(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御システムであって、
前記外乱を示す外乱信号を取得する外乱信号取得部と、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報を取得する制御量情報取得部と、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱信号を参照して生成するディザー信号生成部と、
前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、
前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御部と、
を備える制御システム。
【請求項２】
周期的に変動する外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御システムであって、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報を取得する制御量情報取得部と、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱が変動しやすい時間帯に生成するディザー信号生成部と、
前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、
前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御部と、
を備える制御システム。
【請求項３】
前記外乱を示す外乱信号を取得する外乱信号取得部をさらに備え、
前記ディザー信号生成部は、前記外乱信号を参照して前記ディザー信号を生成する、
請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記ディザー信号生成部は、前記外乱信号の変化量が所定の閾値以上である場合、又は前記外乱信号の変化量が所定の閾値以上となることが予測された場合、前記ディザー信号を生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項５】
前記ディザー信号生成部は、前記外乱信号の変化量が所定の閾値以下である場合、又は前記外乱信号の変化量が所定の閾値以下となることが予測された場合、前記ディザー信号を生成する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項６】
前記ディザー信号生成部は、前記外乱信号から所定の周波数帯域の信号を抽出することで前記ディザー信号を生成する、
請求項１又は請求項３から５のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項７】
前記ディザー信号生成部は、前記制御対象プロセスにおける複数の操作量ごとに前記ディザー信号を生成し、
前記評価量算出部は、前記制御対象プロセスの評価値を前記複数の操作量ごとに算出し、
前記極値制御部は、前記複数の操作量ごとに生成されたディザー信号と、前記複数の操作量ごとに算出された評価値とに基づいて、前記操作量ごとに極値制御を行う、
請求項１から６のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項８】
前記極値制御部は、前記制御対象プロセスの制御量が周期的に変化する場合、前記極値制御における前記操作量の初期値を、過去に取得された前記制御量情報に基づいて決定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項９】
前記極値制御部は、過去に取得された前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスに与える操作量の差分値を決定し、前記差分値を変動させることにより前記評価値の極値を探索する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１０】
外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御システムが行う制御方法であって、
前記外乱を示す外乱信号を取得する外乱信号取得ステップと、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報を取得する制御量情報取得ステップと、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱信号を参照して生成するディザー信号生成ステップと、
前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記ディザー信号生成ステップにおいて生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御ステップと、
を有する制御方法。
【請求項１１】
周期的に変動する外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御システムが行う制御方法であって、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報を取得する制御量情報取得ステップと、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱が変動しやすい時間帯に生成するディザー信号生成ステップと、
前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記ディザー信号生成ステップにおいて生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御ステップと、
を有する制御方法。
【請求項１２】
外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御装置であって、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱を示す外乱信号を参照して生成するディザー信号生成部と、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、
