JPS6314202A - プラント制御方法 - 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〕 本発明は鉄鋼圧延などのプラント制御に係り、特に制御
対象のパラメータの急変に対しても同定制御可能な制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の制御方法としてパ自動制御ハンドブック基礎編」
　（社）自動制御学会列（１９８３）第７０２頁から第
７０３頁、および第７２３頁から第７３０頁において論
じられているセルフチューニングレギュレータ（ＳＴＲ
と略称する。）が提案されている。本発明の実施例を第
１図に示すが、従来制御方法との相違点を明らかにする
ため、以下従来技術を説明する。第２図に・セルフチュ
ーニングレギュレータの１例を示す０本方法は、制御対
象１から出力２と入力が、同定機構３に入力され１．該
同定機構３の出力は設計計算機構４に入力され、該設計
計算機構４の演算結果は、制御装置５°のパラメータ変
更指令となる。

上記制御装置５には、上記出力２の目標値γと、上記出
力２がフィードバック量として入力され、上記制御対象
１の出力２を目標値へ近付けるような制御対象１の入力
信号を、前記制御装置５が出力する。

このような構成にすると、ターボ発電機の電圧制御等の
一人力−出力系では制御可能であるが、鉄鋼の圧延機の
ように、圧下装置入力、速度指令入力等複数の入力を持
つ装置が複数台直列に接続され、全体の装置を制御して
、例えば一定の板厚を得るような多入力・多出力系では
適用できなかった６また、各サンプリング毎に計算を行
なうと、処理能力の関係から、同定できる制御対象のパ
ラメータの数が少なく、前記複数台の直列圧延機のよう
にパラメータが多い制御系には対応できなくなる問題点
が有った。

さらに、圧延機の場合、被圧延鋼材の溶接点が通過した
場合、制御対象のパラメータが急変する上記構成法では
、現在から、一定時間前の制御対象１への入出力関係で
パラメータを同定するため追従できないといった問題点
が存在した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、多入力多出力系、サンプリング時間と
制御対象の関係及び、パラメータ急変に対する配慮がな
されておらず、出力偏差が増大する問題があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決する制御方法を提供
することにある。

〔問題点を解決するため手段〕

上記目的は、制御対象のパラメータを複数の入力、出力
から同定し、最適設計を行い、制御装置をオンラインで
実現することにより達成される。

〔作用〕

多入力と多出力の関係からパラメータを変化させる制御
系で、急速なバラ・メータ変化に対し、予め記憶してお
いたパラメータを用い、ゆっくり変化するパラメータに
対しては、最新の同定結果７のパラメータを使用できる
ので、高精度の制御が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。制御
対象１との可ａｍ状態量ｙ（ｍＸ１のベクトル）及び入
力ｕ（Ｑ×１のベクトル）はデータ収集制御機構６へ入
力され、前記データ収集機構６ではタイミング制御機構
７の制御信号８によって前記可ｗＡ測状態量ｙと入力Ｕ
からのデータ収集タイミングと同定機構３へのデータｑ
の送出タイミングが調整され、前記同定機構３は前記タ
イミング制御機構７の制御信号１０により同定結果であ
るデータＶを設計計算機構４へ出力し、前記設計計算機
構４は前記タイミング制御機構７の制御信号１２と前記
データを受は設計理論に従って制御装置の構成及びパラ
ータを決定して、出力データυとしてパラメータ制御・
記憶機構１３へ出力され、前記パラメータ制御・記憶部
は、前記データＷを前記タイミング制御機構部の制御信
号１４、前記入力信号Ｕ、前記可観測信号ｙの関係から
制御装置５のパラメータを変更し、前記制御装置１５は
、基準入力信号ｒと前記可観測状態ｙ及び、前記タイミ
ング制御機構７からの制御信号１６を用い、制御対象１
への入力Ｕを決定する。

