JPH06257702A - Discrete-time model type device for controlling steam temperature in boiler for steam power plant - Google Patents

Discrete-time model type device for controlling steam temperature in boiler for steam power plant

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JPH06257702A
JPH06257702A JP7072693A JP7072693A JPH06257702A JP H06257702 A JPH06257702 A JP H06257702A JP 7072693 A JP7072693 A JP 7072693A JP 7072693 A JP7072693 A JP 7072693A JP H06257702 A JPH06257702 A JP H06257702A
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boiler
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司郎 松村
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秀雄 塩谷
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Kyokuto Boeki Kaisha Ltd
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Chubu Electric Power Co Inc
Kyokuto Boeki Kaisha Ltd
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 火力発電用ボイラの蒸気温度制御において、
離散時間モデル規範形適応制御方式を適用し、その安定
した運用を計ること。 【構成】 制御目標を達成する制御信号を発生する制御
演算機能と、制御信号演算のためのパラメータを調節す
るパラメータ調節機能を分散形ディジタル演算制御要素
に組込み、この分散形ディジタル演算制御要素を通常の
火力プラント制御対象に対し並列に付加することによ
り、全体の適応制御系を構成するもの。
(57) [Summary] [Purpose] In controlling the steam temperature of a boiler for thermal power generation,
Apply the discrete-time model reference adaptive control method and measure its stable operation. [Structure] A control calculation function for generating a control signal that achieves a control target and a parameter adjustment function for adjusting a parameter for control signal calculation are incorporated in a distributed digital calculation control element, and this distributed digital calculation control element is normally used. The whole adaptive control system is constructed by adding in parallel to the thermal power plant control target.

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、動特性のモデル化が困
難で、かつ負荷の大きさや使用燃料の種類と性状、火炉
の状態などに依存して動特性が変化する火力発電用ボイ
ラのモデル規範形適応蒸気温度制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boiler for thermal power generation in which the dynamic characteristics are difficult to model and the dynamic characteristics change depending on the size of the load, the type and properties of the fuel used, the state of the furnace, etc. The present invention relates to a model reference adaptive steam temperature control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】制御対象の動特性のモデル化が困難であ
ったり、負荷の大きさや運転条件などによって動特性が
変化する火力発電用ボイラに適する制御方式として適応
制御方式が注目されている。適応制御方式には大別し
て、モデル規範形適応制御方式(MRACS : Model Referen
ce Adaptive Control System) とセルフチューニング制
御方式(STC : Self Tuning Control System)がある。本
発明は上記2方式のうちMRACS に関するものである。
2. Description of the Related Art An adaptive control method has been attracting attention as a control method suitable for a boiler for thermal power generation in which it is difficult to model the dynamic characteristics of a controlled object, and the dynamic characteristics change depending on the magnitude of load and operating conditions. The adaptive control methods are roughly classified into model reference adaptive control methods (MRACS: Model Referenc
ce Adaptive Control System) and self-tuning control system (STC: Self Tuning Control System). The present invention relates to MRACS of the above two methods.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】MRACS の研究は、1970
年代から活発に行われ1980年のはじめに理論的には完成
の域に達したと言われ、関連する内外の文献も多数にの
ぼり、公知の制御理論とみなされているが、現実にはそ
の実用例は少なく、特に大容量火力発電用ボイラのよう
な大規模工業プロセスへの適用例はほとんど報告されて
いない。
[Problems to be Solved by the Invention] MRACS research was conducted in 1970.
It is said that it has been actively carried out since the 1980s, and it was theoretically reached the stage of completion in the beginning of 1980, and there are numerous related domestic and foreign documents, and it is regarded as a well-known control theory. There are few examples, and there are almost no reports of applications to large-scale industrial processes such as boilers for large-capacity thermal power generation.

【0004】その最大の理由として、MRACS のロバスト
ネス、即ち実プラントへ適用した場合の制御システムの
安定性、に対する懸念が挙げられる。ロバストネスの低
下をもたらす最大の要因として、寄生要素、即ちモデル
化誤差に基因する不安定現象、制御演算装置内の数値計
算誤差累積に基因する制御信号の逸走(ran away)現象、
パラメータ推定に用いる入、出力信号の継続的励振条件
(PE : Persistent Ex-citation Condition) の欠如によ
って生ずる推定パラメータのドリフト現象などが挙げら
れる。
The biggest reason for this is concern about the robustness of MRACS, that is, the stability of the control system when applied to an actual plant. Parasitic elements, that is, instability phenomenon due to modeling error, control signal runaway phenomenon (ran away) phenomenon due to accumulation of numerical calculation error in the control arithmetic unit, are the largest factors that bring about reduction in robustness.
Continuous excitation condition of input and output signals used for parameter estimation
The drift phenomenon of the estimation parameter caused by the lack of (PE: Persistent Ex-citation Condition) can be mentioned.

【0005】この他、MRACS を実プラントに適用する場
合には、制御系起動後、パラメータ推定系が安定に動作
するまでの間の制御信号の動揺を低減するための適切な
パラメータ (ex. θ) 初期化の問題、制御装置内の不測
の故障に対処するための具体的な方策の実施など、理論
には表われない問題を解決することが必要不可欠であ
る。
In addition, when the MRACS is applied to an actual plant, an appropriate parameter (ex. Θ) for reducing the fluctuation of the control signal after the control system is started until the parameter estimation system operates stably. ) It is indispensable to solve problems that do not appear in theory, such as initialization problems and implementation of specific measures to deal with unexpected failures in control devices.

【0006】本発明は、モデル規範形適応制御方式(MRA
CS) をボイラの蒸気温度制御に適用するに当って遭遇す
る制御系のロバストネスを低下させる諸問題を解決し、
MRACS のもつ本来の制御性能を実現するための安定した
運用を可能とする制御装置を提供することを目的とす
る。
The present invention is based on a model reference adaptive control method (MRA).
Solved various problems encountered in applying (CS) to steam temperature control of a boiler, which reduce the robustness of the control system,
The purpose is to provide a control device that enables stable operation to realize the original control performance of MRACS.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、火力発電用ボイラの蒸気温度制御において、規範モ
デル(ex. o)と呼ばれる制御目標値を設定し、制御誤差
(ex. e1)、即ち規範モデルと実蒸気温度(ex. y)との
差に基づいて、制御目標を達成する制御信号(ex. u1
を発生する制御演算機能と、ボイラ負荷指令(ex. w)、
過熱器スプレイ流量指令(ex. u2(sh)) 、ガス再循環量
操作指令(ex. u2(rh)) などのボイラ入力信号と実蒸気
温度(ex. y)のサンプリング計測値からボイラの動特性
に関するパラメータ(ex. a, b) を常時推定し、推定さ
れたパラメータに基づいて制御信号演算のためのパラメ
ータを調節するパラメータ調節機能を分散形ディジタル
演算制御要素に組込み、ボイラ、タービンプロセスと分
散形PID(比例、積分、微分) 制御装置から閉ループ構成
される通常の火力プラント制御対象に対し上記分散形デ
ィジタル演算制御要素を並列に付加することにより、全
体の適応制御系を構成するようにしたものである。
In the steam temperature control of a boiler for thermal power generation, a control target value called a reference model (ex. O) is set and a control error (ex. e 1 ), that is, the control signal (ex. u 1 ) that achieves the control target based on the difference between the reference model and the actual steam temperature (ex. y)
Control calculation function to generate, boiler load command (ex. W),
Boiler input signals such as superheater spray flow rate command (ex. U 2 (sh)), gas recirculation amount operation command (ex. U 2 (rh)) and sampling values of actual steam temperature (ex. Y) The parameters (ex. A, b) related to the dynamic characteristics of are constantly estimated, and the parameter adjustment function that adjusts the parameters for control signal calculation based on the estimated parameters is incorporated in the distributed digital arithmetic control element, and the boiler and turbine are An overall adaptive control system is constructed by adding the above distributed digital arithmetic control elements in parallel to a normal thermal power plant control object that is a closed loop consisting of a process and a distributed PID (proportional, integral, derivative) controller. It was done like this.

