JP6901037B1 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
<制御装置10の構成>
まず、本実施形態に係る制御装置10の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、第一の実施形態に係る制御装置10の構成の一例を示す図である。
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}の動作について、図2を参照しながら説明する。図2は、プラント応答関数{Sθ(t)}の動作の一例を説明するための図である。
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}の単位ステップ応答Sθ(t)を計算する処理について、図3を参照しながら説明する。図3は、プラント応答関数{Sθ(t)}の計算処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図3では、モデルパラメータ設定値θと時間tとが入力されたものとする。
次に、プラント応答関数{Sθ(t)}のモデルパラメータθを推定する処理(つまり、モデルパラメータ推定値θestを算出する処理)について、図4を参照しながら説明する。図4は、モデルパラメータθの推定処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図4では、制御量現在値y0と操作量現在値u0とモデルパラメータ設定値θとが入力されたものとして、或るインデックスkにおけるモデルパラメータ推定値θestを算出する場合について説明する。なお、該インデックスkは前記プラント応答関数の計算におけるインデックスkとは独立した値であり、モデルパラメータ推定処理の実行時インデックスを表す。
ε(k)=y(k)−φ(k)Τθest(k−1)
ステップS24:次に、モデルパラメータ推定部101は、共分散行列P(k)を更新する。モデルパラメータ推定部101は、例えば、以下の式(2)により共分散行列P(k)を更新する。
次に、目標値先読み部102の動作について、図5を参照しながら説明する。図5は、目標値先読み部102の動作の一例を説明するための図である。
次に、先読み応答補正部111の動作について、図6を参照しながら説明する。図6は、先読み応答補正部111の動作の一例を説明するための図(その1)である。
ここで、予測時系列更新部122が予測時系列記憶部121に保持されたデータを更新する処理について、図8を参照しながら説明する。図8は、予測時系列更新部122が実行する更新処理の一例を説明するためのフローチャートである。以降では、予測時系列記憶部121に記憶されている時刻tでの一般化予測値yn,Cを、時刻t+Δtでの一般化予測値yn,Cに更新する場合について説明する。
次に、操作変化量算出部112の動作について、図10を参照しながら説明する。図10は、操作変化量算出部112の動作の一例を説明するための図である。
次に、一実施形態に係る制御装置10のハードウェア構成について、図11を参照しながら説明する。図11は、一実施形態に係る制御装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。
次に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、モデルパラメータ推定値θestを用いて制御量を推定する場合について説明する。これにより、モデルパラメータ推定値θestをプラント応答関数{Sθ(t)}に設定した場合における制御量の推定値を得ることができるため、例えば、ユーザ等は、実際の制御量と比較することで、このモデルパラメータ推定値θestをプラント応答関数{Sθ(t)}に設定すべきか否かを判断することができるようになる。言い換えれば、ユーザ等は、制御量の推定値と実際の制御量とを比較することで、現在のプラント応答関数{Sθ(t)}の良否を視覚的に容易に判断することができるようになる。
まず、本実施形態に係る制御装置10の構成について、図12を参照しながら説明する。図12は、第二の実施形態に係る制御装置10の構成の一例を示す図である。
次に、制御量を推定する処理(つまり、制御量推定値yestを算出する処理)について、図13を参照しながら説明する。図13は、制御量推定処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図14では、モデルパラメータ推定値θestと制御量現在値y0と操作量現在値u0とが入力されたものとして、或るインデックスkにおける制御量推定値yestを算出する場合について説明する。なお、該インデックスkは前記プラント応答関数の計算におけるインデックスkとは独立した値であり、制御量推定処理の実行時インデックスを表す。
次に、第三の実施形態について説明する。第三の実施形態では、モデルパラメータ推定値θestにより、プラント応答関数{Sθ(t)}に設定されているモデルパラメータ設定値θを更新する場合について説明する。
本実施形態に係る制御装置10の構成について、図14を参照しながら説明する。図14は、第三の実施形態に係る制御装置10の構成の一例を示す図である。
次に、第四の実施形態について説明する。第四の実施形態では、外乱vも考慮してモデルパラメータ推定値θestを算出する場合について説明する。
