JPH0430607B2 - - Google Patents
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- JPH0430607B2 JPH0430607B2 JP10882884A JP10882884A JPH0430607B2 JP H0430607 B2 JPH0430607 B2 JP H0430607B2 JP 10882884 A JP10882884 A JP 10882884A JP 10882884 A JP10882884 A JP 10882884A JP H0430607 B2 JPH0430607 B2 JP H0430607B2
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明に属する技術分野〕
本発明は入力の特定の値の近傍で出力が急激に
変化することにより入出力の関係を表わす静特性
曲線が変曲点をもつ各種工業プロセスの出力を変
曲点附近に制御する方法に関する。[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention is applicable to various industries in which the static characteristic curve representing the relationship between input and output has an inflection point due to a sudden change in output near a specific value of input. This invention relates to a method for controlling the output of a process near an inflection point.
入出力関係が非線形となる各種プロセスの中に
は、それらの静特性が変曲点をもつているものが
多く存在する。例えば酸を含む水を連続的に中和
するプロセスでは酸とアルカリの当量点でPHが急
変するため、アルカリ注入速度を入力、PHを出力
とするとこの両者の間の静特性は当量点で変曲点
をもつ曲線となる。このような関係は酸化還元プ
ロセスにも見られ酸化還元電位(ORP)は酸化
性物質と還元性物質の当量点に変曲点を有する。
変曲点を示すプロセスは上記のような化学プロセ
スに限ることなく、例えば固液分離槽において超
音波または光の透過量の変化を利用して汚泥界面
を検出する場合などにも透過量が界面で急変する
ために、水深に対する透過量の特性曲線には変曲
点が存在する。
Among the various processes in which the input-output relationship is nonlinear, there are many that have inflection points in their static characteristics. For example, in the process of continuously neutralizing water containing acid, the PH changes suddenly at the equivalence point between acid and alkali, so if the alkali injection rate is input and the PH is output, the static characteristics between the two will change at the equivalence point. It becomes a curve with curved points. Such a relationship is also seen in redox processes, and the redox potential (ORP) has an inflection point at the point of equivalence between oxidizing and reducing substances.
Processes that exhibit inflection points are not limited to chemical processes such as those mentioned above; for example, when detecting a sludge interface using changes in the amount of ultrasound or light transmitted in a solid-liquid separation tank, Because of this, there is an inflection point in the characteristic curve of the amount of permeation versus water depth.
以上の例から変曲点のもつ共通性として、多く
の場合変曲点は広い意味で状態の急激な変化に対
応するプロセスの限界点と見ることができる。こ
のことからプロセスをその限界点に制御しようと
するとき、変曲点が確実に検出できてプロセスを
この変曲点に制御することができれば制御は極め
て容易となり効果的であることがわかる。 From the above examples, the common feature of inflection points is that in many cases, inflection points can be viewed, in a broad sense, as the breaking point of a process that responds to rapid changes in state. This shows that when trying to control a process to its limit point, if the inflection point can be detected reliably and the process can be controlled to this inflection point, control will be extremely easy and effective.
これに対して従来用いられているプロセス出力
を変曲点に制御する方法は主として次の二つであ
る。 On the other hand, the following two methods are mainly used to control the process output to the inflection point.
変曲点における出力の値をあらかじめ求めて
おき、出力がその値になるように制御する。 The output value at the inflection point is determined in advance, and the output is controlled so that it becomes that value.
入力に関する出力の1次微分が最大になるよ
うに、または2次微分が零になるように入力を
調整する。 The input is adjusted so that the first derivative of the output with respect to the input is maximized or the second derivative is zero.
これらのうちの方法は変曲点と出力値との関
係が常に一定であれば最も確実でありこの場合は
変曲点をとくに考慮することなく出力を定値制御
することができる。しかしこのようなケースはむ
しろまれであると考えた方がよい。例えば前述の
PHもしくはORPの変曲点は共存物質の影響を受
けるし、また電極の特性が変れば変曲点も変動す
る。このことは汚泥界面を検出する場合にも当て
はまり、汚泥密度の変化、光源の変化、受光面の
汚れなど変曲点の位置を変動させる要因が非常に
多くある。したがつての方法は効果を期待する
ことができない。 These methods are the most reliable if the relationship between the inflection point and the output value is always constant, and in this case, the output can be controlled at a constant value without particularly considering the inflection point. However, it is better to consider that such cases are rather rare. For example, the above
The inflection point of PH or ORP is affected by coexisting substances, and if the characteristics of the electrode change, the inflection point will also change. This also applies to detecting the sludge interface, and there are many factors that can cause the position of the inflection point to vary, such as changes in sludge density, changes in the light source, and dirt on the light receiving surface. Therefore, the method cannot be expected to be effective.
