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JP7573825B2 - Flow rate control method and flow rate control device - Google Patents
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Description

本発明は、流量制御方法及び流量制御装置に関する。 The present invention relates to a flow control method and a flow control device.

従来、制御システムの状態を表すシステムパラメータとシステムパラメータに対応する制御パラメータとを含む複数のデータセット(情報ベクトル)を格納したデータベースを用いて、制御を行うデータベース駆動型制御が開発されている(例えば、非特許文献1)。 Conventionally, database-driven control has been developed that uses a database that stores multiple data sets (information vectors) that include system parameters that represent the state of a control system and control parameters that correspond to the system parameters (for example, non-patent document 1).

また、データベースに格納する情報ベクトルを生成する際、実験によって多くの操業データを取得することなく、一組の入出力データを用いて様々な制御パラメータに対する入出力データを予測する方法としてERIT(Estimated Response Iterative Tuning)が提案されている(非特許文献2)。 ERIT (Estimated Response Iterative Tuning) has also been proposed as a method for predicting input/output data for various control parameters using a set of input/output data, without obtaining a large amount of operational data through experiments, when generating information vectors to be stored in a database (Non-Patent Document 2).

高尾健司,山本透,雛元孝夫、「Memory-Based型PIDコントローラの設計」、計測自動制御学会論文集、Vol.40,No.9,p.898-905、2004年Kenji Takao, Toru Yamamoto, Takao Hinamoto, "Design of Memory-Based PID Controller", Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 40, No. 9, pp. 898-905, 2004 中村岳男,金子修、「1自由度制御系データを用いた2自由度制御系に対するフィードフォワード部のEstimated Response Iterative Tuning」、第60回自動制御連合講演会、2017年Takeo Nakamura, Osamu Kaneko, "Estimated Response Iterative Tuning of Feedforward for Two-Degree-of-Freedom Control Systems Using One-Degree-of-Freedom Control System Data," 60th Japan Joint Conference on Automatic Control, 2017.

ERITを用いて予測された入出力データからデータベースを作成する場合、予測の基礎となる一組の入出力データの精度が、ERITによる予測の精度に影響を与える。すなわち、予測の基礎となる一組の入出力データである操業データの精度が低い場合、予測される入出力データの精度が低下し、データベース駆動型制御の制御性能が低下する。ERITを用いる場合に限らず、操業データに基づいて情報ベクトルを生成する場合、操業データの精度が情報ベクトルの精度に影響を与えるので、ノイズの多い操業データを用いてデータベースを作成すると制御性能が低下する。 When creating a database from input/output data predicted using ERIT, the accuracy of the set of input/output data that forms the basis of the prediction affects the accuracy of the prediction by ERIT. In other words, if the accuracy of the operational data, which is the set of input/output data that forms the basis of the prediction, is low, the accuracy of the predicted input/output data will decrease, and the control performance of database-driven control will decrease. Not only when ERIT is used, but also when generating an information vector based on operational data, the accuracy of the operational data will affect the accuracy of the information vector, so creating a database using noisy operational data will decrease the control performance.

例えば、上記のデータベース駆動型制御を用いて、粒状物である穀物、粉体である小麦粉、粘度の高い流体等を流量に基づいて計量する場合、計量機内部で流動体が崩れる時に生じるなだれ現象、ブリッジ崩壊、ロードセルの共振による振動等により、流量を制御するためのセンサの出力に大きなノイズが発生する場合がある。このようなノイズを多く含む操業データを基礎として生成された情報ベクトルを用いてデータベースを作成すると、ノイズの影響を受けたパラメータに基づいて制御を行うこととなるため、制御性能が低下するおそれがある。 For example, when using the above database-driven control to measure granular grains, powdered flour, highly viscous fluids, etc. based on flow rate, large noise may occur in the output of the sensor used to control the flow rate due to avalanches that occur when the fluid breaks down inside the weighing machine, bridge collapse, vibrations caused by resonance of the load cell, etc. If a database is created using information vectors generated based on operational data that contains a lot of such noise, control will be performed based on parameters that are affected by the noise, which may degrade the control performance.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、操業データである初期データからノイズの影響を低減して作成されたデータベースを用いた制御性能の高い流量制御方法及び流量制御装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a flow control method and flow control device with high control performance using a database created by reducing the effects of noise from initial data, which is operational data.

上記目的を達成するために、この発明の第1の観点に係る流量制御方法は、
流動体の流量を制御する制御システムの操業データであるステップ応答データを取得して、フィルタリング処理により平滑化する初期データ取得工程と、
前記初期データ取得工程で平滑化されたステップ応答データに基づいて、ERITを用いたデータ予測によって生成された、前記制御システムの状態を表すシステムパラメータと、制御器の特性を表す制御パラメータとを含む複数の情報ベクトルを格納するデータベースを作成するデータベース作成工程と、
前記データベースに格納された情報ベクトルと、前記制御システムの現在の状態を表す要求点との類似度に基づいて、制御パラメータを更新するデータベース駆動型制御によって前記流量を制御する制御工程と、を含む。
In order to achieve the above object, a flow rate control method according to a first aspect of the present invention comprises:
an initial data acquisition step of acquiring step response data, which is operational data of a control system for controlling a flow rate of a fluid, and smoothing the data by filtering;
a database creation step of creating a database for storing a plurality of information vectors including a system parameter representing a state of the control system and a control parameter representing a characteristic of a controller, the information vectors being generated by data prediction using ERIT based on the step response data smoothed in the initial data acquisition step;
and a control process for controlling the flow rate using database-driven control that updates control parameters based on the similarity between an information vector stored in the database and a demand point that represents the current state of the control system.

また、前記フィルタリング処理は、
線形回帰と、複数の重み付き線形回帰とによって前記ステップ応答データを平滑化する、
こととしてもよい。
The filtering process includes:
smoothing the step response data by linear regression and multiple weighted linear regressions;
This may also be the case.

また、前記フィルタリング処理は、
IIRフィルタと、ゼロ位相フィルタとによって前記ステップ応答データを平滑化する、
こととしてもよい。
The filtering process is further
smoothing the step response data with an IIR filter and a zero phase filter;
This may also be the case.

また、前記制御工程では、
計測された前記流量を、線形回帰と、複数の重み付き線形回帰とによってフィルタリングして前記要求点を算出する、
こととしてもよい。
Further, in the control step,
filtering the measured flow rate by a linear regression and a plurality of weighted linear regressions to calculate the demand point;
This may also be the case.

また、前記データベース作成工程のERITでは、
前記制御パラメータは、Adamを用いて最適化される、
こととしてもよい。
In addition, in the database creation process,
The control parameters are optimized using Adam.
This may also be the case.

また、前記データベース作成工程では、
生成された前記複数の情報ベクトルの相互の類似度が所定の閾値以下となるようにいずれかの前記情報ベクトルを削除して、前記データベースを軽量化する、
こととしてもよい。
In addition, in the database creation step,
and reducing the size of the database by deleting any of the generated information vectors so that the mutual similarity of the plurality of information vectors becomes equal to or less than a predetermined threshold.
This may also be the case.

また、前記初期データ取得工程では、
前記ステップ応答データは、前記流量を制御するゲート開度に対応する、立ち上がり時の流量と立ち下がり時の流量とを平均するフィルタリング処理によって平滑化され、
前記データベース作成工程では、
前記ゲート開度と平均された流量とに基づいて前記制御パラメータを算出し、前記複数の情報ベクトルを生成する、
こととしてもよい。
In addition, in the initial data acquisition step,
The step response data is smoothed by a filtering process that averages a rising flow rate and a falling flow rate corresponding to a gate opening degree that controls the flow rate,
In the database creation step,
Calculating the control parameters based on the gate opening and the average flow rate to generate the plurality of information vectors.
This may also be the case.

この発明の第2の観点に係る流量制御装置は、
流動体の流量を制御する制御システムの状態を表すシステムパラメータと制御器の特性を表す制御パラメータとを含む複数の情報ベクトルを格納するデータベースと、
前記データベースに格納された情報ベクトルと、前記制御システムの現在の状態を表す要求点との類似度に基づいて、制御パラメータを更新し、前記流量を制御するデータベース駆動型制御を行う制御部と、を備え、
前記データベースに格納された情報ベクトルは、操業データであるステップ応答データをフィルタリングして平滑化されたデータに基づいて、ERITを用いたデータ予測によって作成された情報ベクトルを含む。
A flow rate control device according to a second aspect of the present invention comprises:
a database storing a plurality of information vectors including a system parameter representing a state of a control system for controlling a flow rate of a fluid and a control parameter representing a characteristic of a controller;
a control unit that performs database-driven control to update a control parameter and control the flow rate based on a similarity between the information vector stored in the database and a demand point that represents a current state of the control system;
The information vectors stored in the database include information vectors created by data prediction using ERIT based on data smoothed by filtering step response data, which is operational data.

また、前記ステップ応答データは、線形回帰と、複数の重み付き線形回帰とによって平滑化される、
ととしてもよい。
Also, the step response data is smoothed by linear regression and multiple weighted linear regressions .
This may also be the case .

また、前記ステップ応答データは、IIRフィルタと、ゼロ位相フィルタとによって平滑化される、
ととしてもよい。
The step response data is smoothed by an IIR filter and a zero-phase filter .
This may also be the case .

また、前記ステップ応答データは、前記流量を制御するゲート開度に対応する、立ち上がり時の流量と立ち下がり時の流量とを平均するフィルタリングによって平滑化され、
前記複数の情報ベクトルは、前記ゲート開度と平均された流量とに基づいて、前記制御パラメータを算出して生成されている、
こととしてもよい。
The step response data is smoothed by filtering to average a rise time flow rate and a fall time flow rate corresponding to a gate opening degree that controls the flow rate,
The plurality of information vectors are generated by calculating the control parameters based on the gate opening degree and the average flow rate.
This may also be the case.

本発明の流量制御方法及び流量制御装置によれば、操業データであるステップ応答データをフィルタリングしたデータに基づいてデータベースを生成するので、操業データのノイズの影響を低減し、制御性能を向上させることが可能である。 The flow control method and flow control device of the present invention generate a database based on filtered step response data, which is operational data, making it possible to reduce the effects of noise in the operational data and improve control performance.

