KR20190109248A - 플랜트 제어 장치 - Google Patents

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KR20190109248A
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다케시 사노
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

[과제] 플랜트의 제어 출력을 목표값에 근접시키는 경우에, 제어 출력의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력의 응답성의 악화를 억제한다.
[해결 수단] 플랜트 제어 장치는, 플랜트(6)의 소정의 파라미터 d에 의거하여 플랜트의 제어 출력 x의 목표값 r을 산출하는 목표값 산출부(2)와, 제어 출력의 오버슈트를 억제하는 방향으로 목표값을 수정하여 수정 목표값 w를 산출하는 목표값 수정부(3)와, 제어 출력이 수정 목표값에 근접하도록 플랜트의 제어 입력을 결정하는 피드백 컨트롤러(5)를 구비한다. 목표값 수정부는, 제어 출력을 목표값까지 변화시키는 경우, 목표값의 수정량이 소정값 이하가 되도록 수정 목표값을 설정하고, 그 후, 목표값의 수정량이 소정값보다 커지도록 수정 목표값을 변경하며, 그 후, 제어 출력이 목표값에 도달하기 전에, 목표값의 수정량이 소정값 이하가 되도록 수정 목표값을 변경한다.

Description

플랜트 제어 장치{PLANT CONTROL SYSTEM}
본 발명은 플랜트 제어 장치에 관한 것이다.
제어 대상인 플랜트에서는, 제어 출력이 목표값에 근접하도록 피드백 제어가 행해진다. 그러나, 실제의 제어에서는, 하드 또는 제어상의 제약에 기인하여, 제어 출력의 값에 제약이 있는 경우가 많다. 이러한 제약을 무시하여 제어계의 설계가 행해지면, 과도 응답의 악화나 제어의 불안정화가 발생할 우려가 있다.
제약 충족성을 개선하기 위한 방법으로서 레퍼런스 거버너가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 레퍼런스 거버너는, 제약 충족성을 고려하여, 플랜트의 소정의 파라미터에 의거하여 산출되는 제어 출력의 목표값을 수정하여 수정 목표값을 산출한다. 구체적으로는, 레퍼런스 거버너는 소정의 목적 함수의 최소값 탐색을 행함으로써 수정 목표값을 산출한다.
특허 문헌 1에는, 디젤 엔진에 있어서의 과급압 및 EGR율의 목표값을 레퍼런스 거버너에 의해 수정하는 것이 기재되어 있다. 구체적으로는, 목적 함수의 값이 작아지도록 구배법에 의해 수정 목표값을 갱신함으로써 수정 목표값이 산출된다.
목적 함수는, 목표값의 수정량에 관한 항과, 플랜트의 상태량에 관한 제약 조건의 충족도에 관한 항을 포함한다. 제약 조건의 충족도에 관한 항은, 제약 조건의 충족도가 낮을수록 커진다. 제약 조건의 충족도에 관한 항이 클 때에는, 목적 함수의 값이 작아지도록 목표값이 수정된다. 이에 따라, 제약 조건의 충족도가 높아지며, 제어 출력의 오버슈트도 억제된다.
일본공개특허 특개2017-101627호 공보
그런데, 제어 출력의 목표값과 현재값과의 차가 클 때에 제어 출력을 목표값에 근접시키는 제어가 행해지면, 목표값과 현재값과의 차가 작을 때에 비해, 플랜트의 상태량의 장래 예측값이 제약 조건에 저촉될 가능성이 높아진다. 이 때문에, 목표값과 현재값과의 차가 클 때에 목적 함수의 최소값 탐색이 행해지면, 목표값의 수정량이 커지는 경향이 있다. 그러나, 목표값과 현재값과의 차가 클 때에 목표값의 수정량이 크게 되면, 제어 출력이 목표값에 근접하는 속도가 느려져, 제어 출력의 응답성이 악화된다.
따라서, 상기 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 플랜트의 제어 출력을 목표값에 근접시키는 경우에, 제어 출력의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력의 응답성의 악화를 억제하는 것에 있다.
본 개시의 요지는 이하와 같다.
(1) 플랜트의 소정의 파라미터에 의거하여 상기 플랜트의 제어 출력의 목표값을 산출하는 목표값 산출부와, 상기 제어 출력의 오버슈트를 억제하는 방향으로 상기 목표값을 수정하여 수정 목표값을 산출하는 목표값 수정부와, 상기 제어 출력이 상기 수정 목표값에 근접하도록 상기 플랜트의 제어 입력을 결정하는 피드백 컨트롤러를 구비하고, 상기 목표값 수정부는, 상기 제어 출력을 상기 목표값까지 변화시키는 경우, 상기 목표값의 수정량이 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 설정하며, 그 후, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값보다 커지도록 상기 수정 목표값을 변경하고, 그 후, 상기 제어 출력이 상기 목표값에 도달하기 전에, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 변경하는, 플랜트 제어 장치.
(2) 상기 목표값 수정부는, 상기 제어 출력을 상기 목표값까지 변화시키는 경우, 상기 목표값과 상기 제어 출력의 현재값과의 차가 제 1 기준값보다 클 때에는, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 설정하고, 상기 차가 상기 제 1 기준값에 도달하였을 때에, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값보다 커지도록 상기 수정 목표값을 변경하며, 상기 차가 제 2 기준값에 도달하였을 때에, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 변경하고, 상기 제 2 기준값은 상기 제 1 기준값보다 작은, 상기 (1)에 기재된 플랜트 제어 장치.
(3) 상기 목표값 수정부는, 목적 함수의 최소값 탐색을 행함으로써 상기 수정 목표값을 산출하고, 상기 목적 함수는, 상기 목표값의 수정량에 관한 항과, 상기 플랜트의 상태량에 대한 제약 조건의 충족도에 관한 항을 포함하며, 상기 목표값과 상기 제어 출력의 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 상기 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 상기 목표값의 수정량에 관한 항의 상기 목적 함수의 값 에 대한 기여도가 커지도록 구성되는, 상기 (1)에 기재된 플랜트 제어 장치.
