JP4611725B2 - 探索法による局部最適化制御方法と装置、及び気体分離、特に低温空気分離方法と装置 - Google Patents
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Description
・単位時間当たりの操作量の増加量Δ+
・単位時間当たりの操作量の減少量Δ-(例えばΔ-=−Δ+)
・ゼロ値(一定操作量)
Δ+ 2
Δ- 1
0 0
目的
空気分離装置がパイプラインへ供給しているガス製品流の体積流量(制御量)をFIとする。また、パイプライに接続されている需要者の全消費量をF0とする。或る将来の予測時点tnにおけるパイプラインの圧力(操作量)は次の通りに計算される。
Pg :パイプライン内の測定圧力
Pp :パイプライン内の予測圧力
FIp :プラントの予測生産量
FOp :予測総消費量
Ferr :ガス量測定における系統誤差
Tp :パイプライン圧力の時定数
t :時間
t0 :現在時点
tn :将来の予測時点
Pg :パイプライン内の測定圧力
FIg :プラントの実測生産量
FOg :実測総消費量
Ferr :ガス量測定における系統誤差
Tp :パイプライン圧力の時定数
t :時間
t0 :現在時点
tm :過去時点からの時間
FI :プラントの生産量
FS :負荷変更プログラムからの要求ガス量
fALC(FS) :ALC関数、一般には一次の多項式
TALC(Fs/dt) :ALCプログラムの時定数
上述の問題を解決するため、先ず各方程式が一旦時間的離散形式に変換される(オイラー積分)。
Ps :パイプライン内の測定圧力
Pp :パイプライン内の予測圧力
FIp :プラントの予測生産量
FOp :予測総消費量
Ferr :ガス量測定における系統誤差
FS :負荷変更プログラムからの要求ガス量
F'l :ALCによって計算されたガス量
Tp :パイプライン圧力の時定数
TALC :ALC負荷変化の時定数
Δt :サンプリング時間
i :時系列のインデックス
n :予測限界のインデックス
m :評価限界のインデックス、mは負
0 :現在時点
探索すべきは次式で示す品質判定基準が最小となる時系列FS(i)である。
PS :圧力設定値
Pp :パイプライン内の予測圧力
i :時系列のインデックス
n :予測限界
パイプライン内の圧力を維持することの問題を解決するため、時系列FS(i)の全体に対する最適解を見つけることは実際には不要である。即ち、パイプライン圧力を許容範囲(制御量に対する境界条件)内に維持することを可能にする時系列だけを見付ければ良く、これは探索法による検索アルゴリズムで解決できる。このプロセスにおいては、FS(i+1)の値はFS(i)に対して変化されないか、或いは+/−ΔFSmaxだけ変化されるかのいずれかであり、換言すれば、ΔFS(i)は、0、+ΔFSmax、又は−ΔFSmaxのいずれかである。更に、或る方向への変化はその反対方向への変化よりも高い優先度を持つと考えられ、例えば生産量の増加は減少よりも優先度が高く、その理由は製品流を緊急臨時供給するほうが放出するよりも高コストであるからである。従って、可能な探索法のステップは以下の通りとなる。
図1は、上述の探索手法の典型的な適用例を示している。低温空気分離プラント(LZA)は製品流GOX(気体酸素)をパイプラインに供給する。この空気分離プラントは、自動負荷変更システム(ALC)によって管理される。LZAの生産量とパイプライン内の圧力は、関連する実測変数として入手可能である。可能であれば、更に別の変数、実測消費量も使用することが望ましい。消費量の測定値が入手できない場合は、上述した測定誤差Ferrの方程式で見積もることも可能である(つまり、測定誤差の評価方程式において測定総消費量FOgをゼロにセットするか、或いは総消費量見積値に置き換える)。
・3つの離散的予測変化値0、Δ+、Δ-、但しΔ-=−Δ+
・優先度の値:
Prio(0)=0
Prio(Δ-)=Prio(-1)=1
Prio(Δ+)=Prio(+1)=2
・インデックスが対応する各時点における操作量の変更値についてi=1,・・・,nで表されるベクトルΔF(i)
Claims (10)
- 少なくとも操作量と、制御量と、外部から制御量に作用する外乱変数とを用い、且つ、
操作量と制御量との関係を表す第1の物理的数学モデルと、
外乱変数と制御量との関係を表す第2の物理的数学モデルと、
現在時点t0と予測時点tnとの間の将来の時間的経過に対して予め定義された外乱変数の予測値と、
操作量及び/又は制御量に対して予め定義された一連の境界条件と、
単位時間当たりの操作量の増減に対して予め定義された有限数の離散的予測変化量と、
これら予測変化量の全てに対して個々に割り当てられた互いに異なる優先度の値とを与えて探索法による局部最適化制御をコンピュータ解析する工業システムの制御方法において、
探索アルゴリズムにより、現在時点t0と予測時点tnとの間の操作量及び制御量の将来の時間的経過として、前記境界条件を満たすと共に、前記優先度の値を考慮に入れた前記離散的予測変化量を利用し得る操作量及び制御量の将来の時間的経過を決定し、
現在時点t0の操作量に対して探索アルゴリズムで決定された変化量に対応する信号を出力することを特徴とする工業システムの制御方法。 - 工業システムの制御量を前記出力された信号に応じて設定することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 予め定義された前記予測変化量の範囲内における制御量の変更のみでは境界条件を維持できない場合に対して臨時に制御量を増減させる少なくとも1つの緊急措置を用意し、現在時点t0と予測時点tnとの間の緊急措置に対する操作量及び制御量の将来の時間的経過をも探索アルゴリズムにおいて決定し、この決定された将来の時間的経過に含まれる情報を操作員への通報及び/又は表示に利用することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 実時間における新たな時点t0'毎に、外乱変数の将来の時間的経過に対する予測値又はそのアップデート値、及び/又は操作量及び/又は制御量の現在の測定値に基づいて探索アルゴリズムを再実行することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 現在時点t0と予測時点tnとの間の時間インターバルを等間隔の離散的時間ステップ[t0,t1]、[t1,t2]〜[tn-1,tn]に細分し、各時間ステップの中間の時点ti (i = 1, 2,・・・ n-1)に対する探索アルゴリズムの実行中に制御量及び/又は操作量の値を決定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 工業システムに固有の操作量変化からその制御量への作用までの時間応答特性がモデルによって記述され、このモデルが探索アルゴリズムに与えられていることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によって制御されて少なくとも1つの空気組成成分の製品流を生成する空気分離方法であって、操作量の少なくとも一部に前記製品流の生産量を含むことを特徴とする空気分離方法。
- 外乱変数の少なくとも一部に前記製品流の消費量の変動分を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 制御量の少なくとも一部に前記製品流の貯槽内における圧力を含むことを特徴とする請求項7又は8に記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法によって工業システムを制御する装置であって、操作量及び/又は制御量のための測定装置と、探索アルゴリズムを実行するアナログ又はデジタルコンピュータ装置と、現在時点t0における操作量に対する変化量に対応した信号を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする制御装置。
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