本発明の実施の形態1に係る流量制御装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a flow rate control device according to a first embodiment of the present invention; 実施の形態1に係る制御ユニットのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control unit according to the first embodiment. 実施の形態1に係る流量制御の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a flow rate control procedure according to the first embodiment. 実施の形態1に係るフィルタリング処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a flow of a filtering process according to the first embodiment. 計量槽内の米の重量の時間変化を表す操業データのグラフであり、(A)は測定重量と移動平均とを示すグラフ、(B)は測定重量と線形回帰によるフィルタリング後のデータとを示すグラフである。13 is a graph of operational data showing the change over time in the weight of rice in the weighing tank, where (A) is a graph showing the measured weight and the moving average, and (B) is a graph showing the measured weight and data after filtering by linear regression. IIRフィルタ適用前、IIRフィルタ適用後及びゼロ位相フィルタ適用後の流量の時間変化の例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of a change in flow rate over time before application of an IIR filter, after application of an IIR filter, and after application of a zero phase filter. 最大流量を目標流量とするステップ応答データの例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of step response data in which a maximum flow rate is a target flow rate. 固定PIDによる米の流量制御の例を示すグラフであり、(A)は目標流量を2t/hとした場合、(B)は目標流量を5t/hとした場合、(C)は目標流量を10t/hとした場合のグラフである。13 is a graph showing an example of rice flow rate control using a fixed PID, where (A) is a graph when the target flow rate is 2 t/h, (B) is a graph when the target flow rate is 5 t/h, and (C) is a graph when the target flow rate is 10 t/h. 1自由度I-PD制御系のブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of a one-degree-of-freedom I-PD control system. 2自由度I-PD制御系のブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of a two-degree-of-freedom I-PD control system. 参照モデルを有する2自由度I-PD制御系のブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of a two-degree-of-freedom I-PD control system having a reference model. Adamを用いた最適化の例を示す学習曲線である。1 is a learning curve showing an example of optimization using Adam. 最適化された入出力を示すグラフであり、(A)は制御入力である開度の時間変化のグラフ、(B)は出力である流量の時間変化のグラフである。13 is a graph showing optimized input and output, in which (A) is a graph showing the change over time in the opening degree, which is the control input, and (B) is a graph showing the change over time in the flow rate, which is the output. PIDゲインの最適化に係る1自由度制御系のブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of a one-degree-of-freedom control system for optimizing a PID gain. PIDゲインの最適化に係るグラフであり、(A)は誤差関数Jの学習曲線を示すグラフ、(B)は開度の時間変化を示すグラフである。6A and 6B are graphs relating to optimization of PID gains, in which (A) is a graph showing a learning curve of an error function J2 , and (B) is a graph showing a change in opening degree over time. 実施の形態1に係る米の流量制御の例を示すグラフであり、(A)は目標流量を2t/hとした場合、(B)は目標流量を5t/hとした場合、(C)は目標流量を10t/hとした場合のグラフである。1 is a graph showing an example of rice flow rate control in accordance with embodiment 1, where (A) is a graph when the target flow rate is 2 t/h, (B) is a graph when the target flow rate is 5 t/h, and (C) is a graph when the target flow rate is 10 t/h. 実施の形態2に係る流量制御の流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a flow rate control procedure according to the second embodiment. 実施の形態2に係る開度別流量の算出方法を示す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a method for calculating an opening-specific flow rate according to the second embodiment. 実施の形態2に係るデータベースの例である。13 is an example of a database according to the second embodiment. 実施の形態2に係る米の流量制御の例を示すグラフであり、(A)は目標流量を2t/hとした場合、(B)は目標流量を5t/hとした場合、(C)は目標流量を10t/hとした場合、(D)は目標流量を16t/hとした場合のグラフである。11 is a graph showing an example of rice flow rate control in accordance with embodiment 2, where (A) is a graph when the target flow rate is 2 t/h, (B) is a graph when the target flow rate is 5 t/h, (C) is a graph when the target flow rate is 10 t/h, and (D) is a graph when the target flow rate is 16 t/h.

以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る流量制御方法及び流量制御装置について説明する。 The flow control method and flow control device according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態に係る流量制御装置1は、図1に示すように、流動体である米を収容し、流出する米を計量する計量機本体10と、計量機本体10の排出ゲート15の開度を調整することにより流出させる米の流量を制御する制御ユニット20とを備える。流量制御装置1の制御システムは、制御ユニット20内に構成される制御器、データベースDBを備え、データベースDBには、制御システムの状態を表すシステムパラメータと、システムパラメータに対応する制御パラメータとの組(情報ベクトル)が複数格納されている。制御システムは、制御システムの現在の状態とデータベースDBの情報ベクトルとに基づいて、制御パラメータを調整して米の流量を制御するデータベース駆動型制御システムである。
(Embodiment 1)
1, a flow control device 1 according to this embodiment includes a weighing machine main body 10 that contains rice, which is a fluid, and weighs the outflowing rice, and a control unit 20 that controls the flow rate of the outflowing rice by adjusting the opening of a discharge gate 15 of the weighing machine main body 10. The control system of the flow control device 1 includes a controller and a database DB configured in the control unit 20, and the database DB stores a plurality of sets (information vectors) of system parameters that represent the state of the control system and control parameters that correspond to the system parameters. The control system is a database-driven control system that adjusts the control parameters to control the flow rate of rice based on the current state of the control system and the information vectors in the database DB.

本実施の形態では、ERIT(Estimated Response Iterative Tuning)を用いて、操業データに基づいて複数の情報ベクトルを生成して作成されたデータベースを用いる制御システムを例として説明する。 In this embodiment, we will explain an example of a control system that uses a database created by generating multiple information vectors based on operational data using ERIT (Estimated Response Iterative Tuning).

計量機本体10は、図1に示すように、計量される米を計量機本体10へ供給する供給ゲート11、米を貯留する計量槽12、計量槽12の重量を計測するロードセル13、ロードセル13の出力信号を増幅して制御ユニット20へ送信する計量アンプ14、計量槽12から米を流出させる排出ゲート15、排出ゲート15を開閉動作させるモータユニット16を備える。 As shown in FIG. 1, the weighing machine main body 10 includes a supply gate 11 that supplies the rice to be weighed to the weighing machine main body 10, a weighing tank 12 that stores the rice, a load cell 13 that measures the weight of the weighing tank 12, a weighing amplifier 14 that amplifies the output signal of the load cell 13 and transmits it to the control unit 20, a discharge gate 15 that allows the rice to flow out of the weighing tank 12, and a motor unit 16 that opens and closes the discharge gate 15.

供給ゲート11は、米を計量機本体10の計量槽12へ供給する供給口である。供給ゲート11は、自動であっても手動であってもよい。供給ゲート11から適宜米を供給することにより、計量機本体10内部の米の量が適量に保たれる。なお、本実施の形態では、流量制御の対象となる流動体は米であることとしているが、これに限られず、穀物等の粒状物、小麦粉等の粉体、水等の液体であってもよい。 The supply gate 11 is a supply port that supplies rice to the weighing tank 12 of the weighing machine main body 10. The supply gate 11 may be automatic or manual. By supplying rice appropriately from the supply gate 11, the amount of rice inside the weighing machine main body 10 is maintained at an appropriate amount. Note that in this embodiment, the fluid that is the subject of flow rate control is rice, but is not limited to this and may be granular matter such as grains, powder such as flour, or liquid such as water.

計量槽12は、計量機本体10の筐体内部に設置され、米を貯留する槽である。計量槽12の下部には、排出ゲート15が設けられており、排出ゲート15を介して、米が流出される。 The measuring tank 12 is installed inside the housing of the measuring machine main body 10 and is a tank for storing rice. A discharge gate 15 is provided at the bottom of the measuring tank 12, and rice flows out through the discharge gate 15.

計量槽12は、ロードセル13を介して計量機本体10の筐体に取り付けられている。また、ロードセル13は、計量アンプ14を介して制御ユニット20に接続されている。ロードセル13の出力信号は、計量アンプ14で増幅されて、制御ユニット20へ送信される。これにより、計量槽12内の米の重量を計測することができる。流量制御装置1は、ロードセル13を用いて計測される米の重量の時間変化に基づいて、米の流量を計測し、流量制御を行う。 The measuring tank 12 is attached to the housing of the measuring machine main body 10 via a load cell 13. The load cell 13 is also connected to the control unit 20 via a measuring amplifier 14. The output signal of the load cell 13 is amplified by the measuring amplifier 14 and transmitted to the control unit 20. This makes it possible to measure the weight of the rice in the measuring tank 12. The flow control device 1 measures the flow rate of rice and controls the flow rate based on the change over time in the weight of the rice measured using the load cell 13.

排出ゲート15は図示しない開閉弁を備えている。開閉弁には、モータユニット16が接続されており、モータユニット16の回転動作によって、開閉弁が開閉する。これにより、米の流量、すなわち米の排出量が変化する。以下、開閉弁の開閉を、排出ゲート15の開閉ともいう。また、開閉弁の開閉動作に係る角度を、排出ゲート15の開度ともいう。排出ゲート15の開度は、本実施の形態に係る制御システムの操作量である。モータユニット16のモータの種類等は特に限定されず、米などの流動体の圧力を受けつつ、開閉動作できるものであればよい。 The discharge gate 15 is equipped with an on-off valve (not shown). A motor unit 16 is connected to the on-off valve, and the on-off valve opens and closes due to the rotational movement of the motor unit 16. This changes the flow rate of rice, i.e., the amount of rice discharged. Hereinafter, opening and closing of the on-off valve is also referred to as opening and closing of the discharge gate 15. The angle related to the opening and closing movement of the on-off valve is also referred to as the opening degree of the discharge gate 15. The opening degree of the discharge gate 15 is the operation amount of the control system according to this embodiment. There are no particular limitations on the type of motor of the motor unit 16, and it is sufficient if it can perform opening and closing operations while receiving pressure from a fluid such as rice.

制御ユニット20は、例えばコンピュータ装置であり、図2のブロック図に示すように、制御部21、記憶部22、表示部23、入力部24を備える。 The control unit 20 is, for example, a computer device, and includes a control unit 21, a memory unit 22, a display unit 23, and an input unit 24, as shown in the block diagram of FIG. 2.

