JPS63182709A - 制御系の安定性監視装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、プラントの温度、流量、圧力などを制御す
るプラント制御器の目標値信号と制御量から制御系の安
定性監視装置に関する。

（従来の技術）　　′ プラントの制御系は、最良な制御状態から弁の不良、セ
ンサの劣化、あるいはプラントの動特性変化などにより
、制御性能が劣化して、場合によってはハンチング（持
続的な振動）を生ずることがある。

従来は、制御量の動きを記録紙に自動記録し。

制御量の応答波形を観察することによりオペレータが安
定性を監視していた。あるいは、データロガ−に記憶し
、制御量の応答をＣＲＴ表示器に表示させて、同じく応
答波形を観察することにより安定性を監視していた。ま
た、１人のオペ−レータが担当する制御ループ数が、最
近では１００ループを越える状況になり、そのためハン
チングの検出が遅れて、製品品質を劣化させてしまうこ
とがあった。

（発明が解決しようとする問題点） この発明の目的は、制御系の目標値信号と制御量との差
信号からＡ几（自己回帰）モデルを用いた時系列解析に
より制御系の安定性を自動監視する装置を提供すること
にある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、制御系の目標値信号と制御量との差信号を一
定の周期でサンプリングし、その差信号データを最小２
乗法を用いて時系列解析することによりＡＲモデルのパ
ラメータを推定する手段と。

推定したＡＲモデルの固有値を算出する手段と、その固
有値から安定度を判定し１表示する手段とから構成され
る制御系の安定性を監視する装置である。

（作用） 最小２乗法を用いて時系列解析を行なうため、差信号に
含まれるノイズに乱されることなく、制御系の安定性を
自動で監視することができる。

（実施例） 以下１図面を参照して本発明の詳細な説明する。

ａｔ図は、本発明に係る制御系の安定性監視装置の構成
を示すブロック図である。この図においてｕ（ｔ）は制
御対象１の操作量であり、ｙ（ｔ）は制御量であり、制
御器２は目標値ｒ（りを入力し、制御量ｙ（ｔ）をフィ
ードバックし、これらのｒ（りとＹ　（ｔ）から制御量
ｕ　（ｔ）を演算することにより制御系が構成されてい
る。

一点鎖線の部分が安定性監視装置の構成を表わすブロッ
ク図である。安定性監視装置は、まず目標値ｒ（ｔ）と
制御量ｙ（ｔ）を入力し、減算器３で差信号ｅ（ｔ）を
演算する。フィルタ４は、差信号ｅ　（ｔ）を入力して
、直流成分を除去するとともに、高周波ノイズを減衰さ
せるようにフィルタ出力信号ｆ（りを出力する。このよ
うな特性を持たせるにはフィルタ４の特性Ｆ（ｓ）を、 とし、ξ、＝Ｑ、７．　ω１を高周波ノイズを減衰させ
るカットオフ角周波数とし、Ｔ３を直流成分除去するバ
イパスフィルタ時定数とすれば、フィルタＦ（８）の通
過宮城はＬ〈ω〈ω！　となる。

１　サンプラ５は後述する安定性監視を行なう処理を行
なうため一定のサンプリング周期τで、フィルタ出力信
号ｆ（ｔ）をサンプリングしてサンプル信号ｆ＊Ｃｋ）
を生成する。ここで、ｋは離散時刻であり。

１＝ｌ（τであることを意味する。

つづいて、メモリ６は、周期τ毎のサンプル信号ｒ”＋
ｋ＞を順次記憶する。サンプル信号ｒ’ｊｋ）は、フの
信号であり、これは、すなわち制御系の通過帯域の信号
を含んでいる。一般に、制御系の安定性が劣化してくる
と、差信号ｅ（ｔ）は、外乱などにより大きく変動する
とともに振動的になる。当然のことながら、サンプル信
号ｆ％）も通過帯域の振動成分を含んでいる。

変動判定器７は、サンプル信号ｒ％）を入力して。

１ｆ″’ｔｋ）ｔ＞ｚ　　　　　　・・・・・・　第２
式しきい値ｔより大きいかどうか判定する。しきい値り
より大きくサンプル信号ｒ％）が変動した場合、制御系
の安定性が劣化し、変動があったと判定して一定の期間
、以下に述べる演算処理器に対して、演算要求信号を発
生する。

まず、時系列モデル推定器７は、メモリ６に格納されて
いるサンプルデータ（ｆ当ｉ）、　ｉ＝：ｋ　、　ｋ−
１゜ｋ−２，・・・、）を入力して１時系列モデルを設
定して、最小２乗法により時系列モデルを推定する。

