JPH02183302A - Fuzzy control method - Google Patents
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- JPH02183302A JPH02183302A JP329289A JP329289A JPH02183302A JP H02183302 A JPH02183302 A JP H02183302A JP 329289 A JP329289 A JP 329289A JP 329289 A JP329289 A JP 329289A JP H02183302 A JPH02183302 A JP H02183302A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、プロセスの測定値と目標値の偏差に対して所
定のサンプリング周期でファジィ演算を実行した操作出
力を所定のサンプリング周期で上記プロセスに供給する
ファジィ制御における改善に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention provides a method for applying the manipulated output obtained by performing fuzzy calculations at a predetermined sampling period to the deviation between a measured value and a target value of a process to This paper relates to improvements in fuzzy control to provide for.
(従来の技術)
第7図乃至第9図に基づいて操作出力を直接骨るための
ファジィコントローラにおけるメンバーシップ関数を決
定する従来方法の一例を説明する。(Prior Art) An example of a conventional method for determining a membership function in a fuzzy controller for directly determining an operation output will be explained based on FIGS. 7 to 9.
先ず前提条件として、
■制御ルールは既知、
■ベテランオペレータによる実際の操業入出力データは
既知、
■メンバーシップ関数は未知、
とする。First, the following prerequisites are assumed: ■The control rules are known, ■Actual operational input/output data by veteran operators are known, and ■The membership function is unknown.
ここで既知の制御ルールとは、例えば、制御ルール(1
)・・・缶内湯度が高ければ加熱スチームを減らして冷
却水を
増やす。Here, the known control rule is, for example, the control rule (1
)...If the hot water temperature inside the can is high, reduce the heating steam and increase the cooling water.
制御ルール(2)・・・炉内温度が低ければ加熱スチー
ムを増やして冷却水を
減らす。Control rule (2): If the temperature inside the furnace is low, increase heating steam and decrease cooling water.
この制御ルールを反映したメンバーシップ関数の例を、
関数の形状として一般的な台形を用いた場合につき第7
図に示す。(A)は低い、(B)は高い、(C)は減ら
す、(D)は増すの4種類となり、a、b、c、d点、
P+ q、r、s点が未知なパラメータである。An example of a membership function that reflects this control rule is
The seventh example is based on the case where a general trapezoid is used as the shape of the function.
As shown in the figure. There are four types: (A) is low, (B) is high, (C) is decreasing, and (D) is increasing. Points a, b, c, d,
P+ q, r, and s points are unknown parameters.
一方、ベテランオペレータによる実際の操業入出力デー
タは既知であるということは、例えば缶内温度をX 、
スチーム供給量をy とした場合、((x +3’
)、(x2.y2)、・・・・・、(x、、y、>1
の組み合わせデータか得られているということである。On the other hand, the fact that the actual operational input/output data by experienced operators is known means that, for example, if the temperature inside the can is
When the steam supply amount is y, ((x + 3'
), (x2.y2), ..., (x,,y,>1).
この様な前提でのファジィ演算を実測値X・で実行した
場合のファジィ制御の演算を第8図により説明する。The fuzzy control calculation when the fuzzy calculation is executed on the actual measurement value X· on such a premise will be explained with reference to FIG.
(A)は制御ルール(1)の演算であり、実測値X に
おいて、メンバーシップ関数′°高い′″に基づいてメ
ンバーシップ関数°″減らす′”により操作量を斜線で
求める演算を表す。(A) is a computation of control rule (1), and represents a computation in which the manipulated variable is determined by the diagonal line based on the membership function ``decrease'' based on the membership function ``high'' at the actually measured value X.
(B)は同様に制御ルール(2)の演算であり、実測値
X において、メンバーシップ関数”低い″に基づいて
メンバーシップ間数″増やす”により操作量を斜線で求
める演算を表す。Similarly, (B) is a calculation of control rule (2), and represents a calculation in which the manipulated variable is obtained by ``increasing'' the number of memberships based on the membership function ``low'' at the actual measurement value X 2 with diagonal lines.
第9図は制御ルール(1)、(2)により演算される操
作量を荷重平均した操作量出力Y を求める説明図であ
り、出力値Y、は、
Y・=Y・<x、a、b、c、d、p、q。FIG. 9 is an explanatory diagram for calculating the manipulated variable output Y, which is a weighted average of the manipulated variables calculated according to control rules (1) and (2), and the output value Y is as follows: Y.=Y.<x, a, b, c, d, p, q.
r、s) となる。r, s) becomes.