(4) 상기 목표값의 수정량에 관한 항은, 상기 목표값의 수정량이 커질수록 커지는 성분에, 상기 차가 커질수록 커지는 성분을 곱한 값인, 상기 (3)에 기재된 플랜트 제어 장치.
(5) 상기 제약 조건의 충족도에 관한 항은, 상기 제약 조건의 충족도가 낮을수록 커지는 성분을, 상기 차가 커질수록 커지는 성분으로 나눈 값인, 상기 (3)에 기재된 플랜트 제어 장치.
(6) 상기 차가 커질수록 커지는 성분은, 상기 차의 n제곱이며, n은 0보다 큰, 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 플랜트 제어 장치.
(7) 상기 플랜트는 내연 기관이며, n은 4 이상 6 이하의 값인, 상기 (6)에 기재된 플랜트 제어 장치.
본 발명에 의하면, 플랜트의 제어 출력을 목표값에 근접시키는 경우에, 제어 출력의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력의 응답성의 악화를 억제할 수 있다.
도 1은, 제 1 실시 형태와 관련된 플랜트 제어 장치의 목표값 추종 제어 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1의 목표값 추종 제어 구조를 등가 변형함으로써 얻어지는 피드 포워드 제어 구조를 나타낸다.
도 3은, 제어 출력을 목표값까지 변화시키는 경우의 제어 출력의 목표값, 수정 목표값 및 실제의 값의 타임 차트이다.
도 4는, 제 1 실시 형태에 있어서의 목표값 수정 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 제 2 실시 형태와 관련된 플랜트 제어 장치의 목표값 추종 제어 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은, 목적 함수에 있어서의 n의 값을 변화시켰을 때의 수정 목표값의 타임 차트이다.
도 7은, 플랜트가 내연 기관인 경우에 목적 함수에 있어서의 n의 값을 변화시켰을 때의 효과의 정도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 제어 출력을 목표값까지 변화시키는 경우의 제어 출력의 목표값, 수정 목표값 및 실제의 값의 타임 차트이다.
도 9는, 제 2 실시 형태에 있어서의 목표값 수정 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여한다.
<제 1 실시 형태>
우선 도 1~도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 형태에 대하여 설명한다.
<플랜트 제어 장치의 구성>
도 1은, 제 1 실시 형태와 관련된 플랜트 제어 장치의 목표값 추종 제어 구조를 나타내는 도면이다. 플랜트 제어 장치는, 목표값 산출부(2), 목표값 수정부(3), 비교부(4) 및 피드백 컨트롤러(5)를 구비한다. 예를 들면, 전자 제어 유닛(ECU)과 같은 마이크로 컴퓨터가 플랜트 제어 장치로서 기능한다.
도 1에 있어서 파선으로 둘러싸인 부분은, 제어 대상인 플랜트(6)의 출력을 제어하는 폐루프 시스템(10)으로서 기능한다. 폐루프 시스템(10)이 설계가 끝난 경우, 도 1의 목표값 추종 제어 구조를 등가 변형함으로써 도 2의 피드 포워드 제어 구조가 얻어진다.
목표값 산출부(2)는, 외생(外生) 입력 d에 의거하여 플랜트(6)의 제어 출력 x의 목표값 r을 산출하고, 목표값 r을 목표값 수정부(3)에 출력한다. 목표값 산출부(2)는, 예를 들면, 외생 입력 d와 목표값 r과의 관계가 나타난 목표값 맵으로서 구성된다. 외생 입력 d는 플랜트(6)의 소정의 파라미터이다.
목표값 r이 그대로 폐루프 시스템(10)에 입력되면, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하도록 피드백 제어가 행해진다. 이 경우, 제어 출력 x를 목표값 r에 신속하게 근접시킬 수 있지만, 제어 출력 x의 오버슈트량이 커진다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 목표값 수정부(3)에 의해 목표값 r이 수정된다. 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하는 방향으로 목표값 r을 수정하여 수정 목표값 w를 산출한다.
비교부(4)는, 수정 목표값 w로부터 제어 출력 x를 감산하여 편차 e(=w-x)를 산출하고, 편차 e를 피드백 컨트롤러(5)에 입력한다. 수정 목표값 w는 목표값 수정부(3)에 의해 비교부(4)에 입력되고, 제어 출력 x는, 제어 입력 u 및 외생 입력 d가 입력되는 플랜트(6)로부터 출력된다. 제어 출력 x는, 센서 등의 검출기에 의해 검출되거나 또는 계산식 등을 이용하여 추정된다.
피드백 컨트롤러(5)는, 제어 출력 x가 수정 목표값 w에 근접하도록 제어 입력 u를 결정한다. 즉, 피드백 컨트롤러(5)는, 편차 e가 0에 근접하도록 제어 입력 u를 결정한다. 피드백 컨트롤러(5)에서는, PI 제어, PID 제어 등의 공지의 제어가 이용된다. 피드백 컨트롤러(5)는 제어 입력 u를 플랜트(6)에 입력한다. 또한, 상태 피드백으로서 제어 출력 x가 피드백 컨트롤러(5)에 입력된다. 또한, 제어 출력 x의 피드백 컨트롤러(5)로의 입력은 생략되어도 된다. 또한, 비교부(4)는 피드백 컨트롤러(5)에 내장되어 있어도 된다.
<목표값의 수정>
상기 서술한 바와 같이, 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하는 방향으로 목표값 r을 수정하여 수정 목표값 w를 산출한다. 또한, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하는 방향이란, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 증가시키는 경우에는 수정 목표값 w를 감소시키는 방향을 의미하고, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 감소시키는 경우에는 수정 목표값 w를 증가시키는 방향을 의미한다.
