JPH05181504A

JPH05181504A - 適応制御装置

Info

Publication number: JPH05181504A
Application number: JP8625491A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kido; 一博木戸; Atsushi Suzuki; 淳鈴木; Masanori Saito; 正規斎藤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】無駄時間先の外部変動を予め相殺すること
で、外部変動に対する制御精度を向上させる。【構成】適応温度制御においては、添加液が反応器１
に加えられ、これにより発熱が生じ外乱となるが、添加
液は予め決められた添加パターンＢで添加されるので、
コントローラ２０では添加パターンＢに基づき発熱量の
予測を行なうプラントモデルを設けている。また、この
予測値を制御系が有効に用いることができるように操作
量及び発熱量を入力とし、制御量を出力とし、プラント
モデルに基づき、無駄時間先の発熱量の情報をコントロ
ーラ２０において用いる適応制御系を構築し、無駄時間
先の外乱をあらかじめ相殺するフィードフォワード要素
を有する制御系を実現している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は温度、イオン濃度、湿
度等の物理量の制御を行なう適応制御装置に係り、例え
ばジャケット温度を変化させて反応器内部の温度制御を
行なう反応器における温度制御のごとく、反応器内の温
度変化を予測してジャケット温度を制御する化学反応系
あるいは、反応器内で起こる化学変化におけるイオン濃
度制御のごとく、制御用溶液の添加流量を制御する化学
反応系の適応制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば反応液を処理する反応器の
周囲にジャケットを設け、このジャケットに温水タンク
を連通し、温水タンクの温水温度を調節してジャケット
で反応器内の反応液の温度を制御するものがある。この
反応器内で反応液として、例えばハロゲン化銀乳剤の結
晶を形成するような場合、混合中に反応液に、添加され
る添加物による反応液の液量変化、添加物による持ち込
み熱や反応によって発熱する。また、例えば反応液を処
理する反応器に制御用の溶液を添加する供給パイプを設
け、この添加流量を調節し、反応器内のイオン濃度を制
御するものがある。この反応器では、反応途中に原料が
添加され、ゲインが変動し、また様々な物理量が干渉し
合い、さらに非線形な系である。以上のような物理量の
各々の独立したＰＩＤ等によるフィードバックにより制
御を行なう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この系の物理量の制御
として、例えば適応制御があり、系の温度制御中に逐次
プラントモデルを推定し、このプラントモデルに基づき
制御を行ない、プラントの動特性の変動に応じてプラン
トモデルのパラメータをオンライン的に自動調節し、未
知あるいは変動パラメータの如何の関わりなく、常に最
適な性能を維持している。

【０００４】しかしながら、装置によっては無駄時間が
存在し、無駄時間内に生じる外部変動に対して良好な制
御が行なえない。例えば、反応液を処理する反応器の温
度制御は、反応器の周囲に設けられたジャケットによる
熱交換で行なわれるが、このジャケット内に温水を循環
させて行なわれており、この循環による無駄時間が存在
し、例えばこの無駄時間が長くなると無駄時間内に生じ
る外部変動に対して、温度制御が適切に行なわれずに、
温度制御に悪影響を及ぼす等の問題がある。

【０００５】また、系の制御中に逐次プラントモデルを
推定するために、制御量及び操作量の現在値及び過去の
値をサンプリングし、このサンプリング周期毎に、制御
量及び操作量の現在値及び過去の値を基にプラントモデ
ルのパラメータを推定し、このパラメータに基づき操作
量を決定し、これをサンプリング周期毎に繰り返して、
制御を行なっている。ところで、この適応制御系におい
て、サンプリング周期とプラントモデルの離散時間と制
御周期との設定によって、制御に影響を及ぼす等の問題
がある。例えば、プラントモデルの離散時間としては、
制御の安定化のため十分大きな値を取らなければならな
いが、制御周期は短い方が応答性がよいので、プラント
モデルの離散時間よりも小さな制御周期とすることが考
えられる。

【０００６】また、適応制御系において、ステップ状の
設定値の変更に対して操作量の変化量が大きい不安定な
状態となりがちであり、設定値の変化に対してなめらか
に設定値を変化されることが考えられる。