通常、メンバーシップ関数の形状(パラメータ)決定は
、ファジィ計算値Y、と実際の操業出力データyiがで
きるだけ近くなるように試行錯誤的に調整を繰り返すこ
とによりなされる。Usually, the shape (parameters) of the membership function is determined by repeating adjustment by trial and error so that the fuzzy calculation value Y and the actual operational output data yi are as close as possible.
一方、自動的にメンバシップ関数の形状決定行う計算手
法も知られている。即ち、
評価関数、
を考え、この評価関数Jが最小値となるようにパラメー
タ(a、b、c、d、p、q、r、s)を非線形最適化
法で決定する。この方法は、パラメータの数が増大する
に伴い、大形計算機でも相当の時間を要する。On the other hand, calculation methods for automatically determining the shape of membership functions are also known. That is, considering the following evaluation function, parameters (a, b, c, d, p, q, r, s) are determined by a nonlinear optimization method so that the evaluation function J has a minimum value. This method requires a considerable amount of time even on a large-scale computer as the number of parameters increases.
この非線形最適化法によるパラメータ決定の手法は公知
であり、例えば1988年日刊工業新聞社発行、菅野道
雄著「ファジィ制御J P147に開示されている。This method of parameter determination using the nonlinear optimization method is publicly known, and is disclosed, for example, in "Fuzzy Control JP 147" by Michio Kanno, published by Nikkan Kogyo Shimbun in 1988.
次に、バッチ式の反応缶にファジィ制御を適用した場合
の例を説明する。Next, an example of applying fuzzy control to a batch type reactor will be described.
バッチ式反応缶の温度制御は、PTDコントローラによ
る反応缶内温度からジャケット温度へのカスケードがそ
の主流である。特に、反応温度制御では、多種の反応物
、触媒が関与するために経験的に得られた知識をシーケ
ンス動作にしてPID制御と組み合わせる方式が多い。The mainstream temperature control for batch reactors is a cascade from the reactor internal temperature to the jacket temperature using a PTD controller. In particular, in reaction temperature control, since a wide variety of reactants and catalysts are involved, there are many methods in which experientially obtained knowledge is combined with sequence operation and PID control.
ここで経験則の有効性から、ファジィ制御が有効である
と言うことが容易に推考できるが、現在の文献では一般
的な工業プロセスへの応用に関して、例えばrThe
Applicstion of Fuzzy Cont
r。Here, it can be easily inferred that fuzzy control is effective from the effectiveness of empirical rules, but in the current literature, for example, rThe
Application of Fuzzy Cont
r.
5ysten+ to Industrial Pro
cess J 1976 Maldani他があるが、
化学関係の応用については見当たらない。5ysten+ to Industrial Pro
cess J 1976 Maldani et al.
I can't find any chemical-related applications.
第10図により、上述した従来の手法によるメンバーシ
ップ関数を持つファジィコントローラ101を有する反
応缶制御ユニット1によるバッチ反応缶制御システムの
例を考える。Referring to FIG. 10, an example of a batch reactor control system using a reactor control unit 1 having a fuzzy controller 101 having a membership function according to the conventional method described above will be considered.
2はバッチ反応缶、3はこれを取り巻く加熱用ジャケッ
ト、4はジャケットへの加熱用スチームSの供給管路、
5はジャケットへの冷却用冷水Wの供給管路、6はスチ
ームの流量制御弁、7は冷水の流量制御弁、8は反応缶
からの排出管路、9は触媒Mの供給管路である。2 is a batch reactor, 3 is a heating jacket surrounding this, 4 is a heating steam S supply pipe line to the jacket,
5 is a pipe for supplying cold water W for cooling to the jacket, 6 is a steam flow control valve, 7 is a flow control valve for cold water, 8 is a discharge pipe from the reaction vessel, and 9 is a supply pipe for catalyst M. .
10は缶内の圧力Pの圧力センサー 11は缶内の反応
液温度T の温度センサー、12はジャゲット内の温度
T、の温度センサーである。これらセンサーの測定信号
P、T、、T は、制御ユニット1に導かれる。10 is a pressure sensor for the pressure P in the can, 11 is a temperature sensor for the temperature T of the reaction liquid in the can, and 12 is a temperature sensor for the temperature T in the jugget. The measurement signals P, T, , T of these sensors are led to a control unit 1 .
制御ユニット1において、102は測定値Tの現在値T
I(n)及び過去複数サンプル周期の測定値をT1(n
−1)、 Tlfn−2)−・・を保持する時系列デー
タ保持器である。In the control unit 1, 102 is the current value T of the measured value T.
