JPH08506441A - 特に非線形の時変性のプロセスに対する調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、切換入力端を介して作動形式“追跡”と“調節”との間を切換可能である第１の調節器（１）、特に線形ＰＩＤ調節器と、有利にはファジィ調節器である第２の調節器（４）とを有する特に非線形の時変性のプロセス（２）に対する調節装置に関する。第２の調節器（４）の出力は第１の調節器（１）の追跡入力端に導かれており、別の出力端において、第１の調節器（１）の作動形式を決定する切換信号（Ｓ）が出力される。本発明はプロセス自動化に応用される。

Description

【発明の詳細な説明】 特に非線形の時変性のプロセスに対する調節装置 本発明は請求項１の前文による特に非線形の時変性のプロセスに対する調節装 置に関する。 通常の調節器、たとえば線形ＰＩＤ調節器が現実のプロセスを調節するために 使用されると、種々の問題が生じ得る。特に非線形のプロセスでは線形調節器の パラメータはプロセスの１つの動作点に対してのみ最適である。不連続的プロセ スではプロセスの始動および停止の際に変化する動作点が生ずる。その結果は線 形調節器による不満足な調節挙動であり得る。線形調節器に対しては同じく、そ の挙動がたとえば変動する原料の質のような影響により変化する時変性のプロセ スが問題である。さらに、多くのプロセスでは個々のプロセス量の間の交互作用 が存在する。通常の調節の際にはプロセスは一般にそれにもかかわらず一変数調 節器を設けられる。この措置により交互作用の無視のもとにそれぞれ個々のプロ セス量に対して多数の蛍一ループの調節ループが生ずる。特定のプロセス状態で はこれにより調節が不満足な挙動を招き、または不安定性さえ生じ得る。この問 題を解決するため、いわゆるより高度の調節方法、たとえば適応調節器、状態調 節器またはモデルを使用する調節器による調節方法が知られている。しかし、こ れらは実際には稀にしか採用されない。なぜならば、それらの応用は広範な理論 的知識ならびにプロセスの数学モデル化の可能性を前提とするからである。その 際にかかる費用はしばしば非常に高い。一部は１つのプロセスを数学的に記述す ることは禾可能な場合もある。従って、実際には、しばしば、経験に基づいてプ ロセス状態を認識し得るプラントオペレータが、所望のプロセス挙動が通常の調 節により保証されていないブロセスに手動で干渉しなければならない。その際に 欠点は、プラントオペレータの経験の相違により、または一人のプラントオペレ ータのその日のコンディションにより再現性のないプロセス制御が行われること である。 ハンスペータ プロイス、エドムント リンツエンキルヒナ及びシユテフエン アレンダによる文献“ファジィ制御−自動化装置およびプロセス制御システム に対するツール支援の機能モジュール実現”“ａｔｐ”３４（１９９２）第８号 、第４５１〜４６０真から、これらの問題を回避するため、通常の調節器を第２ の調節器で補うことは知られている。第２の調節器の出力はそこで、通常の調節 器を必要に応じて支援するため、操作量補正の役割をする。さらに、別の調節器 により、通常のＰＩＤ調節器のパラメータＫｐおよびＴｖが変化するプロセス動 特性に適応させられる。この補助調節器の追加接続の際に不利な仕方で、操作端 の衝撃的負荷、従ってまたその急速な劣化に通じ得る操作量の跳躍が生ずる。 本発明の課題は、特に非線形の時変性のプロセスに対する複数の調節器を有す る調節装置を、操作量の跳躍による操作端の衝撃的負荷が回避されるように構成 することである。 この課題を解決するため、冒頭に記載した種類の新しい調節装置は請求項１の 特徴部分にあげられている特徴を有する。従属する請求項２ないし５には本発明 の有利な構成があげられている。 太発明は、比較的わずがな費用により再現性のある全自動的なプロセス制御が 達成され、プラントオペレータによる手動干渉がもはや必要でないという利点を 有する。補助調節器としてファジィ調節器を使用することにより、しばしば非常 に費用のかかった問題のある非線形または時変性のプロセスにおける正確な数学 的モデルの作成が省略され得る。本発明は、不連続的プロセスにおいて特に有利 に作用する。なぜならば、準定常的動作点の付近では通常の調節器の利点が、ま たプロセスの始動および停止の際には非線形調節器の利点が利用され得るからで ある。本発明によれば、調節装置の無衝撃の切換が達成される。 本発明による調節装置を有する調節ループのブロック回路図を示す図面により 以下に本発明ならびにその実施例および利点を一層詳細に説明する。 通常の調節器１によりプロセス２に対する操作量ｙが形成される。プロセス２ で適当な測定変換器により制御量Ｘが検出され、この制御量は制御偏差ｘＤを形 成するため比較器３において指令量ｗから差し引かれる。この制御偏差ｘＤは再 び調節器１に供給され、またそれによって調節ループが閉じられる。調節器１は 下記の２つの形式で作動可能である。