある。
な方法により、プラント制御機能などの開発や試験に使
用することを目的とするシミュレータを構築する場合、
シミュレータの１演算周期は、演算時間に大きなばらつ
きがある収束演算の最大時間以上に設定する必要があ
り、しかもこの演算周期によってプロセスの伝達関数の
時定数の最小値が決まってしまうため（時定数＝１演算
周期×ｎ倍）、高速に動作するプラント諸量の演算に大
きな誤差が生じることになる。また、数学モデルの変更
によって、連続的に動くはずのプロセス量に不連続点が
生じることは、プラント制御装置の動作や特性に大きな
影響を及ぼし、適切なシミュレーション結果を得ること
ができない。したがって、この発明の課題は、プラント
諸量の演算に大きな誤差を生じさせることなく１演算時
間を短縮し、かつ、プロセス量に不連続点を生じさせな
いようにして適切なシミュレーション結果を得られるよ
うにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、ディジタル演算装置の演
算周期をできるだけ短くするために、演算時間に大きな
ばらつきが生じる収束演算（収束回数によって計算時間
が変わるが、ディジタル演算装置の演算周期は最大の収
束回数を要する時間以上に設定しなければ、演算結果が
得られない場合が生じる）を行なわずに、今回演算によ
る解が得られていない多元連立方程式の各パラメータに
前回演算値を逐次代入してプラントのプロセス量を求め
るようにしている。さらに、同様の多元連立方程式に対
し、得られた各パラメータを代入して新たなプロセス量
を求める。このような計算を演算周期の中で数回繰り返
すことで、一定回数の擬似的な収束演算を行なっている
ことと同じ結果となり、解の精度を向上させることがで
きる。
るため、請求項１の発明では、ディジタル演算装置の演
算周期をできるだけ短くするために、演算時間に大きな
ばらつきが生じる収束演算（収束回数によって計算時間
が変わるが、ディジタル演算装置の演算周期は最大の収
束回数を要する時間以上に設定しなければ、演算結果が
得られない場合が生じる）を行なわずに、今回演算によ
る解が得られていない多元連立方程式の各パラメータに
前回演算値を逐次代入してプラントのプロセス量を求め
るようにしている。さらに、同様の多元連立方程式に対
し、得られた各パラメータを代入して新たなプロセス量
を求める。このような計算を演算周期の中で数回繰り返
すことで、一定回数の擬似的な収束演算を行なっている
ことと同じ結果となり、解の精度を向上させることがで
きる。
【０００６】プラントの動特性は、基本的に連続的な変
化をするために、１演算時間（例えば１０ｍｓ）におけ
るプロセス量の変化量はあまり大きくなく、上記方法に
よってほとんどの場合、高精度にプロセス量を更新でき
る。また、演算時間は、毎回一定であり、収束演算を行
なう場合と比較して、演算時間に大きなマージンを取る
必要はない。このような方法によって、演算周期の短縮
が可能となり、高速に動作するプロセスの変化も高精度
にシミュレートすることが可能となる。
化をするために、１演算時間（例えば１０ｍｓ）におけ
るプロセス量の変化量はあまり大きくなく、上記方法に
よってほとんどの場合、高精度にプロセス量を更新でき
る。また、演算時間は、毎回一定であり、収束演算を行
なう場合と比較して、演算時間に大きなマージンを取る
必要はない。このような方法によって、演算周期の短縮
が可能となり、高速に動作するプロセスの変化も高精度
にシミュレートすることが可能となる。
【０００７】従来、多元連立方程式の数学モデルを収束
演算により求めて初期値として使用し、各プロセス量の
初期値からの動きを微分方程式によって出力していたの
に対し、請求項２の発明では、各演算ステップ毎に多元
連立方程式の数学モデルの解を請求項１の発明のように
して求め、その時間におけるプロセス量の静的な値を各
ステップ毎に出力するようにしている。しかし、各プロ
セス量には伝達関数で表わすことのできる一次遅れなど
の動特性が存在するため、伝達関数ブロックを多元連立
方程式の入出力部分に接続し、プロセス量の動的な変化
を考慮できるようにする。各演算ステップ毎の静的なプ
ロセス量を演算し、その入出力に動特性を伝達関数ブロ
ックによって接続することにより、数学モデルの変更時
にも不連続点を発生させることなくシミュレートするこ
とが可能となる。
演算により求めて初期値として使用し、各プロセス量の
初期値からの動きを微分方程式によって出力していたの
に対し、請求項２の発明では、各演算ステップ毎に多元
連立方程式の数学モデルの解を請求項１の発明のように
して求め、その時間におけるプロセス量の静的な値を各
ステップ毎に出力するようにしている。しかし、各プロ
