KR20140070361A - 다변수 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 프로세스 내에 지연이 있는 경우라 하더라도, 다변수 제어에서의 제어 성능의 열화를 억제할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
다변수 제어 장치는, 정상 상태 최적화부(101)로부터 출력되는, 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치 중 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나를, 정상 상태 최적화부(101)로부터 출력되는, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치 중 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나보다, 설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서 지연시켜 출력하는 목표치 지연 처리부(102)를 구비한다.

Description

다변수 제어 장치 및 방법{MULTIVARIABLE CONTROL APPARATUS AND METHOD}
본 발명은, 모델을 이용하여 제어 대상을 제어하는 모델 예측 제어 등에 적용 가능한 다변수 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
석유 정제 프로세스나 석유 화학 프로세스 등의 공업 프로세스에 있어서, 다입력 다출력의 동적인 시스템의 제어 방법, 즉, 다변수 제어 방법의 하나로서, 모델 예측 제어가 널리 알려져 있다.
좁은 정의에서의 모델 예측 제어는, 조작 변수(MV)나 제어 변수(CV)에 대하여 주어진 상하한 제약 중에서 제어 변수를 주어진 목표치로 점차 접근시키는 것이다(비특허문헌 1, 비특허문헌 2 참조). 한편, 복수의 제어 변수나 조작 변수를 갖는 프로세스용의 다변수 모델 예측 제어에서는, 선형 계획법(LP) 및 이차 계획법(QP)에 의해서, 모델 예측 제어의 목표치를 최적화하는 것도 일반적으로 행해지고 있다(특허문헌 1, 비특허문헌 2, 비특허문헌 3 참조).
이들은, 최적화에 의해 정상 상태에서의 목표치를 결정하고, 결정된 목표치로 모델 예측 제어에 의해 제어함으로써, 조작 변수나 제어 변수의 상하한 제약의 범위 내에서, 프로세스의 최적화를 행하는 것을 의도하고 있다.
이러한 모델 예측 제어의 예에 관해서 이하에 설명한다. 다변수 모델 예측 제어를 행하는 시스템은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 정상 상태 최적화부(301)와 다변수 모델 예측 제어의 연산을 실행하는 다변수 제어부(302)를 구비한다. 정상 상태 최적화부(301)는, 최적화 평가 함수, 상하한 제약치, 조작 변수, 제어 변수 등을 입력하여 최적 목표치를 산출한다. 다변수 제어부(302)는, 최적 목표치, 제어 변수 및 상하한치 등을 입력하여 조작 변수를 산출하고, 산출된 조작 변수를 제어 대상의 프로세스(303)에 대하여 출력한다. 제어 대상인 프로세스(303)에서는, 다변수 제어부(302)로부터의 조작 변수가 입력되고, 제어 변수를 출력한다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2005-292862호 공보
비특허문헌 1 : Jan M. Maciejoeski (아다치 슈이치ㆍ스가노 마사아키 번역), 「모델 예측 제어-제약하에서의 최적 제어-」, 도쿄 전기 대학 출판국, 2005년. 비특허문헌 2 : 오오시마 마사히로, 「모델 예측 제어-이론의 탄생ㆍ전개ㆍ발전-」, 계측과 제어, 제39권, 제5호, 321∼325페이지, 2000년. 비특허문헌 3 : 이시카와 아키오, 오오시마 마사히로, 타니가키 마사노리, 무라카미 슈타, 「정상 최적화 기능을 갖는 모델 예측 제어에서의 악조건의 제거법」, 화학 공학 논문집, 제24권, 제1호, 24∼29페이지, 1998년.
전술한 다변수 모델 예측 제어의 시스템에서는, 최적화에 의해 결정된 목표치는, 즉시 다변수 제어부(302)에 주어지고 있다. 예컨대, 정상 상태 최적화부(301)에 주어지는 상하한치 및 최적화 평가 함수 등이 변경되어, 최적화의 결과가 변화하면, 그 직후에 다변수 제어부(302)에 출력되는 최적 목표치도 변경된다.
그러나, 제어 대상의 프로세스에 긴 지연 시간(낭비 시간)이 존재하는 경우, 제어 성능의 열화를 야기하는 경우가 있었다. 예컨대, 제어 대상의 프로세스가, 복수의 서브 프로세스로 구성되고, 서브 프로세스 사이에 수송에 의한 지연 등의 지연 시간이 존재하는 경우, 전술한 바와 같이, 최적화의 결과가 변화하는 동시에 모델 예측 제어에 이용하는 최적 목표치가 변경되면, 제어 성능의 열화를 야기하는 경우가 있다.
