Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0883104A - Plant control equipment - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0883104A - Plant control equipment - Google Patents

Plant control equipment

Info

Publication number
JPH0883104A
JPH0883104A JP21762394A JP21762394A JPH0883104A JP H0883104 A JPH0883104 A JP H0883104A JP 21762394 A JP21762394 A JP 21762394A JP 21762394 A JP21762394 A JP 21762394A JP H0883104 A JPH0883104 A JP H0883104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
model
plant
control
transfer function
dynamic characteristic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21762394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Iino
野 穣 飯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP21762394A priority Critical patent/JPH0883104A/en
Publication of JPH0883104A publication Critical patent/JPH0883104A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラントの非定常運転を安定かつ円滑に行う
ことが可能なプラント制御装置を提供する。 【構成】 モデル予測制御装置、制御対象の動特性を表
わす関数を出力するプラント動特性モデルデータ出力
部、該関数に基づきロバスト安定な制御パラメータを出
力する制御系調整部、制御量、操作量に関する制約条件
を決定する制約条件調整部によって構成される。 【効果】 プラントの運転条件の変化に応じて、モデル
予測制御装置を良好な状態に調整でき、プラントの非定
常運転の際に生じる非線形特性に対処することができ
る。特に、非定常運転において制御量を急激に変化させ
ようとした場合、制約条件の自動調整により強い非線形
特性が現れない様に制御量の変化速度にブレーキがかか
り、非定常運転の安定性を保つことができる。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a plant control device capable of stably and smoothly performing unsteady operation of a plant. [Configuration] A model predictive control device, a plant dynamic characteristic model data output unit that outputs a function representing a dynamic characteristic of a controlled object, a control system adjustment unit that outputs a robust and stable control parameter based on the function, a control amount, and an operation amount It is configured by a constraint condition adjusting unit that determines a constraint condition. [Effect] The model predictive control device can be adjusted to a good state according to changes in the operating conditions of the plant, and it is possible to cope with the non-linear characteristics that occur during unsteady operation of the plant. In particular, when an attempt is made to suddenly change the controlled variable during unsteady operation, the automatic adjustment of the constraint condition brakes the changing speed of the controlled variable so that strong non-linear characteristics do not appear, and the stability of unsteady operation is maintained. be able to.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、制御対象の動特性が運
転条件により大きく変化する非線形プラントにおける、
非定常運転を安定に行うことを可能にしたプラントの制
御装置の提案に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-linear plant in which the dynamic characteristics of a controlled object change greatly depending on operating conditions
The present invention relates to a proposal for a plant control device that enables stable unsteady operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】石油化学、鉄鋼、電力などの種々のプラ
ントでは、プラントを安定かつ安全に運用するために各
種の制御装置が設けられている。これらの制御装置は、
多くの場合は、PID制御器や現代制御理論に基づく線
形補償器により構成されている。これらの制御装置は、
プラントがある平衡点の近傍で落ち着いている時の動特
性モデル(線形モデル)に基づき設計、調整されてい
る。
2. Description of the Related Art In various plants such as petrochemical, steel and electric power, various control devices are provided for stable and safe operation of the plant. These controllers are
In many cases, it is composed of a PID controller or a linear compensator based on modern control theory. These controllers are
It is designed and adjusted based on a dynamic model (linear model) when the plant is calm near a certain equilibrium point.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの制御
装置のみではプラントの起動、停止運転時、あるいは製
品切り替え時などの、大幅な状態変更を伴う非定常運転
時においてはプラントの安定な運用が困難である。これ
は、非定常運転に伴う制御量、操作量などの大幅な変更
により、プラント動特性が変化したり、プラント固有の
非線形特性が現れるためである。従って、プラントを適
切に運用するためには、しばしばプラント運転員が手動
で監視、制御を行う必要があり、運転員の負担を増やす
一因となっている。
However, with these control devices alone, stable operation of the plant is not possible during non-steady-state operation involving a large state change, such as when the plant is started or stopped, or when switching products. Have difficulty. This is because the plant dynamic characteristics change or a non-linear characteristic peculiar to the plant appears due to a drastic change in the control amount, the manipulated variable, etc. accompanying the unsteady operation. Therefore, in order to properly operate the plant, it is often necessary for the plant operator to manually monitor and control, which is one of the reasons for increasing the burden on the operator.

【0004】上記の問題点を解決するためには、非定常
運転にも対応し得るプラント制御装置が必要である。そ
のためには制御装置をプラントの非線形動特性へ対応さ
せる必要がある。そこで、近年各種の非線形制御技術が
提案されている。しかし、(a)あらゆるタイプの非線
形動特性に対して安定な制御系をシステマティックに設
計すること、(b)非線形モデルが多少の誤差を持って
いても制御系の安定性を崩さないロバスト安定性を持た
せること、に関する汎用的技術は未だ確立しておらず、
実用化には多くの課題が残されている。
In order to solve the above problems, a plant controller capable of dealing with unsteady operation is required. For that purpose, it is necessary to make the controller correspond to the nonlinear dynamic characteristics of the plant. Therefore, in recent years, various nonlinear control techniques have been proposed. However, (a) systematically design a stable control system against all types of nonlinear dynamic characteristics, and (b) robust stability that does not impair the stability of the control system even if the nonlinear model has some errors. The general-purpose technology for having
Many problems remain for practical application.

【0005】一方で、プラントの線形動特性モデルに基
づく制御方式において、非線形特性を線形モデルで近似
した際に生じるモデル誤差に対し、制御系の安定性が保
たれるように設計を行うロバスト制御技術が研究されて
いる。しかし、ロバスト制御方式では、プラントの線形
モデルに対するモデル誤差がどの程度かを設計段階で知
る必要がある。モデル誤差を大きく見積もりすぎると、
結果として応答の遅い消極的な制御系になり、逆にモデ
ル誤差を小さく見積もりすぎると、安定余裕が少なく不
安定気味な制御系になってしまうので、モデル誤差は適
切に見積もる必要がある。しかし、多くのプラントで
は、運転条件に応じて、そのときの動特性モデルを線形
モデルで近似した際に生じるモデル誤差は変化し、それ
を正確に見積ることは難しい。
On the other hand, in a control system based on a linear dynamic characteristic model of a plant, robust control is designed so that the stability of the control system is maintained against a model error generated when a nonlinear characteristic is approximated by a linear model. Technology is being researched. However, in the robust control method, it is necessary to know how much the model error with respect to the linear model of the plant at the design stage. If you overestimate the model error too much,
As a result, it becomes a passive control system with slow response, and conversely, if the model error is overestimated too small, the control system becomes unstable with little stability margin, so it is necessary to properly estimate the model error. However, in many plants, the model error that occurs when the dynamic characteristic model at that time is approximated by a linear model changes depending on the operating conditions, and it is difficult to accurately estimate it.

【0006】よって、本発明は、制御系設計、調整、安
定性の解析が容易で実用的な線形制御技術の範囲で、上
記モデル誤差に対するロバスト安定性の課題を解決し、
プラント非定常運転における非線形特性に対処できるプ
ラント制御装置を提案することを目的とする。
Therefore, the present invention solves the problem of robust stability against the above model error within the range of a practical linear control technique in which control system design, adjustment, and stability analysis are easy.
It is an object of the present invention to propose a plant controller capable of coping with nonlinear characteristics in plant unsteady operation.

【0007】[0007]

【発明の概要】本発明では、上記問題点を解決するため
に、プラント非定常運転制御装置を提案する。その中で
は、モデル予測制御という制御方式を用いる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention proposes a plant unsteady operation control device. Among them, a control method called model predictive control is used.

【0008】モデル予測制御は、図1に示すように、プ
ラントの動特性を表すモデルを制御器内部に有し、それ
を用いて操作量に対する未来の制御量を予測する。そし
て、この未来の制御量が予め与えられた制約条件下で評
価関数を最適にする操作量を最適化計算で求めるという
方式である。この方式は、制御量を予測する計算と操作
量を最適化する計算を一定の制御周期毎に繰り返すため
相当量の演算処理を必要とする。このため、、近年の計
算機の高速化、低価格化に伴いようやく実用可能になっ
てきた。モデル予測制御に関しては、数多くの方式が提
案されており、例えば、 (1)西谷:モデル予測制御の応用、計測と制御 Vol.2
8,No.11,pp.996-1004 (1989) (2)D.W.Clarke&C.Mohtadi:Properties of Generaliz
ed Predictive Control,Automatica 25-6 pp.859 (198
9) などに解説されている。特に(2)では、多種のモデル
予測制御方式を包含した一般化予測制御方式(Generali
zed Predictive Control:GPC)が提案されている。
これは、未来目標値ベクトルy* (k+i) 、i=1,...,Npが
与えられたとき、プロセス(制御対象)のモデルに基づ
いて制御量ベクトル未来値( y(k+i),i=1,・・・,Np)を
予測し、制御要求を表す評価関数 を最小化する操作量増分ベクトルΔu(k) を求める方式
である。これに関連する技術として、特開平4−118
703号及び特開平4−256102号などの発明が提
案されている。
As shown in FIG. 1, the model predictive control has a model representing the dynamic characteristics of the plant inside the controller, and predicts the future controlled variable for the manipulated variable using the model. Then, the operation amount that optimizes the evaluation function under the constraint condition that the future control amount is given in advance is obtained by the optimization calculation. This method requires a considerable amount of arithmetic processing in order to repeat the calculation for predicting the controlled variable and the calculation for optimizing the manipulated variable at every constant control cycle. For this reason, it has finally become practical with the increase in speed and cost of computers in recent years. Many methods have been proposed for model predictive control. For example, (1) Nishitani: Application of model predictive control, measurement and control Vol.2
8, No.11, pp.996-1004 (1989) (2) DWClarke & C. Mohtadi: Properties of Generaliz
ed Predictive Control, Automatica 25-6 pp.859 (198
9) etc. Especially in (2), the generalized predictive control method (Generali
zed Predictive Control (GPC) has been proposed.
This is because when the future target value vector y * (k + i) and i = 1, ..., Np are given, the controlled variable vector future value (y (k + i), i = 1, ..., Np) In this method, the manipulated variable increment vector Δu (k) that minimizes is calculated. As a technique related to this, Japanese Patent Laid-Open No. 4-118
Inventions such as 703 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-256102 have been proposed.

【0009】モデル予測制御方式の特徴としては、 むだ時間の長い制御対象に対し安定した制御応答を実
現できる。 未来目標値を用いたフィードフォワード制御で追従性
を改善できる。 多変数制御系にも適用可能である。 制御対象の正確な動特性モデルを必要とせず、例えば
ステップ応答から、制御系を容易に構成できる。 予測モデルにプラントの物理的法則や非線形特性を含
めることにより、木目の細かい制御ができる。 制御対象の運転に関する制約条件(例えば、上下限リ
ミッタ、変化率リミッタなど)を制御則に直接入れられ
る。 などが挙げられる。
A feature of the model predictive control system is that a stable control response can be realized for a control object having a long dead time. The feed-forward control using the future target value can improve the followability. It can also be applied to a multivariable control system. An accurate dynamic characteristic model of the controlled object is not required, and the control system can be easily configured from the step response, for example. By including physical laws and non-linear characteristics of the plant in the prediction model, fine grain control can be performed. Constraint conditions regarding the operation of the controlled object (for example, upper and lower limit limiters, change rate limiters, etc.) can be directly entered into the control law. And the like.

【0010】特に最後の項目は、「制約制御」と呼ばれ
る機能であり、他の制御方式には見当たらないモデル予
測制御の特徴となっている。この機能をプラントの非定
常運転時に用いることにより、安定したプラント運転を
達成することが期待できる。なぜならば、操作量、制御
量を制約条件機能によりある運転条件の領域に閉じ込め
ることにより、その領域での特性を近似する線形モデル
のモデル誤差を明確に見積もることができる。見積もら
れたモデル誤差に対するロバスト安定性を確保すれば、
安定な非定常運転が実現できるからである。
The last item is a function called "constraint control", which is a feature of model predictive control not found in other control methods. By using this function during unsteady operation of the plant, stable plant operation can be expected to be achieved. This is because by confining the manipulated variable and the controlled variable in a certain operating condition region by the constraint function, it is possible to clearly estimate the model error of the linear model that approximates the characteristic in that region. If we ensure robust stability against the estimated model error,
This is because stable unsteady operation can be realized.

