(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、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を操作量変換部１１で算出された値に変更する上下限値設定部１２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、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うリミット処理部２１と、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とを備える。【選択図】  図２
2014052700.tif 000002
【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、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、
さらに、前記上位側制御演算手段に異常が発生したときに、異常が発生したことを通知する異常化通知手段と、
前記上位側制御演算手段の異常が解消したときに、異常が解消したことを通知する正常化通知手段と、
前記異常化通知手段からの通知を受けたときに、前記リミット処理手段で用いる操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値を設定し、前記リミット処理手段で用いる操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値を設定すると共に、前記上下限値設定手段の処理を停止させる上下限値変更手段と、
前記正常化通知手段からの通知を受けたときに、前記上下限値設定手段の処理を起動する起動指示手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
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を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の制御方法において、
さらに、前記上位側制御演算ステップを実行する上位側制御演算手段に異常が発生したときに、異常が発生したことを通知する異常化通知ステップと、
前記上位側制御演算手段の異常が解消したときに、異常が解消したことを通知する正常化通知ステップと、
前記異常化通知ステップによる通知を受けたときに、前記リミット処理ステップで用いる操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値を設定し、前記リミット処理ステップで用いる操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値を設定すると共に、前記上下限値設定ステップの処理を停止させる上下限値変更ステップと、
前記正常化通知ステップによる通知を受けたときに、前記上下限値設定ステップの処理を起動する起動指示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８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のハードウエアが故障したり、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９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、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構成例は、さらに、前記上位側制御演算手段に異常が発生したときに、異常が発生したことを通知する異常化通知手段と、前記上位側制御演算手段の異常が解消したときに、異常が解消したことを通知する正常化通知手段と、前記異常化通知手段からの通知を受けたときに、前記リミット処理手段で用いる操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値を設定し、前記リミット処理手段で用いる操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値を設定すると共に、前記上下限値設定手段の処理を停止させる上下限値変更手段と、前記正常化通知手段からの通知を受けたときに、前記上下限値設定手段の処理を起動する起動指示手段と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、本発明の制御方法の１構成例は、さらに、前記上位側制御演算ステップを実行する上位側制御演算手段に異常が発生したときに、異常が発生したことを通知する異常化通知ステップと、前記上位側制御演算手段の異常が解消したときに、異常が解消したことを通知する正常化通知ステップと、前記異常化通知ステップによる通知を受けたときに、前記リミット処理ステップで用いる操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値を設定し、前記リミット処理ステップで用いる操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値を設定すると共に、前記上下限値設定ステップの処理を停止させる上下限値変更ステップと、前記正常化通知ステップによる通知を受けたときに、前記上下限値設定ステップの処理を起動する起動指示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】
【００１５】
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、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。
【００１６】
また、本発明では、上位側制御演算手段に異常が発生したときに、異常が発生したことを通知する異常化通知手段と、異常化通知手段からの通知を受けたときに、リミット処理手段で用いる操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値を設定し、リミット処理手段で用いる操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値を設定すると共に、上下限値設定手段の処理を停止させる上下限値変更手段とを設けることにより、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機能が不要な制約を受けないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】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３】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図である。
【図５】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６】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７】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図である。
【図８】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９】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】
【００１８】
［発明の原理１］
操作量ＭＶを直接的に算出するタイプの高度制御に対し、誤差吸収の機能が必要になるということは、この操作量ＭＶに暗黙の誤差範囲が実質的に想定されていることに、発明者は着眼した。そして、以下の課題解決方法に想到した。
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。
【００１９】
さらに、操作量幅（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。
なお、操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨは市販の温調計などが備える一般的なパラメータなので、ＰＩＤ制御演算部として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、製造コスト的にも有利になる。
【００２０】
［発明の原理２］
上記の発明の原理１において、操作量幅を常に適度な幅に維持していれば、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補う適切なバックアップを実現することができる。しかし、高度制御の影響割合（支配率）を高めるために操作量幅をゼロに近づけた状態において高度制御に故障が発生し、そのまま操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨが更新されなくなると、ＰＩＤ制御による操作量ＭＶの可変範囲が極端に狭くなったままになり、バックアップとしての機能が制約されてしまうという問題がある。
【００２１】
発明者は、この問題を解決するために、上位側の高度制御に故障が発生したときに、このことがＰＩＤ制御側に通知されるように構成し、高度制御に故障が発生したことが通知されたら、ＰＩＤ制御の操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨをそれぞれ許容される最小値、最大値（例えば下限値ＯＬは０％、上限値ＯＨは１００％）に自動変更することに想到した。これにより、ＰＩＤ制御ループが下位側で連続演算として動作しながら、非常時用のバックアップとして不要な制約を受けない理想的な分散配置になる。
なお、高度制御の故障発生に限らず、オペレータの操作（誤操作を含む）による高度制御の停止、高度制御で算出する操作量の正常範囲からの逸脱による無効化などについても、同様に異常として通知するのが好ましい。
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１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に対応するものである。図１は本実施の形態に係る制御系の構成を示すブロック図である。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。
【００２３】
図２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とを有する。
【００２４】
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とを有する。
【００２５】
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図３を用いて説明する。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。
【００２６】
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３ステップＳ１）。