【0008】請求項2に記載の本発明は、請求項1に記
載の本発明において更に、前記分散形ディジタル演算制
御要素が、プラントの起動・停止時や、プラントの運転
形態が適応制御の運用条件から著しく外れた範囲では、
制御出力を0 として内部パラメータ(ex. θ)の更新を
休止させるとともに、パラメータ更新のためのデータの
とり込みは常時継続し、プラントの条件が適応制御の使
用に適する範囲に戻れば、パラメータ更新休止前の値を
初期値として自動的に適応制御を再開することによって
円滑な制御の立上り、及び制御特性の劣化を防ぐ手段を
有し、また万一、モデル化誤差その他の要因によって適
応演算要素からの制御信号(ex. u1)が異常に増大する
ことがあっても、これを予め指定した上限値、変化率に
制限し、プラントの安全運転を継続する機能を備えるよ
うにしたものである。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect of the present invention, the distributed digital arithmetic control element is operated when the plant is started or stopped or when the plant operation mode is adaptive control. In the range that is significantly out of the condition,
Update the internal parameters (ex. Θ) with the control output set to 0, suspend the data acquisition for the parameter update, and update the parameter if the plant condition returns to the range suitable for the use of adaptive control. It has means to prevent smooth start-up of control and deterioration of control characteristics by automatically restarting adaptive control using the value before suspension as an initial value. Even if the control signal (ex. U 1 ) from the plant may increase abnormally, it is limited to the upper limit value and the rate of change specified in advance, and the function to continue the safe operation of the plant is provided. is there.

【0009】請求項3に記載の本発明は、請求項1又は
2に記載の本発明において更に、前記分散形ディジタル
演算制御要素が、ボイラ出力に依存するボイラ動特性の
変化に対応してボイラモデルのむだ時間(ex. d)や次数
(ex. n, m) を変える代わりに、データのサンプリング
間隔(ex. ΔT)を可変とする手段、即ちプラントの固有
の動きが緩やかな低負荷域においては、データのサンプ
リング周期を大とし、逆にプラントの動きが相対的に速
い高負荷域においては、サンプリング周期を小として、
負荷変化に伴うプラントの動特性変化に対応して適応的
にサンプリング周期を調節する手段を備えるようにした
ものである。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect of the present invention, the distributed digital arithmetic control element responds to changes in boiler dynamic characteristics depending on boiler output. Instead of changing the model dead time (ex. D) or the order (ex. N, m), a means to make the data sampling interval (ex. ΔT) variable, that is, the low load region where the peculiar movement of the plant is gentle. In the above, the sampling cycle of the data is made large, and conversely, in the high load region where the movement of the plant is relatively fast, the sampling cycle is made small,
It is provided with means for adaptively adjusting the sampling period in response to the change in the dynamic characteristics of the plant due to the change in load.

【0010】請求項4に記載の本発明は、請求項1〜3
のいずれかに記載の本発明において更に、前記分散形デ
ィジタル演算制御要素が、プラントのパラメータ値(e
x. θ) の負荷依存性を考慮してパラメータの変化を負
荷指令(ex. w)に関する1次式で近似し、その係数(e
x. θa, θb )を推定することによって、パラメータ
推定の即応性を高め、適応制御の性能を向上させる手段
を備えるようにしたものである。
The present invention according to claim 4 provides the invention according to claims 1 to 3.
Further, in the present invention according to any one of the above items, the distributed digital arithmetic control element is a plant parameter value (e
x. θ) is taken into account in the load dependence of the load command (ex. w) by approximating it with a linear equation, and its coefficient (e
x. θ a , θ b ) is estimated to improve the responsiveness of parameter estimation and to improve the adaptive control performance.

【0011】請求項5に記載の本発明は、請求項1〜4
のいずれかに記載の本発明において更に、前記分散形デ
ィジタル演算制御要素が、パラメータ変化(ex. θ)を
近似する1次式のうち負荷指令に比例する項、即ち比例
係数からなるベクトル (ex.θb)の変化がある小範囲内
に収まる場合に当該ベクトル要素を収束した値に固定し
て、推定すべきパラメータ数を1/2 とし、パラメータ修
正速度を速めることによって適応制御性能を向上させる
手段を備え、本来の適応制御と従来のゲインスケジュー
ル制御との折衷方式をとる機能を有するようにしたもの
である。
The present invention according to claim 5 is based on claims 1 to 4.
Further, in the present invention according to any one of the above items, the distributed digital arithmetic control element is a vector (ex consisting of a proportional coefficient, which is a term proportional to a load command in a linear expression approximating a parameter change (ex. Θ). If the change in .θ b ) is within a small range, the vector element is fixed to a converged value, the number of parameters to be estimated is halved, and the parameter correction speed is increased to improve adaptive control performance. It is provided with a means for performing the eclectic method of the original adaptive control and the conventional gain schedule control.

【0012】請求項6に記載の本発明は、請求項1〜5
のいずれかに記載の本発明において更に、前記分散形デ
ィジタル演算制御要素が、パラメータ更新のためのプラ
ントの入力(ex. u1, w, u2)、出力(ex. y)信号の変化
幅と変化率が小さい範囲にとどまる状態の下では、不十
分な励振信号( 情報量) によるパラメータのドリフト現
象を回避するため、推定誤差に対しある閾値を設け、
入、出力信号の変化が指定した時間を越えて閾値内にと
どまる場合には、パラメータ更新を休止させる手段を備
えるようにしたものである。
The present invention as defined in claim 6 is any one of claims 1 to 5.
In the present invention according to any one of the above, further, the distributed digital arithmetic control element is a plant input (ex. U 1 , w, u 2 ) for parameter update, output (ex. Y) signal change width Under the condition that the rate of change remains small, a certain threshold is set for the estimation error in order to avoid the parameter drift phenomenon due to insufficient excitation signal (information amount).
When the change of the input and output signals stays within the threshold value over the designated time, a means for suspending the parameter update is provided.

【0013】[0013]

【作用】MRACS では一般にディジタル制御装置の出力信
号によりプロセス入力の操作端を直接操作するいわゆる
直接ディジタル制御(DDC : Direct Digital Control)方
式が用いられる。
In MRACS, a so-called direct digital control (DDC) method is generally used in which the operating end of the process input is directly operated by the output signal of the digital controller.

【0014】特許請求の範囲第1項に記載したように本
発明の方式では、分散形PID(比例、積分、微分) 制御要
素から構成されるPID 制御システムによって制御される
通常の火力プラントを適応制御の対象とし、これに同じ
く分散形ディジタル演算制御要素に組込まれたMRACS 制
御装置を並列に付加する構成を採用する。このことによ
って、制御対象とするプラントは、安定な閉ループ形に
なり、また万一、ディジタル演算部に不安定を生じて
も、MRACS からプラントへ与えられる制御信号 (ex.
u1) にリミットをかけることで、従来のPID 制御システ
ムのみによってプラントの安全運転を継続することがで
きる。MRACS の異常の原因の究明と復旧はこの間に行わ
れるため、制御システムのロバストネスが保持される。
As described in claim 1, the system of the present invention is applied to a conventional thermal power plant controlled by a PID control system composed of distributed PID (proportional, integral, derivative) control elements. As a control target, a configuration is added in which a MRACS controller, which is also incorporated in the distributed digital arithmetic control element, is added in parallel. As a result, the plant to be controlled becomes a stable closed-loop type, and even if the digital arithmetic unit becomes unstable, the control signal (ex.
By limiting u 1 ), the safe operation of the plant can be continued only by the conventional PID control system. The cause of the MRACS abnormality is investigated and recovered during this period, thus maintaining the robustness of the control system.

