(57)【要約】【課題】高度制御の異常を下位側の制御で補うバックアップの技術や高度制御の誤差を下位側の制御で吸収する誤差吸収の技術を実現する。【解決手段】制御装置は、高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算部１０と、操作量ＭＶ１に、規定の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを算出する操作量変換部１１と、フィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算部２０と、操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限するリミット処理を行うリミット処理部２１と、予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数部２３と、操作量ＭＶ２がリミット処理部２１によって制限された制御周期の回数Ｍを数える処理周期計数部２４と、処理周期計数部２４の計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出部２５を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限された制御周期の回数Ｍを数える処理周期計数手段と、
この処理周期計数手段の計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置において、
前記指標算出手段で算出される指標βは比率Ｍ／Ｎであることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限されない制御周期の回数Ｍ’を数える非処理周期計数手段と、
この非処理周期計数手段の計数結果に基づき、指標γを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の制御装置において、
前記指標算出手段で算出される指標γは比率Ｍ’／Ｎであることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項７記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項７記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記非処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限された制御時間Ｓを計測する処理時間計測手段と、
この処理時間計測手段の計測結果に基づき、指標βを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の制御装置において、
前記指標算出手段で算出される指標βは比率Ｓ／Ｔであることを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の制御装置において、
さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１６】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段と、
予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測手段と、
前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限されない制御時間Ｓ’を計測する非処理時間計測手段と、
この非処理時間計測手段の計測結果に基づき、指標γを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の制御装置において、
前記指標算出手段で算出される指標γは比率Ｓ’／Ｔであることを特徴とする制御装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の制御装置において、
さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２０】
請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の制御装置において、
さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記非処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２１】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限された制御周期の回数Ｍを数える処理周期計数ステップと、
この処理周期計数ステップの計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項２２】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限されない制御周期の回数Ｍ’を数える非処理周期計数ステップと、
この非処理周期計数ステップの計数結果に基づき、指標γを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項２３】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限された制御時間Ｓを計測する処理時間計測ステップと、
この処理時間計測ステップの計測結果に基づき、指標βを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項２４】
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、
この上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、
この下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
このリミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測ステップと、
前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限されない制御時間Ｓ’を計測する非処理時間計測ステップと、
この非処理時間計測ステップの計測結果に基づき、指標γを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高度制御のような上位側制御とＰＩＤ制御のような下位側制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現する制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多変数モデル予測制御などの技術に基づく高度制御（例えば大規模プラントで利用されるAdvanced Process Control）技術が知られている。多変数モデル予測制御は、制御変数や操作変数などの多変数間の関係をモデル化して、拘束条件や経済効率などの相互関係を与えることで、最適運転・経済運転を行うための制御である。このような多変数モデル予測制御（特許文献１参照）あるいは多点温度均熱化制御（特許文献２参照）の上位側や目標値整形制御（特許文献３参照）の上位側やシミュレーションベースのオープンループ制御（特許文献４参照）のような高度制御と、ＰＩＤ制御とのハイブリッド制御を実現する手法としては、上位側の高度制御の出力を下位側のＰＩＤ制御の設定値ＳＰとして設定する手法が考えられる。
【０００３】
図１０は高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御系の構成を示すブロック図である。多くのケースで、高度制御演算部１００は、複数の状態観測値を取り込む多入力のアルゴリズムが採用され、シミュレーションや最適化演算などを経て、温度や圧力などの状態量について維持すべき値（目標値）を算出する。そして、温度や圧力などの単変数の状態量を目標値に維持するために、ＰＩＤ制御演算部１０１は、高度制御演算部１００が算出した目標値を設定値ＳＰとして、電力調整器１０２やバルブ等への指示値である操作量ＭＶを算出する。