制御部21は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、水晶発振器等から構成されており、流量制御装置1の動作を制御する。また、制御部21は、計量機本体10の現在の状態を表すパラメータである排出ゲート15の開度及び流量を含むデータ(要求点)と、予め記憶部22に記憶されている情報ベクトルとに基づいて、制御パラメータを決定し、米の流量制御を行う。制御部21は、制御部21のROM、記憶部22等に記憶されている各種動作プログラム及びデータをRAMに読み込んでCPUを動作させることにより、図2に示す制御部21の各機能を実現させる。これにより、制御部21は、流量情報取得部211、演算部212、排出ゲート制御部213として動作する。 The control unit 21 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a crystal oscillator, etc., and controls the operation of the flow control device 1. The control unit 21 also determines control parameters based on data (request points) including the opening degree and flow rate of the discharge gate 15, which are parameters that represent the current state of the weighing machine main body 10, and information vectors previously stored in the memory unit 22, and controls the flow rate of rice. The control unit 21 loads various operation programs and data stored in the ROM, memory unit 22, etc. of the control unit 21 into the RAM and operates the CPU, thereby realizing each function of the control unit 21 shown in FIG. 2. As a result, the control unit 21 operates as a flow rate information acquisition unit 211, a calculation unit 212, and a discharge gate control unit 213.

流量情報取得部211は、計量アンプ14で増幅されたロードセル13の出力信号を取得する。これにより、流量情報取得部211は、計量槽12に収容されている米の量(重量)を計測する。また、流量情報取得部211は、ロードセル13から取得した情報に基づいて、米の流量、すなわち単位時間当たりの米の重量の変化を算出する。 The flow rate information acquisition unit 211 acquires the output signal of the load cell 13 amplified by the measuring amplifier 14. As a result, the flow rate information acquisition unit 211 measures the amount (weight) of rice contained in the measuring tank 12. In addition, the flow rate information acquisition unit 211 calculates the rice flow rate, i.e., the change in the weight of rice per unit time, based on the information acquired from the load cell 13.

演算部212は、記憶部22のデータベースDBに格納されている情報ベクトルと、流量情報取得部211で算出された現在の米の流量等に基づいて、開閉弁を操作するための制御パラメータを算出する。 The calculation unit 212 calculates control parameters for operating the on-off valve based on the information vector stored in the database DB of the memory unit 22 and the current rice flow rate calculated by the flow rate information acquisition unit 211, etc.

排出ゲート制御部213は、演算部212で算出された制御パラメータを用いて、排出ゲート15の開度を制御する。より具体的には、算出された制御パラメータで、制御器のPIDゲインを修正して操作量を算出し、排出ゲート15の開閉弁を駆動させるモータユニット16の動作を制御する。これにより、排出ゲート15が適切な開度に調整されて、米の流量が制御される。 The discharge gate control unit 213 uses the control parameters calculated by the calculation unit 212 to control the opening of the discharge gate 15. More specifically, the calculated control parameters are used to modify the PID gain of the controller to calculate the operation amount, and control the operation of the motor unit 16 that drives the opening and closing valve of the discharge gate 15. This allows the discharge gate 15 to be adjusted to an appropriate opening, and the flow rate of rice is controlled.

記憶部22は、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、流量情報取得部211で算出された米の流量、制御パラメータの決定アルゴリズム等を記憶する。また、記憶部22は、制御パラメータを決定するための複数の情報ベクトルを格納するデータベースDBを備える。本実施の形態に係る情報ベクトルは、制御システムの状態を表す米の流量、排出ゲート15の開度等のシステムパラメータ、制御器の特性を表すPIDゲイン等の制御パラメータを含む。 The storage unit 22 is a non-volatile memory such as a hard disk or flash memory, and stores the rice flow rate calculated by the flow rate information acquisition unit 211, an algorithm for determining control parameters, and the like. The storage unit 22 also includes a database DB that stores multiple information vectors for determining control parameters. The information vectors in this embodiment include the rice flow rate representing the state of the control system, system parameters such as the opening degree of the discharge gate 15, and control parameters such as PID gains representing the characteristics of the controller.

表示部23は、現在の米の流量、目標値となる流量、制御パラメータ、計量槽12に収容されている米の残量等の情報を表示する表示デバイスであり、例えば、計量機本体10の筐体に取り付けられた液晶パネルである。 The display unit 23 is a display device that displays information such as the current rice flow rate, the target flow rate, control parameters, and the amount of rice remaining in the measuring tank 12, and is, for example, a liquid crystal panel attached to the housing of the measuring machine main body 10.

入力部24は、流量制御の開始、終了指示、データベースDBに格納される各情報ベクトルのデータ等を入力するキーボード、マウス等の入力デバイスである。本実施の形態に係る入力部24は、表示部23上に配置されたタッチパネルである。 The input unit 24 is an input device such as a keyboard or a mouse that inputs instructions to start and end flow control, and data on each information vector to be stored in the database DB. The input unit 24 in this embodiment is a touch panel disposed on the display unit 23.

続いて、流量制御装置1を用いた流動体の流量制御方法について、図3のフローチャートを参照しつつ、具体的に説明する。 Next, a method for controlling the flow rate of a fluid using the flow control device 1 will be described in detail with reference to the flowchart in FIG. 3.

図3に示すように、初期データ取得工程として、制御システムの操業データである初期データを取得する。より具体的には、まず手動操作でゲート開度を調整しつつ、流量が最大目標流量となるゲート開度を確認する(ステップS1)。最大目標流量は、予め設定された目標流量の範囲のうち最大となる目標流量である。例えば、本実施の形態に係る流量制御装置1において、最大目標流量を10t/hと設定した場合のゲート開度は61度である。 As shown in FIG. 3, in the initial data acquisition process, initial data, which is operational data of the control system, is acquired. More specifically, first, the gate opening is manually adjusted while checking the gate opening at which the flow rate becomes the maximum target flow rate (step S1). The maximum target flow rate is the maximum target flow rate within a range of target flow rates that have been set in advance. For example, in the flow control device 1 according to this embodiment, the gate opening is 61 degrees when the maximum target flow rate is set to 10 t/h.

ステップS1で確認したゲート開度に基づいて、最大目標流量を目標値とするステップ応答データを取得する(ステップS2)。 Based on the gate opening confirmed in step S1, step response data is obtained with the maximum target flow rate as the target value (step S2).

ステップS2で取得したステップ応答データをフィルタリング処理によって平滑化する(ステップS3)。図4は、ステップS3のフィルタリング処理の詳細を示すフローチャートである。図4に示すように、ステップS3に係るフィルタリング処理は、第1のフィルタリング処理と第2のフィルタリング処理とを含む。以下、フィルタリング処理について詳細に説明する。 The step response data acquired in step S2 is smoothed by a filtering process (step S3). FIG. 4 is a flowchart showing the details of the filtering process in step S3. As shown in FIG. 4, the filtering process in step S3 includes a first filtering process and a second filtering process. The filtering process will be described in detail below.

本実施の形態に係るフィルタリング処理では、まず第1のフィルタリング処理としてステップS2で取得したステップ応答データに対して以下に示す線形回帰を適用する(ステップS21)。具体的には、以下の式に示す誤差2乗和J(t)が最小となるα(t)、β(t)を求める。
ただし、y(t)は予測重量、f(t)は流量であり、1秒ごとの区間で上記線形回帰を適用する。
In the filtering process according to the present embodiment, first, as a first filtering process, the following linear regression is applied to the step response data acquired in step S2 (step S21). Specifically, α 1 (t) and β 1 (t) that minimize the error sum of squares J 1 (t) shown in the following formula are obtained.
where y 1 (t) is the predicted weight, f 1 (t) is the flow rate, and the above linear regression is applied in intervals of one second.

また、上記線形回帰による予測重量yと取得データyとの予測誤差eを用いて重みwを算出する。
ただし、thresh1は定数であり、ユーザが任意に設定することができる。
In addition, a weight w1 is calculated using a prediction error e1 between the predicted weight y1 by the linear regression and the acquired data y0 .
However, thresh 1 is a constant and can be set arbitrarily by the user.

さらに、算出した重みwを用いて、以下に示す重み付き線形回帰を適用する(ステップS22)。具体的には、重みwを用いて以下の式に示す誤差2乗和J(t)が最小となるα(t)、β(t)を求める。
ただし、y(t)は予測重量、f(t)は流量であり、1秒ごとの区間で上記重み付き線形回帰を適用する。
Furthermore, the calculated weight w1 is used to apply the weighted linear regression shown below (step S22). Specifically, the weight w1 is used to find α 2 (t) and β 2 (t) that minimize the error sum of squares J 2 (t) shown in the following formula:
Here, y 2 (t) is the predicted weight, f 2 (t) is the flow rate, and the above weighted linear regression is applied in intervals of one second.

また、上記重み付き線形回帰による予測重量yと取得データyとの予測誤差eを用いて重みwを算出する。
ただし、thresh2は定数であり、ユーザが任意に設定することができる。
In addition, a weight w2 is calculated using a prediction error e2 between the predicted weight y2 by the weighted linear regression and the acquired data y0 .
However, thresh 2 is a constant and can be set by the user.

さらに、算出した重みwと予測重量yとを用いて、以下に示す重み付き線形回帰を適用する(ステップS23)。具体的には、重みwを用いて以下の式に示す誤差2乗和J(t)が最小となるα(t)、β(t)を求める。
ただし、y(t)は予測重量、f(t)は流量であり、重み付き線形回帰を適用する区間はT(t)秒ごとである。T(t)は、例えば以下に示される流量計測時間であり、時刻に基づいて決定される。
Furthermore, the calculated weight w2 and predicted weight y2 are used to apply the weighted linear regression shown below (step S23). Specifically, the weight w2 is used to find α3 (t) and β3 (t) that minimize the error sum of squares J3 (t) shown in the following formula.
where y 3 (t) is the predicted weight, f 3 (t) is the flow rate, and the weighted linear regression is applied to an interval of T(t) seconds. T(t) is the flow rate measurement time shown below, for example, and is determined based on the time of day.

上式より、流量変化の大きい初期の段階では1秒、流量変化が小さい後期の段階では3秒として、上記重み付き線形回帰が適用される。
これにより、線形回帰による平滑化の効果を維持しつつ、演算量を減少させることができる。
From the above formula, the weighted linear regression is applied with 1 second in the early stage where the flow rate change is large and 3 seconds in the later stage where the flow rate change is small.
This makes it possible to reduce the amount of calculation while maintaining the effect of smoothing by linear regression.