次に微分を用いるの方法はノイズの問題が最
も深刻である。入力に関する出力の微係数を求め
るためには入力および出力の時間微分を求めそれ
らの比を求めなければならない。ところが微分演
算は1種の高域フイルタであるためノイズが拡大
され、そのような信号から有効な情報を得るのは
極めて困難である。さらにプロセス制御の場合、
入出力とも広い範囲で変化させることができない
ことと、入力の変化に対して出力は遅れをもつて
応答し、その時定数も条件によつて変動すること
なども微分演算を困難にする要因となつている。 Next, the method using differentiation has the most serious noise problem. In order to find the differential coefficient of the output with respect to the input, it is necessary to find the time derivatives of the input and output and find their ratio. However, since differential calculation is a type of high-pass filter, noise is magnified, and it is extremely difficult to obtain effective information from such a signal. Furthermore, for process control,
Factors that make differential calculations difficult include the fact that both input and output cannot be varied over a wide range, and the output responds with a delay to changes in the input, and the time constant varies depending on the conditions. ing.
本発明の目的は上述の欠点を除去し、安定した
高い信頼性をもつて各種プロセス出力を変曲点に
制御することが可能な方法を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a method capable of eliminating the above-mentioned drawbacks and controlling various process outputs to inflection points with stability and high reliability.
本発明は入力の特定の値の近傍で出力が急激に
変化することにより、入出力特性が変曲点を有す
る曲線で表現されるプロセスに適用し、出力を前
記変曲点付近に制御する方法であつて、入力を操
作して前記出力を目標値に制御する第1の制御ル
ープと、前記目標値を操作して入出力ゲインを最
大にする第2の制御ループとで制御系を構成し、
前記第2の制御ループは前記出力の変動領域を上
部変動領域と下部変動領域に区分し、前記出力が
前記下部変動領域にあるときの入出力ゲインg1と
前記出力が前記上部変動領域にあるときの入出力
ゲインg2を同定し、g1とg2とが等しくなるように
前記目標値を逐次変更することにより達成され
る。
The present invention is applied to a process in which the input/output characteristics are expressed by a curve having an inflection point due to a sudden change in the output near a specific value of the input, and a method for controlling the output near the inflection point. The control system comprises a first control loop that controls the output to a target value by manipulating the input, and a second control loop that maximizes the input/output gain by manipulating the target value. ,
The second control loop divides the output fluctuation region into an upper fluctuation region and a lower fluctuation region, and determines an input/output gain g 1 when the output is in the lower fluctuation region and an input/output gain g 1 when the output is in the upper fluctuation region. This is achieved by identifying the input/output gain g 2 at the time and sequentially changing the target value so that g 1 and g 2 are equal.
以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below based on examples.
はじめに本発明における基本的な考え方につい
て述べ次に具体的な実施の態様を示す。 First, the basic concept of the present invention will be described, and then specific embodiments will be shown.
本発明者らはまず出力の時間遅れの問題を解決
することが必要であり、そのためにプロセスの入
出力関係を動特性項を含むモデル式で近似し、こ
のモデル式を用いて変曲点を探索する方法を検討
した。しかし実際には変曲点をもつような非線形
関係を近似するためにはモデル式も当然非線形と
なりしたがつてパラメータ数も多くなり同定演算
法も複雑化するので特性曲線をモデル式で近似す
る方法は実用的でないと判断した。 The inventors first needed to solve the problem of output time delay, and for that purpose, they approximated the input-output relationship of the process with a model equation that included a dynamic characteristic term, and used this model equation to find the inflection point. We considered ways to explore. However, in reality, in order to approximate a nonlinear relationship that has an inflection point, the model equation naturally becomes nonlinear, which increases the number of parameters and complicates the identification calculation method. judged to be impractical.
そこで本発明者らは曲線を関数で近似するので
はなく、変曲点を検出することが合目的であると
いう点に着目し、変曲点を検出するために最少限
必要とするものを詳細に検討した。その結果、出
力の変動領域を上下二つに区分し出力がその下部
変動領域にあるときのゲインg1と出力がその上部
変動領域にあるときのゲインg2を求め、g1=g2と
なるときに二つの領域を区分する境界値が変曲点
に相当すると判定するのがよいとの結論に達しこ
のことを本発明の方法に適用した。例えば境界値
としては出力の一定時間の移動平均値を用いるこ
とができる。 Therefore, the present inventors focused on the fact that the purpose is to detect inflection points, rather than approximating curves with functions, and detailed the minimum requirements for detecting inflection points. We considered this. As a result, we divide the output fluctuation region into upper and lower regions, find the gain g 1 when the output is in the lower fluctuation region, and the gain g 2 when the output is in the upper fluctuation region, and calculate g 1 = g 2 . We came to the conclusion that it is best to determine that the boundary value that separates the two regions corresponds to an inflection point when the two regions are the same, and applied this to the method of the present invention. For example, a moving average value of the output over a certain period of time can be used as the boundary value.
