JPS5894004A - プラント制御系調節器最適パラメ−タ探索装置 - Google Patents

プラント制御系調節器最適パラメ−タ探索装置

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JPS5894004A
JPS5894004A JP56190857A JP19085781A JPS5894004A JP S5894004 A JPS5894004 A JP S5894004A JP 56190857 A JP56190857 A JP 56190857A JP 19085781 A JP19085781 A JP 19085781A JP S5894004 A JPS5894004 A JP S5894004A
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JP
Japan
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parameter
control system
value
control
simulator
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JP56190857A
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English (en)
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Satoru Suzuki
知 鈴木
Hiroari Fukunishi
宏有 福西
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プラント制御系調節器最適パラメータ探索装
置に係り、特に、被数個の任意の制御評価量を制限値内
に抑えることのできる最適な制御系の設計や、制御系パ
ラメータ調整が可能なプラント制御系調節器最適パラメ
ータ探索装置に関する。
一般に、プラントの制御方式として、P■D制御方式が
とられることが多い。PID制御調節器えられ、第1項
は比例、第ゼ項は積分、第3項は微分の各動作を示す。
このような調節器でもって構成されるプラント制御系を
設計する場合に、上記調節器パラメータKp、Tt 、
TD (それぞれ比例感度、積分時間、微分時間)を最
適・な値に調整することが必要である。この調整のため
には、従来から、例えばZieglar−Nichol
sの方法が知られている。これは、上記伝達関数のPI
D調節器によりプラント制御系をシミュレータシ、先ず
調節器をP動作にしてステップ応答テストを行ない、ス
テップ応答性が発振限界になるまで、比例感度Kpを大
きくしてゆき、ステップ応答を繰抄返す。最適なKp 
、Tr 、Toの値は、上記発振限界での比νり感度の
値K”P (限界感度)と振続振動の周期T”  (限
界周期)を求め、これらの値からある数式に従って舅゛
出される。
この方式は、実際のプラントの制御系のPID調節器パ
ラメータの調整法としても用いることができる。すなわ
ち、プラントの起動試験時に、最適な制御性能が得られ
るように、上記方式に従って比例感g K pO値を太
きくしながら、ステップ応答試験を繰り返す。
Zieglar N1chols法は簡便な方法である
が、プラントの特性が3次遅れのような系でも、この方
法によって設計した制御系が振動的になり、制御特性と
して不適当な場合も生じることが知られている。このよ
うな設計法の不備を補う方式として、ステップ応答にお
ける制御偏差の絶対値、2乗、あるいはそれに荷重をつ
けて時間で積分した値(制御面積)を最小にする方法が
ある。これらの手法を用いて、調節器パラメータを解析
的に求めることは困難であり、何らかの数値計算に依ら
ざるを得す、実際のプラントの起動試験等では用いるこ
とが住難である。
そこで、原子力発電プラントの起動試験に設ける制御系
調整法としては、第1図に示すようにプラントのステッ
プ応答試験を行ない、その時の減巾比(E2 /El 
’)、ピーク到達時間(tP)、整足時間(ts)など
を、ある限界値内に抑えることができるように、ステッ
プ応答を繰り返し、最適な調節器パラメータを求める方
法がとられている。この方法では、各評価量が制限値内
にあるかどうかの判断は、人間が実際の応答データを見
て下すものでアク、複数個の評価量を望みの範囲に抑え
るように、複数個のパラメータKp、T+。
TDを探索することが必要である。これは非常に多くの
労力を必要とし、効率が悪い。
更に、Ziglar N1cholsの設計法では、制
御は用いることができない。
そこで、本発明の目的は、プラント制御系の各種調節器
および位相進み遅れ補償器の調整・設計において、プロ
セス変数の減巾比やオーバシュート駄等の複数個の調整
量にそれぞれ制限条件を課したとき、それに応じた最適
な制御パラメータを自動的に求めることができる装置を
提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明では、複数個の調
整量を同時に制限値内に抑えることができるという条件
