(57)【要約】【課題】カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラに対し、少ない演算負荷で同時最適化を実現することにより、高性能な制御装置あるいはＰＣが不要となり、製造コストの低減及び操作者の負担の軽減をもたらすことができるプラント制御調整装置を提供する。【解決手段】第１ＰＩＤコントローラ１、第２ＰＩＤコントローラ２、第２プラント４、第１プラント３の順にカスケード接続されたシステムに接続されるプラント制御調整装置であって、操作量ＭＶ２、第２プラント４の計測値ＰＶ２、及び、第１プラント３の計測値ＰＶ１の値に基づき、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する最適化部１６を備える。【選択図】図２
2018077663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ＰＩＤコントローラ、第２ＰＩＤコントローラ、第２プラント、第１プラントの順にカスケード接続されたシステムに接続されるプラント制御調整装置であって、
前記第２ＰＩＤコントローラから出力される操作量ＭＶ２、前記第２プラントの計測値ＰＶ２、及び、前記第１プラントの計測値ＰＶ１の値に基づき、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する最適化部を備える
ことを特徴とするプラント制御調整装置。
【請求項２】
前記最適化部は、
前記第１ＰＩＤコントローラから出力される目標値ＭＶ１のピーク値と前記操作量ＭＶ２のピーク値との比に基づいて、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御調整装置。
【請求項３】
前記最適化部は、
前記第１ＰＩＤコントローラと前記第２ＰＩＤコントローラのそれぞれ設定可能な範囲を、探索範囲の上下限である上下限範囲としてそれぞれ設定し、該上下限範囲内に、重点的にパラメータ探索を行う重点探索範囲を設け、該重点探索範囲内にランダムに複数の解を配置する条件設定部と、
前記第１ＰＩＤコントローラに対して、前記重点探索範囲内のある解において、前記計測値ＰＶ１とその目標応答ＰＶ１tとの残差平方和、及び、前記計測値ＰＶ２とその目標応答ＰＶ２tとの残差平方和の和である、残差平方和ｅｒｒを求め、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする評価部と、
前記最良の解の移動を行う探索部とを備え、
前記評価部は、
移動した後の前記最良の解と移動する前の前記最良の解とを比較し、前記評価値ｓｃｏｒｅが低い方に更新し、同様に複数回更新された前記最良の解を最適解とする
ことを特徴とする請求項２に記載のプラント制御調整装置。
【数１】
2018077663.tif 000011
ただし、
ＭＶ１peak：前記目標値ＭＶ１のピーク値
ＭＶ２peak：前記操作量ＭＶ２のピーク値
ＫMVR：目標となる前記操作量ＭＶ２のピーク値／前記目標値ＭＶ１のピーク値
とする。
【請求項４】
前記条件設定部は、
さらに、前記目標値ＭＶ１のピーク値及び前記操作量ＭＶ２のピーク値に乗算されるＭＶ係数、前記操作量ＭＶ２と前記計測値ＰＶ２との位相余裕、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２のオーバーシュート上限値、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２の終点誤差係数を設定し、
前記評価部は、
前記ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２とともに、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１及び該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を前記評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする
ことを特徴とする請求項３に記載のプラント制御調整装置。
【数２】
2018077663.tif 000012
ただし、
ｆ（ＰＶpeak，Ｐｈmargin）：前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２がそれぞれ前記オーバーシュート上限値を上回っておらず、かつ、前記位相余裕が位相余裕確保目標値よりも大きい場合は０、それ以外は１となる論理関数
ＫMV・ＭＶpeak：前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた項、前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた項、あるいは、前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた値と前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた値とを加算した項
Ｋend：前記終点誤差係数
ＰＶend：前記計測値ＰＶ１の制御の終点値
とする。
【請求項５】
前記探索部は、
前記最良の解の移動を行った際に、移動した前記最良の解が、前記上下限範囲外であれば該上下限範囲内に戻し、移動した前記最良の解が、前記重点探索範囲内にある場合は、前記重点探索範囲を縮小し、前記重点探索範囲外にある場合は、前記重点探索範囲を拡張又は移動する
ことを特徴とする請求項４に記載のプラント制御調整装置。
【請求項６】
前記最適化部は、
前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをクローズドループとし、前記第１ＰＩＤコントローラと前記第１プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ１と、前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ２との比に基づいて、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御調整装置。
【請求項７】
前記最適化部は、
前記第１ＰＩＤコントローラと前記第２ＰＩＤコントローラのそれぞれ設定可能な範囲を、探索範囲の上下限である上下限範囲としてそれぞれ設定し、該上下限範囲内に、重点的にパラメータ探索を行う重点探索範囲を設け、該重点探索範囲内にランダムに複数の解を配置する条件設定部と、
前記第１ＰＩＤコントローラに対して、前記重点探索範囲内のある解において、前記計測値ＰＶ１とその目標応答ＰＶ１tとの残差平方和、及び、前記計測値ＰＶ２とその目標応答ＰＶ２tとの残差平方和の和である、残差平方和ｅｒｒを求め、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする評価部と、