【０００７】この発明はこのような問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項１記載の発明は、無駄時間先の外部
変動を予め相殺することで、外部変動に対する制御精度
を向上させることを目的としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、離散時間と
制御周期とを分離することで、制御の安定性を向上させ
ることを目的としている。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、ステップ状
の設定値の変更に対して設定値をなめらかに変化させる
ことにより、操作量の変化を抑え安定性を向上させるこ
とを目的としている。

【００１０】さらに、請求項４記載の発明は、外部変動
に対する制御精度を向上させると共に、離散時間と制御
周期とを分離することで制御の安定化を向上させること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明の適応制御装置は、系の物理量
の制御中に逐次プラントモデルを推定し、このプラント
モデルに基づき制御を行なう適応制御であって、前記系
の系外から加わる外部変動に対して無駄時間先の変動量
を外部変動の原因となる物理量の変動パターンから予測
し、予め無駄時間先の系外から加えられる外部変動を相
殺するフィードフォワード要素を有することを特徴とし
ている。

【００１２】また、請求項２記載の発明の適応制御装置
は、系の物理量の制御中に逐次プラントモデルを推定
し、このプラントモデルに基づき制御を行なう適応制御
であって、前記プラントモデルの離散時間内の制御周期
毎の操作量を平均化することにより、プラントモデルの
離散時間が制御周期よりも長く設定されることを特徴と
している。

【００１３】また、請求項３記載の発明の適応制御装置
は、系の物理量の制御中に逐次プラントモデルを指定
し、このプラントモデルに基づき制御を行なう適応制御
であって、本来の設定値と現在の制御量の内分点を制御
周期毎に計算し、この値を設定値をすることを特徴とし
ている。

【００１４】さらに、請求項４記載の発明の適応制御装
置は、系の物理量の制御中に逐次プラントモデルを推定
し、このプラントモデルに基づき制御を行なう適応制御
であって、前記系の系外から加わる外部変動に対して無
駄時間先の変動量を外部変動の原因となる物理量の変動
パターンから予測し、予め無駄時間先の外部変動を相殺
するフィードフォワード要素を有し、さらに前記プラン
トモデルの離散時間内の制御周期毎の操作量を平均化す
ることによりプラントモデルの離散時間が制御周期より
も長く設定されることを特徴としている。

【００１５】

【作用】この請求項１記載の発明では、系の物理量の制
御中に逐次プラントモデルを推定し、このプラントモデ
ルに基づき制御を行ない、この系の系外から加わる外部
変動に対して無駄時間先の変動量を外部変動の原因とな
る物理量の変動パターンから予測し、予め無駄時間先の
外部変動を相殺し、これで外部変動に対する制御精度が
向上する。

【００１６】また、請求項２記載の発明では、系の物理
量の制御中に逐次プラントモデルを推定し、このプラン
トモデルに基づき制御を行ない、この適応制御のプラン
トモデルの離散時間が制御周期よりも長くなっており、
離散時間と制御周期とを分離して制御周期を小さくする
ことで、制御の安定性が向上する。

【００１７】また、請求項３記載の発明では、系の物理
量の制御中に逐次プラントモデルを推定し、このプラン
トモデルに基づき制御を来ない、ステップ状の設定値変
更に対して設定値をなめらかに変化させることにより、
操作量の変化が抑えられ、制御の安定性が向上する。

【００１８】さらに、請求項４記載の発明では、系の物
理量の制御中に逐次プラントモデルを推定し、このプラ
ントモデルに基づき制御を行ない、系の系外から加わる
外部変動に対して無駄時間先の変動量を外部変動の原因
となる物理量の変動パターンから予測し、予め無駄時間
先の外部変動を相殺し、外部変動に対する制御精度が向
上し、さらにプラントモデルの離散時間が制御周期より
も長くし、離散時間と制御周期とを分離して制御周期を
小さくすることで制御の安定性が向上する。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の適応制御装置の実施例を添
付図面に基づいて詳細に説明する。請求項１記載の発明
の実施例を反応系の温度制御を例にとり［実施例１］に
示す。同様に請求項２及び３記載の発明の実施例を反応
系におけるイオン濃度制御を例にとり［実施例２］に示
す。同様に、請求項４記載の発明の実施例を反応系にお
ける温度制御を例にとり［実施例３］に示す。［実施例１］図１はこの発明が適用される化学反応系の
概略図である。

