JPH0414101A - ハイブリッドプロセス制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、温度調整制御等のプロセス制御を行う制御装
置に関し、特にＰＩ副制御如き線形制御とファジィ制御
とを含むハイブリッドプロセス制御装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 温度調整制御等のプロセス制御を行うプロセス制御装置
として、Ｐ制御装置、ＰＩ制御装置の如く、任意に定め
られる制御目標値と制御対象よりの制御量との制御偏差
に基いて、少なくとも比例操作量を含む操作量を決定す
る型式のプロセス制御装置は従来よりよく知られている
。このプロセス制御装置は、線形の制御特性を有し、温
度等を所定の制御目標値に保つ定値制御に用いられてい
る。

これらの制御特性は操作量のゲインに大きく依存し、優
れた制御性能を得るためにはゲイン調整が的確に行われ
る必要がある。

このことに対し、従来の線形制御装置については、限界
感度法を用いたゲイン調整器が知られており、これによ
ってゲインの自動調整が可能になっている。

（発明が解決しようとする課題） 限界感度法を用いたゲイン調整器は、線形制御装置に於
いては有効であるが、しかしこれは線形制御とファジィ
制御とを含むハイブリッドプロセス制御装置に於いては
有効性に欠けている。

このためハイブリッドプロセス制御装置については、線
形制御のための各種ゲインとファジィ制御の各種パラメ
ータを各々個別に調整し、その後にハイブリッド構成に
て各ゲインを再調整することが行われている。このハイ
ブリッド構成にてのゲインの再調整に関しては、調整手
順が明かでないため、試行錯誤による作業にて行う必要
があり、自動化できないと云う問題点があった。

本発明は、上述の如き従来のハイブリッドプロセス制御
装置に於ける上述の如き問題点に着目してなされたもの
であり、ゲイン再調整を自動化し、面倒なゲイン再調整
作業を必要としないハイブリッドプロセス制御装置を提
供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上述の如き目的は、本発明によれば、制御目標値と制御
量との制御偏差に基いて比例操作量を含む線形操作量を
決定する線形操作量決定手段と、前記制御偏差に応じて
ファジィ推論によりファジィ操作量を決定するファジィ
操作量決定手段とを有するハイブリッドプロセス制御装
置に於て、制御系の制御性能を評価する制御性能評価部
と、前記制御性能評価部によって評価された制御性能に
応じて前記線形操作量のゲインを調整するゲイン調整部
と、前記制御性能評価部によって評価された制御性能に
応じて前記ファジィ操作量の出力ゲインを調整するファ
ジィ出力ゲイン調整部とを有していることを特徴とする
ハイブリッドプロセス制御装置によって達成される。

（作用） 上述の如き構成によれば、制御性能評価部によって評価
されたハイブリッド構成にての制御性能に応じて線形操
作量のゲインとファジィ出力ゲインファジィ操作量とが
自動再調整される。

（実施例） 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明によるハイブリッドプロセス制御装置の
基本的構成を示している。本発明によるハイブリッドプ
ロセス制御装置は、線形操作量決定手段としての比例操
作量演算部１０及び積分操作量決定手段１２と、ファジ
ィ操作量決定手段としてのファジィ推論部１４とを有し
ている。

比例操作量演算部１０は、制御対象１６よりの制御量Ｙ
と制御目標値Ｒとの制御偏差ｅを加え合せ点１８より与
えられ、この制御偏差ｅに基いて比例操作量を演算し、
その繰作量を比例ゲイン設定器２０へ出力するようにな
っている。

比例ゲイン設定器２０は、後述のゲイン調整器３８によ
って比例ゲインＫｐを定められ、比例操作量演算部１０
よりの操作量に比例ゲインＫｐを乗算することによって
比例操作量Ｕｐを発生し、これを加え合せ点２６へ出力
するようになっている。

積分操作量演算部１２は、制御対象１６よりの制御量Ｙ
と制御目標ｊ直Ｒとの制御偏差ｅの積分値を積分器２２
より与えられ、この積分値に基いて積分操作量を演算し
、その繰作量を積分ゲイン設定器２４へ出力するように
なっている。

積分ゲイン設定器２４は、所定の積分ゲインＫｉを定め
られ、積分操作量演算部１２よりの操作量に積分ゲイン
Ｋｉを乗算することによって積分操作量Ｕｉを発生し、
これを加え合せ点２６へ出力するようになっている。

