JPH04205104A - ファジィ推論による制御装置 - 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、ファジィ推論によりプラント制御するだめの
制御量を求める制御装置に係わり、特に事前に用意した
ファジィルールを有効に使用するための入力プロセスデ
ータの自動スケーリング係数調節機能に関する。

〔従来の技術〕

プラントを制御する方法として、従来は比例・積分・微
分演算（Ｐ　Ｉ　Ｄ演算）を利用することが一般的であ
った。近年の計算機の発達により、ファジィ推論をプラ
ント制御に応用する例が見られるようになってきた。こ
の方法は、目標値に対するプラント応答の偏差とその変
化量に対し、プラントへの制御量を、例えば、Ｉ　Ｆ−
ＴＨＥＮ形式で表現した複数のファジィルールを用意し
ておき、ファジィ推論演算により最終的なプラント制御
量を決定するものである。この時、ファジィルールには
、プラント運転員が持っている、プラント運転に関する
制御知識等を表現することになる。

このファジィ推論に基づくプラント制御の制御装置に関
する従来技術としては、特開平１−７６２０２「ファジ
ィ規則によるフィードバック制御方法」に、詳細に記載
されている。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、ブラシト運転員がもっている制御知識
をファジィルールとして活用し、プラントを安定に制御
するためにファジィ推論を応用した制御方法に関するも
のであった。しかし、この従来技術では、ファジィ推論
に基づくプランＩ・制御量の決定方法については記述は
あるものの、ファジィルールに対し、プラント応答の偏
差とその変化率をいかに対応づけるかの検討が十分でな
い。

すなわち、複数のファジィルールにおいて、どの程停フ
ァジィルールが適合するかは、プラント応答の偏差とそ
の変化率を求めた後量子化し、さらに、メンバーシップ
関数を定義しなければ定まらない。この時、量子化がプ
ラント応答に対し適切でないと、事前に準備したファジ
ィルールが十分に活用できなくなり、また、プラント応
答も満足するものが得られない可能性がある。

本発明の目的は、ファジィ推論によるプラント制御にお
いて、プラント応答の大小にかかわらず、ファジィルー
ルを有効に活用する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、目標値に対するプラント応
答の偏差とその変化率について、プラント応答が安定で
あるか否かを監視しなからスケーリングすることで対応
する。すなわち、プラント応答の偏差とその変化率をス
ケーリング係数調節部へ取り込む。このスケーリング係
数調節部では、プラント状態が安定か否かを監視し、安
定状態であればスケーリング係数を計算し、プラント応
答の偏差とその変化率に乗算する構成とする。

このような構成とすることにより、プラント最大応答を
目安として事前に作成されたファジィルールについて、
プラント応答が小さい場合もより効果的にファジィルー
ルを作用させることができ、プラント制御性能が向上で
きる。

［作用］ 本発明において、スケーリング係数調節部では、プラン
ト応答の偏差とその変化率とを取り込み、ます、根軌跡
監視部へ入力する。この根軌跡監視部では、偏差とその
変化率による位相平面上でのプラント応答を、逐次調べ
る。根軌跡が原点から外側へ移動している場合は、プラ
ント状態が過渡的に初期応答しているか、あるいは、系
として不安定な状態である。ファジィルールは、プラン
ト最大応答に対し、安定に制御できるように決定してお
番ハ根軌跡でみた場合、初期応答時に原点から外側へ軌
跡が移動するものの、最終的には、原点に戻る軌跡を描
く。従って、位相平面上から偏差とその変化率について
の最大値を得ることができる。スケーリング係数演算部
では、この最大値に基づき、事前に用意したファジィル
ールを有効に活用できるようにプラント応答の偏差とそ
の変化率に対するスケーリング係数を計算する。この係
数を用いて、スケーリング部ではプラント応答の偏差と
その変化率をスケーリングする。そしてファジィ推論部
の入力とする。ファジィ推論部では、従来技術にも述べ
ているように、ファジィ推論に基づきプラント制御量を
決定し、プラントへ８力する。

このようにして、プラント応答の偏差とその変化率につ
いて、プラント安定性を損なうことなくスケーリング処
理をすることができ、プラント応答が小さな場合にも、
効果的にファジィルールを適用することができ、プラン
ト応答の連応性や整定性等の制御性能の向上を図ること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。