前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御部と、
を備える制御装置。
【請求項１３】
周期的に変動する外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御装置であって、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱が変動しやすい時間帯に生成するディザー信号生成部と、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、
前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御部と、
を備える制御装置。
【請求項１４】
前記ディザー信号生成部と、前記極値制御部とがワンループコントローラに実装された、
請求項１２又は１３に記載の制御装置。
【請求項１５】
外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御装置であって、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱を示す外乱信号を参照して生成するディザー信号生成部と、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、
前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御部と、
を備える制御装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１６】
周期的に変動する外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御装置であって、
前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱が変動しやすい時間帯に生成するディザー信号生成部と、
前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、
前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する極値制御を行う極値制御部と、
を備える制御装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御システム、制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水処理プラントや環境プラントなどのプラント制御では、制御対象となるプロセス（以下、「制御対象プロセス」という。）に入力される操作量は、制御対象プロセスの制御量を推定する推定モデルに基づいて制御されるのが一般的であった。これに対して、近年では、操作量の制御において制御対象プロセスの推定モデルを用いない極値制御と呼ばれる技術が注目されている。
極値制御は、操作量を意図的に変化させることによって、制御対象プロセスの制御量が最適値に近づくように操作量を探索していく手法である。極値制御では、制御対象プロセスの推定モデルを用いないため、複雑な推定モデルで表される制御対象プロセスについても操作量の制御を容易に行うことができる。
【０００３】
しかしながら、プラント運用の観点では、操作量の最適値を探索するために実際の操作量を無制限に変化させることは好ましいことではない。なぜなら、実際の操作量を変化させることは、プラント運用を攪乱させる可能性があるからである。そのため、プラント運用に与える影響を抑制しつつ、極値制御を行う方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３００８２７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y.Tan et al, On the choice of dither in extremum seeking systems:A case study, Automatica, 44, pp.1446-1450 (2008)
【非特許文献２】J.Copp eds, ‘The COST simulation benchmark A product of COST action 624 and COST action 682 ISBN 92-894-1658-0
【非特許文献３】O. Yamanaka et al, ‘Total cost minimization control scheme for biological wastewater treatment process and its evaluation based on the COST benchmark process’, Water Science & Technology Vol 53 No 4-5 pp 203-214  2006
【非特許文献４】今野、山下著「ORライブラリー  非線形計画法」日科技連（1978）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、プラント運用に与える影響を抑制しつつ、極値制御を行うことができる制御システム、制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の制御システムは、外乱に基づいて制御対象プロセスに与える操作量を制御する制御システムであって、外乱信号取得部、制御量情報取得部、ディザー信号生成部、評価値算出部及び極値制御部を持つ。外乱信号取得部は、前記外乱を示す外乱信号を取得する。制御量情報取得部は、前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報を取得する。ディザー信号生成部は、前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱信号を参照して生成する。評価値算出部は、前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する。極値制御部は、前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の制御システム１００の機能構成を示す機能ブロック図。