제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 클 때에 목표값 r의 수정량이 크게 되면, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하는 속도가 느려져, 제어 출력 x의 응답성이 악화된다. 또한, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하기 위해서는, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하였을 때에 목표값 r의 수정량을 크게 하는 것이 유효하다. 또한, 제어 출력 x를 목표값 r에 수속시키기 위해서는, 제어 출력 x가 목표값 r에 도달하기 전에 목표값 r의 수정량을 작게 할 필요가 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x를 목표값 r까지 변화시키는 경우, 목표값 r의 수정량이 소정값 이하가 되도록 수정 목표값 w을 설정하고, 그 후, 목표값 r의 수정량이 소정값보다 커지도록 수정 목표값 w을 변경하고, 그 후, 제어 출력 x가 목표값 r에 도달하기 전에, 목표값 r의 수정량이 소정값 이하가 되도록 수정 목표값 w를 변경한다. 또한, 목표값 r의 수정량이란, 목표값 r과 수정 목표값 w와의 차이다.
이에 따라, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 변화 속도를 빠르게 할 수 있어, 제어 출력 x의 응답성의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에는, 제어 출력 x의 변화 속도를 늦출 수 있어, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제어 출력 x를 목표값 r에 근접시키는 경우에, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력 x의 응답성의 악화를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 제 1 기준값보다 클 때에는, 목표값 r의 수정량이 소정값 이하가 되도록 수정 목표값 w를 설정하고, 목표값 r과 현재값과의 차가 제 1 기준값에 도달하였을 때에, 목표값 r의 수정량이 상기 소정값보다 커지도록 수정 목표값 w를 변경하고, 목표값 r과 현재값과의 차가 제 2 기준값에 도달하였을 때에, 목표값 r의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 수정 목표값 w를 변경한다. 제 2 기준값은 제 1 기준값보다 작다.
예를 들면, 목표값 수정부(3)는, 목표값 r과 현재값과의 차가 제 1 기준값보다 클 때에는, 수정 목표값 w를 목표값 r로 설정하고, 목표값 r과 현재값과의 차가 제 1 기준값에 도달하였을 때에, 수정 목표값 w를 목표값 r로부터 멀리하고, 목표값 r과 현재값과의 차가 제 2 기준값에 도달하였을 때에, 수정 목표값 w를 목표값 r로 변경한다.
<타임 차트를 이용한 제어의 설명>
도 3은, 제어 출력을 목표값까지 변화시키는 경우의 제어 출력의 목표값, 수정 목표값 및 실제의 값의 타임 차트이다. 도 3에는, 제어 출력 x의 목표값 r이 이점 쇄선으로 나타나고, 제어 출력 x의 수정 목표값 w가 일점 쇄선으로 나타난다. 또한, 본 실시 형태의 제어가 실행되었을 때의 제어 출력 x의 실제의 값(현재값) xe가 실선으로 나타나고, 비교예의 제어가 실행되었을 때의 제어 출력 x의 실제의 값(현재값) xp가 파선으로 나타난다.
도 3의 예에서는, 시각 t1에 있어서 플랜트(6)의 상태가 변화되고, 목표값 r이 증가하고 있다. 목표값 r은, 시각 t1의 이후, 대략 일정한 값으로 유지된다. 이 예에서는, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 증가시키는 제어가 행해진다.
비교예의 제어에서는, 목표값 r의 수정이 행해지지 않는다. 따라서, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하도록 피드백 컨트롤러(5)에 의해 제어 입력 u가 결정된다. 이 결과, 시각 t1의 이후, 실제의 값 xp가, 서서히 상승하여, 시각 t4에 있어서 목표값 r에 도달한다. 시각 t4의 이후, 제어 출력 x의 오버슈트가 발생하고, 그 후, 실제의 값 xp가 목표값 r에 수속된다.
한편, 본 실시 형태의 제어에서는, 수정 목표값 w가 산출되고, 제어 출력 x가 수정 목표값 w에 근접하도록 피드백 컨트롤러(5)에 의해 제어 입력 u가 결정된다. 시각 t1에서부터 시각 t2까지, 수정 목표값 w는 목표값 r과 동등하다. 즉, 목표값 r의 수정은 행해지지 않는다.
시각 t2에 있어서, 목표값 r과 실제의 값 xe와의 차가 제 1 기준값 R1에 도달하고, 목표값 r의 수정량이 소정값보다 커지도록 수정 목표값 w가 변경된다. 이 예에서는, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하기 위해, 수정 목표값 w가 스텝 형상으로 작게 된다. 수정 목표값 w는 시각 t2에서부터 시각 t3까지 일정한 값으로 유지된다.
시각 t3에 있어서, 목표값 r과 실제의 값 xe와의 차가 제 2 기준값에 도달하고, 수정 목표값 w가 목표값 r로 변경된다. 이 예에서는, 제어 출력 x를 목표값 r에 수속시키기 위해, 수정 목표값 w가 스텝 형상으로 크게 된다. 시각 t3의 이후, 수정 목표값 w는 목표값 r로 유지된다. 즉, 목표값 r의 수정은 행해지지 않는다.
그 후, 실제의 값 xe가 시각 t5에 있어서 목표값 r에 도달한다. 시각 t5의 이후, 제어 출력 x의 오버슈트가 조금 발생하고, 그 후, 실제의 값 xe가 목표값 r에 수속된다.
본 실시 형태의 제어에서는, 시각 t2에 있어서 수정 목표값 w를 작게 함으로써 제어 출력 x의 상승에 브레이크를 걸 수 있다. 이 때문에, 비교예의 제어에 비해 제어 출력 x의 오버슈트량을 저감할 수 있다. 또한, 시각 t2보다 이전에는 수정 목표값 w가 목표값 r로 설정되어 있기 때문에, 비교예의 제어와 마찬가지로, 제어 출력 x를 목표값 r에 신속하게 근접시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 제어에서는, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력 x의 응답성의 악화를 억제할 수 있다.
<목표값 수정 처리>
이하, 도 4의 플로우 차트를 참조하여, 목표값 r을 수정하여 수정 목표값 w를 산출하기 위한 제어에 대하여 상세하게 설명한다. 도 4는, 제 1 실시 형태에 있어서의 목표값 수정 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로우 차트이다. 본 제어 루틴은 플랜트 제어 장치에 의해 소정의 실행 간격으로 반복하여 실행된다.