第1図は変曲点を有する入出力関係曲線の一例
を示したものであり、第1図において本発明の方
法は静特性曲線を境界値上の点Pを折点とする折
線で近似することを意味している。ただし出力が
P点より小さいときのゲインg1と出力がP点より
大きいときのゲインg2の区別は出力値と境界値の
大小関係のみであつて近似区間は確定しないため
g1とg2は出力の変動幅に依存して変化する。この
ように以上の方法は特性曲線を関数で近似するこ
とはできないが変曲点を検出するためにはg1とg2
が等しいかどうかだけを問題としているから、出
力を変曲点に制御するために用いることができる
のである。しかもこの方法は線形モデルを用いる
ため、パラメータ同定演算が簡単である上に、g1
とg2の差を用いることにより信頼性が向上する。
すなわちプロセス出力にノイズが含まれていた
り、プロセス入力に出力からのフイードバツクが
ある場合はパラメータの同定値と真の値との間に
バイアスが生じることが多いが、これらの影響は
g1とg2の共通に作用するので、g1とg2の差を用い
る本発明の方法によればバイアスの影響などを除
去することができるからである。 FIG. 1 shows an example of an input-output relationship curve having an inflection point. In FIG. 1, the method of the present invention approximates the static characteristic curve with a broken line whose breaking point is a point P on the boundary value. It means that. However, the difference between the gain g 1 when the output is smaller than point P and the gain g 2 when the output is larger than point P is only the magnitude relationship between the output value and the boundary value, and the approximate interval is not determined.
g 1 and g 2 change depending on the fluctuation range of the output. In this way, the above method cannot approximate the characteristic curve with a function, but in order to detect the inflection point, g 1 and g 2
Since the only question is whether or not they are equal, it can be used to control the output to an inflection point. Moreover, since this method uses a linear model, the parameter identification calculation is simple, and g 1
Reliability is improved by using the difference between and g 2 .
In other words, if the process output contains noise or if the process input has feedback from the output, bias will often occur between the identified value and the true value of the parameter, but these effects
This is because g 1 and g 2 act in common, so the method of the present invention that uses the difference between g 1 and g 2 can eliminate the influence of bias.
さらに本発明者らはモデル規範適応システム
(Model Reference Adaptivs、System,以下
MRASと略称する。)が本発明を実施するのに適
していることに着目した。MRASは実プロセス
およびその動特性を近似するモデルとからなり、
パラメータ同定に用いる場合、プロセス出力とモ
デル出力が一致するようにモデルのパラメータを
自動調節するものである。 Furthermore, the present inventors developed a Model Reference Adaptivs (System).
It is abbreviated as MRAS. ) was found to be suitable for carrying out the present invention. MRAS consists of an actual process and a model that approximates its dynamic characteristics.
When used for parameter identification, the model parameters are automatically adjusted so that the process output and model output match.
以下MRASを用いて本発明の方法を活性汚泥
プロセスの溶存酸素(以下DOと略称する)濃度
制御に適用した例について具体的に説明する。 An example in which the method of the present invention is applied to controlling dissolved oxygen (hereinafter abbreviated as DO) concentration in an activated sludge process using MRAS will be specifically described below.
活性汚泥プロセスは好気性微生物の1種の混合
培養系であり、プロセスを安定に維持するために
はエアレーシヨンを十分に行ない、DO濃度を適
正なレベルに維持しなければならない。しかし電
力節減などの観点から微生物の性状が悪化しない
範囲でできるだけ少ない空気量でプロセスを運転
することが望ましい。 The activated sludge process is a mixed culture system of aerobic microorganisms, and in order to maintain a stable process, sufficient aeration must be performed to maintain the DO concentration at an appropriate level. However, from the viewpoint of power saving, etc., it is desirable to operate the process with as little amount of air as possible without deteriorating the properties of the microorganisms.
活性汚泥プロセスにおいてエアレーシヨンタン
ク内のある個所でDO濃度Cを測定し、エアレー
シヨン空気流量fとの関係を求めると第2図に示
す曲線が得られる。エアレーシヨン空気流量fの
増加に対してDO濃度Cはある点で急激に増加す
るため第2図に示した静特性曲線上には変曲点Q
が現われる。本発明者らはDO濃度Cを変曲点Q
におけるCの値と一致するように制御することに
より、必要最少限の空気量が維持されることを見
出し、出力を変曲点に制御するために本発明を適
用した。 In the activated sludge process, when the DO concentration C is measured at a certain point in the aeration tank and the relationship with the aeration air flow rate f is determined, the curve shown in Figure 2 is obtained. As the aeration air flow rate f increases, the DO concentration C increases rapidly at a certain point, so there is an inflection point Q on the static characteristic curve shown in Figure 2.
appears. The present inventors set the DO concentration C to the inflection point Q
It was discovered that the minimum necessary amount of air can be maintained by controlling the amount of air to match the value of C in , and the present invention was applied to control the output to the inflection point.
第3図は本発明の適用される活性汚泥プロセス
の機器構成と機能の概要を示す系統図である。第
3図では水と空気の流れは実線、電気信号系統を
破線で示してあるがいずれも流れの方向を矢印で
表わしてある。 FIG. 3 is a system diagram showing an overview of the equipment configuration and functions of the activated sludge process to which the present invention is applied. In FIG. 3, the flow of water and air is shown by solid lines, and the electrical signal system is shown by broken lines, and the direction of flow is shown by arrows.