図5(A)、(B)は、流量の時間変化の例を表すグラフである。図5(A)に示すように、測定重量には大きなノイズが含まれており、単純な移動平均によっては、ノイズの影響を十分に排除できていないことがわかる。これに対し、図5(B)に示す上記第1のフィルタリング処理後のデータでは、測定データのノイズの影響が低減され、大きな平滑化の効果を得られていることがわかる。 Figures 5 (A) and (B) are graphs showing an example of the change in flow rate over time. As shown in Figure 5 (A), the measured weight contains a large amount of noise, and it is clear that the effects of the noise cannot be sufficiently eliminated by a simple moving average. In contrast, in the data after the first filtering process shown in Figure 5 (B), it is clear that the effects of noise in the measured data have been reduced, resulting in a significant smoothing effect.

本実施の形態では、上記の線形回帰に係る第1のフィルタリング処理(ステップS21~S23)で平滑化された初期データを、さらに第2のフィルタリング処理で平滑化してノイズの影響を低減する。具体的には、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタ(ステップS24)とゼロ位相フィルタ(ステップS25)とを組み合わせてフィルタリングを行う。 In this embodiment, the initial data smoothed by the first filtering process (steps S21 to S23) related to the linear regression described above is further smoothed by a second filtering process to reduce the influence of noise. Specifically, filtering is performed by combining an infinite impulse response (IIR) filter (step S24) and a zero phase filter (step S25).

ゼロ次ホールドの伝達関数は、H(s)=(1-e-sTs)/sで表される。IIRフィルタの伝達関数は、F(s)=1/(1+Ts)で表される。そして、離散化されたIIRフィルタは、以下の式で表される。
The transfer function of the zero-order hold is expressed as H(s)=(1-e -sTs )/s. The transfer function of the IIR filter is expressed as F(s)=1/(1+ Tfs ). And the discretized IIR filter is expressed by the following equation.

例えば、取得データy(t)に上記IIRフィルタをかけたy(t)は、以下のように表される。
For example, y f (t) obtained by applying the above-mentioned IIR filter to the acquired data y 0 (t) is expressed as follows.

上式の通り、時系列の応答データにIIRフィルタをかけると位相遅れが生じる。この位相遅れは、情報ベクトルを生成するための予測応答作成、PIDゲイン学習等に影響を与える。そこで、IIRフィルタ適用後のデータにゼロ位相フィルタを適用し、位相遅れの影響を低減する。IIRフィルタを適用したデータy(t)は、y(t)=F(z-1)y(t)と表される。 As shown in the above formula, when an IIR filter is applied to time-series response data, a phase lag occurs. This phase lag affects the creation of a predicted response for generating an information vector, PID gain learning, and the like. Therefore, a zero-phase filter is applied to the data after application of the IIR filter to reduce the effect of the phase lag. Data y 1 (t) to which the IIR filter has been applied is expressed as y 1 (t) = F(z -1 ) y 0 (t).

続いて、以下の式に示すように、y(t)を時刻について反転させる。
(t)=y(N-t)
ここで、Nはデータ数である。
Then, y 1 (t) is inverted with respect to time as shown in the following equation.
y 2 (t)=y 1 (N-t)
Here, N is the number of data.

時刻について反転されたデータy(t)において、時刻0のデータが0となるように入力データの定常値分、データをマイナス側にシフトする。
(t)=y(t)-y0stabled
ただし、y0stabledはy(t)の定常値平均である。
In the data y 2 (t) inverted with respect to time, the data is shifted to the negative side by the stationary value of the input data so that the data at time 0 becomes 0.
y 3 (t) = y 2 (t) - y 0 stable
where y 0 stable is the average steady value of y 0 (t).

以下の式に示すように、y(t)について、さらにIIRフィルタを適用する。
(t)=F(z-1)y(t)
An IIR filter is further applied to y 3 (t) as shown in the following equation.
y 4 (t)=F(z −1 )y 3 (t)

IIRフィルタ適用後のデータy(t)を、時刻について反転してy(t)を算出する。そして、y(t)の時刻0のデータが0になるように入力データの定常値分、プラス側にシフトする。
(t)=y(N-t)
(t)=y(t)+y0stabled
The data y 4 (t) after application of the IIR filter is inverted with respect to time to calculate y 5 (t). Then, the data at time 0 of y 5 (t) is shifted to the positive side by the steady value of the input data so that it becomes 0.
y 5 (t)=y 4 (N-t)
y f (t)=y 5 (t)+y 0 stable

以上のアルゴリズムにより、位相遅れのないフィルタ適用波形y(t)を得ることができる。図6はフィルタリング処理の前後の流量を示すグラフであり、IIRフィルタ適用前のデータ、IIRフィルタ適用後のデータ、ゼロ位相フィルタ適用後のデータの例を表している。図6に示すように、IIRフィルタとゼロ位相フィルタとを適用することにより、位相遅れのない、高周波成分がカットされ平滑化されたデータを得られていることがわかる。 The above algorithm makes it possible to obtain a filter applied waveform yf (t) without phase delay. Fig. 6 is a graph showing the flow rate before and after filtering processing, showing examples of data before application of the IIR filter, data after application of the IIR filter, and data after application of the zero phase filter. As shown in Fig. 6, it can be seen that by applying the IIR filter and the zero phase filter, smoothed data without phase delay and with high frequency components cut off is obtained.

続いて、図3のフローチャートに戻り、フィルタリング処理されたステップ応答データを用いて、固定PID制御器を作成するための制御パラメータを算出する(ステップS4)。具体的には、フィルタリング処理されたステップ応答データからシステムゲインK、むだ時間Lを算出する。 Next, returning to the flowchart of FIG. 3, the filtered step response data is used to calculate control parameters for creating a fixed PID controller (step S4). Specifically, the system gain K and dead time L are calculated from the filtered step response data.

図7は、ステップ応答データの例を示すグラフである。図7から、定常時流量の63.2%±20%における流量の接線を求め、その接線が流量0から流量63.2%になるまでの時間を時定数Tとする。また、システムゲインKは、定常流量Yを定常開度Uで割ったものである。また、むだ時間Lは、開閉弁を動作させて排出ゲート15を開け始めた時刻から、流量の接線が流量0と交差する時刻までの時間である。 Figure 7 is a graph showing an example of step response data. From Figure 7, the tangent of the flow rate at 63.2% ± 20% of the steady-state flow rate is found, and the time it takes for the tangent to change from a flow rate of 0 to a flow rate of 63.2% is defined as the time constant T. The system gain K is the steady-state flow rate Y divided by the steady-state opening degree U. The dead time L is the time from the time the on-off valve is operated to start opening the discharge gate 15 to the time the tangent of the flow rate intersects with the flow rate of 0.

算出された時定数T、システムゲインK、むだ時間Lから、以下の式に示すCHR法を用いてPIDゲインを算出する。本実施の形態では、CHR法のオーバーシュートを20%としている。
=0.6T/KL,T=T,K=K,K=K/T・T,K=0
The PID gain is calculated using the CHR method shown in the following equation from the calculated time constant T, system gain K, and dead time L. In this embodiment, the overshoot in the CHR method is set to 20%.
K c =0.6T/KL, T i =T, K p =K c , K i =K c /T i・T s , K d =0

また、本実施の形態では、制御性能の比較のため、中流量ymid、小流量yminを算出し、それぞれ固定PIDのPIDゲインを算出する。中流量ymidは、最大流量ymaxの場合の時定数をTmaxとしたとき、時定数TmidがTmid=Tmax×0.632となる流量である。また、小流量yminは、時定数TminがTmin=Tmax×0.632となる流量である。 In this embodiment, in order to compare the control performance, a medium flow rate y mid and a small flow rate y min are calculated, and the PID gain of the fixed PID is calculated for each. The medium flow rate y mid is a flow rate where the time constant T mid is T mid = T max × 0.632 when the time constant for the maximum flow rate y max is T max . The small flow rate y min is a flow rate where the time constant T min is T min = T max × 0.632 2 .

ステップS5として、ステップS4で算出された制御パラメータの固定PID制御器によるステップ応答データ(初期データ)を取得する(図8(A)~(C))。 In step S5, step response data (initial data) is obtained using the fixed PID controller with the control parameters calculated in step S4 (Figures 8 (A) to (C)).

ステップS5で取得されたステップ応答データである初期データは、図5(A)の測定重量のグラフに示すように、様々なノイズを含むデータとなっている。例えば、本実施の形態に係る流動体の流量制御装置1では、流動体である米が排出される際に生じるなだれ現象、ブリッジ崩壊等の衝撃が、ロードセル13の出力信号に、大きなノイズとして影響を与える。 The initial data, which is the step response data acquired in step S5, contains various noises, as shown in the measured weight graph in FIG. 5(A). For example, in the fluid flow control device 1 according to this embodiment, the avalanche phenomenon that occurs when rice, which is a fluid, is discharged, the impact of bridge collapse, etc., affects the output signal of the load cell 13 as large noise.

初期データに基づいて情報ベクトルを生成する場合、ノイズが情報ベクトルに影響を与えることにより、制御性能が低下するおそれがある。そこで、本実施の形態では、取得された操業データである初期データにフィルタリング処理を適用することにより、データの平滑化を行う(ステップS6)。 When generating an information vector based on initial data, there is a risk that noise may affect the information vector, resulting in a decrease in control performance. Therefore, in this embodiment, a filtering process is applied to the initial data, which is the acquired operational data, to smooth the data (step S6).

ステップS6のフィルタリング処理は、ステップS3のフィルタリング処理(図4のステップS21~S25)と同様であり、線形回帰による第1のフィルタリング処理と、IIRフィルタ及びゼロ位相フィルタによる第2のフィルタリング処理とを含む。このフィルタリング処理により、初期データを平滑化し、ノイズの影響を低減することができる。 The filtering process in step S6 is similar to the filtering process in step S3 (steps S21 to S25 in FIG. 4), and includes a first filtering process using linear regression and a second filtering process using an IIR filter and a zero-phase filter. This filtering process smoothes the initial data and reduces the effects of noise.