이 점에 관해서 설명한다. 우선, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제어 대상이 되는 프로세스(303)가, 제1 서브 프로세스(331) 및 제2 서브 프로세스(332)로 구성되고, 제2 서브 프로세스(332)에서 이용되는 원료는, 제1 서브 프로세스(331)의 생성물인 경우를 생각한다. 이 경우, 일반적으로는, 제1 서브 프로세스(331)의 생성물이, 제2 서브 프로세스(332)에 도달하기까지의 동안에는, 수송 지연과 같은 지연이 존재한다.
이러한 프로세스(303)에 있어서, 최적화의 결과가 변화하여, 예컨대, 프로세스 전체의 온도를 저하시키는 목표치가 된 경우를 상정한다. 이 때, 제2 서브 프로세스(332)의 온도 목표치 저하의 주요 원인은, 제1 서브 프로세스(331)로부터 공급되는 생성물의 온도(제어 변수)의 목표치가 저하되었기 때문이었다고 가정한다.
여기서, 프로세스(303)에서는, 우선, 제1 서브 프로세스(331)의 상태가 변화하고, 이로부터 일정 시간이 경과한 후, 제2 서브 프로세스(332)의 상태가 변화한다. 한편, 전술한 최적 목표치는, 제2 서브 프로세스(332)의 상태가 변화된 후의 것이다.
그런데, 전술한 모델 예측 제어에서는, 제1 서브 프로세스(331)로부터의 생성물의 온도 변화에 따라서 정상 상태 최적화부(301)에 입력되는 값이 변화하게 되지만, 이 변화에 의해, 즉시 최적 목표치가 변경되어 다변수 제어부(302)에 출력된다. 이 때문에, 제1 서브 프로세스(331)로부터 제2 서브 프로세스(332)에 보내지는 생성물의 온도가 변화하기 전에, 제2 서브 프로세스(332)의 생성물에 관해서도 온도의 최적 목표치가 변경된다. 또, 다변수 제어부(302)에서는, 입력되는 최적 목표치의 변경에 따라, 제2 서브 프로세스(332)의 생성물의 온도를 변경하기(낮추기) 위해, 제2 서브 프로세스의 조작 변수를 즉시 조작하려고 한다.
그러나, 전술한 다변수 제어부(302)에 의한 조작은, 실제와 맞지 않는 쓸데없는 것이 된다. 그 이유는, 전술한 프로세스(303)에서는, 제1 서브 프로세스(331)의 생성물의 온도가 저하되면, 이것에 연동하여, 일정 시간 후에 제2 서브 프로세스(332)의 생성물의 온도도 저하되기 때문에, 제2 서브 프로세스의 조작 변수의 조작은, 필요없는 것이 되기 때문이다.
또, 전술한 최적 목표치는, 프로세스(303)의 상태 변화가 제2 서브 프로세스(332)까지 고루 미친 후의 목표치이며, 상태의 변화가 제2 서브 프로세스(332)에 도달하기 전에, 제2 서브 프로세스(332)의 생성물 온도가 저하되도록 적극적으로 제어할 필요도 없어, 불필요한 것이 된다. 또, 경우에 따라서는, 필요가 없을 뿐만 아니라, 손실이나 제어 성능 열화의 원인이 된다. 전술한 것에서는, 모델 예측 제어를 예로 설명했지만, 전술한 문제는, 제어 방법에 관계없이, 제1 서브 프로세스와 제2 서브 프로세스를 하나의 다변수 제어 장치로 제어하고자 하는 경우에 일어날 수 있는 문제이다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 프로세스 내에 지연이 있는 경우라 하더라도, 다변수 제어에서의 제어 성능의 열화를 억제할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 다변수 제어 장치는, 제어 대상에 제어를 위해 출력되는 적어도 2개의 제1 조작 변수, 제2 조작 변수, 및 제어 대상으로부터 얻어지는 적어도 2개의 제1 제어 변수, 제2 제어 변수에 기초하여, 제어 대상의 정상 상태에서의 제1 제어 변수의 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수의 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나, 및 제2 제어 변수의 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수의 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나를 산출하여 출력하는 정상 상태 최적화부와, 설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치 중 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나를, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치 중 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나보다 지연시켜 출력하는 목표치 지연 처리부와, 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수 목표치 중 목표치 지연 처리부로부터 출력된 적어도 하나, 및 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수 목표치 중 목표치 지연 처리부로부터 출력된 적어도 하나에 기초하여, 제어 대상이 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출하는 다변수 제어부를 구비한다.