【０００４】
したがって、上位側の高度制御演算部１００のハードウェアが故障したり、多入力系ゆえに想定された入力値のカバー範囲を外れて無効状態になったりしても、設定値ＳＰが維持されたままのＰＩＤ制御が継続するので、温度や圧力などの状態量が暴走することは起こらない。すなわち、制御アルゴリズムとしては、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップ構造になる。
【０００５】
また、高度制御が例えばシミュレーションベースのオープンループ制御であれば、状態量観測値に基づく修正動作が不十分な構造という可能性もあることになる。このような高度制御に対し、下位の制御アルゴリズムとしてＰＩＤ制御が組み合わせられていれば、最低限の修正動作が末端に備えられている形になるので、制御系全体の安全性が高められることになる。すなわち、制御アルゴリズムとしては相互補完関係になる。
【０００６】
上記のような有効な組み合わせ方が成り立つのは、ＰＩＤ制御が、高度制御から設定値ＳＰを受け取るポジションに入ることが条件になる。逆に言えば、ＰＩＤ制御が、高度制御と設定値ＳＰを共有する形にできなければ、制御アルゴリズムのバックアップ構造、相互補完関係にはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７５８８６２号公報
【特許文献２】特許第４３５８６７４号公報
【特許文献３】特許第４６３９８２１号公報
【特許文献４】特開平１０−２８５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高度制御側の出力を、電力調整器やバルブへの指示値である操作量ＭＶとすることも、理論上は十分可能である。このとき、高度制御の操作量ＭＶがＰＩＤ制御の操作量ＭＶと同じ変数になって重複する場合は、図１１に示すように高度制御の単独構造にならざるを得ない。
多くのケースで、高度制御は複数の状態観測値を取り込む多入力のアルゴリズムが採用されるのであるが、それゆえに演算量も大きくなる。そして、演算量が大きい（演算が集中的になる）高度制御は、演算機能がダウンするリスクも無視できないということになるので、高度制御のアルゴリズムを単独で実装するのは、リスクの高い計装ということになる。
【０００９】
また、高度制御が状態量観測値をフィードバックする制御でない場合、温度や圧力などの目標値（設定値ＳＰに相当）と実際の値（制御量ＰＶに相当）との間に誤差が生じる可能性が高くなる。高度制御のアルゴリズムを単独で実装する場合には、この誤差を吸収できないことになる。
したがって、高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実装することが好ましいが、高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせる手法は実際には確立されておらず、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップの技術や高度制御の誤差をＰＩＤ制御で吸収する誤差吸収の技術は実現できていなかった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高度制御とＰＩＤ等のフィードバック制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現し、高度制御の異常をフィードバック制御で補うバックアップの技術や高度制御の誤差をフィードバック制御で吸収する誤差吸収の技術を実現することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の制御装置は、高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段と、フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段と、予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数手段と、前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限された制御周期の回数Ｍを数える処理周期計数手段と、この処理周期計数手段の計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記指標算出手段で算出される指標βは比率Ｍ／Ｎである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標βが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の制御装置は、上位側制御演算手段と、操作量変換手段と、上下限値設定手段と、下位側制御演算手段と、リミット処理手段と、操作量出力手段と、予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数手段と、前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限されない制御周期の回数Ｍ’を数える非処理周期計数手段と、この非処理周期計数手段の計数結果に基づき、指標γを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記指標算出手段で算出される指標γは比率Ｍ’／Ｎである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標γが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御周期計数手段、前記非処理周期計数手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の制御装置は、上位側制御演算手段と、操作量変換手段と、上下限値設定手段と、下位側制御演算手段と、リミット処理手段と、操作量出力手段と、予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測手段と、前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限された制御時間Ｓを計測する処理時間計測手段と、この処理時間計測手段の計測結果に基づき、指標βを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記指標算出手段で算出される指標βは比率Ｓ／Ｔである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標βが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標βが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の制御装置は、上位側制御演算手段と、操作量変換手段と、上下限値設定手段と、下位側制御演算手段と、リミット処理手段と、操作量出力手段と、予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測手段と、前記下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２が前記リミット処理手段によって制限されない制御時間Ｓ’を計測する非処理時間計測手段と、この非処理時間計測手段の計測結果に基づき、指標γを算出する指標算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記指標算出手段で算出される指標γは比率Ｓ’／Ｔである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