【0011】この様子を図2を用いて説明する。あるプ
ラントの制御量yを目標値rに追従させながらr0 から
2 まで大幅に動作点を変更する非定常運転を想定す
る。制御量に対する制約条件として上限値ymax と下限
値ymin を設定し、制約制御により制御量yをこれらの
制約値の間の領域に抑え込みながら変化させる。このと
き、目標値がr0 のときの制約領域A0 での線形モデル
0 とそのモデル誤差Δ0 、目標値がr1 のときの制約
領域A1 での線形モデルG1 とそのモデル誤差Δ1 、目
標値がr2 のときの制約領域A2 での線形モデルG2
そのモデル誤差Δ2 、がそれぞれわかっていれば、それ
ぞれの運転状態における線形モデルGi (i=0,1,2) に対
し制御器を設計し、かつ、そのモデル誤差Δi (i=0,1,
2) に対しロバスト安定になるように制御パラメータを
調整しておき、運転条件の変化に応じてこれらの制御器
を切り替えることにより、制御系全体の安定性を保ちな
がら良好な非定常運転が達成できる。
This situation will be described with reference to FIG. Assume unsteady operation in which the control point y of a certain plant is made to follow the target value r and the operating point is drastically changed from r 0 to r 2 . An upper limit value y max and a lower limit value y min are set as constraint conditions for the control amount, and the control amount y is changed while being restrained in a region between these constraint values by constraint control. At this time, the linear model G 0 and its model error Δ 0 in the constraint region A 0 when the target value is r 0 , and the linear model G 1 and the model error thereof in the constraint region A 1 when the target value is r 1 delta 1, linear model G 2 and the the model error delta 2 in the constraint region a 2 when the target value r 2, but if you know each linear model in each of the operating condition G i (i = 0,1 , 2) to design the controller, and the model error Δ i (i = 0,1,
By adjusting the control parameters so as to be robust and stable against 2) and switching these controllers according to changes in operating conditions, good unsteady operation is achieved while maintaining the stability of the entire control system. it can.

【0012】以上の説明から、非定常運転に対応するた
めにはモデル予測制御方式をベースに、制約制御機能
と、モデル誤差に対するロバスト制御機能を用いること
が有効である。そこで、本発明では、線形モデルに基づ
くモデル予測制御装置をベースにしたプラント非定常運
転制御装置を提案する。その構成は次のようになってい
る。
From the above description, in order to cope with the unsteady operation, it is effective to use the constraint control function and the robust control function against the model error based on the model predictive control method. Therefore, the present invention proposes a plant unsteady operation controller based on a model predictive controller based on a linear model. Its structure is as follows.

【0013】第1の発明では、モデル予測制御装置の他
に、予め設定された、制御量、操作量に関する平衡点
と、制約条件と、により限定される動作条件内での制御
対象の動特性を近似的に表わす線形伝達関数及びその最
大モデル誤差ノルムを出力するプラント動特性モデルデ
ータ出力部と、出力される線形伝達関数に基づき予測モ
デルを算出し、最大モデル誤差ノルムに対しロバスト安
定になるような制御パラメータを算出する制御系調整部
と、を提案する。
According to the first aspect of the invention, in addition to the model predictive control device, the dynamic characteristics of the controlled object within an operating condition limited by a preset equilibrium point concerning the controlled variable and the manipulated variable and a constraint condition. The plant dynamic characteristic model data output unit that outputs the linear transfer function and its maximum model error norm that approximately represent the above, and the prediction model is calculated based on the output linear transfer function, and it is robust to the maximum model error norm. And a control system adjusting unit for calculating such control parameters.

【0014】第2の発明では、現在の運転状態における
プラント動特性モデルに相当する線形伝達関数及び制御
パラメータから制御系の安定性が保証される許容モデル
誤差ノルムを算出し、上記プラント動特性モデルデータ
出力部の出力する最大モデル誤差ノルムが許容モデル誤
差ノルム以下になる運転条件の許容範囲を探索し、その
範囲に基づき制御量、操作量に関する制約条件を決定す
る制約条件調整部を提案する。
In the second aspect of the present invention, the allowable model error norm that guarantees the stability of the control system is calculated from the linear transfer function and the control parameter corresponding to the plant dynamic characteristic model in the current operating state, and the plant dynamic characteristic model is calculated. We propose a constraint condition adjustment unit that searches the allowable range of operating conditions where the maximum model error norm output by the data output unit is less than or equal to the allowable model error norm, and determines the constraint conditions for the controlled variable and manipulated variable based on that range.

【0015】第3の発明では、上述した、プラント動特
性モデルデータ出力部と、制御系調整部と、制約条件調
整部と、を備える構成を提案する。
A third aspect of the present invention proposes a configuration including the plant dynamic characteristic model data output unit, the control system adjustment unit, and the constraint condition adjustment unit described above.

【0016】第4の発明では、上記第1乃至第3の発明
において用いられるプラント動特性モデルデータ出力部
の構成として、制御対象の非線形動特性を表現したプラ
ントモデルと、それを用いて、与えられた、制御量、操
作量の平衡点と、操作量の変化量と、に対する制御応答
を算出するシミュレーション計算部と、その結果求めら
れた制御応答を近似する線形伝達関数を推定する線形伝
達関数推定部と、与えられた制約条件内の運転条件での
線形伝達関数の変動幅から最大モデル誤差ノルムを算出
するモデル誤差ノルム算出部と、を備える構成を提案す
る。
In a fourth aspect of the present invention, the plant dynamic characteristic model data output unit used in the first to third aspects of the present invention is configured as a plant model expressing a nonlinear dynamic characteristic of a controlled object, and is given by using the plant model. The simulation calculation unit that calculates the control response to the control point and the equilibrium point of the operation amount and the change amount of the operation amount, and the linear transfer function that estimates the linear transfer function that approximates the control response obtained as a result. We propose a configuration that includes an estimation unit and a model error norm calculation unit that calculates the maximum model error norm from the fluctuation width of the linear transfer function under operating conditions within given constraints.

【0017】提案した各部の機能により、プラントの良
好な非定常運転が達成される仕組みを説明する。
A mechanism for achieving favorable unsteady operation of the plant by the functions of the proposed parts will be described.

【0018】第1の発明における、プラント動特性モデ
ルデータ出力部は、ある運転状態における制御量、操作
量の平衡点と、制約条件と、を入力すれば、その運転領
域におけるプラント動特性を近似的に表わす線形伝達関
数モデルと、実際のプラント動特性をそのモデルで近似
したときのモデル誤差のノルム(大きさ)の最大値を出
力するものである。
The plant dynamic characteristic model data output unit in the first aspect of the present invention approximates the plant dynamic characteristic in the operating region by inputting the equilibrium points of the controlled variable and the manipulated variable in a certain operating state and the constraint condition. A linear transfer function model represented by a symbol and the maximum norm (magnitude) of the model error when the actual plant dynamic characteristics are approximated by the model are output.

【0019】また、制御系調整部は、モデル予測制御装
置で用いられる予測モデルを上述の線形伝達関数から求
める機能、及びモデル予測制御装置で用いられる評価関
数に係わるパラメータ(これを制御パラメータと呼ぶ)
を、上述の最大モデル誤差ノルムを考慮して制御系がロ
バスト安定になるように調整する手段により構成され
る。
Further, the control system adjustment unit has a function of obtaining a prediction model used in the model predictive control device from the above-mentioned linear transfer function and a parameter relating to the evaluation function used in the model predictive control device (this is called a control parameter). )
Is configured by means for adjusting the control system so as to be robustly stable in consideration of the above-mentioned maximum model error norm.

【0020】この二つの機能を組み合わせることによ
り、プラントの運転条件の変化に応じて、モデル予測制
御装置で用いる予測モデルを最適に調整でき、また、設
定されている制約条件により決定される運転領域内で、
線形動特性モデルによるモデル誤差に対し制御系のロバ
スト安定性を常に確保することができる。
By combining these two functions, the prediction model used in the model predictive control device can be optimally adjusted according to changes in the operating conditions of the plant, and the operating range determined by the set constraint conditions. At the inner,
The robust stability of the control system can always be ensured against the model error due to the linear dynamic characteristic model.

【0021】第2の発明における、制約条件調整部は、
第1の発明と逆の立場で、まず現状のモデル予測制御系
がどの程度のモデル誤差まで安定性を損なわずに耐えら
れるかを、予測モデルの元である線形伝達関数及び現在
の制御器のパラメータから求める。これを許容モデル誤
差ノルムと称する。次に、制御量、操作量に関する制約
条件すなわちプラントの運転領域を調整しながら、その
領域内で生じ得る最大のモデル誤差の大きさ(最大モデ
ル誤差ノルム)を前述のモデルデータ出力部を用いて求
める。そして、最大モデル誤差ノルムが許容モデル誤差
ノルム以下になる最大の運転領域を探索計算し、その結
果決まる制御量、操作量に関する制約条件を出力してモ
デル予測制御装置にセットする。
The constraint condition adjusting unit in the second invention is
From the standpoint of the first invention, first, to what extent the model prediction control system of the present condition can withstand without impairing the stability, the linear transfer function which is the source of the prediction model and the current controller Calculate from parameters. This is called the allowable model error norm. Next, while adjusting the constraint conditions for the controlled variable and the manipulated variable, that is, the operating region of the plant, the maximum model error magnitude (maximum model error norm) that can occur in that region is calculated using the model data output unit described above. Ask. Then, the maximum operation area in which the maximum model error norm is equal to or less than the allowable model error norm is searched and calculated, and the constraint conditions regarding the control amount and the operation amount determined as a result are output and set in the model predictive controller.

【0022】これらの一連の機能により、現在のモデル
予測制御装置の制御パラメータを変えずに、モデル誤差
に対するロバスト安定性が保存される最大限の制約条件
(運転領域)を自動調整することができる。実際に、プ
ラントの非定常運転において制御量を急激に変化させよ
うとして強い非線形特性が生じた場合、この機能により
運転領域が狭められる方向に制約条件が自動調整され、
結果として強い非線形特性が出ない様に制御量の変化速
度にブレーキがかかる。この様なメカニズムにより、プ
ラントの非定常運転を安定かつ円滑に行うことができ
る。
With these series of functions, it is possible to automatically adjust the maximum constraint condition (operating region) in which robust stability against model error is preserved, without changing the control parameters of the current model predictive control device. . In fact, when a strong nonlinear characteristic occurs when trying to rapidly change the control amount in the unsteady operation of the plant, this function automatically adjusts the constraint condition in the direction of narrowing the operating range,
As a result, the speed of change of the control amount is braked so that a strong nonlinear characteristic does not appear. With such a mechanism, the unsteady operation of the plant can be performed stably and smoothly.

【0023】第3の発明は、上記制御系調整部によるロ
バスト安定を重視する系の制御と、上記条件調整部によ
る制約条件を重視する系の制御との、2つの種類の制御
による複合的な制御を可能とする。この場合、一方の制
御を主とし、他方の制御を従とする制御を行うことがで
き、木目細い制御態様が実現可能となる。
A third aspect of the present invention is a composite system of two types of control, that is, control of the system that emphasizes robust stability by the control system adjustment unit and control of the system that emphasizes constraint conditions by the condition adjustment unit. Allows control. In this case, it is possible to perform the control in which one control is the main control and the other control is the sub control, and it is possible to realize a fine control mode.

