WO2017018227A1 - Optimum control device, optimum control method, computer program and optimum control system - Google Patents

Optimum control device, optimum control method, computer program and optimum control system Download PDF

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Abstract

An optimum control system of an embodiment of the present invention includes a controlled parameter determination unit, an extreme value control parameter determination unit, and an extreme value control unit. The controlled parameter determination unit determines a controlled parameter indicating a characteristic of a process to be controlled, such determination being made on the basis of an operation amount and an evaluation amount representing an indicator pertaining to the optimization of the process to be controlled on the basis of a control amount which varies in accordance with the operation amount. The extreme value control parameter determination unit determines an extreme value control parameter on the basis of the controlled parameter determined by the controlled parameter determination unit. The extreme value control unit executes extreme value control using the extreme value control parameter determined by the extreme value control parameter determination unit.

Description

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Optimal control device, optimal control method, computer program, and optimal control system
 本発明の実施形態は、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に関する。 Embodiments described herein relate generally to an optimal control device, an optimal control method, a computer program, and an optimal control system.
 近年、プラント制御の方法として、極値制御と呼ばれる技術が注目されている。極値制御は、プラントの複雑なモデルを用いないモデルフリーのリアルタイム最適制御技術である。極値制御の概要は、操作量を強制的に変化させることにより、制御対象プロセスの制御量に基づく評価量が最適化される操作量を探索していくものである。このような極値制御をプラント制御に適用する場合、極値制御に係る各種のパラメータ(以下、「制御パラメータ」という。)を制御対象プロセスの特性に応じて適切に設定する必要がある。しかしながら、その設定に関する指針が十分に確立されていないのが現状である。特に、制御対象プロセスの時間的な変化(以下、「ダイナミクス」という。)を考慮する必要がある場合、制御パラメータが適切に設定されないと極値制御が機能しない可能性がある。そのため、極値制御に必要な制御パラメータを制御対象プロセスの特性に応じて適切に設定するための指針の確立が望まれている。 In recent years, a technique called extreme value control has attracted attention as a plant control method. Extreme value control is a model-free real-time optimal control technique that does not use a complex model of a plant. The outline of extreme value control is to search for an operation amount that optimizes an evaluation amount based on a control amount of a process to be controlled by forcibly changing the operation amount. When such extreme value control is applied to plant control, it is necessary to appropriately set various parameters related to extreme value control (hereinafter referred to as “control parameters”) according to the characteristics of the process to be controlled. However, the current situation is that the guidelines for the setting are not well established. In particular, when it is necessary to consider a temporal change in the process to be controlled (hereinafter referred to as “dynamics”), there is a possibility that extreme value control does not function unless the control parameters are set appropriately. Therefore, establishment of a guideline for appropriately setting control parameters necessary for extreme value control according to the characteristics of the process to be controlled is desired.
特開2012-215575号公報JP 2012-215575 A 特公平8-23332号公報Japanese Patent Publication No. 8-23332 特公平8-23329号公報Japanese Patent Publication No. 8-23329 特公平6-60594号公報Japanese Patent Publication No. 6-60594 特開2009-258068号公報JP 2009-258068 A 特許第4286880号公報Japanese Patent No. 4286880 特許第4309326号公報Japanese Patent No. 4309326 特許第5300827号公報Japanese Patent No. 5300827 特開2004-171531号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-171531
 本発明が解決しようとする課題は、制御対象プロセスの特性に応じた制御パラメータで極値制御を実行することができる最適制御装置、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を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an optimum control device, an optimum control method, a computer program, and an optimum control system capable of executing extreme value control with a control parameter corresponding to the characteristics of a process to be controlled. .
 実施形態の最適制御システムは、制御対象パラメータ決定部と、極値制御パラメータ決定部と、極値制御部と、を持つ。制御対象パラメータ決定部は、制御対象プロセスの操作量と、前記操作量に応じて変化する制御量に基づく前記制御対象プロセスの最適化に関する指標を示す評価量とに基づいて、前記制御対象プロセスの特性を示す制御対象パラメータを決定する。極値制御パラメータ決定部は、前記制御対象パラメータ決定部によって決定された前記制御対象パラメータに基づいて、前記極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する。前記極値制御部は、前記極値制御パラメータ決定部によって決定された極値制御パラメータを用いて前記制御対象プロセスの極値制御を実行する。極値制御部は、前記極値制御パラメータ決定部によって決定された極値制御パラメータを用いて、前記評価量が最適値に向かうように前記操作量を変化させる極値制御を実行する。 The optimal control system of the embodiment includes a control target parameter determination unit, an extreme value control parameter determination unit, and an extreme value control unit. The control target parameter determination unit is configured to control the control target process based on an operation amount of the control target process and an evaluation amount indicating an index related to optimization of the control target process based on the control amount that changes according to the operation amount. The control target parameter indicating the characteristic is determined. The extreme value control parameter determining unit determines an extreme value control parameter for executing the extreme value control based on the controlled object parameter determined by the controlled object parameter determining unit. The extreme value control unit executes extreme value control of the process to be controlled using the extreme value control parameter determined by the extreme value control parameter determination unit. The extreme value control unit executes extreme value control for changing the manipulated variable so that the evaluation value is directed to an optimum value using the extreme value control parameter determined by the extreme value control parameter determining unit.
極値制御の概念を説明する図。The figure explaining the concept of extreme value control. 極値制御コントローラの構成例を示すブロック線図。The block diagram which shows the structural example of an extreme value controller. 実施形態の最適制御装置の機能構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the function structure of the optimal control apparatus of embodiment. 水処理プラントの概略を示す図。The figure which shows the outline of a water treatment plant. 実施形態における制御対象パラメータ及び極値制御パラメータの調整方法をまとめた図。The figure which put together the adjustment method of the control object parameter and extreme value control parameter in embodiment. 予測情報の表示の具体例を示す図。The figure which shows the specific example of a display of prediction information.
 以下、実施形態の最適制御装置、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を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an optimum control device, an optimum control method, a computer program, and an optimum control system according to embodiments will be described with reference to the drawings.
 図1は、極値制御の概念を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of extreme value control.
 極値制御は、操作量の変化に応じた評価量の変化に基づいて、評価量の最適値を適応的に探索する制御手法である。評価量は、制御対象となるプロセス(以下、「制御対象プロセス」という。)についての最適化の指標となる値である。評価量は、制御対象プロセスの制御量に基づいて決定される指標値であり、評価量と制御量との関係は所定の評価関数によって表される。この評価関数は、制御量に基づくものであれば任意の評価基準に基づいて設定されてよい。また評価量は制御量そのものであってもよい。一般に、極値制御における制御対象プロセスでは、この評価関数は操作量に対して未知の関数である。 Extreme value control is a control method that adaptively searches for the optimum value of the evaluation amount based on the change in the evaluation amount according to the change in the manipulated variable. The evaluation amount is a value serving as an optimization index for a process to be controlled (hereinafter referred to as “control target process”). The evaluation amount is an index value determined based on the control amount of the process to be controlled, and the relationship between the evaluation amount and the control amount is represented by a predetermined evaluation function. This evaluation function may be set based on an arbitrary evaluation criterion as long as it is based on the control amount. The evaluation amount may be the control amount itself. Generally, in the process to be controlled in extreme value control, this evaluation function is an unknown function with respect to the manipulated variable.
 極値制御ではディザー信号と呼ばれる周期的な信号によって操作量を変化させる。通常このディザー信号は、正弦波で与えられることが多い。極値制御では、ディザー信号によって操作量を継続的に振動させ、評価量の変化(増減)を観測する。そして、操作量の変化に対する評価量の変化に基づいて、評価量が評価関数の最適値に近づくような方向に操作量を変化させる。このような操作量の変化を繰り返すことによって評価関数の最適値を探索していく。 In extreme value control, the manipulated variable is changed by a periodic signal called a dither signal. Usually, this dither signal is often given as a sine wave. In extreme value control, the manipulated variable is continuously vibrated by a dither signal, and the change (increase / decrease) in the evaluation value is observed. Then, based on the change in the evaluation amount with respect to the change in the operation amount, the operation amount is changed in such a direction that the evaluation amount approaches the optimum value of the evaluation function. The optimum value of the evaluation function is searched by repeating such changes in the operation amount.
 図1(A)の評価関数曲線100は、操作量に対する未知の評価関数を表す。ここでは、説明の便宜のため、未知の評価関数を下に凸の二次関数として想定する。このような想定の評価関数に対して、図1(B)が示すディザー信号で操作量を変化させた場合に、評価量が図1(C)のように変化したとする。この場合、操作量の増加に対して評価量が減少しているため、動作点が評価関数曲線100の極小値101より左側で変化したことが分かる。一方、同様のディザー信号で操作量を変化させた場合に、評価量が図1(D)のように変化したとする。この場合、操作量の増加に対して評価量が増加しているため、動作点が極小値101より右側で変化したことが分かる。 1A is an unknown evaluation function with respect to the manipulated variable. Here, for convenience of explanation, an unknown evaluation function is assumed as a downward convex quadratic function. Assume that when the manipulated variable is changed by the dither signal shown in FIG. 1B with respect to such an assumed evaluation function, the evaluated quantity changes as shown in FIG. In this case, since the evaluation amount decreases with respect to the increase in the operation amount, it can be seen that the operating point has changed on the left side of the minimum value 101 of the evaluation function curve 100. On the other hand, when the operation amount is changed with the same dither signal, the evaluation amount is changed as shown in FIG. In this case, since the evaluation amount increases with respect to the increase in the operation amount, it can be seen that the operating point has changed on the right side from the minimum value 101.