第一図は、本発明のファジィ推論による制御装置をプラ
ント制御に応用した場合の実施例を示したものである。

設定値Ｓ１とプラント応答Ｓ２とを加算器ｌに入力し、
プラント応答の偏差Ｓ３を得る。データ前処理部２では
、ノイズ等に対するフィルタリングや量子化の各処理を
行い、偏差Ｅと偏差の変化率ＧＥを計算する。スケーリ
ング係数調節部３では、偏差Ｅと偏差の変化率ＣＥを取
り込み、プラント状態を監視、判別した後、スケーリン
グ係数を計算する。スケーリング部４では、偏差Ｅと偏
差の変化率ＣＥに対し、スケーリング係数調節部３で計
算したスケーリング係数を乗算し、ファジィ推論部５の
入力とする。ファジィ推論部５では、プラント制御に関
する知識をファジィルールとして表現し、そのファジィ
ルールに対する偏差Ｅ′　と偏差の変化率ＣＥ’　の適
合度から、プランｌ−６に対する制御量をファジィ推論
により求め、プラント制御量として出力する。このプラ
ント制御量Ｓ４によりプラント６は制御され、プラント
応答Ｓ２が得られることになる。

理解を容易とするため、ファジィ推論部５について、さ
らに詳細に説明する。ファジィ推論部５では、プラント
６の制御知識としてファジィルールが使用される。ファ
ジィルールは、以下の形式で表現される。すなわち、 Ｒｉ　：　ＩＦＣ（Ｅ’　ｉｓ　ｘ、　ａｎｄ　ＣＥ’
　ｉｓ　ｘ、）　ＴＨＥＮ　（）Ｉ　１ｓｙ）ここで、
Ｅ゛　・・・偏差 ＣＥ″・・・偏差の変化率 Ｈ・・・プラント制御量 ｘｌ　　・・・偏差に対するファジィ変数Ｘ、　・・・
変化率に対するファジィ変数ｙ　　・・・制御量に対す
るファジィ変数ファジィ変数は、ＰＭ、ＰＢ等にて表現
されるものであり、メンバーシップ関数との対応を第２
図に示す。この時、ファジィ変数が定義される幅は、例
えばプラント応答の偏差ＣＥについては、プラント６の
最大応答である。−ａ２〜ａ、の範囲となる。この範囲
内の入力に対し、ファジィ推論によりプラント制御量Ｓ
４を求めるものである。

スケーリング部４のゲインが１．０　の時の設定値Ｓｌ
、プラント応答Ｓ２、及びプラント応答の偏差Ｅは、第
３図のようになる。また、偏差Ｅと偏差の変化率ＣＥ’
　による位相平面上でのプラント応答Ｓ２の根軌跡は、
第４図のようになる。

ここで、第３図のようなファジィ推論部５が取り扱う範
囲以内の小さな入力があった場合、第２図のファジィ変
数の分割のままでは、目標値へ追従、あるいは整定させ
るためには、ゲインが相対的に小さくなる。このため、
プラント６が安定に制御させている範囲では、ファジィ
推論部５への入力である偏差Ｅと偏差の変化率ＣＥをス
ケーリングし、ファジィ推論部５の等測的なゲインを増
加させ、プラント応答Ｓ２の連応性や整定性等の制御性
能を向上させる。以下このスケーリング方法について述
べる。

プラント応答の偏差Ｅと偏差の変化率ＧＥ’　に対する
スケーリング係数は、スケーリング係数調節部で計算す
る。スケーリング係数調節部３は、さら（こ第Ｓ図に示
すように、根軌跡監視部７とスケーリング係数演算部８
とから構成される。根軌跡監視部７では、プラント応答
の偏差Ｅと偏差の変化率ＣＥとによる位相空間上の軌跡
から、プラント６の状態を判断する。すなわち、位相平
面上の軌跡が原点から外側へ移動しているのは、過渡的
に初期応答している場合か、あるいは系が不安定な状態
のいずれかである。ファジィ推論部５のファジィルール
は、プラント応答Ｓ２の最大時にも系が不安定とならな
いように設定されているため、原点から外側へ根軌跡が
移動しても、いずれ原点に戻る軌跡を描くことになる。

従って、設定値Ｓｌか設定された後、根軌跡は、原点の
平衡状態から外側へ移動するが、当初用意していたファ
ジィルールの効果により、プラント６が制御され、プラ
ント応答Ｓ２は目標値に近づこうとする。この時、根軌
跡からプラント応答Ｓ２の偏差Ｅの最大値Ｅｍａｘ　、
及び偏差の変化率ＣＥの最大値ＣＥｍａｘを抽呂するこ
とができる。これらの最大値からスケーリング係数をス
ケーリング係数演算部８で計算し、スケーリング部４で
プラント応答Ｓ２の偏差Ｅと偏差の変化率ＣＥに乗算す
る。