標γが適正な範囲よりも小さい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を大きくするように修正する下限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記指標γが適正な範囲よりも大きい場合は、所定の倍率を乗算して前記操作量幅を小さくするように修正する上限側評価修正手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、前記制御時間計測手段、前記非処理時間計測手段および前記指標算出手段の動作を停止させる指標算出停止手段を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の制御方法は、高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、この上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを前記操作量変換ステップで算出した値に変更する上下限値設定ステップと、フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、この下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、このリミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数ステップと、前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限された制御周期の回数Ｍを数える処理周期計数ステップと、この処理周期計数ステップの計数結果に基づき、指標βを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の制御方法は、上位側制御演算ステップと、操作量変換ステップと、上下限値設定ステップと、下位側制御演算ステップと、リミット処理ステップと、操作量出力ステップと、予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数ステップと、前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限されない制御周期の回数Ｍ’を数える非処理周期計数ステップと、この非処理周期計数ステップの計数結果に基づき、指標γを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の制御方法は、上位側制御演算ステップと、操作量変換ステップと、上下限値設定ステップと、下位側制御演算ステップと、リミット処理ステップと、操作量出力ステップと、予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測ステップと、前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限された制御時間Ｓを計測する処理時間計測ステップと、この処理時間計測ステップの計測結果に基づき、指標βを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の制御方法は、上位側制御演算ステップと、操作量変換ステップと、上下限値設定ステップと、下位側制御演算ステップと、リミット処理ステップと、操作量出力ステップと、予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測ステップと、前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２が前記リミット処理ステップによって制限されない制御時間Ｓ’を計測する非処理時間計測ステップと、この非処理時間計測ステップの計測結果に基づき、指標γを算出する指標算出ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、下位側のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを操作量変換手段で算出された値に変更する上下限値設定手段とを設けることにより、高度制御とＰＩＤ等のフィードバック制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現することができ、高度制御の異常をフィードバック制御で補うバックアップの技術や高度制御の誤差をフィードバック制御で吸収する誤差吸収の技術を実現することができる。また、本発明では、下位側制御演算手段とリミット処理手段と操作量出力手段として、例えば温調計のような市販のコントローラを利用することができる。また、本発明では、制御周期計数手段と処理周期計数手段と指標算出手段とを設けることにより、操作量幅の妥当性に関する指標βを得ることができる。
【００２４】
また、本発明では、制御周期計数手段と非処理周期計数手段と指標算出手段とを設けることにより、操作量幅の妥当性に関する指標γを得ることができる。
【００２５】
また、本発明では、制御時間計測手段と処理時間計測手段と指標算出手段とを設けることにより、操作量幅の妥当性に関する指標βを得ることができる。
【００２６】
また、本発明では、制御時間計測手段と非処理時間計測手段と指標算出手段とを設けることにより、操作量幅の妥当性に関する指標γを得ることができる。
【００２７】
また、本発明では、下限側評価修正手段を設けることにより、操作量幅を修正することができる。
【００２８】
また、本発明では、上限側評価修正手段を設けることにより、操作量幅を修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】先願技術の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】先願技術の動作を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御系の構成を示すブロック図である。
【図１１】高度制御単独の制御系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［先願技術］
発明者は、高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現し、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップの機能や高度制御の誤差をＰＩＤ制御で吸収する誤差吸収の機能を実現することができる技術を提案した（特願２０１２−１９４９５５）。以下、この技術を先願技術と呼ぶ。
【００３１】
図１は先願技術の制御系の構成を示すブロック図である。先願技術では、高度制御の操作量ＭＶに、誤差範囲を想定した幅を考慮する。この操作量幅を、ＰＩＤ制御ループの操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとしてＰＩＤ制御ループに与えれば、ＰＩＤ制御ループはフィードバック演算による誤差吸収が行なえる。このとき、ＰＩＤ制御ループの設定値ＳＰには、高度制御側に設定されるはずの設定値ＳＰと同じ変数を重複して割当てればよい。また、これによりＰＩＤ制御ループが常時動作することになるので、高度制御が不調になったり無効状態になったりしたときのためのバックアップ構造としても機能するようになる。
【００３２】
さらに、操作量幅（あるいは上限値ＯＨと下限値ＯＬとの差）をゼロに近づければ、高度制御側から直接的に操作量ＭＶを電力調整器などに作用させている状態に近づけることができる。すなわち、操作量幅を調整することで、高度制御の影響割合（支配率）を実質的に調整できるというように、可調整なハイブリッド制御を実現することができる。
【００３３】
そして、先願技術では、高度制御の操作量ＭＶ１と操作量下限値ＯＬとの差および高度制御の操作量ＭＶ１と操作量上限値ＯＨとの差を、操作量幅αというパラメータとして規定し、次式により操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを与えるようにしている。