【００２０】図において符号１は制御対象となる反応系
Ａの反応器であり、例えば反応の原料及び触媒等の添加
物を添加パターンＢに基づいて供給パイプ２から供給し
て反応液の処理を行ない、必要時間後に反応液を取り出
すことができるようになっている。この反応器１には反
応液を撹拌する撹拌手段３が設けられており、例えばハ
ロゲン化銀乳剤の製造に用いられ、この場合混合中に硝
酸銀・アンモニア、ハライド溶液、酢酸など添加液が供
給パイプ２から添加され、混合中は反応器１内の反応液
の液量が刻々変化する。

【００２１】反応器１の周囲にはジャケット４が設けら
れ、このジャケット４は循環パイプ５，６を介して温水
タンク７と接続され、ポンプ８によって温水が循環して
反応器１との間で熱交換することで、反応液の温度制御
を行なうようになっている。

【００２２】この温水タンク７の温度制御は温度制御装
置Ｃによって行なわれ、この温度制御装置Ｃには反応器
１の反応液の温度検出する温度センサ９と、温水タンク
７の温度を検出する温度センサ１０とから温度情報が入
力されるようになっている。この温度制御装置Ｃでは適
応温度制御が行なわれ、反応器１の反応器温度を制御量
とし、温水タンク７の温水タンク温度を操作量とし、反
応器１内部の反応液の温度が設定温度になるように適応
温度制御され、この場合ジャケット４内の温水の循環に
よる無駄時間が存在する。

【００２３】次に、この適応温度制御について説明す
る。図２は適応温度制御系の原理図、図３はプラントモ
デルの離散時間△Ｔ₁、サンプリング時間△Ｔ₂及び制御
周期△Ｔ₃の関係を示す図である。

【００２４】反応系Ａを制御対象として適応制御を行な
っており、適応制御は制御中に遂次プラントモデルを推
定し、このプラントモデルに基づき制御を行なう。すな
わち、反応系Ａのプラントの動特性の変動に応じて、プ
ラントモデルのパラメータをオンライン的に自動調節
し、未知あるいは変動パラメータの如何に関わりなく、
常に最適な性能を維持する。

【００２５】今、ここでかりに、反応系Ａが無駄時間の
ない２次遅れ系であるとし、反応器１の温度を制御量、
温水タンク７の設定温度を操作量とした一般的な適応制
御系を図２に示しており、この適応制御系はコントロー
ラ２０と適応機構２１により構成される。適応機構２１
においては、図３に示すようにサンプリング周期△Ｔ₂
毎に、温水タンク７の設定温度を操作量とし、また反応
器１の温度を制御量として、この制御量及び操作量の現
在値及び過去の値を基に、プラントモデルのパラメータ
Ｋ、Ｋ＋１・・・・を推定する。コントローラ２０にお
いては、このパラメータに基づきプラントモデルから操
作量を決定する。

【００２６】以上をサンプリング周期△Ｔ₂毎に繰り返
すものであり、図３に示すように、サンプリング周期△
Ｔ₂とプラントモデルの離散時間△Ｔ₁と制御周期△Ｔ₃
とパラメータの更新周期△Ｔは同一の値とする。

【００２７】ところで、適応温度制御においては、添加
液が反応器１に加えられ、これにより発熱が生じ外乱と
なる。しかしながら、添加液は予め決められた添加パタ
ーンＢで添加されるので、コントローラ２０では添加パ
ターンＢに基づき発熱量の予測を行なうプラントモデル
を設けている。また、この予測値を制御系が有効に用い
ることができるように操作量及び発熱量を入力とし、制
御量を出力とする。このプラントモデルに基づき、無駄
時間先の発熱量の情報をコントローラ２０において用い
る適応制御系を構築し、無駄時間先の外乱をあらかじめ
相殺するフィードフォワード要素を有する制御系を実現
している。