우선, 단계 S101에 있어서, 목표값 산출부(2)는 외생 입력 d를 취득한다. 이어서, 단계 S102에 있어서, 목표값 산출부(2)는 외생 입력 d에 의거하여 목표값 r을 산출한다.
이어서, 단계 S103에 있어서, 목표값 수정부(3)는, 목표값 r로부터 제어 출력 x의 현재값 PV를 감산한 값의 절대값, 즉 목표값 r과 현재값 PV와의 차가 제 1 기준값 R1보다 큰지 여부를 판정한다. 제 1 기준값 R1은, 미리 정해지며, 0보다 큰 값이다. 목표값 r과 현재값 PV와의 차가 제 1 기준값 R1보다 크다고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S104로 진행된다.
단계 S104에서는, 목표값 수정부(3)는 수정 목표값 변경 플래그를 1로 설정한다. 또한, 수정 목표값 변경 플래그 F는, 제어 출력 x의 피드백 제어가 종료되었을 때에는 0으로 리셋된다. 이어서, 단계 S105에 있어서, 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x를 목표값 r로 신속하게 변화시키기 위해, 수정 목표값 w를 목표값 r로 설정한다. 단계 S105의 이후, 본 제어 루틴은 종료된다.
한편, 단계 S103에 있어서 목표값 r과 현재값 PV와의 차가 제 1 기준값 R1 이하라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S106으로 진행된다. 단계 S106에서는, 목표값 수정부(3)는, 수정 목표값 변경 플래그 F가 1인지 여부를 판정한다. 수정 목표값 변경 플래그 F가 1이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S107로 진행된다.
단계 S107에서는, 목표값 수정부(3)는 목표값 r의 수정량이 소정값보다 커지도록 수정 목표값 w를 변경한다. 소정값은, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하도록 미리 정해지며, 0보다 큰 값이다. 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하는 방향으로 수정 목표값 w를 스텝 형상으로 변화시킨다. 구체적으로는, 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 증가시키는 경우에는 수정 목표값 w를 목표값 r보다 작게 하고, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 감소시키는 경우에는 수정 목표값 w를 목표값 r보다 크게 한다.
이어서, 단계 S108에 있어서, 목표값 수정부(3)는, 목표값 r과 현재값 PV와의 차가 제 2 기준값 R2 이하인지 여부를 판정한다. 제 2 기준값 R2는, 미리 정해지며, 0보다 크고 또한 제 1 기준값 R1보다 작다. 목표값 r과 현재값 PV와의 차가 제 2 기준값 R2보다 크다고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 종료된다. 이 경우, 수정 목표값 w는, 단계 S107에 있어서 변경된 값으로 유지된다.
한편, 목표값 r과 현재값 PV와의 차가 제 2 기준값 R2 이하라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S109로 진행된다. 단계 S109에서는, 목표값 수정부(3)는, 제어 출력 x를 목표값 r에 수속시키기 위해, 수정 목표값 w를 목표값 r로 변경한다. 목표값 수정부(3)는 수정 목표값 w를 목표값 r까지 스텝 형상으로 변화시킨다. 이어서, 단계 S110에 있어서, 목표값 수정부(3)는 수정 목표값 변경 플래그 F를 0으로 설정한다. 단계 S110의 이후, 본 제어 루틴은 종료된다.
또한, 단계 S106에 있어서 수정 목표값 변경 플래그 F가 0이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S111로 진행된다. 단계 S111에서는, 목표값 수정부(3)는 수정 목표값 w를 목표값 r로 설정한다. 단계 S111의 이후, 본 제어 루틴은 종료된다.
또한, 단계 S105, 단계 S109 및 단계 S111에 있어서, 목표값 r의 수정량이 소정값 이하이면, 수정 목표값 w는 목표값 r과는 상이한 값으로 설정되어도 된다. 또한, 목표값 수정부(3)는, 단계 S107에 있어서 수정 목표값 w를 변경 후의 값까지 서서히 변화시키고, 단계 S109에 있어서 수정 목표값 w를 목표값 r까지 서서히 변화시켜도 된다.
<제 2 실시 형태>
제 2 실시 형태에 있어서의 플랜트 제어 장치의 구성 및 제어는, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 기본적으로 제 1 실시 형태에 있어서의 플랜트 제어 장치와 동일하다. 이 때문에, 이하, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여, 제 1 실시 형태와 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
도 5는, 제 2 실시 형태와 관련된 플랜트 제어 장치의 목표값 추종 제어 구조를 나타내는 도면이다. 제 2 실시 형태에서는, 레퍼런스 거버너(RG)(30)가, 목표값 r을 수정하여 수정 목표값 w를 산출하는 목표값 수정부로서 기능한다. 도 5에 있어서의 y는, 취할 수 있는 값에 제약이 있는 플랜트(6)의 상태량이다.
상기 서술한 바와 같이, 폐루프 시스템(10)에서는, 제어 출력 x의 피드백 제어가 행해진다. 그러나, 실제의 제어에서는, 하드 또는 제어상의 제약에 기인하여, 상태량 y에 제약이 있다. 이 때문에, 제약을 고려하지 않고 산출된 목표값이 폐루프 시스템(10)에 입력되면, 상태량 y가 제약에 저촉되어, 과도 응답의 악화나 제어의 불안정화가 발생될 우려가 있다.
이 때문에, 레퍼런스 거버너(30)는, 상태량 y에 대한 제약 조건의 충족도가 높아지도록 목표값 r을 수정하여 수정 목표값 w를 산출한다. 구체적으로는, 레퍼런스 거버너(30)는, 목적 함수의 최소값 탐색을 행함으로써 수정 목표값 w를 산출한다. 최소값 탐색에서는, 레퍼런스 거버너(30)는, 목적 함수의 값이 작아지도록 수정 목표값 w를 소정 횟수 갱신함으로써, 폐루프 시스템(10)에 입력하는 최종적인 수정 목표값 w를 산출한다.
