JP2637302B2 - Control method and device - Google Patents
Control method and deviceInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は制御方法及びその装置に
係り、特に、異なる制御方式を複数併用して同一の制御
対象を制御するのに好適な制御方法及びその装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method and an apparatus therefor, and more particularly to a control method and an apparatus suitable for controlling the same control object by using a plurality of different control methods.
【0002】[0002]
【従来の技術】1つの制御対象を制御するのに複数の異
なる制御方式を採用する従来技術として、特開平1−1
77604号公報記載のものがある。この従来技術で
は、目標値と制御量との偏差が大きいときは速応性に優
れた制御装置を用いて制御を行い、前記偏差が小さいと
きは制御装置を切り替え、安定性に優れた制御装置で制
御を行うようにしている。この従来技術は、2つの異な
る制御装置を用いているが、両方の制御装置共に線形制
御に属している。2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 1-1 discloses a prior art which employs a plurality of different control methods to control one control target.
There is one described in 77604. According to this conventional technique, when the deviation between the target value and the control amount is large, control is performed using a control device having excellent responsiveness, and when the deviation is small, the control device is switched, and the control device has excellent stability. Control is performed. This prior art uses two different controllers, both of which belong to linear control.
【0003】近年の制御技術として、非線形制御に好適
なFuzzy制御やニューラルネット制御が脚光を浴び
てきている。この非線形制御装置は、熟練者の制御操作
を学習にて真似ることがうまいのであるが、熟練者とい
えども滅多に遭遇しない事態に対してはその状態を学習
するデータ量が不足するため未だ確立した技術とはいえ
ない。そこで、確立した技術である従来からの線形制御
と組み合せて用いることになる。例えば、特開平1−2
50103号公報や特開平2−8903号公報記載の従
来技術では、Fuzzy制御装置と線形制御装置の2つ
を併用し、1つの制御対象が安定なときはPID制御つ
まり線形制御を行い、安定性が悪くなったときFuzz
y制御を行っている。[0003] As control techniques in recent years, Fuzzy control and neural network control suitable for non-linear control have been spotlighted. This non-linear control device is good at imitating the control operation of a skilled person by learning, but it is still established for situations where even a skilled person rarely encounters it because the amount of data to learn the state is insufficient. It cannot be said that it is the technology that was done. Therefore, it is used in combination with the established linear control, which is a conventional technique. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-2
In the prior arts described in Japanese Patent No. 50103 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-8903, a Fuzzy control device and a linear control device are used in combination, and when one control target is stable, PID control, that is, linear control is performed. Fuzz when bad
y control is being performed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】例えば負荷のかかった
モータの回転数を目標値に制御する場合、上述した特開
平1−177604号公報記載の従来技術を適用し、実
際の回転数と目標値との偏差が大きいときは速応性に優
れた制御装置を用い偏差が小さくなったとき安定性に優
れた制御装置に切り換える構成とすることで、速応性と
安定性の両方を満たした制御をすることができる。しか
し、制御装置の切り換え時にオーバーシュートが起きな
いという保証はない。また、上記の例では、制御対象の
状態量が「回転数偏差」の1つだけのため、それに対応
した制御装置を構成することは簡単である。しかし、化
学プラントや鉄鋼,発電プラント等の大規模プラントで
は、制御対象の状態量が沢山有り、これら全ての状態量
を線形制御装置で制御することは、制御装置の設定が複
雑となってしまう。更に、プラント等では、プラント起
動時等の様に急速にプラント状態量を目標値に近付け目
標値に近付いたらその目標値に安定に制御するという非
線形の制御が多々有る。そこで、非線形制御に威力を発
揮するFuzzy制御やニューラルネット制御の導入が
望まれる訳である。For example, when the rotational speed of a motor under load is controlled to a target value, the conventional technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-177604 is applied, and the actual rotational speed and the target value are controlled. When the deviation is large, a control device with excellent responsiveness is used, and when the deviation is small, the control device is switched to a control device with excellent stability, thereby performing control that satisfies both responsiveness and stability. be able to. However, there is no guarantee that no overshoot will occur when the control device is switched. Further, in the above example, since the state quantity of the control target is only one “rotational speed deviation”, it is easy to configure a control device corresponding thereto. However, in a large-scale plant such as a chemical plant, a steel plant, or a power plant, there are many state quantities to be controlled, and controlling all of these state quantities with a linear controller complicates the setting of the controller. . Further, in a plant or the like, there are many non-linear controls in which a plant state quantity rapidly approaches a target value and is stably controlled to the target value when approaching the target value, such as at the time of starting the plant. Therefore, it is desirable to introduce Fuzzy control or neural network control that exerts its power in nonlinear control.
