JP5697899B2 - 連続的にスケジュールされるモデルパラメータに基づく適応制御装置 - Google Patents
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Description
フィードフォワードリード=フィードバックパス(OUT)における操作されたパラメータの変更に対する時定数
フィードフォワードラグ=フィードフォワードパス(FF VAL)で計測された外乱の変化に対する時定数
フィードフォワードゲイン=−(KL/KM)*修飾子
式中、
KL=フィードフォワードパスにおける負荷外乱入力のプロセスゲイン
KM=フィードバックパスにおける操作された入力のプロセスゲイン
修飾子=0.5〜1の値を有する定数。この値は例えば、ユーザが設定し得る。
フィードフォワード無駄時間=DT2−DT1
式中、
DT2=フィードフォワードパスにおける負荷外乱の変化に対する無駄時間
DT1=フィードバックパスにおける操作された入力の変化に対する無駄時間
xs=(max(si)−min(si))/2
式中、
xsは、適応結果に関連付けられる状態変数値であり、
siは、適応手順中に使用される状態パラメータ値である。
(1) 適応中に定義された適応状態パラメータが現在のノットにある、または現在のノットに近接している場合、ノットにおけるモデルパラメータ値は、適応結果で更新される。その後、隣接するノットの間のモデルパラメータ値は、更新されたノットパラメータ値を使用して適用される補間関数を使用して決定される。
(2) 適応状態パラメータ値が2つのノットの間にある場合、最も近いノットにおけるモデルパラメータ値は、新しく適応されたモデルパラメータ値を使用して更新され、ノットの間の状態変数値におけるモデルパラメータ値は、補間関数を使用して更新または決定される。
(3) 代替の柔軟性のあるノット位置の手法を適用する場合、各適応手順はノット位置を定義し、最大数の格納されたノットが得られるまで、ノットにおけるモデルパラメータ値が格納される。その時点より後で、新しい適応手順が行われる場合、新しい適応手順は新しいノットを定義し、既存のノットの一組は、例えば、1つの古いノットを除去することにより、刈り込み(pruned)または取捨選択される。削除するよう選択されたノットは、ノットにおけるモデルの質、ノットにおけるモデルが適応された時間(つまり、ノットにおけるモデルの「経過時間」、およびノットから他のノットへの近接性を含む、任意の数の基準に基づいて選択され得る。最後の場合、ノットの密度がより低いエリアよりも、ノットの密度がより高いエリアにおいてノットを刈り込むことが、典型的にはより望ましい。上記の代替例(2)および(3)によって定義される場合において、ノットの間の新しい適応結果に対する接続線の適合を向上させるために、ノットを移動させる関数を定義することが望ましい場合がある。
x1、x2:ノットの間のセクションエッジの最も近いノット位置または、代替位置
x5: 新しい適応の状態の変数値
y1、y2:ノットx1およびx2におけるモデルパラメータ値
y(i):x1およびx2の間の補間されたパラメータ値
y5:ノットの間の適応されたモデルパラメータ値
シグモイド関数の一般的な形式は、以下の通りである。
ここで、
(1)モデル状態の識別および開始
(2)モデル開始および、現在のプロセス出力へのモデル出力の調整
(3)u(t)および/またはd(t)信号の仕様に基づく、モデルの増分更新
(4)誤差の絶対値等の、モデル2乗誤差または他のノルムの算出
y(t)は、時間tにおけるプロセス出力、
Yi(t)は、時間tにおけるモデルModiの出力、
Ei(t)は、Modiに起因する2乗誤差、
E(t)=[E1(t),...、Ei(t),...、En(t)]は、時間tにおける、i=1,...,Nの場合のModiの2乗誤差ベクトルである。
Epkl(t)は、スキャンtの結果としてパラメータ値pklに割り当てられたNormであり、
Nは、モデルの総数であり、
パラメータ値pklがModiで使用される場合、Xkl=1であり、Modiでパラメータ値pklが使用されない場合、Xkl=0である。
相対適合:
DTはDeadtimeパラメータの中心値であり、
(DT−)は(DT−Δ%)であり、
(DT+)は(DT+Δ%)であり、
Tcは、Time Constantパラメータの中心値であり、
(Tc−)は(Tc−Δ%)であり、
(Tc+)は(Tc+Δ%)である。
Gainは、Gainパラメータの中心値であり、
(Gain−)は(Gain−Δ%)であり、
(Gain+)は(Gain+Δ%)である。
Gff=フィードフォワード制御装置の伝達関数、
Kd=フィードフォワードプロセス動特性の静的ゲイン、
Ku=フィードバックプロセス動特性の静的ゲイン、
Kd/Ku=フィードフォワード制御装置のゲイン、
Td=フィードフォワードプロセス動特性の時定数(フィードフォワード制御装置ラグとして適用される)、および
Tu=フィードバックプロセス動特性の時定数(フィードフォワード制御装置リードとして適用される)。
Claims (21)
- プロセスの制御に使用される適応制御装置であって、
前記プロセスからプロセス変数入力を受信するための制御装置の入力部と、
前記プロセスの制御に使用されるプロセス制御信号を提供するための制御装置の出力部と、
前記プロセス変数入力と一組の制御装置の調整パラメータとを使用するプロセス制御の計算を実行することにより、前記プロセス制御信号を決定する、前記制御装置の入力部と前記制御装置の出力部との間に連結される制御ブロックと、
一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値とプロセス状態変数とを使用する前記プロセスの稼動中に、前記一組の制御装置の調整パラメータの新しい値を決定する調整ブロックと、
を含み、
前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値は、前記プロセス状態変数によって定義される複数の異なるプロセス稼動点のそれぞれについて、特定のプロセスモデルパラメータのプロセスモデルパラメータ値を含み、
前記調整ブロックは、