ＯＬ＝ＭＶ１−α                                                ・・・（１）
ＯＨ＝ＭＶ１＋α                                                ・・・（２）
したがって、操作量上限値ＯＨと操作量下限値ＯＬとの差は２αになる。
【００３４】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は先願技術の動作を説明する図であり、図２（Ａ）は高度制御の操作量ＭＶ１（図１の高度制御演算部１で算出される操作量）の変化に伴う操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨの変化を示す図、図２（Ｂ）は操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨによって制約されるＰＩＤ制御の操作量ＭＶ２（図１の温調計２から出力される操作量）の変化を示す図である。
【００３５】
図２（Ａ）には、操作量ＭＶ１が時間の経過とともに８％から９２％に直線的に上昇し、α＝８％の設定に基づき操作量下限値ＯＬが０％から８４％に直線的に上昇し、操作量上限値ＯＨが１６％から１００％に直線的に上昇する事例が示されている。図２（Ｂ）には、時間の経過とともに操作量下限値ＯＬが０％から８４％、操作量上限値ＯＨが１６％から１００％に直線的に上昇し、この操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの範囲内で操作量ＭＶ２が算出される事例が示されている。このように、先願技術では、上位側の高度制御により大局的な操作量変化が与えられ、下位側のＰＩＤ制御により誤差吸収程度の操作量の調整（変更）が常時継続するようになっている。
【００３６】
以上の先願技術では、操作量幅を調整することで、高度制御の影響割合（支配率）を実質的に調整できるが、調整した結果としての操作量幅の妥当性に関する指標が与えられてないので、妥当性を判断できない。現実的には、妥当であるか否かは目的に応じて変わるものであるが、いずれにしろ妥当性を判断するための指標は必要になる。あるいは、妥当性を具体的に定量化する指標が与えられることにより、操作量幅の調整が場当たり的にならないように管理することも可能になる。
【００３７】
［発明の原理１］
そこで、発明者は、以下のような原理によれば、下位側のＰＩＤ制御ループに与えられる操作量幅の妥当性に関する指標が得られることに想到した。
例えば、高度制御の操作量ＭＶ１と操作量幅αに基づき、ＭＶ１±αで決定した操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨにより、ＰＩＤ制御で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理される範囲にある状況（ＭＶ２＜ＯＬあるいはＭＶ２＞ＯＨ）が多くなる場合には、設定されている操作量幅αが小さ過ぎる可能性がある。一方で、ＭＶ１±αで決定した操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨにより、ＰＩＤ制御で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理されない範囲にある状況（ＯＬ＜ＭＶ２＜ＯＨ）が多くなる場合には、操作量幅αが大き過ぎる可能性がある。
【００３８】
操作量ＭＶ２がリミット処理される範囲にある状況が多い場合、ＰＩＤ制御による誤差吸収に支障が発生する可能性が高くなり、操作量ＭＶ２がリミット処理されない範囲にある状況が多い場合、高度制御を実施していることが無意味になる可能性が高くなる。発明者は、このようにＰＩＤ制御で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理される頻度が、高度制御とＰＩＤ制御のハイブリッド化の有効性に関連することに着眼した。
【００３９】
そして、発明者は、ＭＶ１±αで決定した操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨにより、ＰＩＤ制御で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理される頻度に基づき、操作量幅αの妥当性に関する指標βを決定することが有効であることに想到した。具体的には、例えば予め規定された制御周期の回数Ｎの間に、ＰＩＤ制御で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理される制御周期の回数Ｍを検出し、その比率Ｍ／Ｎを指標βとすることができる。あるいは、予め規定された制御時間Ｔの間に、ＰＩＤ制御で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理されている制御時間Ｓを検出し、その比率Ｓ／Ｔを指標βとすることもできる。あるいは、リミット処理されていない制御周期の回数や制御時間の比率を指標γとすることもできる。
【００４０】
［発明の原理２］
また、発明者は、上記の指標β（比率Ｍ／Ｎあるいは比率Ｓ／Ｔ）に対し、適正と思われる範囲を規定し、この適正な範囲から外れる場合に、自動的に操作量幅αを修正することで、操作量幅αの妥当性を判断できると同時に、操作量幅αを妥当な状態に維持できることに想到した。
【００４１】
例えば、指標βの適正な範囲をＡＬ≦β≦ＢＨ（ＡＬ≦Ｍ／Ｎ≦ＢＨあるいはＡＬ≦Ｓ／Ｔ≦ＢＨ）とする。指標βが下限側のＡＬよりも小さい場合は、操作量ＭＶ２がリミット処理される頻度が少ないわけであり、操作量幅αが大き過ぎる可能性があることになるので、操作量幅αを小さくするように自動修正すればよい。指標βが上限側のＢＨよりも大きい場合は、操作量ＭＶ２がリミット処理される頻度が多いわけであり、操作量幅αが小さ過ぎる可能性があることになるので、操作量幅αを大きくするように自動修正すればよい。
なお、リミット処理されていない制御周期の回数や制御時間の比率である指標γを用いる場合、操作量幅αに対する自動修正の操作は、指標βを用いる場合の操作量幅αに対する自動修正の操作と逆になる。
【００４２】
［発明の原理３］
設定値ＳＰの変更に伴う過渡状態では、高度制御とＰＩＤ制御とで異なる制御動作になることが前提にあって、高度制御を適用するケースが多い。また、誤差吸収は、高度制御側の不備により発生する誤差を修正するのが目的であるが、この誤差とは、設定値ＳＰと制御量ＰＶが一致するべきであるときに発生する不備を意味するのであるから、定常状態（整定状態）が誤差吸収の対象になる。したがって、設定値ＳＰの変更に伴う過渡状態は、指標β（あるいは指標γ）算出の対象から外すのが好ましい。具体的な方法としては、例えば設定値ＳＰ変更後の特定の時間帯においては、指標算出を停止するような方法がある。
【００４３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２、発明の原理３に対応するものである。本実施の形態においても、制御系全体の構成は先願技術と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。本実施の形態の制御系は、高度制御演算部１と、温調計２と、ＳＳＲ（Solidstate Relay）やＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）などの電力調整器３とから構成される。なお、図１では、操作量ＭＶの出力先である制御対象として電力調整器３を例に挙げているが、これに限るものではなく、バルブ等を制御対象としてもよい。
【００４４】
図３は本実施の形態の制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、図１に示した高度制御演算部１と温調計２とから構成される。