第一は、操作量ｙが調節器１の機能によっ てのみ制御偏差ｘＤに関係して決定される作動形式“調節”、また第二は、操作 量ｙが追跡入力端に与えられている量Ｎにより予め定められる作動形式“追跡” である。作動形式の切換のために、調節器１の切換入力端にかかる切換信号Ｓが 用いられる。両信号ＮおよびＳはファジィ調節器４により指令量ｗ、制御量ｘお よび別のプロセス量ｐから形成される。調節器１が１つの定常的動作点の周りの 狭い範囲内で作用している間に、ファジィ調節器４によりプロセス２の始動およ び停止の際のプラントオペレータの経験的な政策が実現される。それにより全自 動的な再現性のあるプロセス制御が達成される。 ファジィ調節器の設計はおよそ３つの段階に分けられ得る。即ち、入力／出力 量の定義、所属関数の決定による入力／出力量に対する言語学的値の定義、およ び所望の政策を実現するための言語学的値の使用のもとでの調節の定義である。 プラントオペレータの経験的な政策をファジィ調節器４において実現し得るため には、先ずプロセス量が求められ、それらの評価により手動干渉が必要なプロセ ス状態が認識され得なくてはならない。これらはファジィ調節器４に対する入力 量を成す。プロセス状態の評価のために、計算（たとえば微分、複数のプロセス 量の数学的論理演算、フィルタリング）により形成され得る量が重要であれば、 これらの計算は通常の前処理として実現され、またその結果がファジィ調節器に 入力量として供給される。プロセス２への干渉のための量は手動干渉が行われる 調節器により与えられている。これらの量はファジィ調節器４の出力量である。 その後にファジィ調節器４のすべての入力／出力量に対して、手動干渉が行われ るプロセス状態の認識を可能にする値範囲または操作量範囲がこれまでに行われ た手動制御に相応して分割され得る値範囲が求められる。これらの値範囲に言語 学的な概念、たとえば“小さい”、“中間的”または“大きい”が対応付けられ る。これまでに行われた経験的な政策が次いで、上の定義された入力／出力量お よび値範囲の使用のもとに、それぞれファジィ調節器４の入力量の値範囲に対す る言語学的概念がアンド演算またはオア演算により互いに演算される条件部分と 、プロセス２への所望の干渉が出力量の値範囲のおなじく言語学的記号の使用の もとに記述される帰結部分とから成っている調節の形態に記述される。これらの 値範囲は入力量のファジィ化または出力量のデファジィ化のために所属関数の形 態 で鋭くない集合として実行される。調節器１の作動形式を切換えるための切換信 号Ｓは、その値範囲が鋭い集合に相応する特殊な場合である。求められた経験的 な政策はファジィ調節の形態で調節機構のなかで実行される。 ファジィ調節から通常の調節への無衝撃の切換を保証するため、通常の調節器 １は切換の直後に最後にファジィ調節器４から予め与えられた量Ｎを追跡入力端 に操作量ｙとして受け入れる。ＰＩＤ調節器ではこのことは、調節器の積分部分 が、ｘＤの経過に相応して比例および微分部分だけ補正されて、量Ｎに適応させ られることにより達成され得る。通常の調節からファジィ調節への移行は、ファ ジィ調節器４において所属関数により決定される。衝撃のない切換がここで移行 範囲内の所属関数の最適化により行われ得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に非線形の時変性のプロセス（２）に対する調節装置であって、 −指令量（ｗ）と制御量（ｘ）との間の比較から操作量（ｙ）を求め得る第１の 調節器（１）、特に線形ＰＩＤ調節器と、 −第２の調節器（４）と を有する調節装置において、 −第１の調節器（１）が切換入力端を介して作動形式“追跡”と“調節”との間 を切換可能であり、その際に作動形式“追跡”では操作量（ｙ）が追跡入力端に 与えられ得る量（Ｎ）により予め決定可能であり、またその際に操作量（ｙ）が 作動形式“調節”への切換の際に第１の調節器（１）のパラメータに相応して、 操作量の跳躍が生じないように設定され、 −第２の調節器（４）の出力が第１の調節器（１）の追跡入力端に導かれており 、また −特定のプロセス状態において、第１の調節器（１）の切換入力端に導がれてお りその作動形式を決定する信号（Ｓ）を発生するための装置が存在している ことを特徴とする調節装置。 ２．不連続プロセスにおいて信号（Ｓ）が、第１の調節器（１）が準定常的な動 作点の付近で作動形式“調節”で、またプロセスの始動および停止の際には作動 形式“追跡”で作動させられるように発生されることを特徴とする請求項１記載 の調節装置。 ３．第２の調節器（４）がファジィ調節器であることを特徴とする請求項２記載 の調節装置。 ４．切換入力端に導かれる信号（Ｓ）がファジィ調節器（４）により発生される ことを特徴とする請求項３記載の調節装置。 ５．指令量（ｗ）および制御量（ｘ）とならんで別のプロセス量（ｐ）もファジ ィ調節器（４）に導かれていることを特徴とする請求項４記載の調節装置。