前記最良の解の移動を行う探索部とを備え、
前記評価部は、
移動した後の前記最良の解と移動する前の前記最良の解とを比較し、前記評価値ｓｃｏｒｅが低い方に更新し、同様に複数回更新された前記最良の解を最適解とする
ことを特徴とする請求項６に記載のプラント制御調整装置。
【数３】
2018077663.tif 000013
ただし、括弧内の値が負の場合は０とし、
ＫCROSS：Ｆｒｅｑ２／Ｆｒｅｑ１の目標最小値
とする。
【請求項８】
前記条件設定部は、
さらに、前記目標値ＭＶ１のピーク値及び前記操作量ＭＶ２のピーク値に乗算されるＭＶ係数、前記操作量ＭＶ２と前記計測値ＰＶ２との位相余裕、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２のオーバーシュート上限値、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２の終点誤差係数を設定し、
前記評価部は、
前記ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２とともに、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１及び該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を前記評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする
ことを特徴とする請求項７に記載のプラント制御調整装置。
【数４】
2018077663.tif 000014
ただし、
ｆ（ＰＶpeak，Ｐｈmargin）：前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２がそれぞれ前記オーバーシュート上限値を上回っておらず、かつ、前記位相余裕が位相余裕確保目標値よりも大きい場合は０、それ以外は１となる論理関数
ＫMV・ＭＶpeak：前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた項、前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた項、あるいは、前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた値と前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた値とを加算した項
Ｋend：前記終点誤差係数
ＰＶend：前記計測値ＰＶ１の制御の終点値
とする。
【請求項９】
前記探索部は、
前記最良の解の移動を行った際に、移動した前記最良の解が、前記上下限範囲外であれば該上下限範囲内に戻し、移動した前記最良の解が、前記重点探索範囲内にある場合は、前記重点探索範囲を縮小し、前記重点探索範囲外にある場合は、前記重点探索範囲を拡張又は移動する
ことを特徴とする請求項８に記載のプラント制御調整装置。
【請求項１０】
前記最適化部は、
前記目標値ＭＶ１のピーク値と前記操作量ＭＶ２のピーク値との比、及び、前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをクローズドループとし、前記第１ＰＩＤコントローラと前記第１プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ１と、前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ２との比に基づいて、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御調整装置。
【請求項１１】
前記第２ＰＩＤコントローラの目標応答ＰＶ２tとして、前記第１ＰＩＤコントローラから出力される前記目標値ＭＶ１をそのまま用いる
ことを特徴とする請求項３から１０のいずれか一項に記載のプラント制御調整装置。
【請求項１２】
前記第２ＰＩＤコントローラの目標応答ＰＶ２tを、前記第１ＰＩＤコントローラの前記目標応答ＰＶ１t及び前記第１プラントの逆伝達関数に基づき生成する
ことを特徴とする請求項３から１０のいずれか一項に記載のプラント制御調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント設備におけるプラント制御調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
安価なＰＩＤコントローラとして広く用いられているループコントローラやＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）は、ＰＩＤの自動調整機能として、リミットサイクル法や限界感度法等の古典的な調整方法を行う装置構成を内蔵している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８‐２３３２０５号公報
【特許文献２】特開２００４‐１７１５３１号公報
【特許文献３】特開２０１１‐１９７７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記調整方法は、試験信号入力を必要とするため、稼働中のＰＩＤコントローラの調整には向いていない。そのため、稼働中のＰＩＤコントローラを調整する場合は、高性能な上位制御装置あるいはＰＣ等を接続し、これらの演算性能を用いて、シミュレーションによる高度な調整を行うことが多い（上記特許文献１〜３参照）。
【０００５】
また、２つのＰＩＤコントローラが、２つの制御対象に対して入れ子状にループを構成する、いわゆるカスケード接続されている場合、これらを同時に最適化するとなると、演算負荷が飛躍的に大きくなり時間もかかるため、通常は外部接続されたＰＣ等による実行に限られてしまう。
【０００６】
そのため、カスケード接続されたＰＩＤコントローラの調整を安価に行う場合は、一般的に１つずつのＰＩＤコントローラに対し個別に調整を行うことになるが、動作点のすり合わせやリミッタ動作、あるいは別の制御装置への影響の考慮をしながら、複数回にわたって行う必要があり、操作者には時間的にも専門知識や経験量の観点からも大きく負担がのしかかる。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題に鑑み、カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラに対し、少ない演算負荷で同時最適化を実現することにより、高性能な制御装置あるいはＰＣが不要となり、製造コストの低減及び操作者の負担の軽減をもたらすことができる、プラント制御調整装置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】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明に係るプラント制御調整装置は、