【0015】また、メインフレームの計算機の代わりに
分散形ディジタル演算制御要素によって制御系を構成す
る、いわゆるDCS(Distributed Control System) を採用
することによって、制御要素の故障に基づく危険分散が
可能となることも特徴の1つに数えることができる。
Further, by adopting a so-called DCS (Distributed Control System) in which a control system is constituted by distributed digital arithmetic control elements instead of the mainframe computer, risk dispersion based on the failure of the control elements becomes possible. This can be counted as one of the features.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明に係る適応蒸気温度システムの
構成を示す模式図である。
1 is a schematic diagram showing the configuration of an adaptive steam temperature system according to the present invention.

【0017】本発明のボイラ蒸気温度制御用モデル規範
形適応制御系(MRACS) においては、ボイラの過熱器出口
蒸気温度( 以下主蒸気温度と呼ぶ) と再熱器出口蒸気温
度(以下再熱蒸気温度と呼ぶ) を制御対象とし、これら
の蒸気温度 (ex. y)の設定値(ex. r1)からの偏差 (ex.
e1) を、ボイラ負荷やボイラの運転条件の変化、外乱入
力の存在にかかわらず、常に0 に制御することを目的と
する。従って、本MRACS においては、規範モデルは0 と
おかれる。
In the model reference adaptive control system (MRACS) for controlling the boiler steam temperature of the present invention, the steam temperature of the superheater outlet of the boiler (hereinafter referred to as the main steam temperature) and the steam temperature of the reheater outlet (hereinafter referred to as the reheated steam) are used. is referred to as temperature) as a control target, these steam temperature (ex. the set value of y) (ex. deviation from r 1) (ex.
The objective is to always control e 1 ) to 0 regardless of changes in boiler load, boiler operating conditions, and the presence of disturbance inputs. Therefore, the reference model is set to 0 in this MRACS.

【0018】適応制御系は主蒸気温度制御と再熱蒸気温
度制御のそれぞれに対して一入力一出力(SISO : Single
Input Single Output) 系を構成する。主蒸気温度制御
のための主操作量として過熱器スプレイ流量、再熱蒸気
温度制御のための主操作量としてボイラ炉内の燃焼ガス
再循環量を制御するガスダンパの開度を用いる。また、
経験的に知られている火力プラント動特性の負荷依存性
を考慮してプラントの負荷指令 (ex. w)を、主蒸気温度
制御系と再熱蒸気温度制御系の相互干渉を除去するた
め、主蒸気温度制御系においてはガス再循環量操作指令
(ex. u2(rh)) を、再熱蒸気温度制御系においては過熱
器スプレイ流量操作指令 (ex. u2(sh)) を、それぞれの
制御系への既知外乱と考えて外乱補償回路を構成する。
尚、MRACS用の適応制御調節計はプラントのPID 調節計
と並列に接続され、所定のサンプリング周期毎にプラン
トのデータをとり込み、予め調節計内に用意されている
パラメータ推定適応制御の計算アルゴリズムに従って算
出した制御信号 (ex. u1) を所定の制御周期毎にプラン
トへ送出する、いわゆる離散時間サンプル値制御を行な
う。
The adaptive control system has one input and one output (SISO: Single) for each of the main steam temperature control and the reheat steam temperature control.
Input Single Output) Configures the system. The superheater spray flow rate is used as the main operation amount for controlling the main steam temperature, and the opening of the gas damper that controls the combustion gas recirculation amount in the boiler furnace is used as the main operation amount for controlling the reheat steam temperature. Also,
In order to remove the mutual interference between the main steam temperature control system and the reheat steam temperature control system, the load instruction (ex. Operation command for gas recirculation amount in main steam temperature control system
(ex. u 2 (rh)) and the superheater spray flow rate operation command (ex. u 2 (sh)) in the reheat steam temperature control system are considered to be known disturbances to the respective control systems, and the disturbance compensation circuit is considered. Make up.
The adaptive control controller for MRACS is connected in parallel with the PID controller of the plant, takes in plant data at every predetermined sampling period, and calculates the parameter estimation adaptive control algorithm prepared in advance in the controller. The so-called discrete-time sampled value control is performed in which the control signal (ex. U 1 ) calculated according to the above is sent to the plant every predetermined control cycle.

【0019】図2は適応制御用の調節計とプラントモデ
ルの関係を示す模式図である。図2において wはボイラ
負荷による外乱、u2は相互干渉を防止するための外乱補
償要素を示す。前に述べたように、プラントにはPID 調
節計を包含している。適応調節計の計算ブロックに斜矢
印がついているのは、この部分が適応制御則によって調
整されることを示している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the controller for adaptive control and the plant model. In FIG. 2, w is the disturbance due to the boiler load, and u 2 is the disturbance compensation element for preventing mutual interference. As mentioned earlier, the plant contains a PID controller. The diagonal arrow in the calculation block of the adaptive controller indicates that this part is adjusted by the adaptive control law.

【0020】パラメータ推定と制御信号の計算方法の概
要は次の通りである。一入力一出力の制御対象プラント
を自己回帰移動平均(ARMA)モデルと呼ばれる(1) 式のよ
うな形で表現する。 A(z-1)y(k)=z-dB(z-1)u(k) …(1)
The outline of the parameter estimation and control signal calculation method is as follows. A controlled plant with one input and one output is expressed in the form of equation (1) called the autoregressive moving average (ARMA) model. A (z -1 ) y (k) = z -d B (z -1 ) u (k)… (1)

【0021】ここでy(k)とu(k)は、それぞれ時刻 kにお
けるプラントの出力、即ち蒸気温度とそれに対応する制
御入力を表わし、またA(z-1)とB(z-1)は (2)式で表わさ
れるz-1 に関する多項式である。
Where y (k) and u (k) respectively represent the plant output at time k, ie the steam temperature and its corresponding control input, and A (z -1 ) and B (z -1 ) Is a polynomial with respect to z -1 expressed by equation (2).

【数1】 [Equation 1]

【0022】(2) 式において、z-i は時刻を i・ΔT
(ΔTはサンプリング周期) だけ遅延させる演算子を表
わす。従って、(1) 式のz-d は d・ΔTのむだ時間を表
わす。
In equation (2), z −i is the time i · ΔT
It represents an operator that delays by (ΔT is a sampling period). Therefore, z −d in the equation (1) represents the dead time of d · ΔT.

【0023】(1) 式の物理的意味を考えると、時刻 kに
おけるプラントの出力 y(k) は、k-1 から k-n時刻まで
の過去のプラント出力 y(k-1),…,y(k-n)と k-dから
k-d-m 時刻までの過去の制御入力 u(k-d),…,u(k-d-m)
に適当な係数 (ex. θab)をかけて加え合わせた、い
わゆる線形結合によって表わされ、これらの係数a1,…,
an, bo, b1, …,bm の値がプラントの動特性を表わす
パラメータ (ex. θ)となっていることがわかる。つま
り、多項式A(z-1)はプラントの固有の動特性を表わし、
またB(z-1)は制御入力がプラント出力に及ぼす影響を表
わす多項式である。図2においてプラントモデルを表わ
している部分の A(z-1) ,z-d1B1(z-1)は(1) 式に示す
A(z-1) とz-dB(z-1) に相当し、またz-dwC(z-1),z-d2B
2(z-1)などは計測可能な外乱 (ex. w, u2)がプラント出
力へ及ぼす影響を示しており、外乱による制御性能の劣
化を補償するのに用いられる。モデル規範形適応制御(M
RAC)の目標は、ボイラ負荷変化やその他の外乱に起因す
る蒸気温度 (ex. y)の設定値 (ex. r1) からの偏差 (e
x. e1) を制御系の設計者が指定する特性に従ってゼロ
に収束させることである。以下では(1) 式のy(k)の代わ
りに e1(k)を用いて説明する。
Considering the physical meaning of the equation (1), the plant output y (k) at time k is the past plant output y (k-1), ..., y (k-1 to kn). kn) and kd
Past control input up to kdm time u (kd),…, u (kdm)
Is expressed by a so-called linear combination, which is obtained by multiplying by an appropriate coefficient (ex. Θ a , θ b ), and these coefficients a 1 ,…,
It can be seen that the values of a n , b o , b 1 , ..., b m are the parameters (ex. θ) that represent the plant dynamics. That is, the polynomial A (z -1 ) represents the unique dynamics of the plant,
B (z -1 ) is a polynomial that represents the influence of the control input on the plant output. In Fig. 2, A (z -1 ), z -d1 B 1 (z -1 ) in the part that represents the plant model is shown in Eq. (1).
Corresponds to A (z -1 ) and z -d B (z -1 ), and also z -dw C (z -1 ), z -d2 B
2 (z -1 ) indicates the effect of measurable disturbance (ex. W, u 2 ) on the plant output, and is used to compensate for the deterioration of control performance due to disturbance. Model reference adaptive control (M
The goal of RAC), the steam temperature caused by a boiler load changes and other disturbances (ex. Y) of the set value (ex. Deviation from r 1) (e
x. e 1 ) is converged to zero according to the characteristics specified by the designer of the control system. In the following, e 1 (k) is used instead of y (k) in Eq. (1).