を、次のように定式化する。すなわち、各調整量α1を
それぞれの調整許容限界値αS。(N=1〜1.1:整
数)で規格化した規格化調整#JにαI/α1゜を各i
について、プラント制御系のシミュレーション結果から
評価し、その中から最大値をとるという演算を最適化評
価fjtJと定義する。これは次式で与えられる。
J二MAX (Jl 、J2 、・・・Jz)このとき
、この最適化評価量Jを小さくすることは、すべての規
格化調整量J+  (に1〜t)の中の最大値Jjを小
さくするために、他のす々てのJl(j’FJ)も小さ
くする。したがって、最適化評価量Jの最小値を与える
調節器パラメータによるプラント制御系の応答は、あら
かじめ考慮したすべての調整量α、  (i=l−〜t
)がそれぞれの調整許容限界値以内におさまるような応
答を示す。
ただし、あらかじめ課した調整許容限界値αI。
がプラントの特性にとって厳しすぎる(小さすぎる)場
合には、最適化された上記プラント応答の調整量αlは
、α1以内にはおさまらない。このことは、最適化評価
量Jの値が1以下であるかどうかで判定できる。すなわ
ち、Jが1以下であればα1〈α濁。である。
最適化評価量Jは、直接探索法で自動的に最小化する。
以下、本発明を実施例に従って詳細に説明する。
第2図は、本発明による最適パラメータ探索装置の一実
施例である。第2図において1は、制御系のPID調節
器や位相進み補償器の最適パラメータを探索する処理装
置であり、2は、制御系のシミュレータで、3は、上記
制御系シミュレータのシミュレーション結果を一時的に
格納するデータ記憶装置である。また、4は、処理装置
1で探索された最適パラメータの値や、探索のだめの評
価量Jの値および最適パラメータでの制御系のシミュレ
ーション結果を表示する出力装置であり5は、最適パラ
メータを探索するときの条件(規格化調整量の選択、そ
れらの調整許容限界値パラメータの探索範囲を処理装置
1に入力指示する装置である。探索処理装置1は、さら
に、データ記憶装置3に記憶された制御系のシミュレー
ション結果より、規格化調整量J、を順゛次評価して、
その最大値J′に求める評価装置6と、前記Jの値を受
けて、Jが現在の値よりも小さくなるような新たな制御
系の調節器パラメータを探索して、その値をシミュレー
タ2に送出するパラメータ探索装置7とから成っている
。また、規格化調整量J+は、それぞれモジュールM、
〜Mtで計算され、その結果は、最大値演算器61に導
ひかれ、ここで最大値が求められる。
また、パラメータ探索装置7は、たとえば、シンプレッ
クス法として知られている最適化アルゴリズムなどを基
本にして構成できる。シンプレックス法を概説すると、
いま、調節器のPIDの3つのパラメータの探索では、
4組のPID);ラメータの組(一般に、n個のパラメ
ータの探索ではパラメータ空間のn+1個の点)を1つ
のシンプレックスと呼んで、このシンプレックスの各点
(すなわち各PIDパラメータの組)で最適化評価量J
を評価して、この値をもとに、もつとも大きな最適化評
価量Jをもつ頂点を、シンプレックス法の手順に従って
探索したより小さなJの値をもつ新しい頂点と置きかえ
て、シンプレックスを更新してゆくものである。第3図
は、この方法などを用いて構成したパラメータ探索装置
の実施例である。第3図において、71は、シンプレッ
クスを更新するだめの新しいPIDノ々ラメータの生成
を行なって、このPIDパラメータとこれに対応する最
適化評価量J703を、元のシンプレックスのこれらの
量の格納部72に送出するノくラメータ生成部である。
このパラメータ生成部71はまた、シンプレックスの更
新PIDパラメータを生成するための中間的なPIDパ
ラメータを生成し、これらパラメータ701を第2図に
おける制御系シミュレータ2に、シミュレーション開始
指令702とともに送出する。73は、第1図のデータ
記憶装置3に送出されたシミュレーション結果をもとに
求めた最適化評価量Jの格納部であり、この値は71に
おける次のパラメータ生成時に参照される。74は、シ
ンプレックスの収束状況をチェックする収束判定部であ
り、シンプレックス格納部72に格納されているシンプ
レックスの各PIDパラメータの組に対応する最適化評
価量J704から、たとえばその分散で判定する。収束
判定部74はもし収束でなければ、パラメータ生成部7
1にシンプレックス更新要求705t−送出し、71に
パラメータ生成を開始させる。まだ、収束であれば、シ
ンプレックス更新を停止し、出力装置4(第2図)に収
束PIDパラメータや対応するシミュレーション結果の
出力要求706を送出する。
一方、第1図のシミュレータ2に関しては、制御系調整
や設計をしようとする対象プラントの制御系モデルを任
意に内藏しておく。また、第3図のパラメータ生成部よ
り送出されたPIDパラメータは、第1図のパラメータ
格納部21に格納されシミュレータ2は、シミュレーシ
ョン開始指令々受けて、このパラメータを制御系モデル
の調節器モデルのパラメータとして、このときのモデル
応答をシミュレーションし、その結果をデータ記憶装置
3に送出する。
以下、本装置がどのように調節器の最適パラメータを探
