JPH0760323B2 - プロセスのファジィ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、フィードフォワード及びフィードバックのそ
れぞれの制御系に、ファジィ制御を適用したプロセスの
ファジィ制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来、化学プラント等においては、フィードフォワード
制御とフィードバック制御を併用することが多い。これ
はフィードバック制御系が、出力を検出し、これを目標
値と比較してから調節動作を行なうため、検出は正確で
あっても、信号が閉回路を巡回して伝わる時間的遅れを
ともなうことなどから、変動の速い入力に対して偏差の
少ない制御を行なうことがきわめてむずかしいこと、一
方、フィードフォワード制御系は、入力側の変動を検出
したり予想して、その変動に対して即座に影響を除くよ
うに作用するものの、このようなフィードフォワード制
御系を完全に設計するためには、系内の全伝達関数を正
確に把握しなければならないなど、それぞれの制御系に
問題点があり、これを相互に補足するためである。

［解決すべき問題点］ しかしながら、フィードフォワード・フィードバック制
御方法を併用した場合であっても、依然としてフィード
フォワード制御系（進み／遅れ）の設計が難しく、ま
た、たとえ設計できたとしても制御特有の伝達関数表現 のため、負荷変動時などの際、運転員にはどこをどう調
整すればよいのか理解できないこともあり、最悪の場合
制御システムを手動にしてしまうという問題があった。

また、プロセスによっては、フィードフォワード・フィ
ードバック制御のみならず、むだ時間制御やモデル予測
制御などを適用しても満足した効果を得ることができ
ず、未だに自動化できないプロセス制御もある。

このようなプロセスに共通している点は、むだ時間，時
定数が大きく、外乱要因も多く、かつ負荷変動時にプロ
セスダイナミックス（動特性）が大きく変化する点であ
り、いわゆる悪構造のプロセスである。この自動運転の
行なえないプロセスは、熟練運転員の経験による判断，
操作に頼らざるを得ず、運転員の負担が大きくなるとい
う問題があった。

本発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、プ
ロセス制約条件を制御則に加えた多変数形ファジィ制御
系によって、プロセスのより的確かつ容易な制御を可能
としたプロセスのファジィ制御方法の提供を目的とす
る。

［問題点の解決手段］ 上記目的を達成するため本発明におけるプロセスのファ
ジィ制御方法は、 プロセスへの原料供給量の変化を検出し、メンバーシッ
プ関数によってこのときの供給量変化に対応した適合度
及び検出値ゾーンを判別し、かつ、この検出値ゾーンに
もとづいてフィードフォワード的制御規則を選択すると
ともに、この選択したフィードフォワード的制御規則及
び上記適合度にもとづいてファジィ推論を行ない操作量
を決定する第一制御群、 プロセスの目標値と制御量の偏差及びこの偏差に変化量
を検出し、メンバーシップ関数によってこのときの偏差
及び偏差変化量に対応した適合度及び検出値ゾーンを判
別し、かつ、この検出値ゾーンにもとづいてフィードバ
ック的制御規則を選択するとともに、この選択したフィ
ードバック的制御規則及び上記適合度にもとづいてファ
ジィ推論を行ない操作量を決定する第二制御群、 プロセスの各検出部からのデータをそれぞれの基準値と
比較し、これらデータのうちの少なくとも一つのデータ
が基準値をこえているときに、上記第二制御群の制御周
期を変更する第三制御群、 上記第一制御群ならびに第二制御群において決定された
操作量を加算して操作部に出力する方法としてある。

このように、原料の供給量変化を検出し、フィードフォ
ワード的な制御規則を選択してファジィ制御する制御群
と、偏差とこの偏差の変化量を検出し、フィードバック
的な制御規則を選択してファジィ制御する制御群に分離
し、かつ第二制御群の制御周期を変更する第三制御群を
有することによって、それぞれの制御系の動向を別個に
確認でき、しかもプロセスの状況に応じて第二制御群の
制御周期を的確に対応させることができ、システム導入
時の調整が容易となる。

例えば、第一制御群におけるフィードフォワード部の出
力が大きいときには、第二制御群におけるフィードバッ
ク部の修正量を多くし、この場合のプロセス状況を観察
しながらフィードフォード部のゲインを弱めるようにす
る。