セス量には伝達関数で表わすことのできる一次遅れなど
の動特性が存在するため、伝達関数ブロックを多元連立
方程式の入出力部分に接続し、プロセス量の動的な変化
を考慮できるようにする。各演算ステップ毎の静的なプ
ロセス量を演算し、その入出力に動特性を伝達関数ブロ
ックによって接続することにより、数学モデルの変更時
にも不連続点を発生させることなくシミュレートするこ
とが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を説明するための説明図である。いま、同図（ａ）の
ような演算周期を想定すると、ディジタル演算装置では
その演算ステップ０において、例えば同図（ｂ）に示す
ような多元連立方程式として表現されるプラント数学モ
デルＭの演算を実行する。その演算式は例えば次式のよ
うに、 ａ＝Ｂ-1Ｘ＋Ｃ-1Ｙ ｂ＝Ｄ-1Ｘ＋Ｅ-1Ｚ ｃ＝ａ＋ｂ ｄ＝ａＸ ｅ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ であり、Ｘ，Ｙ，Ｚは入力、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
Ｂ-1，Ｃ-1，Ｄ-1，Ｅ-1はパラメータ、また、パラメー
タａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは今回値、Ｂ-1，Ｃ-1，Ｄ-1，Ｅ
-1のように（−１）を添字とするものは前回値を示す。
態を説明するための説明図である。いま、同図（ａ）の
ような演算周期を想定すると、ディジタル演算装置では
その演算ステップ０において、例えば同図（ｂ）に示す
ような多元連立方程式として表現されるプラント数学モ
デルＭの演算を実行する。その演算式は例えば次式のよ
うに、 ａ＝Ｂ-1Ｘ＋Ｃ-1Ｙ ｂ＝Ｄ-1Ｘ＋Ｅ-1Ｚ ｃ＝ａ＋ｂ ｄ＝ａＸ ｅ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ であり、Ｘ，Ｙ，Ｚは入力、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
Ｂ-1，Ｃ-1，Ｄ-1，Ｅ-1はパラメータ、また、パラメー
タａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは今回値、Ｂ-1，Ｃ-1，Ｄ-1，Ｅ
-1のように（−１）を添字とするものは前回値を示す。
【０００９】図１（ｃ）に示す次の演算ステップ１で
は、モデル入力値Ｘ，Ｙ，Ｚと前回演算値ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅとを用いて数学モデルの演算を行なう。このと
き、数学モデルの形は変わらず、そのパラメータだけが
（ｂ）の演算ステップ０の場合と異なっている。次の演
算ステップ２の図示は省略されているが、ステップ１と
同様の処理が行なわれる。また、続くステップ３では同
図（ｄ）に示すように、プラントの数学モデルＭの演算
を実行する。その演算式は図１（ｂ），（ｃ）と同じ
で、 ａ’＝ｂＸ＋ｃＹ ｂ’＝ｄＸ＋ｅＺ ｃ’＝ａ’＋ｂ’ ｄ’＝ａ’Ｘ ｅ’＝ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’ のようにパラメータだけが異なっている。以上、ここで
は４回（一般には複数回）の演算をし、４回目の演算結
果である図１（ｄ）のＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’を
シミュレーション結果として出力する。以下、同様の処
理を一定時間ずつ逐次実行することにより、プラントの
シミュレーションを行なうわけである。
は、モデル入力値Ｘ，Ｙ，Ｚと前回演算値ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅとを用いて数学モデルの演算を行なう。このと
き、数学モデルの形は変わらず、そのパラメータだけが
（ｂ）の演算ステップ０の場合と異なっている。次の演
算ステップ２の図示は省略されているが、ステップ１と
同様の処理が行なわれる。また、続くステップ３では同
図（ｄ）に示すように、プラントの数学モデルＭの演算
を実行する。その演算式は図１（ｂ），（ｃ）と同じ
で、 ａ’＝ｂＸ＋ｃＹ ｂ’＝ｄＸ＋ｅＺ ｃ’＝ａ’＋ｂ’ ｄ’＝ａ’Ｘ ｅ’＝ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’ のようにパラメータだけが異なっている。以上、ここで
は４回（一般には複数回）の演算をし、４回目の演算結
