JP2004265381A - プロセス制御システム・オプティマイザにおける制約および限界の実現可能性への対応 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】最適化ルーチンは、ペナルティを課されたスラック変数を使用し、または該ペナルティ変数の使用と併せて制約モデルの再定義を行って新たな目的関数を作成し、該新たな目的関数を用いて当初の制約限界を最も満足させる制御解を決定する。
【選択図】 図2
Description
設定点がHLで定義されるかまたは最大値が選択される場合、Pj=1
補助変数AVに関する構成情報が入力されないと仮定すると、補助変数AVについてはすべてPj=0である。同様に操作変数MVについても、Cj値は好ましい操作変数目標MVTが定義されるかどうかによって異なる。好ましい操作目標MVTが定義される場合は次のようになる。
MVTがLLまたは最小値が選択される場合、Cj=-1
MVTが定義されない場合、Cj=0
所望する場合は、オプティマイザ54をMPCコントローラ52と併せて使用する選択は調整可能であり、それによって最適化の度合いを提供することができる。この機能を実行するために、コントローラ52で用いられる操作変数MVの変更は、MPCコントローラ52とオプティマイザ54によって決定される操作変数MVの変更に様々なウエイトをかけることによって、行うことができる。このような操作変数MVのウエイトの組み合わせは、ここでは有効MV(MVeff)と称する。有効MVeffは次のように決定することができる。
CVLL' = CVHL-D
ここで、解が当初の限界と同一になるのを避けるには、D=1-3%である。
CVHL' = CVLL+D
当然、操作変数MVおよび補助変数AV等の他のプロセス変数についても同様の限界が定義できる。
を適用し、優先順位の最も低い侵害された制約(ri最大値)から優先順位の最も高い侵害された制約へと順次適用すべきである。実際的な目的のためには、有効ペナルティベクトルは正規化してもよい。可能な正規化技術の1つとして、すべてのベクトル要素を最大要素で割り、100を掛ける方法がある。
11 プロセスコントローラ
12 データヒストリアン
13 ワークステーション、コンピュータ、ユーザインタフェース
14 ディスプレイスクリーン
26、28 入力/出力(I/O)カード
29 通信ネットワーク
15〜22 フィールドデバイス
32、34 ルーチン
36 制御ループ
38 高度制御ブロック
40 高度制御ブロック生成ルーチン
42 制御ブロック生成ルーチン
44 プロセスモデル化ルーチン
46 制御論理パラメータ作成ルーチン
48 オプチマイザルーチン
50 プロセス
52 MPCコントローラ
54 オプチマイザ
55 目標変換ブロック
56 ステップ応答モデルまたは制御行列
58 入力処理/フィルタブロック
62 選択ブロック
64 目的関数
66、76 入力
70 制御予測プロセスモデル
72 出力
74、84 ベクトル加算器
80 制御目標ブロック
82 軌跡フィルタ
90 フローチャート
101 傾向プロット領域
102 プロット
104 モード
106 設定時間
112、114 ライン
116 モデル作成ボタン
200 表示スクリーン
204、208 区域
212、216 列
220 ゲイン
224 デッドタイム
228 利用可能変数の列
232a 追加ボタン
232b 取り除きボタン
236 戻るボタン
Claims (53)
- プロセス制御方法であって、
目的関数を用いて1組の目標値を定義する解を作成するオプティマイザを走行させるステップと、
1組のプロセス変数制約に関して前記解が実現可能か否かを決定するステップであって、
前記解が実現不可能な場合は、
(1)少なくとも1つのプロセス変数のプロセス変数制約を再定義して前記1つのプロセス変数に関する新たなプロセス変数制約の上限および下限を定義し、
(2)前記1つのプロセス変数の前記目的関数にペナルティ変数を追加することにより新たな目的関数を作成し、該ペナルティ変数は、前記1つのプロセス変数が前記1つのプロセス変数の新たなプロセス変数制約限界の1つと相違する量に基づくものであり、
(3)前記新たな目的関数で前記オプティマイザを再走行させ、前記1つのプロセス変数の前記新たなプロセス変数制約限界で、1組の新たな目標値を定義する新たな解を作成する、ステップと、
コントローラに前記目標値または前記新たな目標値を提供するステップと、
前記目標値または前記新たな目標値を用いて前記コントローラを走行させて前記プロセスを制御するための1組の制御信号を作成するステップとを含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記目的関数に1組のスラック変数を提供し、少なくとも1つの前記プロセス変数に関するペナルティを、該少なくとも1つのプロセス変数が関連する制約を侵害する量に基づいて定義するステップを更に含む方法。
- 請求項2に記載の方法であって、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内でユニットコスト変数よりもはるかに大きい、前記1組のスラック変数と関連するユニットペナルティを設定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記目的関数に1組のスラック変数を提供し、少なくとも1つの前記プロセス変数に関するペナルティを、該少なくとも1つのプロセス変数が理想休止値と相違する量に基づいて定義するステップを更に含む方法。