【図２】極値制御の概念を説明するための概略図。
【図３】一般的な極値制御系を示すブロック線図。
【図４】第１の実施形態の制御システム１００における極値制御系を示すブロック線図。
【図５】第１の実施形態の制御システム１００による極値制御の流れを示すフローチャート図。
【図６】第１の実施形態の制御システム１００を用いて制御される水処理プラントの具体例を示す図。
【図７】第２の実施形態の制御システム１００ａの機能構成を示す機能ブロック図。
【図８】履歴情報に基づいて生成される遷移パターンの具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の制御システム、制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の制御システム１００の機能構成を示す機能ブロック図である。
図１の制御対象２００は、制御システム１００による制御の対象となる制御対象プロセスが実装された工場やプラントなどの施設を表す。制御対象２００には、制御対象プロセスの制御量や、制御対象プロセスに作用する外乱を計測する各種の計測機器が含まれる。制御対象２００は、各種計測機器の計測により取得された計測情報を制御システム１００に出力する。制御システム１００は、制御対象２００から出力される計測情報に基づいて、制御対象プロセスに与える操作量を決定する。制御対象２００は、制御システム１００により決定された操作量を制御対象プロセスに入力することで、制御対象プロセスの制御量を変化させる。
【００１１】
制御システム１００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備える。制御システム１００は、メモリや補助記憶装置に記憶された制御プログラムを実行する。制御システム１００は、制御プログラムの実行によって計測情報取得部１１０（外乱信号取得部及び制御量情報取得部の一例）、操作量出力部１２０、ディザー信号生成部１３０、評価量算出部１４０（評価値算出部の一例）及び極値制御部１５０を備える装置として機能する。なお、制御システム１００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。制御プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
【００１２】
計測情報取得部１１０及び操作量出力部１２０は、例えばＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークに接続するための通信インターフェースを含んで構成される。計測情報取得部１１０は、制御対象２００と通信し、制御対象２００から計測情報を取得する。計測情報取得部１１０は、取得した計測情報に含まれる、外乱を示す信号（以下、「外乱信号」という。）をディザー信号生成部１３０に出力する。また、計測情報取得部１１０は、取得した計測情報に含まれる、制御量を示す情報（以下、「制御量情報」という。）を評価量算出部１４０に出力する。
【００１３】
操作量出力部１２０は、制御対象２００と通信し、極値制御部１５０によって生成される操作量を制御対象２００に出力する。
【００１４】
ディザー信号生成部１３０は、計測情報取得部１１０から出力された外乱信号を取得する。ディザー信号生成部１３０は、取得した外乱信号を参照して、制御対象プロセスに与える操作量を変化させるためのディザー信号を生成する。ディザー信号生成部１３０は、生成したディザー信号を極値制御部１５０に出力する。
【００１５】
評価量算出部１４０は、計測情報取得部１１０から出力される制御量情報に基づいて、極値制御部１５０が行う極値制御に必要な評価量を算出する。評価量算出部１４０は、算出した評価量を示す評価量情報を極値制御部１５０に出力する。
【００１６】
極値制御は、制御対象プロセスの制御量が最適値に近づくように操作量を探索していく制御方法である。極値制御では、制御対象プロセスの目的に応じた任意の評価基準に基づいて制御対象プロセスの制御量が評価され、その評価結果に基づいて制御対象プロセスに入力される操作量が制御される。評価量情報は、この評価基準に基づいて計算される評価量を示す情報であり、制御対象プロセスについて計測される制御量情報に基づいて計算される。例えば、評価量は、プラントの運用に要する運用コストとして算出されてもよいし、他の評価値として算出されてもよい。
【００１７】
例えば、評価量が運用コストとして算出される場合、制御対象プロセスの制御量が運用コストを減少させるように操作量が制御される。このような操作量の制御が繰り返し実行されることによって、制御対象プロセスの制御量は最適値に収束していく。このように、極値制御は、制御対象プロセスの制御量を直接的に推定する推定モデルを必要としないため、任意の制御対象プロセスの操作量を容易に制御することができる。
【００１８】
極値制御部１５０は、評価量算出部１４０から出力された評価量情報と、ディザー信号生成部１３０から出力されたディザー信号と、に基づいて制御対象プロセスの制御量が最適値に遷移していくように操作量を決定する。極値制御部１５０は、決定した操作量を示す操作量情報を操作量出力部１２０に出力する。
【００１９】
図２は、極値制御の概念を説明するための概略図である。
図２のグラフ（ａ）において、横軸は操作量、縦軸は評価量を表す。極値制御では、制御対象プロセスに与える操作量と、与えられた操作量により変化する制御量との関係は未知である。そのため、操作量と評価量との関係も未知となるが、ここでは説明を分かりやすくするために、あるタイミングにおける評価量と操作量との関係が曲線１０のように表されると仮定して説明する。曲線１０で示される評価量は点１１に極小点を持つ。評価量をコストとして考えた場合、制御対象プロセスはコストがより小さくなるような制御量で制御されることが望ましいため、目標とする操作量は点１１における操作量となる。
【００２０】