第3図においてエアレーシヨンブロア1から送
られる空気は流量計2を経てエアレーシヨンタン
ク3の底部から散気管4により曝気される。また
図示してない装置により一次処理された水は流量
計5を通つてエアレーシヨンタンク3に流入し汚
濁物質が分解された後最終沈澱池6に貯留され上
澄水を二次処理水として放流するが沈澱した汚泥
は再びエアレーシヨンタンク3に戻される。 In FIG. 3, air sent from an aeration blower 1 passes through a flow meter 2 and is aerated from the bottom of an aeration tank 3 by an aeration pipe 4. Water that has been primarily treated by a device (not shown) passes through a flow meter 5 and flows into an aeration tank 3, where pollutants are decomposed and then stored in a final sedimentation tank 6, where the supernatant water is discharged as secondary treated water. However, the settled sludge is returned to the aeration tank 3 again.
一方電気信号はエアレーシヨンタンク3内に位
置するDOセンサ7の出力を信号変換器8により
伝送信号に変換し、流量計2,5によりそれぞれ
測定されたエアレーシヨン空気量および流入水量
の信号とともに演算装置9に入力する。演算装置
9は本発明による制御演算を行つて設定値として
の目標空気量を調節計10に入力する。調節計1
0からエアレーシヨン空気量を設定値に制御する
ための操作信号をインバータ11に入力すること
によりインバータ11でエアレーシヨンブロア1
の回転数の調節が行われる。 On the other hand, the electrical signal is calculated by converting the output of the DO sensor 7 located in the aeration tank 3 into a transmission signal by the signal converter 8, and using the signals of the aeration air amount and inflow water amount measured by the flowmeters 2 and 5, respectively. input into device 9; The calculation device 9 performs control calculation according to the present invention and inputs a target air amount as a set value to the controller 10. Controller 1
By inputting an operation signal to the inverter 11 to control the aeration air amount from 0 to a set value, the inverter 11 controls the aeration blower 1.
The rotation speed is adjusted.
第4図は第3図の構成における制御演算を行う
ためのブロツク線図を示したものである。第4図
において21は第3図に示したプロセスを表わす
部分であり入力がエアレーシヨン空気流量f、出
力がDO濃度Cである。22はfをフイルタリン
グする時定数Tfの1次遅れ要素、23はCをフ
イルタリングする時定数Tfの1次遅れ要素、2
4はゲインgが可調節の比例要素、25は時定数
Tが可調節の1次遅れ要素、26は25の出力
xmの微係数を求めるための割算器、27はTを
実プロセスに適合するように調節するパラメータ
適応機構、28はDO濃度が下部変動領域にある
ときのゲインg1を調節するための適応機構、29
はDO濃度が上部変動領域にあるときのゲインg2
を調節するための適応機構、30はプロセス出力
をフイルタリングした信号Cfの移動平均を求
めるための移動平均演算部、31はCfとを比
較しそれらの大小関係に応じてスイツチS1,S2,
S3を開閉するための比較器、32はg2−g1を積分
し、DO濃度の目標値Crとして出力する積分器、
33はCrとCの差εおよび流入水量信号Wが入
力され、CをCrに制御するための目標空気量演
算部、34は33から出力される空気流量信号の
基準値fbに同定過程をスムーズにするために同定
用ノイズNを加えた信号を一定時間保持するサン
プルホールド部である。24と25からなる破線
で囲つた部分35は適応モデルを表わしている。 FIG. 4 shows a block diagram for performing control calculations in the configuration of FIG. 3. In FIG. 4, numeral 21 represents the process shown in FIG. 3, where the input is the aeration air flow rate f and the output is the DO concentration C. 22 is a first-order lag element of the time constant Tf that filters f; 23 is a first-order lag element of the time constant Tf that filters C; 2
4 is a proportional element with adjustable gain g, 25 is a first-order lag element with adjustable time constant T, and 26 is the output of 25.
A divider for finding the differential coefficient of xm, 27 a parameter adaptation mechanism for adjusting T to suit the actual process, and 28 an adaptation for adjusting the gain g 1 when the DO concentration is in the lower fluctuation region. Mechanism, 29
is the gain g 2 when the DO concentration is in the upper fluctuation region
30 is a moving average calculation unit for calculating the moving average of the signal Cf obtained by filtering the process output; 31 is a moving average calculation unit that compares the signal Cf with Cf and switches S 1 and S 2 according to their magnitude relationship; ,
A comparator for opening and closing S3 ; 32 is an integrator that integrates g 2 - g 1 and outputs it as the target value Cr of DO concentration;
33 is a target air amount calculation unit into which the difference ε between Cr and C and the inflow water amount signal W are input, and is used to control C to Cr; 34 is an identification process for the reference value f b of the air flow rate signal output from 33; This is a sample hold section that holds a signal to which identification noise N has been added for a certain period of time to make it smooth. A portion 35 surrounded by a broken line consisting of 24 and 25 represents an adaptive model.
以上の制御演算は大別して主に二つの部分によ
り行われる。すなわち第4図に示した一点鎖線か
ら下のプロセス出力Cを目標値Crに制御するた
めの第1の制御ループと一点鎖線から上のパラメ
ータ同定およびCrの操作を行い、入出力ゲイン
を最大にする第2の制御ループである。これら二
つの部分のうち、前者は出力Cが目標値Crに一
致するようにフイードバツク制御を行い、後者は
g1とg2を演算し、g2−g1が零になるようにCrを操
作するものである。 The above control calculations are roughly divided into two parts. That is, the first control loop for controlling the process output C below the dashed-dotted line to the target value Cr shown in Fig. 4, the parameter identification above the dashed-dotted line, and the operation of Cr are performed to maximize the input/output gain. This is the second control loop. Of these two parts, the former performs feedback control so that the output C matches the target value Cr, and the latter
It calculates g 1 and g 2 and manipulates Cr so that g 2 - g 1 becomes zero.