- 請求項4に記載の方法であって、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内のユニットコスト変数よりもはるかに大きい、前記1組のスラック変数と関連するユニットペナルティを設定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記目的関数に1組のスラック変数を提供し、少なくとも1つの前記プロセス変数に関するペナルティを、該少なくとも1つのプロセス変数が設定点と相違する量に基づいて定義するステップを更に含む方法。
- 請求項6に記載の方法であって、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内のユニットコスト変数よるもはるかに大きい、前記1組のスラック変数と関連するユニットペナルティを設定するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法であって、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内の1つまたは複数のユニットコスト変数よりもはるかに大きい、前記ペナルティ変数のユニットペナルティを提供するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法であって、経済的コストを定義する前記目的関数内のあらゆる前記ユニットコスト変数よりも大きい前記ペナルティ変数のユニットペナルティを提供するステップを含む方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記コントローラを走行させるステップに多入力/多出力コントローラの走行を含む方法。
- 請求項10に記載の方法であって、前記多入力/多出力コントローラを走行させるステップにモデル予測制御タイプのコントローラの走行を含む方法。
- プロセス制御に用いるプロセッサで実行されるよう適合されたシステムであって、
コンピュータ読取り可能媒体と、
前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、目的関数を用いて1組の目標値を定義する解を作成するために前記プロセッサ上で実行されるよう適合された、オプティマイザ・ルーチンと、
前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、1組みのプロセス変数制約に対して前記解が実現可能か否かを判断するために前記プロセッサ上で実行されるよう適合された、実現可能性対応ルーチンであって、前記解が実現不可能な場合は、
少なくとも1つのプロセス変数のプロセス変数制約を再定義し、該1つのプロセス変数の新たなプロセス変数制約の上限および下限を定義し、
前記1つのプロセス変数のペナルティ変数を前記目的関数に追加することにより新たな目的関数を作成し、該ペナルティ変数は、前記1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数の前記新たなプロセス変数制約限界の1つと相違する量に基づいて、前記目的関数にペナルティを課し、
前記新たな目的関数で前記オプティマイザ・ルーチンを再走行させ、前記1つのプロセス変数の前記新たなプロセス変数制約限界を伴う1組の新たな目標値を定義する新たな解を作成する、実現可能性対応ルーチンと、
前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、前記目標値または前記新たな目標値を用いて前記プロセスを制御するための1組の制御信号を作成するために前記プロセッサ上で実行されるよう適合された、コントローラ・ルーチンと、を備えるシステム。 - 請求項12に記載のシステムであって、前記目的関数は、少なくとも1つの前記プロセス変数のペナルティを、該少なくとも1つのプロセス変数が関連する制約を侵害する量に基づいて定義する、1組のスラック関数を含むシステム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記目的関数は、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内のユニットコスト変数よりもはるかに大きい、前記1組のスラック変数に関連するユニットペナルティを含む、システム。
- 請求項12に記載のシステムであって、前記目的関数は、少なくとも1つの前記プロセス変数のペナルティを、該少なくとも1つのプロセス変数が理想休止値と相違する量に基づいて定義する1組のスラック変数を含む、システム。
- 請求項15に記載のシステムであって、前記目的関数は、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内のユニットコスト変数よりもはるかに大きい、前記1組のスラック変数に関連するユニットペナルティを含む、システム。
- 請求項12に記載のシステムであって、前記目的関数は、少なくとも1つの前記プロセス変数のペナルティを、該少なくとも1つのプロセス変数が設定点と相違する量に基づいて定義する1組のスラック変数を含む、システム。
- 請求項17に記載のシステムであって、前記目的関数は、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内のユニットコスト変数よりもはるかに大きい、前記1組のスラック変数に関連するユニットペナルティを含む、システム。
- 請求項12に記載のシステムであって、前記目的関数は、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内の1つまたは複数のユニットコスト変数よりもはるかに大きい前記ペナルティ変数のユニットペナルティを含む、システム。
- 請求項12に記載のシステムであって、前記目的関数は、経済的コストを定義する前記目的関数内のあらゆるユニットコスト変数よりも大きい前記ペナルティ変数のユニットペナルティを含む、システム。