상기 다변수 제어 장치에 있어서, 목표치 지연 처리부는, 제어 대상에 출력되는 제1 조작 변수, 제어 대상으로부터 얻어지는 제1 제어 변수에 기초하여, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나보다 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나의 출력을 지연시키는 지연 시간을 변경하도록 해도 좋다.
본 발명에 따른 다변수 제어 방법은, 제어 대상에 제어를 위해 출력되는 적어도 2개의 제1 조작 변수, 제2 조작 변수, 및 제어 대상으로부터 얻어지는 적어도 2개의 제1 제어 변수, 제2 제어 변수에 기초하여, 제어 대상의 정상 상태에서의 제1 제어 변수의 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수의 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나, 및 제2 제어 변수의 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수의 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나를 산출하여 출력하는 목표 산출 단계와, 설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치 중 목표 산출 단계에서 출력된 적어도 하나를, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치 중 목표 산출 단계에서 출력된 적어도 하나보다 지연시켜 출력하는 목표치 지연 처리 단계와, 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수 목표치 중 목표치 지연 처리 단계에서 출력된 적어도 하나, 및 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수 목표치의 목표치 지연 처리 단계에서 출력된 적어도 하나에 기초하여, 제어 대상이 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출하는 다변수 제어 단계를 포함한다.
상기 다변수 제어 방법에 있어서, 목표치 지연 처리 단계에서는, 제어 대상에 출력되는 제1 조작 변수, 제어 대상으로부터 얻어지는 제1 제어 변수에 기초하여, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나보다 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나의 출력을 지연시키는 지연 시간을 변경하도록 해도 좋다.
이상 설명한 것에 의해, 본 발명에 의하면, 프로세스 내에 지연이 있는 경우라 하더라도, 다변수 제어에서의 제어 성능의 열화를 억제할 수 있게 된다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 다변수 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서의 다변수 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 다변수 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 4는 제어 대상이 되는 프로세스(303)의 구성예를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에서의 다변수 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
이 다변수 제어 장치는, 우선, 제어 대상의 프로세스(104)에 제어를 위해 출력되는 적어도 2개의 제1 조작 변수, 제2 조작 변수, 및 프로세스(104)로부터 얻어지는 적어도 2개의 제1 제어 변수, 제2 제어 변수에 기초하여, 프로세스(104)의 정상 상태에서의 제1 제어 변수의 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수의 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나, 및, 제2 제어 변수의 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수의 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나를 산출하여 출력하는 정상 상태 최적화부(101)를 구비한다. 이하에서는, 정상 상태 최적화부(101)가, 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수 목표치, 제2 제어 변수 목표치, 및 제2 조작 변수 목표치를 산출하여 출력하는 경우를 설명한다.
또한, 본 발명은 다변수 제어 장치이기 때문에, 정상 상태 최적화부(101)에서는 복수의 변수, 즉, 모든 제어 변수, 조작 변수 중에서 적어도 2개의 변수를 대상으로 한 최적화가 행해지고 있는 것이 중요해진다. 또, 최적화의 결과로서, 적어도 2개의 변수의 목표치를 출력하는 것이 가능한 것이 중요해진다.
단, 항상 2개 이상의 변수의 목표치를 출력하는 것은 필요하지 않다. 최적화의 결과에 기초하여, 일시적으로 하나의 변수만의 목표치를 출력하는 경우도 있다. 한편, 모든 제어 변수, 조작 변수의 목표치를 출력하는 것은 요구되지 않는다. 예컨대, 제어 변수만 목표치를 출력하고, 조작 변수만 목표치를 출력하고, 또, 제어 변수와 조작 변수 중에서 필요한 변수에 집중하여 목표치를 출력하는 구성으로 해도 좋다.