 したがって、操作量を周期的に増減させた結果、評価量の増減が操作量の増減と同位相の動きをする場合には操作量を減少させ、逆位相の動きをする場合には操作量を増加させることによって、評価量を最適値に近づけることができる。従来、産業用プラントの制御方式として一般的に用いられてきたPID制御(Proportional-Integral-Derivative Control)は、制御量が予め設定された目標値に追従するように操作量を制御する目標値追従型の制御方式であった。これに対して、極値制御は、評価量が最適化されるような操作量を探索する最適値探索型の制御方式であるため、PID制御のように操作量と制御量との関係を表すプロセスモデルを予め必要としない。そのため、極値制御は、目標値を予め設定できないような制御対象プロセスについても有効な制御方式であり、今後広く普及する可能性を秘めている。このような原理で極値制御を行う極値制御コントローラは比較的簡単な構成で実現することができる。 Therefore, as a result of periodically increasing / decreasing the manipulated variable, if the increase / decrease in the evaluation amount moves in the same phase as the increase / decrease in the manipulated variable, the manipulated value is decreased, and if the operation amount moves in the opposite phase, the manipulated variable is decreased. By increasing the value, the evaluation amount can be brought close to the optimum value. Conventionally, PID control (Proportional-Integral-Derivative Control), which has been generally used as a control method for industrial plants, is a target value tracking that controls the manipulated variable so that the controlled variable follows a preset target value. It was a mold control system. In contrast, extreme value control is an optimal value search type control method that searches for an operation amount that optimizes the evaluation amount, and therefore represents the relationship between the operation amount and the control amount as in PID control. No process model is required in advance. Therefore, extreme value control is an effective control method even for a process to be controlled in which a target value cannot be set in advance, and has the potential to be widely used in the future. An extreme value controller that performs extreme value control based on this principle can be realized with a relatively simple configuration.
 図2は、極値制御コントローラの構成例を示すブロック線図である。
 図2の極値制御コントローラ2(極値制御部)は、ハイパスフィルタ21(LPF:Low-Pass Filter)、ディザー信号出力部22、ローパスフィルタ23(HPF:High-Pass Filter)及び積分器24を備える。このように極値制御コントローラ2の構成は、従来のPID制御コントローラと比較しても同程度の複雑さである。そのため、極値制御コントローラ2は、PID制御コントローラと同様に、PLC(Programmable Logic Controller)等のハードウェアを用いて容易に実装可能である。以下、図2の極値制御コントローラ2の動作の概要について説明する。なお、ここでは、最適値として評価関数の極小値を探索する場合を例に説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the extreme value controller.
2 includes a high-pass filter 21 (LPF: Low-Pass Filter), a dither signal output unit 22, a low-pass filter 23 (HPF: High-Pass Filter), and an integrator 24. Prepare. Thus, the configuration of the extreme value controller 2 is as complex as the conventional PID controller. Therefore, the extreme value controller 2 can be easily mounted using hardware such as a PLC (Programmable Logic Controller), like the PID controller. Hereinafter, an outline of the operation of the extreme value controller 2 of FIG. 2 will be described. Here, the case where the minimum value of the evaluation function is searched for as the optimum value will be described as an example.
 極値制御コントローラ2は、周期的な変化を持つディザー信号(M)を作用させることによって、制御対象プロセス200の操作量を強制的に変化させる。以下、この操作をモジュレーション(変調)と呼ぶ。このモジュレーションにより、制御対象プロセス200の操作量が周期的に変化する。制御対象プロセス200は、モジュレーションされた操作量の入力に応じて制御量を出力する。制御対象プロセス200は、制御量の変化に応じて変化した評価量を取得して出力する。制御対象プロセス200から出力された評価量は極値制御コントローラ2にフィードバックされる。通常、操作量の変化に対する評価量の変化(応答)はある程度の時間遅れを伴って現れる。 The extreme value controller 2 forcibly changes the operation amount of the process 200 to be controlled by applying a dither signal (M) having a periodic change. Hereinafter, this operation is referred to as modulation. By this modulation, the operation amount of the control target process 200 periodically changes. The control target process 200 outputs a control amount in accordance with the input of the modulated operation amount. The control target process 200 acquires and outputs the evaluation amount that has changed in accordance with the change in the control amount. The evaluation amount output from the control target process 200 is fed back to the extreme value controller 2. Usually, the change (response) of the evaluation amount with respect to the change of the operation amount appears with a certain time delay.
 上述したように、極値制御は操作量に対して未知の評価関数の極値を探索する制御方法である。そのため、制御対象プロセス200の評価関数は、極小値を持つことが前提であるが、その値は未知である。ハイパスフィルタ21は、フィードバックされた評価量から未知の極小値に応じた一定値のバイアスを除去する。この処理はすなわち、未知の極小値を常にゼロに調整するための処理であり、積分器24が操作量に対して与える変化の方向(増加又は減少)を決定するために必要な前処理である。 As described above, extreme value control is a control method for searching for an extreme value of an unknown evaluation function with respect to an operation amount. Therefore, the evaluation function of the control target process 200 is premised on having a minimum value, but the value is unknown. The high-pass filter 21 removes a constant bias corresponding to the unknown minimum value from the feedback evaluation amount. In other words, this process is a process for always adjusting the unknown local minimum value to zero, and is a preprocess necessary for determining the direction of change (increase or decrease) that the integrator 24 gives to the manipulated variable. .
 ディザー信号出力部22は、このように調整された評価量に対してディザー信号(D)を作用させる。これにより、モジュレーションによって変化した評価量からディザー信号(M)と同じ周波数成分が抽出される。以下、この操作をデモジュレーション(復調)と呼ぶ。デモジュレーションの役割は次のとおりである。 The dither signal output unit 22 causes the dither signal (D) to act on the evaluation amount adjusted in this way. Thereby, the same frequency component as that of the dither signal (M) is extracted from the evaluation amount changed by the modulation. Hereinafter, this operation is referred to as demodulation (demodulation). The role of demodulation is as follows.
 上述したとおり制御対象プロセス200の操作量に対する評価関数は未知である。そのため、評価関数には非線形要素が含まれている場合がある。この場合、評価関数は下に凸(極大値探索の場合は上に凸)の非線形関数であると想定される。このような非線形要素に起因して、評価量にはディザー信号(M)の周波数ωに応じた高調波成分や分調波成分が現れる可能性が高い。デモジュレーションは、このような高調波や分調波の影響を取り除くための処理である。このデモジュレーションによって、評価量に含まれる成分のうち、評価量を変化させたディザー信号(M)と同じ周波数ωの成分が抽出される。 As described above, the evaluation function for the operation amount of the control target process 200 is unknown. Therefore, the evaluation function may include a non-linear element. In this case, the evaluation function is assumed to be a non-linear function convex downward (convex upward in the case of local maximum search). Due to such a non-linear element, there is a high possibility that a harmonic component or a subharmonic component corresponding to the frequency ω of the dither signal (M) appears in the evaluation amount. Demodulation is a process for removing the influence of such harmonics and subharmonics. By this demodulation, a component having the same frequency ω as that of the dither signal (M) in which the evaluation amount is changed is extracted from the components included in the evaluation amount.
 デモジュレーションされた評価量は、ローパスフィルタ23に入力される。ローパスフィルタ23によって、評価量から定常成分(低周波成分)が抽出される。定常成分は、ディザー信号(M)を作用させたことによって評価量が増加方向に変化したのか、又は減少方向に変化したのかを表すと考えられる。積分器24は、ローパスフィルタ23によって抽出された定常成分を積分することによって、評価量を極小値に近づけるために動かすべき操作量の方向(勾配)を推定する推定器として機能する。 The demodulated evaluation amount is input to the low-pass filter 23. The low-pass filter 23 extracts a steady component (low frequency component) from the evaluation amount. The steady component is considered to indicate whether the evaluation amount has changed in the increasing direction or the decreasing direction due to the application of the dither signal (M). The integrator 24 functions as an estimator that estimates the direction (gradient) of the operation amount to be moved to bring the evaluation amount close to the minimum value by integrating the steady component extracted by the low-pass filter 23.
 このような勾配の推定は、適応制御系の推定法として最も基本的な勾配法という推定法に基づくものである。この積分器24によって推定された勾配によって、ディザー信号(M)は、操作量に対して評価量を極小値に近づける変化を与えるように調整される。なお、極大値探索の場合は、例えば積分器24の符号を反転させることにより実現できる。 This kind of gradient estimation is based on the most basic gradient method as an adaptive control system estimation method. The dither signal (M) is adjusted by the gradient estimated by the integrator 24 so as to give a change that brings the evaluation amount close to the minimum value with respect to the operation amount. The maximum value search can be realized, for example, by inverting the sign of the integrator 24.
 図3は、実施形態の最適制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
 図3の例では、プラント300及び評価量取得部400が、図2の制御対象プロセス200に相当する。評価量取得部400は、プラント300が出力する制御量Yに基づいて評価量Jを取得する。最適制御装置1は、評価量取得部400から出力される評価量Jに基づいて、プラント300の極値制御を行う。
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a functional configuration of the optimum control apparatus according to the embodiment.
In the example of FIG. 3, the plant 300 and the evaluation amount acquisition unit 400 correspond to the control target process 200 of FIG. The evaluation amount acquisition unit 400 acquires the evaluation amount J based on the control amount Y output from the plant 300. The optimal control device 1 performs extreme value control of the plant 300 based on the evaluation amount J output from the evaluation amount acquisition unit 400.
 最適制御装置1は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、最適制御プログラムを実行する。最適制御装置1は、最適制御プログラムの実行によって制御対象パラメータ決定部11、極値制御パラメータ調整部12及び極値制御コントローラ13を備える装置として機能する。なお、最適制御装置1の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。最適制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。最適制御プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 The optimal control device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) connected via a bus, a memory, an auxiliary storage device, and the like, and executes an optimal control program. The optimal control device 1 functions as a device including a control target parameter determination unit 11, an extreme value control parameter adjustment unit 12, and an extreme value control controller 13 by executing an optimal control program. All or some of the functions of the optimal control device 1 may be realized by using hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array). . The optimal control program may be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in the computer system. The optimal control program may be transmitted via a telecommunication line.
