JPH02207301A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はプロセスの特性が複雑で状態変数が多い場合に
用いられるプロセス制御装置に係り、特にプロセスの操
業状態の変動に逐次適応しながら制御対象を目標値に追
従させ得るようにしたプロセス制御装置に関する。

（従来の技術） 近年、操作変数、内部状態変数が複雑にからみ合う干渉
系プロセスで、しかも制御対象がオンラインで測定でき
ず手分析によって知ることができる無駄時間を有するプ
ロセスにおいては、制御対象を予め設定した目標値に保
ってばらつきを減少させることが重要な課題となってき
ている。

この種のプロセスの制御装置としては、従来から２つの
形態の装置が用いられている。すなわち、その一つは第
３図に示すように、プロセス１から定期的にサンプリン
グされたサンプリング値ａを分析装置２で分析し、この
分析装置２からの制御対象分析値すを制御対象目標値Ｃ
と比較器３で比較し、さらにこの比較結果を基にプロセ
スへの出力値である操作端目標値ｄを操作端出力装置ｇ
ｉ″４で決定し、これをプロセス１へ出力して制御する
ものである。また、もう一つは第４図に示すように、プ
ロセス１からの入力値ｅの状態を状態検出装置５で検出
し、この状態検出装置５からのプロセス内部状態値ｆを
基にプロセス制御の指標となる中間変数値を中間変数値
演算装置６で求め、この中間変数値演算装置６からの中
間変数値ｇを中間変数目標値りと比較器７で比較し、さ
らにこの比較結果を基にプロセスへの出力値である操作
端目標値ｄを操作端出力装置４で決定し、これをプロセ
ス１へ出力して制御するものである。

しかしながら、第３図のようなプロセス制御装置では、
フィードバックに使用している情報が、プロセス１の無
駄時間や手分析による無駄時間を有していることから、
短い周期の外乱や手分析用サンプリング周期より短い周
期の外乱に対して、制御応答性が著しく悪くなるという
問題がある。

また、第４図のようなプロセス制御装置では、オンライ
ンでフィードバック制御が可能となるため、上述の無駄
時間やサンプリング周期の問題は解決できるものの、中
間変数と制御対象間の関連性が一定であることを前提と
していることから、プロセス１の操業状態の変動によっ
てその関連性が時々刻々変化してしまうような場合には
有効ではないという問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来のプロセス制御装置では、サンプリ
ング周期より短い周期の外乱に対しては制御応答性が著
しく低下し、またプロセスの操業状態の変動による比較
的長い周期の内部状況変化に対しては有効な制御が困難
であるという問題があった。

本発明の目的は、サンプリング周期より短い周期の外乱
に対して制御応答性が低下することなく、しかもプロセ
スの操業状態の変動による比較的長い周期の内部状況変
化に対しても有効に制御可能な信頼性の高いプロセス制
御装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明のプロセス制御装置
は、プロセスの操業状態をオンラインで検出する状態検
出手段と、状態検出手段からのオンライン検出情報を基
に、プロセス制御の指標となる中間変数値を求める中間
変数値演算手段と、状態検出手段からのオンライン検出
情報と中間変数値演算手段からの中間変数値とを基に、
所定の推定モデル式を用いてプロセス制御の制御対象を
推定する制御対象推定手段と、プロセスから定期的にサ
ンプリングされたサンプリング値を分析する分析手段と
、状態検出手段からのオンライン検出情報と制御対象目
標値とを基に、制御対象推定手段と同一の推定モデル式
を用いて制御対象を制御対象目標値に追従させるのに必
要な中間変数目標値を決定する中間変数目標値決定手段
と、分析手段から制御対象分析値が入力される毎に、当
該制御対象分析値と制御対象推定手段からの制御対象推
定値とを時間遅れ分を考慮して比較することにより、制
御対象推定手段および中間変数目標値決定手段の推定モ
デル式を逐次校正する推定モデル校正手段と、中間変数
値演算手段からの中間変数値と中間変数目標値決定手段
からの中間変数目標値との比較結果を基に、プロセスへ
の出力値である操作端目標値を決定する操作端出力手段
とを備えて構成している。

（作　用） 従って、本発明のプロセス制御装置においては、プロセ
スの操業状態がオンラインで検出され、このプロセスの
操業状態からプロセス制御の指標となる中間変数値が求
められ、この中間変数値と中間変数目標値との比較結果
から操作端目標値を決定してプロセスが制御されること
により、サンプリング周期より短い周期の外乱に対して
制御応答性が低下するようなことがなくなる。また、プ
ロセスの操業状態と中間変数値とからプロセス制御の制
御対象を推定するための推定モデル式、およびプロセス
の操業状態と制御対象目標値とから制御対象を制御対象
目標値に追従させるのに必要な中間変数目標値を決定す
るための推定モデル式が、制御対象の分析値を用いてそ
れぞれ逐次校正されることにより、プロセスの操業状態
の変動による比較的長い周期の内部状況変化に対しても
有効に制御を行なうことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明によるプロセス制御装置の構成例を示
すブロック図である。すなわち、本実施例のプロセス制
御装置は図示のように、状態検出手段８と、中間変数値
演算手段９と、制御対象推定手段１０と、推定値保存手
段１１と、分析手段１２と、中間変数目標値決定手段１
３と、推定モデル校正手段１４と、比較手段１５と、操
作端出力手段１６とから構成している。