- 請求項12に記載のシステムであって、前記コントローラルーチンは多入力/多出力コントローラルーチンを含む、システム。
- 請求項21に記載のシステムであって、前記多入力/多出力コントローラルーチンは、モデル予測制御タイプのコントローラルーチンを含む、システム。
- プロセス制御方法であって、
1組のプロセス変数の各々と関連する少なくとも1つの制約を定義するステップと、
前記プロセス変数と関連する1つまたは複数の経済的ユニットコストと、1つの前記プロセス変数の前記制約を侵害する前記1つのプロセス変数と関連するペナルティ変数とを含む、目的関数を定義するステップであって、前記ペナルティ変数は前記各経済的ユニットコストよりも大きいユニットペナルティを有する、ステップと、
前記目的関数を用いて前記プロセス制御に用いる1組のプロセス制御信号を作成するステップと、を含む方法。 - 請求項23に記載の方法であって、前記少なくとも1つの制約を定義するステップは、前記1つのプロセス変数と関連する1組の範囲限界を定義するステップを含む、方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記少なくとも1つの制約を定義するステップは、前記1つのプロセス変数と関連する設定点を定義するステップを含む、方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記少なくとも1つの制約を定義するステップは、前記1つのプロセス変数と関連する理想休止値を定義するステップを含む、方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記少なくとも1つの制約を定義するステップは、前記1つのプロセス変数と関連する第1の組の範囲限界と、前記1つのプロセス変数と関連する第2の組の範囲限界とを定義するステップを含み、目的関数を定義するステップは、前記第1の組の範囲限界の侵害に関連する第1のペナルティ変数と、前記第2の組の範囲限界の侵害に関連する第2のペナルティ変数とを定義するステップを含み、前記第1のペナルティ変数と関連する第1のユニットペナルティは前記第2のペナルティ変数と関連する第2のユニットペナルティよりも小さい、方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記少なくとも1つの制約を定義するステップは、前記1つのプロセス変数と関連する第1の値と、前記1つのプロセス変数と関連する1組の範囲限界とを定義するステップを含み、目的関数を定義するステップは、前記第1の値と相違する前記1つのプロセス変数と関連する第1のペナルティ変数と、前記1組の範囲限界を侵害する前記1つのプロセス変数と関連する第2のペナルティ変数とを定義するステップを含み、前記第1のペナルティ変数と関連する第1のユニットペナルティは前記第2のペナルティ変数と関連する第2のユニットペナルティよりも小さい、方法。
- 請求項28に記載の方法であって、前記第1の値は設定点である方法。
- 請求項28に記載の方法であって、前記第1の値は理想休止値である方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記目的関数を用いて、前記プロセス変数の1つが該プロセス変数の前記制約を侵害することが予測される期間水平線に渡って最適な1組の制御信号を作成するステップを含む、方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数と関連する前記制約を侵害すると予想される場合を検出し、該1つのプロセス変数の前記制約を再定義し、前記目的関数を再定義し、前記1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数と関連する前記制約に侵害すると予想される場合に前記再定義した目的関数を用いて前記1組のプロセス制御信号を決定するステップを含む、方法。
- 請求項32に記載の方法であって、前記目的関数を再定義するステップは、前記1つのプロセス変数の前記目的関数に更なるペナルティ変数を追加するステップを含み、前記更なるペナルティ変数は、前記1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数に関する前記再定義された制約と相違する量に基づいて、前記目的関数にペナルティを課す、方法。
- 請求項33に記載の方法であって、前記更なるペナルティ変数を追加するステップは、1つまたは複数の経済的コストを定義する前記目的関数内の前記経済的ユニットコストよりも大きい、前記更なるペナルティ変数と関連する更なるユニットペナルティの設定を含む、方法。
- 請求項33に記載の方法であって、前記更なるペナルティ変数を追加するステップは、前記目的関数内の前記ペナルティ変数と関連する前記ユニットペナルティよりも大きい前記更なるペナルティ変数と関連する、更なるユニットペナルティを設定するステップを含む、方法。
- 請求項33に記載の方法であって、前記更なるペナルティ変数を追加するステップは、前記目的関数内の前記ペナルティ変数と関連する前記ユニットペナルティよりもはるかに大きい、前記更なるペナルティ変数と関連する更なるユニットペナルティを設定するステップを含む、方法。
- プロセスを制御するプロセッサに用いられるシステムであって、
コンピュータ読取り可能媒体と、
前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、1組のプロセス変数の各々と関連する少なくとも1つの制約を記憶するために前記プロセッサで実行されるよう適合された、第1のルーチンと、