목적 함수는, 목표값 r의 수정량에 관한 항과, 상태량 y에 관한 제약 조건의 충족도에 관한 항을 포함한다. 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 클 때에는, 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작을 때에 비해, 제약 조건의 충족도를 높이기 위해서는, 목표값 r의 수정량을 크게 할 필요가 있다.
그러나, 목표값 r과 현재값과의 차가 클 때에 목표값 r의 수정량이 커지면, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하는 속도가 느려져, 제어 출력 x의 응답성이 악화된다. 또한, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하기 위해서는, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하였을 때에 목표값 r의 수정량을 크게 하는 것이 유효하다.
이 때문에, 목적 함수는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 목표값 r의 수정량이 작아지도록 구성된다. 구체적으로는, 목적 함수는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 목표값의 수정량에 관한 항의 목적 함수의 값에 대한 기여도가 커지도록 구성된다.
이에 따라, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 변화 속도를 빠르게 할 수 있어, 제어 출력 x의 응답성의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에는, 제어 출력 x의 변화 속도를 늦출 수 있어, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제할 수 있다. 따라서, 제 2 실시 형태에서는, 제어 출력 x를 목표값 r에 근접시키는 경우에, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력 x의 응답성의 악화를 억제할 수 있다.
예를 들면, 목적 함수 J(w)는 하기 식 (1)에 의해 정의된다.
J(w)=(r-w)2(|r-PV|)n+S1 2+S2 2+··· …(1)
여기서, PV는 제어 출력 r의 현재값이며, n은 0보다 큰 값이다. 목적 함수 J(w)는, 목표값 r의 수정량에 관한 항(식 (1)의 우변 제 1 항)과, 상태량 y에 관한 제약 조건의 충족도에 관한 항(식 (1)의 우변 제 2 항 이후)과의 합으로서 구성된다.
목표값 r의 수정량에 관한 항은, 목표값 r의 수정량이 커질수록 커지는 성분((r-w)2)에, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 커질수록 커지는 성분((|r-PV|)n)을 곱한 값이다. 이 경우, 목표값 r의 수정량이 소정값일 때, 목표값 r의 수정량에 관한 항은, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 클수록 커진다. 이 때문에, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 목표값 r의 수정량에 관한 항의 목적 함수 J(w)의 값에 대한 기여도가 커진다.
상기 식 (1)에서는, 목표값 r의 수정량이 커질수록 커지는 성분은, 목표값 r과 수정 목표값 w와의 차, 즉 목표값 r의 수정량의 제곱이다. 그러나, 이 성분은, 목표값 r의 수정량에 소정의 계수를 곱한 값 등이어도 된다.
또한, 상기 식 (1)에서는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 커질수록 커지는 성분은, 목표값 r과 현재값 PV와의 차의 n제곱이다. 그러나, 이 성분은, 목표값 r과 현재값 PV와의 차에 소정의 계수를 곱한 값 등이어도 된다.
제약 조건의 충족도에 관한 항은, 제 1 패널티 함수 S1의 제곱, 제 2 패널티 함수 S2의 제곱 등을 포함한다. 패널티 함수의 수는 제약 조건의 수에 따라 변동된다. 예를 들면, 제약 조건의 수가 4개인 경우, 제약 조건의 충족도에 관한 항은, 제 1 패널티 함수 S1의 제곱, 제 2 패널티 함수 S2의 제곱, 제 3 패널티 함수 S3의 제곱 및 제 4 패널티 함수 S4의 제곱을 포함한다. 각 패널티 함수는, 제약 조건의 충족도가 낮을수록 커진다. 또한, 각 패널티 함수는 제곱되지 않아도 된다.
제 1 패널티 함수 S1은, 상태량 y의 하나인 제어 출력 x에 대한 제약 조건의 충족도에 관한 것이다. 제 1 패널티 함수 S1에서는, 제어 출력 x의 오버슈트량이 0보다 커지지 않는 것이 제약 조건으로서 정의된다. 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 증가시키는 경우, 제 1 패널티 함수 S1은 하기 식 (2)에 의해 정의된다.
Figure pat00001
여기서, x(k)는 제어 출력 x의 장래 예측값이며, p1은 미리 정해진 가중 계수이다. 또한, k는 이산 시간 단계이며, Nh는 예측 단계수(예측 호라이즌)이다. 제 1 패널티 함수 S1은, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)가 목표값 r보다 커진 경우에, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)와 목표값 r과의 차가 페널티로서 목적 함수 J(w)에 가산되도록 구성된다. 이 때문에, 제 1 패널티 함수 S1은, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)의 오버슈트량이 클수록 커진다.
한편, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 감소시키는 경우, 제 1 패널티 함수 S1은 하기 식 (3)에 의해 정의된다.
Figure pat00002
이 경우, 제 1 패널티 함수 S1은, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)가 목표값 r보다 작아진 경우에, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)와 목표값 r과의 차가 페널티로서 목적 함수 J(w)에 가산되도록 구성된다. 이 때문에, 제 1 패널티 함수 S1은, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)의 오버슈트량이 클수록 커진다.
레퍼런스 거버너(30)는 플랜트(6)의 모델을 이용하여 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)를 산출한다. 레퍼런스 거버너(30)는, 예를 들면, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)를 하기 식 (4)에 의해 산출한다.
x(k+1)=f1(x(k), w, d)…(4)
여기서, f1은, 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)를 산출하기 위해 이용되는 모델 함수이다. 우선, 산출 시점의 제어 출력 x인 x(0)를 이용하여, 산출 시점부터 1단계 앞의 제어 출력 x의 예측값 x(1)가 산출된다. 산출 시점의 제어 출력 x(0)는, 센서 등의 검출기에 의해 검출되거나 또는 계산식 등을 이용하여 추정된다. 그 후, 산출 시점에서부터 Nh 단계 앞의 제어 출력 x의 예측값 x(Nh)까지 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)가 순차 산출되어, 합계 Nh개의 제어 출력 x의 장래 예측값이 산출된다. 또한, 1단계에 상당하는 시간에 예측 단계수 Nh를 곱한 값이 예측 기간이 된다.