 制御対象パラメータ決定部11は、プラント300の特性を示す制御対象パラメータを決定する。例えば、制御対象パラメータは、プラント300の時定数やむだ時間などのパラメータである。制御対象パラメータ決定部11は、プラント300に入力される操作量Uと、評価量取得部400から出力される評価量Jとに基づいて、制御対象パラメータを決定する。 The control target parameter determination unit 11 determines a control target parameter indicating the characteristics of the plant 300. For example, the control target parameter is a parameter such as a time constant or dead time of the plant 300. The control target parameter determination unit 11 determines the control target parameter based on the operation amount U input to the plant 300 and the evaluation amount J output from the evaluation amount acquisition unit 400.
 極値制御パラメータ調整部12(極値制御パラメータ決定部)は、プラント300に対して極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する。例えば、極値制御パラメータは、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの周波数、ディザー信号の周波数や振幅、積分器のゲインなどのパラメータである。極値制御パラメータ調整部12は、制御対象パラメータ決定部11によって決定された制御対象パラメータに基づいて、極値制御パラメータを決定する。 The extreme value control parameter adjustment unit 12 (extreme value control parameter determination unit) determines an extreme value control parameter for executing extreme value control on the plant 300. For example, the extreme value control parameters are parameters such as the frequency of the low-pass filter and the high-pass filter, the frequency and amplitude of the dither signal, and the gain of the integrator. The extreme value control parameter adjustment unit 12 determines an extreme value control parameter based on the control target parameter determined by the control target parameter determination unit 11.
 極値制御コントローラ13は、極値制御パラメータ調整部12によって決定された極値制御パラメータに基づいて、制御対象プロセスの極値制御を実行する。極値制御コントローラ13の構成の詳細は、図2に示した極値制御コントローラ2と同様である。 The extreme value controller 13 executes extreme value control of the process to be controlled based on the extreme value control parameter determined by the extreme value control parameter adjustment unit 12. Details of the configuration of the extreme value controller 13 are the same as those of the extreme value controller 2 shown in FIG.
 なお、最適制御装置1の制御対象となる制御対象プロセスはプラントに限定されない。制御対象プロセスは、最適化されるべき評価量を持つ任意のプロセスであってよい。以下、プラント300の一例として生物学的廃水処理プロセスを実現する水処理プラントを例に、最適制御装置1の機能について詳細に説明する。 Note that the process to be controlled that is the control target of the optimal control device 1 is not limited to the plant. The controlled process may be an arbitrary process having an evaluation amount to be optimized. Hereinafter, the function of the optimal control apparatus 1 will be described in detail by taking a water treatment plant that realizes a biological wastewater treatment process as an example of the plant 300 as an example.
 図4は、水処理プラントの概略を示す図である。
 図4の水処理プラント500は、嫌気槽510、無酸素槽520、好気槽530及び最終沈澱池540の各設備を備える。嫌気槽510は、微生物を活性化させるための設備である。無酸素槽520は、窒素を除去するための設備である。好気槽530は有機物の分解やリンの除去、アンモニアの硝化を行うための設備である。最終沈澱池540は、活性汚泥を沈殿させるための設備である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a water treatment plant.
The water treatment plant 500 of FIG. 4 includes an anaerobic tank 510, an oxygen-free tank 520, an aerobic tank 530, and a final sedimentation basin 540. Anaerobic tank 510 is equipment for activating microorganisms. The anoxic tank 520 is equipment for removing nitrogen. The aerobic tank 530 is equipment for decomposing organic substances, removing phosphorus, and nitrifying ammonia. The final sedimentation basin 540 is equipment for precipitating activated sludge.
 水処理プラント500には、上記設備間で水や汚泥を搬送するポンプや、槽内に空気を供給するブロワ、空気中又は水中の物質の濃度を計測するセンサー等の設備が設置される。薬品投入ポンプ511は、微生物を活性化させる炭素源等の薬品を嫌気槽510に投入するポンプである。循環ポンプ531は、好気槽530と無酸素槽520との間で循環する被処理水の循環量を制御するポンプである。ブロワ532は、好気槽530に空気を供給して曝気量を制御する。返送汚泥ポンプ541は、最終沈澱池540から無酸素槽520に汚泥を返送するポンプである。余剰汚泥引き抜きポンプ542は、最終沈澱池540から過剰な汚泥を引き抜くポンプである。センサー512及びセンサー543は、それぞれ、嫌気槽510及び最終沈澱池540における放流水の水質を計測する。 The water treatment plant 500 is equipped with facilities such as a pump for conveying water and sludge between the above facilities, a blower for supplying air into the tank, and a sensor for measuring the concentration of substances in the air or water. The chemical injection pump 511 is a pump that supplies chemicals such as a carbon source that activates microorganisms to the anaerobic tank 510. The circulation pump 531 is a pump that controls the circulation amount of the water to be treated that circulates between the aerobic tank 530 and the anoxic tank 520. The blower 532 controls the amount of aeration by supplying air to the aerobic tank 530. The return sludge pump 541 is a pump that returns the sludge from the final sedimentation basin 540 to the anoxic tank 520. The excess sludge extraction pump 542 is a pump that extracts excess sludge from the final sedimentation basin 540. The sensor 512 and the sensor 543 measure the quality of discharged water in the anaerobic tank 510 and the final sedimentation basin 540, respectively.
 一般に、このような生物学的廃水処理プロセスでは、操作量は返送汚泥の返送率であり、制御量は放流水に含まれる窒素及びリンの濃度(以下、それぞれ「放流窒素濃度」及び「放流リン濃度」という。)である。返送率は、返送汚泥ポンプ541の放流量を流入量で割ることによって得られる。放流窒素濃度及び放流リン濃度は、センサー512及びセンサー543によって取得される。なお、制御量を、放流水に含まれる窒素及びリンの量(以下、それぞれ「放流窒素量」及び「放流リン量」という。)としてもよい。この場合、放流窒素量及び放流リン量は、それぞれ放流窒素濃度及び放流リン濃度に放流量を乗算することにより得られる。 In general, in such a biological wastewater treatment process, the manipulated variable is the return rate of the returned sludge, and the controlled variable is the concentration of nitrogen and phosphorus contained in the discharged water (hereinafter referred to as “discharged nitrogen concentration” and “released phosphorus, respectively”). Called "concentration"). The return rate is obtained by dividing the discharge flow rate of the return sludge pump 541 by the inflow amount. The released nitrogen concentration and the released phosphorus concentration are acquired by the sensor 512 and the sensor 543. The control amount may be the amount of nitrogen and phosphorus contained in the discharge water (hereinafter referred to as “discharge nitrogen amount” and “discharge phosphorus amount”, respectively). In this case, the released nitrogen amount and the released phosphorus amount can be obtained by multiplying the released nitrogen concentration and the released phosphorus concentration by the released flow rate, respectively.
 評価量取得部400には、水処理プラント500から出力される制御量に基づいて評価量を取得するための評価関数を予め設定しておく。ここでいう評価関数は、操作量に対する未知の評価関数を、制御量の関数として定義したものである。例えば、評価関数は、放流窒素濃度及び放流リン濃度と評価量との関係を表す関数である。この評価関数は、操作量(返送率)上限での制御量と、操作量下限での制御量との間で極値をとるように設定される必要がある。このように評価関数を設定する方法の一例として、評価量を排水賦課金の考え方に基づく水質コストと、返送汚泥ポンプ541の電力コストとの総和(以下、「総コスト」という。)として表す方法が考えられる。返送汚泥ポンプ541の電力コストは、返送汚泥流量と返送汚泥ポンプ541の定格電力などから算出することができる。一般に、排水賦課金の考え方では、水質コストは以下の式で表される。 In the evaluation amount acquisition unit 400, an evaluation function for acquiring the evaluation amount based on the control amount output from the water treatment plant 500 is set in advance. The evaluation function here defines an unknown evaluation function for the manipulated variable as a function of the control amount. For example, the evaluation function is a function representing the relationship between the released nitrogen concentration and released phosphorus concentration and the evaluation amount. This evaluation function needs to be set so as to take an extreme value between the control amount at the upper limit of the operation amount (return rate) and the control amount at the lower limit of the operation amount. As an example of the method for setting the evaluation function in this way, the evaluation amount is expressed as the sum of the water quality cost based on the concept of drainage levy and the power cost of the return sludge pump 541 (hereinafter referred to as “total cost”). Can be considered. The power cost of the return sludge pump 541 can be calculated from the return sludge flow rate, the rated power of the return sludge pump 541, and the like. In general, in the concept of drainage levy, water quality cost is expressed by the following equation.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
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 式(1)においてCODは化学的酸素要求量、BODは生物化学的酸素要求量、TNは放流窒素、TPは放流リンを意味する。各コストの換算係数は、実際の排水賦課金に基づいて決定されても良いし、他の方法によって決定されてもよい。一般に、COD、BOD、TN及びTPのうち、返送率を変えることによって大きく変化するものはTN及びTPであることが知られている。そのためここでは、水質コストを次の式(2)で表す。 In the formula (1), COD means chemical oxygen demand, BOD means biochemical oxygen demand, TN means released nitrogen, and TP means released phosphorus. The conversion factor for each cost may be determined based on the actual drainage levy, or may be determined by other methods. In general, it is known that, among COD, BOD, TN, and TP, those that greatly change by changing the return rate are TN and TP. Therefore, here, the water quality cost is expressed by the following equation (2).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
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 なお、一般に、返送率を上げると窒素の除去率が高まりTNに関する水質コストが減少し、逆に返送率を下げるとリンの除去率が高まりTPに関する水質コストが減少することが知られている。このような場合、水質コストのみに基づいて評価関数が設定されても良い。ただし、このようなトレードオフの関係を持たない水質同士のコストを指標とする場合には、評価量を、運転コスト(電力コスト)を加味した総コストとして表すことにより、評価関数が、操作量(返送率)上限での制御量と操作量下限での制御量との間で極値をとるように設定する。 In general, it is known that when the return rate is increased, the nitrogen removal rate increases and the water quality cost related to TN decreases, and conversely, when the return rate is lowered, the phosphorus removal rate increases and the water quality cost related to TP decreases. In such a case, the evaluation function may be set based only on the water quality cost. However, when the cost between water qualities that do not have such a trade-off relationship is used as an index, the evaluation function is expressed as the total cost including the operation cost (electric power cost). (Return rate) It is set to take an extreme value between the control amount at the upper limit and the control amount at the lower limit of the operation amount.