本実施形態に係る制御装置10の構成について、図15を参照しながら説明する。図15は、第四の実施形態に係る制御装置10の構成の一例を示す図である。
次に、実施例1について説明する。実施例1では、第二の実施形態に係る制御装置10によって制御対象プラント20を制御する場合について説明する。
まず、時刻0〜50までは共分散行列の更新を行い、モデルパラメータ推定値は更新しない。時刻50からモデルパラメータ推定値の更新を開始しているが、モデルパラメータ推定値は、バッチ1の間、その値が変化し、バッチ1終了近くの時刻230付近ではほぼ真値に落ち着いている。バッチ1終了後、推定初期化フラグをONにして、状態ベクトルを初期化する。
モデルパラメータ推定値の更新は継続しているが、ほぼ一定に近い値で落ち着いている。また、制御量推定部107によって算出された制御量推定値yestと、計測部103によって計測された制御量y(つまり、制御量の観測値)とを比較すると、ピークの位置はほぼ一致しているものの、制御量推定値yestが観測値yよりもやや高めの値となっている。
モデルパラメータ推定値の更新は継続しているが、ほぼ一定に近い値で落ち着いている。バッチ2と比較すると変動量は少ない。また、制御量推定部107によって算出された制御量推定値yestと、計測部103によって計測された制御量y(観測値y)とを比較すると、ピークの位置はほぼ一致している。バッチ2と比較すると、ピークの位置でyestが観測値yよりもやや低めの値となっているが、後半の時刻200〜230では制御量推定値yestと観測値yとがよく一致しているといえる。
次に、実施例2について説明する。実施例2では、操作量u及び制御量yが実施例1と異なり、それ以外は実施例1と同様であるものとする。実施例2では、操作量u及び制御量yが、それぞれ図20(a)及び図20(b)に示すものであったとする。すなわち、実施例2では、操作量uに応じて制御量yが変動しており、制御量yに2つの山があるものとする。この場合、モデルパラメータ推定値θest及び制御量推定値yestは、図21に示すようになる。図21の上段がモデルパラメータ推定値θest、下段が制御量推定値yestである。なお、θ1 *、θ2 *、θ3 *及びθ4 *は、それぞれθ1の真値、θ2の真値、θ3の真値及びθ4の真値である。
まず、時刻0〜50までは共分散行列の更新を行い、モデルパラメータ推定値は更新しない。時刻50からモデルパラメータ推定値の更新を開始しているが、モデルパラメータ推定値は、バッチ1の間、その値が変化し、バッチ1終了近くの時刻230付近ではほぼ真値に落ち着いている。バッチ1終了後、推定初期化フラグをONにして、状態ベクトルを初期化する。
モデルパラメータ推定値の更新は継続しているが、ほぼ一定に近い値で落ち着いている。また、制御量推定部107によって算出された制御量推定値yestと、計測部103によって計測された制御量yとを比較すると、ピークの位置で若干のずれはあるものの、ほぼ近い値となっている。
モデルパラメータ推定値の更新は継続しているが、ほぼ一定に近い値で落ち着いている。バッチ2と比較すると変動量は少ない。また、制御量推定部107によって算出された制御量推定値yestと、計測部103によって計測された制御量y(観測値y)とを比較すると、ピークの位置で若干のずれはあるものの、ほぼ近い値となっている。
20 制御対象プラント
101 モデルパラメータ推定部
102 目標値先読み部
103 計測部
104 差分器
105 操作量更新部
106 タイマ
111 先読み応答補正部
112 操作変化量算出部
113 加算器
Claims (10)
- 制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させる制御装置であって、
前記目標値の時系列である目標値時系列と、前記目標値を先読みする時間幅を示す先読み長とが入力されると、前記目標値時系列に含まれる複数の目標値のうち、前記先読み長後の目標値を示す先読み目標値を取得する目標値先読み手段と、
前記先読み目標値と、前記制御対象の現在の制御量との差である先読み目標偏差を算出する先読み目標偏差算出手段と、
前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数と、現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長後の制御量の予測値と、前記先読み目標値との差を示す補正目標偏差を算出する補正目標偏差算出手段と、
前記補正目標偏差に基づいて、新たな前記操作量を算出する操作量算出手段と、
前記制御量と、前記操作量とに基づいて、前記プラント応答関数に含まれるモデルパラメータの推定値を算出するモデルパラメータ推定手段と、
を有し、
前記目標値先読み手段による前記先読み目標値の取得と、前記先読み目標偏差算出手段による前記先読み目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出手段による前記補正目標偏差の算出と、前記操作量算出手段による新たな前記操作量の算出と、前記モデルパラメータ推定手段による前記モデルパラメータの推定値の算出とを制御周期毎に逐次的に繰り返す、ことを特徴とする制御装置。 - ON又はOFFのいずれかの値を取るフラグがONになった時点における前記制御量を初期値として、前記モデルパラメータ推定手段により算出された推定値と、前記操作量とに基づいて、前記時点以降の制御量の推定値を算出する制御量推定手段、