제 2 패널티 함수 S2는, 소정의 상태량 y2에 대한 제약 조건의 충족도에 관한 것이다. 상태량 y2는, 예를 들면, 압력, 회전수 등이다. 제 2 패널티 함수 S2에서는, 예를 들면, 상태량 y2가 상한값보다 커지지 않는 것이 제약 조건으로서 정의된다. 이 경우, 제 2 패널티 함수 S2는 하기 식 (5)에 의해 정의된다.
Figure pat00003
여기서, y2(k)는 상태량 y2의 장래 예측값이며, y2up는 미리 정해진 상태량 y2의 상한값이며, p2는 미리 정해진 무게 계수이다. 또한, k는 이산 시간 단계이며, Nh는 예측 단계수(예측 호라이즌)이다. 제 2 패널티 함수 S2는, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)가 상한값 y2up보다 커진 경우에, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)와 상한값 y2up과의 차가 페널티로서 목적 함수 J(w)에 가산되도록 구성된다. 이 때문에, 제 2 패널티 함수 S1은, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)가 상한값 y2up를 상회하는 양이 클수록 커진다.
또한, 제 2 패널티 함수 S2에 있어서, 상태량 y2가 하한값보다 작아지지 않는 것이 제약 조건으로서 정의되는 경우, 제 2 패널티 함수 S2는 하기 식 (6)에 의해 정의된다.
Figure pat00004
여기서, y2low는 미리 정해진 상태량 y2의 하한값이다.
이 경우, 제 2 패널티 함수 S2는, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)가 하한값 y2low보다 작아진 경우에, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)와 하한값 y2low와의 차가 페널티로서 목적 함수 J(w)에 가산되도록 구성된다. 이 때문에, 제 2 패널티 함수 S1은, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)가 하한값 y2low를 하회하는 양이 클수록 커진다.
또한, 상태량 y2의 장래 예측값 y2(k)는 플랜트(6)의 모델을 이용하여 제어 출력 x의 장래 예측값 x(k)와 동일하게 산출된다. 또한, 각 상태량의 장래 예측값은, 뉴럴 네트워크를 이용한 기계 학습 등의 다른 방법에 의해 산출되어도 된다.
도 6은, 목적 함수 J(w)에 있어서의 n의 값을 변화시켰을 때의 수정 목표값의 타임 차트이다. 도 6에는, 목표값 r이 파선으로 나타난다. 또한, n이 0일 때의 수정 목표값 w가 실선으로 나타나고, n이 2일 때의 수정 목표값 w가 파선으로 나타나며, n이 4일 때의 수정 목표값 w가 일점 쇄선으로 나타나고, n이 6일 때의 수정 목표값 w가 실선으로 나타나며, n이 8일 때의 수정 목표값 w가 이점 쇄선으로 나타난다. 또한, n이 0일 때의 수정 목표값 w는 비교예로서 기재되어 있다.
도 6의 예에서는, 시각 t1에 있어서 플랜트(6)의 상태가 변화되어, 목표값 r이 증가하고 있다. 목표값 r은, 시각 t1의 이후, 대략 일정한 값으로 유지된다. n이 0인 경우에는, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접함에 따라, 목표값 r의 수정량이 서서히 작아진다.
한편, n이 2~8인 경우에는, 시각 t1에서부터 시각 t2까지의 기간에 있어서, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 목표값 r의 수정량이 작아지고 있다. 이것은, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 목표값의 수정량에 관한 항의 목적 함수의 값에 대한 기여도가 커지도록 목적 함수가 구성되어 있기 때문이다. 또한, 시각 t2 이후, 목표값 r의 수정 없이도 제약 조건의 충족도에 관한 항이 작아지는 것에 따른, 목표값 r의 수정량이 서서히 작아진다.
n이 2~8인 경우, n의 수가 클수록, 목표값의 수정량을 크게 하는 타이밍이 늦어짐과 함께, 목표값의 수정량을 크게 할 때의 수정 목표값 w의 변화 속도가 빨라진다. 도 7은, 플랜트가 내연 기관인 경우에 목적 함수 J(w)에 있어서의 n의 값을 변화시켰을 때의 효과의 정도를 개략적으로 나타내는 도면이다. 효과는, 제어 출력 x의 오버슈트량이 작을수록 커지고, 제어 출력 x의 응답성이 향상될수록 커진다. 즉, 제어 출력 x의 오버슈트 및 응답성이 가장 밸런스 좋게 개선된 경우에, 효과가 가장 높아진다.
도 7에 나타나는 바와 같이, n이 6 이상일 때에는, 효과가 포화되어, n을 크게 해도 효과가 대부분 커지지 않는다. 또한, n이 클수록 레퍼런스 거버너(30)의 연산 부하가 커진다. 이 때문에, 플랜트(6)가 내연 기관인 경우, n을 4 이상 6 이하의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 레퍼런스 거버너(30)의 연산 부하를 저감하면서, 제어 출력 x의 오버슈트 및 응답성을 효과적으로 개선할 수 있다.
<타임 차트를 이용한 제어의 설명>
도 8은, 제어 출력을 목표값까지 변화시키는 경우의 제어 출력의 목표값, 수정 목표값 및 실제의 값의 타임 차트이다. 도 8에는, 제어 출력 x의 목표값 r이 이점 쇄선으로 나타나고, 제어 출력 x의 수정 목표값 w가 일점 쇄선으로 나타난다. 또한, 본 실시 형태의 제어가 실행될 때의 제어 출력 x의 실제의 값(현재값) xe가 실선으로 나타나고, 비교예의 제어가 실행되었을 때의 제어 출력 x의 실제의 값(현재값) xp가 파선으로 나타난다.