 また、評価関数には、このような総コストではなく、直接的に水質の評価を表す関数が設定されてもよい。例えば、評価量は、次の式(3)のように算出されてもよい。 Also, instead of such total cost, a function that directly represents the evaluation of water quality may be set as the evaluation function. For example, the evaluation amount may be calculated as in the following formula (3).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
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 式(3)において、TNlim及びTPlimは、放流水質の規制値や管理値に相当するスレッシホールドレベルを表すパラメータである。このような評価関数を用いた場合、スレッシホールドレベルを超えると評価量が急上昇する。そのため、評価量をスレッシホールドレベル以内に抑えるように極値制御が機能することが期待できる。 In Expression (3), TN lim and TP lim are parameters representing a threshold level corresponding to the regulation value and management value of the discharged water quality. When such an evaluation function is used, the evaluation amount rapidly increases when the threshold level is exceeded. Therefore, it can be expected that the extreme value control functions so as to suppress the evaluation amount within the threshold level.
 以上、図4に示したような水処理プラント500を例として、極値制御に必要となる評価関数の設定方法について説明したが、制御対象とするプラント300によっては評価関数の設定を必要としない場合もある。そのような例として、風力発電プラントにおける風車のブレードの制御が挙げられる。風車のブレードの向きを風向に併せて動かすことにより発電量を最大化するような制御に極値制御を適用する場合、評価量は発電量であり、操作量は風車のブレードの回転角となる。この場合、制御量がそのまま評価量となるため評価関数の設定を必要としない。このような場合、評価量取得部400が設けられなくてもよい。その一方で、評価量を取得することによって、極値制御の適用が可能となる場合もある。 As described above, the evaluation function setting method necessary for extreme value control has been described using the water treatment plant 500 as shown in FIG. 4 as an example. However, depending on the plant 300 to be controlled, setting of the evaluation function is not necessary. In some cases. An example of this is the control of wind turbine blades in a wind power plant. When extreme value control is applied to control that maximizes the amount of power generation by moving the windmill blade direction along with the wind direction, the evaluation amount is the power generation amount, and the operation amount is the rotation angle of the windmill blade. . In this case, since the control amount becomes the evaluation amount as it is, it is not necessary to set the evaluation function. In such a case, the evaluation amount acquisition unit 400 may not be provided. On the other hand, extreme value control may be applicable by acquiring the evaluation amount.
 制御対象パラメータ決定部11は、上記のようにして取得される制御量及び評価量に基づいて、制御対象パラメータを決定する。以下、制御対象パラメータ決定部11によって決定される制御対象パラメータについて説明する。 The control target parameter determination unit 11 determines the control target parameter based on the control amount and the evaluation amount acquired as described above. Hereinafter, control target parameters determined by the control target parameter determination unit 11 will be described.
[1.時定数]
 制御対象パラメータ決定部11によって決定されるべき制御対象パラメータの一つは、制御対象プロセスの時定数である。制御対象プロセスの時定数は、操作量をステップ状に変化させた場合の制御量が、ステップ応答の63%(=100×{1-exp(-1)}%)に到達するまでの時間として定義される。この時定数は、PID制御の制御パラメータとしても通常用いられるものである。なお、評価量が一つの制御量に基づいて取得される場合は、単純に上記定義に基づいて時定数を設定すれば良いが、上記の水処理プラント500のように評価量が複数の制御量(TN濃度及びTP濃度)に基づいて取得される場合には、大きい方(すなわち応答速度が遅い方)の時定数を代表値として設定する。時定数の同定は、実際に操作量を変化させ応答時間を計測することにより行ってもよいが、開ループ(オープンループ)又は閉ループ(クローズドループ)の任意のシステム同定法を用いて同定しても良い。
[1. Time constant]
One of the control target parameters to be determined by the control target parameter determination unit 11 is a time constant of the control target process. The time constant of the process to be controlled is the time until the control amount reaches 63% (= 100 × {1-exp (−1)}%) of the step response when the manipulated variable is changed in steps. Defined. This time constant is normally used as a control parameter for PID control. In addition, when the evaluation amount is acquired based on one control amount, the time constant may be simply set based on the above definition, but the evaluation amount includes a plurality of control amounts as in the water treatment plant 500 described above. When acquired based on (TN concentration and TP concentration), the larger time constant (that is, the slower response speed) is set as a representative value. Although the time constant may be identified by actually changing the manipulated variable and measuring the response time, it can be identified using any open-loop (open-loop) or closed-loop (closed-loop) system identification method. Also good.
[2.むだ時間]
 制御対象パラメータ決定部11によって決定されるべき制御対象パラメータの一つは、操作量の入力から制御量の応答が得られるまで、又は操作量の入力から評価量が取得されるまでのむだ時間(遅れ時間)である。むだ時間についても、任意の同定法によって同定されて良いが、最も簡単な方法は操作量の時系列データと制御量の時系列データとを収集し、時間をずらしながら相関係数を算出する方法である。この場合、相関係数の値が最大になるまでの時間差をむだ時間とする。
[2. Dead time]
One of the control target parameters to be determined by the control target parameter determination unit 11 is a dead time (until the response of the control amount is obtained from the input of the operation amount or until the evaluation amount is acquired from the input of the operation amount ( Delay time). The dead time can be identified by any identification method, but the simplest method is to collect time-series data for manipulated variables and time-series data for controlled variables and calculate the correlation coefficient while shifting the time. It is. In this case, the time difference until the value of the correlation coefficient becomes maximum is the dead time.
[3.評価関数の二階微分値]
 制御対象パラメータ決定部11によって決定されるべき制御対象パラメータの一つは、操作量Uを変化させた場合の評価量Jの二階微分値G=dJ/dUである。これは、制御対象プロセスに対する外乱がほぼ一定と見なせる状態において、操作量Uを変化させた時の評価量Jの変化量を、制御対象プロセスのいくつかの動作点で求めることによって推定することができる。なお、この二階微分値Gの値は一定であるとは限らない。そのため、そのような場合には、平均値や中央値などの代表値を用いるか、又は、二階微分値Gをいくつかの動作点ごとに決定するなどして対応する。また、本実施形態のように、制御量と評価量とが個別に取得可能な場合には、次の式(4)及び式(5)によって表されるプロセスモデルを用いて、パラメータ同定を行うことも可能である。
[3. Second derivative of evaluation function]
One of the control target parameters to be determined by the control target parameter determination unit 11 is the second-order differential value G = d 2 J / d 2 U of the evaluation amount J when the operation amount U is changed. This can be estimated by obtaining the amount of change in the evaluation amount J when the manipulated variable U is changed at some operating points of the control target process in a state where the disturbance to the control target process can be regarded as almost constant. it can. Note that the value of the second order differential value G is not always constant. Therefore, in such a case, a representative value such as an average value or a median value is used, or a second-order differential value G is determined for each of several operating points. When the control amount and the evaluation amount can be acquired individually as in the present embodiment, parameter identification is performed using the process model represented by the following equations (4) and (5). It is also possible.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
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Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
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 式(4)は、PID制御においても通常用いられている「1次遅れ+むだ時間プロセス」を表すモデルである。式(5)は、式(4)が示すモデルの評価関数を、最も簡単な下に凸の形状を持つ2次関数で表したものである。式(4)におけるy(t)は時刻tにおける制御量を表す。uは操作量を表す。Kはプロセスゲインを表す。Tは時定数を表し、sはラプラス演算子を表す。Lはむだ時間を表す。式(5)におけるJ(t)は、時刻tにおける評価量を表す。Kは評価関数のゲインを表す。Kargは最適値を与える制御量yを表し、Kminは評価関数の最適値(最小値)を表す。 Equation (4) is a model representing “first-order lag + dead time process” that is also commonly used in PID control. Expression (5) represents the evaluation function of the model represented by Expression (4) as a quadratic function having the simplest convex shape. Y (t) in Expression (4) represents a control amount at time t. u represents an operation amount. Ku represents the process gain. T represents a time constant, and s represents a Laplace operator. L represents the dead time. J (t) in Equation (5) represents the evaluation amount at time t. K y represents the gain of the evaluation function. K arg represents the control amount y giving the optimum value, and K min represents the optimum value (minimum value) of the evaluation function.
 なお、式(5)のKarg及びKminは一般に知ることができない場合が多い。一方、式(4)のプロセスモデルは、制御量が計測できれば通常の同定法を用いて同定することができる。また、式(5)のKは制御量と評価量との関係式から直接算出するか、又は、制御量を変化させた場合の評価量Jの変化量を計測することによって推定することができる。このようにして、K及びKを推定することができれば、(定常状態における)二階微分値Gの値は、次の式(6)に示されるように簡単な計算式で算出することができる。 In general, K arg and K min in equation (5) are often not known. On the other hand, the process model of Expression (4) can be identified using a normal identification method if the control amount can be measured. Further, if the K y of formula (5) is calculated directly from the relational expression between the control amount and the evaluation value, or be estimated by measuring the variation of the evaluation value J when changing a control amount it can. If K u and K y can be estimated in this way, the second-order differential value G (in the steady state) can be calculated by a simple calculation formula as shown in the following formula (6). it can.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
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[4.操作量の上限値及び下限値]
 制御対象パラメータ決定部11によって決定されるべき制御対象パラメータの一つは、操作量の上限値及び下限値である。これらのパラメータには、プラントの監視制御システムなどで実装されている操作量の上下限値をそのまま利用しても良いし、プラントの過去の運転データの中の最大値及び最小値をそれぞれ上限値及び下限値として利用しても良い。また、プラントに関する知識に基づいて設定しても良い。一般に、水処理プラント500において返送率を操作量とする場合、下限値としておおよそ20%程度、上限値として100%程度を設定することができる。
[4. Upper and lower limits of operation amount]
One of the control target parameters to be determined by the control target parameter determination unit 11 is an upper limit value and a lower limit value of the operation amount. For these parameters, the upper and lower limit values of the operation amount implemented in the plant monitoring control system or the like may be used as they are, or the maximum value and the minimum value in the past operation data of the plant are respectively set as upper limit values. And it may be used as a lower limit. Moreover, you may set based on the knowledge regarding a plant. In general, when the return rate is the manipulated variable in the water treatment plant 500, the lower limit can be set to approximately 20%, and the upper limit can be set to approximately 100%.