ここで、状態検出手段８は、プロセス１からの入力値ｌ
の状態、つまりプロセスの操業状態をオンラインで検出
するものである。中間変数値演算手段９は、状態検出手
段８からのプロセス内部状態値ｊを基に、プロセス制御
の指標となる中間変数値ｋを求めるものである。また、
制御対象推定手段１０は、状態検出手段８からのプロセ
ス内部状態値ｊと中間変数値演算手段９からの中間変数
値にとを基に、所定の推定モデル式を用いてプロセス制
御の制御対象を推定するものである。さらに、推定値保
存手段１１は、制御対象推定手段１０からの制御対象推
定値ｌを時系列的に（推定時刻と共に）保存するもので
ある。

一方、分析手段１２は、プロセス１から定期的にサンプ
リングされたサンプリング値ｍを分析するものである。

また、中間変数目標値決定手段１３は、状態検出手段８
からのプロセス内部状態値ｊと制御対象目標値ｎとを基
に、制御対象推定手段１０と同一の推定モデル式を用い
て制御対象を制御対象目標値ｎに追従させるのに必要な
中間変数目標値０を決定するものである。さらに、推定
モデル校正手段１４は、分析手段１２がら制御対象分析
値ｐが入力される毎に、当該制御対象分析値ｐと推定値
保存手段１１に保存されている制御対象推定値ｌとを時
間遅れ分を考慮して比較することにより、制御対象推定
手段１ｏおよび中間変数目標値決定手段１３の推定モデ
ル式を逐次校正する（校正値をｑとする）ものである。

また、比較手段１５は、中間変数値演算手段９がらの中
、開度数値にと中間変数目標値決定手段１３からの中間
変数目標値０とを比較するものである。さらに、操作端
出力手段１６は、比較手段１５からの比較出力「を基に
、プロセス１への出力値である操作端目標値Ｓを決定す
るものである。

なおこの場合、制御対象推定手段１０における推定モデ
ル式としては、例えば実際のプロセスの動特性試験によ
り得られた実測値を使用して予め回帰分析手法等の数学
手法で求めておいた（１）式を、また中間変数目標値決
定手段１３における推定モデル式としては同じく　（２
）式をそれぞれ用いる。

ｌ雛に１十に２・に＋ΣＧＩ　　畳ｊ１　・・・（１）
ｎ−Ｋｌ　＋に２　・ｏ＋ΣＧ１−３１よって、 ｏ＝　ｉｎ−（Ｋｔ＋ΣＧｉ−ｊｌ）１／　Ｋ　２　　
　　　　　　　　　　　・・・（２）ここで、Ｋｌ　、
に２　、Ｇｌは推定モデル式の各定数であり、このうち
に＋を校正することによって推定モデル式の校正を行な
うものである。

次に、以上の如く構成したプロセス制御装置の作用につ
いて説明する。

第１図において、状態検出手段８ではプロセス１からの
入力値」の状態が検出され、この検出したプロセス内部
状態値ｊは中間変数値演算手段９に入力される。すると
、中間変数値演算手段９では、プロセス内部状態値ｊか
らプロセス制御の指標となる中間変数値ｋが求められ、
この中間変数値には比較手段１５に入力される。また、
中間変数目標値決定手段１３では、状態検出手段８から
のプロセス内部状態値ｊと制御対象目標値ｎとを基に、
（２）式の推定モデル式を用いて制御対象を制御対象目
標値ｎに追従させるのに必要な中間変数目標値０が決定
され、この中間変数目標値Ｏも比較手段１５に入力され
る。これにより、比較手段１５では、中間変数値演算手
段９からの中間変数値にと、中間変数目標値決定手段１
３からの中間変数目標値Ｏとが比較される。そして、操
作端出力手段１６では、比較手段１５からの比較出力ｒ
を基に、プロセス１への出力値である操作端目標値Ｓが
決定され、この操作端目標値Ｓをプロセス１へ出力する
ことによって、中間変数目標値０に対するフィードバッ
ク制御が行なわれる。

一方、中間変数値演算手段９で求められた中間変数値に
は、制御対象推定手段１０へも入力される。これにより
、制御対象推定手段１０では、状態検出手段８からのプ
ロセス内部状態値ｊと中間変数値演算手段９からの中間
変数値にとを基に、（１）式の推定モデル式を用いてプ
ロセス制御の制御対象が推定される。そして、この制御
対象推定手段１０で求められた制御対象推定値ｌは、推
定値保存手段１１へ推定時刻と共に逐次保存される。