前記データ収集制御機構６の役割は、従来のＳＴＲ系は
サンプリング周期毎に第１図に示した各種演算を行なう
が、鉄鋼プラント等では、前記制御装置５．制御対象１
のサンプリング周期は、制御性能を向上させるため短い
周期であり、各サンプリング周期毎にパラメータを計算
することが困難なため前記各サンプリング毎に、制御対
象１への入力Ｕ、可観測状態ｙを求め、これらデータを
収集し、蓄積するとともに、前記同定機構９の動作する
タイミングになると、データｑを出力する。

なお、前記データ収集機構６では収集したデータに統計
的処理を加え、データｑの情報量を圧縮することも可能
である。

前記同定機構３の動作を次に説明する。制御対象１は説
明の都合上離散値系とするが、連続系でも同様に行うこ
とができる。

制御対象のモデルは ｘ（ｋ＋１）＝Φ（ｋ）ｘ（ｋ）＋Ｔ’（ｋ）ｕ（ｋ）
・・・・・・（１） ｙ（ｋ　＋　１　）＝Ｃ（ｋ）ｘ（ｋ）＋Ｄ（ｋ）ｕ（
ｋ）・・・・・・（２） で表わす。

話を簡単にするため、係数行列Φ（ｋ）、ｒ（ｋ）。

Ｃ（ｋ）、Ｄ（ｋ）は定係数系とする。（１）、（２）
式は ｙ（ｋ）＝Ｃｘ（ｋ）＋Ｄｕ（ｋ）　　　　　−・＝（
４）となる。

第１にＣが完全観測でＣ＝Ｉであるとし。

Ｄ＝Ｏとすると（３）式は 両辺に（ｘ”（ｋ）ｕ（ｋ））　　を掛けてに＝１から
Ｎまで加算すると、 Σｘ　（ｋ　＋　１　）　ＣｘＴ（ｋ　）ｕＴ（ｋ　）
）ｋ＝１ となる。

ここでＣが完全可観測でない場合、相良、秋月。

中溝９片山著「システム同定」２社財法人計測制御学会
刊（昭和５８年発行）２２２頁より２３６頁に述べられ
ているように、Ｃの階数が既知のときは ｎ　−＝　ｎ　−ｒａｎ　ｋ　（Ｃ）＋　１とすると以
下の式が成立する。

Ｓ〔γｎ＊（ｋ＋１）、γ。拳（ｋ　＋　２）、・　、
γｌｌ＊（ｋ＋ｎ＋γ。傘）〕・・・・・・（６） のように表わされる。

（６）式のに＝１からＮ迄の和をと３と（７）式となる
。

ｋ＝１　　　　　　　　　　　　　ｋ＝１・・・・・・
（７） 但し。

・・・・・・（８） ｋ＝１ で〔Φ、Ｒ）が−意に決まる。

次に、次数ｎと選択行列を決定する手順を第３図に示す
。

即ち、ステップ１０１は一百−Ｉを求める処理、ステッ
プ１０２はＢＮψの最小次元を求める処理、ステップ１
０３は選択行列Ｓを求める処理、ステップ１０４は〔Φ
、Ｒ）を求めるステップ、ステップ１０４は上記〔Φ、
Ｒ）がらｒを求める処理である。

一方Φが求まれば、（５）式よりＣが求まる。

対象の可制御標準形は、第３図となる。

以上の（３）式から（１０）式を用い、入力し。

可観測状態ｙで、第３図に示す（１）式の各パラメータ
を求めるのが同定機構の機能である。

設計計算機構１１を最適レギュレータ問題を例に説明す
る、最適レギュレータの評価関数を・・・・・・（１１
） を考える。これは、設計計算機構１１へ外部から設定す
るか、設計計算機１１の定数として設定しておく、ここ
でＱとＲが正定値対称行列である。

この場合、Ｒｉｃｃａｔｉの代数方程式％式％ は唯一の正定値称行列解Ｐを持ち、評価関数Ｊ　（ｕ）
を最小にする最適人力ｕｏ（ｋ）は ｕｏ（ｋ）＝Ｋｘ（ｋ）　　　　　　　　　−・＝（１
３）但し、 Ｋ＝−（ｒＴＰＴ’＋Ｒ）−”ｒＰｏ　　　　　−−−
−−・（１４）である。