続いてデータベース作成工程に移り、ステップS6のフィルタリング処理で平滑化されたデータに基づいて、情報ベクトルを生成する(ステップS7)。本実施の形態では、ERITを用いて応答を予測することにより、一組の入出力データであるフィルタリングされた初期データから、システムパラメータと制御パラメータとを含む複数の情報ベクトルを生成する。以下、ERITを用いた情報ベクトルの生成方法について説明する。 Then, the process proceeds to the database creation step, where information vectors are generated based on the data smoothed by the filtering process in step S6 (step S7). In this embodiment, by predicting the response using ERIT, multiple information vectors including system parameters and control parameters are generated from the filtered initial data, which is a set of input/output data. The method for generating information vectors using ERIT is described below.

本実施の形態では、制御部21で実現される制御器を、比例動作先行PI制御則を用いる制御器(I-PD制御器)とする。本制御系は、初期データの操作量(排出ゲート15の開度)u、出力(米の流量)yを用いて、図9のブロック線図及び以下の式の1自由度制御系として表される。
In this embodiment, the controller realized by the control unit 21 is a controller using a proportional action leading PI control law (I-PD controller). This control system is expressed as a one-degree-of-freedom control system using the initial data manipulated variable (opening degree of the discharge gate 15) u 0 and the output (flow rate of rice) y 0 , as shown in the block diagram of FIG. 9 and the following equation.

そして、フィルタを適用したy0fとu0fは、以下の式で表される。
Then, y 0f and u 0f to which the filter is applied are expressed by the following equations.

また、フィードフォワードCとフィルタF(z-1)とを含む2自由度I-PD制御系のブロック線図は図10のように表され、その操作量u、出力yは以下の式で表される。
Moreover, a block diagram of a two-degree-of-freedom I-PD control system including the feedforward C r and the filter F z (z −1 ) is expressed as shown in FIG. 10, and the manipulated variable u and output y are expressed by the following equations.

また、フィルタを適用したy、uは、以下のように表される。
Moreover, y f and u f to which the filter is applied are expressed as follows.

上記の式より、以下の式が成り立つ。
From the above formula, the following formula is obtained.

よって、ERITによる予測出力y (t)、予測入力u1f (t)は、以下のように表される。
Therefore, the predicted output y f * (t) and predicted input u 1f * (t) by ERIT are expressed as follows:

ここで、所望の応答を実現するモデルをG、むだ時間をdとすると、所望の応答yは以下の式で表される。
Here, if a model that realizes a desired response is G m and the dead time is d, the desired response y r is expressed by the following equation.

また、所望の応答を2自由度制御系に適用し、2自由度制御系の閉ループ伝達関数と参照モデルGとから推定される制御対象のモデルをG^とすると、ブロック線図は図11で表され、以下の式が成り立つ。
Furthermore, when the desired response is applied to a two-degree-of-freedom control system and the model of the controlled object estimated from the closed-loop transfer function of the two-degree-of-freedom control system and the reference model Gm is denoted as G^, the block diagram is represented in FIG. 11 and the following equation holds:

さらに、所望の応答y(t)、参照モデルGより、以下の所望の操作量u (t)を導くことができる。
Furthermore, the following desired manipulated variable u 2 * (t) can be derived from the desired response y r (t) and the reference model G m .

また、フィルタを適用した入力u (t)、出力yrf(t)は、以下の式で表される。
Moreover, the input u 2 * f (t) and output y rf (t) to which the filter is applied are expressed by the following equations.

上記の制御系の出力と所望の出力との誤差を最小化することにより、C (t)を最適化することができる。C (t)の更新式及び誤差関数Jは、以下の式で表される。
By minimizing the error between the output of the above control system and a desired output, C r * (t) can be optimized. The update equation for C r * (t) and the error function J 1 are expressed by the following equations.

本実施の形態では、最適化アルゴリズムとしてAdamを用い、誤差関数Jが最小となるようにC(t)を逐次更新し、最適化を行う。具体的には、最適化アルゴリズムは以下の更新式で表される。
In this embodiment, Adam is used as the optimization algorithm, and optimization is performed by successively updating C r (t) so as to minimize the error function J 1. Specifically, the optimization algorithm is expressed by the following update formula.

パラメータα、ε、β、βの値は、特に限定されない。本実施の形態では、α=0.001、ε=1-10、β=0.9、β=0.999としている。 The values of the parameters α, ε, β 1 , and β 2 are not particularly limited, and in this embodiment, α=0.001, ε=1 −10 , β 1 =0.9, and β 2 =0.999.

Adamを用いることにより、学習率ηを固定値とする場合に比べて、Jの値を適当な刻みで速やかに収束させることができる(図12)。 By using Adam, it is possible to make the value of J1 converge quickly in appropriate increments compared to when the learning rate η is set to a fixed value (FIG. 12).

図13(A)は、学習によって最適化された制御入力u (t)、u (t)の例を示すグラフ、図13(B)は参照軌道学習yrf(t)、最適化されたy (t)の例を示すグラフである。 Figure 13(A) is a graph showing examples of control inputs u 1 * f (t) and u 2 * f (t) optimized by learning, and Figure 13(B) is a graph showing examples of reference trajectory learning y rf (t) and optimized y f * (t).

以上のように、ERITを用いて所望の応答に対するCを算出し、一組の初期データから複数の入出力応答を導出することができる。導出された入出力を含むシステムパラメータφ(j)と、これに対応する制御パラメータK(j)とから、以下の情報ベクトルφ(j)が生成される。
ただし、j=1,2,・・・,Nであり、Nはデータ数を示す。
As described above, Cr for a desired response can be calculated using ERIT, and multiple input/output responses can be derived from a set of initial data. The following information vector φ(j) is generated from the system parameters φ- (j) including the derived input/output and the corresponding control parameters K(j).
Here, j=1, 2, . . . , N, and N indicates the number of data.

続いて、制御部21は、生成された情報ベクトルの制御パラメータであるPIDゲインを最適化する(ステップS8)。入出力応答u (t)、yrf(t)を用いて、C=0とする1自由度制御系を構築すると、図14のブロック線図のように表される。この場合の操作量uPID(t)は、次式で表される。
Next, the control unit 21 optimizes the PID gain, which is a control parameter of the generated information vector (step S8). When a one-degree-of-freedom control system with C r =0 is constructed using the input/output responses u 2 * f (t) and y rf (t), it is expressed as shown in the block diagram of Fig. 14. In this case, the manipulated variable u PID (t) is expressed by the following equation.

上式のuPID(t)とu (t)との誤差関数J=f(u ,uPID)を最小化することにより、PIDゲインK (t)、K (t)、K (t)を最適化することができる。PIDゲインK (t)、K (t)、K (t)の更新式は、以下の通りである。
The PID gains KP * (t), KI*( t), and KD*(t) can be optimized by minimizing the error function J2=f(u2*f , uPID ) between uPID ( t ) and u2 * f (t) in the above equation. The update equations for the PID gains KP * (t), KI * (t), and KD * (t) are as follows:

本実施の形態では、最適化アルゴリズムとしてAdamを用い、誤差関数Jが最小となるようにK (t)、K (t)、K (t)を逐次更新し、最適化を行う。Adamを用いることにより、学習率η(η、η、η)を固定値とする場合に比べて、誤差関数Jの値を適当な刻みで速やかに収束させることができる。 In this embodiment, Adam is used as an optimization algorithm, and optimization is performed by successively updating KP * (t), KI * (t), and KD * (t) so as to minimize the error function J2 . By using Adam, the value of the error function J2 can be converged quickly in appropriate increments compared to the case where the learning rate η ( ηP , ηI , ηD ) is a fixed value.

図15(A)は、誤差関数Jの学習曲線の例を示すグラフ、図15(B)は、学習後のuPID(t)の例を示すグラフである。図15(A)、(B)より、適切に誤差関数Jが収束し、u (t)とほぼ一致するuPID(t)が算出されていることがわかる。以上の方法により、PIDゲインK (t),K (t),K (t)を最適化することができる。 Fig. 15(A) is a graph showing an example of a learning curve of the error function J2 , and Fig. 15(B) is a graph showing an example of u PID (t) after learning. From Figs. 15(A) and (B), it can be seen that the error function J2 converges appropriately, and u PID (t) that approximately coincides with u 2 * f (t) is calculated. By the above method, the PID gains K P * (t), KI * (t), and K D * (t) can be optimized.

続いて、PIDゲインの学習で得られた制御パラメータであるK (t)、K (t)、K (t)を、システムパラメータである目標値(流量)r(t)、入力(開度)u (t)、参照軌道yrf(t)とともに更新された情報ベクトルφDB(t)としてデータベースDBに格納し、データベースDBを作成する(ステップS9)。情報ベクトルφDB(t)は、システムパラメータφ(t)、制御パラメータK(t)を用いて、以下のように表される。
Next, the control parameters KP * (t), KI * (t), and KD * (t) obtained by learning the PID gains are stored in the database DB as an updated information vector φDB(t) together with the system parameters target value (flow rate) r(t), input (opening) u2 * f (t), and reference trajectory yrf (t), to create the database DB (step S9). The information vector φDB ( t) is expressed as follows using the system parameter φ- (t) and the control parameter K(t):

また、本実施の形態では、上記で作成されたデータベースDBの軽量化を行う(ステップS10)。具体的には、データベースDBに格納された情報ベクトル同士で類似度を計算し、類似度の高いものは、データベースDBから削除する。例えば、データベースDBに格納されているj番目の情報ベクトルφDB(j)とj+1番目の情報ベクトルφDB(j+1)との類似度Sは、以下の式で定義される。
なお、hはバンド幅であり、φ(j,i)は第j番目の情報ベクトルの第i番目の要素を表す。また、n,nはそれぞれ出力と入力の次数である。
In this embodiment, the database DB created above is made lighter (step S10). Specifically, similarity is calculated between information vectors stored in the database DB, and those with high similarity are deleted from the database DB. For example, the similarity S between the j-th information vector φ DB (j) and the j+1-th information vector φ DB (j+1) stored in the database DB is defined by the following formula:
Here, h i is the bandwidth, φ(j,i) is the i-th element of the j-th information vector, and n y and n u are the degrees of the output and input, respectively.