프로세스(104)는, 적어도 2개의 제1 서브 프로세스 및 제2 서브 프로세스를 포함하고, 이들 사이에 지연이 존재하고 있다. 예컨대, 제1 서브 프로세스의 생성물이, 제2 서브 프로세스에서 이용되는 원료로 되어 있고, 제1 서브 프로세스의 생성물이 제2 서브 프로세스에 수송되는 시간이 지연이 된다. 제1 서브 프로세스에 대하여 제1 조작 변수가 주어지고, 제2 프로세스에 대하여 제2 조작 변수가 주어진다. 또, 제1 서브 프로세스로부터 제1 제어 변수가 출력되고, 제2 서브 프로세스로부터 제2 제어 변수가 출력된다.
그런데, 정상 상태 최적화부(101)는, 모든 제어 변수, 조작 변수 중에서 적어도 2개의 변수의 목표치를 출력하는 것이 가능하지만, 전술한 바와 같이, 제1 서브 프로세스와 제2 서브 프로세스 사이에 지연이 존재하는 경우에 관해서는, 제1 서브 프로세스에 속하는 변수에서 적어도 하나, 제2 서브 프로세스에 속하는 변수에서 적어도 하나를 선택하여 목표치를 출력하는 것이 바람직하다. 이것은, 어느 한쪽의 서브 프로세스에 속하는 변수에만 목표치를 설정하면, 다른 한쪽의 서브 프로세스의 제어 성능이 열화될 우려가 높기 때문이다. 본 발명에서는, 제1 서브 프로세스와 제2 서브 프로세스로부터, 각각 하나 이상의 변수에 대하여 목표치를 출력하는 경우를 취급한다.
또, 다변수 제어 장치는, 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치 중 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나를, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치 중 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나보다, 설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서 지연시켜 출력하는 목표치 지연 처리부(102)를 구비한다. 제1 서브 프로세스와 제2 서브 프로세스 사이의 지연에 대응시켜 지연 처리 조건을 설정한다. 지연 처리 조건은, 예컨대 사용자가 설정한다. 본 예에서는, 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치를 지연시켜 출력한다.
또, 다변수 제어 장치는, 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수 목표치의, 목표치 지연 처리부(102)로부터 출력된 적어도 하나, 및 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수 목표치의, 목표치 지연 처리부(102)로부터 출력된 적어도 하나에 기초하여, 제어 대상이 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출하는 다변수 제어부(103)를 구비한다. 다변수 제어부(103)는, 예컨대, 프로세스(104)로부터 얻어지는 제1 제어 변수, 제2 제어 변수 및 프로세스(104)에 제어를 위해 출력되는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수에 기초하여, 프로세스(104)가 장래 출력하는 제1 제어 변수, 제2 제어 변수를 예측한 제1 제어 변수 예측 응답, 제2 제어 변수 예측 응답이, 목표치 지연 처리부(102)로부터 출력된 제1 제어 변수 목표치, 제2 제어 변수 목표치에 근접하도록 프로세스(104)가 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출한다.
목표치 지연 처리부(102)는, 조작 변수 및 제어 변수마다 지연의 크기를 설정한다. 예컨대, 제1 서브 프로세스에 속하는 제1 조작 변수 및 제1 제어 변수에는, 지연없이 목표치를 부여하고, 제2 서브 프로세스에 속하는 제2 조작 변수 및 제2 제어 변수에는, 지연시켜 목표치를 부여한다. 또, 제1 서브 프로세스에 속하는 제1 조작 변수 및 제1 제어 변수에는, 짧은 지연을 통해서 목표치를 부여하고, 제2 서브 프로세스에 속하는 제2 조작 변수 및 제2 제어 변수에는, 그것보다 긴 지연을 통해서 목표치를 부여한다. 이와 같이, 제1 조작 변수 및 제1 제어 변수보다, 제2 조작 변수 및 제2 제어 변수쪽을 지연시키도록 지연의 크기를 설정한다.
다음으로, 본 실시형태에서의 다변수 제어 장치의 동작예(다변수 제어 방법)에 관해서, 도 2의 흐름도를 이용하여 설명한다. 우선, 단계 S101에서, 정상 상태 최적화부(101)가, 프로세스(104)에 제어를 위해 출력되는 2개의 제1 조작 변수, 제2 조작 변수, 및 프로세스(104)로부터 얻어지는 2개의 제1 제어 변수, 제2 제어 변수에 기초하여, 프로세스(104)의 정상 상태에서의 제1 제어 변수의 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수의 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나, 및 제2 제어 변수의 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수의 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나를 산출하여 출력한다(목표치 산출 단계). 또한, 이하에서는, 정상 상태 최적화부(101)가, 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수 목표치, 제2 제어 변수 목표치, 및 제2 조작 변수 목표치를 산출하여 출력하는 경우를 설명한다.