Ｒｉｃｃａｔｉの代数方程式の解法は、伊藤、木村。

細江著、「線形制御系の設計理論」社団法人、計測制御
学会列（１９７８年）第９７頁から第１０３頁に記載方
法を実施する事で求められる。

設計計算機構１１で求めたフィードバック量Ｋを用い、
積分型最適レギュレータを構成したのが第４図である。

即ち、設計計算機構１２は、設計手法として積分型最適
レギュレータを選んだ場合には、第４図のパラメータに
とＫｆ　、合せてパラメータ群を求める処理である。

求めたパラメータＷは入力Ｕ、出力ｙと一諸にバラメタ
ータ制御記憶機構１３に格納される。

パラメータ制御・記憶機構１３の構成を第５図に示す。

タイミング制御信号７からの信号１６、パラメータＷ、
入力信号Ｕ、出力信号ｙは、パラメータ制御・記憶機構
１３の制御機構２０へ入力される。

制御機構２０は、信号１６で、パラメータＷをパラメー
タ記憶部２１に記憶させるか、上記記憶部２１に記憶し
たパラメータを、前記制御装置１５へ格納し、制御シス
テムを構成するかを決定する。

前記パラメータ記憶部２１に格納されたパラメータに、
Ｋｌは制御機構２１から出力制御部２２を介して、制御
装置１５へ出力されるが、この時使用されたパラメータ
の使用頻度部２３を更新する。

前記使用頻度部２３はパラメータ記憶部２１の使用状況
をモニタする機構を設ける。

前記記憶機構１３の制御機構２ｏは、制御対象１の入力
Ｕと出力ｙの組合せから第５図に示す制御パラメータに
、ＫＩ　を求める。ところが必ずしも同定結果を、入力
Ｕ、出力ｙの組合せが一致するとは限らない。そこで、
一致しない場合、例えば最小２乗法で Σ（ｕ−ｕ、）ｚ＋Σ（ｙ−ｙｔ）”＝ｍｉｎ　　−（
１５）入力と出力の偏差が最小になるパラメータ群Ｋ。

Ｋｒ　を選択する。この場合、厳密なパラメータは選択
できないが、最適制御がパラメータ誤差をカハーシて、
目的とする結果を得る。

以上述べた構成を基に、制御対象として第６図に示す圧
延機を考える。

ロール５０．５１は入力板厚Ｈ＋ΔＨを圧延し、出力板
厚ｈ＋Δｈとする。この時ロール５０゜５１のギャップ
は圧下装置５２によって制御されその圧下装置５２は、
間隔指令Ｓｐ＋ΔＳｐに従って動作する。ロール５０．
５１は電動機５３によって回転し、電動機５３は速度制
御装置５４によって速度を制御され、速度制御装置５４
は速度指令ｖｐ＋Δｖｐに従って動作する。

ここで、定常状態を考え、微小変動モデルを作成したの
が第７図である。

第７図の状態方程式は ・・・・・・（１６） とする。

ここで、簡単のため、離散化し、各マトリックスの係数
を１と仮定し、ΔＨの影響項を除くと・・・・・・（１
８） とする。

システムの初期値ｘ（０）＝　（ＯＯ′３”として入力
系列に＝ｏ、１，２．・・・、５に対し・・・・・・（
２０） とすると、出力は となる。

・・・・・・（２３） （３，２）式に上式を代入すると ・・・・・・（２４） 〔Φ、ｒ〕について整理し、樟準変換を行うと、となる
。その結果システムのパラメータが求まる。

すなわち、圧延機に入力される鋼種の変更等により、バ
ネ定数の変化により伝達関数のゲインや時定数が変化し
ても、上記の手続きを踏むとパラメータが求められる。

また、圧延理論式を非線形であり、動作点が変化すると
パラメータが大巾に変動する。従来は制御ゲインを太き
（取りパラメータ変動を吸収していたが、変動に対する
余裕が少なくなる欠点があったが、パラメータを正確に
選べるため、ゲインを大きく取ると余裕が増え、ロバス
ト性が大きくなる。