도 8의 예에서는, 수정 목표값 w를 산출하기 위해 상기 식 (1)의 목적 함수가 이용되고, n은 7로 설정되었다. 도 8의 예에서는, 시각 t1에 있어서 내연 기관의 상태가 변화되어, 목표값 r이 증가하고 있다. 목표값 r은, 시각 t1의 이후, 대략 일정한 값으로 유지된다. 이 예에서는, 제어 출력 x를 목표값 r을 향해 증가시키는 제어가 행해진다.
비교예의 제어에서는, 목표값 r의 수정이 행해지지 않는다. 따라서, 제어 출력 x가 목표값 r에 근접하도록 피드백 컨트롤러(5)에 의해 제어 입력 u가 결정된다. 이 결과, 시각 t1의 이후, 실제의 값 xp가, 서서히 상승하여, 시각 t4에 있어서 목표값 r에 도달한다. 시각 t4의 이후, 제어 출력 x의 오버슈트가 발생하고, 그 후, 실제의 값 xp가 목표값 r에 수속된다.
한편, 본 실시 형태의 제어에서는, 레퍼런스 거버너(30)에 의해 수정 목표값 w가 산출되고, 제어 출력 x가 수정 목표값 w에 근접하도록 피드백 컨트롤러(5)에 의해 제어 입력 u가 결정된다. 목적 함수의 값이 작아지도록 수정 목표값 w가 산출된 결과, 시각 t2에서부터 시각 t3까지, 수정 목표값 w가 서서히 작게 되어, 목표값 r의 수정량이 서서히 크게 된다.
또한, 시각 t3에서부터 시각 t5까지, 수정 목표값 w가 목표값 r까지 서서히 크게 되어, 목표값 r의 수정량이 서서히 작게 된다. 시각 t5의 이후, 수정 목표값 w는 목표값 r로 유지된다. 실제의 값 xe는, 서서히 증가하여, 시각 t5에 있어서 목표값 r에 도달한다. 또한, 시각 t3 이후, 실제의 값 xe는 수정 목표값 w를 따라 증가한다. 시각 t5의 이후, 제어 출력 x의 오버슈트가 조금 발생하고, 그 후, 실제의 값 xe가 목표값 r에 수속된다.
본 실시 형태의 제어에서는, 시각 t2에서부터 수정 목표값 w를 서서히 작게 함으로써 제어 출력 x의 상승에 브레이크를 걸 수 있다. 이 때문에, 비교예의 제어에 비해 제어 출력 x의 오버슈트량을 저감할 수 있다. 또한, 시각 t2보다 이전에는 목표값 r의 수정량이 작기 때문에, 비교예의 제어와 마찬가지로, 제어 출력 x를 목표값 r에 신속하게 근접시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 제어에서는, 제어 출력 x의 오버슈트를 억제하면서, 제어 출력 x의 응답성의 악화를 억제할 수 있다.
<목표값 수정 처리>
도 9는, 제 2 실시 형태에 있어서의 목표값 수정 처리의 제어 루틴을 나타내는 플로우 차트이다. 본 제어 루틴은 플랜트 제어 장치에 의해 소정의 실행 간격으로 반복하여 실행된다.
우선, 단계 S201에 있어서, 목표값 산출부(2)는 외생 입력 d를 취득한다. 이어서, 단계 S202에 있어서, 목표값 산출부(2)는 외생 입력 d에 의거하여 목표값 r을 산출한다.
이어서, 단계 S203에 있어서, 레퍼런스 거버너(30)는, 수정 목표값 w의 초기값 w0을 목표값 r로 설정한다. 이어서, 단계 S204~단계 S206에 있어서, 레퍼런스 거버너(30)는 목적 함수의 최소값 탐색을 행한다.
구체적으로는, 단계 S204에 있어서, 레퍼런스 거버너(30)는, 목적 함수의 값이 작아지도록 수정 목표값 w를 갱신한다. 예를 들면, 레퍼런스 거버너(30)는 2분 탐색법에 의해 수정 목표값 w를 갱신한다. 또한, 수정 목표값 w의 갱신은 공지의 다른 방법에 의해 행해져도 된다. 예를 들면, 제어 출력 x 및 수정 목표값 w의 수가 2 이상인 경우, 레퍼런스 거버너(30)는 구배법에 의해 수정 목표값 w를 갱신해도 된다.
이어서, 단계 S205에 있어서, 레퍼런스 거버너(30)는, 갱신 횟수 Count에 1을 가산한다. 갱신 횟수 Count는, 최소값 탐색에 있어서 수정 목표값 w가 갱신된 횟수를 나타낸다. 갱신 횟수 Count의 초기값은 0이다.
이어서, 단계 S206에 있어서, 레퍼런스 거버너(30)는, 갱신 횟수 Count가 소정 횟수 N 이상인지 여부를 판정한다. 소정 횟수 Count는 예를 들면 5~200이다. 단계 S206에 있어서 갱신 횟수 Count가 소정 횟수 미만이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S204로 되돌아간다. 따라서, 최소값 탐색에서는, 갱신 횟수 Count가 소정 횟수 N에 도달할 때까지, 수정 목표값 w가 반복하여 갱신된다.
단계 S206에 있어서 갱신 횟수 Count가 소정 횟수 N 이상이라고 판정된 경우, 본 제어 루틴은 단계 S207로 진행된다. 단계 S207에서는, 레퍼런스 거버너(30)는, 최종적인 수정 목표값 w를 폐루프 시스템(10)에 입력한다. 이어서, 단계 S208에서는, 레퍼런스 거버너(30)는 갱신 횟수 Count를 0으로 리셋한다. 단계 S208의 이후, 본 제어 루틴은 종료된다.
<그 밖의 실시 형태>
이상, 본 발명과 관련된 바람직한 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구범위의 기재 내에서 다양한 수정 및 변경을 실시할 수 있다.
예를 들면, 제 2 실시 형태에 있어서, 목적 함수 J(w)는 하기 식 (7)에 의해 정의되어도 된다.