I(n) and the measured values of past multiple sample periods are T1(n
-1), Tlfn-2)--... is a time series data holder.
103は測定値TJの現在値’r”2(n)及び過去複
数サンプル周期の測定値をT2(n−1)、 T2(n
−2)・・・を保持する時系列データ保持器である。103 is the current value 'r'2(n) of the measured value TJ and the measured values of the past multiple sample periods T2(n-1), T2(n
-2) It is a time series data holder that holds...
104は測定値Pの現在値p (n)及び過去複数サン
プル周期の測定値をP (n−1) 、 P (n−2
)・・・を保持する時系列データ保持器である。104 indicates the current value p (n) of the measured value P and the measured values of the past multiple sample periods as P (n-1) and P (n-2
)... is a time series data holder that holds...
105は測定値とプログラム的に与えられる設定値SV
とノ偏差の現在値E (n) −T1(n) −3V及
び過去複数サンプル周期の偏差をE(n−1) 、 E
(n−2)・・・を保持する時系列データ保持器である
。105 is the measured value and the set value SV given programmatically.
The current value of the deviation E (n) -T1 (n) -3V and the deviation of the past multiple sample periods are E (n-1) and E
It is a time series data holder that holds (n-2)...
106は偏差Eの変化率(1サンプル周期の変化量)Δ
E(n) −F、fn) −E(n−1) 、又は測定
値の変化率(jサンプル周期の変化量)ΔE (n)T
(n)−T(n−1)の過去複数サンプル周期の偏差を
ΔE(n−1) 、八E (n−2)・・・を保持する
時系列データ保持器である。106 is the rate of change of deviation E (amount of change in one sample period) Δ
E(n) -F, fn) -E(n-1) or rate of change of measured value (change amount of j sample period) ΔE (n)T
It is a time-series data holder that holds deviations of past plural sample periods of (n)-T(n-1) as ΔE(n-1), 8E(n-2), and so on.
107はコントローラ101の自動又は手動操作出力M
Vの現在値M V (n)及び過去複数サンプル周期の
操作出力MV[n−1) 、 MV[n−2) =−・
を保持する時系列データ保持器である。107 is the automatic or manual operation output M of the controller 101
Current value of V MV (n) and operation outputs of past multiple sample cycles MV[n-1), MV[n-2) =-・
It is a time series data holder that holds .
これらデータ保持器の時系列データに基づいてファジィ
コントローラ101はそのメンバーシップ関数の最適パ
ラメータを決定し、メンバーシップ関数の基づくファジ
ィ演算により制御弁6,7への操作出力MVを発信する
。Based on the time series data of these data holders, the fuzzy controller 101 determines the optimum parameters of the membership function, and transmits the operation output MV to the control valves 6 and 7 by fuzzy calculation based on the membership function.
〈発明が解決しようとする課題〉
反応缶の温度制御の雛しさは吸熱反応と発熱反応が工程
中に含まれていること、その発生のタイミングが掴みに
くいことにある。<Problems to be Solved by the Invention> The difficulty in controlling the temperature of a reaction vessel lies in the fact that endothermic reactions and exothermic reactions are included in the process, and the timing of their occurrence is difficult to grasp.
これは制御の言葉に表現し直せば、むだ時間(L)、リ
ードタイム(T’)、プロセスゲイン(G)か変化する
ことになる。Expressing this in control terms, it means that dead time (L), lead time (T'), and process gain (G) change.
いま、プロセスの特性変化が何等かの方法で同定できた
とする。ファジィコントローラでは、パラメータ(■5
.T、G)の大きさに対応して制御ルール及びメンバー
シップ関数の形状(NB、NS、ZE、PS、PB)を
、各入出力変数(偏差E、変化率ΔE、操作出力の増分
ΔU)毎に全て調節し直す必要がある。Now, suppose that a change in process characteristics can be identified by some method. In the fuzzy controller, the parameter (■5
.. The shape of the control rule and membership function (NB, NS, ZE, PS, PB) corresponding to the size of T, G), each input/output variable (deviation E, rate of change ΔE, increment ΔU of manipulated output) You have to readjust everything every time.
プロセス特性の時間変化が頻繁に起こる反応缶などでは
この種の調整作業は非常に煩雑となる。This type of adjustment work becomes extremely complicated in reactors and the like where process characteristics frequently change over time.