このようにして、制御系のパラメータを同定した後は、
フィードバック定数を決定するが、前述の文献「線形制
御系の設計理論」に詳述されているので詳細手順は省略
するが、前述のパラメータに対応したフィードバック係
数が求められる。さて、入力と出力の関係が与えられた
時に、対応するフィードバック係数が求められていない
事も有る。この場合、類似の入出力関係が有れば、それ
に対応するパラメータから大巾にはずれる事が少ないの
で、最も近い入出力関係のパラメータを活用する事が可
能である。

このような構成にすると、制御対象１のパラメータ変動
（例えば圧延装置では圧延材の溶接点の通過に起因）に
対し、データ収集機構６、同定機構９を介し、制御対象
のパラメータが同定され、設計計算機構１１で計算され
たパラメータがパラメータ制御記憶機構に格納される。

これらの処理の時間間隔は、必要とされる精度が得られ
、かつ計算機の処理時間能力から設定される。

一方、制御装置１５は制御対象１を正確に制御するため
に、できる丈短い時間間隔で制御するのが望ましい。

これらから、同定には長時間周期の、制御には短時間周
期の時間系列を持って同定制御を行う。

また、制御対象１のパラメータ変動に対してはパラメー
タ制御・記憶機構１３から入力Ｕと出力ｙの関係から制
御装置１５のパラメータが取出せ機構になっているため
、即応性が良く、かつ、統計的処理がなされているため
、不要となったパラメータを捨去る事が可能となる。

その結果、制御対象が各種の要因で変化しても最適な制
御が可能となった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多入力、多出力の制御対象に対し、オ
ンラインでパラメータを同定し、制御定数を変更するこ
とができるので、無調整で制御システムを運用できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御方法の構成図、第２図
は従来の制御方法の一例、第３図は制御対象の数式表現
の一例、第４図は第２図の制御装置と制御対象の具体例
、第５図は第２図の制御記憶機構の一例、第６図は圧延
機の概略図、第７図は第６図の伝達関数を示した一例で
ある。 １・・・制御対象、７・・・タイミング制御機構、３・
・・同定機構、４・・・設計計算機構、１３・・・パラ
メータ制御・記憶機構、５・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御対象プラントの複数の状態量を検出し、該制御
   対象へ数の制御出力を出力して制御をおこなう多入力多
   出力のプラント制御方法において、該制御対象における
   入出力の関係から該制御対象のパラメータを同定し、該
   同定されたパラメータを用いて該制御対象を制御するた
   めの制御装置のパラメータを計算により決定し、該パラ
   メータをオンラインで変更決定することを特徴とするプ
   ラント制御方法。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載において、該制御対
   象を制御するための制御装置の計算で求められたパラメ
   ータを複数のパラメータを記憶し、該制御対象の入出力
   関係に基づいて該記憶されているパラメータの中から選
   択し、当該制御装置のパラメータとして用いることを特
   徴とするプラント制御方法。 ３、特許請求範囲第２項において、前記パラメータを記
   憶する書込む周期と、読出し、あるいは前記制御装置の
   パラメータを変更する周期が異なることを特徴とするプ
   ラント制御方法。 ４、特許請求範囲第２項において、前記パラメータの選
   択使用頻度を計測し、前記パラメータを管理することを
   特徴とするプラント制御方法。 ５、特許請求範囲第２項に於いて、制御パラメータ利用
   をする時点に於ける、入出力関係がそれ以前に決定され
   ていない場合、既知の入出力関係に類似のデータを制御
   パラメータとするプラント制御方法。 ６、特許請求範囲第５項に於いて、既知の入出力関係と
   、制御パラメータを利用する時点での入出力関係の対応
   する入出力の偏差を最小にする制御パラメータを選択す
   るプラント制御方法。 ７、特許請求範囲第１項に於いて、前記、入出力関係を
   収集し、記憶手段を設ける事により、入出力関係を求め
   る時間と、パラメータを利用するタイミングを変更可能
   とするプラント制御方式。