【００２８】以下、この発明の化学反応系の適応温度制
御装置について説明する。

【００２９】まず、プラントモデルへの発熱項の導入に
ついて説明する。

【００３０】T_r：ＩＲ釜温度 T_J：ジャケット温度 T_t：温水タンク温度 U ：釜壁総括伝熱係数 A ：伝熱面積 W_r：釜内液量 W_J：ジャケット内液量 F ：循環液流量 Q ：予測発熱とすると、この温度制御装置は、次の線形微分方程式で
表現される。（１）式を離散化するとＺ変換すると（４）式を（３）式に代入するとただしなお、（５）式は、次のようなARMAモデル（自己回帰移
動平均モデル）としても表現される。

【００３１】これまでは、無駄時間Ｔを考慮していなか
ったが、実際の温度制御においてはジャケット内の液の
循環により例えば略９０秒の無駄時間Ｔが存在する。ま
た、今回離散時間を略９０秒とするので、無駄時間Ｔの
１ステップに相当する。そこで（５）式は次式のように
改められる。

【００３２】（11) 式より(12)式にようなARMAモデルを
得る。

【００３３】次に、フィードフォワード要素を組み込ん
だ適応制御系の構築について説明する。［システムの非最小実現によるプラントモデル］（12)
式のプラントモデルから適応制御系の設計に便利な形で
あるプラントの非最小実現のシステム表現を導く。

【００３４】プラントの多項式A(Z^-1),B(Z^-1) が既約で
ありA(Z^-1 )が２次であるので、２次のモニックな安定多
項式D(Z^-1)を導入すれば、次のDiophantine 方程式を満
足する多項式R(Z^-1)とH(Z^-1)を一意に定めることができ
る。

【００３５】ここで、 (11),(13),(14-A),(14-B),(14-C)より次の関係を得る。

【００３６】ここで、D(Z^-1)＝１とし、（13) の両辺に
T_r(K) をかけ、(11)を代入すると、非最小実現のプラン
トモデルを得る。

【００３７】以下、化学反応系の適応温度制御装置を図
４に示しており、反応系Ｃには添加液が添加され、反応
熱２２が生じ、この反応系Ａの適応温度制御装置のコン
トローラ２０、適応機構２１及び発熱予測機構２３につ
いて説明する。［適応機構］適応機構２１には添加されるHAC 流量に基
づく発熱予測機構２３から反応熱予測が入力され、この
適応機構２１ではこれらの情報に基づきプラントモデル
のパラメータの推定が行なわれ、制御量T_r(K) の推定値
は、パラメータの推定値を用いて次式で表される。

【００３８】同定誤差は次式で表される。

【００３９】パラメータ調整則は下記の３式で表され
る。［コントローラ］コントローラ２０では目標値をT_rm と
し、出力誤差をe1(k) としたとき、k →∞で、e₁(k) →
0 となるように、T_t(k) を決定する。

【００４０】よって操作量は［発熱量予測機構］発熱量予測機構２３で既出の反応熱
量Q(k)は添加液による発熱であり、添加液は予め定めら
れたパターンで添加されるので、この流量パターンに基
づき次式により反応熱量を予測する。