【0024】適当なz-1 に関する多項式 R1(z-1),S(z
-1)を用いて(1) 式を指定された収束特性を与えるパラ
メータ(ex.θ) とプラントの入力( 制御入力と外乱 (e
x. u1,w, u2)) および出力 (ex. y)の計測値の積の形に
書き改め、図2の適応調節計の部分を構成する。
The polynomial R 1 regarding appropriate z -1 (z -1), S (z
-1 ), the parameter (ex.θ) that gives the convergence characteristics specified by Eq. (1) and the plant input (control input and disturbance (e.
x. u 1 , w, u 2 )) and output (ex. y) are rewritten in the form of a product, and constitute the part of the adaptive controller of FIG.

【0025】尚、適応調節計内のIn the adaptive controller,

【数2】 は、プラントのデータを用いて常時推定している時刻k
におけるR1(z-1) ,S(z- 1),B1(z-1, k),B2(z-1, k),
C(z-1 , k)のパラメータ推定値を表わし、本適応調節計
では外乱 (ex. w, u2)の特性を考慮しつつ指定された収
束特性に従って適応制御信号 (ex. u1) が計算されるこ
とを示している。
[Equation 2] Is the time k that is constantly estimated using plant data.
R 1 (z -1) in, S (z - 1), B 1 (z -1, k), B 2 (z -1, k),
This represents the parameter estimation value of C (z -1 , k), and in this adaptive controller, the adaptive control signal (ex.u 1 ) is calculated according to the specified convergence characteristic while considering the characteristics of the disturbance (ex.w, u 2 ). Indicates that is calculated.

【0026】図2ではこの適応制御信号 (ex. u1) がMR
ACS 「入」、「切」による切替回路、及び上限値、変化
率の制限回路により処理された上でプラントに出力する
よう図示している。このことは、特許請求の範囲第2項
に関するものであり以下に説明する。
In FIG. 2, this adaptive control signal (ex. U 1 ) is MR
ACS is shown to be processed by a switching circuit for "ON" and "OFF", and an upper limit value and a change rate limiting circuit, and then output to the plant. This relates to the second claim and will be described below.

【0027】前述したように、本適応制御装置が対象と
するプラントは、分散形PID(比例、積分、微分) 制御要
素から構成されるPID 制御システムによって制御される
火力プラントである。ここでプラントは、要求される負
荷を確保するために、種々の制御系がPID 制御システム
によりその操作出力指令 (ex. u)をボイラ操作端に与え
るのと同時に、通常これら制御は、全自動の制御で達成
されている。本適応制御装置は、プラントが上記、全自
動の制御により運用されている通常の状態を制御対象と
しているわけであり、例えば主蒸気温度制御系の分散形
PID 制御システムに故障が発生した場合には、制御対象
とするプラントの特性が、大きく変化することになる。
本適応制御装置では、プラントの運転形態を常時監視
し、プラントの起動・停止時や、プラントの運転形態が
適応制御の運用条件から外れた場合には、すみやかに制
御出力 (ex. u1) を0 とし、プラント運転形態の復旧を
待つ方式をとる。同時に、内部パラメータ更新 (ex.
θ) を休止させる。但し、パラメータ更新のためのデー
タの取り込みは常時継続し、後にプラントの運転形態が
復旧し、適応制御の運用条件に適する範囲に戻れば、更
新休止前のパラメータ値を初期値として自動的に制御信
号 (ex. u1) を送出再開させることで、円滑な制御の立
上がり、及び制御特性の劣化を防ぐ手段を採用してい
る。また制御出力 (ex. u1) として必要以上に大きな制
御信号 (ex. u1) をプラントに与えることは、制御上好
ましくないことはもちろん、プラント安全運転にも支障
をきたすことになる。
As described above, the target plant of the present adaptive controller is a thermal power plant controlled by a PID control system composed of distributed PID (proportional, integral, derivative) control elements. Here, in order to secure the required load, the plant usually uses a PID control system to give its operation output command (ex. U) to the boiler operating end, and at the same time, these controls are usually fully automatic. Has been achieved by the control of. This adaptive control device controls the normal state where the plant is operated by the above-mentioned fully automatic control, and for example, it is a distributed type of the main steam temperature control system.
If a failure occurs in the PID control system, the characteristics of the plant to be controlled will change significantly.
This adaptive control system constantly monitors the operating mode of the plant and promptly outputs the control output (ex.u 1 ) when the plant starts / stops or when the operating mode of the plant deviates from the operating conditions of adaptive control. Is set to 0, and the system waits for the restoration of the plant operation form. At the same time, internal parameter update (ex.
θ) is paused. However, if data acquisition for parameter updating is always continued, and if the operation mode of the plant is restored later and it returns to the range suitable for the operating conditions of adaptive control, the parameter values before the suspension of updating will be automatically controlled as the initial values. By restarting the transmission of the signal (ex. U 1 ), a means is adopted to prevent smooth start-up of control and deterioration of control characteristics. In addition, giving an excessively large control signal (ex. U 1 ) to the plant as the control output (ex. U 1 ) is not preferable in terms of control, and also hinders plant safe operation.

【0028】そこで本発明の方式では、万一、モデル化
誤差その他の要因によって適応演算要素からの制御信号
(ex. u1) が一時的に大きな値であっても、これを予め
指定した上限値( 絶対値制限) や変化率( 速度値制限)
に制限する機能を備えている。
Therefore, in the system of the present invention, the control signal from the adaptive operation element should be changed due to a modeling error or other factors.
Even if (ex. u 1 ) is a temporarily large value, it is specified in advance as an upper limit value (absolute value limit) or rate of change (speed value limit).
It has a function to limit to.

【0029】具体的には、仮に適応演算要素からの制御
信号を u1c(k) とし上記、制限回路により処理され実際
にプラントへ入力する制御信号を u1(k)とすれば以下に
示す制限回路を備えている。
Specifically, assuming that the control signal from the adaptive arithmetic element is u 1c (k), and the control signal processed by the limiting circuit and actually input to the plant is u 1 (k), the following is given. It has a limiting circuit.

【数3】 但し、uLは推定誤差 e*(k)の大きさに関連し、変化率の
制限を可変とする次の関数を使用している。
[Equation 3] However, uL is related to the size of the estimation error e * (k), and uses the following function that makes the change rate limit variable.

【数4】 R ,umin,umax,k を指定することにより上述の制限回
路を備えることができる。
[Equation 4] By specifying R, u min , u max , and k, the above-mentioned limiting circuit can be provided.

【0030】図3は適応制御プログラムの信号の流れと
従来制御システムとの関係を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the signal flow of the adaptive control program and the conventional control system.