すなわち、　　ｆ’％）の動きを支配する時系列モデル
をｆ”ｌｋ）＋ａ１ｆ＊（ｋ−１）＋ａ、ｆ＊（ｋ−２
）＋−・・＋ａ　ｆ＊（ｋ−ｍ）＝□・・・・・・　第
３式 とすると第３式は次式で表現できる。

ｔ”（ｋ）−ψ”（ｋ）・θ　　　　　　・・・・・・
　第４式ただし　ｇ＋（ｋ）”＝　（−ｆ＊（ｋ−１）
　、−ｆ＊（ｋ−２）　、−、−ｆ”（ｋ−ｍ））θ　
＝〔ａｌ、ａ鵞、・・・ｔ”　〕 ・・・・・・　第６式 となり、推定すべきパラメータベクトルθは、最小２乗
法を用いて により求められる。

すなわち１時系列モデル推定器７は、第８式を演算する
ことにより、第３式の時系列モデルのパラメータａ１＊
”Ｚｔ・・・、　ａｍを推定する。時間推移演算子ｚ−
１ ｚ　’　ｆ％）　＝　ｆ＊（ｋ−１）　　　　・−・−
・　　第９式す特性交項式であり、第１１式に２をかけ
た次式の根は、　Ｂａ監ｒｓｔｏｗ　法により算出でき
る。

求根器９は１時系列モデル推定器８で推定されたパラメ
ータを用いて、第１２式を１３ａ　ｌ　ｒ　ｓ　ｔ　ｏ
ｗ　法によりｍ個の根２゜ 凰 Ｚｔ　鴛ａ６　＋　ｊβｉ　（＋＝１．ｚ、−・、ｒｒ
）・・・第１３式安定性判別器１０では１ｍ個の根２．
のデータを人力し、全ての根を次のような判別器で安定
性を判別する。

（＋）　　Ｉｇｌｏｏとなる根が１＝＝１．２．−、ｍ
（７）中にあ最 れば、不安定。

（憫）　　ｌｚ、Ｉ＜ｏ　（１−１，ｚ　、・、ｍ）で
、β、＝０の根を除いた残りの根Ｚｉについて、ξ１．
ωｉを求める。

・・・第１５式 ｍｌｎξ〉ξ　　ならば、安定。

蓋　　ｍｉｎ ｍｉｎξくξ　　ならば安定性不良。

ｌ　　　ｍ１ｎ （１）　　変動判別器７が変動信号を発生しなかったな
ら、安定。

次に、表示器・警報器１１は、安定性判別器１００判別
結果にもとづき、安定、安定性不良。

不安定を表示するとともに、安定性不良の場合は。

ｍｉｎξ１を生じた根の角周波数ω１を表示する。これ
により振動気味の周波数がわかる。安定性下＾あるいは
不安定の場合は、警報を発し、制御室のオペレータに知
らせることが可能となる。

（他の実施例） 前記実施例ではフィルタ４を連続演算器によるフィルタ
で実施したが、サンプラをフィルタの前に設け、直流除
去・高周波ノイズ減衰フィルタをデジタル演算器によっ
ても実現できる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、目標値信号と制御量の差信号を
、直流除去・高周波ノイズ減衰フィルタし、その出力信
号を時系列解析と、根の解析を実施することにより、制
御系の安定性を自動的に監視することができる。また、
直流除去・高周波ノイズ減衰フィルタを用いているので
１時系列解析の信頼性が増す。不安定あるいは安定性不
良を判定する頻度が著しくへる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る制御系の安定性監視装置の構造
を示すブロック図である。 ３・・・差演算器 ４・・・フィルタ ７・・・変動判定器 ８・・・時系列モデル推定器 ９・・・求根器 １０・・・安定性判別器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御系の目標値信号と制御量を入力し、差演算を行なう
   差演算器と、差演算器の出力を、直流除去・高周波ノイ
   ズ減衰させるフィルタと、そのフィルタの出力信号のデ
   ータ列から時系列モデルの推定器と、推定されたモデル
   の根を求める求根器と、求根結果から根の安定性を判別
   する安定性判別器と安定性判別器の結果から安定、安定
   性不良、不安定を表示する表示器と、前記フィルタの出
   力信号の絶対値があるしきい値を越えたときに制御系に
   変動があったと判定する変動判定器と、変動があったと
   判定されたときに、前記時系列モデルの推定器、求根器
   、安定性判別器と表示器を順に動作させる手段を備えた
   ことを特徴とする制御系の安定性監視装置。