 なお、制御対象パラメータ決定部11は、プラントの計測データを用いて自動的に制御対象パラメータを決定してもよいし、ステップ応答試験などの必要な試験を実施して同定されたパラメータの入力を受け付けるように構成されてもよい。また、プラントデータを用いた同定が難しい場合には、一部又は全部の制御対象パラメータについて想定値の入力を受け付けるように構成されてもよい。 Note that the control target parameter determination unit 11 may automatically determine the control target parameter using the plant measurement data, or input a parameter identified by performing a necessary test such as a step response test. It may be configured to accept. Moreover, when identification using plant data is difficult, it may be configured to accept input of assumed values for some or all of the control target parameters.
 極値制御パラメータ調整部12は、制御対象パラメータ決定部11によって決定された制御対象パラメータに基づいて、極値制御パラメータを決定する。以下、極値制御パラメータ調整部12によって決定される極値制御パラメータについて説明する。 The extreme value control parameter adjustment unit 12 determines an extreme value control parameter based on the control target parameter determined by the control target parameter determination unit 11. Hereinafter, the extreme value control parameters determined by the extreme value control parameter adjusting unit 12 will be described.
[1.ディザー信号の振幅及び周波数]
 極値制御パラメータ調整部12は、操作量の上限値及び下限値から操作量の変動範囲Uを算出する。極値制御パラメータ調整部12には、操作量の変動範囲Uに対して、ディザー信号がどの程度の変動幅で振動することを許容するかを示すパラメータkを予め設定しておく。極値制御パラメータ調整部12は、設定されたパラメータkに基づいてディザー信号の振幅aを次の式(7)のように決定する。
[1. Dither signal amplitude and frequency]
Extreme control parameter adjustment unit 12 calculates the fluctuation range U R of the operation amount from the upper limit value and the lower limit value of the manipulated variable. The extreme control parameter adjusting section 12, with respect to the variation range U R of the manipulated variables, in advance set the parameters k 1 indicating whether to allow the oscillating at how much variation width dither signal. The extreme value control parameter adjusting unit 12 determines the amplitude a of the dither signal based on the set parameter k 1 as shown in the following equation (7).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
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 具体的には、パラメータkは、操作量の変動範囲Uに対する振幅aの割合を示す。通常、パラメータkは0.01~0.1程度に設定されればよい。例えば、k=0.01として設定した場合、操作量の変動範囲に対して、ディザー信号が定常的に1%程度の変動幅で振動することが許容され、k=0.1として設定した場合、操作量の変動範囲に対して定常的に10%程度の変動幅で振動することが許容される。 Specifically, the parameter k 1 is the ratio of the amplitude a to the variation range U R of the manipulated variables. Usually, the parameter k 1 may be set to about 0.01 to 0.1. For example, when k 1 = 0.01 is set, the dither signal is allowed to constantly oscillate with a fluctuation range of about 1% with respect to the fluctuation range of the manipulated variable, and k 1 = 0.1 is set. In this case, it is allowed to constantly vibrate with a fluctuation range of about 10% with respect to the fluctuation range of the manipulated variable.
 ディザー信号の振幅aをパラメータkに基づいて決定する理由は、次の理由からである。図2からも分かるように、ディザー信号の振幅aは、操作量のモジュレーションのために強制的に加えられる信号であり、フィードバックされる信号はローパスフィルタに入力される。ローパスフィルタから出力される信号はほとんど振動していないことが想定され、定常的な操作量の振動の振幅は、ディザー信号の振幅aと同程度になると想定される。そのため、ディザー信号の振幅aを、操作量の変動範囲に対する割合に基づいて決定することによって、極値制御パラメータ調整部12は、制御対象プロセスの通常の制御に悪影響を与えることなく、かつ極値制御に必要な大きさの評価量の変化を生み出すような振幅を決定することができる。 The reason why the amplitude a of the dither signal is determined based on the parameter k 1 is as follows. As can be seen from FIG. 2, the amplitude a of the dither signal is a signal that is forcibly added for modulation of the manipulated variable, and the signal fed back is input to the low-pass filter. It is assumed that the signal output from the low-pass filter hardly oscillates, and the amplitude of the steady operation amount vibration is assumed to be approximately the same as the amplitude a of the dither signal. Therefore, by determining the amplitude a of the dither signal based on the ratio of the manipulated variable with respect to the fluctuation range, the extreme value control parameter adjusting unit 12 does not adversely affect the normal control of the process to be controlled, and the extreme value The amplitude can be determined so as to produce a change in the evaluation quantity that is necessary for control.
 なお、パラメータkの値には、デフォルト値が設定されることが好ましい。例えば、極値制御パラメータ調整部12は、k=0.05(=5%)などのデフォルト値を予め保持し、必要に応じて許容範囲内での変更が可能なように構成されるのが好ましい。 Note that the value of the parameter k 1, it is preferable that the default value is set. For example, the extreme value control parameter adjustment unit 12 is configured to hold a default value such as k 1 = 0.05 (= 5%) in advance and change the value within an allowable range as necessary. Is preferred.
[2.ディザー信号の周波数]
 極値制御パラメータ調整部12は、時定数とむだ時間との2つの制御対象パラメータに基づいてディザー信号の周波数を決定する。まず、極値制御パラメータ調整部12は、制御対象プロセスの総合的な時定数として時定数Tmodを取得する。時定数Tmodは次の式(8)により算出される。式(8)のTmodは、式(4)によって表される「1次遅れ+むだ時間プロセス」をパデ近似した場合の時定数に相当する。
[2. Dither signal frequency]
The extreme value control parameter adjustment unit 12 determines the frequency of the dither signal based on two control target parameters, a time constant and a dead time. First, the extreme value control parameter adjustment unit 12 acquires a time constant T mod as a comprehensive time constant of the process to be controlled. The time constant T mod is calculated by the following equation (8). T mod in Expression (8) corresponds to a time constant in the case where “first order delay + dead time process” expressed by Expression (4) is approximated by Padé.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 続いて、極値制御パラメータ調整部12は、式(8)により取得したTmodに基づいて、制御対象プロセスの帯域幅を取得する。制御対象プロセスの帯域幅ωは次の式(9)により算出される。 Subsequently, the extreme value control parameter adjustment unit 12 acquires the bandwidth of the process to be controlled based on T mod acquired by Expression (8). The bandwidth ω b of the process to be controlled is calculated by the following equation (9).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 続いて、極値制御パラメータ調整部12は、式(9)により取得した制御対象プロセスの帯域幅ωに基づいて、ディザー信号の周波数を決定する。ディザー信号の周波数ωは次の式(10)により算出される。 Subsequently, the extreme value control parameter adjusting unit 12 determines the frequency of the dither signal based on the bandwidth ω b of the process to be controlled acquired by Expression (9). The frequency ω of the dither signal is calculated by the following equation (10).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
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 kは5~10の範囲の値をとるパラメータである。このようにディザー信号の周波数ωを設定することにより、制御対象プロセスのダイナミクスと極値探索における探索速度の時間スケールを分離できる。つまり、この設定により、制御対象プロセスを、極値探索の走査信号(すなわちディザー信号)の時間スケールから見て静止したスタティックなプロセスとみなすことが可能になる。なお、このkについてもkと同様にデフォルト値を持たせておくことが好ましい。例えば、制御対象プロセスのダイナミクスと極値探索の走査の時間スケールとが完全に分離されるように10をkのデフォルト値として設定する。 k 2 is a parameter that takes values in the range of 5-10. By setting the frequency ω of the dither signal in this way, it is possible to separate the dynamics of the process to be controlled and the time scale of the search speed in the extreme value search. In other words, this setting makes it possible to regard the process to be controlled as a static process that is stationary as seen from the time scale of the scanning signal for extreme value search (that is, the dither signal). Note that it is preferable that k 2 has a default value as in k 1 . For example, the dynamics of the controlled process and the time scale of the scanning of the extremum search set 10 so as to be completely separated as the default value for k 2.
 以上のようにして、極値制御に用いるディザー信号の振幅aと周波数ωの2つの極値制御パラメータが決定される。 As described above, two extreme value control parameters of the amplitude a and the frequency ω of the dither signal used for extreme value control are determined.
 次に、極値制御パラメータ調整部12は、上記で決定したパラメータを用いて、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタに関する極値制御パラメータを決定する。以下、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタに関する制御パラメータの決定方法について説明する。 Next, the extreme value control parameter adjusting unit 12 determines the extreme value control parameters related to the low-pass filter and the high-pass filter using the parameters determined above. Hereinafter, a method for determining control parameters related to the low-pass filter and the high-pass filter will be described.