高度制御演算部１は、例えば高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算部１０と、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ１に、規定された操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨに変換する操作量変換部１１と、操作量変換部１１で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを、温調計２の後述するリミット処理部で用いる値として設定する上下限値設定部１２と、指標βの適正な範囲をβ≧ＡＬとし、βがＡＬよりも小さい場合は、操作量幅αを小さくするように修正する下限側評価修正部１３と、指標βの適正な範囲をβ≦ＢＨとし、βがＢＨよりも大きい場合は、操作量幅αを大きくするように修正する上限側評価修正部１４とを有する。
【００４５】
温調計２は、例えばＰＩＤ制御演算等のフィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算部２０と、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部２１と、このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力部２２と、予め規定された制御周期の回数Ｎを数える制御周期計数部２３と、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理部２１によって制限された制御周期の回数Ｍを数える処理周期計数部２４と、処理周期計数部２４の計数結果に基づき、比率Ｍ／Ｎを指標βとして算出する指標算出部２５と、設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、制御周期計数部２３、処理周期計数部２４および指標算出部２５の動作を停止させる指標算出停止部２６とを有する。
【００４６】
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図４、図５を用いて説明する。図４のI，II，IIIは、それぞれ図５のI，II，IIIと接続されていることは言うまでもない。本実施の形態では、説明を簡単にするために、上位側制御演算部１０の制御演算式を、簡易な多入力１出力の１次多項式とする。また、炉内温度を制御対象の状態量とする。つまり、炉を加熱するヒータ（不図示）が図１の電力調整器３に接続されていて、電力調整器３は、温調計２から出力される操作量ＭＶ２に応じてヒータに供給する電力を調整する。
【００４７】
上位側制御演算部１０は、次式の制御演算式により、電力調整器３に出力されることを想定した操作量ＭＶ１を算出する（図４ステップＳ１）。
ＭＶ１＝ＡＳＰ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３                          ・・・（３）
式（３）において、ＳＰは制御装置のオペレータによって設定される、制御対象の炉内温度に対する設定値、Ｘ１は操作量ＭＶ１を決定するために考慮すべき第１の状態量（例えば炉内圧力計測値）、Ｘ２は操作量ＭＶ１を決定するために考慮すべき第２の状態量（例えば炉内湿度計測値）、Ｘ３は操作量ＭＶ１を決定するために考慮すべき第３の状態量（例えば炉外周辺温度計測値）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは予め規定される１次多項式係数である。
【００４８】
続いて、操作量変換部１１は、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を加減算して、温調計２の操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを次式のように算出する（図４ステップＳ２）。
ＯＬ＝ＭＶ１−αＬ                                              ・・・（４）
ＯＨ＝ＭＶ１＋αＨ                                              ・・・（５）
式（４）、式（５）においてαＬは予め規定された下限値用の操作量幅、αＨは予め規定された上限値用の操作量幅である。操作量幅αＬとαＨは同じ値でもよいし、異なる値でもよい。
【００４９】
上下限値設定部１２は、操作量変換部１１で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを、通信機能などを介して温調計２のリミット処理部２１に対して設定する（図４ステップＳ３）。
【００５０】
次に、下位側制御演算部２０は、ＰＩＤ制御演算により、以下の伝達関数式のように操作量ＭＶ２を算出する（図４ステップＳ４）。
ＭＶ２＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）
・・・（６）
式（６）において、ＳＰは制御対象の炉内温度に対する設定値であり、上位側制御演算部１０が用いる値と同じである。ＰＶは図示しない温度センサによって計測される制御対象の炉内温度計測値（制御量）、Ｐｂは予め規定された比例帯、Ｔｉは予め規定された積分時間、Ｔｄは予め規定された微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００５１】
続いて、リミット処理部２１は、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上下限リミット処理を行なう（図４ステップＳ５）。
ＩＦ  ＭＶ２＜ＯＬ  ＴＨＥＮ  ＭＶ２＝ＯＬ                      ・・・（７）
ＩＦ  ＭＶ２＞ＯＨ  ＴＨＥＮ  ＭＶ２＝ＯＨ                      ・・・（８）
つまり、リミット処理部２１は、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬより小さい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＬとし、操作量ＭＶ２が操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＨとする。
【００５２】
そして、操作量出力部２２は、リミット処理部２１でリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象の電力調整器３に出力する（図４ステップＳ６）。
次に、指標算出停止部２６は、例えば設定値ＳＰが直前の値に対して所定の変更幅以上変更された場合に設定値ＳＰが変更されたと判定し、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期であれば（図４ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御周期計数部２３、処理周期計数部２４および指標算出部２５の動作を停止させる（図４ステップＳ８）。ここで、特定の時間帯Ｑとは、例えば設定値ＳＰが変更されてから所定の時間内の期間である。
【００５３】
一方、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期でない場合（図４ステップＳ７においてＮＯ）、制御周期計数部２３は、制御周期の計数値を１増やす（図４ステップＳ９）。
【００５４】
処理周期計数部２４は、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期でない場合、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理部２１で制限されたか否かを判定し（図４ステップＳ１０）、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬより小さいか又は操作量上限値ＯＨより大きいために制限された場合には、操作量ＭＶ２の制限が実施された処理周期の計数値Ｍを１増やす（図４ステップＳ１１）。