【0024】第4の発明は、前述したプラント動特性モ
デルデータ出力部の具体的な実現方法を提案したもので
ある。まず、プラントの非線形特性を含めた動特性を十
分な精度で近似し得るプラントモデルあるいはシミュレ
ータがあるものとする。これを用いることにより、いか
なる運転条件(制御量、操作量の平衡点)においても、
そこからの操作量の微小変化に対する応答がシミュレー
トできる。次に、そのシミュレーション応答から、シス
テム同定手法によりその運転状態での平衡点近傍の動特
性を近似する線形伝達関数を推定する。さらに、運転領
域内でのモデル誤差の大きさを評価するために、操作量
の変化幅を運転領域内で種々の大きさに変えながら、上
述の手順でそれぞれの線形伝達関数を推定する。さら
に、先に求めた平衡点近傍での線形伝達関数と、これら
のそれぞれの線形伝達関数の誤差ダイナミクスを計算
し、その最大の大きさ(最大モデル誤差ノルム)を計算
する。なお、二つの線形伝達関数行列G1 (s) とG
2 (s) の間のモデル誤差の大きさは ε(ω)= σmax {G1 (jω) −G2 (jω) } …(2) という周波数ωの関数として求められる。なお、ここで
σmax {A}は行列Aの最大特異値を意味し、それは行
列AT Aの最大固有値の平方根と等しいものである。
A fourth aspect of the invention proposes a specific method of realizing the plant dynamic characteristic model data output section described above. First, it is assumed that there is a plant model or simulator that can approximate the dynamic characteristics including the nonlinear characteristics of the plant with sufficient accuracy. By using this, under any operating condition (equilibrium point of controlled variable and manipulated variable),
It is possible to simulate the response to a slight change in the manipulated variable from there. Next, a linear transfer function that approximates the dynamic characteristics near the equilibrium point in the operating state is estimated by the system identification method from the simulation response. Further, in order to evaluate the magnitude of the model error in the operating region, the linear transfer function is estimated by the above procedure while changing the range of change of the manipulated variable to various sizes in the operating region. Furthermore, the linear transfer function near the equilibrium point obtained above and the error dynamics of each of these linear transfer functions are calculated, and the maximum size (maximum model error norm) is calculated. Note that two linear transfer function matrices G 1 (s) and G
The magnitude of the model error between 2 (s) is obtained as a function of the frequency ω such that ε (ω) = σ max {G 1 (jω) −G 2 (jω)} (2). Note that σ max {A} means the maximum singular value of the matrix A, which is equal to the square root of the maximum eigenvalue of the matrix A T A.

【0025】この第3の発明の方法によれば、制御対象
の非線形動特性がいかなる形のモデルで表現されていて
も、各運転条件での応答が計算できるシミュレータとい
う形で実現できれば、そこから数値計算処理で近似的に
線形伝達関数と最大モデル誤差ノルムを求めることがで
きる。従って、非線形モデルとしては非線形微分方程式
で記述されるもの、ファジィIF THEN ルールで記述され
るもの、ニューラルネットワークで記述されるもの、い
くつかの線形モデルを補間したモデルバンクで記述され
るもの、制御対象の動特性を物理的法則に基づく式で記
述したものなど、あらゆる形態のモデルが適用可能とな
る。
According to the method of the third aspect of the present invention, even if the nonlinear dynamic characteristic of the controlled object is expressed by any model, if it can be realized in the form of a simulator capable of calculating the response under each operating condition, The linear transfer function and maximum model error norm can be approximately calculated by numerical calculation. Therefore, non-linear models are described by non-linear differential equations, fuzzy IF THEN rules, neural networks, model banks that interpolate several linear models, control Any form of model can be applied, such as a description of the dynamic characteristics of the object by an equation based on physical laws.

【0026】以上の三つの発明を組み合わせれば、プラ
ントの非定常運転における非線形特性に対し、モデル予
測制御装置で用いられる予測モデル、制御パラメータ、
制約条件を運転状態に応じて適切に調整でき、結果とし
て非定常運転を安定かつ円滑に行うことができる。
When the above three inventions are combined, the prediction model, the control parameters, and
The constraint condition can be appropriately adjusted according to the operating state, and as a result, the unsteady operation can be performed stably and smoothly.

【0027】[0027]

【実施例】本発明のプラント非定常運転制御装置の構成
例を図3に示す。同図において、プラント1の制御量y
がフィードバックされて、操作量uを出力するモデル予
測制御装置2により制御が行われる。プラント動特性モ
デルデータ出力部3は、制御量、操作量の現在値及びモ
デル予測制御装置2で考慮されている制約条件値が入力
され、それらの値により決まる現在のプラント運転条件
から、その時のプラント動特性を近似する線形伝達関数
G(s)、及びその伝達関数とプラントの実際の動特性
の誤差の大きさを意味する最大モデル誤差ノルムε
(ω)を算出する。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the plant unsteady operation control system of the present invention. In the figure, the control amount y of the plant 1
Is fed back and is controlled by the model predictive control device 2 which outputs the manipulated variable u. The plant dynamic characteristic model data output unit 3 receives the current values of the controlled variable, the manipulated variable, and the constraint condition values considered in the model predictive control device 2, and from the current plant operating conditions determined by those values, The linear transfer function G (s) that approximates the plant dynamic characteristics, and the maximum model error norm ε that means the magnitude of the error between the transfer function and the actual dynamic characteristics of the plant
Calculate (ω).

【0028】制御系調整部4では、プラント動特性モデ
ルデータ出力部3より算出された線形伝達関数G
(s)、最大モデル誤差ノルムε(ω)が入力され、モ
デル予測制御装置2で用いる予測モデル、制御パラメー
タ(評価関数内部のパラメータ)を算出する。このと
き、モデル予測制御系が現在の運転条件に対する最大モ
デル誤差ノルムε(ω)に対し、ロバスト安定になるよ
うに制御パラメータが調整される。
In the control system adjusting section 4, the linear transfer function G calculated by the plant dynamic characteristic model data output section 3 is calculated.
(S), the maximum model error norm ε (ω) is input, and the prediction model used in the model predictive control device 2 and control parameters (parameters inside the evaluation function) are calculated. At this time, the control parameter is adjusted so that the model predictive control system is robustly stable with respect to the maximum model error norm ε (ω) for the current operating condition.

【0029】制約条件調整部5では、プラント動特性モ
デルデータ出力部3の算出した線形伝達関数G(s)及
び最大モデル誤差ノルムε(ω)及びモデル予測制御装
置2で用いられている制御パラメータが入力され、現在
の運転条件における最大モデル誤差ノルムε(ω)が線
形伝達関数と制御パラメータによって算出される許容モ
デル誤差ノルムを越えない許容運転条件の範囲を探索す
る。その範囲をプラント運転に関する制約条件値、すな
わち制御量、操作量、それらの変化率信号に関する上下
限制約値として出力する。この制約条件値はモデル予測
制御装置2及びプラント動特性モデルデータ出力部に与
えられる。
In the constraint condition adjusting unit 5, the linear transfer function G (s) and the maximum model error norm ε (ω) calculated by the plant dynamic characteristic model data output unit 3 and the control parameters used in the model predictive control device 2 are set. Is input, and the maximum model error norm ε (ω) under the current operating condition is searched for within a range of the allowable operating condition that does not exceed the allowable model error norm calculated by the linear transfer function and the control parameter. The range is output as constraint condition values for plant operation, that is, control variables, manipulated variables, and upper and lower limit constraint values for those change rate signals. The constraint condition value is given to the model predictive control device 2 and the plant dynamic characteristic model data output unit.

【0030】次に、個々の機能ブロックについて、具体
的な構成及び実現方法を説明する。
Next, a specific configuration and a method of realizing each functional block will be described.

【0031】(1) 図3に示されるプラント動特性モ
デルデータ出力部3の構成例を図4を参照して説明す
る。同図において、プラント動特性モデルデータ出力部
3は、プラントの動特性モデル3.1、シミュレーショ
ン計算部3.2、線形伝達関数推定部3.3、モデル誤
差ノルム算出部3.4によって構成されている。
(1) A configuration example of the plant dynamic characteristic model data output unit 3 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. In the figure, the plant dynamic characteristic model data output unit 3 is composed of a plant dynamic characteristic model 3.1, a simulation calculation unit 3.2, a linear transfer function estimation unit 3.3, and a model error norm calculation unit 3.4. ing.

【0032】制御対象であるプラントの動特性モデル
3.1は、以下の様な非線形微分方程式で記述されてい
る。 dx/dt =f(x,u) y =g(x,u) …(3) ただし、xはプラントの内部状態量を表すn次元ベクト
ル、uはq次元の操作量ベクトル、yはp次元の制御量
ベクトル、dx/dt はベクトルxの各成分の時間微分値を
並べたベクトル、f(x,u) はベクトルx、uにより一意
に決まるn次元ベクトル値関数、y(x,u) はベクトル
x、uにより一意に決まるp次元ベクトル値関数であ
る。これらは一般的な微分方程式の他に、ニューラルネ
ットワークにより記述されたモデルまたはファジィモデ
ルにより記述されたモデルあるいは複数の線形モデルを
結合したモデル、あるいは単にu,yの値に応じて線形
モデルを切り替えるモデルバンクでも良い。
The dynamic characteristic model 3.1 of the plant to be controlled is described by the following non-linear differential equation. dx / dt = f (x, u) y = g (x, u) (3) where x is an n-dimensional vector representing the internal state quantity of the plant, u is a q-dimensional manipulated variable vector, and y is a p-dimensional vector. Control amount vector, dx / dt is a vector in which time differential values of each component of vector x are arranged, f (x, u) is an n-dimensional vector value function uniquely determined by vectors x and u, y (x, u) Is a p-dimensional vector valued function uniquely determined by the vectors x and u. In addition to general differential equations, these are models described by neural networks, models described by fuzzy models, or models that combine multiple linear models, or simply switch linear models according to the values of u and y. A model bank is also acceptable.

【0033】シミュレーション計算部3.2では、上記
プラントモデルを用い、各時刻で与えられた制御量
0 、操作量u0 を初期値とし、その後の操作量u(t)
=u0 の場合に対し式(3)のモデルを数値積分計算す
ることにより、その時の未来応答y(t) ただし、t=
[0,tmax ] を計算する。次に操作量u0 の第j要素に微
小変化Δu(t) を加えた操作量u(t) =u0 +Δu(t)
ただし、 Δu(t) =[ 0,・・・0,Δu,0,・・
・,0] …(4) に対し、同様の数値積分計算により未来応答yj '(t)
を計算する。そして応答の差信号ベクトル Δyj (t) =yj '(t) −y(t) を各jに対して求める。このようにして、プラントのあ
る動作点y0 、u0 の近傍における操作量の各要素の微
小変化に対する制御量の各要素の微小変化の感度を表す
サイズp×qの行列 H(t) =[ hij(t)] ただし、 hij(t) =(Δyj (t) の第i成分)/Δu を求め、これを応答データとして出力する。
The simulation calculation section 3.2 uses the above-mentioned plant model, sets the control amount y 0 and the manipulated variable u 0 given at each time as initial values, and then manipulates the manipulated variable u (t).
= U 0 , the future response y (t) at that time is calculated by numerically integrating the model of Equation (3), where t =
Calculate [0, t max ]. Then the operation amount u manipulated variables plus minimal change Delta] u (t) to the j element of 0 u (t) = u 0 + Δu (t)
However, Δu (t) = [0, ... 0, Δu, 0, ...
・, 0]… (4), by the same numerical integration calculation, future response y j '(t)
To calculate. Then, a response difference signal vector Δy j (t) = y j '(t) -y (t) is obtained for each j. Thus, a matrix H (t) of size p × q representing the sensitivity of the minute change of each element of the control amount to the minute change of each element of the manipulated variable in the vicinity of a certain operating point y 0 , u 0 of the plant. [h ij (t)] However, h ij (t) = (i-th component of Δy j (t)) / Δu is obtained, and this is output as response data.