[3.ローパスフィルタの周波数]
 上述したように、ローパスフィルタは、ディザー信号の周波数ωで振動する成分を通過させ、高調波成分をカットする目的で用いられる。そのため、極値制御パラメータ調整部12は、ローパスフィルタの周波数ωを次の式(11)によって決定する。
[3. Low-pass filter frequency]
As described above, the low-pass filter is used for the purpose of passing a component that oscillates at the frequency ω of the dither signal and cutting out the harmonic component. Therefore, the extreme value control parameter adjustment unit 12 determines the frequency ω 1 of the low-pass filter by the following equation (11).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 なお、ローパスフィルタに後続する積分器においても、ローパスフィルタと同様に高調波をカットする効果が得られる。そのため、極値制御コントローラ13を、ローパスフィルタを備えない構成としてもよい。この場合、ωを∞(無限大)に設定すればよい。 Note that an integrator subsequent to the low-pass filter can also obtain the effect of cutting off the harmonics as in the low-pass filter. Therefore, the extreme value controller 13 may be configured not to include a low-pass filter. In this case, ω 1 may be set to ∞ (infinity).
[4.ハイパスフィルタの周波数]
 上述したように、ハイパスフィルタは、評価関数の最小値をゼロにするためにバイアス成分を除去する目的で用いられる。ハイパスフィルタは、ディザー信号を通過させる必要がある。そのため、極値制御パラメータ調整部12は、ハイパスフィルタの周波数ωを次の式(12)によって決定する。
[4. High-pass filter frequency]
As described above, the high-pass filter is used for the purpose of removing the bias component in order to make the minimum value of the evaluation function zero. The high pass filter needs to pass the dither signal. Therefore, the extreme value control parameter adjusting unit 12 determines the frequency ω 2 of the high-pass filter by the following equation (12).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 なお、ハイパスフィルタは、バイアス信号(すなわち、周波数ゼロ)を除去することができれば良いため、周波数ωは、必ずしも厳密に調整される必要はない。そのため、ωは、0.1×ωより十分小さければ任意の値で良い。例えばωは、ω≦0.1×ωを満たす十分に小さな変動値であってもよい。また例えば、ωは0.1×ωに対して十分に小さい固定値(例えばω=0.1に対して0.001など)として簡易的に設定されてもよい。 Incidentally, the high-pass filter, a bias signal (i.e., zero frequency) for it if it is possible to remove the frequency omega 2 does not necessarily have to be strictly adjusted. Therefore, ω 2 may be an arbitrary value as long as it is sufficiently smaller than 0.1 × ω. For example, ω 2 may be a sufficiently small fluctuation value that satisfies ω 2 ≦ 0.1 × ω. Further, for example, ω 2 may be simply set as a fixed value sufficiently small with respect to 0.1 × ω (for example, 0.001 with respect to ω = 0.1).
 ローパスフィルタの周波数ω及びハイパスフィルタの周波数ωを、それぞれ∞、0.001の固定値として設定する場合、これらのパラメータは、ディザー信号の周波数ωを推定する以前に予めデフォルト値として設定されても良い。 When the frequency ω 1 of the low-pass filter and the frequency ω 2 of the high-pass filter are set as fixed values of ∞ and 0.001, respectively, these parameters are set as default values before estimating the frequency ω of the dither signal. May be.
[5.積分器のゲイン]
 極値制御パラメータ調整部12は、上記のように決定した制御対象パラメータ及び極値制御パラメータに基づいて、積分器のゲイン(以下、「積分ゲイン」という。)を決定する。積分ゲインKIは、ディザー信号の周波数ωを用いて次の式(13)及び式(14)のように表される。
[5. Integrator gain]
The extreme value control parameter adjustment unit 12 determines the gain of the integrator (hereinafter referred to as “integral gain”) based on the control target parameter and the extreme value control parameter determined as described above. The integral gain KI is expressed by the following equations (13) and (14) using the frequency ω of the dither signal.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 式(14)において、kはディザー信号の周期T=2π/ωに対する極値制御の収束時間を表すパラメータである。ディザー信号の周期と極値制御の収束時間とを分離するためには、kは5~10に設定されるのが望ましい。そして、kのデフォルト値には10を設定する。また、式(14)におけるPはディザー信号のパワーを表す。このPは、ディザー信号が正弦波である場合P=1/2であり、三角波及び矩形波である場合は、それぞれP=1/3、P=1であることが知られている。 In the formula (14), k 3 is a parameter representing the convergence time of the extreme value control for the period T d = / ω of the dither signal. In order to separate the period of the dither signal from the convergence time of the extreme value control, k 3 is preferably set to 5 to 10. Then, the default value of k 3 to set the 10. Further, P in the equation (14) represents the power of the dither signal. It is known that P = 1/2 when the dither signal is a sine wave, and P = 1/3 and P = 1 when the dither signal is a triangular wave and a rectangular wave, respectively.
 なお、上記のKIは、極値制御の性能に大きく影響する要素である。以下、このKIの設定方法について説明する。 The above KI 0 is a factor that greatly affects the performance of extreme value control. Hereinafter, a method for setting the KI 0 will be described.
 式(14)は、極値制御系の安定解析に用いられるアベレージシステム(平均システム)に基づいて導出された数式である。アベレージシステムとは、あるシステムに周期的な入力が加えられたときに、システムの挙動(出力)を、その周期における平均値(アベレージ)で表すことができるシステムである。制御対象プロセスがダイナミクスを持たないスタティックなプロセスである場合、その極値制御系のアベレージシステムは次の式(15)によって表される。 Equation (14) is a mathematical formula derived based on an average system (average system) used for stability analysis of the extreme value control system. An average system is a system in which when a periodic input is applied to a certain system, the behavior (output) of the system can be expressed by an average value (average) in that period. When the process to be controlled is a static process having no dynamics, the average system of the extreme value control system is expressed by the following equation (15).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 式(15)において、Dは評価関数Jの入力の周期平均(x-x)に関する勾配を表す。xはxの平衡点である。τはディザー信号の周波数ωでスケール変換された時間関数であり。次の式(16)によって表される値である。 In Expression (15), D J represents a gradient related to the periodic average (xx * ) of the input of the evaluation function J. x * is the equilibrium point of x. τ is a time function scaled by the frequency ω of the dither signal. It is a value represented by the following formula (16).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 式(15)のアベレージシステムは、極値制御の収束に関するダイナミクスを表したものである。具体的には、ディザー信号によって周期的な振動を与えられた操作量に対して、評価量がどのような速度で最小値(極小値)に収束するかを表したものである。例えば、式(4)及び式(5)のプロセスモデルで表される制御対象プロセスが、速いダイナミクスを持ちスタティックなプロセスであるとみなせる場合、式(15)のxは、定常状態の制御対象プロセスにおけるy(=K×u)の周期平均uaveに対応する。また、式(15)のDの勾配は、式(5)から次の式(17)のように表される。 The average system of Equation (15) represents the dynamics related to the convergence of extreme value control. Specifically, it represents how fast the evaluation amount converges to the minimum value (minimum value) with respect to the operation amount given periodic vibration by the dither signal. For example, when the control target process represented by the process model of Expression (4) and Expression (5) can be regarded as a static process having fast dynamics, x in Expression (15) is a steady state control target process. corresponding to the period mean u ave of y (= K u × u) in. Further, the slope of D J of formula (15) can be expressed from equation (5) as in the following equation (17).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
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 上述したように、ディザー信号の周波数ωは、制御対象プロセスのダイナミクスがディザー信号の変化に対して十分に早く応答するように設定される。そのため、この場合、式(4)に表される制御対象プロセスをスタティックと見なしても問題ない。式(15)は、ディザー信号の周波数でスケール変換された時間軸τ(=ωt)における極値制御系の挙動を示すものであるから、式(15)によって表されるアベレージシステムの時定数は、極値制御が極値に収束するまでの時間軸τにおける時定数に対応すると考えられる。したがって、式(15)で表されるアベレージシステムの時定数が、ディザー信号の周期T(=2π/ω)より十分長くなるようにω、a及びKIを調整すれば、評価量を精度よ
く収束させることができると考えられる。
As described above, the frequency ω of the dither signal is set so that the dynamics of the process to be controlled responds sufficiently quickly to changes in the dither signal. Therefore, in this case, there is no problem even if the process to be controlled represented by Expression (4) is regarded as static. Since the equation (15) shows the behavior of the extreme value control system on the time axis τ (= ωt) scaled by the frequency of the dither signal, the time constant of the average system represented by the equation (15) is This is considered to correspond to the time constant on the time axis τ until the extreme value control converges to the extreme value. Therefore, the time constant of the averaging system of the formula (15), so that more long enough period of the dither signal T (= 2π / ω) ω , by adjusting the a and KI 0, accurately evaluate the amount It is thought that it can be converged.
 ディザー信号周波数ωと振幅aは上述のとおり決定されるため、極値制御パラメータ調整部12は、アベレージシステムの時定数がディザー信号の周期T(=2π/ω)より十分に長くなるようにKIを決定すればよい。 Since the dither signal frequency ω and the amplitude a are determined as described above, the extreme value control parameter adjusting unit 12 sets the time constant of the average system to be sufficiently longer than the period T (= 2π / ω) of the dither signal. 0 may be determined.
 制御対象プロセスが式(4)及び式(5)のプロセスモデルによって表される場合、アベレージシステムは次の式(18)によって表される。また、式(18)によって表されるアベレージシステムの時定数は式(19)によって表される。 When the process to be controlled is represented by the process model of Expression (4) and Expression (5), the average system is represented by the following Expression (18). Further, the time constant of the average system expressed by the equation (18) is expressed by the equation (19).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
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 式(19)が示すアベレージシステムの時定数は、時間軸τにおける時定数である。この場合、τ=1は1/ωに相当する時間であると考えられる。そのため、時定数に応じた応答時間をディザー信号の周期2π/ωの何倍にするかを指定すれば、KIの値を決定することができる。 The time constant of the average system indicated by Equation (19) is the time constant on the time axis τ. In this case, τ = 1 is considered to be a time corresponding to 1 / ω. Therefore, the value of KI 0 can be determined by specifying how many times the response time corresponding to the time constant is 2π / ω of the dither signal.