【００４１】ただし、V_HACは添加液流量、ｇは添加液の
単位発熱量である。

【００４２】図５はこの発明の適応制御装置による適応
温度制御シミュレーション結果を示すグラフであり、フ
ィードフォワード要素を有する制御系では、系外から加
わる外部変動をあらかじめ、その変動パターンを制御系
に与えることにより偏差を生じない良好な制御性能で達
成している。また、比較例として、図６は系外から加わ
る外部変動の変動パターンを制御系に与えない場合の適
応制御結果であり、系外からの外部変動時に無駄時間の
存在により偏差を生じている。［実施例２］図７はこの発明が適用される乳剤仕込の化
学反応系の概略図である。図において符号１は制御対象
となる反応系Ａの反応器であり、例えば反応の原料及び
触媒等の添加物を添加パターンＢに基づいて供給パイプ
２から供給して反応液の処理を行い、必要時間後に反応
液を取り出すことができるようになっている。例えばハ
ロゲン化銀乳剤の製造に用いられ、この場合反応中に硝
酸銀・アンモニア・ハライド溶液などの添加液が供給パ
イプ２から添加される。これに対し、所望のイオン濃度
とするために、イオン濃度に基づく物理量であるｐＨ及
びＥＡｇを制御する。供給パイプ２より制御液であるハ
ライド溶液及び酢酸が添加される。１．制御系で用いられるプラントモデルイオン濃度の制御は、複雑に干渉し合う非線形性の強い
系であるために、イオン濃度制御装置Ｄを温度制御にお
ける（１）式のような微分方程式で表現することは困難
である。そこで温度制御における（５）式と同様のＡＲ
ＭＡモデルを用いる。乳剤イオン濃度系は入力を制御液
流量である酢酸、ハライド流量、出力をイオン濃度に基
づく物理量であるｐＨ、ＥＡｇとする多入力多出力系で
ある。

【００４３】これらは互いに影響を及ぼし合う干渉系で
あり、ＥＡｇは直接影響を及ぼすハライド流量のみなら
ず、酢酸流量の影響も受ける。しかしながら、ｐＨにつ
いては緩衝作用によりその値は変動しにくく、ハライド
流量の影響は受けにくい。そこでｐＨ及びＥＡｇを表現
するプラントモデルとして以下の２式を用いる。

【００４４】ただし、HAC は制御用酢酸流量、KBr は制
御用ハライド溶液流量とする。（１）式（２）式をそれ
ぞれ以下のように記述する。

【００４５】（３），（４）式に示すプラントモデルを
基に、pH、 EAgのそれぞれについて適応制御系を構築す
る。２．適応機構ｐＨ制御制御量pH(k) の推定値は、パラメータの推定値を用い
て次式で表される。同定誤差は次式で表される。パラメータ調整則は以下の３式で表される。 EAg 制御制御量EAg(k)の推定値は、パラメータの推定値を用いて
次式で表される。同定誤差は次式で表される。パラメータ調整則は以下の３式で表される。３．コントローラ pH制御目標値をpHsvとし、出力誤差をe₂(k) としたとき、k →
∞で、e₂(k) →0 となるように、HAC(k)を決定する。よって操作量は EAg 制御目標値をEAgsv とし、出力誤差をe₃(k) としたとき、k
→∞で、e₃(k) →0 となるように、KBr(k)を決定する。よって操作量は以上の適応制御装置を図８に示す。４．制御周期とモデル離散時間の分離による安定化以上構築した適応制御装置であるが、多品種の生産に際
して品種毎の非線形系の度合の差があり、安定化を必要
とする場合がある。そこで、図９、図１０に示すような
安定化の技術を用いる。

【００４６】すなわち、プラントモデルのパラメータは
制御対象の時定数と離散時間に依存し、長い時定数のシ
ステムに対して離散時間を小さくとった場合には、コン
トローラの（16）式、（18）式のける分母となる変数が
小さな値となる。この値がゼロに近い値となれば過去の
制御量操作量によりなる分子の値の微妙な変化を拡大し
操作量の値が振動的となる。

【００４７】そこで、プラントモデルの離散時間として
は制御の安定化のために十分大きな値△Ｔ₄とし、制御
周期は応答性を良くするためこれより小さな値である△
Ｔ₅（＜△Ｔ₄）とする。

【００４８】プラントモデルの離散時間が△Ｔ₄なの
で、この間操作量の値は本来保持されるはずであるが、
実際には△Ｔ₅毎に更新される。そこで、適応機構及び
コントローラにおいてプラントモデルに操作量の値を用
いる際には、以下のように離散時間内の制御周期毎の操
作量を平均化する。