比例操作量ｕｐと積分操作量Ｕｉとは加え合せ点２６に
て加算され、その金言１値よりなる線形操作量Ｕｐｉが
比率付は演算手段３０へ出力されるようになっている。

ファジィ推論部１４は、加え合せ点１８より制御偏差ｅ
を与えられ、これを入力要件として第２図に示されてい
る如きファジィルールに従ってファジィ推論を行い、フ
ァジィ推論出力ｆを発生し、これをファジィゲイン設定
器２８へ出力するようになっている。

尚、第２図に示されたファジィルールに於ては、言語情
報として、ＮＬ、ＮＳ、ＺＲ，ＰＳ、ＰＬが用いられて
おり、ＮＬは負に大きい、ＮＳは負に小さい、ＺＲはお
およそ零、ＰＳは正に小さい、ＰＬは正に大きいことを
示すファジィラベルである。

ファジィゲイン設定器２８は、後述のゲイン調整器３８
によってファジィ出力ゲインＫｆを定められ、ファジィ
出力ゲインＫｆとファジィ推論出力ｆとを乗算してファ
ジィ操作量Ｕｆを発生し、これを比率付は演算手段３２
へ出力するようになっている。

比率付は演算手段３０及び３２は、操作量比率変更手段
３４により定められた線形制御比率（線形制御重み付は
係数）αとファジィ制御比率（ファジィ制御重み付は係
数）１−αとを与えられ、比率付は演算手段３０は加え
合せ点ゲイン２６よりの線形操作量Ｕｐｉに線形制御比
率αを乗算して重み付は演算後の線形操作量α・Ｕｐｉ
を加え合せ点３６へ出力し、もう一つの比率付は演算手
段３２はファジィゲイン設定器２８よりのファジィ操作
量Ｕｆにファジィ制御比￥−１−ａを乗算して重み付は
演算後のファジィ操作＠（１−α）Ｕｆを加え合せ点３
６へ出力するようになっている。

加え合せ点３６は、重み付は演算後の線形操作量α・Ｕ
ｐｉと重み付は演算後のファジィ操作量（１−α）Ｕｆ
とを互いに加え合せ、その合計値よりなる総合操作量Ｕ
を制御対象１６に与えるようになっている。

操作量比率変更手段３４は、制御偏差ｅ及びファジィ推
論部１２よりｅ＝ＺＲの適合度に関する情報を与えられ
、これに応じて制御偏差ｅが大きい時にはこれが小さい
時に比してαを小さくし、これに対し制御偏差ｅが小さ
い時にはこれが大きい時に比してαを大きくするように
なっている。

これにより制御偏差ｅが大きい時、即ち立上り時にはフ
ァジィ操作量Ｕｆが総合操作量Ｕの決定に与える比率が
大きくなって線形操作１ｔＵｐｉが総合操作量Ｕの決定
に与える比率が小さくなり、これに対し制御偏差ｅが小
さい時、即ち整定時にはファジィ操作量Ｕｆが総合操作
ＭＵの決定に与える比率か小さくなって線形操作量Ｕｐ
ｉが総合操作量Ｕの決定に与える比率が大きくなる。従
って、立上り時は主にファジィ操作量Ｕｆによって制御
が行われ、整定時は主に線形操作量Ｕｐｉによって制御
されるようになる。

ゲイン調整器３８は、第３図によく示されている如く、
制御目標値Ｒと総合操作量Ｕと制御量Ｙとを与えられて
制御系の制御性能を評価する制御性能評価部４０と、制
御性能評価部４０によって評価された制御性能に応じて
比例ゲインＫｐを調整するＰＩゲイン調整部４２と、制
御性能評価部４０によって評価された制御性能に応じて
ファジィ出力ゲインＫｆを調整するファジィ出力ゲイン
調整部４４とを有している。

制御性能評価部４０は、第４図によく示されている如く
、整定時の操作量ＵＳと立上り時の操作量ＵＲとの比Ｋ
を演算するＵＳ／ＳＲ演算部４６を有しており、Ｋ＝Ｕ
Ｓ／ＵＲの値をファジィ出力ゲイン調整部４４へ出力す
るようになっている。