 上述したとおり、KIは、アベレージシステムの時定数がディザー信号の周期よりも十分長くなるように(収束するように)設定される必要がある。そのため、極値制御パラメータ調整部12は、例えば、時定数に相当する応答時間をディザー信号の周期のk(=5~10)倍程度となるように決定する。この場合、k及びKIの間には次の式(20)が成立する。そして、式(20)に式(4)を当てはめることにより式(14)が得られる。 As described above, KI 0 needs to be set so that the time constant of the average system is sufficiently longer (converged) than the period of the dither signal. Therefore, the extreme value control parameter adjusting unit 12 determines, for example, the response time corresponding to the time constant to be about k 3 (= 5 to 10) times the period of the dither signal. In this case, the following equation (20) between the k 3 and KI 0 is established. Then, Expression (14) is obtained by applying Expression (4) to Expression (20).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 以上説明した実施形態における制御対象パラメータの決定方法及び極値制御パラメータの調整方法と、従来の設計指針について次の図5にまとめる。 FIG. 5 summarizes the method for determining the control target parameter, the method for adjusting the extreme value control parameter, and the conventional design guideline in the embodiment described above.
 このように構成された実施形態の最適制御装置1は、5つの制御対象パラメータを設定するだけで、極値制御パラメータを決定することを可能とする制御対象パラメータ決定部11と極値制御パラメータ調整部12とを持つ。そのため、実施形態の最適制御装置1を用いることによって、PLCに実装可能な規模で制御対象プロセスの極値制御を実現することが可能となる。 The optimal control apparatus 1 of the embodiment configured as described above is capable of determining an extreme value control parameter and adjusting an extreme value control parameter by only setting five control object parameters. With part 12. Therefore, by using the optimum control device 1 of the embodiment, it is possible to realize extreme value control of the process to be controlled on a scale that can be implemented in the PLC.
 なお、上記の最適制御装置1は、運用中のプロセスデータを取得して極値制御パラメータを自動的に更新するように構成されてもよい。このように構成されることによって、最適制御装置1は、経時的に変化する制御対象プロセスの状態に応じた極値制御パラメータでの制御が可能となり、極値制御による最適値探索の性能を向上させることができる。 Note that the above-described optimal control device 1 may be configured to acquire process data during operation and automatically update the extreme value control parameters. With this configuration, the optimal control device 1 can perform control with extreme value control parameters corresponding to the state of the process to be controlled that changes over time, and improve the performance of searching for the optimum value by extreme value control. Can be made.
 以下、実施形態の最適制御装置1の他の変形例について説明する。
[第1の変形例]
 最適制御装置1は、上記方法によって決定された制御対象パラメータ及び極値制御パラメータを設定することによって、制御対象プロセスの挙動がどのように変化するかの予測を示す予測情報を表示装置(表示部、図示せず)に表示するように構成されてもよい。
Hereinafter, another modification of the optimum control device 1 of the embodiment will be described.
[First Modification]
The optimal control device 1 displays the prediction information indicating the prediction of how the behavior of the control target process changes by setting the control target parameter and the extreme value control parameter determined by the above method. , Not shown).
 図6は、予測情報の表示の具体例を示す図である。
 例えば、表示画面600は、モード表示領域610、制御対象パラメータ表示領域620、調整前極値制御パラメータ表示領域630、調整後極値制御パラメータ表示領域640、調整前制御情報表示領域650及び調整後制御情報表示領域660を備える。モード表示領域610は、極値制御の実行モードが表示される領域である。図6の例は、自動制御と手動制御との2つのモードのうち手動制御が選択されている場合を示している。制御対象パラメータ表示領域620は、最適制御装置1によって決定された制御対象パラメータの値が表示される領域である。調整前極値制御パラメータ表示領域630は、変更前の現在の極値制御パラメータの値が表示される領域である。調整後極値制御パラメータ表示領域640は、新たに決定された極値制御パラメータの値が表示される領域である。調整前制御情報表示領域650は、現在の極値制御パラメータでの制御結果が表示される領域である。調整後制御情報表示領域660は、新たに決定された極値制御パラメータで極値制御を行った場合の制御結果の予測が表示される領域である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a specific example of display of prediction information.
For example, the display screen 600 includes a mode display area 610, a control target parameter display area 620, a pre-adjustment extreme value control parameter display area 630, a post-adjustment extreme value control parameter display area 640, a pre-adjustment control information display area 650, and a post-adjustment control. An information display area 660 is provided. The mode display area 610 is an area in which an extreme value control execution mode is displayed. The example of FIG. 6 shows a case where manual control is selected from two modes of automatic control and manual control. The control target parameter display area 620 is an area in which the value of the control target parameter determined by the optimal control device 1 is displayed. The pre-adjustment extreme value control parameter display area 630 is an area in which the value of the current extreme value control parameter before change is displayed. The adjusted extreme value control parameter display area 640 is an area in which the value of the newly determined extreme value control parameter is displayed. The pre-adjustment control information display area 650 is an area in which a control result with the current extreme value control parameter is displayed. The post-adjustment control information display area 660 is an area in which a prediction of a control result when extreme value control is performed using a newly determined extreme value control parameter is displayed.
 この場合、最適制御装置1は、制御対象プロセスのプロセスモデルに基づいて、制御対象プロセスの挙動をシミュレーションする予測部(図示せず)と、上記表示画面を生成する表示制御部(図示せず)とを備える。表示制御部は、予測部によってシミュレーションされた予測結果と、現在の極値制御パラメータでの制御結果とを合わせて、変更前後の極値制御パラメータの値を表示する表示画面を生成する。 In this case, the optimal control device 1 includes a prediction unit (not shown) that simulates the behavior of the control target process based on the process model of the control target process, and a display control unit (not shown) that generates the display screen. With. The display control unit generates a display screen that displays the value of the extreme value control parameter before and after the change by combining the prediction result simulated by the prediction unit and the control result of the current extreme value control parameter.
 このような表示画面が表示されることによって、プラントの管理者や保守員など、極値制御コントローラのパラメータ調整を実施する必要がある作業者は、現在及び変更後の極値制御パラメータの妥当性の確認を視覚的に判断することが可能となる。 By displaying such a display screen, workers who need to adjust the parameters of the extremum controller, such as plant managers and maintenance personnel, can verify the validity of the present and changed extremum control parameters. This confirmation can be visually judged.
[第2の変形例]
 制御対象パラメータの一部又は全部が制御対象プロセスの動作点に応じて変化する場合、最適制御装置1は、制御対象パラメータと極値制御パラメータとのパラメータセットを複数記憶し、所定の切り替え基準に応じて極値制御パラメータを切り換えるゲインスケジューリング型の制御装置として構成されてもよい。
[Second Modification]
When some or all of the control target parameters change according to the operating point of the control target process, the optimal control device 1 stores a plurality of parameter sets of the control target parameters and the extreme value control parameters, and uses a predetermined switching criterion. It may be configured as a gain scheduling type control device that switches the extreme value control parameter accordingly.
[第3の変形例]
 最適制御装置1は、定期的に制御対象パラメータの同定を行い、現在の制御対象パラメータ値との差が所定の閾値を越えた場合に、極値制御パラメータを更新するように構成されてもよい。制御対象パラメータの差を判定するための閾値は、単純に差の絶対値に基づいて設定されてもよいし、変更後のパラメータを基準とする変化の割合((調整前パラメータ値-調整後パラメータ値)÷調整後パラメータ値×100(%))に基づいて設定されてもよい。後者の場合、例えば閾値をα(%)として、変化の割合が±α%以上となった場合に極値制御パラメータを更新するようにしてもよい。第1の変形例の予測部を備える場合、実際の制御結果と予測結果との類似度を誤差の2乗和などで評価し、応答速度が大きく変化することが想定された場合に、極値制御パラメータを更新するようにしてもよい。
[Third Modification]
The optimal control apparatus 1 may be configured to periodically identify the control target parameter and update the extreme value control parameter when the difference from the current control target parameter value exceeds a predetermined threshold value. . The threshold value for determining the difference between the parameters to be controlled may be set simply based on the absolute value of the difference, or the ratio of the change based on the parameter after the change ((parameter value before adjustment−parameter after adjustment) (Value) ÷ adjusted parameter value × 100 (%)). In the latter case, for example, the threshold value may be α (%), and the extreme value control parameter may be updated when the rate of change becomes ± α% or more. When the prediction unit of the first modification is provided, the extreme value is obtained when the similarity between the actual control result and the prediction result is evaluated by the sum of squares of errors and the response speed is assumed to change greatly. The control parameter may be updated.
[第4の変形例]
 上記の変形例では、最適制御装置1は極値制御を実行する装置として極値制御パラメータを更新したが、最適制御装置1は、上記パラメータの更新する基準に基づいて、現在の制御状態の妥当性を診断する診断装置としての機能を備えても良い。この場合、例えば、最適制御装置1は、極値制御パラメータの更新が推奨される場合、その旨をプラント等のオペレータに通知する通知部を備えてもよい。
[Fourth Modification]
In the above modification, the optimum control device 1 updates the extreme value control parameter as a device that executes extreme value control. However, the optimum control device 1 determines whether the current control state is valid based on the criteria for updating the parameter. A function as a diagnostic device for diagnosing sex may be provided. In this case, for example, when the update of the extreme value control parameter is recommended, the optimal control device 1 may include a notification unit that notifies an operator such as a plant to that effect.
[第5の変形例]
 上記の最適制御装置1が備える機能部のうち、極値制御コントローラ13(第2の極値制御装置)以外の機能部は、最適制御装置1以外の他の装置(第1の極値制御装置)に実装されてもよい。例えば、制御対象パラメータ決定部11や極値制御パラメータ調整部12、評価量取得部400などが、最適制御装置1及び制御対象のプラント300とネットワークを介して通信可能な装置に実装されれば、極値制御を遠隔地から制御することができるクラウド制御システムを構成することも可能である。
[Fifth Modification]
Among the functional units included in the optimal control device 1, functional units other than the extreme value controller 13 (second extreme value control device) are devices other than the optimal control device 1 (first extreme value control device). ) May be implemented. For example, if the control target parameter determination unit 11, the extreme value control parameter adjustment unit 12, the evaluation amount acquisition unit 400, and the like are mounted on an apparatus that can communicate with the optimal control device 1 and the control target plant 300 via a network, It is also possible to configure a cloud control system that can control extreme value control from a remote location.