【0034】線形伝達関数推定部3.3では、図7のフ
ローチャートに示す手順により、応答データ行列H(t)
からプラントの動特性モデルとして線形伝達関数行列を
求める。その手順は、H(t) の個々の要素hij(t) (i
=1,...,p、j=1,...,q)毎に、以下のステップで処理す
る。
The linear transfer function estimator 3.3 performs the response data matrix H (t) according to the procedure shown in the flowchart of FIG.
The linear transfer function matrix is obtained from as a dynamic model of the plant. The procedure is such that the individual elements h ij (t) (i of H (t)
= 1, ..., p, j = 1, ..., q) is processed in the following steps.

【0035】ステップ0:まず、i、jに初期値1を設
定する。
Step 0: First, an initial value 1 is set to i and j.

【0036】ステップ1:hij(t) を周期τでサンプリ
ングした離散時間応答系列 hdij (0)、hdij (1)、・・・、hdij (N) を求める。ただし、hdij (k)=hij(τk)、Nは
偶数とする。
Step 1: A discrete time response sequence h dij (0), h dij (1), ..., H dij (N) obtained by sampling h ij (t) at a period τ is obtained . However, h dij (k) = h ij (τk), and N is an even number.

【0037】ステップ2:hdij (k) から線形伝達関数
のインパルス応答系列に相当する以下の係列を求める。 gdij (1)、gdij (2)、・・・、gdij (N) ただし、gdij (k)=hdij (k)−hdij (k−
1) ステップ3:次の2つの行列G、Gを求める。
Step 2: From h dij (k), the following coefficient corresponding to the impulse response sequence of the linear transfer function is obtained. g dij (1), g dij (2), ..., g dij (N) where g dij (k) = h dij (k) −h dij (k−
1) Step 3: Obtain the following two matrices G 1 and G 2 .

【0038】[0038]

【数1】 ステップ4:行列Gを特異値分解し、特異値σ1
…、σN/2 を求める。 G=U Σ V ただし、Σ = diag{σ1 、…、σN/2 } σ1 ≧σ2 ≧・・・≧σN/2 とする。 ステップ5: あるしきい値σε>0に対し、σk ≧σ
εかつσk+1 <σεとなる整数kを見つける。
[Equation 1] Step 4: Singular value decomposition of the matrix G 1 to obtain a singular value σ 1 ,
…, Find σ N / 2 . G 1 = U Σ V However, Σ = diag {σ 1 , ..., σ N / 2 } σ 1 ≧ σ 2 ≧ ... ≧ σ N / 2 . Step 5: For some threshold σ ε > 0, σ k ≧ σ
Find an integer k such that ε and σ k + 1ε .

【0039】ただし、σN/2 ≧σεのときは、k=N/
2とする。そして、行列U、V、Σを以下の様に分解す
る。
However, when σ N / 2 ≧ σ ε , k = N /
Set to 2. Then, the matrices U, V and Σ are decomposed as follows.

【0040】[0040]

【数2】 ただし、UN は行列Uの初めのK列から成る行列、VN
は行列Vの初めのK行からなる行列である。
[Equation 2] Where U N is a matrix consisting of the first K columns of matrix U, V N
Is a matrix consisting of the first K rows of the matrix V.

【0041】ステップ6:対象の線形伝達関数に等価な
離散時間状態空間モデルの係数行列を以下の式で求め
る。
Step 6: The coefficient matrix of the discrete time state space model equivalent to the linear transfer function of interest is obtained by the following equation.

【0042】 A = ΣN -1/2N T G2 VN T ΣN -1/2 B = ΣN 1/2 N [I 0] C = [I 0]UN ΣN 1/2 ただし、I、Iはそれぞれサイズq,pの単位行列
である。
[0042] A = Σ N -1/2 U N T G2 V N T Σ N -1/2 B = Σ N 1/2 V N [I q 0] C = [I p 0] U N Σ N 1 / 2 However, I q and I p are identity matrices of sizes q and p, respectively.

【0043】ステップ7:対角化行列Tにより行列Aを
対角化する。 Ad =T-1AT =diag{λ1 、λ2 、・・・、λk } Bd =T-1B Cd = CT ステップ8:離散時間モデルから連続時間モデルへ以下
の手順で変換する。 Ac =diag{η1 、η2 、・・・、ηk } ただし、ηi =(αi +jβi )/τ (jは虚数単
位) λi =exp(αi +jβi ) (i=1, ・・・,k) の関係になっているものとする。 BC =(Ad −Ik -1C d (Ik はサイズk
の単位行列) CC =Cd ステップ9:連続時間伝達関数を求める。
Step 7: The matrix A is diagonalized by the diagonalization matrix T. A d = T -1 AT = diag {λ 1 , λ 2 , ..., λ k } B d = T -1 B C d = CT Step 8: Convert from discrete time model to continuous time model by the following procedure To do. A c = diag {η 1 , η 2 , ..., η k } where η i = (α i + jβ i ) / τ (j is an imaginary unit) λ i = exp (α i + jβ i ) (i = It is assumed that the relationship is 1, ..., k). B C = (A d −I k ) −1 A C B d (I k is the size k
Unit matrix of C C = C d Step 9: Obtain a continuous time transfer function.

【0044】gij(s) =CC (sIk −AC -1C 以上の手順を図7に示ように繰り返す。なお、これらの
手順は、特願昭60−108316号「プラントモデリ
ング装置」に記載されているものである。
G ij (s) = C C (sI k −A C ) −1 B C The above procedure is repeated as shown in FIG. Note that these procedures are described in Japanese Patent Application No. 60-108316 "Plant Modeling Device".

【0045】すべての要素について、以上の手順で伝達
関数が求められれば、以下の伝達関数行列が得られる。
ステップ10:
If the transfer function is obtained by the above procedure for all the elements, the following transfer function matrix is obtained.
Step 10:

【0046】[0046]

【数3】 以上が線形伝達関数推定部3.3の演算手順である。(Equation 3) The above is the calculation procedure of the linear transfer function estimation unit 3.3.

【0047】次に、モデル誤差ノルム算出部3.4につ
いて説明する。これは、現在、モデル予測制御装置2で
設定されている制約条件、すなわち下式の制御量、操作
量に関する不等式条件により決定される運転条件範囲内
での、線形伝達関数の変動幅最大値を周波数ωの関数と
して求める。
Next, the model error norm calculation unit 3.4 will be described. This is the maximum fluctuation range of the linear transfer function within the operating condition range determined by the constraint condition currently set in the model predictive control device 2, that is, the inequality condition regarding the controlled variable and the manipulated variable below. Obtained as a function of frequency ω.

【0048】 ymin ≦ y ≦ ymax Δymin ≦ Δy ≦ Δymax min ≦ u ≦ umax Δumin ≦ Δu ≦ Δumax …(8) ただし、y、Δy、u、Δuはそれぞれ制御量、その変
化率、操作量、その変化率のベクトルで、各要素は、例
えば y=[y(k+1) T 、・・・、y(k+Np)T T y(k+j) =[y1 (k+j) 、・・・、yp (k+j) ]T のように並べられている。また、上式の不等号はベクト
ル内の各要素毎に対する不等号をまとめて表記したもの
である。
Y min ≤ y ≤ y max Δy min ≤ Δy ≤ Δy max u min ≤ u ≤ u max Δu min ≤ Δu ≤ Δu max (8) where y, Δy, u, and Δu are control amounts, respectively. rate of change, the manipulated variable, a vector of the change rate, the elements, for example y = [y (k + 1 ) T, ···, y (k + Np) T] T y (k + j) = [ y 1 (k + j), ..., Y p (k + j)] T. The inequality sign in the above expression is a collective expression of inequality signs for each element in the vector.

【0049】まず、モデル誤差ノルム算出部3.4で
は、シミュレーション計算部3.2に対し様々な入力の
変動幅Δuを与え、その結果、線形伝達関数推定部3.
3で求められた伝達関数行列G(s) の周波数応答G(j
ω) の変動幅を求める。その手順を図8のフローチャー
トに示す。
First, the model error norm calculation unit 3.4 gives various input fluctuation widths Δu to the simulation calculation unit 3.2, and as a result, the linear transfer function estimation unit 3.
The frequency response G (j) of the transfer function matrix G (s) obtained in
Find the fluctuation range of ω). The procedure is shown in the flowchart of FIG.

【0050】ステップ0: 初めに、k=0、変動幅Δ
u( 0) =Δumin <<1、モデル誤差ノルム初期値
ε(ωi )=0、i=1,...,m とする。
Step 0: First, k = 0, fluctuation range Δ
u (0) = Δu min << 1, initial value of model error norm
Let ε (ω i ) = 0 and i = 1, ..., m.

【0051】ステップ1:k回目の試行における変動幅
をΔu( k) とする。これに対する制御量応答y(t) 、
操作量応答u(t) をシミュレーション計算部3.2によ
り求める。
Step 1: Let the fluctuation range in the k-th trial be Δu (k). Control quantity response y (t) to this,
The manipulated variable response u (t) is obtained by the simulation calculation section 3.2.

【0052】ステップ2:制御量応答y(t) 、操作量応
答u(t) が式(8)の各制約条件を満たすか否かをチェ
ックする。満たせば次のステップへ行き、満たさなけれ
ば、その時点でのモデル誤差ノルムε(ωi )、i=
1,...,m を最大モデル誤差ノルムとして出力し、終了す
る(ステップ7)。
Step 2: It is checked whether or not the controlled variable response y (t) and the manipulated variable response u (t) satisfy the constraint conditions of the equation (8). If satisfied, go to the next step, and if not satisfied, the model error norm ε (ω i ) at that point, i =
1, ..., m are output as the maximum model error norm, and the process ends (step 7).

【0053】ステップ3:線形伝達関数部3.3によ
り、k回目の試行により推定された伝達関数行列G
(s)を得る。 ステップ4:周波数応答ω1 ,・・・,ωm に対し、モ
デル誤差ノルム ε(ωi )=σmax {G(jωi )−G(jωi )} (i=1,・・・,m) …(9) を計算する。ただし、ここでσmax {A}は行列Aの最
大特異値を意味する。
Step 3: The transfer function matrix G estimated by the kth trial by the linear transfer function unit 3.3.
Get k (s). Step 4: For the frequency response ω 1 , ..., ω m , the model error norm ε ki ) = σ max {G k (jω i ) −G 0 (jω i )} (i = 1 ,.・ ・, M)… (9) is calculated. Here, σ max {A} means the maximum singular value of the matrix A.

【0054】ステップ5:各ωi に対し、もし、ε(ω
i )<ε(ωi )なら、ε(ωi )=ε(ωi )と
置く。 ステップ6:変動幅Δuk に対し、 Δuk+1 = −1.1×Δuk k←k+1 として、ステップ1に戻る。
Step 5: For each ω i , if ε (ω
If i ) <ε ki ), set ε (ω i ) = ε ki ). Step 6: With respect to the fluctuation width Δu k , Δu k + 1 = −1.1 × Δu k k ← k + 1, and the process returns to step 1.

【0055】以上の手順では、まず、ステップ6での漸
化式は、操作量の変動幅Δuを、符号をプラス、マイナ
スと交互に変えながら徐々に絶対値を大きくしていくこ
とを意味する。その時の制御量応答y(t) 、操作量応答
u(t) の各要素、各時刻の値及び変化率が式(8)の制
約条件を満たすか否かをステップ2で判定しながら、式
(8)で決まる運転条件範囲内での最大のモデル誤差の
大きさを、ステップ4〜5でモデル誤差伝達関数の各周
波数での周波数応答の最大特異値という形で、得てい
る。以上がモデル誤差ノルム算出部3.4における処理
手順である。
In the above procedure, first, the recurrence formula in step 6 means that the variation width Δu of the manipulated variable is gradually increased in absolute value while alternately changing the sign between plus and minus. . While determining in step 2 whether or not each element of the control amount response y (t), the operation amount response u (t), the value at each time, and the change rate satisfy the constraint condition of the equation (8) at that time, The maximum magnitude of the model error within the operating condition range determined by (8) is obtained in steps 4 to 5 in the form of the maximum singular value of the frequency response of the model error transfer function at each frequency. The above is the processing procedure in the model error norm calculation unit 3.4.