【0031】制御対象である火力プラントは、ボイラ負
荷の大きさにより操作量 (ex. u)に対する応答( むだ時
間、整定時間) が変化するという特性を有する。例え
ば、高負荷域ほど、むだ時間 (ex. d)が短くモデルの次
数 (ex. n, m) も高いことが経験的に知られている。実
際、適応制御に用いる離散時間表現において、むだ時
間、モデルの次数は、制御特性に関係する主要なファク
ターとしてとりあげられている。
The thermal power plant to be controlled has the characteristic that the response (dead time, settling time) to the manipulated variable (ex. U) changes depending on the magnitude of the boiler load. For example, it is empirically known that the dead time (ex. D) is shorter and the model order (ex. N, m) is higher in a higher load region. In fact, in the discrete time representation used for adaptive control, the dead time and the model order are taken up as the main factors related to the control characteristics.

【0032】一方、オンライン制御中に、これらむだ時
間、モデルの次数をきりかえることは適応制御の設計
上、非常に困難であるといえる。従って、負荷変化にと
もなって動特性が変化する制御対象に対して、一定のサ
ンプリング時間のもとに適応制御を行なうことは、上述
のむだ時間、モデルの次数とプラントの特性との間にち
がいをひきおこすことになり、オンラインのモデリング
においては、モデル化誤差により推定パラメータの収束
が困難となる、などの好ましくない状態を生ずることが
予想される。そこで本発明の方式では、特許請求の範囲
第3項に記載したように、プラントの負荷レベル (ex.
w)に対応したむだ時間、モデルの次数のちがいを、負荷
レベルに対応したサンプリング時間の変更によって対処
できるような機能をもたせている。即ち、前記分散形デ
ィジタル演算制御要素が、ボイラ出力に依存するボイラ
動特性の変化に対応してボイラモデルのむだ時間(ex.
d)や次数(ex. n, m)を変える代わりに、データのサン
プリング間隔(ex. ΔT)を可変とする手段、即ちプラン
トの固有の動きが緩やかな低負荷域においては、データ
のサンプリング周期を大とし、逆にプラントの動きが相
対的に速い高負荷域においては、サンプリング周期を小
として、負荷変化に伴うプラントの動特性変化に対応し
て適応的にサンプリング周期を調節する手段を備えるよ
うにしたものである。
On the other hand, it can be said that it is very difficult to change the dead time and the order of the model during the on-line control because of the design of the adaptive control. Therefore, performing adaptive control for a controlled object whose dynamic characteristics change with load changes at a constant sampling time causes a difference between the dead time, the model order, and the plant characteristics. In the online modeling, it is expected that an unfavorable state such as difficulty in convergence of the estimation parameter due to modeling error will occur. Therefore, in the system of the present invention, as described in claim 3, the load level (ex.
It has a function that can deal with the difference in dead time and model order corresponding to w) by changing the sampling time corresponding to the load level. That is, the distributed digital arithmetic control element corresponds to a change in the boiler dynamic characteristic depending on the boiler output, and the dead time (ex.
Instead of changing d) or the order (ex. n, m), the data sampling interval (ex. ΔT) is made variable, that is, in the low load region where the plant's unique movement is gentle, the data sampling period , And conversely, in the high load region where the plant movement is relatively fast, the sampling period is made small, and a means for adaptively adjusting the sampling period in response to the change in the dynamic characteristics of the plant due to the load change is provided. It was done like this.

【0033】適応制御の演算周期 (ex. ΔT)はプラント
の動特性に依存して適切な値に選定され、大型ボイラに
ついては数10秒のオーダーである。
The calculation cycle (ex. ΔT) of the adaptive control is selected to be an appropriate value depending on the dynamic characteristics of the plant, and it is on the order of several tens of seconds for a large boiler.

【0034】計算周期毎に取り込まれたデータ u2(k),
w(k),u1(k) ,e1(k) から図中のパラメータ調整則の部
分で適応制御の計算を行い新しい適応制御信号 u1(k)を
プラントに出力する。尚、ここで (k)は時刻 k時点を表
わす。適応制御信号を出力した後に次回制御時刻におけ
る制御に必要な事前計算を行なうが、その計算はパラメ
ータ更新のための行列計算が主要な部分を占める。1 例
をあげると、主蒸気温度制御と再熱蒸気温度制御の各々
について 42 × 42 のサイズの行列演算が行われる。
Data u 2 (k) taken in every calculation cycle,
The adaptive control is calculated from w (k), u 1 (k), and e 1 (k) in the parameter adjustment rules in the figure, and a new adaptive control signal u 1 (k) is output to the plant. Here, (k) represents the time point k. After outputting the adaptive control signal, the pre-calculation necessary for the control at the next control time is performed, and the matrix calculation for updating the parameters occupies the main part of the calculation. As an example, a matrix operation of size 42 × 42 is performed for each of the main steam temperature control and the reheat steam temperature control.

【0035】さて、上述の制御系の構成とアルゴリズム
に従って適応制御が行われるが、制御の進行中において
は、プラントの運転状況、制御出力信号 (ex. u1) の大
きさ、制御装置の運転状態などを常時監視するととも
に、制御装置内のパラメータの値を常時予備メモリに転
送セーブするなど、適応制御の運用環境や不測の異常発
生に備えて制御が行われている。
The adaptive control is performed according to the configuration and algorithm of the control system described above. While the control is in progress, the operating condition of the plant, the magnitude of the control output signal (ex. U 1 ) and the operation of the control device are controlled. Control is performed in preparation for the operating environment of adaptive control and unexpected occurrence of abnormalities by constantly monitoring the state and the like and constantly transferring and saving the values of parameters in the control device to a spare memory.

【0036】次に特許請求の範囲第4項と第5項に記載
した計測可能外乱である負荷指令(MWD : Megawatt Dem
and) (ex. w)を積極的に利用する制御性能向上の方策に
ついて説明する。
Next, a load command (MWD: Megawatt Dem) which is a measurable disturbance described in claims 4 and 5 is claimed.
and) Explain measures for improving control performance by actively using (ex. w).

【0037】前述のように本発明に係るMRACS において
は、プラントの入 (ex. u1, w, u2)、出力 (ex. y)信号
のサンプリング値を用いてプラントの動特性を表わす多
項式を推定しながら、プラント出力である蒸気温度の制
御偏差 (ex. e1) を、予め指定した収束特性に従って漸
近的に0 に移行させる制御信号 (ex. u1) を発生する。
As described above, in the MRACS according to the present invention, a polynomial that represents the dynamic characteristics of the plant using the sampling values of the input (ex. U 1 , w, u 2 ) and output (ex. Y) signals of the plant. A control signal (ex. U 1 ) is generated that asymptotically shifts the control deviation (ex. E 1 ) of the steam output, which is the plant output, to 0 according to the convergence characteristics specified in advance.

【0038】この目的を達成するためのプラント動特性
の表現式は次式の形をとる。 D(z-1)y(k+d) =θT ζ(k)
The expression of the plant dynamic characteristics for achieving this purpose takes the form of the following expression. D (z -1 ) y (k + d) = θ T ζ (k)

【0039】ここでD(z-1)は制御偏差の漸近収束特性を
表現する多項式、k は時刻、d はプラントのむだ時間を
表わす記号、y はプラント出力、従って y(k+d) は k+d
時刻におけるプラントの出力、θはMRACS のパラメータ
を要素とするパラメータベクトル、T はベクトルの転置
を表わす記号、ζ(k) は時刻 kにおけるデータベクトル
である。
Where D (z -1 ) is a polynomial expressing the asymptotic convergence property of the control deviation, k is time, d is a symbol representing the dead time of the plant, y is the plant output, and thus y (k + d) is k + d
Output of the plant at time, θ is a parameter vector that has MRACS parameters as elements, T is a symbol indicating transposition of the vector, and ζ (k) is a data vector at time k.

【0040】一般の一入力一出力のMRACS においては、
データベクトルζはプラントの入力(ex. u1) と出力 (e
x. y)及びむだ時間の次数 (ex. n, m, d)の和に等しい
数のデータからなり、パラメータベクトルもそれに対応
した数のパラメータを含む同じサイズのベクトルとな
る。
In a general one-input one-output MRACS,
The data vector ζ is the input (ex. U 1 ) and output (e.
x. y) and the order of the dead time (ex. n, m, d) and the number of data, and the parameter vector is a vector of the same size including the corresponding number of parameters.