第１ＰＩＤコントローラ、第２ＰＩＤコントローラ、第２プラント、第１プラントの順にカスケード接続されたシステムに接続されるプラント制御調整装置であって、
前記第２ＰＩＤコントローラから出力される操作量ＭＶ２、前記第２プラントの計測値ＰＶ２、及び、前記第１プラントの計測値ＰＶ１の値に基づき、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する最適化部を備える
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するための第２の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第１の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記最適化部は、
前記第１ＰＩＤコントローラから出力される目標値ＭＶ１のピーク値と前記操作量ＭＶ２のピーク値との比に基づいて、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するための第３の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第２の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記最適化部は、
前記第１ＰＩＤコントローラと前記第２ＰＩＤコントローラのそれぞれ設定可能な範囲を、探索範囲の上下限である上下限範囲としてそれぞれ設定し、該上下限範囲内に、重点的にパラメータ探索を行う重点探索範囲を設け、該重点探索範囲内にランダムに複数の解を配置する条件設定部と、
前記第１ＰＩＤコントローラに対して、前記重点探索範囲内のある解において、前記計測値ＰＶ１とその目標応答ＰＶ１tとの残差平方和、及び、前記計測値ＰＶ２とその目標応答ＰＶ２tとの残差平方和の和である、残差平方和ｅｒｒを求め、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする評価部と、
前記最良の解の移動を行う探索部とを備え、
前記評価部は、
移動した後の前記最良の解と移動する前の前記最良の解とを比較し、前記評価値ｓｃｏｒｅが低い方に更新し、同様に複数回更新された前記最良の解を最適解とする
ことを特徴とする。
【数１】
2018077663.tif 000003
ただし、
ＭＶ１peak：前記目標値ＭＶ１のピーク値
ＭＶ２peak：前記操作量ＭＶ２のピーク値
ＫMVR：目標となる前記操作量ＭＶ２のピーク値／前記目標値ＭＶ１のピーク値
とする。
【００１１】
上記課題を解決するための第４の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第３の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記条件設定部は、
さらに、前記目標値ＭＶ１のピーク値及び前記操作量ＭＶ２のピーク値に乗算されるＭＶ係数、前記操作量ＭＶ２と前記計測値ＰＶ２との位相余裕、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２のオーバーシュート上限値、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２の終点誤差係数を設定し、
前記評価部は、
前記ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２とともに、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１及び該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を前記評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする
ことを特徴とする。
【数２】
2018077663.tif 000004
ただし、
ｆ（ＰＶpeak，Ｐｈmargin）：前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２がそれぞれ前記オーバーシュート上限値を上回っておらず、かつ、前記位相余裕が位相余裕確保目標値よりも大きい場合は０、それ以外は１となる論理関数
ＫMV・ＭＶpeak：前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた項、前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた項、あるいは、前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた値と前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた値とを加算した項
Ｋend：前記終点誤差係数
ＰＶend：前記計測値ＰＶ１の制御の終点値
とする。
【００１２】
上記課題を解決するための第５の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第４の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記探索部は、
前記最良の解の移動を行った際に、移動した前記最良の解が、前記上下限範囲外であれば該上下限範囲内に戻し、移動した前記最良の解が、前記重点探索範囲内にある場合は、前記重点探索範囲を縮小し、前記重点探索範囲外にある場合は、前記重点探索範囲を拡張又は移動する
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するための第６の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第１の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記最適化部は、
前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをクローズドループとし、前記第１ＰＩＤコントローラと前記第１プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ１と、前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ２との比に基づいて、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するための第７の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第６の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記最適化部は、