【0056】以上のように、プロセス動特性モデルデー
タ出力部3では、プラントモデル3.1、シミュレーシ
ョン部3.2、線形伝達関数推定部3.3、モデル誤差
ノルム算出部3.4の各動作により、平衡点y0 、u0
及び制約条件式(8)から線形伝達関数G(s) 及び最大
モデル誤差ノルムε(ωi ),i=1,...,m が算出され、出
力される。
As described above, in the process dynamic characteristic model data output unit 3, each operation of the plant model 3.1, the simulation unit 3.2, the linear transfer function estimation unit 3.3, and the model error norm calculation unit 3.4. By equilibrium points y 0 and u 0
And the linear transfer function G (s) and the maximum model error norm ε (ω i ), i = 1, ..., m are calculated from the constraint condition expression (8) and output.

【0057】(2) 図3に示される制御系調整部4の
構成例を図5を参照して説明する。同図に示されるよう
に制御系調整部4は、予測モデル変換部4.1及び制御
パラメータ算出部4.2によって構成される。
(2) A configuration example of the control system adjusting section 4 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the control system adjustment unit 4 is composed of a prediction model conversion unit 4.1 and a control parameter calculation unit 4.2.

【0058】予測モデル変換部4.1では、プラント動
特性モデルデータ出力部3が出力した線形伝達関数G(
s) に基づき、以下の手順で予測モデルを作成する。 ステップ1:G( s) を離散時間伝達関数モデル y(k) =A-1( z-1) B( z-1) u(k) へ変換する。ただし、zは時間推移演算子、y(k) 、u
(k) はそれぞれ制御量、操作量ベクトルの離散時間表
現、A( z-1) 、B( z-1) は離散時間伝達関数の係数
行列で、それぞれ A(z-1)=1 +a1 -1+…+an -n B(z-1)=b0 +b1 -1+…+bm -m (ai はサイズp×pの係数行列、bi はサイズp×q
の係数行列) で表せる。
In the predictive model conversion section 4.1, the linear transfer function G (
Based on s), a prediction model is created by the following procedure. Step 1: Convert G (s) into a discrete time transfer function model y (k) = A -1 (z -1 ) B (z -1 ) u (k). However, z is a time transition operator, y (k), u
(k) respectively controlled variable, manipulated variable discrete-time representation of a vector, A (z-1), B (z-1) is a coefficient matrix of the discrete-time transfer function, respectively A (z -1) = 1 + a 1 z -1 + ... + a n z -n B (z -1 ) = b 0 + b 1 z -1 + ... + b m z -m (a i is a coefficient matrix of size p × p, b i is size p × q)
Can be expressed as

【0059】ステップ2:予測範囲をNステップと
し、j=1〜Nについて、次の方程式(これをDiopha
ntine 方程式という)を解く。(Ip はp×pの単位行
列) Ip =Ej (z-1) (1-z-1) A(z-1)+ z-jj (z-1) その結果、多項式行列Ej ( z-1) (j-1 次モニッ
ク)、Fj ( z-1) (n次)が得られる。さらに、 なる係数行列beji を求め、 なる多項式行列Bej(z -1)を求める。この結果、制御
量予測値y( k+j) は y( k+j) =Fj (z-1) y( k) +Bej( z-1) Δu(k-1) +Sj Δu(k) +・・・+S1 Δu(k+j-1) …(9) と表される。ただし、ここで、Δu(k) =u(k) −u(k
-1) は各時刻での操作量増分ベクトル、Sj は制御対象
モデルのステップ応答系列のj番目ステップの行列であ
る。以上の手順で求められた式(9)のzの多項式行列
j (z-1) 、Bej( z-1)、及び、ステップ応答系列行
列Sj 、(j=1,・・・,Np )が予測モデルに関するパ
ラメータとして出力される。
Step 2: Let the prediction range be N p steps, and for j = 1 to N p the following equation (this is the Diopha
ntine equation)). (I p is a p × p identity matrix) I p = E j (z −1 ) (1-z −1 ) A (z −1 ) + z −j F j (z −1 ), as a result, a polynomial matrix E j (z -1 ) (j-1 order monic) and F j (z -1 ) (n order) are obtained. further, And obtain the coefficient matrix b eji Then, a polynomial matrix B ej (z −1 ) is obtained. As a result, the predicted control value y (k + j) is y (k + j) = F j (z -1 ) y (k) + B ej (z -1 ) Δu (k-1) + S j Δu (k) + ...・ + S 1 Δu (k + j-1) is expressed as (9). However, here, Δu (k) = u (k) −u (k
-1) is the manipulated variable increment vector at each time, and S j is the matrix of the j-th step of the step response sequence of the controlled object model. The z polynomial matrix F j (z −1 ) and B ej (z −1 ) of the equation (9) obtained by the above procedure and the step response sequence matrix S j , (j = 1, ..., N p ) is output as a parameter related to the prediction model.

【0060】制御パラメータ算出部4.2では、図9の
フローチャートに示す以下の手順で制御パラメータが算
出される。ステップ1:線形伝達関数G(s) 及び最大モ
デル誤差ノルムε( ω) がプラント動特性モデルデータ
出力部3から読み込まれ、また、予測モデルの係数が上
述した予測モデル変換部から読み込まれる。
In the control parameter calculation unit 4.2, the control parameter is calculated by the following procedure shown in the flowchart of FIG. Step 1: The linear transfer function G (s) and maximum model error norm ε (ω) are read from the plant dynamic characteristic model data output unit 3, and the coefficients of the prediction model are read from the above-mentioned prediction model conversion unit.

【0061】ステップ2:評価関数 に対する重み係数λの初期値を与える。ここで、y* (k
+i) は現時刻kからiステップ未来における制御量目標
値ベクトルである。
Step 2: Evaluation function Give the initial value of the weighting factor λ for. Where y * (k
+ i) is a control amount target value vector in the i step future from the current time k.

【0062】ステップ3:式(10)の評価関数を制約
条件を考慮しないで最小化する制御則、 Δu(k) =g
T { y *- F(z-1) y(k)-H(z-1) Δu(k-1)} u(k) =u(k-1) +Δu(k) …(11) を求める。ただし、 y* =[y* (k+1) ・・・y* (k+Np) ]T F(z-1) =[F1 (z-1) ・・・FNp(z-1) ]T H(z-1) =[H1 (z-1) ・・・HNp(z-1) ]TT =( GT G+λI )-1T の1行目、ただし、
Step 3: A control rule for minimizing the evaluation function of the equation (10) without considering the constraint condition, Δu (k) = g
T {y * -F (z -1 ) y (k) -H (z -1 ) Δu (k-1)} u (k) = u (k-1) + Δu (k) (11) . However, y * = [y * ( k + 1) ··· y * (k + Np)] T F (z -1) = [F 1 (z -1) ··· F Np (z -1) ] T H (z -1 ) = [H 1 (z -1 ) ... H Np (z -1 )] T g T = (G T G + λI) -1 G T , the first line,

【0063】[0063]

【数4】 (si は動特性モデルから算出したステップ応答) である。[Equation 4] (S i is the step response calculated from the dynamic characteristic model).

【0064】ステップ4:式(11)の制御則から制御
器の伝達関数C(z-1) 、さらに、制御対象モデルA-1(
-1) B( z-1) から制御系の一巡伝達関数L(z-1) を
求める。 C(z-1) =( I-z-1I )-1(1+ gT H(z-1))-1T F(z-1) L(z-1) =−C(z-1) A-1( z-1) B( z-1) …(12) ステップ5:モデル予測制御系が次式のロバスト安定条
件を満たしているか否かを判定する。 σmax {ε(ω)(I+L(z-1) )-1C(z-1) |
z=exp(-jωτ) }<1 ω=ω1 、…、ωm をすべての周波数ωi で満たしていれば、λ←0.99
×λとし(ステップ6)、逆に満たしていない周波数ω
i があれば、λ←1.01×λとして(ステップ7)、
再びステップ3へ戻る。
Step 4: From the control law of equation (11), the transfer function C (z -1 ) of the controller and the controlled object model A -1 (
The open loop transfer function L (z -1 ) of the control system is obtained from z -1 ) B (z -1 ). C (z -1 ) = (I-z -1 I) -1 (1+ g T H (z -1 )) -1 g T F (z -1 ) L (z -1 ) =-C (z −1 ) A −1 (z −1 ) B (z −1 ) ... (12) Step 5: It is determined whether or not the model predictive control system satisfies the robust stability condition of the following equation. σmax {ε (ω) (I + L (z -1 )) -1 C (z -1 ) |
z = exp (-jωτ) } <1 If ω = ω 1 , ..., ω m is satisfied with all frequencies ω i , then λ ← 0.99
X λ (step 6), and conversely the unsatisfied frequency ω
If i is present, set λ ← 1.01 × λ (step 7),
Return to step 3 again.

【0065】ステップ8:ただし、もしあるωi で、 σmax {ε(ω)(I+L(z-1) )-1C(z-1) |
z=exp(-jωτ) }<1 ω=ω1 、・・、ωi-1 、ωi+1 、・・、ωm が成り立てば、このときの制御系はロバスト安定限界で
あるとみなし、以上の手順を終了してそのときのλ及び
式(11)の制御則の制御パラメータgT 、F(z-1) 、
H(z-1) を出力する。
Step 8: However, if some ω i , σmax {ε (ω) (I + L (z -1 )) -1 C (z -1 ) |
z = exp (-jωτ) } <1 ω = ω 1 , ··· , ω i-1 , ω i + 1 , ··· , ω m , the control system at this time is considered to be robust stability limit , And the control parameters g T , F (z −1 ) of λ and the control law of the equation (11) at that time,
Output H (z -1 ).

【0066】以上が制御系調整部4における処理手順で
ある。このような機能により、ある動作条件でのプラン
トの線形伝達関数に基づき予測モデルのパラメータが、
さらにそのときの最大モデル誤差に対し安定性が失われ
ない、すなわちロバスト安定となるような制御パラメー
タが算出され、出力される。
The above is the processing procedure in the control system adjusting unit 4. With such a function, the parameters of the prediction model based on the linear transfer function of the plant under a certain operating condition
Furthermore, a control parameter that does not lose stability with respect to the maximum model error at that time, that is, is robust, is calculated and output.

【0067】(3) 図3に示される制約条件調整部5
の構成例を図6にを参照して説明する。同図に示される
ように制御条件調整部5は、許容モデル誤差ノルム算出
部5.1、比較器5.2、許容運転条件探索部5.3に
よって構成される。
(3) Constraint condition adjusting unit 5 shown in FIG.
An example of the configuration will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the control condition adjusting unit 5 includes an allowable model error norm calculating unit 5.1, a comparator 5.2, and an allowable operating condition searching unit 5.3.

【0068】許容モデル誤差ノルム算出部5.1では、
線形伝達関数及び式(11)の制御則の制御パラメータ
T 、F(z-1) 、H(z-1) から以下の式で許容モデル誤
差ノルムεmax (ω)を算出する。
In the allowable model error norm calculation unit 5.1,
The allowable model error norm ε max (ω) is calculated from the linear transfer function and the control parameters g T , F (z −1 ), and H (z −1 ) of the control law of Expression (11) by the following expression.