前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、前記プロセス変数と関連する1つまたは複数の経済的ユニットコストと、前記1つのプロセス変数の制約を侵害する前記少なくとも1つの前記プロセス変数と関連するペナルティ変数とを定義する目的関数を記憶するために、前記プロセッサで実行されるよう適合された、第2のルーチンと、
前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、前記目的関数を用いて前記プロセスの制御に使用する1組のプロセス制御信号を作成するために前記プロセッサで実行されるよう適合された、第3のルーチンと、を含むシステム。 - 請求項37に記載のシステムであって、前記1つのプロセス変数の前記少なくとも1つの制約は、前記1つのプロセス変数と関連する1組の範囲限界を含む、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記1つのプロセス変数の前記少なくとも1つの制約は、前記1つのプロセス変数と関連する設定点を含む、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記1つのプロセス変数の前記少なくとも1つの制約は、前記1つのプロセス変数に関連する理想休止値を含む、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記1つのプロセス変数の前記少なくとも1つの制約は、前記1つのプロセス変数と関連する第1の組の範囲限界と、前記1つのプロセス変数と関連する第2の組の範囲限界とを含み、前記目的関数は、前記第1の組の範囲限界に関連する第1のペナルティ変数と、前記第2の組の範囲限界に関連する第2のペナルティ変数とを含み、前記第1のペナルティ変数と関連する第1のユニットペナルティは前記第2のペナルティ変数と関連する第2のユニットペナルティよりも小さい、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記1つのプロセス変数の前記少なくとも1つの制約は、該1つのプロセス変数と関連する第1の値と、該1つのプロセス変数と関連する1組の範囲限界とを含み、前記目的関数は、前記第1の値と相違する該1つのプロセス変数と関連する第1のペナルティ変数と、前記1組の範囲限界を侵害する前記1つのプロセス変数と関連する第2のペナルティ変数とを含み、前記第1のペナルティ変数と関連する第1のユニットペナルティは前記第2のペナルティ変数と関連する第2のユニットペナルティよりも小さい、システム。
- 請求項42に記載のシステムであって、前記第1の値は設定点であるシステム。
- 請求項42に記載のシステムであって、前記第1の値は理想休止値であるシステム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記第3のルーチンは、前記目的関数を用いて、前記1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数の前記制約を侵害すると予測される期間水平線に渡って最適な1組のプロセス制御信号を作成するよう適合された、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記コンピュータ読取り可能媒体に記憶され、プロセッサ上で行われるよう適合された第4のルーチンを含み、1つの前記プロセス変数が該1つのプロセス変数と関連する前記制約を侵害すると予想される場合を検出して該1つのプロセス変数の制約を再定義し、前記目的関数を再定義して、該1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数と関連する前記制約を侵害すると予想される場合に、前記第3のルーチンに前記再定義した目的関数を用いて前記1組のプロセス制御信号を決定させる、システム。
- 請求項46に記載のシステムであって、前記第4のルーチンは、前記1つのプロセス変数に関する前記目的関数に更なるペナルティ変数を追加することによって前記目的関数を再定義するよう適合され、前記更なるペナルティ変数は、前記1つのプロセス変数が該1つのプロセス変数に関する前記再定義された制約と相違する量に基づいて前記目的関数にペナルティを課す、システム。
- 請求項47に記載のシステムであって、前記第4のルーチンは、前記目的関数内の前記経済的ユニットコストよりも大きい前記更なるペナルティ変数と関連する、更なるユニットペナルティを設定するよう適合された、システム。
- 請求項47に記載のシステムであって、前記第4のルーチンは、前記目的関数内の前記ペナルティ変数と関連する前記ユニットペナルティよりも大きい前記更なるペナルティ変数と関連する、更なるユニットペナルティを設定するよう適合された、システム。
- 請求項47に記載のシステムであって、前記第4のルーチンは、前記目的関数内の前記ペナルティ変数と関連する前記ユニットペナルティよりもはるかに大きい前記更なるペナルティ変数と関連する、更なるユニットペナルティを設定するよう適合された、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記第3のルーチンは、コントローラのための1組の目標値を作成するよう適合されたオプティマイザルーチンである、システム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記第3のルーチンはコントローラルーチンであるシステム。
- 請求項37に記載のシステムであって、前記第3のルーチンはモデル予測制御タイプのコントローラルーチンであるシステム。
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