を有することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御量推定手段は、
前記モデルパラメータ推定手段により算出された推定値を用いた前記制御量の推定値の算出と、前記プラント応答関数に含まれるモデルパラメータを用いた前記制御量の推定値の算出とを行う、
ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。 - ON又はOFFのいずれかの値を取る更新トリガに基づいて、前記更新トリガの値がONである場合は、前記モデルパラメータ推定手段により算出された推定値を、前記プラント応答関数に含まれるパラメータに設定するモデルパラメータ更新手段、
を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記モデルパラメータ推定手段は、
前記制御量と、前記操作量と、前記制御対象に対する外乱の計測値とに基づいて、前記プラント応答関数に含まれるモデルパラメータの推定値を算出する、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記プラント応答関数は、ARMAモデル又はARMAXモデルから計算するステップ応答モデルで表され、
前記モデルパラメータは、前記ARMAモデル又はARMAXモデルの係数であり、
前記先読み長後の制御量の予測値は、前記先読み長後の時点におけるステップ応答を前記ARMAモデル又はARMAXモデルにより計算することで算出される、ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記モデルパラメータ推定手段は、
逐次最小2乗法又はカルマンフィルタの手法により、共分散行列の更新と前記モデルパラメータの推定値の算出とを行う、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記モデルパラメータ推定手段は、
前記共分散行列の更新において、前記共分散行列の非対角項の絶対値を減少させる補正処理を行う、
ことを特徴とする請求項7に記載の制御装置。 - 制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させるコンピュータが、
前記目標値の時系列である目標値時系列と、前記目標値を先読みする時間幅を示す先読み長とが入力されると、前記目標値時系列に含まれる複数の目標値のうち、前記先読み長後の目標値を示す先読み目標値を取得する目標値先読み手順と、
前記先読み目標値と、前記制御対象の現在の制御量との差である先読み目標偏差を算出する先読み目標偏差算出手順と、
前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数と、現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長後の制御量の予測値と、前記先読み目標値との差を示す補正目標偏差を算出する補正目標偏差算出手順と、
前記補正目標偏差に基づいて、新たな前記操作量を算出する操作量算出手順と、
前記制御量と、前記操作量とに基づいて、前記プラント応答関数に含まれるモデルパラメータの推定値を算出するモデルパラメータ推定手順と、
を実行し、
前記目標値先読み手順による前記先読み目標値の取得と、前記先読み目標偏差算出手順による前記先読み目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出手順による前記補正目標偏差の算出と、前記操作量算出手順による新たな前記操作量の算出と、前記モデルパラメータ推定手順による前記モデルパラメータの推定値の算出とを制御周期毎に逐次的に繰り返す、ことを特徴とする制御方法。 - 制御対象に対する操作量を出力し、前記制御対象の制御量を目標値に追従させるコンピュータを、
前記目標値の時系列である目標値時系列と、前記目標値を先読みする時間幅を示す先読み長とが入力されると、前記目標値時系列に含まれる複数の目標値のうち、前記先読み長後の目標値を示す先読み目標値を取得する目標値先読み手段、
前記先読み目標値と、前記制御対象の現在の制御量との差である先読み目標偏差を算出する先読み目標偏差算出手段、
前記制御対象のプラント応答モデルを表す関数であって、かつ、モデルパラメータが含まれる関数であるプラント応答関数と、現在に至るまでの過去の前記操作量の変化量とに基づいて、前記先読み長後の制御量の予測値と、前記先読み目標値との差を示す補正目標偏差を算出する補正目標偏差算出手段、
前記補正目標偏差に基づいて、新たな前記操作量を算出する操作量算出手段、
前記制御量と、前記操作量とに基づいて、前記プラント応答関数に含まれるモデルパラメータの推定値を算出するモデルパラメータ推定手段、
として機能させ、
前記目標値先読み手段による前記先読み目標値の取得と、前記先読み目標偏差算出手段による前記先読み目標偏差の算出と、前記補正目標偏差算出手段による前記補正目標偏差の算出と、前記操作量算出手段による新たな前記操作量の算出と、前記モデルパラメータ推定手段による前記モデルパラメータの推定値の算出とを制御周期毎に逐次的に繰り返す、プログラム。
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