果である図１（ｄ）のＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’を
シミュレーション結果として出力する。以下、同様の処
理を一定時間ずつ逐次実行することにより、プラントの
シミュレーションを行なうわけである。
【００１０】このように、或る演算ステップで入力され
たプラントの測定すべきパラメータを、そのパラメータ
だけで計算できるものはそのまま計算する一方、その時
点で求まらない他のパラメータは、前回値を用いて数学
モデルである連立方程式の各パラメータを計算する。次
に、新しく入力されたパラメータの値はそのままで、そ
の他のパラメータは先に計算した結果に置き換えて同様
の計算を行なう。このような処理を複数回（ここでは４
回）繰り返し、新しいパラメータの計算値として出力す
る。こうして、一定時間毎にパラメータを更新すること
で、リアルタイムのシミュレーションが可能となる。
たプラントの測定すべきパラメータを、そのパラメータ
だけで計算できるものはそのまま計算する一方、その時
点で求まらない他のパラメータは、前回値を用いて数学
モデルである連立方程式の各パラメータを計算する。次
に、新しく入力されたパラメータの値はそのままで、そ
の他のパラメータは先に計算した結果に置き換えて同様
の計算を行なう。このような処理を複数回（ここでは４
回）繰り返し、新しいパラメータの計算値として出力す
る。こうして、一定時間毎にパラメータを更新すること
で、リアルタイムのシミュレーションが可能となる。
【００１１】図２はこの発明の第２の実施の形態を説明
するための説明図である。これは、上記のようにして得
られるプロセス値には通常、伝達関数で表わすことがで
きる一次遅れなどの動特性が存在するため、連立方程式
で表わされる例えば数学モデルＭ１，Ｍ２の入出力に、
所定の伝達関数ブロックＢ１，Ｂ２を接続して演算する
ことで、プロセスの動特性をシミュレート可能とするも
のである。
するための説明図である。これは、上記のようにして得
られるプロセス値には通常、伝達関数で表わすことがで
きる一次遅れなどの動特性が存在するため、連立方程式
で表わされる例えば数学モデルＭ１，Ｍ２の入出力に、
所定の伝達関数ブロックＢ１，Ｂ２を接続して演算する
ことで、プロセスの動特性をシミュレート可能とするも
のである。
【００１２】
【発明の効果】この発明によれば、今回演算による解が
得られていない多元連立方程式の各パラメータに前回演
算値を逐次代入してプラントのプロセス量を求め、さら
に、同様の多元連立方程式に対し、得られた各パラメー
タを代入して新たなプロセス量を求める処理を演算周期
の中で数回繰り返すことで、一定回数の擬似的な収束演
算を行なっているのと同等の結果となり、解の精度を向
上させることができる。すなわち、プラントの動特性は
基本的に連続的な変化をするため、１演算時間における
プロセス量の変化量はあまり大きくないものと考えられ
るので、上記のようにすることで、高精度にプロセス量
を更新できる。つまり、演算時間は、毎回一定であり、
収束演算を行なう場合と比較して、演算時間に大きなマ
ージンを取る必要がないため、演算周期の短縮が可能と
なり、高速に動作するプロセスの変化も高精度にシミュ
レートできるという利点が得られる。また、以上のよう
にして更新された結果に対し、伝達関数によって表現さ
れるプロセス量の動特性を接続することで、プロセスの
動特性が的確にシミュレートできるようになる。
得られていない多元連立方程式の各パラメータに前回演
算値を逐次代入してプラントのプロセス量を求め、さら
に、同様の多元連立方程式に対し、得られた各パラメー
タを代入して新たなプロセス量を求める処理を演算周期
の中で数回繰り返すことで、一定回数の擬似的な収束演
算を行なっているのと同等の結果となり、解の精度を向
上させることができる。すなわち、プラントの動特性は
基本的に連続的な変化をするため、１演算時間における
プロセス量の変化量はあまり大きくないものと考えられ
るので、上記のようにすることで、高精度にプロセス量
を更新できる。つまり、演算時間は、毎回一定であり、
収束演算を行なう場合と比較して、演算時間に大きなマ
ージンを取る必要がないため、演算周期の短縮が可能と
なり、高速に動作するプロセスの変化も高精度にシミュ
レートできるという利点が得られる。また、以上のよう
にして更新された結果に対し、伝達関数によって表現さ
れるプロセス量の動特性を接続することで、プロセスの
動特性が的確にシミュレートできるようになる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を説明するための
説明図である。
説明図である。