【0069】 C(z-1) =( I-z-1I) -1(1+ gT H(z-1))-1T F(z-1) L(z-1) =−C(z-1) A-1( z-1) B( z-1) εmax (ω)=σmax {(I+L(z-1) )-1C(z-1) |z=exp(-jωτ) -1 ω=ω1 、・・・、ωm …(13) 比較器5.2では、プラント動特性モデルデータ出力部
3から与えられる最大モデル誤差ノルムε(ω)と上記
の許容モデル誤差ノルムεmax (ω)を各周波数ω=ω
1 、・・・、ωm において比較する。
C (z −1 ) = (I−z −1 I) −1 ( 1 + g T H (z −1 )) −1 g T F (z −1 ) L (z −1 ) = − C (z -1 ) A -1 (z -1 ) B (z -1 ) ε max (ω) = σ max {(I + L (z -1 )) -1 C (z -1 ) | z = exp ( -jωτ) } −1 ω = ω 1 , ..., ω m (13) In the comparator 5.2, the maximum model error norm ε (ω) given from the plant dynamic characteristic model data output unit 3 and the above Allowable model error norm ε max (ω) at each frequency ω = ω
1 , ..., ω m are compared.

【0070】許容運転条件探索部5.3では、上述の比
較結果に応じて、図10のフローチャートに示す以下の
手順で制約条件式(8)を調整する。 ステップ1:制約条件式(8)の各式の上下限値の初期
値を与える。
In the permissible operating condition searching unit 5.3, the constraint condition expression (8) is adjusted according to the above comparison result by the following procedure shown in the flowchart of FIG. Step 1: The initial values of the upper and lower limit values of each of the constraint condition expression (8) are given.

【0071】ステップ2:その制約条件をプラント動特
性モデルデータ出力部3に与えた時に算出された伝達関
数G(s) 及び最大モデル誤差ノルムε(ω)に対し、上
述の許容モデル誤差ノルム算出部5.1により許容モデ
ル誤差ノルムεmax (ω)を算出する。
Step 2: For the transfer function G (s) and the maximum model error norm ε (ω) calculated when the constraint conditions are given to the plant dynamic characteristic model data output unit 3, the above-mentioned allowable model error norm calculation is performed. The permissible model error norm ε max (ω) is calculated by the section 5.1.

【0072】ステップ3:比較器5.2によりε(ω)
とεmax (ω)とを比較する。
Step 3: ε (ω) by the comparator 5.2
And ε max (ω) are compared.

【0073】ステップ4:全ての周波数ω1 、・・・、
ωm に対し、ε(ω)<εmax (ω)ならば、制約条件
が狭すぎると判断し、以下のように制約条件 ymin ≦ y ≦ ymax Δymin ≦ Δy ≦ Δymax min ≦ u ≦ umax Δumin ≦ Δu ≦ Δumax …(8) の範囲をゆるめ、ステップ2へ戻る。
Step 4: All frequencies ω 1 , ...
If ε (ω) <ε max (ω) with respect to ω m , it is determined that the constraint condition is too narrow, and the constraint condition y min ≤ y ≤ y max Δy min ≤ Δy ≤ Δy max u min ≤ u ≤ u max Δu min ≤ Δu ≤ Δu max (8) The range is relaxed and the process returns to step 2.

【0074】 ymin ←ymin −0.1×(ymax −ymin ) ymax ←ymax +0.1×(ymax −ymin ) Δymin ←Δymin −0.1×(Δymax −Δymin ) Δymax ←Δymax +0.1×(Δymax −Δymin ) umin ←umin −0.1×(umax −umin ) umax ←umax +0.1×(umax −umin ) Δumin ←Δumin −0.1×(Δumax −Δumin ) Δumax ←Δumax +0.1×(Δumax −Δumin ) …(14) ステップ5:逆に、ある周波数ωでε(ω)>ε
max (ω)ならば、制約条件が広すぎると判断し、以下
の様に制約条件の範囲を狭め、ステップ2へ戻る。 ymin ←ymin +0.1×(ymax −ymin ) ymax ←ymax −0.1×(ymax −ymin ) Δymin ←Δymin +0.1×(Δymax −Δymin ) Δymax ←Δymax −0.1×(Δymax −Δymin ) umin ←umin +0.1×(umax −umin ) umax ←umax −0.1×(umax −umin ) Δumin ←Δumin +0.1×(Δumax −Δumin ) Δumax ←Δumax −0.1×(Δumax −Δumin ) …(15) ステップ6:ある周波数ωでε(ω)=εmax (ω)で
あり、その他の周波数では、ε(ω)<εmax (ω)の
場合、制約条件の調整を終了し、そのときの制約値をモ
デル予測制御装置2へ出力する。
Y min ← y min −0.1 × (y max −y min ) y max ← y max + 0.1 × (y max −y min ) Δy min ← Δy min −0.1 × (Δy max − Δy min ) Δy max ← Δy max + 0.1 × (Δy max −Δy min ) u min ← u min −0.1 × (u max −u min ) u max ← u max + 0.1 × (u max −u min ) Δu min ← Δu min −0.1 × (Δu max −Δu min ) Δu max ← Δu max + 0.1 × (Δu max −Δu min ) (14) Step 5: Conversely, ε at a certain frequency ω (Ω)> ε
If max (ω), it is determined that the constraint condition is too wide, the constraint condition range is narrowed as follows, and the process returns to step 2. y min ← y min + 0.1 × (y max −y min ) y max ← y max −0.1 × (y max −y min) Δy min ← Δy min + 0.1 × (Δy max −Δy min ) Δy max ← Δy max −0.1 × (Δy max −Δy min ) u min ← u min + 0.1 × (u max −u min ) u max ← u max −0.1 × (u max −u min ) Δu min ← Δu min + 0.1 × (Δu max −Δu min ) Δu max ← Δu max −0.1 × (Δu max −Δu min ) (15) Step 6: ε (ω) = ε max at a certain frequency ω (Ω) and at other frequencies, in the case of ε (ω) <ε max (ω), the adjustment of the constraint condition is terminated, and the constraint value at that time is output to the model prediction control device 2.

【0075】ただし、上記のy、Δy、u、Δuはそれ
ぞれ制御量、その変化率、操作量、その変化率のベクト
ルで、各要素は、例えば、 y=[y(k+1) T 、・・・、y(k+Np ) T T y(k+j) =[y1 (k+j) 、・・・、yp (k+j)]T のように並べられている。また、上式の不等号はベクト
ル内の各要素毎に対する不等号をまとめて表記したもの
である。
However, the above y, Δy, u, and Δu are vectors of the control amount, its change rate, the manipulated variable, and its change rate, and each element is, for example, y = [y (k + 1) T , ..., y (k + N p ) T ] T y (k + j) = [y 1 (k + j), ..., y p (k + j)] T . The inequality sign in the above expression is a collective expression of inequality signs for each element in the vector.

【0076】このような制約条件調整部5の構成によ
り、プラントの動特性モデルのモデル誤差が、現在のモ
デル予測制御系が持つロバスト安定性の範囲内におさま
ることを保証する運転範囲、すなわち制約条件を自動的
に決定することができる。
With the configuration of the constraint condition adjusting unit 5 as described above, the operating range, that is, the constraint, that guarantees that the model error of the plant dynamic characteristic model is within the robust stability range of the current model predictive control system The conditions can be determined automatically.

【0077】(4) 図3に示されるモデル予測制御装
置2の構成は、図1に示される構成例と同様であり、プ
ラント動特性モデルから決定される予測モデル2.1及
び操作量最適化計算部2.3によって構成される。
(4) The configuration of the model predictive control device 2 shown in FIG. 3 is the same as the configuration example shown in FIG. 1, and the predictive model 2.1 and the operation amount optimization determined from the plant dynamic characteristic model are used. It is configured by the calculation unit 2.3.

【0078】プラント動特性モデル2.1では、図5に
示される予測モデル変換部4.1が出力した予測モデル y( k+j) =Fj (z-1) y( k) +Bej( z-1) Δu(k-1) +Sj Δu(k) +・・・+S1 Δu(k+j-1) …(9) (ただし、Δu(k) =u(k) −u(k-1) は各時刻での操
作量増分ベクトル、Sjは制御対象モデルのステップ応
答行列のj番目のステップの行列である。)を読み込
み、制御周期毎に観測されるプラント1の操作量ベクト
ルu(k) 、制御量ベクトルy(k) から予測モデルを用い
て未来制御応答予測値ベクトル2.2 yp (k) =[ yT (k+1) 、yT (k+2) 、・・・、yT (k
+N p )]T を算出する。
[0078] In the plant dynamics model 2.1, predictive model y (k + j) the prediction model conversion unit 4.1 shown in Figure 5 and output = F j (z -1) y (k) + B ej (z - 1 ) Δu (k −1 ) + S j Δu (k) + ... + S 1 Δu (k + j-1) (9) (where Δu (k) = u (k) −u (k-1) is The manipulated variable increment vector at each time, S j is the matrix of the j-th step of the step response matrix of the controlled object model.), And the manipulated variable vector u (k) of the plant 1 observed in each control cycle is read. , The future control response prediction value vector 2.2 y p (k) = [y T (k + 1), y T (k + 2), ..., using the prediction model from the control amount vector y (k). y T (k
+ N p )] T is calculated.

【0079】操作量最適化計算部2.3では、与えられ
た制約条件 ymin ≦ y ≦ ymax Δymin ≦ Δy ≦ Δymax min ≦ u ≦ umax Δumin ≦ Δu ≦ Δumax …(8) のもとで、与えられた評価関数 (y* (k+i) は現時刻kからiステップ未来における制
御量目標値ベクトル)を最小化する最適操作量ベクトル Δu=[ ΔuT (k) 、ΔuT (k+1) 、・・・、ΔuT (k
+Nu-1)] T を計算し、最適操作量ベクトル u(k) =u(k-1) +Δu(k) をプラント1へ出力する。
In the operation amount optimization calculation section 2.3, given constraint conditions y min ≤ y ≤ y max Δy min ≤ Δy ≤ Δy max u min ≤ u ≤ u max Δu min ≤ Δu ≤ Δu max (8 ), The given evaluation function (Y * (k + i) is the control amount target value vector in the i step future from the current time k) Δu = [Δu T (k), Δu T (k + 1), ... ., Δu T (k
+ Nu-1)] T is calculated and the optimal manipulated variable vector u (k) = u (k-1) + Δu (k) is output to the plant 1.

【0080】上記式(8)の制約条件は、その上下限制
約値ベクトルymax 、ymin 、Δymax 、Δymin 、u
max 、umin 、Δumax 、Δumin 、及び式(11)の
行列Gを用いて
[0080] constraints of the above formula (8), the upper and lower limit constraint value vector ymax, ymin, Δy max, Δy min, u
Using max , u min , Δu max , Δu min , and the matrix G of equation (11)

【0081】[0081]

【数5】 (Equation 5)

【0082】[0082]

【数6】 である。(Equation 6) Is.

【0083】一方、評価関数式(10)は、 J=ΔuT [ GT G+λI] Δu+2( yp (k) −y* ) T GΔu…(17) と変形できる。式(16)の制約条件のもとで式(1
7)の2次形式評価関数を最小化する最適操作量ベクト
ルΔuは、最適化計算法の一種である2次計画法を用い
て、以下の手順で制御周期毎に求める。2次計画法(Q
P:Quadratic Programing)の具体的な解法は、例え
ば 岩波コンピュータサイエンス「最適化プログラミング」 著者 茨城、福島 1991年4月10日発行 p87
〜p132 に解説されている。また、上述の式(16)、式(1
7)の手順は例えば、 特願平2−111800号「モデル予測制御装置」 特願平3−17527号「モデル予測制御装置」 に述べられている。
[0083] On the other hand, the evaluation function equation (10) can be deformed and J = Δu T [G T G + λI] Δu + 2 (y p (k) -y *) T GΔu ... (17). Under the constraint condition of Expression (16), Expression (1
The optimum operation amount vector Δu that minimizes the quadratic form evaluation function of 7) is obtained for each control cycle by the following procedure using a quadratic programming method which is a kind of optimization calculation method. Secondary programming (Q
P: Quadratic Programming) is a concrete solution, for example, Iwanami Computer Science "optimized programming" Author Ibaraki, Fukushima April 10, 1991 p87
~ P132. In addition, the above equations (16) and (1
The procedure of 7) is described in, for example, Japanese Patent Application No. 2-111800 “Model Predictive Control Device” and Japanese Patent Application No. 3-17527 “Model Predictive Control Device”.