類似度Sが高い場合、すなわち類似度Sが予め定められた閾値以上である場合、いずれかの情報ベクトル(φ(j)又はφ(j+1))を削除する。言い換えると、情報ベクトルの相互の類似度が所定の閾値以下となるように、情報ベクトルを削除して、データベースDBを軽量化する。これにより、流量制御を行う際に影響の小さい情報ベクトルを削除することができるので、制御性能の低下を抑制しつつ、制御時の演算量を減少させることができる。 When the similarity S is high, i.e., when the similarity S is equal to or greater than a predetermined threshold, one of the information vectors (φ(j) or φ(j+1)) is deleted. In other words, the information vectors are deleted so that the mutual similarity between the information vectors is equal to or less than a predetermined threshold, thereby reducing the weight of the database DB. This makes it possible to delete information vectors that have little effect when performing flow control, thereby reducing the amount of calculations during control while suppressing deterioration in control performance.

続いて、図3のフローチャートに示す制御工程として、作成されたデータベースDBを用いて、流量制御を行う。計量槽12に計量される米が収容され、入力部24から目標値rとなる目標流量等のパラメータが入力された後、制御開始の指示が入力されると、流量制御装置1の制御が開始される(ステップS11)。制御部21は、ロードセル13、排出ゲート15の開度センサから取得された測定データに基づいて、現在の制御システムの状態を表す要求点(クエリ)φ(t)を生成する。 Next, flow rate control is performed using the created database DB as the control process shown in the flowchart of Fig. 3. When the rice to be measured is placed in the measuring tank 12, parameters such as the target flow rate that is the target value r are input from the input unit 24, and then an instruction to start control is input, control of the flow rate control device 1 is started (step S11). The control unit 21 generates a request point (query) φ-( t ) that represents the current state of the control system based on the measurement data acquired from the load cell 13 and the opening sensor of the discharge gate 15.

より詳細には、各センサから取得された測定データにフィルタリング処理を適用する(ステップS12)。ステップS12に係るフィルタリング処理は、ステップS3における第1のフィルタリング処理、すなわち線形回帰による平滑化と同様の処理である。これにより、少ない演算量で、ノイズの影響を低減することができる。そして、ステップS12でフィルタリング処理されたデータに基づいて、要求点φ(t)を算出する(ステップS13)。 More specifically, filtering is applied to the measurement data acquired from each sensor (step S12). The filtering in step S12 is the same as the first filtering in step S3, i.e., smoothing by linear regression. This makes it possible to reduce the influence of noise with a small amount of calculation. Then, the required point φ (t) is calculated based on the data filtered in step S12 (step S13).

演算部212は、データベースDBに格納されている情報ベクトルφDBと要求点φ(t)との類似度S、より詳細には情報ベクトルφDBのシステムパラメータφDB と要求点φ(t)との類似度Sを算出する(ステップS14)。要求点φ(t)とデータベースDBに格納されている第j番目の情報ベクトルφDB(j)のシステムパラメータφDB (j)との類似度S(φ(t),φDB (j))は、上述のデータベースDBの軽量化で用いた類似度Sと同様であり、以下の式で表される。 The calculation unit 212 calculates the similarity S between the information vector φ DB and the request point φ (t) stored in the database DB, more specifically, the similarity S between the system parameter φ DB of the information vector φ DB and the request point φ (t) (step S14). The similarity S (φ (t), φ DB (j)) between the request point φ (t) and the system parameter φ DB (j) of the j-th information vector φ DB (j) stored in the database DB is the same as the similarity S used in the weight reduction of the database DB described above, and is expressed by the following formula.

なお,hはバンド幅であり、φDB (j,i)は、データベースDBに記憶されている第j番目の情報ベクトルにおけるシステムパラメータの第i番目の要素を表す。 Here, h i is the bandwidth, and φ DB (j, i) represents the i-th element of the system parameter in the j-th information vector stored in the database DB.

ここで、バンド幅hの決定方法には様々な手法があるが、本実施の形態では、以下に示すプラグ・イン法(Plug-In Method)を用いる。
There are various methods for determining the bandwidth h i , but in this embodiment, the following plug-in method is used.

上式の標準偏差σはデータ数Nを用いて以下のように定義される。
ここで、μはφ の平均値である。
The standard deviation σ i in the above formula is defined as follows using the number of data N:
Here, μ i is the average value of φ i .

類似度Sが最も高くなるのは、現在のシステムの状態を表す要求点φ(t)と全く同じシステムパラメータφDB (j)を有する情報ベクトルφDB(j)が存在する場合であり、この場合の類似度Sは以下の式となる。
The similarity S is highest when there exists an information vector φ DB (j) having the exact same system parameter φ DB (j) as the demand point φ (t) representing the current system state. In this case, the similarity S is expressed by the following formula.

また、要求点φ(t)と、情報ベクトルφDB(j)のシステムパラメータφDB (j)とが類似していない場合、類似度S(φ(t),φDB (j))は0に近づく。したがって、本実施の形態に係る演算部212は、以下の類似度Sに基づく条件式を満足する情報ベクトルφDB(j)のシステムパラメータφDB (j)を近傍データとして選択する(ステップS15)。
ここで、Tthは閾値であり、0≦Tth≦1の範囲で設定される。
Furthermore, if the request point φ (t) and the system parameter φ DB (j) of the information vector φ DB (j) are not similar, the similarity S(φ (t), φ DB (j)) approaches 0. Therefore, the calculation unit 212 according to this embodiment selects the system parameter φ DB (j) of the information vector φ DB (j) that satisfies the following conditional expression based on the similarity S as the neighboring data (step S15).
Here, Tth is a threshold value, which is set in the range of 0≦ Tth ≦1.

続いて、ステップS15で選択された近傍データである情報ベクトルφDB(j)の制御パラメータK(j)を用いて、以下で示される重み付き局所線形平均法(Linearly Weighted Average:LWA)により局所コントローラを構成するPIDゲインを算出する(ステップS16)。
ここで、nはステップS15で選択された近傍データの数であり、上記の式から自動的に決定される。
Next, using the control parameter K(j) of the information vector φ DB (j), which is the neighborhood data selected in step S15, the PID gains constituting the local controller are calculated by the following Linearly Weighted Average (LWA) method (step S16).
Here, n k is the number of neighboring data selected in step S15, and is automatically determined from the above formula.

また、wは近傍データとして選択されたi番目の情報ベクトルφDB(i)に含まれるPIDゲインK(i)に対する重みであり、以下の式で与えられる。
Furthermore, w i is a weight for the PID gain K(i) included in the i-th information vector φ DB (i) selected as the neighborhood data, and is given by the following equation.

以上の手順により、類似度Sに基づいて、各時刻におけるPIDゲインを算出することができる。 By following the above steps, the PID gains at each time can be calculated based on the similarity S.

排出ゲート制御部213は、ステップS16で算出された制御パラメータを用いて、排出ゲート15の制御を行う(ステップS17)。なお、データベースDBに格納されている情報ベクトルφDB(j)のシステムパラメータφDB (j)中に、要求点φ(t)に類似するデータが存在しない場合、すなわちn=0の場合、K(t)を算出できないので、この場合本実施の形態では、類似度Sが最も高い情報ベクトルφDB(j)のPIDゲインを採用することとする。 The discharge gate control unit 213 uses the control parameters calculated in step S16 to control the discharge gate 15 (step S17). Note that if there is no data similar to the request point φ (t) in the system parameters φ DB (j) of the information vector φ DB (j) stored in the database DB, that is, if n k =0, K(t) cannot be calculated, and in this case, in this embodiment, the PID gains of the information vector φ DB (j) with the highest similarity S are adopted.

以下、制御が終了するまで、各時刻ステップにおいてステップS12~S17の処理を繰り返す(ステップS18のNO)。予め定められた時刻ステップの終了、操作者による終了指示等の終了条件を充たせば(ステップS18のYES)、制御は終了する。 Then, steps S12 to S17 are repeated for each time step until the control ends (NO in step S18). When a termination condition is met, such as the end of a predetermined time step or an end instruction from the operator (YES in step S18), the control ends.

以上説明したように、本実施の形態に係る流量制御方法及び流量制御装置によれば、初期データを線形回帰及び重み付き線形回帰によってフィルタリングして情報ベクトルを生成し、データベースDBを作成するので、ノイズの影響を低減し、制御性能を向上させることが可能である。また、本実施の形態では、初期データにIIRフィルタ及びゼロ位相フィルタを適用してフィルタリングするので、時間的遅れを生じることなく、ノイズの影響をさらに低減し、制御性能を向上させることができる。 As described above, according to the flow control method and flow control device of this embodiment, the initial data is filtered by linear regression and weighted linear regression to generate an information vector, and a database DB is created, so that it is possible to reduce the effects of noise and improve control performance. In addition, in this embodiment, the initial data is filtered by applying an IIR filter and a zero-phase filter, so that it is possible to further reduce the effects of noise and improve control performance without causing a time delay.

また、本実施の形態では、固定PID制御器に係る制御パラメータを算出するための最大目標流量でのステップ応答データを線形回帰及び重み付き線形回帰によってフィルタリングして固定PID制御器に係る制御パラメータを算出するので、ノイズの影響を低減し、制御性能を向上させることが可能である。また、最大目標流量でのステップ応答データにIIRフィルタ及びゼロ位相フィルタを適用してフィルタリングするので、時間的遅れを生じることなく、ノイズの影響をさらに低減し、制御性能を向上させることができる。 In addition, in this embodiment, the step response data at the maximum target flow rate for calculating the control parameters for the fixed PID controller is filtered by linear regression and weighted linear regression to calculate the control parameters for the fixed PID controller, so it is possible to reduce the effects of noise and improve control performance. In addition, the step response data at the maximum target flow rate is filtered by applying an IIR filter and a zero-phase filter, so it is possible to further reduce the effects of noise and improve control performance without causing a time delay.

また、本実施の形態では、制御工程における流量データを線形回帰及び重み付き線形回帰によってフィルタリングして要求点φ(t)を算出するので、ノイズの影響をより低減し、制御性能を向上させることが可能である。 Furthermore, in this embodiment, the flow rate data in the control process is filtered by linear regression and weighted linear regression to calculate the required point φ (t), so that it is possible to further reduce the influence of noise and improve control performance.