尚、整定時の操作ｆｆ１Ｕｓが振動している時にはその
平均の操作量が求められればよい。

ファジィ出力ゲイン調整部４４は、現在のファジィ出力
ゲインＫｆをに倍することにより、即ちＫｆ＝Ｘ−Ｋｆ
なる演算を行うことによってファジィ出力ゲインＫｆの
再調整を行うようになっている。この再調整はＵＳ（！
：ＵＲとの値がかなり異なる場合にのみ一度行われれば
よい。

制御性能評価部４０は、第４図に示されている如く、比
例ゲイン調整のためにオーバシュート測定部４８と、目
標値達成時間測定部５０と、ハンチング回数測定部５２
とを存しており、オーバシュートの大きさを表わす情報
Ｏ８と目標値達成時間を示す情報ＳＴとハンチング回数
を示す情報ＨＮとをＰＩゲイン調整部４２に与えるよう
になっている。

比例ゲインＫｐの調整法としては、オーバシュートと目
標値達成時間とが互いに二律背反の関係を有しているの
で、次のような手法によるものが考えられる。

■要求特性を予め与える。

■比例ゲインＫｐの値の変化量は比例ゲインＫｐの変化
量の符号が前回の同じの時には前回と同じ変化量とし、
符号が前回と逆転した時には変化量を１／２とする。

第５図は比例ゲインＫｐの調整法の一実施例を示してい
る。これに於ては、先ずステップ１０にて、オーバシュ
ートの大小判断が行われ、オーバシュートが太きけれは
、ステップ４０へ進み、そうでない場合にはステップ２
０へ進む。

ステップ２０に於ては、ハンチング回数の大小判断が行
われ、ハンチング回数が大きい時にはステップ４０へ進
み、そうでない場合にはステップ３０へ進む。

ステップ３０に於ては、目標値到達時間の大小判断が行
われ、目標値到達時間が大きい時にはステップ５０へ進
み、そうでない場合にはこのルーチンが終了する。

ステップ４０は、オーバシュートが大きい時或いはハン
チング回数が大きい時に実行され、このステップ４０に
於ては、比例ゲインＫｐを小さくすることが行われる。

ステップ５０は、オーバシュートが小さく且つハンチン
グ回数が少なく、しかも目標値到達時間が大きい時に実
行され、このステップ５０に於ては、比例ゲインＫｐを
大きくすることが行われる。

次に実際の調整手順の一例について説明する。

パラメータ調整手順の例として、次に示す制御対象を想
定する。この制御対象は給湯器を１−次遅れ＋むだ時間
」にて近似したモデルであり、最大入水量が９リツトル
、最小操作量４０００キロ力ロリー／時間のステップ応
答より同定しており、この伝達関数Ｇｐ＋　　（Ｓ）は
次のように表わされる。

Ｇｐ＋　　（ｓ）＝　ｆ９．９　／　（１＋３．６７ｓ
）ｌ　　ｅ−”ここでは、要求仕様として、オーバシュ
ートを１０℃以内、ハンチング回数３回以内、目標値達
成時間３０秒以内を与える。

先ず初期設定ゲインとして他の制御対象（最大入水量９
リットル、最小操作量３７５０キロ力ロリー／時間）に
て調整した値Ｋ　ｐ　＝０．２５、Ｋ　ｉ　＝１０．８
を用い、Ｋ　ｆ　＝１．０とし、そして目標温度７５°
Ｃとした時のシミュレーション結果を第６図に示す。

第６図に示されたシミュレーション結果から、立上り時
の操作量ＵＲは制御量が制御目標値付近で振動している
時の平均操作量とほぼ等しいので、制御性能評価部はフ
ァジィ出力ゲインＫｆの値を変更せず、ＰＩゲイン調整
部に、オーバシュート、ハンチング回数、目標達成時間
の各々の情報を与える。

ＰＩゲイン調整部に於ては、オーパンニートか２７℃と
大きいので、Ｋｐゲインを１／２倍する。

よってＫ　ｐ　＝０．１２５とし、再度目標温度７５℃
として作動させる。この時のシミュレーション結果が第
７図に示されている。

第７図に示されたシミュレーション結果から、制御性能
評価部は新たにオーバシュート、／Ｘシンチン回数、目
標値達成時間に関する情報をＰＩゲイン調整部へ与える
ようになる。