【００５５】
こうして、ステップＳ１〜Ｓ１１の処理が制御周期毎に繰り返し実行される。次に、指標算出部２５は、制御周期計数部２３がカウントしている制御周期の計数値が予め規定された値Ｎに到達すると（図４ステップＳ１２においてＹＥＳ）、処理周期計数部２４がカウントしている処理周期の計数値Ｍと規定値Ｎとの比率Ｍ／Ｎを指標βとして算出する（図４ステップＳ１３）。
【００５６】
指標βの算出後、指標算出部２５は、制御周期計数部２３がカウントしている制御周期の計数値と処理周期計数部２４がカウントしている処理周期の計数値を共に０にリセットする（図４ステップＳ１４）。さらに、指標算出部２５は、算出した指標βを、通信機能などを介して高度制御演算部１の下限側評価修正部１３および上限側評価修正部１４に送信する（図４ステップＳ１５）。
【００５７】
高度制御演算部１の下限側評価修正部１３は、指標βが指標算出部２５から送信されたときに、指標βが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬよりも小さい場合は（図５ステップＳ１６においてＹＥＳ）、操作量幅αＬ，αＨを小さくするように修正する（図５ステップＳ１７）。
ＩＦ  β＜ＡＬ  ＴＨＥＮ  αＬ←０．９５αＬ，αＨ←０．９５αＨ  ・・（９）
ここでは、操作量幅αＬ，αＨをそれぞれ現在の値の０．９５倍にする。
【００５８】
一方、高度制御演算部１の上限側評価修正部１４は、指標βが指標算出部２５から送信されたときに、指標βが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨよりも大きい場合は（図５ステップＳ１８においてＹＥＳ）、操作量幅αＬ，αＨを大きくするように修正する（図５ステップＳ１９）。
ＩＦ  β＞ＢＨ  ＴＨＥＮ  αＬ←１．０５αＬ，αＨ←１．０５αＨ
・・・（１０）
ここでは、操作量幅αＬ，αＨをそれぞれ現在の値の１．０５倍にする。
【００５９】
以上のようなステップＳ１〜Ｓ１９の処理が、例えばオペレータからの指令によって制御が終了するまで（図５ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００６０】
図１、図３に示した制御系の構成において、上位側制御演算部１０により算出される操作量ＭＶ１は、多入力の条件値を参照して決定されるので、複雑な多変数系、非線形系に対して効率的な制御を実現するのに有効である。しかし、操作量ＭＶ１は、予め規定された数式により一意的に算出されるので、条件変動により生じる制御誤差を修正するようには作用しない。すなわち、正確な制御を実現するための操作量の値は、操作量ＭＶ１の周辺に存在することになる。
【００６１】
温調計２によるＰＩＤ制御演算は、操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨによりＭＶ１−αＬ〜ＭＶ１＋αＨの範囲で操作量ＭＶ２を探索するように作用する。操作量ＭＶ２の範囲が限定されているので、複雑な多変数系、非線形系に対して操作量ＭＶ２が発散するリスクが低減された状態で、ＰＩＤ制御ループによるフィードバック制御が行なわれる。
【００６２】
操作量幅αＬ，αＨの値が小さ過ぎると、温調計２のＰＩＤ制御演算による操作量ＭＶ２の探索範囲が狭過ぎることになり、すなわち上位側の誤差をＰＩＤ制御演算で吸収する誤差吸収の機能が過度に抑制される。この場合、指標βにより、オペレータは、操作量幅αＬ，αＨの値が小さ過ぎるという状況判断を下すことが可能になる。また、適正な操作量幅αＬ，αＨに近づくように自動修正することができる。
【００６３】
一方、操作量幅αＬ，αＨの値が大き過ぎると、温調計２のＰＩＤ制御演算による操作量ＭＶ２の探索範囲が広過ぎることになり、すなわち上位側制御演算の実施意義が希薄になる。この場合、指標βにより、オペレータは、操作量幅αＬ，αＨの値が大き過ぎるという状況判断を下すことが可能になる。また、適正な操作量幅αＬ，αＨに近づくように自動修正することができる。
【００６４】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は本実施の形態の制御装置の動作を説明する図であり、図６（Ａ）は操作量ＭＶ１の変化に伴う操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨの変化を示す図、図６（Ｂ）は操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨによって制限される操作量ＭＶ２の変化を示す図、図６（Ｃ）は制御量ＰＶの変化を示す図である図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）では、設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑの間、処理周期計数部２４による処理周期のカウントを停止し、時間帯Ｑが終了した後に、処理周期計数部２４による処理周期のカウントを開始することが示されている。
【００６５】
なお、本実施の形態では、操作量変換部１１において操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの両方を算出して、リミット処理部２１で用いる値を変更しているが、これに限るものではなく、操作量変換部１１は操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうちどちらか一方の値だけを算出するようにしてもよい。この場合、上下限値設定部１２は、リミット処理部２１で用いる操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうち操作量変換部１１で算出されていない方の値については変更しないものとし、操作量変換部１１で算出された方の値だけを変更することになる。
【００６６】
そして、処理周期計数部２４は、上下限値設定部１２によって設定された操作量下限値ＯＬまたは操作量上限値ＯＨによって操作量ＭＶ２が制限された場合のみ、処理周期の計数値Ｍを１増やす。つまり、処理周期計数部２４は、例えば操作量下限値ＯＬがリミット処理部２１に予め設定された値のままで上下限値設定部１２による変更を受けない場合、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬより小さいために制限されたとしても、処理周期の計数値Ｍを増やすことはせず、操作量上限値ＯＨによって操作量ＭＶ２が制限されたときのみ、処理周期の計数値Ｍを１増やす。同様に、処理周期計数部２４は、操作量上限値ＯＨがリミット処理部２１に予め設定された値のままで上下限値設定部１２による変更を受けない場合には、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２が操作量上限値ＯＨより大きいために制限されたとしても、処理周期の計数値Ｍを増やすことはせず、操作量下限値ＯＬによって操作量ＭＶ２が制限されたときのみ、処理周期の計数値Ｍを１増やす。
【００６７】
また、処理周期計数部２４の代わりに、非処理周期計数部を設けるようにしてもよい。この非処理周期計数部は、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期でない場合、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理部２１で制限されたか否かを判定し（図４ステップＳ１０）、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬ以上、操作量上限値ＯＨ以下の値でリミット処理部２１による制限が実施されていない場合には、操作量ＭＶ２の制限が実施されていない非処理周期の計数値Ｍ’を１増やすようにすればよい。この場合、指標算出部２５は、制御周期計数部２３がカウントしている制御周期の計数値が規定値Ｎに到達した時点で、非処理周期計数部がカウントしている非処理周期の計数値Ｍ’と規定値Ｎとの比率Ｍ’／Ｎを指標γとして算出する。