従来のファジィ制御では、上述の公知文献1988年日
刊工業新聞社発行、菅野道雄著「ファジィ制御J P1
13〜P122に開示されているように、ファジィ適応
制御の考えが導入されている。In conventional fuzzy control, the above-mentioned known document "Fuzzy Control J P1" by Michio Kanno, published by Nikkan Kogyo Shimbun, 1988,
13 to P122, the idea of fuzzy adaptive control is introduced.
この手法は、例えばむだ時間Ll 、L2におけるメン
バーシップ関数を予め調節しておき、特性変化でむだ時
間がL (L1≦L≦1−2)と同定されたとき、対応
するメンバーシップ関数を内挿比(1,−Ll ) +
(L−L2 )によって定めるものである。T、G
が変化した場合も同様に内挿を行ってメンバーシップ関
数を補正する。In this method, for example, the membership functions at dead times Ll and L2 are adjusted in advance, and when the dead time is identified as L (L1≦L≦1-2) due to a characteristic change, the corresponding membership functions are adjusted in advance. Interpolation ratio (1, -Ll) +
(LL2). T,G
When , the membership function is corrected by interpolation in the same way.
この様な内挿の手法は、形式的であり、特性変化をメン
バーシップ関数の調整のみで対応する点に無理があり、
さらに、パラメータ数の増加に伴って予め調節、設定し
ておくメンバーシップ関数も増大するので、第10図で
示したデータ保持器等の構成か複雑となり、調節作業は
極めて煩雑となる問題がある。This type of interpolation method is formal, and it is unreasonable to deal with changes in characteristics only by adjusting the membership function.
Furthermore, as the number of parameters increases, the number of membership functions that must be adjusted and set in advance also increases, so the configuration of the data holder, etc. shown in Figure 10 becomes complicated, and the adjustment work becomes extremely complicated. .
本発明は、このような問題点を解消したファジィ制御方
法の提供を目的とする。The present invention aims to provide a fuzzy control method that solves these problems.
く課題を解決するための手段〉
本発明の方法の特徴は、プロセスの測定値と目標値の偏
差に対して所定のサンプリング周期でファジィ演算を実
行した操作出力を所定のサンプリング周期で上記プロセ
スに供給すると共に制御ルールとメンバーシップ関数か
固定されたファジィコントローラにおいて、上記プロセ
スの特性くむが時間、リードタイム、プロセスゲイン)
を同定し、この同定結果により上記ファジィコントロー
ラのサンプリング周期を変更する点にある。Means for Solving the Problems〉 The feature of the method of the present invention is that the operation output obtained by performing fuzzy calculations on the deviation between the measured value and the target value of the process at a predetermined sampling period is applied to the process at a predetermined sampling period. In a fuzzy controller with a fixed control rule and membership function as well as supplying the above process characteristics (time, lead time, process gain)
is identified, and the sampling period of the fuzzy controller is changed based on this identification result.
更に特徴の第2は、上記プロセスの特性(むた時間、リ
ードタイム、プロセスゲイン)を同定し、この同定結果
により上記ファジィコントローラのサンプリング周期並
びにゲインをを変更する点にある。A second feature is that the characteristics of the process (delay time, lead time, process gain) are identified, and the sampling period and gain of the fuzzy controller are changed based on the identification results.
(作用)
ファジィコントローラは、プロセスの測定値と目標値の
偏差に対して所定のサンプリング周期でファジィ演算を
実行した操作出力を所定のサンプリング周期でプロセス
に供給する。(Operation) The fuzzy controller supplies the process at a predetermined sampling period with a manipulated output obtained by performing a fuzzy calculation on the deviation between the measured value and the target value of the process at a predetermined sampling period.
コントローラ内の制御ルールとメンバーシップ関数は固
定され、同定されたプロセスの特性くむが時間、リード
タイム、プロセスゲイン)によりファジィコントローラ
のサンプリング周期が変更される。The control rules and membership functions in the controller are fixed, and the sampling period of the fuzzy controller is changed depending on the characteristics of the identified process (time, lead time, process gain).
必要に応じてサンプリング周期並びにゲインの双方が変
更される。Both the sampling period and the gain are changed as necessary.
(実施例)
第1図に基づいて本発明方法を実施したファジィ制御装
置の実施例を説明する。(Example) An example of a fuzzy control device implementing the method of the present invention will be described based on FIG.
制御ユニット1において、108は偏差Eを入力するフ
ァジィコントローラ、109はコントローラの制御サン
プリング周期ΔtおよびゲインKを変更するためのΔt
、に変更機能である。In the control unit 1, 108 is a fuzzy controller into which the deviation E is input, and 109 is a Δt for changing the control sampling period Δt and gain K of the controller.