ＰＩゲイン凋整部に於ては、オーバシュートが前回より
減少しているものの、また２４３℃と大きいのて、Ｋｐ
を更に１／２倍する。これによってＫ　ｐ　＝０．０６
とし、再度目標温度７５℃として作動させる。この時の
シミュレーション結果か第８図にホされている。

第８図に示されたシミュレーション結果から、制御性能
評価部はオーパンニート、ハンチング回数、目標値達成
時間に関する情報を再１９ＰＩゲイン凋整部に与える。

ＰＩゲイン調整部に於ては、オーバシュート−０，１℃
、ハンチング回数１回であるか、目標値達成時間が８０
秒と大きくなっているので、Ｋｐゲインを１．５倍する
。よってＫ　ｐ　＝０．０９とし、再度目標温度７５°
Ｃとして作動させる。この時のシミュレーション結果か
第９図に示されている。また第９図の目標値付近の制御
量の注目したシミュレーション結果が第１０図に示され
ている。

第９図及び第１０図に示されたシミュレーション結果か
ら、制御性能評価部はオーバシュート、ハンチング回数
、目標値達成時間に関する情報を再度ＰＩゲイン部に与
える。

この結果、ＰＩゲイン調整部ではオーバシュート０．８
°Ｃ、ハンチング回数２回、目標値達成時間２２秒とな
っており、これは要求仕様を全て満しているので、ゲイ
ン調整は終了する。

（発明の効果） 以上の説明から理解される如く、本発明によるハイブリ
ッドプロセス制御装置によれば、制御性能評価部によっ
て評価されたハイブリッド構成にての制御性能に応じて
線形操作量のゲインとファジィ出力ゲインファジィ操作
量とが自動再調整され、面倒なゲイン再調整作業が不必
要となり、ゲインの調整に要する時間が短縮されるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるハイブリッドプロセス制御装置の
一つの実施例を示す概略構成図、第２図は本発明による
ハイブリッドプロセス制御装置に用いられるファジィル
ールの一例を示すルールテーブル図、第３図は本発明に
よるハイブリッドプロセス制御装置に於けるゲイン調整
器の具体的構成を示すブロック線図、第４図は本発明に
よるハイブリッドプロセス制御装置に於ける制御性能評
価部の具体的構成を示すブロック線図、第５図は本発明
によるハイブリッドプロセス制御装置に於ける比例ゲイ
ン調整ルーチンを示すフローチャート、第６図乃至第１
０図はパラメータ調整のシミュレーション結果を示す時
系列的グラフである。 １０・・・比例操作量演算手段 １２・・・積分操作量演算手段 １４・・・ファジィ推論部 ２０・・・比例ゲイン設定器 ２４・・・積分ゲイン設定器 ２８・・・ファジィ出力ゲイン設定器 ３８・・・ゲイン調整器 ４０・・・制御性能評価部 ４２・・・ＰＩゲイン調整部 ４４・・・ファジィ出力ゲイン調整器 特　許　出　願　人　オムロン株式会社代　理　人　弁
理士　　和　１ｎ　　成　則第 図 第 図 第 １欠１ 第 １ツ１ 州８匹抽８ ＋２．３晃２ 第 図 第 １ツ１ 第 １ン１ 第 ］ ＩＭ＋ 手続ネ甫正書（自発） 平成２年８月２４日 相、ｇ３ｇ３Ｅ３゜ ＋２．０人ρ ２゜ ３゜ ４゜ 特願平２−１１８０４７号 発明の名称 ハイブリッドプロセス制御装置 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　京都市右京区花園土堂町１０番地名　称　　
（２９４）オムロン株式会社代表者立石義雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御目標値と制御量との制御偏差に基いて比例操作
   量を含む線形操作量を決定する線形操作量決定手段と、
   前記制御偏差に応じてファジィ推論によりファジィ操作
   量を決定するファジィ操作量決定手段とを有するハイブ
   リッドプロセス制御装置に於て、 制御系の制御性能を評価する制御性能評価部と、前記制
   御性能評価部によって評価された制御性能に応じて前記
   線形操作量のゲインを調整するゲイン調整部と、 前記制御性能評価部によって評価された制御性能に応じ
   て前記ファジィ操作量の出力ゲインを調整するファジィ
   出力ゲイン調整部と、 を有していることを特徴とするハイブリッドプロセス制
   御装置。