前記第１ＰＩＤコントローラと前記第２ＰＩＤコントローラのそれぞれ設定可能な範囲を、探索範囲の上下限である上下限範囲としてそれぞれ設定し、該上下限範囲内に、重点的にパラメータ探索を行う重点探索範囲を設け、該重点探索範囲内にランダムに複数の解を配置する条件設定部と、
前記第１ＰＩＤコントローラに対して、前記重点探索範囲内のある解において、前記計測値ＰＶ１とその目標応答ＰＶ１tとの残差平方和、及び、前記計測値ＰＶ２とその目標応答ＰＶ２tとの残差平方和の和である、残差平方和ｅｒｒを求め、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする評価部と、
前記最良の解の移動を行う探索部とを備え、
前記評価部は、
移動した後の前記最良の解と移動する前の前記最良の解とを比較し、前記評価値ｓｃｏｒｅが低い方に更新し、同様に複数回更新された前記最良の解を最適解とする
ことを特徴とする。
【数３】
2018077663.tif 000005
ただし、括弧内の値が負の場合は０とし、
ＫCROSS：Ｆｒｅｑ２／Ｆｒｅｑ１の目標最小値
とする。
【００１５】
上記課題を解決するための第８の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第７の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記条件設定部は、
さらに、前記目標値ＭＶ１のピーク値及び前記操作量ＭＶ２のピーク値に乗算されるＭＶ係数、前記操作量ＭＶ２と前記計測値ＰＶ２との位相余裕、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２のオーバーシュート上限値、前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２の終点誤差係数を設定し、
前記評価部は、
前記ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２とともに、下記式によりペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１を算出し、前記残差平方和ｅｒｒに該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ１及び該ペナルティ評価点ｐｅｎａｌｔｙ２を加算した値を前記評価値ｓｃｏｒｅとし、配置された前記解の全ての前記評価値ｓｃｏｒｅが最も低い前記解を最良の解とする
ことを特徴とする。
【数４】
2018077663.tif 000006
ただし、
ｆ（ＰＶpeak，Ｐｈmargin）：前記計測値ＰＶ１及び前記計測値ＰＶ２がそれぞれ前記オーバーシュート上限値を上回っておらず、かつ、前記位相余裕が位相余裕確保目標値よりも大きい場合は０、それ以外は１となる論理関数
ＫMV・ＭＶpeak：前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた項、前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた項、あるいは、前記目標値ＭＶ１のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV1を乗じた値と前記操作量ＭＶ２のピーク値に前記ＭＶ係数ＫMV2を乗じた値とを加算した項
Ｋend：前記終点誤差係数
ＰＶend：前記計測値ＰＶ１の制御の終点値
とする。
【００１６】
上記課題を解決するための９の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第８の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記探索部は、
前記最良の解の移動を行った際に、移動した前記最良の解が、前記上下限範囲外であれば該上下限範囲内に戻し、移動した前記最良の解が、前記重点探索範囲内にある場合は、前記重点探索範囲を縮小し、前記重点探索範囲外にある場合は、前記重点探索範囲を拡張又は移動する
ことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するための第１０の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第１の発明に係るプラント制御調整装置において、
前記最適化部は、
前記目標値ＭＶ１のピーク値と前記操作量ＭＶ２のピーク値との比、及び、前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをクローズドループとし、前記第１ＰＩＤコントローラと前記第１プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ１と、前記第２ＰＩＤコントローラと前記第２プラントとをオープンループとした仮想構成における交差周波数Ｆｒｅｑ２との比に基づいて、前記第１ＰＩＤコントローラ及び前記第２ＰＩＤコントローラの制御パラメータを調整する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決するための第１１の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第３から１０のいずれか一つの発明に係るプラント制御調整装置において、
前記第２ＰＩＤコントローラの目標応答ＰＶ２tとして、前記第１ＰＩＤコントローラから出力される前記目標値ＭＶ１をそのまま用いる
ことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するための第１２の発明に係るプラント制御調整装置は、
上記第３から１０のいずれか一つの発明に係るプラント制御調整装置において、
前記第２ＰＩＤコントローラの目標応答ＰＶ２tを、前記第１ＰＩＤコントローラの前記目標応答ＰＶ１t及び前記第１プラントの逆伝達関数に基づき生成する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るプラント制御調整装置によれば、カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラに対し、少ない演算負荷で同時最適化を実現することにより、高性能な制御装置あるいはＰＣが不要となり、製造コストの低減及び操作者の負担の軽減をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラ、及び、その制御対象である２つのプラントから成るプラント設備を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係るプラント制御調整装置の装置構成を説明するブロック図である。