다음으로, 단계 S102에서, 목표치 지연 처리부(102)가, 단계 S101에서 출력된 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치를, 설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치보다 지연시켜 출력한다(목표치 지연 처리 단계).
다음으로, 단계 S103에서, 다변수 제어부(103)가, 제1 제어 변수 목표치, 제1 조작 변수 목표치의, 목표치 지연 처리부(102)로부터 출력된 적어도 하나, 및 제2 제어 변수 목표치, 제2 조작 변수 목표치의, 목표치 지연 처리부(102)로부터 출력된 적어도 하나에 기초하여, 제어 대상이 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출한다(다변수 제어 단계). 예컨대, 프로세스(104)로부터 얻어지는 제1 제어 변수, 제2 제어 변수 및 프로세스(104)에 제어를 위해 출력되는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수에 기초하여, 프로세스(104)가 장래 출력하는 제1 제어 변수, 제2 제어 변수를 예측한 제1 제어 변수 예측 응답, 제2 제어 변수 예측 응답이, 목표치 지연 처리부(102)로부터 출력된 제1 제어 변수 목표치, 제2 제어 변수 목표치에 근접하도록 프로세스(104)가 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출한다.
산출된 제1 조작 변수는, 프로세스(104)의 제1 서브 프로세스에 출력되고, 산출된 제2 조작 변수는, 프로세스(104)의 제2 서브 프로세스에 출력된다. 제2 제어 변수 목표치 및 제2 조작 변수 목표치는, 제1 제어 변수 목표치 및 제1 조작 변수 목표치보다 지연되어 다변수 제어부(103)에 주어지기 때문에, 결과로서, 제2 조작 변수는, 제1 조작 변수보다 지연되어 출력이 변화하게 된다.
이와 같이 함으로써, 제2 서브 프로세스에는, 제1 서브 프로세스로부터 공급되는 생성물에 관한 변수의 값이 변화했을 쯤에, 새로운 최적의 제2 조작 변수가 전달된다. 그 결과, 전술한 바와 같은 불필요한 조작이 억제되게 된다.
다음으로, 목표치 지연 처리부(102)의 지연 처리에 관해, 보다 상세히 설명한다. 지연 처리에는 몇가지 방법이 있다. 이하에, 목표치 지연 처리부(102)에 의한 지연 처리의 대상이 되는 입력 변수를 x(k), 지연 처리후의 출력 변수를 z(k)로 나타낸다. k는 제어 주기를 나타내는 인덱스이다.
지연 처리의 일례로는, 「z(k)=x(k-L)ㆍㆍㆍ(1)」에 나타낸 바와 같이, 입력 신호를 정해진 제어 주기만큼 지연시킨 것을 출력하는 방법이 있다. 식 (1)에서, L은 1 이상의 정수이고, 낭비 시간에 해당한다.
또, 지연 처리의 다른 예로는, 「z(k)=αz(k-1)+(1-α)x(k)ㆍㆍㆍ(2)」에 나타낸 바와 같이, 입력을 1차 지연 필터에 통과시킨 것을 출력한다. 식 (2)에서, α는 0 이상 1 미만의 정수이다. α가 작을수록, 입력으로부터 출력까지의 지연이 커진다.
또, 전술한 2개의 지연 처리 방법을 조합하여, 「z(k)=αz(k-1)+(1-α)x(k-L)ㆍㆍㆍ(3)」에 나타낸 바와 같은 지연 처리를 적용해도 좋다. 또, 여기서 나타낸 지연 처리 방법 이외에도, 입력 신호를 보내어 출력하는 효과를 갖는 필터나 신호 처리 알고리즘, 전기 회로 등을 이용하는 것이 가능하다.
다음으로, 지연 처리의 파라미터(L, α 등)의 결정에 관해서 설명한다. 예컨대, 전술한 바와 같이 서브 프로세스 사이에 지연이 있는 경우에 관해서는, 서브 프로세스 사이의 지연과 동일한 정도가 되도록 파라미터를 결정하고, 결정한 값(파라미터)을 지연이 있는 서브 프로세스에 속하는 조작 변수, 제어 변수의 목표치에 적용하면 된다. 또, 다변수 제어부(103)에 의한 제어의 거동을 시뮬레이션하는 소프트웨어를 이용하면, 지연 처리의 파라미터를 변경하여 시뮬레이션을 행하여, 시행착오에 의해 적절한 값을 구하는 것도 가능하다.