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…プラントの数学モデル、Ｂ１，Ｂ２…
伝達関数ブロック。
伝達関数ブロック。
Claims (2)
- 【請求項１】 ディジタル演算装置を用いてプラントの
リアルタイムシミュレーションを行なうプラントシミュ
レータにおいて、 多元連立方程式で表現されるプラントの数学モデルの解
を、或る演算ステップでは入力されたパラメータと前回
値とにもとづき演算し、その後はこの入力されたパラメ
ータと前回の演算結果とにもとづき演算する処理を一定
回数実行し、一定時間内に解を求めることを特徴とする
プラントシミュレータ。 - 【請求項２】 前記一定回数の処理によって得られたプ
ラント数学モデルの入出力値に所定の伝達関数ブロック
をそれぞれ接続し、プラントの動特性をシミュレートす
ることを特徴とする請求項１に記載のプラントシミュレ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15725897A JPH117314A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | プラントシミュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15725897A JPH117314A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | プラントシミュレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH117314A true JPH117314A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15645727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15725897A Pending JPH117314A (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | プラントシミュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH117314A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100669656B1 (ko) | 2005-06-01 | 2007-01-15 | 두산중공업 주식회사 | 취수 설비 크기 정보의 자동 산출 방법 |
| JP2009277226A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Dspace Digital Signal Processing & Control Engineering Gmbh | プロセスモデルの状態量のリアルタイム計算方法およびシミュレータ |
| US8428914B2 (en) | 2008-05-29 | 2013-04-23 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Method and simulator for real-time calculation of state variables of a process model |
-
1997
- 1997-06-16 JP JP15725897A patent/JPH117314A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100669656B1 (ko) | 2005-06-01 | 2007-01-15 | 두산중공업 주식회사 | 취수 설비 크기 정보의 자동 산출 방법 |
| JP2009277226A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Dspace Digital Signal Processing & Control Engineering Gmbh | プロセスモデルの状態量のリアルタイム計算方法およびシミュレータ |
| US8428914B2 (en) | 2008-05-29 | 2013-04-23 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Method and simulator for real-time calculation of state variables of a process model |
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