JP6464899B2 - 多変数予測制御システム - Google Patents

Description

本発明は、プロセスモデルを用いた多変数予測制御システムに関し、特に、過去の時点に遡って予測値と実測値とを比較することができる多変数予測制御システムに関する。

実プロセスの動特性に対応した多変数のプロセスモデルを用いて、プロセス値の変化予測を行なって実プロセスを制御する多変数予測制御システムが実用化されている。図９は、従来の多変数予測制御システム４０の構成例を示すブロック図である。

本図に示すように、多変数予測制御システム４０は、プロセス値の変化を予測して実プロセス５００を制御するシステムであり、多変数予測制御部４００と操作・監視部４６０とを備えている。

多変数予測制御部４００は、実プロセス５００に各種操作量等を設定したり、実プロセス５００から各種測定値等を取得したりすることでプロセス値の予測処理と実プロセス５００の制御を行なうブロックである。操作・監視部４６０は、ユーザが多変数予測制御部４００に対する操作を行なったり、実プロセス５００の監視を行なったりするためのブロックであり、入力装置、表示装置等を備えている。

多変数予測制御部４００は、コントローラ部４１０とプロセス実測値ＤＢ４２０とトレンド表示制御部４３０とを備えている。コントローラ部４１０は、実プロセス５００に対応して設計されたプロセスモデル４１１を備えている。プロセスモデル４１１は、例えば、実プロセス５００の操作量、外乱、制御量等の関係を一次遅れ系、二次遅れ系、無駄時間系等の伝達関数で表した多変数モデルである。

コントローラ部４１０はプロセスモデル４１１を用いて実プロセス５００の制御を行ない、実プロセス５００から取得した各種プロセス実測値をプロセス実測値ＤＢ４２０に記録する。

予測部４１２は、プロセスモデル４１１と実プロセス５００の操作量や測定値等に対応したパラメータとを用いて、プロセス値が現在からどのように変化するかのプロセス値の予測を行なう。予測対象のプロセス値は、操作・監視部４６０を介してユーザが指定することができる。

トレンド表示制御部４３０は、プロセス実測値ＤＢ４２０に記録されている現在時刻までのプロセス実測値のトレンドと、予測部４１２が予測する現在時刻以降のプロセス値のトレンドとを操作・監視部４６０を介して表示する。

図１０は、実測値トレンドと予測値トレンドとが表示された現在予測トレンド画面の例を示している。現在予測トレンド画面では、最新のパラメータ、すなわち現在時刻の実プロセス５００の状態に基づいた予測値が表示される。以下では、予測に用いる状態の時刻を予測基準時刻と称するものとする。本例では、予測基準時刻は、現在時刻である。

特開２００５−０９２５８４号公報

多変数予測制御システム４００により、ある実プロセス５００が制御されているときに、その制御性を評価すること、すなわち制御状態がよい状態なのか悪い状態なのかを判断することができれば、プロセスモデル４１１や実プロセス５００の修正あるいは調整の契機となり有益である。しかしながら、一般に制御性の評価は容易でなく、その手法も確立していない。

そこで、本発明は、プロセスモデルを用いた多変数予測制御システムにおいて、制御性の評価を容易に行えるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の多変数予測制御システムは、実プロセスに対応したプロセスモデルを用いて前記実プロセスのプロセス値の変化を予測し、前記実プロセスを制御する多変数予測制御システムであって、過去の時点の指示を受け付けると、前記過去の時点を起点に、前記過去の時点で予測したプロセス予測値のトレンドと、前記過去の時点以降に実測したプロセス実測値のトレンドとを重畳表示するトレンド表示制御部を備えたことを特徴とする。
ここで、前記トレンド表示制御部は、前記プロセス実測値のトレンドと、初期状態で現在時刻を示すカーソルとを表示し、前記カーソルの過去方向への移動を受け付けることで、前記過去の時点の指示を受け付けることができる。
また、前記トレンド表示制御部は、前記過去の時点におけるプロセス予測値を、所定の予測タイミングで予測されたプロセス予測値をその時刻と関連付けて記録したデータベースを参照して取得することができる。

本発明によれば、プロセスモデルを用いた多変数予測制御システムにおいて、制御性の評価を容易に行なうことができる。

本実施形態の多変数予測制御システムの構成例を示すブロック図である。 予測部の動作を説明するフローチャートである。 トレンド表示制御部の動作を説明するフローチャートである。 本実施形態のトレンド画面の例を説明する図である。 本実施形態のトレンド画面の例を説明する図である。 本実施形態のトレンド画面の例を説明する図である。 本実施形態のトレンド画面の例を説明する図である。 本実施形態のトレンド画面の例を説明する図である。 従来の多変数予測制御システムの構成例を示すブロック図である。 実測値トレンドと予測値トレンドとが表示された現在予測トレンド画面の例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の多変数予測制御システム１０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、多変数予測制御システム１０は、プロセスモデルを用いてプロセス値の変化を予測し、実プロセス２００を制御するシステムであり、多変数予測制御部１００と操作・監視部１６０とを備えている。