【図３】最適化部による処理を説明するフローチャートである。
【図４】条件設定部による処理のイメージ図である。
【図５】第１ＰＩＤコントローラにおける設定値ＳＶ、目標応答ＰＶ１t、及び、シミュレーションによる計測値ＰＶ１の一例を説明するグラフである。
【図６】第２ＰＩＤコントローラにおける設定値ＭＶ１、目標応答ＰＶ２t、及び、シミュレーションによる計測値ＰＶ２の一例を説明するグラフである。
【図７】計算した全ての解のｅｒｒ（残差平方和）の逆数をＭＶ１，ＭＶ２のピーク値によってマッピングしたイメージ図である。
【図８】第２ＰＩＤコントローラと第２プラントとをクローズドループとし、第１ＰＩＤコントローラと第１プラントとをオープンループとした仮想構成を説明するブロック図である。
【図９】第２ＰＩＤコントローラと第２プラントとをオープンループとした仮想構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るプラント制御調整装置は、カスケード接続されたシステムに接続されるものである。以下、本発明に係るプラント制御調整装置について、実施例にて図面を用いて説明する。
【００２３】
［実施例１］
図１は、カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラ１，２から成る制御装置５、及び、その制御対象である２つのプラント３，４から成るプラント設備６を表すブロック図である。
【００２４】
第１ＰＩＤコントローラ１は、操作者の入力による設定値ＳＶ及び後述する（実際の）計測値ＰＶ１に基づき目標値ＭＶ１を求め、この目標値ＭＶ１を第２ＰＩＤコントローラ２に出力する。第２ＰＩＤコントローラ２は、第１ＰＩＤコントローラ１から出力された目標値ＭＶ１及び後述する（実際の）計測値ＰＶ２に基づき操作量ＭＶ２を求め、この操作量ＭＶ２を第２プラント４に出力する（すなわち、第２ＰＩＤコントローラ２に入力される設定値（第１ＰＩＤコントローラ１における設定値ＳＶに相当）は、第１ＰＩＤコントローラ１によって出力される目標値ＭＶ１となる）。
【００２５】
第２プラント４は、第２ＰＩＤコントローラ２から出力される操作量ＭＶ２により制御される。その際に実際に計測される計測値ＰＶ２は、第１プラント３に出力されるとともに、第２ＰＩＤコントローラ２にフィードバックされる。また、第１プラント３は、第２プラント４の計測値ＰＶ２に基づき制御される。さらに、このとき実際に計測される第１プラント３の計測値ＰＶ１は、第１ＰＩＤコントローラ１にフィードバックされる。
【００２６】
一例として、第２プラント４がポンプ、第１プラント３がタンクとすると、第１ＰＩＤコントローラ１から出力される目標値ＭＶ１は、ポンプ圧力（又は流量）の目標値となり、第２ＰＩＤコントローラ２から出力される操作量ＭＶ２は、ポンプ圧力（又は流量）の操作量となる。
【００２７】
なお、一般的に、第２ＰＩＤコントローラ２と第２プラント４との間のループをマイナーループ、第１ＰＩＤコントローラ１から第１プラント３までの全体のループをメジャーループと呼称する。
【００２８】
本実施例に係るプラント制御調整装置（プラント制御調整装置７）には、制御装置５とプラント設備６との入出力ＭＶ２，ＰＶ１，ＰＶ２が、それぞれ分岐して入力されるものである。
【００２９】
図２は、本実施例に係るプラント制御調整装置（プラント制御調整装置７）の装置構成を説明するブロック図である。図２に示すように、プラント制御調整装置７は、入力部１１、条件入力部１２、記憶部１３、同定部１５、最適化部１６、及び、出力部２０を備え、記憶部１３は条件記憶部１４を、最適化部１６は条件設定部１７、評価部１８、及び、探索部１９を、それぞれ備えている。
【００３０】
入力部１１には、第２ＰＩＤコントローラ２から出力される操作量ＭＶ２、第２プラント４の計測値ＰＶ２、及び、第１プラント３の計測値ＰＶ１が入力される。入力されたＭＶ２，ＰＶ１，ＰＶ２は、記憶部１３に保存される。
【００３１】
なお、本実施例はＰＩＤ制御であるため、各ＰＩＤコントローラが目標値ＭＶ１及び操作量ＭＶ２の算出に用いる定数にそれぞれＫｐ（比例ゲイン），Ｋｉ（積分ゲイン），Ｋｄ（微分ゲイン）の３つの定数が含まれる。しかしながら、以下では説明を簡略化するため、Ｋｐ，Ｋｉのみに言及する（実際にはＫｄに対しても同様の制御を行う）。
【００３２】
条件入力部１２には、予め操作者によって各条件が入力される。入力された各条件は、条件記憶部１４に保存される。この各条件とは、２つのＰＩＤコントローラ１，２のパラメータそれぞれに対し設定可能な範囲（Ｋｐmin，Ｋｐmax，Ｋｉmin，Ｋｉmax）、ペナルティ評価に関わる制約条件（後述する制約条件［１］，［２］）、最適化手法（本実施例ではＰＳＯ（粒子群最適化））、及び、最適化そのもののパラメータとなる条件設定（パラメータは、粒子数、反復回数、探索の慣性等となる）を指す。
【００３３】
同定部１５は、記憶部１３に保存されたＭＶ２，ＰＶ１，ＰＶ２からシステム同定を行い、同定データ（後述する伝達関数及び逆伝達関数）を求める。該同定データは、最適化部１６に出力されるとともに、記憶部１３に保存される。
【００３４】
最適化部１６は、記憶部１３に保存されたＭＶ２，ＰＶ１，ＰＶ２の値に基づき、目標値ＭＶ１及び操作量ＭＶ２の値を調整するものである。図３は、最適化部１６による処理を説明するフローチャートである。以下、最適化部１６について図３を用いて詳述する。
【００３５】
まず、最適化部１６に備わる条件設定部１７は、下記ステップＳ１〜Ｓ３の処理を行い、ＭＶ係数、位相余裕等を設定し、さらに、ランダムに解を配置するものである。
【００３６】
ステップＳ１では、条件設定を行う。すなわち、条件記憶部１４より、２つのＰＩＤコントローラ１，２のパラメータがそれぞれ設定可能な範囲を読み込み、探索範囲の上下限（上下限範囲）としてそれぞれ設定する（後述において図４を用いて説明する）。また、後述する制約条件［１］及び制約条件［２］、最適化手法（ＰＳＯ）、及び、最適化そのもののパラメータとなる条件設定も読み込んでおく。
【００３７】
制約条件［１］は、ＭＶ係数、位相余裕、オーバーシュート上限値、終点誤差係数等の条件群であり、これらは第１ＰＩＤコントローラ１と第２ＰＩＤコントローラ２とでそれぞれ個別に決まる値である。
【００３８】
ＭＶ係数とは、後述するようにＭＶ１peak，ＭＶ２peakに乗算される係数である。オーバーシュート上限値とは、計測値ＰＶ１，ＰＶ２にそれぞれ設定されるものである。
【００３９】
位相余裕とは、第２ＰＩＤコントローラ２の操作量ＭＶ２と、第２プラント４（例えばポンプ）の動作の計測値ＰＶ２との位相余裕のことである（位相が１８０°ずれている場合は位相余裕０°）。これにより、安定性を重視する解を探索することができる。
【００４０】