次に本実施例における制御動作を第1の制御ル
ープのパラメータ同定部分から順を追つて説明す
る。パラメータを同定するためにはプロセスの入
力fおよび出力Cが必要である。fとCをまず1
次遅れ要素22および23でフイルタリングしそ
れぞれの平滑化信号を得る。次にfとCから平滑
化信号を差し引きそれぞれuおよびyとする。活
性汚泥プロセスの場合uとyの関係は1次遅れモ
デルで表わすことができるから、MRASを構成
する適応モデル35も24と25からなる1次遅
れモデルとすることができる。このMRASの役
割はプロセス信号yと25からの出力xmが一致
するように適応モデル35の時定数Tおよびゲイ
ンg自動調整することである。Tとgの自動調整
はパラメータ適応機構27,28および29が行
う。これらのうち27はTの適応機構であり、y
とxmの差eおよびxmの時間微分x・mが入力され
積分適応アルゴリズムにしたがつてTが自動
T=To−kT∫t pex・mdt (1)
調整される。(1)式におけるToはTの初期値、kT
はTの適応ゲインである。ゲインgの同定動作は
本実施例では通常の場合と異なつている。すなわ
ち本発明の方法では出力をフイルタリングした信
号Cfがその移動平均より小さいときと大きい
ときに、それぞれのゲインg1とg2とを別々に同定
できるようにこれらに対応して同定機構を28と
29の二つに分けてある。同定アルゴリズムは
g1=g10+kg∫t peudt (2)
およびg2=g20+kg∫t peudt (3)
である。(2)および(3)式におけるg10とg20はそれぞ
れg1とg2の初期値、kgは適応ゲインである。さら
に本発明ではCfとの大小関係によつてこの二
つの適応機構28と29の一方だけを作動するよ
うにして、適応モデル35のゲインgとしては作
動している方の適応機構が演算するゲイン(g1も
しくはg2)を用いることにより、Cfがより小さ
いときのゲインg1とCfがより大きいときのゲイ
ンg2とを別々に同定することができるのである。 Next, the control operation in this embodiment will be explained in order starting from the parameter identification part of the first control loop. The input f and output C of the process are required to identify the parameters. f and C first
Filtering is performed by second delay elements 22 and 23 to obtain respective smoothed signals. Next, the smoothed signals are subtracted from f and C to obtain u and y, respectively. In the case of an activated sludge process, the relationship between u and y can be expressed by a first-order lag model, so the adaptive model 35 that constitutes the MRAS can also be a first-order lag model consisting of 24 and 25. The role of this MRAS is to automatically adjust the time constant T and gain g of the adaptive model 35 so that the process signal y and the output xm from the adaptive model 25 match. Automatic adjustment of T and g is performed by parameter adaptation mechanisms 27, 28 and 29. 27 of these are adaptation mechanisms of T, y
The difference e between To in equation (1) is the initial value of T, k T
is the adaptation gain of T. The gain g identification operation in this embodiment is different from the normal case. In other words, in the method of the present invention, an identification mechanism is provided in response to the filtered output signal Cf so that the gains g 1 and g 2 can be separately identified when the signal Cf is smaller than the moving average and when it is larger than the moving average. It is divided into two parts: and 29. The identification algorithms are g 1 = g 10 + k g ∫ t p eudt (2) and g 2 = g 20 + k g ∫ t p eudt (3). In equations (2) and (3), g 10 and g 20 are initial values of g 1 and g 2 , respectively, and k g is an adaptive gain. Furthermore, in the present invention, only one of the two adaptive mechanisms 28 and 29 is operated depending on the magnitude relationship with Cf, and the gain g of the adaptive model 35 is the gain calculated by the operating adaptive mechanism. By using (g 1 or g 2 ), it is possible to separately identify the gain g 1 when Cf is smaller and the gain g 2 when Cf is larger.
このような一連の作動に対して切換え操作を行
うのが比較器31によつて開閉する三つの切換え
スイツチS1,S2およびS3である。また本実施例で
は同定動作を確実にするために三つのスイツチが
切り換る時点および空気流量fが更新される時点
で適応モデル35の出力xmをプロセス信号yに
一致させるようにしている。比較器31およびサ
ンプルホールド部34から適応モデル35に導か
れる破線の矢印はこの動作を意味するものであ
る。 Three changeover switches S 1 , S 2 and S 3 are opened and closed by the comparator 31 and perform switching operations for such a series of operations. Further, in this embodiment, in order to ensure the identification operation, the output xm of the adaptive model 35 is made to match the process signal y at the time when the three switches are switched and the air flow rate f is updated. The broken line arrow leading from the comparator 31 and sample hold unit 34 to the adaptive model 35 indicates this operation.