【0041】いま、外乱補償を目的として制御入力 (e
x. u1) のほかに既知外乱入力 (ex.w, u2)を考慮するこ
とにすれば、データベクトルζ中に含まれるデータ数、
つまりデータベクトルのサイズは外乱入力の次数だけ増
大し、これに対応してパラメータベクトルのサイズも大
きくなる。
Now, for the purpose of disturbance compensation, the control input (e
x. u 1 ) and the known disturbance input (ex.w, u 2 ), the number of data contained in the data vector ζ,
That is, the size of the data vector increases by the order of the disturbance input, and the size of the parameter vector increases correspondingly.

【0042】一般に火力発電用ボイラのパラメータの値
はプラント負荷に依存して変化するから、このパラメー
タθの値を負荷指令 (ex. w)に関する1次式 θ=θa +w(k-d)θb で近似することにすれば、プラントのパラメータは負荷
に依存しない定常変化成分θa と負荷指令に比例する成
分θb から構成されることになり、パラメータベクトル
とデータベクトルのサイズは1次式近似を行わない場合
のサイズの2 倍となる。
Generally, the value of the parameter of the boiler for thermal power generation changes depending on the plant load, so the value of this parameter θ is a linear expression θ = θ a + w (kd) θ b related to the load command (ex. W). , The plant parameters will consist of a load-dependent steady-state change component θ a and a load command-proportional component θ b , and the parameter vector and data vector sizes will be approximated by a linear equation. Will be twice the size if you do not.

【0043】然し、この1次式近似を採用することによ
り、負荷に依存して大きく変化するパラメータθの値そ
のものでなく、比較的ゆるやかに変化する成分θa ,θ
b をパラメータとして推定すれば済むため、結果的に
は、パラメータ推定速度が速くなり、かつ推定精度が向
上する。前記の特許請求の範囲第4項はこの利点を生か
した制御性能向上に関するものである。
However, by adopting this linear equation approximation, it is not the value of the parameter θ that greatly changes depending on the load but the components θ a and θ that change relatively slowly.
Since it is sufficient to estimate b as a parameter, as a result, the parameter estimation speed is increased and the estimation accuracy is improved. Claim 4 above relates to improvement of control performance utilizing this advantage.

【0044】更に、パラメータを負荷指令 (ex. w)に関
する1次式で近似するシステムにおいては、パラメータ
推定値が収束するにつれて、パラメータベクトルの要素
のうち負荷指令に比例する部分θb は、変化幅が小さく
なるから、これらの要素がほぼ一定とみなせる状態とな
った時点において、これらの値を収束値近傍に固定し、
パラメータ更新を負荷に依存しない成分θa のみに切替
えることで推定すべきパラメータの数を1/2 とし、パラ
メータ推定速度を更に速めることができる。この方策に
より制御演算装置の負担を軽減するとともに、制御性能
を向上させることができる。
Further, in the system in which the parameter is approximated by the linear expression relating to the load command (ex. W), as the parameter estimated value converges, the portion θ b of the elements of the parameter vector proportional to the load command changes. Since the width becomes smaller, when these elements can be regarded as almost constant, fix these values near the convergence value,
By switching the parameter update to only the load-independent component θ a , the number of parameters to be estimated can be halved, and the parameter estimation speed can be further increased. This measure can reduce the load on the control arithmetic unit and improve the control performance.

【0045】前記特許請求の範囲第5項は上記の方策に
よる制御性能向上に関するものである。
Claim 5 relates to improvement of control performance by the above measures.

【0046】次に制御パラメータ更新演算過程において
本発明で採用している演算アルゴリズムの特徴について
説明する。一般にMRACS においては、むだ時間 dを考慮
しない場合には、以下に述べるような逐次形最小2 乗法
を基礎としたパラメータ推定計算が行われる。
Next, the characteristics of the calculation algorithm employed in the present invention in the control parameter update calculation process will be described. Generally, in MRACS, when the dead time d is not considered, the parameter estimation calculation based on the recursive least squares method as described below is performed.

【数5】 [Equation 5]

【0047】ここでWhere

【数6】 は推定パラメータベクトル、z はプラントの出力信号の
計測値であり、前述のy又はe1に相当する。ζはプラン
トの入、出力データを要素とするデータベクトル、k は
時刻、T はベクトルの転置を表わす記号である。(3) 式
の意味は次の通りである。
[Equation 6] Is an estimated parameter vector, z is a measured value of the output signal of the plant, and corresponds to y or e 1 described above. ζ is a data vector whose elements are input and output data of the plant, k is time, and T is a symbol that represents the transpose of the vector. The meaning of equation (3) is as follows.

【0048】時刻 kにおいて、プラントの入、出力デー
タu(k),z(k)を入手すると、これを用いてデータベクト
ルζ(k) を更新し、このデータベクトルと、時刻 k-1に
おいて求めたパラメータベクトルの推定値
When the input and output data u (k) and z (k) of the plant are obtained at time k, the data vector ζ (k) is updated using this, and this data vector and at time k-1 are obtained. Estimated value of the obtained parameter vector

【数7】 との内積[Equation 7] Dot product with

【数8】 によって時刻 kにおけるプラント出力の推定値を計算
し、この推定値と時刻 kにおいて実際に入手したプラン
トの出力データ z(k) との差、即ち事前推定誤差
[Equation 8] The plant output estimate at time k is calculated by and the difference between this estimate and the plant output data z (k) actually obtained at time k, that is, the pre-estimation error

【数9】 を求め、この[Equation 9] Ask for this

【数10】 に修正ゲイン行列K(k)を乗じた修正項[Equation 10] A modified term obtained by multiplying by the modified gain matrix K (k)

【数11】 を、k-1 における推定パラメータベクトル[Equation 11] Is the estimated parameter vector at k-1

【数12】 に加えることによって[Equation 12] By adding to

【数13】 、即ち時刻 kにおけるパラメータの推定値( 事後推定
値) を求める。
[Equation 13] That is, the estimated value (post-estimated value) of the parameter at time k is obtained.

【0049】ここで修正項を求めるためのゲイン行列 K
(k) は、一般にカルマンゲインと呼ばれ、次式によって
計算される。
Here, the gain matrix K for obtaining the correction term
(k) is generally called Kalman gain and is calculated by the following equation.

【数14】 ここで P(k) は時刻 kにおけるデータの分散を与える共
分散行列でそのサイズはプラントモデルの次数に依存す
る。(5) 式は、時刻 kにおいてデータベクトルζ(k) が
計測されれば、その時刻のデータ共分散行列 P(k) は、
時刻 k-1におけるデータ共分散行列 P(k-1) を用いて漸
化式によって計算できることを示している。この P(k)
が求められれば(6) 式によってカルマンゲイン K(k) が
求められ、この K(k) を用いて (3)式により時刻 kにお
けるパラメータ推定ベクトル
[Equation 14] Where P (k) is the covariance matrix that gives the variance of the data at time k, and its size depends on the order of the plant model. Equation (5) shows that if the data vector ζ (k) is measured at time k, the data covariance matrix P (k) at that time is
It is shown that it can be calculated by the recurrence formula using the data covariance matrix P (k-1) at time k-1. This P (k)
Then, the Kalman gain K (k) is obtained by Eq. (6), and this K (k) is used by Eq. (3) to estimate the parameter estimation vector at time k.

【数15】 が計算される。従って、パラメータベクトル[Equation 15] Is calculated. Therefore, the parameter vector

【数16】 の推定計算は (4)→(5) →(6) →(3) 式の順序で行われ
る。
[Equation 16] The estimation calculation of is performed in the order of (4) → (5) → (6) → (3).