【0005】Fuzzy制御を導入した上述した特開平
1−250103号公報や特開平2−8903号公報記
載の従来技術は、Fuzzy制御装置を万一の時のバッ
クアップとして用いている。しかしこれでは、起動時等
のように非線形制御で威力を発揮するFuzzy制御の
特性を利用しないことになってしまう。また、プラント
に異常が生じ何が起きるか分からない状態になったとき
のメンバーシップ関数を定めるデータ量を集めるのは難
しく、斯かる状態に対するFuzzy制御は未だ確立し
た技術とはいい難い。さらに重要なこととして、バック
アップに切替えられた際に、予め定められた許容範囲内
に収まるような過渡応答、すなわち、オーバシュートや
アンダーシュートの量を保証していない。[0005] In the prior arts described in JP-A-1-250103 and JP-A-2-8903 to which Fuzzy control is introduced, the Fuzzy control device is used as a backup in case of emergency. However, in this case, the characteristic of the fuzzy control that exerts its power by the non-linear control such as at the time of startup is not used. In addition, it is difficult to collect a data amount for defining a membership function when an abnormality occurs in the plant and it is not known what will happen, and Fuzzy control for such a state is hardly a well-established technique. More importantly, it does not guarantee a transient response, ie, an amount of overshoot or undershoot, that falls within a predetermined allowable range when switching to backup.
【0006】本発明の目的は、Fuzzyやニューラル
ネット等の非線形制御装置の特性を生かししかも安全性
も重視し、常に許容範囲内に収まる過渡応答を保証でき
る制御方法及びその装置を提供することにある。An object of the present invention also emphasizes taking advantage moreover safety characteristics of the non-linear control apparatus such as a Fuzzy and neural network, always to provide a control method and equipment can guarantee transients within the allowable range It is in.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的は、非線形制御
手段と線形制御手段とを用いて制御対象を制御する場合
に、閉ループ系の状態量を座標軸とする状態空間で前記
非線形制御手段から前記線形制御手段に制御を切り替え
たときの過渡応答が許容範囲内となる凸領域を予め設定
しておき、前記非線形制御手段で制御されている前記制
御対象の状態量が前記凸領域から外に出ることが予見さ
れたとき前記非線形制御手段から前記線形制御手段に切
り替えて前記制御対象を制御させることで、達成され
る。The above object is achieved by a non-linear control.
To control the controlled object using the control means and the linear control means
In the state space using the state quantities of the closed loop system as coordinate axes,
Switching control from non-linear control means to linear control means
Area is set in advance so that the transient response when
In addition, the control which is controlled by the non-linear control means
It is foreseen that the state quantity of the control object goes out of the convex area.
Is switched from the non-linear control means to the linear control means.
This can be achieved by controlling the control object instead .
【0008】[0008]
【作用】非線形制御手段であっても、メンバーシップ関
数等を定めるのに充分なデータ量を集めることのできる
領域内での制御は、線形制御手段と同様に信頼性良く制
御することができ、しかも非線形制御手段の特性に適し
ている。制御が不安定となり、制御対象の状態量がこの
領域から外れる場合には、従来から確立されている線形
制御手段で制御するのが安全性の点で好ましい。しか
し、ここで、いつの時点で制御を切り替えるかというこ
とが問題となる。非線形制御から線形制御に切り替える
場合、切替直前における制御対象の状態量が線形制御の
初期値となり、この初期値が、線形制御の過渡応答すな
わち制御性能に関わってくる。そこで本発明では、非線
形制御から線形制御に切り替える判断基準として、この
過渡応答が許容範囲内となる凸領域を予め定めておき、
この凸領域から外に出ることが予見されたときに制御を
切り替える構成とすることで、制御性能を保証し、制御
を切り替えたときの安全性を確保している。 [Function] Even if it is a nonlinear control means, the membership related
Able to collect enough data to determine numbers etc.
Control within the area is controlled with the same reliability as linear control means.
Control and suitable for the characteristics of nonlinear control means
ing. The control becomes unstable, and the state quantity of the
When out of range, the established linear
It is preferable to control by the control means from the viewpoint of safety. Only
At this point, the point at which control is switched
Is a problem. Switching from nonlinear control to linear control
In this case, the state quantity of the control
The initial value becomes the initial value.
That is, it is related to control performance. Therefore, in the present invention,
This criterion for switching from shape control to linear control is
A convex region where the transient response is within the allowable range is determined in advance,
When it is predicted to go out of this convex area,
By switching the configuration, control performance is guaranteed and control
To ensure safety when switching.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例に係る制御装置の構
成図である。この実施例に係る制御装置は、Fuzzy
やニューラルネット等の非線形制御器(制御器1と図示
する。)11と、従来のPID制御を行う線形制御器
(制御器2と図示する。)12と、寄与率決定手段13
を備え、両制御器11,12の出力が寄与率決定手段1
3を介して、制御対象であるプラント14へ与えられて
いる。両制御器11,12は、プラント14の出力(制
御量)を含むプラント状態量を取り込み、各々単独にプ
ラント14を制御するための制御出力を発生している。
一方、寄与率決定手段13は、各制御器11,12の内
部状態量およびプラント14の状態量の両方をモニター
しながら、両制御器11,12からの制御出力を適切な
比率で寄与させながら、制御出力値を発生する。この制
御出力値がプラント14へ実際に入力される操作量とな
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a control device according to one embodiment of the present invention. The control device according to this embodiment is a Fuzzy
Controller 11 (illustrated as a controller 1) such as a controller and a neural network, a linear controller (illustrated as a controller 2) 12 for performing conventional PID control, and a contribution rate determining means 13
And the outputs of both controllers 11 and 12 are
3 to a plant 14 to be controlled. The controllers 11 and 12 take in plant state quantities including the output (control amount) of the plant 14 and generate control outputs for controlling the plant 14 independently.
