JPS61267103A

JPS61267103A - プラント・モデリング装置

Info

Publication number: JPS61267103A
Application number: JP60108318A
Authority: JP
Inventors: Minoru Iino; 穣飯野; Takashi Shigemasa; 隆重政
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1986-11-26
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPH0677212B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は、動特性の不明な制御対象の応答波形から、制
御系の設計、事前評価、制御対象の異常診断等に必要な
動特性モデルとして、伝達関数を断定するプラント・モ
デリング装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

プラントの制御系設計や数値的な試験、監視等には、プ
ラントの動特性を表わすモデル、例えば伝達関数が必要
である。従来、動特性の未知なプラントの応答波形情報
から、伝達関数を推定する装置は数々提案されていたが
、それぞれ適用限界を持っておりあらゆるプラントや環
境条件に対し通用するものはなかった。たとえば、デー
タに外乱し、雑音などが含まれる場合、ある程度の事前
知識から、外乱を取り除くデータの事前処理により推定
精度は向上するが、データの事前処理手続きまで含めた
、統一的な伝達関数推定装置は提案されていない。又、
推定の対象となるプラントに関し、構造などに関するあ
る程度の情報があらかじめわかっている場合も、その情
報を有効に用いるシステマチックな推定装置は提案され
ていない。

そのため、状況に応じて、人間が有効な手段を選択し、
発見的、試行錯誤的に作業を行なわねばならず作業者（
オペレータ）は高度な専門知識を必要とするうえ、多く
の時間、労力を費やさねばならなかった。　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ルよシ〔発明の目的〕　
　　　　　　　　　　　　　　　　定に不本発明は、前
記の問題点を解決するために、プ　　テ補閏ラントの応
答波形から伝達関数を推定および修正　　連関数、し、
あるいはその結果から再び応答波形データを　　　（２
）−冬正するための複数の手段を準備し、人間の判断　
　ｋ対ししよびデータベースに格納された一連のルール
群　　造、次による推論により、それらの手段を能率よ
く、か　　いは伝つ効果的て駆動することによって、あ
らゆるタイ　　Ｋ拘束プのプラント、状況に対し、短時
間に高い精度で　　　（３）伝未達関数を推定するプラ
ント・モデリング装置ヲル個々圀供することを目的とす
る。　　　　　　　　　　　　１つ１〔発明の概要〕　
　　　　　　　　　　　　　　　　　とにょ本発明は制
御対象とするプラントの応答波形か　　ケチ、ら、伝達
関数を推定する手段として以下の機能を　　推定、備え
ることにより、推定精度の向上、作業の高効　　づき、
率化を実現したものである。　　　　　　　　　　　機
能。

（１）プラントの応答波形データに、推定の精度低　　
　（４）こデータの妥当性を判定することによ）、推都
合なデータを削除し、代りとなるデータすることにより
、データを修正し、再び伝を推定し々おす機能。

度、応答波形データカλら推定した伝達関数、そのモー
メント系列を保存しながら、槽数を変形、むだ時間を抽
出する機能、ある連関数の部分構造をあらかじめ仮定し
た形した上で伝達関数の変形を行なう機能。

連関数の推定、修正、データの修正に関すの機能をそれ
ぞれ最小限の単位で独立させつに、コマンド（命令語）
を対応させるこシ、オペレータが各コマンドを入力する
だそれに対する機能を駆動でき、伝達関数の圓次元化、
補正等がオペレータの判断に基短時間で行なえるような
対話形モデル修正れらの機能を駆動させる手順をルール
とし関数の応答波形ともとのデータの比較よシ算出され
たモデルの評価あるいはオペレータの評価したモデル適
合度の評価点に基づいて新たなルールを生成し、データ
ベースにたくわえる学習機能と。