終点誤差係数とは、評価演算における最終値の誤差に対して適用される係数のことである。カスケード接続においては、基本的にはメジャーループの（第１プラント３の）計測値ＰＶ１にのみ適用される（ただし、計測値ＰＶ２に適用してもよい）。制御の終点値を評価するので、必ずしも最終値ではなく、例えば目標応答の整定時間でもよい。終点のみを評価するならば、途中経過が相対的に軽視されるので振動的になりやすいが、それだけ高速かつ最終精度の高い解を探索できる。また、終点誤差係数は終点時間において１となるような時間に比例する関数の係数として扱うことで、終点を最重視しつつ、全時間帯に対して評価を与えることもできる。
【００４１】
さらにステップＳ１では、第１ＰＩＤコントローラ１及び第２ＰＩＤコントローラ２の目標応答（ステップ入力した際の目標のステップ応答）をそれぞれ設定する。
【００４２】
ここで、図５は、第１ＰＩＤコントローラ１における設定値ＳＶ、目標応答ＰＶ１t、及び、計測値ＰＶ１の一例を説明するグラフである。図６は、第２ＰＩＤコントローラ２における目標値ＭＶ１、目標応答ＰＶ２t、及び、計測値ＰＶ２の一例を説明するグラフである。図５，６において、破線がＳＶ，ＭＶ１、一点鎖線がＰＶ１t，ＰＶ２t、実線が計測値ＰＶ１，ＰＶ２を、それぞれ表している。
【００４３】
第１ＰＩＤコントローラ１の目標応答ＰＶ１tは、同定部１５により記憶部１３に保存された操作量ＭＶ２及び計測値ＰＶ２からシステム同定を行うことで生成する第２プラント４の伝達関数Ｇ2（Ｓ）と、同じく同定部１５により記憶部１３に保存された計測値ＰＶ１及び計測値ＰＶ２からシステム同定を行うことで生成する第１プラント３の伝達関数Ｇ1（Ｓ）とに基づき生成する。
【００４４】
第２ＰＩＤコントローラ２の目標応答ＰＶ２tは、目標応答ＰＶ１tと、同定部１５により第１プラント３の伝達関数Ｇ1（Ｓ）から求める第１プラント３の逆伝達関数Ｇ1-1（Ｓ）とに基づき生成する（あるいは、記憶部１３に保存された目標値ＭＶ１をそのまま用いても良い）。これにより、計測値ＰＶ１を目標応答ＰＶ１tに一致させるための（計測値ＰＶ２の）目標応答ＰＶ２tを設定する。
【００４５】
ステップＳ２では、初期範囲決定を行う。すなわち、重点的にパラメータ探索を行う範囲（重点探索範囲）を決定する。例えば、初期値としてジーグラー・ニコルス法（ＺＮ法）等の古典的経験的手法によって求められる解を中心に展開する。これは同定したシステムに応じて計算されて決定する。
【００４６】
ここで、図４に上記ステップＳ１，Ｓ２における処理のイメージ図を示す。なお、図４はＫｐ‐Ｋｉ平面である（詳細には、第１ＰＩＤコントローラ１に対して、「Ｋｐ１‐Ｋｉ１平面」を、第２ＰＩＤコントローラ２に対して「Ｋｐ２‐Ｋｉ２平面」を、それぞれ設定するが、ここでは簡略化して「Ｋｐ‐Ｋｉ平面」としている）。
【００４７】
Ｋｐの最小値Ｋｐmin、Ｋｐの最大値Ｋｐmax、Ｋｉの最小値Ｋｉmin、Ｋｉの最大値Ｋｉmaxは、ＰＩＤコントローラ１，２のソフトウェアあるいはハードウェア的な制約によって決まる。これが探索範囲の上下限（上下限範囲）となる。すなわち、図４に示すように、このＫｐmin，Ｋｐmax，Ｋｉmin，Ｋｉmaxによって制限された範囲内に、ＺＮ法によって決まる解が点で表され、この点を中心とした所定範囲を重点探索範囲とする。すなわち重点探索範囲は上下限範囲内に設けられる。
【００４８】
ステップＳ３では、解の初期配置を行う。すなわち、図４の重点探索範囲内にランダムに複数の点（解（Ｋｐ，Ｋｉ））を配置する。その数は条件設定によって決める。
以上が、ステップＳ１〜Ｓ３についての説明である。
【００４９】
次に、最適化部１６に備わる評価部１８は、条件設定部１７から入力したデータに基づき、下記ステップＳ４〜Ｓ８の処理を行い、最良の解（すなわち最適解の候補）そして最適解（ともにｋｐ１，ｋｉ１，ｋｐ２，ｋｉ２として表される）を求め、このうち最良の解については探索部１９に出力し、最適解については出力部２０に出力するものである。
【００５０】
ステップＳ４では、ある解（Ｋｐ，Ｋｉ）でのステップ応答シミュレーションを行う。ステップ応答シミュレーションについては、重点探索範囲内のある解（Ｋｐ，Ｋｉ）において、図５に示すように、設定値ＳＶを入力した際の第１ＰＩＤコントローラ１の目標応答ＰＶ１tと、シミュレーションによる計測値ＰＶ１との残差平方和を求める。なお、ここでの計測値ＰＶ１は、解（Ｋｐ，Ｋｉ）における目標値ＭＶ１と操作量ＭＶ２、及び、上述した第１プラント３の伝達関数Ｇ1（Ｓ）と第２プラント４の伝達関数Ｇ2（Ｓ）より、図１同様の接続関係とした第１ＰＩＤコントローラ１，２及び第１，２プラント３，４を仮想構成した場合の、シミュレーションによる計測値ＰＶ１を指すものである。
【００５１】
同様に、重点探索範囲内のある解（Ｋｐ，Ｋｉ）において、図６に示すように、設定値ＳＶを入力した際の第２ＰＩＤコントローラ２の目標応答ＰＶ２tと、シミュレーションによる計測値ＰＶ２との残差平方和を求める。なお、ここでの計測値ＰＶ２においても、解（Ｋｐ，Ｋｉ）における目標値ＭＶ１と操作量ＭＶ２、及び、伝達関数Ｇ1（Ｓ）と伝達関数Ｇ2（Ｓ）より、図１同様の接続関係とした第１ＰＩＤコントローラ１，２及び第１，２プラント３，４を仮想構成した場合の、シミュレーションによる計測値ＰＶ２を指すものである。
【００５２】
そして、これら計測値ＰＶ１に関する残差平方和と計測値ＰＶ２に関する残差平方和との和を、残差平方和ｅｒｒとする。
【００５３】
ステップＳ５では、ステップＳ４においてステップ応答シミュレーションを行ったときのＭＶ及びＰＶを用いて、制約条件［１］，［２］を考慮してペナルティ評価点の算出を行い、解に付与する。なお、制約条件［２］には目標ＭＶ比ＫMVR（詳細は後述）を用いる。
【００５４】
すなわちステップＳ５では、下記の式（１）及び式（２）のように制約条件毎にペナルティ評価点（ｐｅｎａｌｔｙ１，ｐｅｎａｌｔｙ２）を算出し、解に付与する。ただし、ここでの「付与」とは、解に加算するということではなく、解とともにそのデータを持っておくという意味である。なお、ステップＳ６の終了後はステップＳ７へ移行する。
【００５５】
【数５】
2018077663.tif 000007
【数６】
2018077663.tif 000008
【００５６】
上記式（１）の第１項における関数ｆは、オーバーシュート上限値と位相余裕確保目標に対応した論理関数で、オーバーシュート上限値を超えた場合、あるいは、位相余裕が目標を下回ったとき、十分大きなペナルティ点が加算される。
【００５７】
すなわち、論理関数ｆにおけるＰＶpeakとは、オーバーシュート上限値を上回ったか否かを示すものであり、上回った場合はｆ＝１、上回っていない場合はｆ＝０となる。また、論理関数ｆにおけるＰｈmarginとは、位相余裕確保目標値よりも位相余裕が大きいか否かを示すものであり、大きい場合はｆ＝０、そうでない場合はｆ＝１となる。なお、いずれか一方がｆ＝１を示せば、他方がｆ＝０を示していたとしても結果はｆ＝１となる。
【００５８】