【００４９】すなわちそこで、前記した適応制御装置のHAC(k)及びKBr(k)に相
当する値をHAC_mean(k)及びKBr_mean(k)で置き変えること
により、△T₄＞△T₅なる適応制御系が実現する。図９に
制御周期△T₅とモデルの離散時間△T₄の分離を示し、図
１０は制御周期△T₅とモデルの離散時間△T₄を分離した
適応制御系を示している。以下に、この適応制御系につ
いて記す。４−１．適応機構 pH制御とすると、同定誤差は次式で表される。パラメータ調整則は以下の３式で表される。 EAg 制御とすると、同定誤差は次式で表される。パラメータ調整則は以下の３式で表される。４−２．コントローラ pH制御目標値をpHsvとし、出力誤差をe₂(k) としたとき、k →
∞で、e₂(k) →0 となるように、HAC(k)を決定する。

【００５０】よって操作量は EAg 制御目標値をEAgsv とし、出力誤差をe₃(k) としたとき、k
→∞で、e₃(k) →0 となるように、KBr(k)を決定する。

【００５１】よって操作量はなお、以上はハライド流量がｐＨに影響を及ぼさない片
側の干渉系に適用したが、これに限定されず、相互干渉
の場合においても、一般的に知られている非干渉化の手
法に基づき適用することが可能なのは明かである。５．本来の設定値と現在の制御量の内分点を制御周期毎
に計算しそれを設定値とすることによる安定化制御周期とモデル離散時間の分離による安定化に加え、
本来の設定値と現在の制御量の内分点を制御周期毎に計
算しそれを設定値とし、滑らかに制御量が設定値となる
ようにすることにより、安定化が図られる。これを図１
１に示す。時刻k において制御量y(k)が観測され、時刻
k+1 に制御量は設定値となるように操作量u(k)が計算さ
れる。この際、従来の適応制御装置では定値制御におい
ては、設定値は固定の値であるが、次式に示すように時
刻k+1 における設定値y'sv(k+1)を計算する。６．シミュレーション結果図１２はこの発明の適応イオン濃度制御装置による適応
イオン濃度制御シミュレーション結果を示すグラフであ
り、図１３は比較例として、PID 制御によるシミュレー
ション結果を示すフラフである。図１３に示すように、
反応途中に原料が添加されゲインが変動し、また干渉
系、かつ非線形な系であるためPID 制御ではハンチング
を起こし十分な制御精度を達成していない。これに対し
適応制御装置においては、図１２に示すように高精度な
定値制御を達成している。［実施例３］この発明が適用される化学反応系の概略図
は前記図１と同一のものであり、またこの適応温度制御
についても、適応温度制御系の原理は図２に示し、プラ
ントモデルの離散時間△Ｔ₁、サンプリング周期△Ｔ₂と
制御周期△Ｔ₃の関係は図３に示したものと同様である
ため詳細な説明は省略する。

【００５２】以下、この発明の化学反応系の適応温度制
御装置について説明するが、プラントモデルへの発熱項
の導入について、またフィードフォワード要素を組み込
んだ適応制御系の構築については前記実施例１で説明し
たから説明を省略する。以下、化学反応系の適応温度制
御装置を図１４に示しており、反応系Ａには添加液が添
加され、反応熱２２が生じ、この反応系Ａの適応温度制
御装置のコントローラ２０、適応機構２１及び発熱予測
機構２３について説明する。［適応機構］適応機構２１には添加されるHAC 流量に基
づく発熱予測機構２３から反応熱予測が入力され、この
適応機構２１ではこれらの情報に基づきプラントモデル
のパラメータの推定が行なわれ、制御量T_r(K) の推定値
は、パラメータの推定値を用いて次式で表される。

【００５３】同定誤差は次式で表される。

【００５４】パラメータ調整則は下記の３式で表され
る。［コントローラ］コントローラ２０では目標値をT_rm と
し、出力誤差をe1(k) としたとき、k →∞で、e₁(k) →
0 となるように、T_t(k) を決定する。

【００５５】よって操作量は［発熱量予測機構］発熱量予測機構２３で既出の反応熱
量Q(k)は添加液による発熱であり、添加液は予め定めら
れたパターンで添加されるので、この流量パターンに基
づき次式により反応熱量を予測する。