On the other hand, the contribution ratio determination means 13 monitors both the internal state quantities of the controllers 11 and 12 and the state quantity of the plant 14 while contributing the control outputs from the controllers 11 and 12 at an appropriate ratio. , Generate a control output value. This control output value is the operation amount actually input to the plant 14.
【0010】図2は、上述した寄与率決定手段13の一
実施例の構成図である。本実施例では、各制御器11,
12の寄与率が、切替器21によって、0%か100%
のいずれかに決定される。つまり、プラント14の通常
運転時での制御は非線形制御器11のみの出力にて行
い、詳細は後述する様にプラント状態量が或る範囲を越
えそうになったとき、線形制御器12のみの出力にてプ
ラント14を制御する。尚、0%か100%かの寄与率
ではなく、その中間の寄与率を段階的に切替える構成と
してもよい。すなわち、制御入力の大きな変化を嫌う場
合、可及的速やかに0%から100%へ、段階を追って
切替えてゆく構成としてもよい。いずれにしても、この
切替えのタイミングを決定するのは、切替え判断手段2
2であり、この手段22が前述のように各状態量をモニ
タし、判断する。ここで行なわれる切替え判断の根拠
と、その原理について、つぎに詳しく述べる。FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of the contribution ratio determining means 13 described above. In the present embodiment, each controller 11,
12 is 0% or 100% by the switch 21
Is determined. That is, the control during the normal operation of the plant 14 is performed with the output of only the nonlinear controller 11, and as described in detail later, when the plant state quantity is going to exceed a certain range, only the linear controller 12 is controlled. The output 14 controls the plant 14. It should be noted that, instead of the contribution ratio of 0% or 100%, an intermediate contribution ratio may be switched stepwise. That is, if a large change in the control input is disliked, the configuration may be such that the control is switched stepwise from 0% to 100% as soon as possible. In any case, the timing of this switching is determined by the switching determining means 2
This means 22 monitors and determines each state quantity as described above. The basis of the switching decision made here and its principle will be described in detail below.
【0011】切替えの判断の根拠は、切替えられた直後
から有効となる線形制御器12とプラント14との閉ル
ープが成す過渡応答である。従って、それ以前のFuz
zyなどの非線形制御器11がどのような制御を実行し
ていたかにはいっさい関わりなく、切替えを実行する。
これにより、線形制御器12は、優れたバックアップ手
段として機能することになる。ここで問題となるのは、
線形制御器12とプラント14の成すループの過渡応答
が、予め規定されたオーバーシュートとアンダーシュー
トの範囲内に収まるかどうかである。一般に線形系の過
渡応答は、制御開始時の状態量の初期値によって左右さ
れる。この点について本発明に関連する知見を次に述べ
たい。The basis of the switching decision is a transient response formed by a closed loop between the linear controller 12 and the plant 14 which becomes effective immediately after the switching. Therefore, the previous Fuz
The switching is executed regardless of what kind of control the nonlinear controller 11 such as zy is executing.
As a result, the linear controller 12 functions as an excellent backup means. The problem here is that
It is determined whether the transient response of the loop formed by the linear controller 12 and the plant 14 falls within a predetermined range of overshoot and undershoot. Generally, the transient response of a linear system depends on the initial value of the state quantity at the start of control. In this regard, the following is a knowledge related to the present invention.
【0012】以下では、線形制御器12とプラント14
を含む状態量をx1,x2,…などと表し、単にXと表
記したときは、これらをまとめた列ベクトルであるもの
とし、このベクトルの作る空間を状態空間と呼ぶ。ま
た、線形制御器12の出力、すなわち、切替え後のプラ
ント14への制御入力をu1,u2,…または、まとめ
て列ベクトルUで表すものとする。In the following, the linear controller 12 and the plant 14
Are represented as x1, x2,..., And simply represented as X, these are assumed to be a column vector that is put together, and the space created by this vector is called a state space. The output of the linear controller 12, that is, the control input to the plant 14 after the switching is represented by u1, u2,... Or collectively represented by a column vector U.
【0013】さて、プラントの状態量Xに関する微分方
程式、すなわち状態方程式は、The differential equation relating to the state quantity X of the plant, that is, the state equation is:
【0014】[0014]
【数1】 (Equation 1)
【0015】で表され、ここでA,Bはプラント14の
動特性を特徴づけるシステム行列である。一方、線形制
御器12は、次の数式2に従って出力Uを発生する。Where A and B are system matrices characterizing the dynamic characteristics of the plant 14. On the other hand, the linear controller 12 generates an output U according to the following equation (2).
【0016】[0016]
【数2】 (Equation 2)
【0017】ここでFはフィードバックゲイン行列であ
る。これらの2つの数式1,2から次式3が得られる。Here, F is a feedback gain matrix. From these two formulas 1 and 2, the following formula 3 is obtained.
【0018】[0018]
【数3】 (Equation 3)
【0019】ここで、Ac は閉ループ系に対応するシス
テム行列である。この方程式3を初期値X(0)のもと
で解くと、その解として、次式4で表される過渡応答X
(t)が得られる。Here, Ac is a system matrix corresponding to a closed loop system. When this equation 3 is solved under an initial value X (0), a transient response X expressed by the following equation 4 is obtained as a solution.
(T) is obtained.