, is a change function.
110はプロセス特性(L、T、G)の推定手段であり
、この同定結果に基いてΔt、に変更機能109を駆動
する。Reference numeral 110 denotes a process characteristic (L, T, G) estimation means, which drives the change function 109 to Δt based on the identification result.
プロセスの動特性の同定には種々の方法が提案されてお
り、本発明ではこれらの手法でその動特性は推定可能で
あることを前提とする。Various methods have been proposed for identifying the dynamic characteristics of a process, and the present invention assumes that the dynamic characteristics can be estimated using these methods.
ファジィコントローラ108における偏差およびその変
化率に対する制御ルールは固定、メンバーシップ関数も
固定とされる。The control rule for the deviation and its rate of change in the fuzzy controller 108 is fixed, and the membership function is also fixed.
Δt、に変更機能109の機能は、
■むだ時間りの増大に対してはサンプリング周期Δtを
増加させる。The function of the change function 109 to Δt is as follows: (1) The sampling period Δt is increased in response to an increase in dead time.
■プロセスゲインGの増大に対してはコントローラゲイ
ンKを減少させる。(2) Decrease the controller gain K in response to an increase in the process gain G.
■リードタイムTの増大に対してはΔtとKを組み合わ
せて増減を調節する。②In response to an increase in lead time T, adjust the increase or decrease by combining Δt and K.
これら機能を実現する制御ルールがΔt、に変更機能1
09内に追加される。The control rule that realizes these functions is changed to Δt, Function 1
It will be added in 09.
従って、制御ルールは、ファジィコントローラにおける
、偏差E、その変化率ΔEに関する周知の9個の固定ル
ール、
(1) IF E=NB &ΔE=ZE、THN Δ
U=NB(2) IF E=NS &ΔE=ZE、TH
N Δ叶N5(9)・・・
に加えて、次ぎの4個の制御ルールがΔt、に変更機能
109内に追加される。Therefore, the control rules are nine well-known fixed rules regarding the deviation E and its rate of change ΔE in the fuzzy controller: (1) IF E=NB &ΔE=ZE, THN Δ
U=NB(2) IF E=NS &ΔE=ZE, TH
In addition to N ΔKo N5 (9)..., the following four control rules are added to the change function 109 to Δt.
(10) IF L=SMALL & G=SH^11
.THEN Δt=sH^1−L&に=BIG
(11) IF L=SHAIL & G=b+a、T
HEN Δt=sHALL &に=SHALL
(12) IF L=BIG & G=S14ALL、
THEN Δt=BIG &に=BIG
(13) IF L=BIG 8 G=BIG、THE
N Δt=BIG &に=SHALL
上記各パラメータの514ALL、 BIGの判断基準
はオペレータの経験、実験に基づいて定める。(10) IF L=SMALL & G=SH^11
.. THEN Δt=sH^1-L&=BIG (11) IF L=SHAIL & G=b+a, T
HEN Δt=sHALL & ni=SHALL (12) IF L=BIG & G=S14ALL,
THEN Δt=BIG &ni=BIG (13) IF L=BIG 8 G=BIG, THE
N Δt=BIG &=SHALL The criteria for determining 514ALL and BIG for each of the above parameters are determined based on the operator's experience and experiments.
リードタイムが変化した場合は、更にΔtとKを組み合
わせて追加ルールを作成する。この場合のり、T、Gの
SH^11. BIGに対応するΔtとKのSMALL
、 BIGもオペレータの経験9.実験に基づいて定め
る。If the lead time changes, an additional rule is created by further combining Δt and K. In this case, glue, T, and G SH^11. SMALL of Δt and K corresponding to BIG
, BIG also has operator experience9. Determined based on experiment.
上記の説明はプロセスの特性の同定結果に基づいてΔt
とKの双方を変更する場合について説明したが、反応缶
の制御ではサンプリング周期Δtのみの変更でも有効で
あり、構成を簡単にすることができる。The above explanation is based on the identification results of process characteristics Δt
Although a case has been described in which both of and K are changed, changing only the sampling period Δt is also effective in controlling the reactor, and the configuration can be simplified.