ＭＶ１＝ＡＳＰ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３                          ・・・（１）
式（１）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。
【００２７】
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３ステップＳ２）。
ＯＬ＝ＭＶ１−αＬ                                              ・・・（２）
ＯＨ＝ＭＶ１＋αＨ                                              ・・・（３）
式（２）、式（３）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。
【００２８】
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３ステップＳ３）。
【００２９】
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３ステップＳ４）。
ＭＶ２＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）
・・・（４）
式（４）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。
【００３０】
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３ステップＳ５）。
ＩＦ  ＭＶ２＜ＯＬ  ＴＨＥＮ  ＭＶ２＝ＯＬ                      ・・・（５）
ＩＦ  ＭＶ２＞ＯＨ  ＴＨＥＮ  ＭＶ２＝ＯＨ                      ・・・（６）
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。
【００３１】
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３ステップＳ６）。
以上のようなステップＳ１〜Ｓ６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３ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００３２】
図１、図２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。
【００３３】
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。
【００３４】
操作量幅αＬ，αＨの値をゼロにすると、ＭＶ２＝ＯＬ＝ＯＨ＝ＭＶ１になり、温調計２のＰＩＤ制御演算は、上位側制御演算部１０により算出される操作量ＭＶ１を一切修正しないことになる。すなわち、上位側の影響割合（支配率）を１００％に調整できる。そのように調整したとしても、ＰＩＤ制御演算は常時継続しているので、操作量幅αＬ，αＨの値を大きくするだけで、上位側の異常をＰＩＤ制御演算で補うバックアップ機能や上位側の誤差をＰＩＤ制御演算で吸収する誤差吸収機能を実現することができる。
【００３５】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）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４（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４（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操作量ＭＶ２の変化を示す図である。図４（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、αＬ＝αＨ＝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。
【００３６】
図４（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、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。
【００３７】
こうして、本実施の形態では、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することができ、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を実現することができる。
【００３８】
［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２に対応するものである。本実施の形態においても制御系の構成は図１に示したとおりである。図５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。
【００３９】
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、上位側制御演算部１０に異常（故障、停止、無効化）が発生したときに、異常が発生したことを通知する異常化通知部１３と、上位側制御演算部１０の異常が解消したときに、異常が解消したことを通知する正常化通知部１４と、異常化通知部１３からの通知を受けたときに、リミット処理部２１の操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値（例えば０％）を設定し、操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値（例えば１００％）を設定すると共に、上下限値設定部１２の処理を停止させる上下限値変更部１５と、正常化通知部１４からの通知を受けたときに、上下限値設定部１２の処理を起動する起動指示部１６とを有する。温調計２の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４０】
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図６を用いて説明する。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。
ステップＳ１〜Ｓ７の処理は通常時の繰返し処理であり、第１の実施の形態で説明したとおりであるので、説明は省略する。
【００４１】
次に、異常発生時の処理について説明する。異常化通知部１３は、上位側制御演算部１０による操作量ＭＶ１の算出（更新）が予め規定された時間を超えて停止しているか、あるいは操作量ＭＶ１が予め規定された正常範囲を逸脱している場合、上位側制御演算部１０に異常が発生したと判定し（図６ステップＳ８においてＹＥＳ）、異常が発生したことを上下限値変更部１５に通知する（図６ステップＳ９）。
【００４２】
上下限値変更部１５は、異常化通知部１３からの通知を受けたときに、リミット処理部２１の操作量下限値ＯＬの数値として許容される最小値（例えば０％）を設定し、操作量上限値ＯＨの数値として許容される最大値（例えば１００％）を設定する（図６ステップＳ１０）。さらに、上下限値変更部１５は、異常化通知部１３からの通知を受けたときに、上下限値設定部１２の処理を停止させる（図６ステップＳ１１）。
【００４３】
図６のステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の処理は、それぞれステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６の処理と同じなので、説明は省略する。
以上のようなステップＳ９〜Ｓ１４の処理が、上位側制御演算部１０の異常が解消するまで（図６ステップＳ１５においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００４４】
次に、異常解消時の処理について説明する。正常化通知部１４は、異常化通知部１３が異常発生と判定した後に、上位側制御演算部１０による操作量ＭＶ１の算出（更新）が予め規定された時間以内の間隔で行なわれている状態であり、かつ操作量ＭＶ１が予め規定された正常範囲を逸脱していない状態に移行したときに、上位側制御演算部１０の異常が解消したと判定し（図６ステップＳ１５においてＹＥＳ）、異常が解消したことを起動指示部１６に通知する（図６ステップＳ１６）。
【００４５】
起動指示部１６は、正常化通知部１４からの通知を受けたときに、上下限値設定部１２の処理を起動する（図６ステップＳ１７）。そして、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１〜Ｓ７の処理は第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００４６】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）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７（Ａ）は操作量ＭＶ１の異常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７（Ｂ）は正常時に操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨによって制約され、異常時には不要な制約を受けない操作量ＭＶ２の変化を示す図である。
【００４７】
図７（Ａ）には、操作量ＭＶ１の更新が規定時間を超えて停止したことにより異常化通知部１３が異常発生と判定し、操作量下限値ＯＬが０％に変更され、操作量上限値ＯＨが１００％に変更される事例が示されている。図７（Ｂ）には、正常時に操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの範囲内で算出され、異常発生時に操作量ＭＶ２が不要な制約を受けずに算出される事例が示されている。
こうして、本実施の形態では、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップ機能が不要な制約を受けないようにすることができる。
【００４８】
なお、第１、第２の実施の形態では、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。
【００４９】
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】
【００５０】
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】
【００５１】
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…異常化通知部、１４…正常化通知部、１５…上下限値変更部、１６…起動指示部、２０…下位側制御演算部、２１…リミット処理部、２２…操作量出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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