以上のようにして得られたg2とg1の差を積分器
32で積分しその出力をCrとすると積分定数を
適正に選ぶことにより、g1とg2が等しくなる方向
にCrが変化する1種の積分制御作用が行われ、
Crはプロセスの入出力関係を表わす特性曲線上
の変曲点に相当する値に達する。このように計算
されたCrは、DO制御部に目標値として入力さ
れ、DO濃度Cが目標値Crに等しくるようにフイ
ードバツク制御が行われる。この制御動作を行わ
せるために本実施例では通常のPI制御に加えて
流入水量Wを用いた補助動作により、流入負荷の
急変に対する応答を改善している。そして制御演
算により求めた空気量の基準値fbに同定過程がス
ムーズに行われるように同定用ノイズNを加算
し、この信号を一定時間保持したものが実際の空
気量fとなる。 If the difference between g 2 and g 1 obtained in the above manner is integrated by the integrator 32 and the output is Cr, then by appropriately selecting the integral constant, Cr will change in the direction that g 1 and g 2 become equal. A kind of integral control action is performed,
Cr reaches a value corresponding to an inflection point on the characteristic curve representing the input-output relationship of the process. The thus calculated Cr is input as a target value to the DO control section, and feedback control is performed so that the DO concentration C is equal to the target value Cr. In order to perform this control operation, in this embodiment, in addition to the normal PI control, an auxiliary operation using the amount of inflow water W is used to improve the response to sudden changes in the inflow load. Then, an identification noise N is added to the reference value f b of the air amount obtained by the control calculation so that the identification process is carried out smoothly, and this signal is held for a certain period of time to become the actual air amount f.
以上第3図に示した機器構成および第4図に示
した制御方式により実際に活性汚泥プロセスの制
御を行い得られた結果を第5図a〜dに示す。第
5図a〜dはいずれも100時間経過に対して得ら
れた諸データの変化の様子を示した線図である
が、これら各線図の縦軸は適当なフルスケール値
(FS)で割つて規格化してあり、FS値は各線図
に記してある。 The results obtained by actually controlling the activated sludge process using the equipment configuration shown in FIG. 3 and the control system shown in FIG. 4 are shown in FIGS. 5a to 5d. Figures 5a to 5d are all diagrams showing changes in various data obtained over the course of 100 hours, and the vertical axis of each of these diagrams is divided by an appropriate full scale value (FS). The FS values are shown on each diagram.
第5図aは時定数Tの変化、第5図bは出力が
下部変動領域にあるときのゲインg1と出力が上部
変動領域にあるときのg2の変化、第5図cはDO
濃度Cとその目標値Crの変化、第5図dは空気
量と流入水量Wの変化をそれぞれ表わしている。
これらの中で特に本発明の効果が明らかなのは第
5図cであり、第5図cによれば活性汚泥プロセ
スの制御をはじめCr=0.5mg/でスタートし約
100時間実施したのに対して、制御開始直後Crは
若干減少するが5〜6時間後には増加に転じ約40
時間経過するとほぼ一定値に達する。その後Cr
は1.5〜2mg/に維持されDO濃度CはCrを中心
に約±1mg/の範囲に制御されている。一定値
に達した後のCrの値と第2図に示した曲線の変
曲点Qに対応するCの値とを比較すると両者はよ
く一致しており、このことからも本発明の目的が
十分に達成されていることがわかる。 Figure 5a shows the change in time constant T, Figure 5b shows the change in gain g1 when the output is in the lower fluctuation region and g2 when the output is in the upper fluctuation region, and Figure 5c shows the change in DO.
FIG. 5d shows changes in the concentration C and its target value Cr, and FIG. 5d shows changes in the amount of air and the amount of inflowing water W, respectively.
Among these, the effect of the present invention is particularly clear in Figure 5c. According to Figure 5c, starting with Cr = 0.5mg/ and the control of the activated sludge process, approximately
After 100 hours of operation, Cr decreased slightly immediately after the start of control, but after 5 to 6 hours it started to increase and was approximately 40
As time passes, it reaches an almost constant value. Then Cr
is maintained at 1.5 to 2 mg/, and the DO concentration C is controlled within a range of approximately ±1 mg/centering on Cr. Comparing the value of Cr after reaching a certain value and the value of C corresponding to the inflection point Q of the curve shown in Fig. 2, the two agree well, and this also shows that the purpose of the present invention is achieved. It can be seen that this has been fully achieved.
なお以上の実施例では本発明を活性汚泥プロセ
スに適用して、出力をg1=g2となるように調整す
ることにより変曲点付近に制御することの有効性
について述べたが、本発明の方法は活性汚泥プロ
セスに限られることなく、入出力関係を表わす静
特性曲線が変曲点を有する各種プロセスに対して
も大きな効果が期待され、様々な分野におけるプ
ロセス制御に応用できるものである。また、上記
の実施例では出力の移動平均により出力変動領域
を上下に区分したが、この他の方法として目標値
により変動領域を区分することも可能である。さ
らに、プロセスと同じ動特性を有するモデルに同
定用ノイズNを入力し、このモデル出力が正にな
るときと負になるときとで領域を区分することも
可能である。 In addition, in the above embodiment, the effectiveness of applying the present invention to an activated sludge process and controlling the output near the inflection point by adjusting the output so that g 1 = g 2 was described, but the present invention This method is expected to be highly effective not only for activated sludge processes, but also for various processes in which the static characteristic curve representing the input-output relationship has an inflection point, and can be applied to process control in a variety of fields. . Further, in the above embodiment, the output fluctuation region is divided into upper and lower regions using a moving average of the output, but it is also possible to divide the fluctuation region into upper and lower regions according to a target value as another method. Furthermore, it is also possible to input the identification noise N into a model having the same dynamic characteristics as the process, and to divide the region according to when the model output is positive and when it is negative.