또, 프로세스(104)의 상태를 감시하여 목표치 지연 처리부(102)에 의한 지연 처리를 조정하는 것도 가능하다. 목표치 지연 처리부(102)가, 프로세스(104)에 출력되는 제1 조작 변수, 프로세스(104)로부터 얻어지는 제1 제어 변수에 기초하여, 제1 제어 변수 및 제1 조작 변수에 대응하는 목표치보다 제2 제어 변수 및 제2 조작 변수에 대응하는 목표치의 출력을 지연시키는 지연 시간을 변경한다.
예컨대, 전술한 바와 같이, 2개의 제1 서브 프로세스 및 제2 서브 프로세스를 포함하는 프로세스(104)에 있어서, 제1 서브 프로세스의 제1 조작 변수, 제1 제어 변수를 감시하여, 서브 프로세스 사이의 지연과 동일한 정도의 시간이 경과하더라도 이들이 최적 목표치에 도달하지 않은 것 같다면, 지연 처리의 지연 시간을 연장한다. 또, 제1 서브 프로세스의 상기 변수가, 프로세스 모델로부터 예측되는 시간보다도 빠르게 최적 목표치에 도달할 것 같으면, 지연 처리의 지연 시간을 단축시킨다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제2 제어 변수, 제2 조작 변수에 대한 목표치를, 제1 제어 변수, 제1 조작 변수에 대한 목표치보다 지연시켜 다변수 제어부에 출력하도록 했기 때문에, 프로세스 내에 지연이 있는 경우라 하더라도, 다변수 제어에서의 제어 성능의 열화를 억제할 수 있게 된다.
그런데, 정상 상태 최적화부(101)는, 모든 제어 변수, 조작 변수에서 일부의 변수를 선택하여 목표치를 출력하는 구성으로 하는 것이 가능하고, 최적화의 조건에 따라서 목표치를 출력하는 변수를 전환하는 것도 가능하다. 이러한 경우의 처리의 일례로는, 전환과 동시에 목표치 지연 처리부(102)의 출력을 현재의 제어 변수나 조작 변수의 값으로 리셋한다고 하는 방법(구성)이 있다. 이 경우, 설정된 지연후, 새로운 목표치를 출력하도록 한다.
또한, 본 발명은 이상에 설명한 실시형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서, 그 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형 및 조합이 실시 가능한 것은 명백하다. 예컨대, 전술한 것에서는, 프로세스(104)의 프로세스가, 제1 서브 프로세스 및 제2 서브 프로세스의 2개의 서브 프로세스를 포함하는 경우를 예를 들어 설명했지만, 이것으로 한정되지는 않는다. 각 서브 프로세스에 속하는 제어 변수 및 조작 변수는, 각각 하나에 한정되지 않고, 각각이 2개 이상 있어도 좋다. 또, 제어 대상의 프로세스가, 3개 이상의 서브 프로세스를 포함하는 경우에도 적용 가능하다. 또, 본 발명은, 많은 다변수 제어에 적용 가능하고, 내부 모델 제어(IMC)이어도 좋다.
본 발명에 있어서, 제어 대상은 서브 프로세스 사이에 간섭이 존재하는 경우가 대상이 되며, 이러한 제어 대상이라 하더라도 복수의 변수를 각각의 목표치에 근접시킬 수 있는 것이 대상이 된다. 따라서, 다변수 모델 예측 제어는, 본 발명이 적용할 수 있는 유력한 선택지의 하나가 된다.
101 : 정상 상태 최적화부, 102 : 목표치 지연 처리부, 103 : 다변수 제어부, 104 : 프로세스.