また、本実施の形態では、ERITによる情報ベクトルφの生成において、Adamを用いてフィードフォワードC、PIDゲインを学習させることとしている。これにより、フィルタ、むだ時間等を考慮して学習係数を自動的に決定し、より効率的にパラメータの最適化を行うことができる。 In this embodiment, in generating the information vector φ by ERIT, the feedforward C r and the PID gain are learned using Adam, which allows the learning coefficient to be automatically determined taking into account the filter, dead time, etc., and allows for more efficient parameter optimization.

また、本実施の形態では、類似度Sを用いて類似する情報ベクトルを削除し、データベースDBを軽量化しているので、制御性能の低下を抑制しつつ効率的にデータベースDBを軽量化し、制御時の演算量を減少させることができる。 In addition, in this embodiment, similar information vectors are deleted using the similarity S to reduce the size of the database DB, thereby efficiently reducing the size of the database DB while preventing a decrease in control performance, and reducing the amount of calculations required during control.

本実施の形態では、線形回帰及び重み付き線形回帰を適用した初期データに、IIRフィルタ及びゼロ位相フィルタを適用することとしたが、これに限られず、初期データにIIRフィルタ及びゼロ位相フィルタを適用することとしてもよい。これにより、フィルタリング工程の演算を簡素化しつつ、ノイズの影響を低減し、制御性能を向上させることが可能である。 In this embodiment, an IIR filter and a zero-phase filter are applied to the initial data to which linear regression and weighted linear regression have been applied, but this is not limited to the above, and an IIR filter and a zero-phase filter may also be applied to the initial data. This simplifies the calculations in the filtering process, while reducing the effects of noise and improving control performance.

また、本実施の形態では、重み付き線形回帰を2回行うこととしたが、これに限られず、重み付き線形回帰を1回又は3回以上行うこととしてもよい。 In addition, in this embodiment, weighted linear regression is performed twice, but this is not limited to this, and weighted linear regression may be performed once or three or more times.

(数値例)
図16(A)~(C)は、本実施の形態に係る流量制御装置1による米の流量制御の例であり、図16(A)は目標流量を2t/h(トン毎時)の小流量とした場合のグラフ、図16(B)は目標流量を5t/hの中流量とした場合のグラフ、図16(C)は目標流量を10t/hの大流量とした場合のグラフである。
(Numerical example)
Figures 16(A) to (C) are examples of rice flow rate control using the flow rate control device 1 of this embodiment, where Figure 16(A) is a graph when the target flow rate is a small flow rate of 2 t/h (tons per hour), Figure 16(B) is a graph when the target flow rate is a medium flow rate of 5 t/h, and Figure 16(C) is a graph when the target flow rate is a large flow rate of 10 t/h.

図16(A)~(C)に示すように、本実施の形態に係る流量制御方法により、各流量において、10~15秒程度で目標流量に到達できていることがわかる。図8(A)~(C)の固定PIDによる制御では、目標流量に到達するまでの時間は、小流量で約60秒、中流量で約45秒、大流量で約40秒であるが、これに比べて本実施の形態に係る流量制御によって早く目標流量に到達しており、制御性能を向上できていることがわかる。 As shown in Figures 16 (A) to (C), the flow rate control method according to this embodiment allows the target flow rate to be reached in about 10 to 15 seconds for each flow rate. With the fixed PID control of Figures 8 (A) to (C), the time to reach the target flow rate is about 60 seconds for a small flow rate, about 45 seconds for a medium flow rate, and about 40 seconds for a large flow rate. In comparison, the flow rate control according to this embodiment allows the target flow rate to be reached more quickly, demonstrating improved control performance.

(実施の形態2)
実施の形態1では、フィルタリング処理として、線形回帰、重み付き線形回帰、IIRフィルタ及びゼロ位相フィルタを用いて初期測定データ等のフィルタリングを行っていたが、フィルタリング処理における操業データの平滑化は、様々なフィルタによって実現することができる。本実施の形態では、フィルタリング処理としてステップ応答における立ち上がり時のデータと立ち下がり時のデータとの平均化処理を行う場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the initial measurement data and the like are filtered using linear regression, weighted linear regression, an IIR filter, and a zero-phase filter, but the smoothing of the operational data in the filtering process can be realized by various filters. In the present embodiment, a case will be described in which the filtering process is an averaging process of data at the rise and fall of a step response.

本実施の形態に係る流量制御装置1の構成は実施の形態1と同様であるので、同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。 The configuration of the flow control device 1 in this embodiment is the same as in embodiment 1, so the same reference numerals are used and detailed description is omitted.

以下、本実施の形態に係る流量制御方法について図17のフローチャートを参照しつつ説明する。図17に示すように、初期データ取得工程として、流量制御装置1の操業データである初期データを取得する。初期データは、排出ゲート15の開度を最大とした場合のステップ応答データであり、立ち上がり時のデータと立ち下がり時のデータを含む。すなわち、排出ゲート15の開閉弁を最大開度に開け、流量が安定した後、開閉弁を閉じて流量が0となるまでのデータを、初期データとして取得する(ステップS31)。 The flow rate control method according to this embodiment will be described below with reference to the flowchart in FIG. 17. As shown in FIG. 17, in the initial data acquisition step, initial data, which is the operating data of the flow rate control device 1, is acquired. The initial data is step response data when the discharge gate 15 is opened to the maximum degree, and includes data at the time of rising and falling. In other words, the opening and closing valve of the discharge gate 15 is opened to the maximum degree, and after the flow rate has stabilized, the data until the opening and closing valve is closed and the flow rate becomes 0 is acquired as the initial data (step S31).

続いてフィルタリング処理として、ステップS31で取得された初期データを平滑化して、開度別流量を推定する(ステップS32)。本実施の形態に係る流量制御装置1では、モータユニット16で駆動されるフラップ式の開閉弁を用いている。このような開閉弁を用いる場合のステップ応答データでは、立ち上がり時におけるある開度の流量は、一般的に、同じ開度の定常流量に比べて少ない流量となる。また、立ち下がり時におけるある開度の流量は、同じ開度の定常流量に比べて多い流量となる。 Next, as a filtering process, the initial data acquired in step S31 is smoothed to estimate the flow rate by opening degree (step S32). In the flow control device 1 according to this embodiment, a flap-type on-off valve driven by a motor unit 16 is used. In step response data when such an on-off valve is used, the flow rate at a certain opening during the rise is generally a smaller flow rate than the steady flow rate at the same opening. Also, the flow rate at a certain opening during the fall is a larger flow rate than the steady flow rate at the same opening.

そこで、本実施の形態では、所定の間隔で開度ごとに立ち上がり時の流量と立ち下がり時の流量との平均値を求めて平滑化し、開度別流量を推定する(図18)。 Therefore, in this embodiment, the average flow rate at the rise and fall times for each opening is calculated at a predetermined interval and smoothed to estimate the flow rate for each opening (Figure 18).

続いてデータベース作成工程として、ステップS32で算出した開度別流量に基づいてシステムゲイン及び制御パラメータを算出する(ステップS33)。システムゲインSGは、以下の式で求められる。
システムゲインSG=流量y/開度u
Next, in the database creation process, a system gain and a control parameter are calculated based on the flow rate for each opening degree calculated in step S32 (step S33). The system gain SG is calculated by the following formula.
System gain SG = flow rate y / opening u

上記のシステムゲインSGを用いて、制御パラメータを算出する。本実施の形態では、制御パラメータとして比例ゲインK、積分ゲインKを設定する。比例ゲインK及び積分ゲインKは、システムゲインSGを用いて、以下の式で算出される。
ただし、Ratioは定数であり、Tはサンプリング時間である。
The control parameters are calculated using the above system gain SG. In this embodiment, a proportional gain Kp and an integral gain Ki are set as the control parameters. The proportional gain Kp and the integral gain Ki are calculated using the system gain SG by the following equations.
Here, Ratio is a constant, and Ts is the sampling time.

続いて、算出された制御パラメータに基づいて、情報ベクトルφDBを生成し、データベースDBを作成する(ステップS34)。図19は、データベースDBに格納される情報ベクトルφDBの例の一部である。図19に示すように、本例では、定数Ratioを0.3と設定し、情報ベクトルφDBは、システムパラメータφDB である流量及び開度、制御パラメータKである比例ゲインK及び積分ゲインKを含む。 Next, an information vector φ DB is generated based on the calculated control parameters, and a database DB is created (step S34). Fig. 19 shows a part of an example of the information vector φ DB stored in the database DB. As shown in Fig. 19, in this example, the constant Ratio is set to 0.3, and the information vector φ DB includes the flow rate and the opening degree, which are the system parameters φ DB - , and the proportional gain K p and the integral gain K i , which are the control parameters K.

続いて、制御工程として、流量制御装置1による米の流量制御を行う。制御工程における流量制御方法は、実施の形態1のステップS11~S18と同様である。すなわち、制御が開始されると(ステップS35)、制御部21はゲート開度、流量等を計測して要求点φ(t)を生成する。 Next, in the control process, the flow rate of rice is controlled by the flow control device 1. The flow rate control method in the control process is the same as steps S11 to S18 in the first embodiment. That is, when control is started (step S35), the control unit 21 measures the gate opening, the flow rate, etc., and generates the required point φ (t).

より詳細には、各センサから取得された測定データにフィルタリング処理を適用した後(ステップS36)、要求点φ(t)を算出する(ステップS37)。ステップS36に係るフィルタリング処理は、実施の形態1のステップS3における第1のフィルタリング処理、すなわち線形回帰による平滑化と同様の処理である。これにより、少ない演算量で、ノイズの影響を低減することができる。 More specifically, after applying filtering to the measurement data acquired from each sensor (step S36), the required point φ (t) is calculated (step S37). The filtering process in step S36 is the same as the first filtering process in step S3 of the first embodiment, that is, smoothing by linear regression. This makes it possible to reduce the influence of noise with a small amount of calculation.