以上実施例で説明したように本発明は入力の特
定の値の近傍で出力が急激に変化することによ
り、入出力特性が変曲点を有する曲線で表現され
るプロセスに適用し、出力を前記変曲点付近に制
御する方法であつて、入力を操作して前記出力を
目標値に制御する第1の制御ループと、前記目標
値を操作して入出力ゲインを最大にする第2の制
御ループとで制御系を構成し、前記第2の制御ル
ープは前記出力の変動領域を上部変動領域と下部
変動領域に区分し、前記出力が前記下部変動領域
にあるときの入出力ゲインg1と前記出力が前記上
部変動領域にあるときの入出力ゲインg2と同定
し、g1とg2とが等しくなるように前記目標値を逐
次変更する方法であるから、特性曲線を関数で近
似する必要なくg1とg2の大小関係のみで判定で
き、したがつて線形モデルを用いてパラメータ同
定演算が容易となり、しかもg1とg2の差を用いる
ことからこの両者に共通に作用するノイズなどの
外乱の影響を除去することができる。また本発明
ではオンラインパラメータ同定に例えばMRAS
を用いて実施するのが適していることも実用性の
点で有利となつている。
As explained above in the embodiments, the present invention is applied to a process in which the input/output characteristics are expressed by a curve having an inflection point due to a sudden change in the output near a specific value of the input, and the output is A method of controlling near an inflection point, the first control loop controlling the output to a target value by manipulating the input, and the second control loop manipulating the target value to maximize the input/output gain. The second control loop divides the output fluctuation region into an upper fluctuation region and a lower fluctuation region, and calculates an input/output gain g 1 when the output is in the lower fluctuation region. Since this is a method of identifying the input/output gain g 2 when the output is in the upper fluctuation region and sequentially changing the target value so that g 1 and g 2 are equal, the characteristic curve is approximated by a function. It is not necessary to make a determination based only on the magnitude relationship between g 1 and g 2. Therefore, using a linear model makes it easy to perform parameter identification calculations. Moreover, since the difference between g 1 and g 2 is used, noise that commonly affects both g 1 and g 2 can be determined. It is possible to remove the influence of disturbances such as In addition, in the present invention, for example, MRAS is used for online parameter identification.
It is also advantageous in terms of practicality that it is suitable to carry out using .
以上のことから本発明の方法は従来の定値制御
法や微分法に比べて著しく信頼性の高い安定した
制御動作を可能とした。特に安定性、信頼性の向
上が望まれているプロセス制御の目的を十分に満
すものであり、極めて実用的価値の高い方法とい
うことができる。 From the above, the method of the present invention enables a stable control operation with significantly higher reliability than the conventional constant value control method or differential method. In particular, this method fully satisfies the purpose of process control in which improvements in stability and reliability are desired, and can be said to be a method of extremely high practical value.
第1図は変曲点をもつ入出力の静特性曲線およ
びg1とg2の関係を示した線図、第2図は活性汚泥
プロセスのエアレーシヨン空気量fとDO濃度C
の関係を示す線図、第3図は本発明の適用される
活性汚泥プロセスの機器構成と機能を示す系統
図、第4図は本発明の方法による制御演算を示す
ブロツク線図、第5図a〜dは本発明の方法によ
る活性汚泥プロセスの制御で得られた諸データの
時間経過に対する変化を示し、それぞれaは時定
数T、bはg1とg2、cはDO濃度Cと設定値Cr、
dは空気量fと流入水量Wの変化を表わす線図で
ある。
1……エアレーシヨンブロア、2……空気流量
計、3……エアレーシヨンタンク、4……散気
管、5……流入水流量計、6……最終沈澱池、7
……DOセンサ、8……信号変換器、9……演算
装置、10……調節計、11……インバータ、2
1……活性汚泥プロセス、22,23,25……
1次遅れ要素、24……比例要素、26……割算
器、27,28,29……パラメータ適応機構、
30……移動平均演算部、31……比較器、32
……積分器、33……目標空気量演算部、34…
…サンプルホールド部、35……適応モデル、c
……DO濃度、f……エアレーシヨン空気量、g1
……出力が基準値より小さいときのゲイン、g2…
…出力が基準値より大きいときのゲイン、xm…
…適応モデルの出力、y……プロセス信号、P…
…出力の基準点、Q……変曲点、W……流入水
量。
Figure 1 is a diagram showing the input/output static characteristic curve with an inflection point and the relationship between g 1 and g 2. Figure 2 is a diagram showing the aeration air amount f and DO concentration C in the activated sludge process.