第2図はその場合の実施例であり、第10図で説明した
要素と同一要素は同一符号を付して説明を省略し、特徴
部を説明する。プロセス特性推定手段110は、圧力測
定値P、温度測定値T、及びT・、触媒Mその他時間情
報、銘柄情報等を入力してプロセスの特性を同定し、フ
ァジィコントローラのΔを変更機能109′を駆動し、
Δを変更機能109′は、設定される制御ルールに従っ
てサンプリング周期Δtを変更する。FIG. 2 shows an embodiment in that case, and the same elements as those explained in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and the explanation will be omitted, and the characteristic parts will be explained. The process characteristic estimating means 110 inputs the pressure measurement value P, the temperature measurement value T, the catalyst M, other time information, brand information, etc., identifies the process characteristic, and changes Δ of the fuzzy controller 109'. drive,
The Δ changing function 109' changes the sampling period Δt according to the set control rule.
次に反応缶プロセスにおける特性推定手段110の構成
例について説明する。Next, a configuration example of the characteristic estimating means 110 in the reactor process will be described.
推定のメカニズムとしては、第3図に示すように、プロ
セスモデルに対して時間1反応熱ΔH1反応液温度T1
.ジャゲット温度Tj、各種パラ?
メータを入力して反応率XAを演算し、この結果に基づ
いてプロセスゲインGを推定し、更にむだ時間り、リー
ドタイムTを推定する。As shown in Figure 3, the estimation mechanism is as follows: time 1 reaction heat ΔH 1 reaction liquid temperature T1
.. Jaguette temperature Tj, various parameters? The reaction rate XA is calculated by inputting the meter, and based on this result, the process gain G is estimated, and the dead time and lead time T are estimated.
先ず反応缶のモデル式は次の(1)、(2)式で表され
る。First, the model equations for the reaction vessel are expressed by the following equations (1) and (2).
d x A/ d t (0A10AO)k。d x A/ d t (0A10AO)k.
xEXP (−E/RT、 ) (1)(1/CP
ρ ) ・ −Δ H−C^xko −EXP
(−E/RT、)十U−A (T、−T、> (
2)dT、/dt
:物質Aの初期濃度(mol/m”)
:物質Aの濃度(mol/m )
二速変定数
:活性エネルギー(cal/mol)
:気体定数(cal/mol・K)
CP :反応液比熱(c a l / k g−K )
ρ :反応液密度(kg/m3)
ΔトI:反応熱(−符号は吸熱を示す)T・ :ジャ
ケット温度(6K)
T、 :反応液温度(°K)
U :伝熱係数 (cal/m3−s−K)A :
伝熱面積(m2)
である。xEXP (-E/RT, ) (1) (1/CP
ρ ) ・ −Δ H−C^ko −EXP
(-E/RT,) 10U-A (T, -T, > (
2) dT, /dt: Initial concentration of substance A (mol/m''): Concentration of substance A (mol/m) Two-speed variable constant: Activation energy (cal/mol): Gas constant (cal/mol・K) CP: Specific heat of reaction liquid (cal/kg-K)
ρ: Reaction liquid density (kg/m3) ΔT: Reaction heat (- sign indicates endotherm) T: Jacket temperature (6K) T, : Reaction liquid temperature (°K) U: Heat transfer coefficient (cal/ m3-s-K)A:
Heat transfer area (m2)
更に、X A 、T J ; T i、ΔHは時間tの
関数であり、x^ (t)、’rJ (tl 、’r”
、(t)。Furthermore, X A , T J ; T i , ΔH are functions of time t, and x^ (t), 'rJ (tl , 'r'
,(t).
ΔH(t)である。ΔH(t).
上記(1)、(2)式を解いた結果の時間tに対する反
応率XAの変化特性を第4図に示す。FIG. 4 shows the change characteristics of the reaction rate XA with respect to time t as a result of solving the above equations (1) and (2).
第5図は、第4図の特性から求められる反応率XAとそ
の変化率dx^/dtの関係からプロセスゲインGを推
定するテーブルであり、現在のプロセスゲインをこのテ
ーブルを参照して同定する。Figure 5 is a table for estimating the process gain G from the relationship between the reaction rate XA and its rate of change dx^/dt determined from the characteristics in Figure 4, and the current process gain is identified by referring to this table. .
プロセスにむだ時間りが存在するときには、(2)式の
右辺第3項の、U−A (T、−T、)を、U−A(T
j (t−L)−Ti (t−L))と書き直して
モデルパラメータの1つとしてLを考える。時々刻々の
取得データをもとにゲイン推定の場合と同様な手順でテ
ーブル手段によりむだ時間りをリアルタイムに同定する
。When there is dead time in the process, the third term on the right side of equation (2), U-A (T, -T,), is changed to U-A (T
j (t-L)-Ti (t-L)) and consider L as one of the model parameters. Based on the data obtained from time to time, dead time is identified in real time using table means in the same manner as in the case of gain estimation.