データベースに格納されたこれらのルールおよび推定対
象の構造に関する事前情報や推定手法の固有の特性に関
する知識に関するルールに基づいて一連の機能群をどの
ような順序、条件で駆動させるべきかを、これらのルー
ル群から推論し、オペレータに指示し、あるいは自動的
に駆動させる機能０〔発明の効果〕本発明により、次のような効果が生じる。

（１）推定の対象であるプラントの応答波形に関するデ
ータに、外乱や観測ノイズが含まれているとき、推定し
た伝達関数の応答波形ともとのデータの比較べより、異
常データを検知し、除去することにより、推定精度の劣
化を防ぐことができる。

（２）プラントの伝達関数を推定した後に、制御系の設
計忙都合の良い形に変形することができる。

（３）モデルの推定、修正に関する個々の機能が最小限
の単位で独立しているため、モジ為−ル性に富み、新た
な機能の付加によるシステムの変更が行ないやすい。

（４）各機能がコマンド形式で対話形で操作できるため
、モデリング作業が単時間に効率よくでき、しかも、人
間の判断を必要とする試行錯誤的な複雑な作業が行ない
やすい。

（５）ルールによるデータベースの推論に基づき、モデ
リングの最適な手順をオペレータに指示、あるいは自動
的にモデリングを行なうことができ、オペレータがモデ
リング〈関する専門的な知識を持たなくてもよい。

（６）常に、推定、修正の手順および、その結果得られ
た毫デルの評価から、新しいルールの生成無意味なルー
ルの削除等を行なうため、ルール・データベースの推論
機構が漸近的に最適なものになる０（７）オペレータの意図あるいは、データベースに格納
された知識、ルールによって、プラントの既知の構造情
報を含めたモデリングができるっ〔発明の実施例〕本発明の１つの実施例を第１図（ａ）　、　（ｂ）　Ｋ
示す。

本発明のプラント・モデリング装置ｐは、応答波形デー
タ取得部１．データ事前処理部４、次数決定部５、伝達
関数推定部６による一連の伝達関数推定機能群、ステッ
プ８乃至１１の伝達関数修正機能群、応答波形算出部１
２、推定モデル評価部１３１、これらの機能を管理する
推定・修正機能管理部７、オペレータとのインタフ□エ
イ哀を取るグラフィック−ディスプレイ端末１４、コン
ソール１５、およびデータベース１６処理手順推論部１
７、処理手順学習部１８よシ成る。

応答波形データ取得部１では、推定対象となるプラント
３又はそれが記録されたデータ・レコーダ２よシ応答波
形データを取り込み、一度、データベース１６に蓄える
。

データ事前処理部４では、応答波形データに以下の処理
をほどこし、以後の推定に都合のよ、い形に修正する。

（１）第２図（ａ）に示すようなプラント応答波形１９
のような連続信号データの場合、サンプリングにより、
エリアシングを生じないよう信号の高周波成分をしゃ断
する高周波しゃ断フィルタを通した後の第２図（ｂ）に
示すようなフィルタリングした応答波形加をサンプリン
グし、第２図（ｅ）に示すような応答波形のサンプリン
グ２１（ｙｌ、ｙ２・・・ＹＮ　）を得る。

（２）すでに一度伝達関数を推定した後で、再びこの事
前処理部が起動されたときは、推定された伝達関数の応
答波形を応答波形算出部１２にて求め、データと比較し
、以下のルールに従ってデータを修正する。

・ルール１；まず推定されたモデル（＝伝達関数）の応
答波形と、もとのデータを比較し、以下の量を求める。

（ただし、Ｙｉはもとのデータ、名は推定モデルの応答
波形サンプル値である。）もし、Ｎ個のデータのうち、８０個（０く鉋く１）読み
出し、グラフィックディスプレイ端末１４、コンソール
１５を通じてのオペレータとのインタフェイスを取るな
どの機能がある。