J(w)=(r-w)2+(S1 2+S2 2+···)/(|r-PV|)n… (7)
여기서, PV는 제어 출력 r의 현재값이며, n은 0보다 큰 값이다. 목적 함수 J(w)는, 목표값 r의 수정량에 관한 항(식 (1)의 우변 제 1 항)과, 상태량 y에 대한 제약 조건의 충족도에 관한 항(식 (1)의 우변 제 2 항)과의 합으로서 구성된다.
이 경우, 목표값 r의 수정량에 관한 항은, 목표값 r의 수정량이 커질수록 커지는 성분이며, 목표값 r의 수정량의 제곱이다. 또한, 이 성분은, 목표값 r의 수정량에 소정의 계수를 곱한 값 등이어도 된다.
한편, 제약 조건의 충족도에 관한 항은, 제약 조건의 충족도가 낮을수록 커지는 성분(S1 2+S2 2+···)을, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 커질수록 커지는 성분((|r-PV|)n)으로 나눈 값이다. 이 경우, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 제약 조건의 충족도에 관한 항의 목적 함수 J(w)의 값에 대한 기여도가 작아진다. 바꿔 말하면, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 목표값 r의 수정량에 관한 항의 목적 함수 J(w)의 값에 대한 기여도가 커진다.
상기 식 (7)에서는, 제약 조건의 충족도가 낮을수록 커지는 성분은, 각 패널티 함수의 제곱의 합이다. 그러나, 이 성분은, 각 패널티 함수의 합 등이어도 된다.
또한, 상기 식 (7)에서는, 제어 출력 x의 목표값 r과 현재값과의 차가 커질수록 커지는 성분은, 목표값 r과 현재값 PV와의 차의 n제곱이다. 그러나, 이 성분은, 목표값 r과 현재값 PV와의 차에 소정의 계수를 곱한 값 등이어도 된다.
또한, 플랜트(6)가 내연 기관인 경우에 상기 식 (7)에 있어서의 n의 값을 변화시켰을 때의 효과의 정도는, 도 7에 나타나는 바와 같은 결과와 동일하다. 이 때문에, 수정 목표값 w를 산출하기 위해 상기 식 (7)의 목적 함수가 이용되는 경우에도, n을 4 이상 6 이하의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 레퍼런스 거버너(30)의 연산 부하를 저감하면서, 제어 출력 x의 오버슈트 및 응답성을 효과적으로 개선할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 플랜트 제어 장치는, 제어 출력의 상태량의 장래 예측값을 추정 가능한 모든 플랜트에 적용 가능하다. 예를 들면, 플랜트(6)가 디젤 엔진이며, 제어 출력 x가 과급압이어도 된다. 이 경우, 외생 입력 d는 기관 회전수 및 연료 분사량이며, 제어 입력 u는, 터보 차저의 터빈에 마련된 가변 노즐의 개방도이다.
또한, 플랜트(6)가 디젤 엔진이며, 제어 출력 x가 과급압 및 EGR율이어도 된다. 이 경우, 외생 입력 d는 기관 회전수 및 연료 분사량이며, 제어 입력 u는, 가변 노즐의 개방도, 스로틀 밸브의 개방도 및 EGR 밸브의 개방도이다. 또한, 플랜트는, 가솔린 엔진과 같은 디젤 엔진 이외의 내연 기관, 차량, 공작 기계 등이어도 된다.
2 목표값 산출부
3 목표값 수정부
5 피드백 컨트롤러
6 플랜트

Claims (7)

  1. 플랜트의 소정의 파라미터에 의거하여 상기 플랜트의 제어 출력의 목표값을 산출하는 목표값 산출부와,
    상기 제어 출력의 오버슈트를 억제하는 방향으로 상기 목표값을 수정하여 수정 목표값을 산출하는 목표값 수정부와,
    상기 제어 출력이 상기 수정 목표값에 근접하도록 상기 플랜트의 제어 입력을 결정하는 피드백 컨트롤러를 구비하고,
    상기 목표값 수정부는, 상기 제어 출력을 상기 목표값까지 변화시키는 경우, 상기 목표값의 수정량이 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 설정하며, 그 후, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값보다 커지도록 상기 수정 목표값을 변경하고, 그 후, 상기 제어 출력이 상기 목표값에 도달하기 전에, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 변경하는, 플랜트 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표값 수정부는, 상기 제어 출력을 상기 목표값까지 변화시키는 경우, 상기 목표값과 상기 제어 출력의 현재값과의 차가 제 1 기준값보다 클 때에는, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 설정하고, 상기 차가 상기 제 1 기준값에 도달하였을 때에, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값보다 커지도록 상기 수정 목표값을 변경하며, 상기 차가 제 2 기준값에 도달하였을 때에, 상기 목표값의 수정량이 상기 소정값 이하가 되도록 상기 수정 목표값을 변경하고, 상기 제 2 기준값은 상기 제 1 기준값보다 작은, 플랜트 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표값 수정부는, 목적 함수의 최소값 탐색을 행함으로써 상기 수정 목표값을 산출하고,
    상기 목적 함수는, 상기 목표값의 수정량에 관한 항과, 상기 플랜트의 상태량에 대한 제약 조건의 충족도에 관한 항을 포함하며, 상기 목표값과 상기 제어 출력의 현재값과의 차가 상대적으로 큰 경우에는, 상기 차가 상대적으로 작은 경우에 비해, 상기 목표값의 수정량에 관한 항의 상기 목적 함수의 값에 대한 기여도가 커지도록 구성되는, 플랜트 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 목표값의 수정량에 관한 항은, 상기 목표값의 수정량이 커질수록 커지는 성분에, 상기 차가 커질수록 커지는 성분을 곱한 값인, 플랜트 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제약 조건의 충족도에 관한 항은, 상기 제약 조건의 충족도가 낮을수록 커지는 성분을, 상기 차가 커질수록 커지는 성분으로 나눈 값인, 플랜트 제어 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 차가 커질수록 커지는 성분은, 상기 차의 n제곱이며, n은 0보다 큰, 플랜트 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플랜트는 내연 기관이며, n은 4 이상 6 이하의 값인, 플랜트 제어 장치.
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