3 is a system diagram showing the equipment configuration and functions of the activated sludge process to which the present invention is applied; FIG. 4 is a block diagram showing control calculations according to the method of the present invention; FIG. 5 a to d show changes over time in various data obtained by controlling the activated sludge process using the method of the present invention, where a is set as the time constant T, b is set as g 1 and g 2 , and c is set as the DO concentration C. Value Cr,
d is a diagram showing changes in air amount f and inflow water amount W; 1...Aeration blower, 2...Air flow meter, 3...Aeration tank, 4...Aeration pipe, 5...Influent flow meter, 6...Final sedimentation tank, 7
...DO sensor, 8 ... Signal converter, 9 ... Arithmetic device, 10 ... Controller, 11 ... Inverter, 2
1...Activated sludge process, 22, 23, 25...
First-order delay element, 24... Proportional element, 26... Divider, 27, 28, 29... Parameter adaptation mechanism,
30...Moving average calculation unit, 31...Comparator, 32
...Integrator, 33...Target air amount calculation section, 34...
...sample hold section, 35...adaptive model, c
...DO concentration, f...aeration air amount, g 1
... Gain when the output is smaller than the reference value, g 2 ...
...gain when the output is greater than the reference value, xm...
...output of adaptive model, y...process signal, P...
...Output reference point, Q...Inflection point, W...Inflow water volume.
Claims (1)
ることにより、入出力特性が変曲点を有する曲線
で表現されるプロセスに適用し、出力を前記変曲
点付近に制御する方法であつて、入力を操作して
前記出力を目標値に制御する第1の制御ループ
と、前記目標値を操作して入出力ゲインを最大に
する第2の制御ループとで制御系を構成し、前記
第2の制御ループは前記出力の変動領域を上部変
動領域と下部変動領域に区分し、前記出力が前記
下部変動領域にあるときの入出力ゲインg1と前記
出力が前記上部変動領域にあるときの入出力ゲイ
ンg2を同定し、g1とg2とが等しくなるように前記
目標値を逐次変更することを特徴とするプロセス
制御方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
二定期間の移動平均値により、出力の変動領域を
区分することを特徴とするプロセス制御方法。 3 特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の
方法において、g1同定用適応機構28とg2同定用
適応機構29とを有するパラメータ同定用モデル
規範適応システムMRASを用いて、出力が下部
変動領域にあるときは適応機構28のみが作動し
かつMRASの適応モデル35のゲインgにはg1
を入力し、出力が上部変動領域にあるときは適応
機構28のみが作動しかつMRASの適応モデル
35のゲインgにはg1を入力することを特徴とす
るプロセス制御方法。 4 特許請求の範囲第1項ないし第3項いずれか
の記載の方法において、プロセスの入力が急変す
る時点またはプロセスの出力が上下変動領域の区
分点を通過する時点で、MRASの適応モデル3
5の出力信号(xm)と直流成分を除いたプロセ
ス信号yとを一致させることを特徴とするプロセ
ス制御方法。[Claims] 1. Application to a process in which the input/output characteristics are expressed by a curve having an inflection point, where the output changes rapidly near a specific value of the input, and the output changes around the inflection point. The method includes a first control loop that controls the output to a target value by manipulating the input, and a second control loop that maximizes the input/output gain by manipulating the target value. The second control loop divides the output fluctuation region into an upper fluctuation region and a lower fluctuation region, and the input/output gain g 1 when the output is in the lower fluctuation region and the output when the output is in the lower fluctuation region. 1. A process control method characterized by identifying an input/output gain g 2 when the input/output gain is in an upper fluctuation region, and sequentially changing the target value so that g 1 and g 2 become equal. 2. In the method described in claim 1,
A process control method characterized by dividing an output fluctuation region by a moving average value over two periods. 3. In the method according to claim 1 or 2, a model reference adaptation system for parameter identification MRAS having an adaptation mechanism 28 for g 1 identification and an adaptation mechanism 29 for g 2 identification is used, and the output is When in the fluctuation region, only the adaptive mechanism 28 operates and the gain g of the MRAS adaptive model 35 is g 1
is input, and when the output is in the upper fluctuation region, only the adaptive mechanism 28 operates, and g 1 is input to the gain g of the adaptive model 35 of the MRAS. 4. In the method described in any one of claims 1 to 3, the adaptive model 3 of MRAS
A process control method characterized by matching the output signal (xm) of No. 5 with a process signal y excluding a DC component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10882884A JPS60251402A (en) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | Process controlling method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10882884A JPS60251402A (en) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | Process controlling method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60251402A JPS60251402A (en) | 1985-12-12 |
| JPH0430607B2 true JPH0430607B2 (en) | 1992-05-22 |
Family
ID=14494570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10882884A Granted JPS60251402A (en) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | Process controlling method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60251402A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5606512A (en) * | 1994-07-27 | 1997-02-25 | The Dow Chemical Company | Determining the biodegradability of iminodiacetic acid derivatives |
-
1984
- 1984-05-29 JP JP10882884A patent/JPS60251402A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60251402A (en) | 1985-12-12 |
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