 以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、操作量と、評価量とに基づいて制御対象プロセスの制御対象パラメータを決定する制御対象パラメータ決定部と、制御対象パラメータ決定部によって決定された制御対象パラメータに基づいて、極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する極値制御パラメータ決定部と、を持つことにより、制御対象プロセスの特性に応じて適切に設定された制御パラメータで極値制御を実行することができる。 According to at least one embodiment described above, the control target parameter determination unit that determines the control target parameter of the control target process based on the operation amount and the evaluation amount, and the control target determined by the control target parameter determination unit And an extreme value control parameter determination unit for determining an extreme value control parameter for executing extreme value control based on the parameter, thereby enabling extreme values with control parameters appropriately set according to the characteristics of the process to be controlled. Value control can be performed.
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

Claims (9)

  1.  制御対象プロセスの操作量と、前記操作量に応じて変化する制御量に基づく前記制御対象プロセスの最適化に関する指標を示す評価量とに基づいて、前記制御対象プロセスの特性を示す制御対象パラメータを決定する制御対象パラメータ決定部と、
     前記制御対象パラメータ決定部によって決定された前記制御対象パラメータに基づいて、前記極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する極値制御パラメータ決定部と、
     前記極値制御パラメータ決定部によって決定された極値制御パラメータを用いて、前記評価量が最適値に向かうように前記操作量を変化させる極値制御を実行する極値制御部と、
     を備える最適制御装置。
    Based on an operation amount of the control target process and an evaluation amount indicating an index related to optimization of the control target process based on a control amount that changes according to the operation amount, a control target parameter indicating a characteristic of the control target process is A control target parameter determining unit to determine;
    An extreme value control parameter determining unit that determines an extreme value control parameter for executing the extreme value control based on the controlled object parameter determined by the controlled object parameter determining unit;
    Using the extreme value control parameter determined by the extreme value control parameter determining unit, an extreme value control unit that executes extreme value control that changes the manipulated variable so that the evaluation value is directed to an optimum value;
    An optimal control device comprising:
  2.  前記極値制御部は、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及び積分器を備え、
     前記制御対象パラメータ決定部は、前記制御対象プロセスの時定数と、前記制御対象プロセスむだ時間と、前記操作量に対する前記評価量の二階微分値と、前記操作量の上限値及び下限値と、を前記制御対象パラメータとして決定し、
     前記極値制御パラメータ決定部は、前記時定数、前記むだ時間、前記二階微分値及び前記上限値及び下限値に基づいて、前記操作量を変化させるためのディザー信号の振幅と、前記ディザー信号の周波数と、前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタの周波数と、前記積分器のゲインと、を前記極値制御パラメータとして決定する、
     請求項1に記載の最適制御装置。
    The extreme value control unit includes a high-pass filter, a low-pass filter, and an integrator,
    The control target parameter determination unit includes a time constant of the control target process, the control target process dead time, a second-order differential value of the evaluation amount with respect to the operation amount, and an upper limit value and a lower limit value of the operation amount. Determined as the parameter to be controlled,
    The extreme value control parameter determination unit is configured to change an amplitude of the dither signal for changing the operation amount based on the time constant, the dead time, the second-order differential value, and the upper limit value and the lower limit value, and the dither signal. A frequency, a frequency of the low-pass filter and the high-pass filter, and a gain of the integrator are determined as the extreme value control parameters;
    The optimal control device according to claim 1.
  3.  表示部に、前記極値制御パラメータ決定部によって決定された現在の極値制御パラメータと、前記極値制御パラメータ決定部によって新たに決定された極値制御パラメータと、に関する情報を比較可能な態様で表示させるための情報を生成する表示制御部をさらに備える、
     請求項1又は2に記載の最適制御装置。
    In a mode in which the display unit can compare information regarding the current extreme value control parameter determined by the extreme value control parameter determination unit and the extreme value control parameter newly determined by the extreme value control parameter determination unit. A display control unit for generating information for display;
    The optimal control apparatus according to claim 1 or 2.
  4.  前記極値制御パラメータ決定部は、前記制御対象プロセスの動作点に応じて、前記制御対象パラメータ及び前記極値制御パラメータの複数のパラメータセットを取得し、
     前記極値制御部は、前記制御対象プロセスの動作点に応じた極値制御パラメータで極値制御を実行する、
     請求項1から3のいずれか一項に記載の最適制御装置。
    The extreme value control parameter determination unit acquires a plurality of parameter sets of the control target parameter and the extreme value control parameter according to an operating point of the control target process,
    The extreme value control unit executes extreme value control with an extreme value control parameter corresponding to an operating point of the process to be controlled.
    The optimal control apparatus as described in any one of Claim 1 to 3.
  5.  前記極値制御部は、現在の極値制御に使用している極値制御パラメータと、前記極値制御パラメータ決定部によって新たに決定された極値制御パラメータと、の差が所定の閾値を越えた場合に前記新たに決定された極値制御パラメータで極値制御を実行する、
     請求項1から4のいずれか一項に記載の最適制御装置。
    The extreme value control unit has a difference between the extreme value control parameter currently used for extreme value control and the extreme value control parameter newly determined by the extreme value control parameter determination unit exceeds a predetermined threshold value. In this case, the extreme value control is executed with the newly determined extreme value control parameter.
    The optimal control apparatus as described in any one of Claim 1 to 4.
  6.  現在の極値制御に使用されている極値制御パラメータと、前記新たに決定された極値制御パラメータと、の差が所定の閾値を越えたことを通知する通知部をさらに備える、
     請求項5に記載の最適制御装置。
    A notification unit for notifying that a difference between an extreme value control parameter currently used for extreme value control and the newly determined extreme value control parameter exceeds a predetermined threshold;
    The optimal control apparatus according to claim 5.
  7.  制御対象プロセスの操作量と、前記操作量に応じて変化する制御量に基づく前記制御対象プロセスの最適化に関する指標を示す評価量とに基づいて、前記制御対象プロセスの特性を示す制御対象パラメータを決定する制御対象パラメータ決定ステップと、
     前記制御対象パラメータ決定ステップにおいて決定された前記制御対象パラメータに基づいて、前記極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する極値制御パラメータ決定ステップと、
     前記極値制御パラメータ決定ステップにおいて決定された極値制御パラメータを用いて、前記評価量が最適値に向かうように前記操作量を変化させる極値制御を実行する極値制御ステップと、
     を有する
    最適制御方法。
    Based on an operation amount of the control target process and an evaluation amount indicating an index related to optimization of the control target process based on a control amount that changes according to the operation amount, a control target parameter indicating a characteristic of the control target process is A control object parameter determination step to be determined; and
    An extreme value control parameter determining step for determining an extreme value control parameter for executing the extreme value control based on the controlled object parameter determined in the controlled object parameter determining step;
    Using the extreme value control parameter determined in the extreme value control parameter determination step, an extreme value control step for executing extreme value control for changing the manipulated variable so that the evaluation value is directed to an optimum value;
    An optimal control method.
  8.  制御対象プロセスの操作量と、前記操作量に応じて変化する制御量に基づく前記制御対象プロセスの最適化に関する指標を示す評価量とに基づいて、前記制御対象プロセスの特性を示す制御対象パラメータを決定する制御対象パラメータ決定ステップと、
     前記制御対象パラメータ決定ステップにおいて決定された前記制御対象パラメータに基づいて、前記極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する極値制御パラメータ決定ステップと、
     前記極値制御パラメータ決定ステップにおいて決定された極値制御パラメータを用いて、前記評価量が最適値に向かうように前記操作量を変化させる極値制御を実行する極値制御ステップと、
     をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
    Based on an operation amount of the control target process and an evaluation amount indicating an index related to optimization of the control target process based on a control amount that changes according to the operation amount, a control target parameter indicating a characteristic of the control target process is A control object parameter determination step to be determined; and
    An extreme value control parameter determining step for determining an extreme value control parameter for executing the extreme value control based on the controlled object parameter determined in the controlled object parameter determining step;
    Using the extreme value control parameter determined in the extreme value control parameter determination step, an extreme value control step for executing extreme value control for changing the manipulated variable so that the evaluation value is directed to an optimum value;
    A computer program for causing a computer to execute.
  9.  制御対象プロセスの操作量と、前記操作量に応じて変化する制御量に基づく前記制御対象プロセスの最適化に関する指標を示す評価量とに基づいて、前記制御対象プロセスの特性を示す制御対象パラメータを決定する制御対象パラメータ決定部と、
     前記制御対象パラメータ決定部によって決定された前記制御対象パラメータに基づいて、前記極値制御を実行するための極値制御パラメータを決定する極値制御パラメータ決定部と、
     を備える第1の極値制御装置と、
     前記第1の極値制御装置によって決定された極値制御パラメータを用いて、前記評価量が最適値に向かうように前記操作量を変化させる極値制御を実行する第2の極値制御装置と、
     を備える、
     最適制御システム。
    Based on an operation amount of the control target process and an evaluation amount indicating an index related to optimization of the control target process based on a control amount that changes according to the operation amount, a control target parameter indicating a characteristic of the control target process is A control target parameter determining unit to determine;
    An extreme value control parameter determining unit that determines an extreme value control parameter for executing the extreme value control based on the controlled object parameter determined by the controlled object parameter determining unit;
    A first extreme value control device comprising:
    A second extreme value control device that executes extreme value control for changing the manipulated variable such that the evaluation value is directed to an optimum value using the extreme value control parameter determined by the first extreme value control device; ,
    Comprising
    Optimal control system.
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