【0050】実際には、むだ時間 dを考慮して、前記
(3) 〜(6) 式のζ(k) の代わりにζ(k-d) を用いてパラ
メータ推定を行うことになる。
In practice, considering the dead time d,
Parameter estimation will be performed using ζ (kd) instead of ζ (k) in Eqs. (3) to (6).

【0051】さて、上述のパラメータ更新演算過程で
は、(5) 式の行列の減算を行なうため、数値計算の桁落
ちによる丸め誤差を生じる。特に本実施例のように行列
のサイズが大きくなり、またパラメータ更新のためのデ
ータの変化幅や変化率が小さくなると丸め誤差の累積に
よって本来正定対称行列であるべきP(k)の正定対称性が
くずれ、制御信号 (ex. u1) にバイアスを生じたり、極
端な場合には制御出力信号が逸走(run away)するなどの
不都合を生ずる。このような事態の発生を回避するた
め、本実施例のMRACS では、行列 P(k) を単位上三角行
列と対角行列に分解する、いわゆるUD分解法による逐次
形計算パラメータ推定アルゴリズムを用いる。
In the above-mentioned parameter update calculation process, since the matrix of the equation (5) is subtracted, a rounding error occurs due to the cancellation of digits in the numerical calculation. In particular, when the size of the matrix is large as in the present embodiment, and the change width and the change rate of the data for updating the parameters are small, the positive definite symmetry of P (k), which should originally be a positive definite symmetric matrix, is accumulated due to the accumulation of rounding errors. This causes a problem such that the control signal (ex. U 1 ) is biased or the control output signal runs away in an extreme case. In order to avoid such a situation, MRACS of the present embodiment uses a so-called UD factorization method for calculating the parameter P (k) into a unit upper triangular matrix and a diagonal matrix.

【0052】この方法の詳細については、例えば、参考
文献“Niu,S., Fisher D.G., andXiao,D. An augmented
UD identification algorithm, International Journa
lof Control, Vol.56 No.1 pp 193-211, 1992. ”に譲
ることとし、この方法を用いる利点を列挙すれば (i)演
算過程で行列の減算を行なう必要がないために、共分散
行列の正定対称性が保持される、(ii)行列演算の過程か
らプラントの表現を与える多項式モデルの最適次数を定
めることができる、(iii) パラメータ更新に用いるデー
タベクトルが持続的励振条件(PE 条件) を満足している
かどうかを判定する閾値を求めることができる、などを
挙げることができる。UD分解法によって得られるこれら
の特徴は、パラメータ更新演算の精度を維持する目的の
ほかに、前記特許請求範囲第6項に記載した手段、即ち
入、出力データの励振条件が不十分な場合にパラメータ
更新を休止させ、パラメータのドリフト現象を防ぐ手段
を実施する際の閾値を与える目的にも用いることができ
る。
Details of this method can be found, for example, in the reference “Niu, S., Fisher DG, and Xiao, D. An augmented.
UD identification algorithm, International Journa
lof Control, Vol.56 No.1 pp 193-211, 1992. ”, and enumerating the advantages of using this method, (i) there is no need to perform matrix subtraction in the calculation process, so the covariance The positive definite symmetry of the matrix is maintained, (ii) the optimum order of the polynomial model that gives the plant representation can be determined from the process of matrix operation, and (iii) the data vector used for parameter updating is the continuous excitation condition (PE It is possible to obtain a threshold value for determining whether or not (conditions) are satisfied, etc. These features obtained by the UD decomposition method are used for the purpose of maintaining the accuracy of the parameter update operation, and It is also used for the purpose of providing a threshold value for carrying out the means described in claim 6, that is, the means for suspending the parameter update when the excitation condition of the input and output data is insufficient and for preventing the parameter drift phenomenon. It is possible.

【0053】本実施例では、先の(4) 式 s(k) がプラン
トの入 (ex. u1) 、出力 (ex. z)信号に対する情報量尺
度を示していること、
In the present embodiment, the above equation (4) s (k) indicates the information measure for the input (ex. U 1 ) and output (ex. Z) signals of the plant,

【数17】 が時刻 k-1におけるパラメータベクトル[Equation 17] Is the parameter vector at time k-1

【数18】 を用いた事前推定誤差を示している点などに着目し、こ
[Equation 18] Paying attention to the points indicating the pre-estimation error using

【数19】 に対し予め適当な閾値を設け、プラントの入、出力信号
の変化が指定した時間を越えて本閾値内にとどまる場合
には、パラメータ更新を休止させ、パラメータのドリフ
ト現象を防ぐ対策を実施している。
[Formula 19] However, if an appropriate threshold value is set in advance and the change in the input and output signals of the plant stays within this threshold value for the specified time or longer, the parameter update is suspended and measures are taken to prevent the parameter drift phenomenon. There is.

【0054】図4〜図7に、従来型のPID 制御装置と本
発明によるモデル規範形適応制御の制御特性を比較する
ために375MW 亜臨界圧ドラム型ボイラについて行った実
機試験の結果を示す。この試験においては、同一の運転
条件、同一の負荷変化の下で上記の両制御方式による主
蒸気温度と再熱蒸気温度の設定値 (ex. r1) からの偏差
(ex. e1) を比較した。図に示すように、適応制御方式
を採用することにより、従来型のPID 制御方式に比し
て、蒸気温度の偏差 (ex. e1) が低減され、かつ変動が
速やかに設定値 (ex. r1) に収束して行くことがわか
る。
FIGS. 4 to 7 show the results of actual machine tests conducted on a 375 MW subcritical drum type boiler in order to compare the control characteristics of the conventional PID controller and the model reference adaptive control according to the present invention. Deviation from In this test, the same operating conditions, under the same load change of the main steam temperature and reheat steam temperature by both control methods described above setpoint (ex. R 1)
We compared (ex. e 1 ). As shown in the figure, the adoption of the adaptive control method reduces the steam temperature deviation (ex. E 1 ) compared to the conventional PID control method, and allows the fluctuation to change quickly to the set value (ex. It can be seen that it converges to r 1 ).

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明に係る適応制御装置を適用するこ
とにより、以下の効果が得られる。ボイラ出力の大き
さ、使用燃料の種類、ミル・バーナーの切換などによる
運転条件の変化、火炉の汚損や経年変化による伝熱面の
熱吸収量分布の変化に起因するプラント動特性の変化に
対応して制御装置のパラメータを適応的に調節し、給電
指令による負荷変化その他の外乱があっても、常に蒸気
温度の設定値からの偏差を 0付近に保つ制御が行われる
ため、ボイラ並びにタービンの保全と効率維持が図ら
れ、同時に火力プラントの出力を給電指令に速やかに追
従させることが可能となり、電力系統の円滑な運用に貢
献することができる。
The following effects can be obtained by applying the adaptive control device according to the present invention. Supports changes in plant dynamic characteristics due to changes in operating conditions due to boiler output, type of fuel used, mill / burner switching, etc., and changes in heat absorption distribution of heat transfer surfaces due to furnace fouling and aging. Then, the parameters of the controller are adaptively adjusted, and control is always performed to keep the deviation from the set value of the steam temperature near 0 even if there is a load change or other disturbance due to the power supply command. Maintenance and efficiency can be achieved, and at the same time, the output of the thermal power plant can promptly follow the power supply command, which can contribute to smooth operation of the power system.

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

【図1】図1は本発明に係る適応蒸気温度システムの構
成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an adaptive steam temperature system according to the present invention.

【図2】図2は適応制御用の調節計とプラントモデルの
関係を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between a controller for adaptive control and a plant model.

【図3】図3は適応制御プログラムの信号の流れと従来
制御システムとの関係を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a signal flow of an adaptive control program and a conventional control system.

【図4】図4は主蒸気ランプ負荷試験における制御特性
を示す線図であり、(A)は従来例、(B)は本発明例
である。
FIG. 4 is a diagram showing a control characteristic in a main steam lamp load test, where (A) is a conventional example and (B) is an example of the present invention.

【図5】図5は主蒸気M型負荷試験における制御特性を
示す線図であり、(A)は従来例、(B)は本発明例で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing control characteristics in a main steam M-type load test, where (A) is a conventional example and (B) is an example of the present invention.