前記複数の異なるプロセス稼動点のそれぞれにおいて、前記プロセスモデルパラメータの前記格納されたプロセスモデルパラメータ値を決定するモデル適応ルーチンと、
前記プロセス状態変数の値と前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値とに基づいて、特定のプロセス稼動点の特定のプロセスモデルパラメータ値を決定するモデルパラメータ決定ルーチンと、
前記決定されたプロセスモデルパラメータ値と、格納された調整則とから、前記特定のプロセス稼動点の前記一組の制御装置の調整パラメータを決定する、制御装置の調整パラメータルーチンと、を含む、適応制御装置。 - 前記モデル適応ルーチンは、補間技術を使用して、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値に関連付けられる前記複数の異なるプロセス稼動点のうちの2つ以上を使用して、プロセス稼動点におけるプロセスモデルパラメータ値を決定するための補間関数パラメータを格納し、前記モデルパラメータ決定ルーチンはさらに、前記補間技術の前記補間関数パラメータを使用して、前記特定のプロセス稼動点の前記特定のプロセスモデルパラメータ値を決定する、請求項1に記載の適応制御装置。
- 特定のプロセス稼動点の新しいプロセスモデルパラメータ値を決定し、前記特定のプロセス稼動点の前記新しいプロセスモデルパラメータ値に基づいて、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値を変化させることで、前記モデル適応ルーチンは前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値を更新する、請求項1または2に記載の適応制御装置。
- 前記特定のプロセス稼動点の前記新しいプロセスモデルパラメータ値を、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値のうちの1つとして格納し、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値内のプロセスモデルパラメータ値の数が閾値に達する場合に、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値を取捨選択することによって、前記特定のプロセス稼動点の前記新しいプロセスモデルパラメータ値に基づいて、前記モデル適応ルーチンは前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値を更新する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記モデル適応ルーチンは、補間技術と、前記特定のプロセス稼動点における前記新しいプロセスモデルパラメータ値とを使用する前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値のうちの前記2つ以上を変化させる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記モデル適応ルーチンは、前記特定のプロセス稼動点における前記新しいプロセスモデルパラメータ値に基づいて、線形補間技術を使用する前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値のうちの前記2つ以上を変化させる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記モデル適応ルーチンは、前記特定のプロセス稼動点における前記新しいプロセスモデルパラメータ値に基づいて、非線形補間技術を使用する前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値のうちの前記2つ以上を変化させる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記制御ブロックはフィードフォワード/フィードバック制御技術を実施する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記一組の制御装置の調整パラメータは、フィードフォワード調整パラメータとフィードバック調整パラメータとを含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記特定のプロセスモデルパラメータは、プロセスゲイン、無駄時間または時定数を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- 前記制御ブロックは、比例、積分、微分制御技術を実施する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の適応制御装置。
- プロセスを制御するために使用されるプロセス制御装置を適応調整する方法であって、前記方法は、
前記プロセスの稼動中に、前記プロセスの稼働の状態を定義する一組のモデルパラメータ値を格納するステップであって、前記モデルパラメータ値のそれぞれは、異なるプロセス稼動点における前記プロセスの稼働の状態を定義し、前記異なるプロセス稼動点のそれぞれは、異なるプロセス状態変数の値に関連付けられる、ステップと、
前記プロセスの稼動中にプロセスデータを収集し、1つ以上のプロセス稼動点の新しいモデルパラメータ値を決定するために、前記収集されたプロセスデータに基づいて、プロセスモデルを実行するステップと、
前記新しいモデルパラメータ値で、前記格納された一組のモデルパラメータ値を更新するステップと、
前記格納された一組のモデルパラメータ値を使用して、前記プロセス制御装置を調整するステップと、を含み、前記調整するステップは、
前記一組の格納されたモデルパラメータ値および前記プロセス状態変数のうちの2つ以上を使用する現在のプロセス稼動点の現在のモデルパラメータ値を決定するステップと、 一組の制御装置の調整パラメータ値を定義するために、前記決定された現在のモデルパラメータ値およびプロセスモデルに基づく調整則とを使用するステップと、