そして、制御部21は、データベースDBに格納された情報ベクトルφDB(j)のシステムパラメータφDB (j)と要求点φ(t)との類似度Sを計算する(ステップS38)。そして、予め定められた閾値以上の類似度Sとなる情報ベクトルφDB(j)(近傍データ)を抽出し(ステップS39)、類似度Sに基づく重みを用いて、制御パラメータを算出する(ステップS40)。そして、算出された制御パラメータを用いてゲート開度を制御して、米の流量制御を行い(ステップS41)、終了条件を満たすまで上記制御動作を繰り返す(ステップS42)。 Then, the control unit 21 calculates the similarity S between the system parameter φ DB - (j) of the information vector φ DB (j) stored in the database DB and the demand point φ - (t) (step S38). Then, the control unit 21 extracts the information vector φ DB (j) (neighborhood data) having a similarity S equal to or greater than a predetermined threshold (step S39), and calculates a control parameter using a weight based on the similarity S (step S40). Then, the control unit 21 controls the gate opening using the calculated control parameter to control the rice flow rate (step S41), and repeats the above control operation until a termination condition is satisfied (step S42).

以上説明したように、本実施の形態に係る流量制御方法では、初期データであるステップ応答データの立ち上がり時と立ち下がり時のデータを平均するフィルタリング処理を行って情報ベクトルφDBを生成し、データベースDBを作成している。したがって、より簡易な手法で、初期データを平滑化してノイズの影響の小さいデータベース駆動型制御系を構築することができる。 As described above, in the flow rate control method according to the present embodiment, a filtering process is performed to average the rising and falling edges of the step response data, which is the initial data, to generate the information vector φ DB , and to create the database DB. Therefore, it is possible to construct a database-driven control system that is less susceptible to noise by smoothing the initial data using a simpler method.

(数値例)
図20(A)~(C)は、本実施の形態に係る流量制御装置1による米の流量制御の例であり、図20(A)は目標流量を2t/hの小流量とした場合のグラフ、図20(B)は目標流量を5t/hの中流量とした場合のグラフ、図20(C)は目標流量を10t/hの大流量とした場合のグラフである。また、図20(D)は目標流量を16t/hとした、より大流量の場合のグラフである。
(Numerical example)
Figures 20(A) to (C) are examples of rice flow rate control by the flow rate control device 1 according to this embodiment, where Figure 20(A) is a graph when the target flow rate is a small flow rate of 2 t/h, Figure 20(B) is a graph when the target flow rate is a medium flow rate of 5 t/h, Figure 20(C) is a graph when the target flow rate is a large flow rate of 10 t/h, and Figure 20(D) is a graph when the target flow rate is an even larger flow rate of 16 t/h.

図20(A)~(D)に示すように、本実施の形態に係る流量制御方法により、各流量において、10~15秒程度で目標流量に到達できていることがわかる。図8(A)~(C)の固定PIDによる制御に比べて本実施の形態に係る流量制御によって早く目標流量に到達しており、制御性能を向上できていることがわかる。さらに、目標流量を16t/hとした、より大流量の場合でも、流量が速やかに目標値に収束しており適切に流量制御が行われていることがわかる。 As shown in Figures 20 (A) to (D), it can be seen that the flow rate control method according to this embodiment allows the target flow rate to be reached in about 10 to 15 seconds for each flow rate. Compared to the fixed PID control of Figures 8 (A) to (C), the flow rate control according to this embodiment allows the target flow rate to be reached more quickly, and it can be seen that control performance has been improved. Furthermore, even in the case of a larger flow rate, such as a target flow rate of 16 t/h, it can be seen that the flow rate quickly converges to the target value and flow rate control is performed appropriately.

本発明は、入力(開度)の変化に対してシステムゲインが大きく変化する流量制御システムに好適である。特に、操業データの取得の際、流動体の特性によるノイズの影響が大きい流量制御システムに好適である。 The present invention is suitable for flow control systems in which the system gain changes significantly with changes in input (opening). It is particularly suitable for flow control systems in which noise due to the characteristics of the fluid is significantly affected when acquiring operational data.

1 流量制御装置、10 計量機本体、11 供給ゲート、12 計量槽、13 ロードセル、14 計量アンプ、15 排出ゲート、16 モータユニット、20 制御ユニット、21 制御部、211 流量情報取得部、212 演算部、213 排出ゲート制御部、22 記憶部、23 表示部、24 入力部、DB データベース 1 Flow control device, 10 Measuring machine body, 11 Supply gate, 12 Measuring tank, 13 Load cell, 14 Measuring amplifier, 15 Discharge gate, 16 Motor unit, 20 Control unit, 21 Control unit, 211 Flow information acquisition unit, 212 Calculation unit, 213 Discharge gate control unit, 22 Memory unit, 23 Display unit, 24 Input unit, DB Database

Claims (11)

流動体の流量を制御する制御システムの操業データであるステップ応答データを取得して、フィルタリング処理により平滑化する初期データ取得工程と、
前記初期データ取得工程で平滑化されたステップ応答データに基づいて、ERITを用いたデータ予測によって生成された、前記制御システムの状態を表すシステムパラメータと、制御器の特性を表す制御パラメータとを含む複数の情報ベクトルを格納するデータベースを作成するデータベース作成工程と、
前記データベースに格納された情報ベクトルと、前記制御システムの現在の状態を表す要求点との類似度に基づいて、制御パラメータを更新するデータベース駆動型制御によって前記流量を制御する制御工程と、を含む、
ことを特徴とする流量制御方法。
an initial data acquisition step of acquiring step response data, which is operational data of a control system for controlling a flow rate of a fluid, and smoothing the data by filtering;
a database creation step of creating a database for storing a plurality of information vectors including a system parameter representing a state of the control system and a control parameter representing a characteristic of a controller, the information vectors being generated by data prediction using ERIT based on the step response data smoothed in the initial data acquisition step;
and a control step of controlling the flow rate by a database-driven control method that updates a control parameter based on a similarity between an information vector stored in the database and a demand point that represents a current state of the control system.
A flow rate control method comprising:
前記フィルタリング処理は、
線形回帰と、複数の重み付き線形回帰とによって前記ステップ応答データを平滑化する、
ことを特徴とする請求項1に記載の流量制御方法。
The filtering process includes:
smoothing the step response data by linear regression and multiple weighted linear regressions;
2. The method of claim 1, wherein the flow rate is controlled by the first and second electrodes.
前記フィルタリング処理は、
IIRフィルタと、ゼロ位相フィルタとによって前記ステップ応答データを平滑化する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の流量制御方法。
The filtering process includes:
smoothing the step response data with an IIR filter and a zero phase filter;
3. The flow rate control method according to claim 1 or 2 .
前記制御工程では、
計測された前記流量を、線形回帰と、複数の重み付き線形回帰とによってフィルタリングして前記要求点を算出する、
ことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の流量制御方法。
In the control step,
filtering the measured flow rate by a linear regression and a plurality of weighted linear regressions to calculate the demand point;
4. The flow rate control method according to claim 1, wherein the flow rate control method is a flow rate control method for controlling a flow rate of the fluid.
前記データベース作成工程のERITでは、
前記制御パラメータは、Adamを用いて最適化される、
ことを特徴とする請求項からのいずれか一項に記載の流量制御方法。
In the database creation process,
The control parameters are optimized using Adam.
5. The flow rate control method according to claim 1, wherein the flow rate control method is a flow rate control method for controlling a flow rate of the fluid.
前記データベース作成工程では、
生成された前記複数の情報ベクトルの相互の類似度が所定の閾値以下となるようにいずれかの前記情報ベクトルを削除して、前記データベースを軽量化する、
ことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の流量制御方法。
In the database creation step,
and reducing the size of the database by deleting any of the generated information vectors so that the mutual similarity of the plurality of information vectors becomes equal to or less than a predetermined threshold.
6. The flow rate control method according to claim 1,
前記初期データ取得工程では、
前記ステップ応答データは、前記流量を制御するゲート開度に対応する、立ち上がり時の流量と立ち下がり時の流量とを平均するフィルタリング処理によって平滑化され、
前記データベース作成工程では、
前記ゲート開度と平均された流量とに基づいて前記制御パラメータを算出し、前記複数の情報ベクトルを生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の流量制御方法。
In the initial data acquisition step,
The step response data is smoothed by a filtering process that averages a rising flow rate and a falling flow rate corresponding to a gate opening degree that controls the flow rate,
In the database creation step,
Calculating the control parameters based on the gate opening and the average flow rate to generate the plurality of information vectors.
2. The method of claim 1, wherein the flow rate is controlled by the first and second electrodes.
流動体の流量を制御する制御システムの状態を表すシステムパラメータと制御器の特性を表す制御パラメータとを含む複数の情報ベクトルを格納するデータベースと、
前記データベースに格納された情報ベクトルと、前記制御システムの現在の状態を表す要求点との類似度に基づいて、制御パラメータを更新し、前記流量を制御するデータベース駆動型制御を行う制御部と、を備え、
前記データベースに格納された情報ベクトルは、操業データであるステップ応答データをフィルタリングして平滑化されたデータに基づいて、ERITを用いたデータ予測によって作成された情報ベクトルを含む、
ことを特徴とする流量制御装置。
a database storing a plurality of information vectors including a system parameter representing a state of a control system for controlling a flow rate of a fluid and a control parameter representing a characteristic of a controller;
a control unit that performs database-driven control to update a control parameter and control the flow rate based on a similarity between the information vector stored in the database and a demand point that represents a current state of the control system;
The information vector stored in the database includes an information vector created by data prediction using ERIT based on data smoothed by filtering step response data, which is operation data.
A flow rate control device.
前記ステップ応答データは、線形回帰と、複数の重み付き線形回帰とによって平滑化される、
とを特徴とする請求項に記載の流量制御装置。
The step response data is smoothed by linear regression and multiple weighted linear regressions .
The flow control device according to claim 8 .
前記ステップ応答データは、IIRフィルタと、ゼロ位相フィルタとによって平滑化される、
とを特徴とする請求項8又は9に記載の流量制御装置。
The step response data is smoothed by an IIR filter and a zero phase filter .
10. The flow rate control device according to claim 8 or 9.
前記ステップ応答データは、前記流量を制御するゲート開度に対応する、立ち上がり時の流量と立ち下がり時の流量とを平均するフィルタリングによって平滑化され、
前記複数の情報ベクトルは、前記ゲート開度と平均された流量とに基づいて、前記制御パラメータを算出して生成されている、
ことを特徴とする請求項に記載の流量制御装置。
The step response data is smoothed by filtering to average a rise time flow rate and a fall time flow rate corresponding to a gate opening degree that controls the flow rate,
The plurality of information vectors are generated by calculating the control parameters based on the gate opening degree and the average flow rate.
The flow control device according to claim 8 .
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