【0084】以上の処理を制御周期毎に繰り返すことに
より、制約条件式(8)を満たしながら評価関数式(1
0)を最小化するように、制御量を最適に目標値に追従
させる制御動作が実行される。
By repeating the above processing for each control cycle, the evaluation function expression (1
The control operation is performed so that the controlled variable optimally follows the target value so as to minimize 0).

【0085】こうして、本発明のプラント非定常運転制
御装置を構成する、プラント動特性モデルデータ出力部
3、制御系調整部4、制約条件調整部5、及びモデル予
測制御装置2が具体的に実現される。これらの構成によ
り、プラントが非定常運転の時でも、非線形特性・動特
性変化により生じる線形モデルのモデル誤差の大きさを
逐次評価し、そのモデル誤差に対してモデル予測制御系
がロバスト安定になるように制御パラメータを自己調整
し、あるいはモデル誤差がモデル予測制御系が耐えるこ
とのできる範囲に納まるように運転条件範囲、すなわ
ち、制御量・操作量・その変化率に関する制約条件を自
己調整する機能が実現され、制御系を常に安定かつ良好
に運用することができる。
In this way, the plant dynamic characteristic model data output unit 3, the control system adjustment unit 4, the constraint condition adjustment unit 5, and the model prediction control device 2 which constitute the plant unsteady operation control device of the present invention are specifically realized. To be done. With these configurations, the magnitude of the model error of the linear model caused by changes in nonlinear characteristics and dynamic characteristics is sequentially evaluated, and the model predictive control system is robustly stable against the model error even when the plant is in unsteady operation. Function to self-adjust the control parameters, or to self-adjust the operating condition range, that is, the constraints on the controlled variable, manipulated variable, and its rate of change, so that the model error falls within the range that the model predictive control system can withstand. Is realized, and the control system can always be operated stably and satisfactorily.

【0086】なお、図3の制御系調整部4と制約条件調
整部5は、プラント運転員の指示によりどちらか一方の
みの動作を実行することも可能であり、あるいは双方を
同時に実行させることも可能である。また、後者の場
合、それぞれの調整機能に優先順位を設けることも可能
であり、制御系調整部4及び制約条件調整部5のいずれ
か一方を主たる制御とし、これに他方の制御を加味した
複合的な制御が実現される。
The control system adjusting unit 4 and the constraint condition adjusting unit 5 shown in FIG. 3 can execute only one of the operations according to an instruction from the plant operator, or both of them can be executed simultaneously. It is possible. In the latter case, it is also possible to give priority to each adjustment function, and one of the control system adjustment unit 4 and the constraint condition adjustment unit 5 is the main control, and the other control is added to this. Control is realized.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明したように本発明のプラント運
転制御装置では、モデル予測制御装置をベースに、プラ
ントの各運転状態における線形伝達関数モデルとその最
大モデル誤差ノルムを算出するプラント動特性モデルデ
ータ出力部と、モデル予測制御装置で用いられる予測モ
デル及び制御パラメータを算出する制御系調整部あるい
は適切な制約条件を算出する制約条件調整部とを備えて
いるので、プラントの運転条件の変化に応じて、モデル
予測制御装置を良好な状態に調整でき、プラントの非定
常運転の際に生じる非線形特性にも対処することができ
る。
As described above, in the plant operation controller of the present invention, the plant transfer characteristic model for calculating the linear transfer function model and its maximum model error norm in each operating state of the plant is based on the model predictive controller. Since the data output unit and the control system adjustment unit that calculates the prediction model and the control parameters used in the model predictive control device or the constraint condition adjustment unit that calculates an appropriate constraint condition are provided, it is possible to prevent changes in the operating conditions of the plant. Accordingly, the model predictive control device can be adjusted to a good state, and the non-linear characteristic that occurs during unsteady operation of the plant can also be dealt with.

【0088】特に、非定常運転において制御量を急激に
変化させようとした場合、制約条件の自動調整により強
い非線形特性が現れないように制御量の変化速度にブレ
ーキがかかり、非定常運転の安定性を保つことができ
る。また、プラントの動特性モデルとしては、各運転条
件での制御応答が計算できる形であれば、いかなる種類
のモデルであっても、本制御装置に適用することができ
る。
In particular, when an attempt is made to rapidly change the control amount in unsteady operation, the control amount is braked so that a strong nonlinear characteristic does not appear due to automatic adjustment of constraint conditions, and unsteady operation is stabilized. You can keep your sex. Further, as the dynamic characteristic model of the plant, any type of model can be applied to the present control device as long as the control response under each operating condition can be calculated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】モデル予測制御装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a model predictive control device.

【図2】プラント非定常運転における制約制御の効果を
説明する説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the effect of constraint control in plant unsteady operation.

【図3】本発明のプラント非定常運転制御装置の全体構
成を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of a plant unsteady operation control device of the present invention.

【図4】プロセス動特性モデルデータ出力部の構成を示
すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a process dynamic characteristic model data output unit.

【図5】制御系調整部の構成を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control system adjustment unit.

【図6】制約条件調整部の構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a constraint condition adjusting unit.

【図7】線形伝達関数推定部の処理手順を示すフローチ
ャート。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of a linear transfer function estimation unit.

【図8】モデル誤差ノルム算出部の処理手順を示すフロ
ーチャート。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of a model error norm calculation unit.

【図9】制御パラメータ算出部の処理手順を示すフロー
チャート。
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of a control parameter calculation unit.

【図10】許容運転条件探索部の処理手順を示すフロー
チャート。
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of an allowable operating condition search unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御対象(プラント) 2 モデル予測制御装置 2.1 プラント動特性モデル(予測モデル) 2.2 制御量予測応答 2.3 操作量最適化計算部 3 プロセス動特性モデルデータ出力部 3.1 プラントモデル 3.2 シミュレーション計算部 3.3 線形伝達関数推定部 3.4 モデル誤差ノルム算出部 4 制御系調整部 4.1 予測モデル変換部 4.2 制御パラメータ算出部 5 制約条件調整部 5.1 許容モデル誤差ノルム算出部 5.2 比較器 5.3 許容運転条件探索部 1 Control object (plant) 2 Model predictive control device 2.1 Plant dynamic characteristic model (prediction model) 2.2 Control amount predictive response 2.3 Manipulation amount optimization calculation unit 3 Process dynamic characteristic model data output unit 3.1 Plant Model 3.2 Simulation calculation unit 3.3 Linear transfer function estimation unit 3.4 Model error norm calculation unit 4 Control system adjustment unit 4.1 Prediction model conversion unit 4.2 Control parameter calculation unit 5 Constraint condition adjustment unit 5.1 Allowable model error norm calculation unit 5.2 Comparator 5.3 Allowable operating condition search unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力される操作量に応じた制御量を出力す
る制御対象の動特性モデルを用いて制御量未来値を予測
し、制御量、操作量が与えられた制約条件を満たしなが
ら、未来目標値との偏差信号及び操作量に関する評価関
数を最適化するような操作量を、制御量と未来目標値か
ら逐次算出しながら制御を行うモデル予測制御装置を有
するプラント制御装置において、 予め設定された、制御量、操作量に関する平衡点と、制
約条件とにより限定される動作条件内での制御対象の動
特性を近似的に表わす線形伝達関数及びその最大モデル
誤差ノルムを出力するプラント動特性モデルデータ出力
部と、 出力される線形伝達関数に基づき予測モデルを算出し、
最大モデル誤差ノルムに対しロバスト安定になるような
制御パラメータを算出し、これを前記モデル予測制御装
置に与える制御系調整部と、 を備えることを特徴とするプラント制御装置。
1. A future value of a controlled variable is predicted using a dynamic characteristic model of a controlled object that outputs a controlled variable corresponding to an input manipulated variable, and while the controlled variable and the manipulated variable satisfy a constraint condition, A plant control device having a model predictive control device for performing control while sequentially calculating an operation amount for optimizing an evaluation function related to a deviation signal from a future target value and an operation amount, is preset. The plant dynamics that output the linear transfer function and its maximum model error norm that approximately represent the dynamics of the controlled object within the operating conditions limited by the equilibrium points regarding the controlled variables and the manipulated variables and the constraint conditions. Calculate the prediction model based on the model data output section and the output linear transfer function,
A plant control apparatus, comprising: a control system adjusting unit that calculates a control parameter that is robust and stable with respect to the maximum model error norm, and applies the control parameter to the model predictive control apparatus.
【請求項2】入力される操作量に応じた制御量を出力す
る制御対象に対し、その動特性モデルを用いて制御量未
来値を予測し、制御量、操作量が与えられた制約条件を
満たしながら、未来目標値との偏差信号及び操作量に関
する評価関数を最適化するような操作量を、制御量と未
来目標値から逐次算出しながら制御を行うモデル予測制
御装置を有するプラント制御装置において、 予め設定された、制御量、操作量に関する平衡点と、制
約条件とにより限定される動作条件内での制御対象の動
特性を近似的に表わす線形伝達関数及びその最大モデル
誤差ノルムを出力するプラント動特性モデルデータ出力
部と、 現在の運転状態におけるプラント動特性モデルに相当す
る線形伝達関数及び制御パラメータから制御系の安定性
が保証される許容モデル誤差ノルムを算出し、前記プラ
ント動特性モデルデータ出力部の出力する最大モデル誤
差ノルムが許容モデル誤差ノルム以下になる運転条件の
許容範囲を探索し、その範囲に基づき制御量、操作量に
関する制約条件を決定し、これを前記モデル予測制御装
置に与える制約条件調整部と、 を備えることを特徴とするプラント制御装置。
2. A controlled object future value is predicted using a dynamic characteristic model for a controlled object that outputs a controlled variable according to an input manipulated variable, and a constraint condition given the controlled variable and the manipulated variable is set. In a plant control device having a model predictive control device that performs control while sequentially calculating an operation amount that optimizes an evaluation function related to a deviation signal from a future target value and an operation amount while satisfying , Outputs a linear transfer function and its maximum model error norm that approximately represent the dynamic characteristics of the controlled object within the preset equilibrium points regarding the controlled variables and manipulated variables, and the operating conditions limited by the constraint conditions. The plant dynamic characteristic model data output section and the allowable model that guarantees the stability of the control system from the linear transfer function and control parameters corresponding to the plant dynamic characteristic model in the current operating state. Of the operating conditions in which the maximum model error norm output by the plant dynamic characteristic model data output unit is equal to or less than the allowable model error norm is calculated, and the control amount and the operation amount are restricted based on the range. A plant control device, comprising: a constraint condition adjusting unit that determines a condition and applies the condition to the model predictive control device.
【請求項3】入力される操作量に応じた制御量を出力す
る制御対象の動特性モデルを用いて制御量未来値を予測
し、制御量、操作量が与えられた制約条件を満たしなが
ら、未来目標値との偏差信号及び操作量に関する評価関
数を最適化するような操作量を、制御量と未来目標値か
ら逐次算出しながら制御を行うモデル予測制御装置を有
するプラント制御装置において、 予め設定された、制御量、操作量に関する平衡点と、制
約条件とにより限定される動作条件内での制御対象の動
特性を近似的に表わす線形伝達関数及びその最大モデル
誤差ノルムを出力するプラント動特性モデルデータ出力
部と、 出力される線形伝達関数に基づき予測モデルを算出し、
最大モデル誤差ノルムに対しロバスト安定になるような
制御パラメータを算出し、これを前記モデル予測制御装
置に与える制御系調整部と、 現在の運転状態におけるプラント動特性モデルに相当す
る線形伝達関数及び前記制御パラメータから制御系の安
定性が保証される許容モデル誤差ノルムを算出し、前記
プラント動特性モデルデータ出力部の出力する最大モデ
ル誤差ノルムが許容モデル誤差ノルム以下になる運転条
件の許容範囲を探索し、その範囲に基づき制御量、操作
量に関する制約条件を決し、これを前記モデル予測制御
装置に与える制約条件調整部と、 を備えることを特徴とするプラント制御装置。
3. A future value of a controlled variable is predicted by using a dynamic characteristic model of a controlled object that outputs a controlled variable according to an input manipulated variable, and while the controlled variable and the manipulated variable satisfy a constraint condition given, A plant control device having a model predictive control device for performing control while sequentially calculating an operation amount for optimizing an evaluation function related to a deviation signal from a future target value and an operation amount, is preset. The plant dynamics that output the linear transfer function and its maximum model error norm that approximately represent the dynamics of the controlled object within the operating conditions limited by the equilibrium points regarding the controlled variables and the manipulated variables and the constraint conditions. Calculate the prediction model based on the model data output section and the output linear transfer function,
A control system adjusting unit that calculates a control parameter that is robustly stable with respect to the maximum model error norm and gives the control parameter to the model predictive controller, a linear transfer function corresponding to the plant dynamic characteristic model in the current operating state, and the Calculate the allowable model error norm that guarantees the stability of the control system from the control parameters, and search for the allowable range of operating conditions where the maximum model error norm output from the plant dynamic characteristic model data output unit is less than or equal to the allowable model error norm. And a constraint condition adjusting unit that determines a constraint condition regarding a control amount and an operation amount based on the range and gives the constraint condition to the model predictive control device.
【請求項4】前記プラント動特性モデルデータ出力部
は、 制御対象の非線形動特性を表現したプラントモデルと、 前記プラントモデルを用いて与えられる制御量及び操作
量の各平衡点と、操作量の変化量と、に対する制御応答
を算出するシミュレーション計算部と、 前記シミュレーション計算部によって求められた制御応
答を近似的に表わす線形伝達関数を推定する線形伝達関
数推定部と、 与えられた制約条件内の運転条件での前記線形伝達関数
の変動幅から最大モデル誤差ノルムを算出するモデル誤
差ノルム算出部と、 を備えることを特徴とする、 請求項1乃至3のいずれか一に記載のプラント制御装
置。
4. The plant dynamic characteristic model data output unit includes a plant model expressing a nonlinear dynamic characteristic of a controlled object, each equilibrium point of a control amount and a manipulated variable given using the plant model, and an manipulated variable A simulation calculation unit that calculates a control response to the amount of change, a linear transfer function estimation unit that estimates a linear transfer function that approximately represents the control response obtained by the simulation calculation unit, and within a given constraint condition A model error norm calculation unit that calculates a maximum model error norm from the fluctuation range of the linear transfer function under operating conditions, and the plant control device according to any one of claims 1 to 3.
JP21762394A 1994-09-12 1994-09-12 Plant control equipment Pending JPH0883104A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21762394A JPH0883104A (en) 1994-09-12 1994-09-12 Plant control equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21762394A JPH0883104A (en) 1994-09-12 1994-09-12 Plant control equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0883104A true JPH0883104A (en) 1996-03-26