【００５６】ただし、V_HACは添加液流量、ｇは添加液の
単位発熱量である。

【００５７】そして、この化学反応系の適応温度制御装
置においては、図１５及び図１６に示すように、離散時
間△Ｔ₆と制御周期△Ｔ₇の分離が行なわれ、温度制御の
安定化の技術が用いられている。

【００５８】プラントモデルのパラメータは装置の時定
数と離散時間に依存し、そして長い時定数に対して短い
離散時間とした場合、パラメータはコントローラの式に
おいて、分母となる変数であり、この値がゼロに近い値
であれば、過去の制御量、操作量によりなる分子の値の
微妙な変化を拡大し、操作量の値が振動的となることが
考えられる。このため、プラントモデルの離散時間△Ｔ
₆としては、制御の安定化のため十分大きな値を取らな
ければならないが、制御周期△Ｔ₇は短い方が応答性が
よいので、プラントモデルの離散時間△Ｔ₆よりも小さ
なΔＴ₇を制御周期とする。

【００５９】プラントモデルの離散時間はΔＴ₆なの
で、この間の操作量の値は本来保持されるはずである
が、実際にはΔＴ₇毎に更新される。

【００６０】そこで、適応機構２１及びコントローラ２
０において、プラントモデルに操作量の値を用いる際に
は、以下のように離散時間内の制御周期毎の操作量の値
を平均化２４する。

【００６１】すなわちそこで、前記したフィードフォワード要素を組み込んだ
適応制御系で用いる操作量Tt(k) の値をTtmean(k) で置
き変えることにより、制御周期毎ΔＴ₇＜離散時間ΔＴ₆
なる適応制御系を実現する。

【００６２】図１５に制御周期△Ｔ₇と離散時間△Ｔ₆の
分離を示し、図１６はその制御周期△Ｔ₇と離散時間△
Ｔ₆の分離した適応制御系を示している。以下、この適
応制御系について説明する。［適応機構］とすると同定誤差は、次式で表される。

【００６３】パラメータ調整則は以下の３式で表され
る。［コントローラ］目標値をT_rm とし出力誤差をe₁(k) と
したとき、k →∞でe₁(k) →0 となるようにT_t(k) を決
定する。

【００６４】よって操作量はこのように、離散化モデルの制御時間すなわち、適応機
構２１が情報を収集する間隔を、制御の安定性を確保す
るための時間とし、コントローラ２０により操作量を更
新する周期を、即応性を達成するための時間とする。こ
のような、適応機構２１の離散周期と制御周期の分離
は、適応機構２１とコントローラ２０が独立して情報を
蓄積するような構造とすることにより実現されている。

【００６５】図１７はこの発明の適応温度制御装置によ
る適応温度制御シミュレーション結果を示すグラフであ
り、プラントモデルの離散時間が制御周期よりも長く設
定され、離散周期と制御周期を分離した制御系では、操
作量の変化の仕方、整定時間、制御量の偏差、ノイズに
対する安定性などが、制御周期と離散周期が等しい一般
的な適応制御系に比較しても、より実用的なものとなっ
た。

【００６６】また、比較例として添加物による熱量予測
とで修正された熱モデルを用いる制御で最適な温度制御
量を求め、この最適な温度制御量に基づいて反応系の温
度制御を行なうため、反応液の状態変化を予測した適切
な温度制御を行なう状態フィードバック制御シミュレー
ション結果を図１８のグラフに示す。

【００６７】図１７の適応制御及び図１８の状態フィー
ドバック制御のいずれも制御開始時期におけるモデルパ
ラメータの初期値に誤差を含んでいるが、図１８に示す
状態フィードバックの場合、発熱時にこの誤差の影響に
より、制御量に偏差が生じるが、適応制御の場合は適応
機構によりモデルパラメータが修正されるため、良好な
制御性を達成している。

【００６８】

【発明の効果】前記したように、この請求項１記載の発
明は、プラントモデルに基づき制御を行ない、系の系外
から加わる外部変動に対して無駄時間先の変動量を外部
変動の原因となる物理量の変動パターンから予測し、予
め無駄時間先の外部変動量を相殺するから、これで外部
変動に対する制御精度が向上する。