【0020】[0020]
【数4】 (Equation 4)
【0021】この数式4が示すように、状態量Xの過渡
応答は、その初期値X(0)に依存しており、たとえ線
形制御系の閉ループ安定性が行列Ac の値によって保証
されていても、初期値よっては大きなオーバーシュート
やアンダーシュートを起こしてしまう。ここで言う初期
値とは、非線形制御器11から線形制御器12に制御が
切替えられた瞬間の状態量の値である。従って、過渡応
答が予め許容された範囲に収まることを保証するために
は、少なくとも、切替え時の状態量の満たすべき条件に
注意を払わなければならない。もし、全ての考え得る状
態量をしらみつぶしに調べてゆくとすると、通常は数個
から数十個にものぼる状態量があるので、各々の組合せ
は膨大な量になる。すなわち数十次元の状態空間上の点
のひとつひとつを初期値として、数式4によって過渡応
答のチェックをしなければならないこととなり、実施は
きわめて困難である。As shown in equation (4), the transient response of the state quantity X depends on its initial value X (0), and even if the closed-loop stability of the linear control system is guaranteed by the value of the matrix Ac. However, depending on the initial value, a large overshoot or undershoot may occur. Here, the initial value is a value of the state quantity at the moment when the control is switched from the nonlinear controller 11 to the linear controller 12. Therefore, in order to ensure that the transient response falls within the previously permitted range, attention must be paid to at least the condition that the state quantity at the time of switching must satisfy. If, when Yuku examine all state quantity conceivable to exhaustive, usually than a status quantity amounting to several tens of several, each combination is a huge amount. That is, it is necessary to check the transient response using Equation 4 with each point on the state space of several tens of dimensions as an initial value, which is extremely difficult to implement.
【0022】しかしながら、過渡応答の初期値依存性に
凸性があることを利用すると、極めて簡単な手続きで初
期値の満たすべき条件を求めることができる。この凸性
は次のようにして示される。まず、状態空間上の点Xα
(0)を初期値とした過渡応答Xα(t)(次の数式5
に示す)、およびXβ(0)を初期値とした過渡応答X
β(t)(次の数式6に示す)が許容された範囲内に収
まるものと仮定する。However, by utilizing the fact that the initial response of the transient response has a convexity, it is possible to determine the condition that the initial value must satisfy by a very simple procedure. This convexity is shown as follows. First, a point Xα on the state space
(0) as an initial value, a transient response Xα (t) (formula 5 below)
And Xβ (0) as the initial value.
Assume that β (t) (shown in Equation 6 below) falls within the allowed range.
【0023】[0023]
【数5】 (Equation 5)
【0024】[0024]
【数6】 (Equation 6)
【0025】次に、両初期値を結ぶ直線上の中間点Xγ
(0)を初期値とした過渡応答Xγ(t)の性質につい
て考えてみる。中間点Xγ(0)は、次の数式7によっ
て定義される。Next, an intermediate point Xγ on a straight line connecting both initial values is obtained.
Consider the nature of the transient response Xγ (t) with (0) as the initial value. The midpoint Xγ (0) is defined by the following equation (7).
【0026】[0026]
【数7】 (Equation 7)
【0027】上式7により、次の数式8に示すように,
過渡応答Xγ(t)も、両過渡応答Xα(t)とXβ
(t)の中間の性質を持つことがわかる。From the above equation 7, as shown in the following equation 8,
The transient response Xγ (t) is also the two transient responses Xα (t) and Xβ
It can be seen that it has an intermediate property of (t).
【0028】[0028]
【数8】 (Equation 8)
【0029】すなわち、オーバーシュートもアンダーシ
ュートも前2者(Xα(t),Xβ(t))を超えるこ
とはなく、必ず許容範囲内に収まる。これより、初期値
として許容できる2点を結ぶ直線上の全ての点が、初期
値として許容し得ることが直ちに導かれ、更にこのよう
な許容できる点の集合は、状態空間内の凸領域となるこ
とも自明である。仮に状態量がX1〜X3であるとする
と、図3に示すイメージのようになる。That is, neither the overshoot nor the undershoot exceeds the former two (Xα (t), Xβ (t)) and always falls within the allowable range. From this, it is immediately derived that all points on a straight line connecting two points that can be accepted as initial values can be accepted as initial values, and furthermore, such a set of acceptable points is defined as a convex region in the state space. It is obvious that it will. Assuming that the state quantities are X1 to X3, an image shown in FIG. 3 is obtained.
【0030】実際には図4のように実施することが簡便
である。即ち図4では、凸領域を多面体で表しており、
状態空間上の座標軸に沿って求められた点P1,P2,
…を互いに結んで多面体としたものである。これらの点
を求めるには、シミュレーションなどによって過渡応答
を確認するが、最少で、座標軸の2倍の数の点を求める
だけで済ますことができるので、十分に実用的である。Actually, it is easy to implement the configuration as shown in FIG. That is, in FIG. 4, the convex region is represented by a polyhedron,
Points P1, P2, determined along coordinate axes on the state space
Are connected to each other to form a polyhedron. In order to obtain these points, the transient response is confirmed by simulation or the like. However, since it is sufficient to obtain at least twice as many points as the coordinate axes, it is sufficiently practical.