すなわち、負荷変動時の動特性に対しては、フィードフ
ォワード的経験則のゲインの調整のみで対応することが
可能となる。

［実施例］ 以下、本発明におけるプロセスのファジィ制御方法の実
施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例方法を実施するためのエチレ
ン製造装置におけるメタン蒸留塔のプロセスシートを示
すもので、20は蒸留塔であり、原料供給管を有してい
る。21はレシーバ、22は蒸留塔20へ供給される原料の流
量計である。23は塔頂製品の組成を検出するガスクロマ
トグラフ、24は塔底製品の組成を検出するガスクロマト
グラフ、25はリボイラ、26はリボイラ25へ送られる蒸気
の流量計、27はリボイラ25へ送られる蒸気の調節弁、28
は塔底温度を検出する温度計、29は塔圧力計、30は制御
器である。

この蒸留塔は、塔頂からメタンを含む軽質留分が、塔底
からエチレンを含む重質留分がそれぞれ蒸留，分離され
る。そしてこの蒸留塔は、塔底及び塔頂の製品組成を管
理するため、塔底の温度制御系（リボイラ量で操作）と
塔底にリークするメタンを測定するためのガスクロマト
グラフ／及び塔頂のメタン中のエチレン量を測定するガ
スクロマトグラフが設置されている。

この制御系は、運転条件変更にともなう負荷変動があっ
たときなど、供給熱量が大きく変動し、また、塔底の温
度制御系の応答の悪さ（むだ時間，時定数が大，プロセ
スダイナミックスの変動が大）もある。このように、悪
構造のプロセスであるため、従来、各種の制御系が設計
され試されたがうまくいかず、手動運転されていた。そ
のため運転員は、負荷変動にともない、頻繁にリボイラ
量を操作することを余儀なくされ、負担の増加する一因
となっていた。

第２図は、第１図に示すメタン蒸留塔の制御系を示すブ
ロック線図であり、同図中、プロセスは蒸留塔20、供給
量検出部は原料流量計22、制御量検出部は塔底温度計2
8、操作部は調節弁27、制約条件検出部は温度計28,塔頂
製品ガスクロマトグラフ23,塔底製品ガスクロマトグラ
フ24,塔圧力計29等がそれぞれ対応する。

次に、実施例の制御方法について、第２図に示すフロー
チャートを参照しつつ説明する。

第一制御群 まず、第一制御群においては、制御器30の第一群制御部
30−１によって、上記検出部22からのデータにもとづい
て、次のような処理を行なう。

検出部22において検出した蒸留塔20への原料供給量
を、所定の周期でサンプリングする（201）。

サンプリングしたデータを、前回のデータと比較し
て、プロセス変数（供給量）の変化量ΔＰを求める（20
2）。

第４図に示すメンバーシップ関数表によって、変化
量ΔＰの適合度ε₁，ε₂及び検出値ゾーンの判別を行な
う（203）。

フィードフォワード的経験にもとづく制御規則 の中から、上記検出値ゾーンに対応する制御規則を選択
する（204）。

上記選択した制御規則にもとづいてファジィ推論を
行なう（205）。

ファジィ推論の手段は、ポイント値を用いた荷重平均法
を採用している。

第二制御群 第二制御群においては、制御器30の第二群制御部30−２
によって、上記各検出部からのデータにもとづいて次の
ような処理を行なう。

検出部28において検出した塔底温度データをサンプ
リングする（206）。

サンプリングが所定周期のものか否かを判定し（20
7）、所定周期以外のものであるときは、現状の操作出
力を保持（208）すべく、操作出力を行なう。

サンプリングが所定周期のものであるときは、検出
部28から送られてきたデータ（制御量）目標値と比較し
て偏差Ｅを求めるとともに、この偏差を前回の偏差と比
較して偏差の変化量ΔＥを求める（209）。