【００６９】また、請求項２記載の発明は、プラントモ
デルに基づき制御を行ない、この制御のプラントモデル
の離散時間が制御周期よりも長くなっており、離散時間
と制御周期とを分離して制御周期を小さくすることで、
制御の安定性が向上する。

【００７０】また、請求項３記載の発明は、プラントモ
デルに基づき制御を行ない、ステップ状の設定値の変更
に対して、設定値をなめらかに変化させることにより、
操作量の変化が抑えられ、制御の安定性を向上させるこ
とができる。

【００７１】さらに、請求項４記載の発明は、プラント
モデルに基づき温度制御を行ない、系の系外から加わる
外部変動に対して無駄時間先の変動量を外部変動の原因
となる物理量の変動パターンから予測し、予め無駄時間
先の外部変動量を相殺するから、外部変動に対する制御
精度が向上すると共に、さらにプラントモデルの離散時
間が制御周期よりも長くし、離散時間と制御周期とを分
離して制御周期を小さくしているから、制御の安定性が
向上し、品質が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用される化学反応系の概略図であ
る。

【図２】適応温度制御系の原理図である。

【図３】プラントモデルの離散時間、サンプリング時間
及び制御周期の関係を示す図である。

【図４】化学反応系の適応温度制御装置の概略図であ
る。

【図５】適応温度制御シミュレーション結果を示すグラ
フである。

【図６】適応温度制御結果を示すグラフである。

【図７】乳剤仕込の化学反応系の概略図である。

【図８】適応制御装置の概略図である。

【図９】制御周期と離散時間の分離を示す図である。

【図１０】制御周期と離散時間の分離した適応制御装置
の構成図である。

【図１１】本来の設定値と現在の制御量の内分点を制御
周期毎に計算しそれを設定値とする制御を示図である。

【図１２】適応イオン濃度制御シミュレーション結果を
示すグラフである。

【図１３】ＰＩＤ制御によるシミュレーション結果を示
すグラフである。

【図１４】化学反応系の適応温度制御装置の概略図であ
る。

【図１５】制御周期と離散時間の分離を示す図である。

【図１６】制御周期と離散時間の分離した適応制御系の
構成図である。

【図１７】適応温度制御装置による適応温度制御シミュ
レーション結果を示すグラフであ。

【図１８】状態フィードバック制御シミュレーション結
果を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ反応系Ｂ添加パターンＣ温度制御装置Ｄイオン濃度制御装置１反応器２供給パイプ４ジャケット５，６循環パイプ７温水タン２０コントローラ２１適応機構２２反応熱２３発熱予測機構２４平均化

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】系の物理量の制御中に逐次プラントモデ
ルを推定し、このプラントモデルに基づき制御を行なう
適応制御であって、前記系の系外から加わる外部変動に
対して無駄時間先の変動量を外部変動の原因となる物理
量の変動パターンから予測し、予め無駄時間先の系外か
ら加わる外部変動を相殺するフィードフォワード要素を
有することを特徴とする適応制御装置。
【請求項２】系の制御中に逐次プラントモデルを推定
し、このプラントモデルに基づき制御を行なう適応制御
であって、前記プラントモデルの離散時間内の制御周期
毎の操作量を平均化することにより、プラントモデルの
離散時間が制御周期よりも長く設定されることを特徴と
する適応制御装置。
【請求項３】系の物理量の制御中に逐次プラントモデ
ルを推定し、このプラントモデルに基づき制御を行なう
適応制御であって、本来の設定値を現在の制御量の内分
点を制御周期毎に計算し、この値を設定値とすることを
特徴とする適応制御装置。
【請求項４】系の物理量の制御中に逐次プラントモデ
ルを推定し、このプラントモデルに基づき制御を行なう
適応制御であって、前記系の系外から加わる外部変動に
対して無駄時間先の変動量を外部変動の原因となる物理
量の変動パターンから予測し、予め無駄時間先の系外か
ら加わる外部変動を相殺するフィードフォワード要素を
有し、さらに前記プラントモデルの離散時間内の制御周
期毎の操作量を平均化することによりプラントモデルの
離散時間が制御周期よりも長く設定されることを特徴と
する適応制御装置。