索するかを第1図で総括的に順を追って説明する。
ステップ1 人力装置5から探索のだめの必要な条件を入力する。す
なわち、規格化調整量JIの規格値となる調整許容限界
値101を評価装置6の各モジュールM1〜Mtに、調
節器パラメータの探索範囲と初期値103をパラメータ
探索装置7ヘセツトする。
ステップ2 (初期シンプレックスの評価)パラメータ
探索装置7は、セットされた初期シンプレックスの各P
IDパラメータをまず初めに1組、シミュレータ2に送
くると同時に、シミ、:L l、/  、ジョン開始指
令をシミュレータ2に送くる。シミュレータ2は、その
PIDパラメータに対応して、制御系の応答をシミュレ
ーションしそのデータをデータ記憶装置3に送くる。
評価装置6は、前記データからあらかじめセットされた
調整許容限界値で規格化された規格化調整量JIをすべ
て評価し、その中の最大値Jを求め、パラメータ探索装
置に送くる。あるJlに調整量として選択したくない場
合は、その調整許容限界値をきわめて大きい値にセット
すればよいことに注意する。すなわち、このときそのJ
Iはほぼ0となりJ(最大値)として求められることは
ない。また、j+’に全く計算させないように除外する
ような構成も容易である。これを、残りの初期PIDパ
ラメータにっいて繰返えす。
ステップ3 (シンプレックスの更新)初期シンプレッ
クスの評価後、パラメータ探索装置7は、初期シンプレ
ックスの各P I Dパラメータに対応する最適化評価
量Jの分散を評価し、収束と判定されなければ、Jの小
さくなる新たなPIDパラメータを探索し、そのパラメ
ータをシミュレータに送出して、シミュレーションを開
始させる。この動作を収束条件を満足するまで繰返えす
ステップ4 (結果の出力) 収束と判定されたとき、出力装置はパラメータ探索装置
から収束パラメータの値及び、データ記憶装置から、こ
のパラメータに対応する制御系シミ、ニレ−ジョン結果
を出力装置4に出力する。
なお、最適化評価量J=MAX (L 、J2・・・J
z)におけるJlとじては、第1図に示す記号で定義さ
れる減巾比E2 /El 1オーバシユート量El /
Aピーク到達時間tP1整足時間t8などステップ応答
に関連する量だけでなく、より一般的な評価量を採用す
ることも可能である。すなわち、第4図に示す一般的な
PID制御系で、31は制御対象、32はPID制御器
であるが、1b11#偏差5を用いた次の量などをJl
として採用できる。
Jl =f  ξ2 di/規格値 Jj=f  ifξldt/規格値 ここ規格値路値は任意に重みとして選ぶことができる。
また、以上は主にPID調節器を引用して述べたが、こ
のほか位相進み遅れ補償器のパラメータについても全く
同じである。
以上、本実施例によれば、探索するパラメータの数に関
係なく、原理上何個でも探索可能でありPID、PI調
節器、種々の補償器のパラメータも、あらかじめ必要々
調整条件を規格化調整量の形で課すことによって設計目
標に応じた最適化が可能となる。
本発明によれば、プラント制御系における調節器や位相
進み遅れ補償器のパラメータを自動的に最適化できるの
で、従来の調整時間、労力を大巾に軽減できる。また、
最適化のだめの評価量はきわめて一般的な定式化となっ
ており、とくに、同時に多くの規格化調整量を課すこと
ができることは、プロセスの応答をあらゆる角度から調
整できる。このことは、より一般的な制御系設計の手段
を与え、その技術的効果は太きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は応答の評価量の足義図、第2図は本発明の最適
パラメータ探索装置の構成図、第3図は第2図内のパラ
メータ探索部の実施例、第4図は制御系ブロック図であ
る。 1・・・パラメータ探索処理装置、2・・・制御系シミ
ュレータ、3・・・データ記憶装置、4・・・出力装置
、5・・・入力装置、6・・・評価装置、7・・・パラ
メータ探索’I  IFjJ 第 20

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、プラント制御系の調節器の制御パラメータを最適化
    する装置において、制御系を模擬するシミュレータと、
    前記シミュレータによるプロセス変数のステップ応答か
    ら任意の調整量α+(j=1〜11整数)を算出し、こ
    れらのα量をそれぞれの調整許容限界値αiで規格化し
    た規格化調整量JI−αI/αhを求める手段と、前記
    規格化調整量J+の中から最大値 J=MAX (Jl 、J2 、・・・Jz)を求める
    手段と、Jを小さくするように前記シミュレータの調節
    器の制御パラメータを更新する手段とからなり、Jが最
    小となる制御パラメータを探索し、前記αI6の値を任
    意に変更できるようにしたプラント制御系調節器最適パ
    ラメータ探索装置。
JP56190857A 1981-11-30 1981-11-30 プラント制御系調節器最適パラメ−タ探索装置 Pending JPS5894004A (ja)

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