【図6】図6は再熱蒸気ランプ負荷試験における制御特
性を示す線図であり、(A)は従来例、(B)は本発明
例である。
FIG. 6 is a diagram showing a control characteristic in a reheat steam lamp load test, in which (A) is a conventional example and (B) is an example of the present invention.

【図7】図7は再熱蒸気M型負荷試験における制御特性
を示す線図であり、(A)は従来例、(B)は本発明例
である。
FIG. 7 is a diagram showing control characteristics in a reheat steam M-type load test, where (A) is a conventional example and (B) is an example of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 司郎 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社技術開発本部電力 技術研究所内 (72)発明者 塩谷 秀雄 静岡県田方郡韮山町原木511番地 日本ベ ーレー株式会社応用システム部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shiro Matsumura 1 at 20 Kitakanzan, Otaka-cho, Midori-ku, Nagoya-shi, Aichi Chubu Electric Power Co., Inc. Electric Power Technology Laboratory (72) Inventor Hideo Shiotani Shizuoka 511 Haraki, Nirayama-cho, Takata-gun Japan Belay Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 火力発電用ボイラの蒸気温度制御におい
て、 規範モデルと呼ばれる制御目標値を設定し、制御誤差、
即ち規範モデルと実蒸気温度との差に基づいて、制御目
標を達成する制御信号を発生する制御演算機能と、ボイ
ラ入力信号と実蒸気温度のサンプリング計測値からボイ
ラの動特性に関するパラメータを常時推定し、推定され
たパラメータに基づいて制御信号演算のためのパラメー
タを調節するパラメータ調節機能を分散形ディジタル演
算制御要素に組込み、 ボイラ、タービンプロセスと分散形PID(比例、積分、微
分) 制御装置から閉ループ構成される通常の火力プラン
ト制御対象に対し上記分散形ディジタル演算制御要素を
並列に付加することにより、全体の適応制御系を構成す
る火力発電用ボイラの離散時間モデル規範形適応蒸気温
度制御装置。
1. In steam temperature control of a boiler for thermal power generation, a control target value called a reference model is set, and a control error,
That is, based on the difference between the reference model and the actual steam temperature, the control calculation function that generates the control signal that achieves the control target, and the parameters related to the dynamic characteristics of the boiler are constantly estimated from the boiler input signal and the sampling measurement values of the actual steam temperature. Then, the parameter adjustment function that adjusts the parameters for control signal calculation based on the estimated parameters is installed in the distributed digital operation control element, and the boiler, turbine process and distributed PID (proportional, integral, derivative) controller are used. A discrete-time model reference adaptive steam temperature controller for a thermal power generation boiler that constitutes the entire adaptive control system by adding the above-mentioned distributed digital arithmetic control elements in parallel to an ordinary thermal power plant control object configured in a closed loop. .
【請求項2】 前記分散形ディジタル演算制御要素が、 プラントの起動・停止時や、プラントの運転形態が適応
制御の運用条件から著しく外れた範囲では、制御出力を
0 として内部パラメータの更新を休止させるとともに、 パラメータ更新のためのデータのとり込みは常時継続
し、プラントの条件が適応制御の使用に適する範囲に戻
れば、パラメータ更新休止前の値を初期値として自動的
に適応制御を再開し、 更に、モデル化誤差その他の要因によって適応演算要素
からの制御信号が異常に増大することがあっても、これ
を予め指定した上限値、変化率に制限する機能を備える
請求項1に記載の火力発電用ボイラの離散時間モデル規
範形適応蒸気温度制御装置。
2. The distributed digital arithmetic control element outputs a control output when the plant is started or stopped, or when the operating mode of the plant is significantly outside the operating conditions of adaptive control.
When the internal parameter update is paused as 0, data acquisition for parameter update is always continued, and if the plant condition returns to a range suitable for the use of adaptive control, the value before the parameter update pause is used as the initial value. A function that automatically restarts adaptive control and limits this to a prespecified upper limit value or rate of change even if the control signal from the adaptive computing element may increase abnormally due to modeling errors or other factors. The discrete time model reference type adaptive steam temperature control device for a thermal power generation boiler according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 前記分散形ディジタル演算制御要素が、 ボイラ出力に依存するボイラ動特性の変化に対応してボ
イラモデルのむだ時間や次数を変える代わりに、データ
のサンプリング間隔を可変とする手段、即ちプラントの
固有の動きが緩やかな低負荷域においては、データのサ
ンプリング周期を大とし、逆にプラントの動きが相対的
に速い高負荷域においては、サンプリング周期を小とし
て、負荷変化に伴うプラントの動特性変化に対応して適
応的にサンプリング周期を調節する手段を備える請求項
1又は2に記載の火力発電用ボイラの離散時間モデル規
範形適応蒸気温度制御装置。
3. A means for changing the sampling interval of the data, instead of changing the dead time or the order of the boiler model in response to a change in the boiler dynamic characteristic depending on the boiler output, by the distributed digital arithmetic control element, That is, in the low load region where the peculiar movement of the plant is gradual, the data sampling period is set large, and conversely, in the high load region where the plant movement is relatively fast, the sampling period is set small and the plant accompanying the load change is 3. A discrete time model reference type adaptive steam temperature control device for a thermal power generation boiler according to claim 1 or 2, further comprising means for adaptively adjusting a sampling cycle in response to a change in dynamic characteristics of the above.
【請求項4】 前記分散形ディジタル演算制御要素が、 プラントのパラメータ値の負荷依存性を考慮してパラメ
ータの変化を負荷指令に関する1次式で近似し、その係
数を推定する手段を備える請求項1〜3のいずれかに記
載の火力発電用ボイラの離散時間モデル規範形適応蒸気
温度制御装置。
4. The distributed digital arithmetic control element comprises means for approximating a parameter change by a linear expression relating to a load command in consideration of load dependency of a plant parameter value and estimating a coefficient thereof. A discrete time model reference type adaptive steam temperature control device for a thermal power generation boiler according to any one of 1 to 3.
【請求項5】 前記分散形ディジタル演算制御要素が、 パラメータ変化を近似する1次式のうち負荷指令に比例
する項、即ち比例係数からなるベクトルの変化がある小
範囲内に収まる場合に当該ベクトル要素を収束した値に
固定して、推定すべきパラメータ数を1/2 とし、パラメ
ータ修正速度を速める手段を備える請求項1〜4のいず
れかに記載の火力発電用ボイラの離散時間モデル規範形
適応蒸気温度制御装置。
5. When the distributed digital arithmetic control element is within a small range in which there is a term proportional to a load command in a linear expression approximating a parameter change, that is, a vector change consisting of a proportional coefficient falls within a small range. 5. A discrete time model reference form for a thermal power generation boiler according to claim 1, further comprising means for fixing the elements to converged values, halving the number of parameters to be estimated, and accelerating the parameter correction speed. Adaptive steam temperature controller.
【請求項6】 前記分散形ディジタル演算制御要素が、 パラメータ更新のためのプラントの入力、出力信号の変
化幅と変化率が小さい範囲にとどまる状態の下では、不
十分な励振信号( 情報量) によるパラメータのドリフト
現象を回避するため、推定誤差に対しある閾値を設け、
入、出力信号の変化が指定した時間を越えて閾値内にと
どまる場合には、パラメータ更新を休止させる手段を備
える請求項1〜5のいずれかに記載の火力発電用ボイラ
の離散時間モデル規範形適応蒸気温度制御装置。
6. An insufficient excitation signal (information amount) under the condition that the distributed digital arithmetic control element remains within a range where the change width and change rate of the input and output signals of the plant for parameter updating are small. In order to avoid the parameter drift phenomenon due to
A discrete time model reference form for a thermal power generation boiler according to any one of claims 1 to 5, further comprising means for suspending parameter updating when a change in input and output signals stays within a threshold for a specified time. Adaptive steam temperature controller.
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