リードタイムTに関しても同様の手順により同定が可能
である。The lead time T can also be identified by a similar procedure.
プロセス特性の同定の他の手法を、第6図により説明す
る。Another method for identifying process characteristics will be explained with reference to FIG.
第6図は、通常のPID制御によって制御された反応缶
の温度制御結果を示す特性図であり、(a)は反応液温
度T、とプログラム設定値Svの関係を示す温度上昇曲
線である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the temperature control results of the reaction vessel controlled by normal PID control, and (a) is a temperature rise curve showing the relationship between the reaction liquid temperature T and the program setting value Sv.
(b)はジャケット温度T、と操作出力MVの関係を示
す特性図で、バッチスタート時刻t。からtlまではM
V全全開シーケンスが実行され、t からt2まではM
Vプリセットの一定値制御が実行され、t2以降が自動
制御となる。(b) is a characteristic diagram showing the relationship between jacket temperature T and operation output MV at batch start time t. M from to tl
A full-open V sequence is executed, and from t to t2, M
Constant value control of V preset is executed, and automatic control is performed after t2.
(C)は缶内の発生熱量の変化を示す特性曲線、(d)
は缶内の圧力変化を示す特性曲線である。(C) is a characteristic curve showing the change in the amount of heat generated in the can, (d)
is a characteristic curve showing the pressure change inside the can.
このような特性曲線の実例に基づき、(b)のMV値の
実績曲線からプロセスゲインの変化率と(a)、(b)
の関係からむだ時間やリードタイムの時間変化を推定す
る。Based on the actual example of such a characteristic curve, the change rate of process gain and (a), (b) are calculated from the actual curve of MV value in (b).
Estimate changes in dead time and lead time over time from the relationship.
〈発明の効果〉
(1)従来の手法である、プロセス特性が変化するごと
に特性を同定し、その結果に基づいてファジィコントロ
ーラのメンバーシップ関数のパラメータを最適値に調整
することは非常に煩雑となる。<Effects of the Invention> (1) The conventional method of identifying the characteristics every time the process characteristics change and adjusting the parameters of the membership function of the fuzzy controller to the optimal value based on the results is extremely complicated. becomes.
本発明のように、プロセス特性の変化前に用い定値制御
ルール、メンバーシップ関数をそのままに固定し、それ
に代えてサンプリング周期又はサンプリング周期とコン
トローラゲインを可変とすることにより、調節の簡便さ
が実現できると共に、適応制御の制御性を向上せしめる
ことが可能となる。As in the present invention, the fixed value control rule and membership function used before changing the process characteristics are fixed as they are, and instead, the sampling period or sampling period and controller gain are made variable, thereby simplifying adjustment. At the same time, it becomes possible to improve the controllability of adaptive control.
(2)メンバーシップ関数や制御ファジィ制御ルールの
作成時に、静的な動作(このままで居たらこの先の落ち
着く先はここであるンとして考えることができ、人間の
不得意な時間的な関係での特性変化の把握、すなわち動
特性の記述がなくてもルールを訣められるので、システ
ムの設計が容易となる。(2) When creating membership functions and control fuzzy control rules, it is possible to think of static behavior (if things continue as they are, this is where the future will settle down), and to avoid temporal relationships that humans are not good at. System design becomes easier because rules can be determined without understanding changes in characteristics, that is, without describing dynamic characteristics.
(3)速い応答のプロセスは短いサンプリングタイムで
制御し、遅い応答のプロセスは長いサンプリングタイム
で制御するのは経験のあるオペレータの共通原則であり
、これをファジィ推論部から独立させることにより、推
論部分のソフトウェア構成を小さく、シンプルにするこ
とかできる。(3) It is a common principle among experienced operators to control fast response processes with short sampling times and slow response processes with long sampling times, and by making this independent from the fuzzy inference section, inference The software configuration of the parts can be made smaller and simpler.
第1図は本発明方法を適用したファジィ制御装置の基本
構成図、第2図は本発明方法を適用した反応缶制御装置
の実施例を示す構成図、第3図は反応缶プロセスモデ・
ルを示すブロック線図、第4図はモデル式を解いた結果
を示す反応率の時間変化を示す特性図、第5図は反応率
とその変化率の組合せからプロセスゲインを推定するテ
ーブル構成図、第6図は反応缶のPID温度制御結果を
示す特性図、第7図乃至第9図はファジィ制御における
メンバーシップ関数とファジィ演算に関する説明図、第
10図は従来の手法によるメンバーシップ関数を持つフ
ァジィコントローラ101を有する反応缶制御ユニッ1
へ1によるバッチ反応缶制御システムの構成例である。
1・・・制御ユニッl〜、108・・・ファジィコン1
〜ローラ、109・・・Δt、に変更機能、110・・
・プロセ→]
区
i
派
区
派Fig. 1 is a basic block diagram of a fuzzy control device to which the method of the present invention is applied, Fig. 2 is a block diagram showing an embodiment of a reactor control device to which the method of the present invention is applied, and Fig. 3 is a diagram of a reactor process model.