【0031】より具体的な例として、次の数式9で示さ
れる2次元(状態量が2つ)のプラントを例にとって説
明する。状態量は、x1とx2の2種であり、x2
(t)の応答は無制約であるが、x1(t)の応答に対
しては、ゼロを基準として−1から+1以内という許容
範囲が設定されているものとする。As a more specific example, a two-dimensional (two state quantities) plant represented by the following equation 9 will be described as an example. There are two types of state quantities, x1 and x2, and x2
The response of (t) is unrestricted, but the response of x1 (t) is assumed to have an allowable range of -1 to +1 on the basis of zero.
【0032】[0032]
【数9】 (Equation 9)
【0033】線形制御器12では、次式10にようにフ
ィードバックを行なう。The linear controller 12 performs feedback as in the following equation (10).
【0034】[0034]
【数10】 (Equation 10)
【0035】このゲイン[100,20]は、閉ループ
の固有値が−10.0の2重根となるように予め選ばれ
ている。従って、閉ループ系としては十分に安定である
が、初期値によって過渡応答が異なる。図5には、x
1,x2を座標軸とする状態空間を描き、その上の幾つ
かの点を初期値としてx1(t)の過渡応答を計算した
結果を併せて示してある。The gain [100, 20] is previously selected such that the eigenvalue of the closed loop is a double root of -10.0. Therefore, although the closed-loop system is sufficiently stable, the transient response differs depending on the initial value. FIG.
A state space with coordinate axes 1, 1 and 2 is drawn, and the results of calculating the transient response of x1 (t) with some points on it as initial values are also shown.
【0036】図5に示すように、まずx1座標軸上では
(1,0)および(−1,0)の2点は許容される(−
1〜+1の範囲に収まる)。一方、x2座標軸上では、
(0,28)および(0,−28)が許容限界である。
この4点を結んで4辺形を作ると、その周上および内部
は全て許容される。例として、周上の4点を新たに選び
過渡応答を計算した結果も同図に示してある。As shown in FIG. 5, first, two points (1, 0) and (-1, 0) are allowed on the x1 coordinate axis.
1 to +1). On the other hand, on the x2 coordinate axis,
(0,28) and (0, -28) are acceptable limits.
When these four points are connected to form a quadrilateral, the perimeter and inside are all allowed. As an example, the result of newly selecting four points on the circumference and calculating the transient response is also shown in FIG.
【0037】以上述べた方法は、さらに幾つかの変形が
考えられる。まず、状態空間内の凸領域として、多面体
に含まれる円や楕円体を用いることは、計算処理を早く
する上で有効な工夫である。すなわち、凸多面体領域の
場合に、ある点がその内部にあるのかどうかを決定する
ためには、面の数だけの1次不等式を調べなければなら
ないが、円や楕円体では、ひとつの2次不等式を調べる
だけで済むので、計算の手間が省けるのである。The method described above may have some further variations. First, using a circle or an ellipsoid included in a polyhedron as a convex region in the state space is an effective device for speeding up the calculation process. That is, in the case of a convex polyhedron region, in order to determine whether or not a certain point is inside, a first-order inequality equal to the number of faces must be examined. All you have to do is check the inequalities, saving you the hassle of doing calculations.
【0038】また、ディジタル計算器でサンプル値制御
をする際には、1ステップ未来のサンプル時点の状態量
を、状態方程式などにより予見し、その予見した状態量
の値を用いて切替えの判別を行なうことが有効である。
また、これまでに述べてきた切替えの判別を自動で行な
う実施例の他に、運転員に状態空間上の状態量の位置を
表示したり、許容領域を超えそうになったら(境界に近
付いたら)警報を発生するなどの実施例も考えられる。
斯かる表示や警報は、従来の線形制御器のみを用いてい
るプラント制御盤においても有効で有り、このような実
施例の構成を図6に示す。When the sample value is controlled by the digital computer, the state quantity at the sampling point in the next one step is foreseen by a state equation or the like, and switching judgment is performed using the value of the foreseeable state quantity. It is effective to do.
Further, in addition to the above-described embodiment in which the determination of switching is automatically performed, the position of the state quantity in the state space is displayed to the operator, and when the operator is about to exceed the allowable area (when approaching the boundary, Embodiments such as generating an alarm are also conceivable.
Such a display and an alarm are also effective in a plant control panel using only a conventional linear controller, and the configuration of such an embodiment is shown in FIG.
【0039】図6では、状態量監視手段62が、プラン
ト14と制御器61の状態量を監視しており、その状態
量の値を状態空間にプロットして、表示機器62に表示
すると共に、前述の許容領域の境界に近付いた時に、警
報発生器63を用いて運転員に知らせる。この実施例で
は制御器61が線形制御器であり、許容領域はこの制御
器61に合わせて設定されている。何等かの大きな外乱
が入った場合などに、状態量が瞬間的に大きく移動し、
そのまま制御を継続すれば、オーバーシュートやアンダ
ーシュートが許容範囲を超えると予想されるような際
の、警報発生方法として有効である。In FIG. 6, the state quantity monitoring means 62 monitors the state quantities of the plant 14 and the controller 61, plots the values of the state quantities in the state space, and displays them on the display device 62. When approaching the boundary of the above-mentioned allowable area, the operator is notified using the alarm generator 63. In this embodiment, the controller 61 is a linear controller, and the allowable range is set in accordance with the controller 61. In the case of some kind of large disturbance, the state quantity moves large instantaneously,
If control is continued as it is, it is effective as a method for generating an alarm when overshoot or undershoot is expected to exceed an allowable range.