前記決定された一組の制御装置の調整パラメータ値で、前記プロセス制御装置を更新するステップと、を含む、プロセス制御装置を適応調整する方法。 - 前記格納された一組のモデルパラメータ値に関連付けられる前記異なるプロセス稼動点のうちの2つ以上を使用して、プロセス稼動点におけるモデルパラメータ値を決定するための補間関数を使用するステップと、前記補間関数を使用する前記現在のプロセス稼動点の前記現在のモデルパラメータ値を決定するステップと、を含む、請求項12に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- 前記格納された一組のモデルパラメータ値を更新するステップは、特定のプロセス稼動点の新しいモデルパラメータ値を決定するステップと、前記特定のプロセス稼動点の前記新しいモデルパラメータ値に基づいて、前記格納された一組のモデルパラメータ値を変化させるステップとを含む、請求項12または13に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- 前記格納された一組のモデルパラメータ値に関連付けられる前記異なるプロセス稼動点のうちの2つ以上の間のプロセス稼動点におけるモデルパラメータ値を決定するための補間関数を格納するステップを含み、前記特定のプロセス稼動点の新しいプロセスモデルパラメータ値に基づいて、前記補間関数を変化させることによって、前記格納された一組のモデルパラメータ値を更新するステップを含む、請求項14に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- 前記格納された一組のモデルパラメータ値に関連付けられる前記異なるプロセス稼動点のうちの2つ以上の間のプロセス稼動点におけるプロセスモデルパラメータ値を決定するための補間関数を格納するステップを含み、前記補間関数に基づいて、かつ、前記特定のプロセス稼動点の前記新しいプロセスモデルパラメータ値に基づいて、前記異なるプロセス稼動点の前記格納されたモデルパラメータ値のうちの1つ以上を変化させることにより、前記格納された一組のモデルパラメータ値を更新するステップを含む、請求項14または15に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- 前記新しいモデルパラメータ値で前記格納された一組のモデルパラメータ値を更新するステップは、前記特定のプロセス稼動点の前記新しいモデルパラメータ値を、前記格納された一組のモデルパラメータ値のうちの1つとして格納するステップと、前記格納された一組のモデルパラメータ値内の前記モデルパラメータ値の数が閾値に達する場合に、前記格納された一組のモデルパラメータ値を取捨選択するステップと、を含む、請求項14〜16のいずれか一項に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- 前記新しいモデルパラメータ値で前記格納された一組のモデルパラメータ値を更新するステップは、前記特定のプロセス稼動点の前記新しいモデルパラメータ値に基づいて、その関連付けられるプロセス稼動点を変更させずに、前記格納された一組のモデルパラメータ値のうちの2つ以上を変化させるステップを含む、請求項14〜17のいずれか一項に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- 一組の制御装置の調整パラメータ値を定義するための調整則に基づいて、前記決定された現在のモデルパラメータ値およびプロセスモデルを使用するステップは、一組のフィードフォワードおよびフィードバックの制御装置の調整パラメータ値を定義するステップを含む、請求項18に記載のプロセス制御装置を適応調整する方法。
- プロセスを制御するためにコンピュータプロセッサ上で実行するための適応プロセス制御装置システムであって、
コンピュータメモリと、
前記プロセスからのプロセス変数入力と、一組の制御装置調整パラメータとに基づいて、前記プロセスの制御で使用するためのプロセス制御信号を決定する制御アルゴリズムを実行するために、前記コンピュータメモリに格納され、前記コンピュータプロセッサ上で実行可能なプロセス制御装置ルーチンと、
一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値とプロセス状態変数とを使用する前記プロセスの稼動中に、前記一組の制御装置の調整パラメータの新しい値を決定するために、前記コンピュータメモリに格納され、前記コンピュータプロセッサで実行可能である調整ルーチンであって、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値は、前記プロセス状態変数によって定義される複数の異なるプロセス稼動点のそれぞれに対する、特定のプロセスモデルパラメータのプロセスモデルパラメータ値を含む、調整ルーチンとを含み、前記調整ルーチンは、
前記複数の異なるプロセス稼動点のそれぞれにおける前記プロセスモデルパラメータの前記格納されたプロセスモデルパラメータ値を決定するモデル適応ルーチンと、
前記プロセス状態変数の値と前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値とに基づいて、特定のプロセス稼動点の特定のプロセスモデルパラメータ値を決定するモデルパラメータ決定ルーチンと、
前記決定されたプロセスモデルパラメータ値および格納された調整則からの前記特定のプロセス稼動点の前記一組の制御装置の調整パラメータを決定する制御装置の調整パラメータルーチンと、を含む、適応プロセス制御装置システム。 - 前記モデル適応ルーチンは、前記一組の格納されたプロセスモデルパラメータ値に関連付けられる前記複数の異なるプロセス稼動点のうちの2つ以上を使用して、プロセス稼動点におけるプロセスモデルパラメータ値を決定するための補間関数パラメータを格納し、前記モデルパラメータ決定ルーチンはさらに、前記補間関数パラメータを使用する前記特定のプロセス稼動点の前記特定のプロセスモデルパラメータ値を決定する、請求項20に記載の適応プロセス制御装置システム。
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