【００６８】
下限側評価修正部１３は、指標γが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬよりも小さい場合に、操作量幅αＬ，αＨを大きくするように修正する。
ＩＦ  γ＜ＡＬ  ＴＨＥＮ  αＬ←１．０５αＬ，αＨ←１．０５αＨ
・・・（１１）
上限側評価修正部１４は、指標γが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨよりも大きい場合に、操作量幅αＬ，αＨを小さくするように修正する。
ＩＦ  γ＞ＢＨ  ＴＨＥＮ  αＬ←０．９５αＬ，αＨ←０．９５αＨ
・・・（１２）
【００６９】
また、本実施の形態では、指標βまたはγを操作量幅αＬ，αＨの両方の調整に利用しているが、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬによって制限された場合と操作量上限値ＯＨによって制限された場合で別々に処理周期の計数値ＭまたはＭ’をカウントして個別の指標を算出するようにしてもよい。例えば処理周期計数部２４は、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬによって制限された場合に、処理周期の計数値ＭＬを１増やし、操作量ＭＶ２が操作量上限値ＯＨによって制限された場合に、処理周期の計数値ＭＨを１増やす。非処理周期計数部は、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬによって制限されていない場合に、非処理周期の計数値ＭＬ’を１増やし、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＨによって制限されていない場合に、非処理周期の計数値ＭＨ’を１増やす。
【００７０】
指標算出部２５は、制御周期計数部２３がカウントしている制御周期の計数値が規定値Ｎに到達した時点で、処理周期の計数値ＭＬと規定値Ｎとの比率ＭＬ／Ｎを指標βＬとして算出し、処理周期の計数値ＭＨと規定値Ｎとの比率ＭＨ／Ｎを指標βＨとして算出し、非処理周期の計数値ＭＬ’と規定値Ｎとの比率ＭＬ’／Ｎを指標γＬとして算出し、非処理周期の計数値ＭＨ’と規定値Ｎとの比率ＭＨ’／Ｎを指標γＨとして算出する。
【００７１】
下限側評価修正部１３は、指標βＬが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬよりも小さい場合に、操作量幅αＬを小さくするように修正する。
ＩＦ  βＬ＜ＡＬ  ＴＨＥＮ  αＬ←０．９５αＬ                ・・・（１３）
また、下限側評価修正部１３は、指標βＨが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬよりも小さい場合に、操作量幅αＨを小さくするように修正する。
ＩＦ  βＨ＜ＡＬ  ＴＨＥＮ  αＨ←０．９５αＨ                ・・・（１４）
【００７２】
上限側評価修正部１４は、指標βＬが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨよりも大きい場合に、操作量幅αＬを大きくするように修正する。
ＩＦ  βＬ＞ＢＨ  ＴＨＥＮ  αＬ←１．０５αＬ                ・・・（１５）
また、上限側評価修正部１４は、指標βＨが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨよりも大きい場合に、操作量幅αＨを大きくするように修正する。
ＩＦ  βＨ＞ＢＨ  ＴＨＥＮ  αＨ←１．０５αＨ                ・・・（１６）
【００７３】
また、下限側評価修正部１３は、指標γＬが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬよりも小さい場合に、操作量幅αＬを大きくするように修正する。
ＩＦ  γＬ＜ＡＬ  ＴＨＥＮ  αＬ←１．０５αＬ                ・・・（１７）
また、下限側評価修正部１３は、指標γＨが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬよりも小さい場合に、操作量幅αＨを大きくするように修正する。
ＩＦ  γＨ＜ＡＬ  ＴＨＥＮ  αＨ←１．０５αＨ                ・・・（１８）
【００７４】
また、上限側評価修正部１４は、指標γＬが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨよりも大きい場合に、操作量幅αＬを小さくするように修正する。
ＩＦ  γＬ＞ＢＨ  ＴＨＥＮ  αＬ←０．９５αＬ                ・・・（１９）
また、上限側評価修正部１４は、指標γＨが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨよりも大きい場合に、操作量幅αＨを小さくするように修正する。
ＩＦ  γＨ＞ＢＨ  ＴＨＥＮ  αＨ←０．９５αＨ                ・・・（２０）
【００７５】
以上のようにして、例えば操作量幅αＬのみが自動修正され、操作量幅αＨは自動修正されないというような動作を実現することも可能である。
【００７６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２、発明の原理３に対応する別の例である。本実施の形態においても、制御系全体の構成は先願技術と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
【００７７】
図７は本実施の形態の制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。本実施の形態の高度制御演算部１は、上位側制御演算部１０と、操作量変換部１１と、上下限値設定部１２と、指標γの適正な範囲をγ≧ＡＬ’とし、γがＡＬ’よりも小さい場合は、操作量幅αを大きくするように修正する下限側評価修正部１３ａと、指標γの適正な範囲をγ≦ＢＨ’とし、γがＢＨ’よりも大きい場合は、操作量幅αを小さくするように修正する上限側評価修正部１４ａとを有する。
【００７８】
本実施の形態の温調計２は、下位側制御演算部２０と、リミット処理部２１と、操作量出力部２２と、予め規定された制御時間Ｔを計測する制御時間計測部２７と、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理部２１によって制限されない制御時間Ｓ’を計測する非処理時間計測部２８と、非処理時間計測部２８の計測結果に基づき、比率Ｓ’／Ｔを指標γとして算出する指標算出部２５ａと、設定値ＳＰの変更を検出し、検出後の特定の時間帯において、制御時間計測部２７、非処理時間計測部２８および指標算出部２５ａの動作を停止させる指標算出停止部２６ａとを有する。
【００７９】
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図８、図９を用いて説明する。図８のI，II，IIIは、それぞれ図９のI，II，IIIと接続されていることは言うまでもない。本実施の形態においても、炉内温度を制御対象の状態量とする。
図８のステップＳ１〜Ｓ６の処理は第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００８０】
指標算出停止部２６ａは、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期であれば（図８ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御時間計測部２７、非処理時間計測部２８および指標算出部２５ａの動作の動作を停止させる（図８ステップＳ２１）。
【００８１】