【0040】さらに別の実施例として、原子炉の給水制
御に応用したものを図7に示す。図7では、プラント7
1がポンプを含む給水系の動特性を表している。その内
部には3つの状態量(x1:水位偏差、x2:流量偏
差、x3:流量偏差変化分)が含まれている。一方、制
御装置は、Fuzzy制御器72および線形制御器73
を備え、これらを状態量監視兼切替え手段74によって
切替えて用いる。切替え手段74は、切替えの根拠と状
態量の様子を運転員に明確に説明するために、表示手段
75を備えている。FIG. 7 shows still another embodiment applied to water supply control of a nuclear reactor. In FIG. 7, the plant 7
Reference numeral 1 denotes the dynamic characteristics of the water supply system including the pump. It contains three state variables (x1: water level deviation, x2: flow deviation, x3: flow deviation change). On the other hand, the control device includes a fuzzy controller 72 and a linear controller 73
These are switched and used by the state quantity monitoring and switching means 74. The switching means 74 includes a display means for clearly explaining the basis of the switching and the state of the state to the operator.
75 .
【0041】線形制御器73は、いわゆるPI制御器で
あり、比例ゲインKpと積分ゲインKiを備えている。
そのために内部に状態量x4:水位偏差積分値が含まれ
ている。プラントの状態方程式は、次の数式11のよう
になり、線形フィードバック則は数式12に示すように
なる。The linear controller 73 is a so-called PI controller, and has a proportional gain Kp and an integral gain Ki.
For this purpose, a state quantity x4: water level deviation integrated value is included therein. The state equation of the plant is expressed by the following equation 11, and the linear feedback rule is expressed by the following equation 12.
【0042】[0042]
【数11】 [Equation 11]
【0043】[0043]
【数12】 (Equation 12)
【0044】これらの数式11,12は、前記した数式
1,2に各々対応する。前述の方法と同様に、x1〜x
4を座標軸とする状態空間内に、16面体領域を作るこ
とができる。プラントの状態がこの領域内部にあれば、
熟練者の操作を学習させたニューラルネット制御やFu
zzy制御を使い、非線形の制御を行う。Equations 11 and 12 correspond to Equations 1 and 2, respectively. As in the method described above, x1 to x
A hexahedral region can be created in a state space with 4 as a coordinate axis. If the state of the plant is inside this area,
Neural network control and Fu that have learned the operation of the expert
Non-linear control is performed using zzy control.
【0045】本実施例のように、万一のバックアップの
手段として線形制御器を用いる場合には、通常のFuz
zy制御器からどのような根拠で切替えられるのかを運
転員に明確に知らせるための、いわゆるトランスパレン
シーを備えることは本質的な必須要件である。そのため
の表示手段75の表示画面について、一実施例を図8に
示す。4次元空間内の多面体を2つの2次元座標空間に
分割して表示している。この分割に際する座標軸の組合
せは、どのように決めても同じであるが、一例として、
x1,x2およびx3,x4を各々組み合わせてある。
各2次元空間上に表示された輝点は、現在の状態量の値
を表示したものであり、矩形の枠は、現在の状態量を含
む面で前出の多面体を切断した面を示している。すなわ
ち、4辺形P1〜P4は、 x3=(現在の状態量のx3値),x4=(現在の状態量のx4値) なるx1,x2軸に平行な面で多面体を切ったものであ
る。従って、この4辺形は現在の状態量の値に応じて大
きさを変化させる。4辺形P5〜P7についても同様
に、x3,x4軸に平行な面で多面体を切断した結果を
示している。この両4辺形の内部に輝点が入っていれば
安心してFuzzy制御を使うことができ、運転員もそ
れを確認することができる。In the case where a linear controller is used as an emergency backup means as in this embodiment, a normal Fuz
It is an essential requirement to have a so-called transparency to clearly inform the operator of the basis for switching from the zy controller. An embodiment of the display screen of the display means 75 for that purpose is shown in FIG. The polyhedron in the four-dimensional space is divided into two two-dimensional coordinate spaces and displayed. The combination of coordinate axes for this division is the same no matter how it is determined, but as an example,
x1, x2 and x3, x4 are respectively combined.
The bright spot displayed on each two-dimensional space indicates the value of the current state quantity, and the rectangular frame indicates a plane obtained by cutting the aforementioned polyhedron on a plane including the current state quantity. I have. That is, the quadrilaterals P1 to P4 are obtained by cutting a polyhedron on a plane parallel to the x1 and x2 axes such that x3 = (x3 value of current state quantity) and x4 = (x4 value of current state quantity). . Therefore, the size of this quadrilateral changes according to the value of the current state quantity. Similarly, the results of cutting the polyhedron on the planes parallel to the x3 and x4 axes are shown for the quadrilaterals P5 to P7. If the bright spot is inside the quadrilateral, the Fuzzy control can be used with confidence, and the operator can also confirm it.