多変数予測制御部１００は、実プロセス２００に各種操作量を設定したり、実プロセス２００から各種測定値を取得したりすることでプロセス値の予測処理と実プロセス２００の制御を行なうブロックである。操作・監視部１６０は、ユーザが多変数予測制御部１００に対する操作を行なったり、実プロセス２００の監視を行なったりするためのブロックであり、入力装置、表示装置等を備えている。

多変数予測制御部１００は、コントローラ部１１０と、プロセス実測値ＤＢ１２０と、プロセス予測値ＤＢ１３０と、トレンド表示制御部１４０とを備えている。コントローラ部１１０は、実プロセス２００に対応して設計されたプロセスモデル１１１を備えている。プロセスモデル１１１は、実プロセス２００の操作量、外乱、制御量等の関係を一次遅れ系、二次遅れ系、無駄時間系等の伝達関数で表した多変数モデルである。

コントローラ部１１０はプロセスモデル１１１を用いて実プロセス２００の制御を行ない、実プロセス２００から取得した各種プロセス実測値をプロセス実測値ＤＢ１２０に記録する。

予測部１１２は、プロセスモデル１１１と実プロセス２００の操作量や測定値等に対応したパラメータとを用いて、プロセス値が現在からどのように変化するかのプロセス値の予測を行なう。予測部１１２は、プロセス値の予測を行なうと、予測の基準となる時刻の情報を付して、プロセス予測値ＤＢ１３０に記録する。

トレンド表示制御部１４０は、プロセス実測値ＤＢ１２０に記録されている現在時刻までのプロセス実測値のトレンドと、予測部１１２が予測する現在時刻以降のプロセス値のトレンドとを操作・監視部１６０を介して表示する。

ここで、本実施形態の多変数予測制御システム１０における制御性の評価について説明する。多変数予測制御システム１０は、プロセスモデル１１１を用いて実プロセス２００の制御を行なっているため、その制御性は、プロセスモデル１１１と実プロセス２００との差（モデル誤差）が小さいほどよい状態であり、モデル誤差が大きいほど悪い状態であるとすることができる。

多変数予測制御システム１０は、プロセスモデル１１１を用いてプロセス値を予測することから、プロセス値の予測値とプロセス実測値とを比較することでモデル誤差を把握し、制御性の評価を行なうことができると考えられる。すなわち、ある時点での予測値トレンドと、その時点から一定時間経過後に得られる実測値のトレンドとが一致すれば、制御性がよい状態にあるといえる。一方、それらが一致しなければ、十分な制御性が得られていない状態にあることがわかる。

このため、トレンド表示制御部１４０は、現在時刻までの実測値トレンドと現在時刻以降の予測値トレンドを表示する従来の現在予測トレンド画面に加え、過去の時点における予測値トレンドとその過去の時点からの実測値トレンドとを重畳したトレンド画面を操作・監視部１６０を介して表示することができるようになっている。

これにより、ユーザは、過去の時点における予測値トレンドとその過去の時点からの実測値トレンドとを比較することができ、多変数予測制御システム１０の制御性を容易に評価することができる。なお、過去の時点はユーザが設定することができ、過去の時点における予測値トレンドは、プロセス予測値ＤＢ１３０を参照して取得することができる。

次に、本実施形態の多変数予測制御システム１０の特徴的な動作について説明する。まず、予測部１１２が行なうプロセス値の予測とプロセス予測値のプロセス予測値ＤＢ１３０への記録動作について図２のフローチャートを参照して説明する。なお、本処理は、予測対象のプロセス値それぞれについて行なうようにする。

予測部１１２は、所定の予測タイミングになると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、実プロセス２００に対応した各種パラメータを用いてプロセス値の変化の予測を行なう（Ｓ１０２）。予測値は、予測を行なった時刻から所定期間の将来にわたっての時系列で表される。

なお、予測タイミングは、プロセス値毎に設定することができる。例えば、頻繁に変化するプロセス値であれば短い時間間隔で予測を行ない、あまり変化しないプロセス値であれば長い時間間隔で予測を行なうようにする。

そして、時系列で得られた予測値をプロセス予測値ＤＢ１３０に記録する（Ｓ１０３）。このとき、予測を行なった時刻、すなわち予測基準時刻を関連付けて記録する。

予測部１１２は、以上の処理を繰り返す。これにより、予測タイミング毎に、その時点の予測値トレンドがプロセス予測値ＤＢ１３０に記録されることになる。

次に、トレンド表示制御部１４０が行なうトレンド画面表示動作について図３のフローチャートを参照して説明する。本処理は、トレンド表示制御部１４０が操作・監視部１６０を介してユーザからトレンド画面の表示指示を受け付けると開始する（Ｓ２０１）。