つまり、論理関数ｆは、オーバーシュート上限値を上回っておらず、かつ、位相余裕が位相余裕確保目標値よりも大きい場合は０、それ以外は１となる論理関数である。そして、上記式（１）では、第１項を１０００×ｆとしており、ｆ＝１のとき、第１項の値は１０００となる。
【００５９】
ＰＶpeakは、プラント設備６の特性上絶対にオーバーシュートをしてはならない数値が存在する場合に、Ｐｈmarginはシステム（制御装置５及びプラント設備６）の安定度を見積もる場合に、それぞれ用いる。なお、位相余裕は、一般に６０度以上あれば安定とされ、逆に低いとシステムとして不安定になり得るため、原則常に用いる。
【００６０】
ちなみに、上記式（１）の第２項以降は、その値がそれぞれ１未満となる。第１項の値のみ１０００としているのは、もしｆ＝１となった場合、後述する最良の解の候補からただちに除外することを意味している。
【００６１】
また、上記式（１）の第２項におけるＭＶpeakは、シミュレーションで得られるＭＶのピーク値を表している。なお、ここでのＭＶのピーク値とは、目標値ＭＶ１のピーク値ＭＶ１peak、操作量ＭＶ２のピーク値ＭＶ２peak、あるいはその両方のピーク値を指す。
【００６２】
また、同第２項ではＭＶ係数ＫMVを用いており、ＭＶの動きが小さいほどその値が低くなる。応答性を犠牲にプラント操作を最小限に抑えるため、省エネ重視のときにこれを用いる。上述のＭＶ１のピーク値又はＭＶ２のピーク値、あるいはその両方のピーク値に乗ずる。すなわち、例えば両方のピーク値に乗ずる場合、上記式（１）におけるＫMV・ＭＶpeakは、正確には、ＫMV1・ＭＶ１peak＋ＫMV2・ＭＶ２peakとなる。
【００６３】
すなわち、第２項（ＫMV・ＭＶpeak）は、目標値ＭＶ１のピーク値にＭＶ係数ＫMV1を乗じた項、操作量ＭＶ２のピーク値にＭＶ係数ＫMV2を乗じた項、あるいは、目標値ＭＶ１のピーク値にＭＶ係数ＫMV1を乗じた値と操作量ＭＶ２のピーク値にＭＶ係数ＫMV2を乗じた値とを加算した項となる。
【００６４】
また、ＭＶ（ＭＶ１，ＭＶ２）のピーク値ではなく、その微分であるΔＭＶ（ΔＭＶ１，ΔＭＶ２）のピーク値に対して係数をかけてもよい。その場合、上記式（１）の第２項はＭＶの急激な変動に対してその値が大きくなる。
【００６５】
上記式（１）の第３項は終点誤差係数Ｋendを用いており、ステップ応答シミュレーション終点のＰＶ１と目標応答との差分に係る数で、最終的な誤差さえ少なければペナルティが低くなる（ＰＶendは、計測値ＰＶ１の制御の終点値）。既出の関数ｆ及びＭＶ係数ＫMVとは逆に、途中経過を考慮しないため応答速度を重視する際に有効であるが、目標応答の設定とシミュレーション時間に依存する部分も大きい。そのため終点に留まらず、整定時間等に対しこれを行ってもよい。
【００６６】
なお、上記制約条件［１］は、各ＰＩＤコントローラ１，２に対してそれぞれ個別に決められる制約条件となる。
【００６７】
一方、上記式（２）における係数ＫMVRは、条件入力部１２より操作者が予め入力するか、又は条件記憶部１４に予め記憶されている、目標値としてのＭＶ比（目標ＭＶ比）である。目標ＭＶ比は、目標となるＭＶ２peak／ＭＶ１peakであり、ＰＩＤコントローラ１，２のどちらを大きく早く動かすかの指針となる。
【００６８】
このようにＭＶ比を考慮することで、最良の解が複数挙がるいわゆるパレート解であったときに、解を絞ったり、あるいは条件によっては制約条件［１］における真の最適解よりも局所解の方が優先されるような動作を促したりといった効果もある。
【００６９】
ステップＳ６では、解の評価を行う。すなわち下記式（３）のように、残差平方和ｅｒｒに、ペナルティ評価点（ｐｅｎａｌｔｙ１，ｐｅｎａｌｔｙ２）を加算した値を、評価値ｓｃｏｒｅとして、配置された解の全てを評価及び比較し、評価値ｓｃｏｒｅが最も低い値の解を、最良の解を選出する（つまり、［Ｋｐ１（ＭＶ１のＫｐ），Ｋｉ１（ＭＶ１のＫｉ），Ｋｐ２（ＭＶ２のＫｐ），Ｋｉ２（ＭＶ２のＫｉ）］に対し、１つのｓｃｏｒｅを求める）。そして、現在の最良の解の評価値が、前回の最良の解の評価値を更新しなかった場合に、カウンタが回る。
【００７０】
【数７】
2018077663.tif 000009
【００７１】
図７に示すのは、計算した全ての解のｅｒｒの逆数（１／ｅｒｒ）を目標値ＭＶ１及び操作量ＭＶ２のピーク値によってマッピングしたイメージ図（ＭＶ１peak軸、ＭＶ２peak軸、１／ｅｒｒ軸からなる３次元のグラフ）である。なお、１／ｅｒｒの計算は実際には行われないが、図７では、イメージを掴みやすくするために敢えてｅｒｒではなく１／ｅｒｒを用いている。
【００７２】
残差平方和のみを考慮するならば、最良の解は図７の紙面左奥側の山の頂点Ａ（図７中で１／ｅｒｒの値が最も高い点）の解になる。しかし、ＭＶ比に関して考慮すると、異なる結果となる場合がある。
【００７３】
図７中に破線で示したＫMVR平面は、一例としてＫMVR＝１の場合を表している。シミュレーション結果によるＭＶ１peak／ＭＶ２peakの値がＫMVR平面に近いほど、ｐｅｎａｌｔｙ２の値は低くなる。すなわち、残差平方和（グラフ中の山の高さ）だけでなく、ｐｅｎａｌｔｙ２（ＫMVR平面との距離）も考慮する。さらに、実際には図４のパラメータによる空間とＰＩＤコントローラ１，２に対する制約条件があり、これらを合わせた高次元空間内で、解の探索と決定が行われる。
【００７４】
すなわち、重点探索範囲内で、結果的にｓｃｏｒｅ＝ｅｒｒ＋ｐｅｎａｌｔｙ１＋ｐｅｎａｌｔｙ２の値が最も低くなる点が最良の解となる。
【００７５】
ステップＳ７では、上記カウンタの値もしくは最適化パラメータである反復数（又は計算時間）が、所定値を超えた（終了条件を満たす）か否かを判断する。所定値を超えた（終了条件を満たす）場合はステップＳ８へ移行し、所定値以内である（終了条件を満たさない）場合はステップＳ９へ移行する。ステップＳ８では、現在の最良の解を最適解と決定する。
以上が、ステップＳ４〜Ｓ８についての説明である。
【００７６】
さらに、最適化部１６に備わる探索部１９は、評価部１８より最良の解のデータを入力し、下記ステップＳ９〜Ｓ１４の処理を行い、解の移動を行い、移動した解のデータを評価部１８に再入力するものである。
【００７７】
ステップＳ９では、上記ステップＳ８において終了条件を満たさない場合（すなわち、終了条件を満たすまでの間）に、解の移動を行う。なお、解の移動はＰＳＯの一般的な手法で行う。
【００７８】
ステップＳ１０では、上記ステップＳ１０において移動した解が、上下限範囲内であるか否かを判断する。範囲内であればステップＳ１２へ移行し、範囲外であればステップＳ１１へ移行する。
【００７９】
ステップＳ１１では、上限又は下限へ差し戻す（上下限範囲内に入れる）リミッタ処理を行う。なお、ステップＳ１１の終了後はステップＳ１２へ移行する。
【００８０】