【0046】さらに他の表示例として、図9に示す3次
元グラフがある。これは、線形制御に切替えられた直後
は、状態量x4を常にゼロからスタートさせることを前
提として制御則を決めた場合に有効になる。この場合、
前記の4次元多面体をx4=0の面で切断した3次元多
面体を考えれば十分であるから、これを視覚的に表示す
ることが容易になる。プラントの内部状態量が本実施例
よりもさらに多い場合には、複数の3次元グラフに分割
して表示することも有効である。As another display example, there is a three-dimensional graph shown in FIG. This is effective when the control law is determined on the assumption that the state quantity x4 always starts from zero immediately after switching to the linear control. in this case,
Since it is sufficient to consider a three-dimensional polyhedron obtained by cutting the above-mentioned four-dimensional polyhedron at a plane of x4 = 0, it is easy to visually display the three-dimensional polyhedron. If the internal state quantity of the plant is larger than that in the present embodiment, it is also effective to divide the display into a plurality of three-dimensional graphs and display them.
【0047】尚、本発明は上述した発電プラントの給水
制御系のみに適用できるだけではなく、他の非線形制御
を含む制御一般に適用できるものである。例えば、原子
力発電プラントの出力制御に適用することもできる。こ
の場合、制御に用いる状態量としては、主蒸気流量偏
差,炉心圧力偏差,中性子束偏差,炉心流量偏差,給水
流量偏差等が好適である。また、モータの回転角の制御
に適用する場合には、回転角偏差,回転角速度または回
転角偏差の微分値,回転角偏差の積分値を状態量とす
る。また、モータの回転角速度の制御に適用する場合に
は、回転角速度偏差,回転角速度偏差の積分値を状態量
とする。更にまた、自動車のアクティブサスペンション
制御に適用する場合には、振動変位,振動速度,振動加
速度を状態量とする。これらの状態量で、非線形制御で
行うか線形制御で行うかを切替えることにより、あるい
は、その寄与率を変化させることで、安全性が高くしか
も熟練者の制御を真似た自動制御が可能となる。The present invention can be applied not only to the above-described water supply control system of the power plant, but also to general control including other nonlinear control. For example, the present invention can be applied to output control of a nuclear power plant. In this case, the state variables used in the control are preferably a main steam flow deviation, a core pressure deviation, a neutron flux deviation, a core flow deviation, a feedwater flow deviation, and the like. When the present invention is applied to the control of the rotation angle of the motor, the rotation angle deviation, the rotation angular velocity or the differential value of the rotation angle deviation, and the integral value of the rotation angle deviation are used as the state quantity. When applied to the control of the rotational angular velocity of the motor, the rotational angular velocity deviation and the integral value of the rotational angular velocity deviation are used as the state quantity. Furthermore, when applied to the active suspension control of an automobile, a vibration displacement, a vibration speed, and a vibration acceleration are set as state quantities. By switching between non-linear control and linear control with these state quantities, or by changing the contribution ratio, automatic control with high safety and imitating the control of a skilled worker can be performed. .
【0048】[0048]
【発明の効果】本発明によれば、Fuzzyやニューラ
ルネット等を含むどのような制御器に対しても、常に許
容範囲内に収まる過渡応答を保証でき、安全性を向上さ
せることが可能となる。According to the present invention, a transient response that is always within an allowable range can be guaranteed for any controller including a fuzzy or a neural network, and safety can be improved. .
【図1】本発明の一実施例に係る制御装置の構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of a control device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す寄与率決定手段の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a contribution rate determining unit shown in FIG. 1;
【図3】本発明の動作原理の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation principle of the present invention.
【図4】本発明の具体的実施方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a specific implementation method of the present invention.
【図5】本発明の具体的動作の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a specific operation of the present invention.
【図6】本発明の別実施例に係る制御装置の構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram of a control device according to another embodiment of the present invention.
【図7】本発明の更に別実施例に係る制御装置の構成図
である。FIG. 7 is a configuration diagram of a control device according to still another embodiment of the present invention.
【図8】図7に示す制御装置における表示画面の構成図
である。8 is a configuration diagram of a display screen in the control device shown in FIG.