第５図に示すメンバーシップ関数表によって、偏差
Ｅとその変化量ΔＥの適合度KE₁，KE₂,KΔE₁,KΔE₂を求
め、さらに両者の共通適合度ε₁，ε₂を算出する。

min（KE₁,KΔE₁）→ε₁ min（KE₂,KΔE₂）→ε₂ また、偏差Ｅ及び変化量ΔＥの検出値ゾーンの判別を行
なう（210）。

フィードバック的経験にもとづく制御則 の中から、上記検出値ゾーンに対応する制御規則を選択
する（211）。

上記選択した制御規則及び適合度にもとづいてファ
ジィ推論を行なう（212）。

次に、第一制御群及び第二制御群で求めた操作出力U₁，
U₂を加算し、全体の操作出力Ｕを求める（213）。

Ｕ＝U₁＋U₂ 制御器30からの操作出力Ｕによって調節弁27を作動
させる（214）。

第三制御群 第三制御群においては、第二制御群の制御周期を変更す
るため、制御器30の第三群制御部30−３によって、次の
ような処理を行なう。

塔頂製品のガスクロマトグラフ23,塔底製品のガス
クロマトグラフ24,塔底温度計28,圧力計29等の各検出部
で検出したプロセスの運転上必要なデータを所定の周期
でサンプリングする（215）。

サンプリングした制約条件の各データを、基準値と
比較してその範囲内に収っているか否か、すなわちプロ
セス変数を求める（216）。

制約条件内に収っているときは、第二制御群におけ
る制御周期を変更せず（217）、逆に、収っていないと
きには第二制御群の制御周期を変更する（218）。

これは、例えば、塔底からのメタンリーク量が基準値を
こえた場合に第二制御群の制御周期を短くしてリーク量
の増加を防いだり、あるいは、塔の過剰な焚き上げ状
態、すなわちトレイ温度が上限基準値をこえた場合に第
二制御群の制御周期を短くして塔の負荷の増大を抑えよ
うとするものである。

このファジィ制御方法によってエチレン製造装置におけ
る蒸留塔の塔底温度制御を行なったところ、人間の操作
を真似た自動運転であるにも拘わらず、変動幅を従来の
手動運転時の1/3に抑えることができた。これにより、
運転の省エネルギー化を狙って、塔底温度を低い温度に
設定できるようになり、また、エチレン分解炉でのチャ
ージアップ／ダウン等の変動等においても安定した制御
を行なえるようになった。

本発明のように、制御群をそれぞれ分けると、各制御群
において推論された操作量の動向が個別的に把握でき、
ファジィ制御の調整に有効となる。

また、本発明によれば、フィードフォワード・フィード
バック制御に比べて、設計が容易であり、運転員にも理
解が容易で、またフィードフォワード的経験則のゲイン
の調整のみで対応できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
他のプロセスの制御にも適用できることは勿論であり、
特にフィードフォワード・フィードバック制御による制
御を必要とするプロセスの制御に適用すると好適であ
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明におけるプロセスのファジィ制御
方法によれば、熟練運転員の経験的な判断と運転操作過
程にもとづいた手動制御と同等の制御方法を自動化でき
るとともに、プロセスの制約条件を加味して、プロセス
の状況に応じた的確な制御を行なえるので、制御内容も
手動制御に比べて変動幅の少ない良好な制御とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するためのエチレン製造装置にお
けるメタン蒸留塔のプロセスシートを示し、第２図は同
じくブロック線図、第３図は同じくフローチャート、第
４図及び第５図はメンバーシップ表を示す。 20:プロセス 22:供給量検出部 28:制御量検出部 27:操作部 30−1:第一群制御部 30−2:第二群制御部 30−3:第三群制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−234502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−276604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−279302（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−35501（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158667（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセスへの原料供給量の変化を検出し、
   メンバーシップ関数によってこのときの供給量変化に対
   応した適合度及び検出値ゾーンを判別し、かつ、この検
   出値ゾーンにもとづいてフィードフォワード的制御規則
   を選択するとともに、この選択したフィードフォワード
   的制御規則及び上記適合度にもとづいてファジィ推論を
   行ない操作量を決定する第一制御群、 プロセスの目標値と制御量の偏差及びこの偏差の変化量
   を検出し、メンバーシップ関数によってこのときの偏差
   及び偏差変化量に対応した適合度及び検出値ゾーンを判
   別し、かつ、この検出値ゾーンにもとづいてフィードバ
   ック的制御規則を選択するとともに、この選択したフィ
   ードバック的制御規則及び上記適合度にもとづいてファ
   ジィ推論を行ない操作量を決定する第二制御群、 プロセスの各検出部からのデータをそれぞれの基準値と
   比較し、これらデータのうちの少なくとも一つのデータ
   が基準値をこえているときに、上記第二制御群の制御周
   期を変更する第三制御群、 上記第一制御群ならびに第二制御群において決定された
   操作量を加算して操作部に出力することを特徴としたプ
   ロセスのファジィ制御方法。