ステップＳ１０又はステップＳ１１における処理の後、ステップＳ１２として、現在の最良の解が重点探索範囲内にあるか否かの判断を行う。最良の解が重点探索範囲内にある場合は、ステップＳ１３へ移行し、最良の解が重点探索範囲外に移動した場合は、ステップＳ１４へ移行する。
【００８１】
ステップＳ１３，Ｓ１４では、探索範囲更新処理を行う。すなわち、ステップＳ１３では、探索範囲更新処理として重点探索範囲を縮小する。ステップＳ１４では、探索範囲更新処理として重点探索範囲を拡張又は移動する。ステップＳ１３，Ｓ１４の終了後はステップＳ４へ移行する。
【００８２】
なお、ステップＳ９における解の移動を行う際に、全ての解が移動するのではなく、評価の低い一部の解は削除され、再配置が行われるために、上述の如く重点探索範囲自体を絞り込む。移動した解の集団は、再度評価部１８に入力される（上述したようにステップＳ４からの処理が行われる）。こうして上記終了条件を満たすまで解の移動を続け、最適解を探索する（評価部１８において、移動した後の最良の解と移動する前の最良の解とを比較し、評価値ｓｃｏｒｅが低い方に更新し、同様に複数回（終了条件を満たすまで）更新された最良の解を、最適解とする）。
以上が、ステップＳ９〜Ｓ１４についての説明である。
【００８３】
なお、出力部２０は、上記評価部１８において決定された最適解をＰＩＤコントローラ１，２に出力する。あるいは、直接ＰＩＤコントローラ１，２に出力するのではなく、モニタ表示としてもよい。
【００８４】
本実施例に係るプラント制御調整装置では、ＭＶ比を用いることで、マイナーループの出力ＭＶ２を相対的に上げればメジャーループの制御性能が向上し、マイナーループの出力ＭＶ２を下げれば駆動する機器の省エネ、長寿命化に寄与するというトレードオフの関係の、どちらを重視するか、つまり解探索の方向性を決定することができる。
【００８５】
また、本実施例に係るプラント制御調整装置では、カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラに対し、少ない演算負荷での同時最適化を実現することにより、高性能な制御装置あるいはＰＣが不要となり、コスト及び操作者の負担を低減することができる。
【００８６】
［実施例２］
本実施例は、実施例１におけるＭＶ比に関する式（２）に代えて、交差周波数比に関する式を用いるものである。
【００８７】
本実施例では、実施例１のステップＳ４における（図１同様の接続関係である）仮想構成と並行して、図８，９に示す仮想構成を有する。
【００８８】
すなわち、まず（実施例１のステップＳ４で説明したように）解（Ｋｐ，Ｋｉ）における目標値ＭＶ１と操作量ＭＶ２、及び、伝達関数Ｇ1（Ｓ）と伝達関数Ｇ2（Ｓ）より、図８に示すように、第２ＰＩＤコントローラ２と第２プラント４とをクローズドループとし、第１ＰＩＤコントローラ１と第１プラント３とをオープンループとした仮想構成を生成する。そして、該仮想構成におけるにおける交差周波数を、交差周波数Ｆｒｅｑ１とする。
【００８９】
また、同様にして、図９に示すように、第２ＰＩＤコントローラ２と第２プラント４とをオープンループとした仮想構成を生成する。そして、該仮想構成における交差周波数を、交差周波数Ｆｒｅｑ２とする。このとき「交差周波数比」は、Ｆｒｅｑ２／Ｆｒｅｑ１で表される。
【００９０】
本実施例では、実施例１における式（２）に代えて、下記式（４）を用いる。下記式（４）におけるＫCROSSは、交差周波数比（Ｆｒｅｑ２／Ｆｒｅｑ１）の目標最小値である。これによって、ＭＶ比より明確に、第１ＰＩＤコントローラ１と第２ＰＩＤコントローラ２との間に速度差を与えることができる。
【００９１】
【数８】
2018077663.tif 000010
ただし、括弧内の値が負の場合は０とする。
【００９２】
なお、上記式（４）では括弧内の値に１０００をかけており、括弧内が正の値を有していた場合に、最良の解の候補から除外しやすくしている。
【００９３】
すなわち、本実施例に係るプラント制御調整装置は、最適化部１６において、交差周波数Ｆｒｅｑ１と交差周波数Ｆｒｅｑ２との交差周波数比に基づいて、第１ＰＩＤコントローラ１及び第２ＰＩＤコントローラ２の制御パラメータ（Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ）を調整する。
【００９４】
本実施例に係るプラント制御調整装置では、交差周波数比を用いることで、実施例１と同じく、どちらの制御性能を重視するかを決定すると共に、マイナーループにレートリミッタ等が設けられ、制御速度に上限がある場合等、過渡応答時にはリミッタにかかることを前提に、メジャーループを高速に動かすといった動作方法を志向するなど、解探索の方向性を絞ることができる。
【００９５】
また、本実施例に係るプラント制御調整装置では、カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラに対し、少ない演算負荷での同時最適化を実現することにより、高性能な制御装置あるいはＰＣが不要となり、コスト及び操作者の負担を低減することができる。
【００９６】
［実施例３］
カスケード接続においては、一般的に第１ＰＩＤコントローラ１より第２ＰＩＤコントローラ２の方を高速にする。したがって、本実施例では、実施例２で説明した式（４）において、ＫCROSS≧１として、実施例１にて説明したＭＶ比の式（２）と併せて常に用いる。
【００９７】
その際、ｓｃｏｒｅの求め方としては、実施例１にて説明した式（３）のｐｅｎａｌｔｙ２の項が、式（２）の値と式（４）の値とを加算した値となる。
【００９８】
このようにして、本実施例に係るプラント制御調整装置では、カスケード接続された２つのＰＩＤコントローラに対し、少ない演算負荷での同時最適化を実現することにより、高性能な制御装置あるいはＰＣが不要となり、コスト及び操作者の負担を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、プラント制御調整装置として好適である。
【符号の説明】
【０１００】
１  第１ＰＩＤコントローラ
２  第２ＰＩＤコントローラ
３  第１プラント
４  第２プラント
５  制御装置
６  プラント設備
７  プラント制御調整装置
１１  入力部
１２  条件入力部
１３  記憶部
１４  条件記憶部
１５  同定部
１６  最適化部
１７  条件設定部
１８  評価部
１９  探索部
２０  出力部
【図１】
2018077663.tif 000015
【図２】
2018077663.tif 000016
【図３】
2018077663.tif 000017
【図４】
2018077663.tif 000018
【図５】
2018077663.tif 000019
【図６】
2018077663.tif 000020
【図７】
2018077663.tif 000021
【図８】
2018077663.tif 000022
【図９】
2018077663.tif 000023