以下ステップ８〜１３は推定された伝達関数の修正・評
価にかかわる機能を持つ、極零点、消去・変更・追加機
能８；推定された伝達関数の極・零点の消去・変更・追
加などを、モーメント系列（９）式の低次側から有限個
を保存しながら行なう０Ｇ（Ｓ）　＝ｇｏ　＋　　ｇｘ
　Ｓ　＋　ｇ２ｓ２＋・・・　　・・・　（９）たとえ
ば、以下のような変形である。

（ｇＯ，ｇ１保存）（ｇＯ劃、保存）パラメータ変更機能９；伝達関数の定常ゲイン時間スケ
ール、むだ時間などを変更する。

１　　　　伝達関数低次元化機能１０；モーメント系列
（９）式を保存したまま任意の次数の分母・分子を持つ
伝達関数に変更する。すなわち、新たな分母・分子の次
数（ｎ’、ｍ’）に対し、次の連立−次方程式を解きａ
ｉ（ｉ＝ｌ　、２．・−、ｎ’　）、　ｂｉ　（ｉ＝Ｑ
、１　、２．・・・、ｍ’）を求める。

これより、低次元化された、次式の伝達関数を得ムダ時
間抽出機能ｌ】；与えられた伝達関数Ｑｓ）のモーメン
ト系列表現ＱＤ式をムダ時間要素；Ｃ−ｎ駐１−１ｌａ
＋１２−一１１３Ｓ３＋１１４３４・・・α力で割シ算
した結果のモーメント系列に基づいて、α１．α１式の
方法で再び伝達関数Ｑｓ）を求める。その結果、次式の
ようにムダ時間ｌを抽出す乞ことができる。

Ｇ（ｓ）　→ｅ　−”　Ｇ’　（ｓ）応答波形算出部１２；推定、修正後の伝達関数の応答波
形をルンゲ・クッタ＝ギル法で算出し、もとのデータ（
Ｙｌ　＋　ｙ２．・・・ＹＮ）　とともにグラフィック
ディスプレイ端末１４に表示する。

推定モデル評価部１３；推定された伝達関数の応答波形
のサンプルデータ（Ｙｉ）と、もとのデータ（Ｙｉ）を
比較し、以下のルールにより評価し、結果を端末に表示
、データベースに書き込む。

ルール１；推定モデルのもとの応答波形データへの適合
度を以下のパラメータで見る。

ルール２；もとの応答波形データにピークがある場合、
第１ピーク、第２ピークなどについてピーク値（極大値
）、ピーク時間を推定モデル応答波形と比較する。

ルール３；もとの応答波形データに撮動成分がある場合
振動周期、減衰比等を推定モデル応答波形と比較する。

ルール４；もとの応答波形データに逆応答があるとき、
その大きさを推定モデル応答波形と比較する。

ルール５；もとの応答波形データの定常ゲイン整定時間
と推定モデルのそれらとを比較する。

グラフィック・ディスプレイ肩末１４やコンソール１５
は、オペレータとのインタフェイスｔ−トる。

データベース１６には、プラント応答波形データ推定モ
デル、推定、修正の手順、モデル（り評価度などが時々
刻々と記録される。又、推定・修正に関するルール推定
対象であるプラントの構造、物理法則等に関するルール
が格納されている。

処理手順推論部１７では、オペレータの要求する処理に
対し、どのような手順が最適であるかをデータベース１
６に蓄えられたルール群に基づいて推論し、その結果に
従って、各機能を駆動あるいはオペレータに指示を与え
る。

処理手順学習部１２では、オペレータの操作によるモデ
リングの手順と、その結果得られたモデルの評価とから
、モデルの推定・修正に関するルールを生成し、データ
ベース１６に新しくたくわえる。

又、推論に用いられたルールに対し、その結果得られた
モデルの評価度から、その価値を判定し、価値指標が、
あるしきい値よシ小さいルールは、データベースから削
除する。