Family

ID=16707194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21762394A Pending JPH0883104A (en) 1994-09-12 1994-09-12 Plant control equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0883104A (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002525773A (en) * 1998-09-28 2002-08-13 アスペン テクノロジー インコーポレイテッド Robust steady state goal calculation for model predictive control
JP2002373002A (en) * 2001-06-14 2002-12-26 Toshiba Corp Process simulator application control device and method
JP2003195905A (en) * 2001-12-28 2003-07-11 Omron Corp Control device and temperature controller
JP2003323201A (en) * 2002-04-26 2003-11-14 Bailey Japan Co Ltd Structure for nonlinear dynamic characteristic model, and its model parameter estimating and calculating means
JP2004280792A (en) * 2003-02-14 2004-10-07 United Technol Corp <Utc> System and method of search for accelerated active set with respect to second programming for predictive control of real time model
WO2007116590A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Hitachi, Ltd. Operation control method, operation control device and operation control system
JP2008287343A (en) * 2007-05-15 2008-11-27 Kobe Steel Ltd Model parameter estimating arithmetic unit and method, model parameter estimating arithmetic processing program, and recording medium recording the same
JP2011511374A (en) * 2008-01-31 2011-04-07 フィッシャー−ローズマウント システムズ, インコーポレイテッド Robust adaptive model predictive controller with tuning to compensate for model mismatch
JP2014096091A (en) * 2012-11-12 2014-05-22 Azbil Corp Model prediction control device and method
WO2015060149A1 (en) * 2013-10-21 2015-04-30 富士電機株式会社 Control system design assist device, control system design assist program, control system design assist method, operation change amount calculation device, and control device
JP2015225635A (en) * 2014-05-30 2015-12-14 アズビル株式会社 Optimization device and method
JP2016099910A (en) * 2014-11-26 2016-05-30 アズビル株式会社 FUNCTION GENERATION DEVICE, CONTROL DEVICE, HEAT SOURCE SYSTEM, FUNCTION GENERATION METHOD, AND PROGRAM
JP2016517593A (en) * 2013-03-15 2016-06-16 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation Small Air Thermal Model Based Engine Material Temperature Control
JP2018516414A (en) * 2015-06-05 2018-06-21 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイShell Internationale Research Maatschappij Besloten Vennootshap System and method for control of slope imbalance in model predictive control
WO2019155511A1 (en) * 2018-02-06 2019-08-15 Nec Corporation Inverse model predictive control system, inverse model predictive control method, and inverse model predictive control program

Cited By (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002525773A (en) * 1998-09-28 2002-08-13 アスペン テクノロジー インコーポレイテッド Robust steady state goal calculation for model predictive control
JP2002373002A (en) * 2001-06-14 2002-12-26 Toshiba Corp Process simulator application control device and method
JP2003195905A (en) * 2001-12-28 2003-07-11 Omron Corp Control device and temperature controller
JP2003323201A (en) * 2002-04-26 2003-11-14 Bailey Japan Co Ltd Structure for nonlinear dynamic characteristic model, and its model parameter estimating and calculating means
JP2004280792A (en) * 2003-02-14 2004-10-07 United Technol Corp <Utc> System and method of search for accelerated active set with respect to second programming for predictive control of real time model
WO2007116590A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Hitachi, Ltd. Operation control method, operation control device and operation control system
JP2007272498A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Hitachi Ltd Operation control method, operation control apparatus, and operation control system
US8155763B2 (en) 2006-03-31 2012-04-10 Hitachi, Ltd. Operation control method, operation control device, and operation control system
JP2008287343A (en) * 2007-05-15 2008-11-27 Kobe Steel Ltd Model parameter estimating arithmetic unit and method, model parameter estimating arithmetic processing program, and recording medium recording the same
US9904257B2 (en) 2008-01-31 2018-02-27 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Using autocorrelation to detect model mismatch in a process controller
JP2011511374A (en) * 2008-01-31 2011-04-07 フィッシャー−ローズマウント システムズ, インコーポレイテッド Robust adaptive model predictive controller with tuning to compensate for model mismatch
JP2014096091A (en) * 2012-11-12 2014-05-22 Azbil Corp Model prediction control device and method
US10161313B2 (en) 2013-03-15 2018-12-25 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model based engine material temperature control
US10400677B2 (en) 2013-03-15 2019-09-03 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model stabilization with compressible flow function transform
JP2016517593A (en) * 2013-03-15 2016-06-16 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation Small Air Thermal Model Based Engine Material Temperature Control
US10844793B2 (en) 2013-03-15 2020-11-24 Raytheon Technologies Corporation Compact aero-thermo model based engine material temperature control
US10774749B2 (en) 2013-03-15 2020-09-15 Raytheon Technologies Corporation Compact aero-thermo model based engine power control
US10767563B2 (en) 2013-03-15 2020-09-08 Raytheon Technologies Corporation Compact aero-thermo model based control system
US10753284B2 (en) 2013-03-15 2020-08-25 Raytheon Technologies Corporation Compact aero-thermo model base point linear system based state estimator
US10539078B2 (en) 2013-03-15 2020-01-21 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model real time linearization based state estimator
US10087846B2 (en) 2013-03-15 2018-10-02 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model stabilization with compressible flow function transform
US10107204B2 (en) 2013-03-15 2018-10-23 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model base point linear system based state estimator
US10107203B2 (en) 2013-03-15 2018-10-23 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model based engine power control
US10145307B2 (en) 2013-03-15 2018-12-04 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model based control system
JP2016524196A (en) * 2013-03-15 2016-08-12 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation A compact aerothermal model origin linear system based state estimator
US10190503B2 (en) 2013-03-15 2019-01-29 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model based tip clearance management
US10196985B2 (en) 2013-03-15 2019-02-05 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model based degraded mode control
US11078849B2 (en) 2013-03-15 2021-08-03 Raytheon Technologies Corporation Compact aero-thermo model based engine power control
US10480416B2 (en) 2013-03-15 2019-11-19 United Technologies Corporation Compact aero-thermo model based control system estimator starting algorithm
US10068035B2 (en) 2013-10-21 2018-09-04 Fuji Electric Co., Ltd. Control system design assist device, control system design assist program, control system design assist method, operation change amount calculation device and control device
WO2015060149A1 (en) * 2013-10-21 2015-04-30 富士電機株式会社 Control system design assist device, control system design assist program, control system design assist method, operation change amount calculation device, and control device
JP5994947B2 (en) * 2013-10-21 2016-09-21 富士電機株式会社 Control system design support device, control system design support program, control system design support method, operation change amount calculation device, and control device
JP2015225635A (en) * 2014-05-30 2015-12-14 アズビル株式会社 Optimization device and method
JP2016099910A (en) * 2014-11-26 2016-05-30 アズビル株式会社 FUNCTION GENERATION DEVICE, CONTROL DEVICE, HEAT SOURCE SYSTEM, FUNCTION GENERATION METHOD, AND PROGRAM
JP2018516414A (en) * 2015-06-05 2018-06-21 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイShell Internationale Research Maatschappij Besloten Vennootshap System and method for control of slope imbalance in model predictive control
WO2019155511A1 (en) * 2018-02-06 2019-08-15 Nec Corporation Inverse model predictive control system, inverse model predictive control method, and inverse model predictive control program

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Robust model predictive control for greenhouse temperature based on particle swarm optimization
Chen et al. Applying neural networks to on-line updated PID controllers for nonlinear process control
JPH0883104A (en) Plant control equipment
Vavilala et al. Level control of a conical tank using the fractional order controller
Sistu et al. Computational issues in nonlinear predictive control
Cui et al. Adaptive fuzzy fault-tolerant control of high-order nonlinear systems: A fully actuated system approach
JP4908433B2 (en) Control parameter adjustment method and control parameter adjustment program
Abonyi et al. Adaptive fuzzy inference system and its application in modelling and model based control
JP2002157003A (en) Multivariable model predictive control apparatus, method, and storage medium therefor
Chidrawar et al. Generalized predictive control and neural generalized predictive control
US5805447A (en) Cascade tuning controller and method of use therefor
US5633987A (en) Auto-scaling controller and method of use therefor
US5649062A (en) Auto-tuning controller and method of use therefor
Di Teodoro et al. Sliding-mode controller based on fractional order calculus for chemical processes
Bendtsen et al. Robust quasi-LPV control based on neural state-space models
JP2862308B2 (en) Controller adjustment method and adjustment system
Lightbody et al. A novel neural internal model control structure
Abonyi et al. Hybrid fuzzy convolution model and its application in predictive control
Lian et al. Co-state neural network for real-time nonlinear optimal control with input constraints
Abu-Ayyad et al. Improving the performance of generalized predictive control for nonlinear processes
Chaber Fast nonlinear model predictive control algorithm with neural approximation for embedded systems: Preliminary results
Oliveira et al. CRHPC using Volterra models and orthonormal basis functions: an application to CSTR plants
Commuri et al. Discrete-time CMAC neural networks for control applications
Bekhiti et al. Adaptive Block Pole Placement For MIMO Systems.
Kumar et al. Architecture, performance and stability analysis of a formula-based fuzzy I− fuzzy P− fuzzy D controller