Claims (4)

  1. 제어 대상에 제어를 위해 출력되는 적어도 2개의 제1 조작 변수, 제2 조작 변수, 및 상기 제어 대상으로부터 얻어지는 적어도 2개의 제1 제어 변수, 제2 제어 변수에 기초하여, 상기 제어 대상의 정상 상태에서의 상기 제1 제어 변수의 제1 제어 변수 목표치, 상기 제1 조작 변수의 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나, 및 상기 제2 제어 변수의 제2 제어 변수 목표치, 상기 제2 조작 변수의 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나를 산출하여 출력하는 정상 상태 최적화부와,
    설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서 상기 제2 제어 변수 목표치 및 상기 제2 조작 변수 목표치 중 상기 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나를, 상기 제1 제어 변수 목표치 및 상기 제1 조작 변수 목표치 중 상기 정상 상태 최적화부가 출력한 적어도 하나보다 지연시켜 출력하는 목표치 지연 처리부와,
    상기 제1 제어 변수 목표치, 상기 제1 조작 변수 목표치 중 상기 목표치 지연 처리부로부터 출력된 적어도 하나, 및 상기 제2 제어 변수 목표치, 상기 제2 조작 변수 목표치 중 상기 목표치 지연 처리부로부터 출력된 적어도 하나에 기초하여, 상기 제어 대상이 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출하는 다변수 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 다변수 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 목표치 지연 처리부는, 상기 제어 대상에 출력되는 상기 제1 조작 변수, 상기 제어 대상으로부터 얻어지는 상기 제1 제어 변수에 기초하여, 상기 제1 제어 변수 목표치 및 상기 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나보다 상기 제2 제어 변수 목표치 및 상기 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나의 출력을 지연시키는 지연 시간을 변경하는 것을 특징으로 하는 다변수 제어 장치.
  3. 제어 대상에 제어를 위해 출력되는 적어도 2개의 제1 조작 변수, 제2 조작 변수, 및 상기 제어 대상으로부터 얻어지는 적어도 2개의 제1 제어 변수, 제2 제어 변수에 기초하여, 상기 제어 대상의 정상 상태에서의 상기 제1 제어 변수의 제1 제어 변수 목표치, 상기 제1 조작 변수의 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나, 및 상기 제2 제어 변수의 제2 제어 변수 목표치, 상기 제2 조작 변수의 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나를 산출하여 출력하는 목표 산출 단계와,
    설정되어 있는 지연 처리 조건에 따라서 상기 제2 제어 변수 목표치 및 상기 제2 조작 변수 목표치 중 상기 목표 산출 단계에서 출력된 적어도 하나를, 상기 제1 제어 변수 목표치 및 상기 제1 조작 변수 목표치 중 상기 목표 산출 단계에서 출력된 적어도 하나보다 지연시켜 출력하는 목표치 지연 처리 단계와,
    상기 제1 제어 변수 목표치, 상기 제1 조작 변수 목표치 중 상기 목표치 지연 처리 단계에서 출력된 적어도 하나, 및 상기 제2 제어 변수 목표치, 상기 제2 조작 변수 목표치 중 상기 목표치 지연 처리 단계에서 출력된 적어도 하나에 기초하여, 상기 제어 대상이 장래 이용하는 제1 조작 변수, 제2 조작 변수를 산출하는 다변수 제어 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다변수 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 목표치 지연 처리 단계에서는, 상기 제어 대상에 출력되는 상기 제1 조작 변수, 상기 제어 대상으로부터 얻어지는 상기 제1 제어 변수에 기초하여, 상기 제1 제어 변수 목표치 및 상기 제1 조작 변수 목표치 중 적어도 하나보다 상기 제2 제어 변수 목표치 및 상기 제2 조작 변수 목표치 중 적어도 하나의 출력을 지연시키는 지연 시간을 변경하는 것을 특징으로 하는 다변수 제어 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6523854B2 (ja) * 2015-07-29 2019-06-05 株式会社東芝 最適制御装置、最適制御方法、コンピュータプログラム及び最適制御システム
CN109828459B (zh) * 2017-11-23 2020-05-26 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于多变量约束区间预测控制的平稳控制实现方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0689103A (ja) * 1992-09-08 1994-03-29 Toshiba Corp 多変数制御装置
JPH08249004A (ja) * 1995-03-15 1996-09-27 Toshiba Corp プラント制御装置
US6684115B1 (en) 2000-04-11 2004-01-27 George Shu-Xing Cheng Model-free adaptive control of quality variables
WO2003058355A1 (fr) * 2001-12-28 2003-07-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Systeme de commande
US7050863B2 (en) 2002-09-11 2006-05-23 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Integrated model predictive control and optimization within a process control system
US8756039B2 (en) * 2010-03-02 2014-06-17 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Rapid process model identification and generation
CN102339040B (zh) * 2010-07-15 2013-06-19 清华大学 精馏塔优化控制方法

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