第３図に、沸騰水形原子炉（ＢＷＲ，）の再巡環ポンプ
スピード設定値から、炉心中性束までのステップ応答波
形をデータとしたときの、推定結果のモデルの応答波形
および、それを修正したモデルの応答波形を原データと
ともに示す。一度推定した伝達関数のモデル（第３図（ａ）　）　Ｋ対し、数々の修正を施
こすことによって、より精度のよい伝達関数のモデル（
第３図（ｂ））が得られたことがわかる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例として、プラント・モデリング
装置の一構成例を示したブロック図、第２図はプラント
応答波形のサンプリングの様子を示した曲線図、第３図
はＢＷＲの再巡環ポンプスピード設定値から、炉心中性
子束までのステップ応答データに基づき推定したモデル
と修正を加えたモデルの各応答波形を示す曲線図である
。１・・・応答波形データ取得部、２・・・データ・レコーダ、３・・・推定対象のプラント、４・・・データ事前処理部、５・・・次数決定部、６・
・・伝達関数推定部、７・・・推定・修正機能管理部、
８・・・極・零点消去・変更・追加機能、９・・・パラ
メータ変更機能、１０・・・伝達関数低次元化機能、１１・・・ムダ時間抽出機能、氏・・・応答波形算出部
、１３・・・推定モデル評価部、１４・・・グラフィック・ディスプレイ端末、１５・１
・・コンソール、１６・・・データベース、１７・・・
処理手順推論部、１８・・・処理手順学習部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）制御対象とするプラントの既知の操作信号に対す
る応答波形データを取り込むデータ取得部と、データに
対し、サンプリング、フィルタリング、部分削除および
補間の処理を行なうデータ補正部と、このデータ補正部
で補正を受けた応答波形のサンプルデータに基づく、次
数の決定機能と伝達関数推定機能を持つモデル推定部と
、このモデル推定部で推定された伝達関数を修正するモ
デル修正部と、このモデル修正部で修正された伝達関数
を記録・再生する記憶装置と、前記伝達関数およびその
応答波形を表示する表示装置と、前記推定結果を記録・
再生する記憶装置と、作業指示を取り込むコンソール端
末とを備えた、プラント・モデリング装置において、伝
達関数を推定、修正する個々の機能を、最小の単位で互
いに独立させて持ち、それぞれの機能に命湊語を対応さ
せ、作業指示で入力した命令語に対応する機能を即座に
起動させ実行させることを特徴とするプラント・モデリ
ング装置。
（２）推定した伝達関数を修正するにあたり、その伝達
関数の低次から有限個のモーメント系列を保存したまま
、伝達関数の一部あるいは全体の構造パラメータを追加
、変更、削除する機能と、同じく、低次から有限個のモ
ーメント系列を保存しながら、伝達関数を低次元化する
機能と、同じく、低次から有限個のモーメント系列を保
存しながら伝達関数からムダ時間を抽出する機能と、推
定のもととなるデータに応答波形を合わせるべく、伝達
関数の定常ゲイン、時間スケール、ムダ時間、係数を微
調整する機能とを合わせ持つことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のプラント・モデリング装置。
（３）プラント応答波形データより、一度伝達関数を推
定し、その応登波形ともとのデータを比較することによ
り、異常データの削除、補間によるデータ修正を行ない
、修正されたデータに対し、改めて伝達関数の推定をや
りなおす機能を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のプラント・モデリング装置。
（４）伝達関数の推定、修正、データの修正にかかわる
個々の機能の使用順序、使用条件に関する情報をルール
として生成し、データベースに蓄え、あるいはデータベ
ースから不用なルールを削除する処理手順学習機能と、
データベースに格納された、それらのルール群および、
推定の対象するプラントに関する既知の情報、伝達関数
の推定に関する普■的な規則に関するルール群より、伝
達関数の推定、修正、データの修正に関する最適な手順
を推論して、伝達関数を推定する処理手順推論機能とを
持つことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラ
ント・モデリング装置。