【図9】図8とは別の表示画面の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a display screen different from that of FIG. 8;
11…非線形制御制御器、12…線形制御器、13…寄
与率決定手段、14…プラント、62…状態量監視手
段、63…表示機器、64…警報発生器。11: Nonlinear control controller, 12: Linear controller, 13: Contribution ratio determining means, 14: Plant, 62: State quantity monitoring means, 63: Display device, 64: Alarm generator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05B 23/02 301 0360−3H G05B 23/02 301Z G21C 17/00 GDB G21D 3/00 GDBA G21D 3/00 GDB 3/08 GDBQ 3/08 GDB G21C 17/00 GDBW (56)参考文献 特開 平1−250103(JP,A) 特開 平2−8903(JP,A) 特開 昭64−32301(JP,A) 特開 平1−293402(JP,A) 特開 平3−164903(JP,A) PROCEEDINGS OF TH E IEEE、78〜3!(1990−3.) (米)、STEPHEN BOYD,C RAIG BAR RATT AND STEPHEN NORMAN、”LI NEAR CONTROLLER DE SIGN:LIMITS OF PER FORMANCE VIA CONVE X OPTIMIZATION”、P. 529−574 電気学会論文誌D(産業応用部門 誌)、111−D〜3!(平3−3−20)、 松永信智、川路茂保、「DCモータのフ ァジーハイブリッド制御」、P.195− 200──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location G05B 23/02 301 0360-3H G05B 23/02 301Z G21C 17/00 GDB G21D 3/00 GDBA G21D 3 / 00 GDB 3/08 GDBQ 3/08 GDB G21C 17/00 GDBW (56) References JP-A-1-250103 (JP, A) JP-A-2-8903 (JP, A) JP-A 64-32301 ( JP, A) JP-A-1-293402 (JP, A) JP-A-3-164903 (JP, A) PROCEEDINGS OF THE IEEE, 78-3! (1990-3.) (U.S.A.), STEPHEN BOYD, CRAIG BAR RATT AND STEPHEN NORMAN, "LI NEAR CONTROLLER DE SIGN: LIMITS OF PER FORFORMANCE VIA CONVISION OPTIMATIVE IPS. Applied Division Magazine), 111-D ~ 3! (No. 3-3-20), Nobunori Matsunaga, Shigeyasu Kawaji, "Fuzzy Hybrid Control of DC Motor", 195− 200
Claims (6)
て制御対象を制御する制御方法において、閉ループ系の
状態量を座標軸とする状態空間で前記非線形制御手段か
ら前記線形制御手段に制御を切り替えたときの過渡応答
が許容範囲内となる凸領域を予め設定しておき、前記非
線形制御手段で制御されている前記制御対象の状態量が
前記凸領域から外に出ることが予見されたとき前記非線
形制御手段から前記線形制御手段に切り替えて前記制御
対象を制御させることを特徴とする制御方法。1. A method using non-linear control means and linear control means.
In a control method for controlling a controlled object by
In the state space with the state quantity as the coordinate axis, the nonlinear control means
Response when switching control to the linear control means from
Is set in advance to be within the allowable range, and
The state quantity of the controlled object controlled by the linear control means is
The non-linear when it is foreseen to go out of the convex region
Switching from the shape control means to the linear control means
A control method characterized by controlling an object .
から前記線形制御手段に制御を切り替えるとき各制御手
段の寄与率を段階的に切り替えることを特徴とする制御
方法。2. The non-linear control means according to claim 1, wherein
When the control is switched from the
A control method characterized by switching step contribution ratios in stages .
び線形制御手段と、閉ループ系の状態量を座標軸とする
状態空間で前記非線形制御手段から前記線形制御手段に
制御を切り替えたときの過渡応答が許容範囲内となる凸
領域が予め設定されており前記非線形制御手段で制御さ
れている前記制御対象の状態量が前記凸領域から外に出
ることが予見されたとき前記非線形制御手段から前記線
形制御手段に切り替えて前記制御対象を制御させる制御
手段切替手段とを備えることを特徴とする制御装置。3. A nonlinear control means for controlling an object to be controlled.
And linear control means and the state quantities of the closed loop system as coordinate axes
In the state space from the nonlinear control means to the linear control means
Convex where the transient response when switching control is within the allowable range
The region is set in advance and is controlled by the nonlinear control means.
The state quantity of the controlled object that has been
From the non-linear control means when
Control for controlling the control object by switching to a shape control means
A control device comprising: means switching means .
から前記線形制御手段に制御を切り替えるとき各制御手
段の寄与率を段階的に切り替える寄与率決定手段を備え
ることを特徴とする制御装置。 4. The non-linear control means according to claim 3, wherein
When the control is switched from the
Equipped with a contribution ratio determining means for changing the contribution ratio of the step in stages
A control device characterized in that:
制御対象の状態量が前記凸領域から外に出たときまたは
出ることが予見されたとき警報を発する警報手段を備え
ることを特徴とする制御装置。5. The method according to claim 3, wherein
When the state quantity of the control target goes out of the convex region or
Equipped with an alarm means for issuing an alarm when it is foreseen to leave
A control device characterized in that:
て、前記状態空間を座標表示すると共に該座標上での前
記制御対象の状態量の位置を表示する表示手段を備える
ことを特徴とする制御装置。6. The method according to claim 3, wherein :
The state space is displayed as coordinates, and the
Display means for displaying the position of the state quantity of the control target
A control device characterized by the above-mentioned .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076125A JP2637302B2 (en) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | Control method and device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3076125A JP2637302B2 (en) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | Control method and device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH04310102A JPH04310102A (en) | 1992-11-02 |
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Family
ID=13596207
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
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Family Cites Families (4)
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| JPS6432301A (en) * | 1987-07-29 | 1989-02-02 | Toshiba Corp | Process controller |
| JPH01250103A (en) * | 1988-03-30 | 1989-10-05 | Toshiba Corp | Control system |
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| JPH021516A (en) * | 1989-02-13 | 1990-01-05 | Hitachi Ltd | state quantity display device |
-
1991
- 1991-04-09 JP JP3076125A patent/JP2637302B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PROCEEDINGS OF THE IEEE、78〜3!(1990−3.)(米)、STEPHEN BOYD,CRAIG BAR RATT AND STEPHEN NORMAN、"LINEAR CONTROLLER DESIGN:LIMITS OF PERFORMANCE VIA CONVEX OPTIMIZATION"、P.529−574 |
| 電気学会論文誌D(産業応用部門誌)、111−D〜3!(平3−3−20)、松永信智、川路茂保、「DCモータのファジーハイブリッド制御」、P.195−200 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04310102A (en) | 1992-11-02 |
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