トレンド表示制御部１４０は、トレンド画面の表示指示を受け付けると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、図４に一例を示すようなトレンド画面を操作・監視部１６０に表示する。

図４に示すようにトレンド画面は、初期状態では、現在時刻より前の期間については、実測値のトレンドを表示し、現在時刻より先の期間については、現在時刻を予測基準時刻とした予測値のトレンドを表示する。現在時刻にはカーソルＣが表示され、実測値トレンドと予測値トレンドとの境界を示している。

トレンド画面では、図５に示すように、ユーザは現在時刻に表示されているカーソルＣを過去方向に移動させることができる。さらに、ユーザはカーソルＣを過去方向に移動させた状態で、過去予測値トレンド表示ボタンＳをオンに切り替えることができる。

トレンド表示制御部１４０は、ユーザからカーソルＣの移動を受け付けた状態で（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、過去予測値トレンド表示ボタンＳのオンを受け付けると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、移動されたカーソルＣの位置を取得し（Ｓ２０５）、その位置が示す過去の時刻における予測値トレンドをプロセス予測値ＤＢ１３０から取得する（Ｓ２０６）。このとき、カーソルＣの移動単位を予測タイミングの間隔に合わせてもよいし、カーソルＣの位置が示す時刻に最も近い予測タイミングにおける予測値トレンドを取得してもよい。

そして、取得した過去の時刻における予測値トレンドを用いてトレンド画面を再描画する（Ｓ２０７）。図６は、再描画されたトレンド画面の例を示している。本図に示すように、カーソルＣはユーザによって過去の時刻に移動されており、トレンド画面では、その過去の時刻を予測基準時刻とした予測値トレンドと、現在時刻までの実測値トレンドとが重畳されて表示されている。

これにより、過去のある時点における予測値トレンドと実際のトレンドとを比較することができ、モデル誤差が視覚的に把握できるため、多変数予測制御システム１０の制御性を簡易に評価することができるようになる。

このとき、過去の予測値が現在時刻以降にも存在する場合には、図７に示すように、過去の予測値トレンドを過去期間、未来期間にわたって表示するようにしてもよい。

トレンド画面では、過去予測値トレンド表示ボタンＳをオフにすることで、過去の予測値トレンドを非表示にすることもできる。ユーザがトレンド画面表示を終了させずに（Ｓ２０８：Ｎｏ）、再度カーソルＣを移動したときは（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、処理（Ｓ２０４）以降の処理を繰り返して、移動後のカーソルＣが示す時刻を予測基準時刻とした予測値トレンドと実測値トレンドとを表示すればよい。ユーザがトレンド画面表示を終了させると（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、本処理を終了する。

上述の表示例では、表示させるプロセス値を１つとしたが、図８に示すように、複数個のプロセス値をトレンド画面に表示させることも可能である。

以上説明したように、本実施形態の多変数予測制御システム１０によれば、過去の時点における予測値トレンドと実測値トレンドとの比較を行えるようになるため、それらの一致具合を確認することで、よい制御性が得られているかどうかの評価を容易に行えることができる。

１０…多変数予測制御システム、４０…多変数予測制御システム、１００…多変数予測制御部、１１０…コントローラ部、１１１…プロセスモデル、１１２…予測部、１２０…プロセス実測値ＤＢ、１３０…プロセス予測値ＤＢ、１４０…トレンド表示制御部、１６０…操作・監視部、２００…実プロセス

Claims (3)

1. 実プロセスに対応したプロセスモデルを用いて前記実プロセスのプロセス値の変化を予測し、前記実プロセスを制御する多変数予測制御システムであって、
   過去の時点の指示を受け付けると、前記過去の時点を起点に、前記過去の時点で予測したプロセス予測値のトレンドと、前記過去の時点以降に実測したプロセス実測値のトレンドとを重畳表示するトレンド表示制御部を備えたことを特徴とする多変数予測制御システム。
2. 前記トレンド表示制御部は、前記プロセス実測値のトレンドと、初期状態で現在時刻を示すカーソルとを表示し、前記カーソルの過去方向への移動を受け付けることで、前記過去の時点の指示を受け付けることを特徴とする請求項１に記載の多変数予測制御システム。
3. 前記トレンド表示制御部は、前記過去の時点におけるプロセス予測値を、所定の予測タイミングで予測されたプロセス予測値をその時刻と関連付けて記録したデータベースを参照して取得することを特徴とする請求項１または２に記載の多変数予測制御システム。