このスケーリング係数を求める手順を、第６図の処理フ
ロー図に従って説明する。

処理Ｆ１では、プラント応答Ｓ２の偏差Ｅ、及び偏差の
変化率ＣＥをスケーリング係数調節部３に取り込む。処
理Ｆ２では、スケーリング係数調節部３で、位相平面上
のプラント応答Ｓ２に関する根軌跡からプラント６の状
態を監視し、プラント状態が安定化方向に移行しつつな
った時の偏差Ｅ及び偏差の変化率ＣＥのそれぞれの最大
値Ｅ　ｍａｘ　。

ＣＥｍａｘを検出する。処理Ｆ３では、プラント応答Ｓ
２の最大値として予定していた偏差Ｅと偏差の変化率Ｃ
Ｅと処理Ｆ２で得られた最大値との比を取り、スケーリ
ング係数を求める。処理Ｆ４では、求めたスケーリング
係数と事前に設定した基準値と比較する。この基準値は
、例えば、１．０の値を設定する。これは、プラント６
の応答か小さい場合にのみ、スケーリング係数を実効的
に乗算し、ファジィ推論部５の見かけ上のゲインを増加
させるためである。当然のことながら、スケーリング係
数の上下限値は存在するが、本発明の説明では下限のみ
明示している。さて、処理Ｆ４でスケーリング係数と基
準値とを比較したが、スケーリング係数が基準値よりも
小さい場合には、処理Ｆ５でスケーリング係数を、例え
ば、１．０　に設定する。一方、スケーリング係数が基
準値よりも太きければ、そのまま出力する。処理Ｆ６で
は、スケーリング係数としてスケーリング部４へ出力す
る。

このようなファジィ推論による制御装置の効果を第７図
に示す。目標値の設定に対し、より早く整定するプラン
ト応答か得られる。また、二の時の位相平面十でのプラ
ント応答の根軌跡を第８図に示す。プラントが安定状統
に向かう課程となってから抽出されたプラント応答Ｓ２
の偏差Ｅの最大値Ｅｍａｘ　、及び、偏差の変化率ＣＥ
の最大値ＣＥｍａｘは同じであるが、スケーリング処理
を行った後の最大値はＥｍａｘ’　、　ＣＥｍａｘ’と
なり、あたかもプラント応答Ｓ２が最大値を示したよう
に処理されるため、それに対応するファジィルールが適
用され、等測的にファジィ推論部５のケインが増加した
ことになる。

このように、本実施例のファジィ推論による制御装置に
よれば、プラント応答の大小にかかわらず、プラント状
態の安定か否かを監視しながらファジィ推論部への入力
をスケーリング処理することにより、事前に用意したフ
ァジィルールを有効に活用できる。

〔発明の効果〕

本発明は、プラント応答の最大値を制御することを目的
にファジィルールを事前に準備し、ファジィ推論により
プラントを制御する場合に、プラント最大値以下となる
ような小さな応答を示す場合にも、プラント状態が安定
か否かを監視しながらファジィ推論部へのプラント応答
の入力をスケーリングし、プラントを制御する。このた
め、プラント応答の大小にかかわらず、用意したファジ
ィルールを有効に活用しながらプラント応答の連応性や
整定性等の制御性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のファジィ推論による制御装置をプラ
ント制御に応用した一実施例を示すブロック図、第２図
は、ファジィルールにメンバーシップ関数を示す説明図
、第３図及び第４図は、プラント応答の時間領域での表
現と位相平面での表現を示す説明図、第５図は、スケー
リング係数調節部の構成を示すフローチャート、第６図
は、スケーリング係数調節部の処理の流れを示すフロー
チャート、第７図及び第８図は、本発明のファジィ推論
による制御装置をプラント制御に応用した際のプラント
応答の時間領域及び位相平面にて表現した例を示す説明
図である。 １・・・加算器、２・・・データ前処理部、３・・・ス
ケーリング係数調節部、４・・・スケーリング部、５・
・・ファジィ推論部、６・・・プラント、７・・・根軌
跡監視部、葆　１　凹 葛　２１２ｉ （３）Ｖ’ラード艷ｌ穆１１１ 竿　３　図 時間 第４図 Ｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｆ（１）フ
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ファジィ推論部のフィジィ推論に基づきプラント制
   御するための制御信号を計算する制御装置において、 前記プラントの出力とプラント状態に対する設定値との
   偏差及び前記偏差の時間的変化率を求める手段と、前記
   偏差と前記時間的変化率を入力としてプラント状態が安
   定か否かを判別する手段と、判別した結果に基づき前記
   偏差と前記時間的変化率に対するスケーリング係数を計
   算する手段と、前記偏差と前記時間的変化率とに前記ス
   ケーリング係数を乗算して前記ファジィ推論部の入力と
   する手段とから構成されることを特徴とするファジィ推
   論による制御装置。