Figure 4 is a characteristic diagram showing the change in reaction rate over time, which shows the result of solving the model equation, Figure 5 is a table configuration diagram that estimates process gain from a combination of reaction rate and its rate of change. , Fig. 6 is a characteristic diagram showing the PID temperature control results of the reactor, Figs. 7 to 9 are explanatory diagrams regarding membership functions and fuzzy operations in fuzzy control, and Fig. 10 is a diagram showing membership functions according to the conventional method. Reactor control unit 1 having a fuzzy controller 101 with
Fig. 1 is a configuration example of a batch reactor control system according to Fig. 1. 1... Control unit l~, 108... Fuzzy controller 1
~Roller, 109... Δt, change function, 110...
・Prose →] Ward i group Ward group
Claims (2)
サンプリング周期でファジィ演算を実行した操作出力を
所定のサンプリング周期で上記プロセスに供給すると共
に制御ルールとメンバーシップ関数が固定されたファジ
ィコントローラにおいて、上記プロセスの特性(むだ時
間,リードタイム,プロセスゲイン)を同定し、この同
定結果により上記ファジィコントローラのサンプリング
周期を変更することを特徴とするファジィ制御方法。(1) A fuzzy system in which a fuzzy operation is performed on the deviation between the measured value and the target value of the process at a predetermined sampling period, and the operation output is supplied to the process at a predetermined sampling period, and the control rules and membership functions are fixed. A fuzzy control method, characterized in that the characteristics of the process (dead time, lead time, process gain) are identified in the controller, and the sampling period of the fuzzy controller is changed based on the identification result.
サンプリング周期でフアジィ演算を実行した操作出力を
所定のサンプリング周期で上記プロセスに供給すると共
に制御ルールとメンバーシップ関数が固定されたファジ
ィコントローラにおいて、上記プロセスの特性(むだ時
間,リードタイム,プロセスゲイン)を同定し、この同
定結果により上記ファジィコントローラのサンプリング
周期並びにゲインをを変更することを特徴とするファジ
ィ制御方法。(2) A fuzzy system with a fixed control rule and membership function, in which the manipulated output obtained by performing fuzzy calculations at a predetermined sampling period on the deviation between the measured value and target value of the process is supplied to the process at a predetermined sampling period, and the control rule and membership function are fixed. A fuzzy control method, characterized in that the characteristics of the process (dead time, lead time, process gain) are identified in the controller, and the sampling period and gain of the fuzzy controller are changed based on the identification results.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP329289A JPH02183302A (en) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | Fuzzy control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP329289A JPH02183302A (en) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | Fuzzy control method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02183302A true JPH02183302A (en) | 1990-07-17 |
Family
ID=11553314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP329289A Pending JPH02183302A (en) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | Fuzzy control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02183302A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103309233A (en) * | 2013-05-13 | 2013-09-18 | 陕西国防工业职业技术学院 | Designing method of fuzzy PID (Proportion-Integration-Differential) controller |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5499884A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-07 | Toshiba Corp | Variafble sample period controller |
| JPS6217807A (en) * | 1985-07-15 | 1987-01-26 | Omron Tateisi Electronics Co | PID control device |
| JPS63204401A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Yamatake Honeywell Co Ltd | Pid controller |
| JPS63231601A (en) * | 1987-03-20 | 1988-09-27 | Yokogawa Electric Corp | Self-tuning controller |
-
1989
- 1989-01-10 JP JP329289A patent/JPH02183302A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5499884A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-07 | Toshiba Corp | Variafble sample period controller |
| JPS6217807A (en) * | 1985-07-15 | 1987-01-26 | Omron Tateisi Electronics Co | PID control device |
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| JPS63231601A (en) * | 1987-03-20 | 1988-09-27 | Yokogawa Electric Corp | Self-tuning controller |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103309233A (en) * | 2013-05-13 | 2013-09-18 | 陕西国防工业职业技术学院 | Designing method of fuzzy PID (Proportion-Integration-Differential) controller |
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