一方、分析手段１２では、プロセス１から定期的にサン
プリングされたサンプリング値ｍが分析され、この制御
対象分析値ｐは推定モデル校正手段１４に入力される。

すると推定モデル校正手段１４では、分析手段１２から
制御対象分析値ｐが入力される毎に、当該制御対象分析
値ｐと推定値保存手段１１に保存されている制御対象推
定値ｌとが時間遅れ分を考慮して比較されて校正値ｑが
求められ、この校正値ｑは制御対象推定手段１０および
中間変数目標値決定手段１３にそれぞれ入力される。こ
れにより、制御対象推定手段１０および中間変数目標値
決定手段１３の推定モデル式が、校正値ｑによって逐次
校正されることになる。

なお第２図は、第１図における中間変数目標値０と中間
変数演算値にの時間的推移を示す図である。

上述したように、本実施例のプロセス制御装置では、オ
ンラインで検出したプロセスの操業状態ｊからプロセス
制御の指標となる中間変数値ｋを求め、この中間変数値
にと中間変数目標値０から操作端目標値Ｓを決定してプ
ロセス１を制御するようにしているので、前述した第３
図のプロセス制御装置の問題点である、サンプリング周
期より短い周期の外乱に対して制御応答性が著しく低下
する点を解決して、良好な制御を行なうことが可能とな
る。また、プロセス１の操業状態ｊと中間変数値にとか
らプロセス制御の制御対象を推定するための推定モデル
式、およびプロセスの操業状態、ｊと制御対象目標値ｎ
から制御対象を制御対象目標値ｎに追従させるのに必要
な中間変数目標値０を決定するための推定モデル式を、
制御対象分析値ｍを用いてそれぞれ逐次校正するように
しているので、前述した第４図のプロセス制御装置の問
題点である、プロセス１の操業状態の変動による比較的
長い周期の内部状況変化に対して有効に制御が行なえな
いという点を解決して、極めて信頼性の高いプロセス制
御を行なうことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、オンラインで検出
したプロセスの操業状態からプロセス制御の指標となる
中間変数値を求め、この中間変数値と中間変数目標値か
ら操作端目標値を決定してプロセスを制御し、またプロ
セスの操業状態と中間変数値とからプロセス制御の制御
対象を推定するための推定モデル式、およびプロセスの
操業状態と制御対象目標値から制御対象を制御対象目標
値に追従させるのに必要な中間変数目標値を決定するた
めの推定モデル式を制御対象の分析値を用いてそれぞれ
逐次校正するようにしたので、サンプリング周期より短
い周期の外乱に対して制御応答性が低下することなく、
シかもプロセスの操業状態の変動による比較的長い周期
の内部状況変化に対しても有効に制御可能な極めて信頼
性の高いプロセス制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプロセス制御装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は同実施例における中間変数目標
値と中間変数演算値の時間的推移を示す図、第３図およ
び第４図は従来のプロセス制御装置の一例をそれぞれ示
すブロック図である。 ｌ・・・プロセス、８・・・状態検出手段、９・・・中
間変数値演算手段、１０・・・制御対象推定手段、１１
・・・推定値保存手段、１２・・・分析手段、１３・・
・中間変数目標値決定手段、１４・・・推定モデル校正
手段、１５・・・比較手段、１６・・・操作端出力手段
。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プロセスの特性が複雑で状態変数が多い場合に用いられ
   るプロセス制御装置において、 プロセスの操業状態をオンラインで検出する状態検出手
   段と、 前記状態検出手段からのオンライン検出情報を基に、プ
   ロセス制御の指標となる中間変数値を求める中間変数値
   演算手段と、 前記状態検出手段からのオンライン検出情報と前記中間
   変数値演算手段からの中間変数値とを基に、所定の推定
   モデル式を用いてプロセス制御の制御対象を推定する制
   御対象推定手段と、 前記プロセスから定期的にサンプリングされたサンプリ
   ング値を分析する分析手段と、 前記状態検出手段からのオンライン検出情報と制御対象
   目標値とを基に、前記制御対象推定手段と同一の推定モ
   デル式を用いて制御対象を前記制御対象目標値に追従さ
   せるのに必要な中間変数目標値を決定する中間変数目標
   値決定手段と、前記分析手段から制御対象分析値が入力
   される毎に、当該制御対象分析値と前記制御対象推定手
   段からの制御対象推定値とを時間遅れ分を考慮して比較
   することにより、前記制御対象推定手段および中間変数
   目標値決定手段の推定モデル式を逐次校正する推定モデ
   ル校正手段と、 前記中間変数値演算手段からの中間変数値と前記中間変
   数目標値決定手段からの中間変数目標値との比較結果を
   基に、プロセスへの出力値である操作端目標値を決定す
   る操作端出力手段と、を、備えて成ることを特徴とする
   プロセス制御装置。