一方、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期でない場合（図８ステップＳ７においてＮＯ）、制御時間計測部２７は、現在までの制御時間の計測値に制御周期の時間を加算する（図４ステップＳ２２）。
【００８２】
非処理時間計測部２８は、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期でない場合、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理部２１で制限されたか否かを判定し（図８ステップＳ１０）、操作量ＭＶ２が制限されていない場合には、リミット処理部２１による操作量ＭＶ２の制限が実施されていない非処理時間の計測値Ｓ’に制御周期の時間を加算する（図８ステップＳ２３）。
【００８３】
こうして、ステップＳ１〜Ｓ７，Ｓ１０，Ｓ２１〜Ｓ２３の処理が制御周期毎に繰り返し実行される。
指標算出部２５ａは、制御時間計測部２７が計測している制御時間の計測値が予め規定された値Ｔに到達すると（図８ステップＳ２４においてＹＥＳ）、非処理時間計測部２８が計測している非処理時間の計測値Ｓ’と規定値Ｔとの比率Ｓ’／Ｔを指標γとして算出する（図８ステップＳ２５）。
【００８４】
指標γの算出後、指標算出部２５ａは、制御時間計測部２７が計測している制御時間の計測値と非処理時間計測部２８が計測している非処理時間の計測値を共に０にリセットする（図８ステップＳ２６）。さらに、指標算出部２５ａは、算出した指標γを、通信機能などを介して高度制御演算部１の下限側評価修正部１３ａおよび上限側評価修正部１４ａに送信する（図８ステップＳ２７）。
【００８５】
高度制御演算部１の下限側評価修正部１３ａは、指標γが指標算出部２５ａから送信されたときに、指標γが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬ’よりも小さい場合は（図９ステップＳ２８においてＹＥＳ）、操作量幅αＬ，αＨを大きくするように修正する（図９ステップＳ２９）。
ＩＦ  γ＜ＡＬ’  ＴＨＥＮ  αＬ←１．０５αＬ，αＨ←１．０５αＨ
・・・（２１）
【００８６】
一方、高度制御演算部１の上限側評価修正部１４ａは、指標γが指標算出部２５ａから送信されたときに、指標γが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨ’よりも大きい場合は（図９ステップＳ３０においてＹＥＳ）、操作量幅αＬ，αＨを小さくするように修正する（図９ステップＳ３１）。
ＩＦ  γ＞ＢＨ’  ＴＨＥＮ  αＬ←０．９５αＬ，αＨ←０．９５αＨ
・・・（２２）
【００８７】
以上のようなステップＳ１〜Ｓ７，Ｓ１０，Ｓ２１〜Ｓ３１の処理が、例えばオペレータからの指令によって制御が終了するまで（図９ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００８８】
なお、本実施の形態では、操作量変換部１１において操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの両方を算出して、リミット処理部２１で用いる値を変更しているが、これに限るものではなく、操作量変換部１１は操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうちどちらか一方の値だけを算出するようにしてもよい。この場合、上下限値設定部１２は、リミット処理部２１で用いる操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうち操作量変換部１１で算出されていない方の値については変更しないものとし、操作量変換部１１で算出された方の値だけを変更することになる。
【００８９】
そして、非処理時間計測部２８は、上下限値設定部１２によって設定された操作量下限値ＯＬまたは操作量上限値ＯＨによって操作量ＭＶ２が制限されていない場合のみ、非処理時間の計測値Ｓ’に制御周期の時間を加算する。つまり、非処理時間計測部２８は、例えば操作量下限値ＯＬがリミット処理部２１に予め設定された値のままで上下限値設定部１２による変更を受けない場合、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬ以上のために制限されていない場合でも、非処理時間の計測値Ｓ’に制御周期の時間を加算することはせず、操作量上限値ＯＨによって操作量ＭＶ２が制限されていないときのみ、非処理時間の計測値Ｓ’に制御周期の時間を加算する。同様に、非処理時間計測部２８は、操作量上限値ＯＨがリミット処理部２１に予め設定された値のままで上下限値設定部１２による変更を受けない場合には、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２が操作量上限値ＯＨ以下のために制限されていない場合でも、非処理時間の計測値Ｓ’に制御周期の時間を加算することはせず、操作量下限値ＯＬによって操作量ＭＶ２が制限されていないときのみ、非処理時間の計測値Ｓ’に制御周期の時間を加算する。
【００９０】
また、非処理時間計測部２８の代わりに、処理時間計測部を設けるようにしてもよい。この処理時間計測部は、現在の制御周期が設定値ＳＰの変更を検出した後の特定の時間帯Ｑにあたる制御周期でない場合、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２がリミット処理部２１で制限されたか否かを判定し（図８ステップＳ１０）、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬより小さいか又は操作量上限値ＯＨより大きいために制限された場合には、操作量ＭＶ２の制限が実施された処理時間の計測値Ｓに制御周期の時間を加算すればよい。この場合、指標算出部２５ａは、制御時間計測部２７が計測している制御時間の計測値が予め規定された値Ｔに到達した時点で、処理時間計測部が計測している処理時間の計測値Ｓと規定値Ｔとの比率Ｓ／Ｔを指標βとして算出する。
【００９１】
下限側評価修正部１３ａは、指標βが予め規定された適正範囲の下限値ＡＬ’よりも小さい場合に、操作量幅αＬ，αＨを小さくするように修正する。
ＩＦ  β＜ＡＬ’  ＴＨＥＮ  αＬ←０．９５αＬ，αＨ←０．９５αＨ
・・・（２３）
【００９２】
上限側評価修正部１４ａは、指標βが予め規定された適正範囲の上限値ＢＨ’よりも大きい場合に、操作量幅αＬ，αＨを大きくするように修正する。
ＩＦ  β＞ＢＨ’  ＴＨＥＮ  αＬ←１．０５αＬ，αＨ←１．０５αＨ
・・・（２４）
【００９３】
第１、第２の実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、高度制御のような上位側制御とＰＩＤ制御のような下位側制御とを組み合わせたハイブリッド制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１…高度制御演算部、２…温調計、３…電力調整器、１０…上位側制御演算部、１１…操作量変換部、１２…上下限値設定部、１３，１３ａ…下限側評価修正部、１４，１４ａ…上限側評価修正部、２０…下位側制御演算部、２１…リミット処理部、２２…操作量出力部、２３…制御周期計数部、２４…処理周期計数部、２５，２５ａ…指標算出部、２６，２６ａ…指標算出停止部、２７…制御時間計測部、２８…非処理時間計測部。
【図１】
2014085688.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014085688.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014085688.tif 000009
【図８】
2014085688.tif 000010
【図９】
2014085688.tif 000011
【図１０】
2014085688.tif 000012
【図１１】
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