このような仮定のもと、極値制御部１５０は、例えば曲線１０上の点１２を初期値として、図２（ｂ）に示されたディザー信号で操作量を変化させる。その結果、図２（ｃ）左図のように、評価量がディザー信号と逆位相の変化を見せた場合、すなわち操作量の増加に伴って評価量が減少した場合、極値制御部１５０は、コストがより小さくなるように操作量を増加させる。
【００２１】
また、図２（ｃ）右図のように、評価量がディザー信号と同位相の変化を見せた場合、すなわち操作量の増加に伴って評価量も増加した場合、極値制御部１５０は、コストがより小さくなるように操作量を減少させる。このような操作量の増減が繰り返し行うことにより、極値制御部１５０は、最適な操作量（図中の点１１における操作量）を探索しながら操作量を制御する。これが、極値制御の基本的な考え方である。このような極値制御によって制御される極値制御系は、一般に次の図３が示すブロック線図によって表される。
【００２２】
図３は、一般的な極値制御系を示すブロック線図である。
図３においてｓはラプラス演算子を表す。「ｓ／（ｓ＋ω２）」はハイパスフィルタであり、「ω１／ｓ＋ω１」はローパスフィルタである。「ｋ／ｓ」は積分器を表し、ｋは積分器のゲインである。「ａ×ｓｉｎωｔ」はディザー信号発生器である。ディザー信号は、操作量及び制御量の両方に作用する。図２の例に当てはめると、制御量にディザー信号を作用させた信号が図２（ｃ）の評価量を示す信号である。そして、この評価量を示す信号が積分器に対して操作量を増減させる方向を与える。積分器は、操作量の増減の方向と、評価量を示す信号の強度とによって操作量を示す信号を出力する。ディザー信号は、積分器から出力された操作量を示す信号に作用し操作量を微小に変動させる。
【００２３】
なお、上記の極値制御を有効に動作させるためには、極値制御に関する各種パラメータを適切な値に設定する必要がある。極値探索に関する各種パラメータとは、積分器のゲインｋ、ローパスフィルタのカットオフ周波数ω１、ハイパスフィルタのカットオフ周波数ω２、ディザー信号の振幅ａ、及びディザー信号の周波数ωである。そして、これらのパラメータの設定について、例えば以下のような５つの指針が知られている。
【００２４】
［指針１］
ディザー信号の周波数ωは、プラントの応答速度より十分小さく設定する。すなわち、プラントの時定数をＴとした場合、ω＜＜２π／Ｔとなるように設定する。
【００２５】
［指針２］
ディザー信号の振幅は、操作量の通常の動きよりも十分小さく設定するとともに、ディザー信号の周波数よりも十分小さく設定する。すなわち、ａ＜＜ωとなるように設定する。
【００２６】
［指針３］
積分器のゲインはディザー信号の周波数よりも十分小さく設定する。すなわち、ｋ＜＜ωとなるように設定する。
【００２７】
［指針４］
極値探索の収束速度は、ｋ×ω×ａ２×Ｐに比例する。ここで、Ｐはディザー信号の強度である。従って、極値探索の収束速度をより速くするため、指針１〜３を満たす範囲でｋ、ω及びａは、できる限り大きい値に設定する。
【００２８】
［指針５］
ローパスフィルタのカットオフ周波数は、ディザー信号の周波数より十分大きく設定し、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、ディザー信号の周波数より十分小さく設定する。すなわち、ω２＜＜ω＜＜ω１となるように設定する。
【００２９】
なお、指針４は、非特許文献１に記載されており、極値探索に用いるディザー信号は、正弦波状でなくてもよいことが指摘されている。また、信号強度Ｐが大きい場合、ディザー信号は正弦波状よりも矩形状の方が、極値探索の収束速度が速くなることが数値例を通して示されている。
【００３０】
以上のように、ディザー信号は極値探索における重要な信号である。しかしながら、制御対象プロセスに対してディザー信号を外部から強制的に入力することは、プラント運用の観点からは必ずしも好ましいことではない。なぜなら、ディザー信号はプラント運用における操作量の最適値を探索するための信号であり、プラント運用上必ずしも必要な信号ではないためである。むしろこのような信号を制御対象プロセスに与えることは、プラントの動作を攪乱させることであり、プラント運用のリスクとなる可能性がある。このようなリスクを回避するために、本実施形態の制御システム１００では、プラントにもともと加わる外乱を利用してディザー信号を生成する。
【００３１】
図４は、第１の実施形態の制御システム１００における極値制御系を示すブロック線図である。
図３に示した一般的な極値制御系と本実施形態の制御システム１００における極値制御系との違いは、ディザー信号発生器となるディザー信号生成部１３０が、外乱信号を参照してディザー信号を生成する点である。例えば、ディザー信号生成部１３０は、バンドパスフィルタとして構成され、外乱信号から所定の周波数帯域の信号を抽出することによりディザー信号を生成する。
【００３２】
例えば、制御対象が水処理プラントである場合、制御対象プロセスの制御量は処理対象となる水の流入量応じて変動することが多く、流入量に応じて操作量を変化させる流入比率制御と呼ばれる制御方法が用いられる場合が多い。この流入比率制御からも分かるように、外乱に応じて操作量を変化させることは、通常のプラント運用において一般的に許容される操作であると考えられる。そのため、プラントに加わる外乱を利用して生成されるディザー信号はプラント運用との親和性が高いと考えられ、このようなディザー信号を用いる極値制御も一般的に許容されるものと考えられる。
【００３３】
図５は、第１の実施形態の制御システム１００による極値制御の流れを示すフローチャートである。
まず、計測情報取得部１１０は、制御対象２００から計測情報を取得する（ステップＳ１０１）。計測情報取得部１１０は、計測情報に含まれる外乱信号をディザー信号生成部１３０に出力する。また、計測情報取得部１１０は、計測情報に含まれる制御量情報を評価量算出部１４０に出力する。
【００３４】
ディザー信号生成部１３０は、計測情報取得部１１０から出力された外乱信号を参照して、ディザー信号を生成する（ステップＳ１０２）。ディザー信号生成部１３０は、生成したディザー信号を極値制御部１５０に出力する。
【００３５】
評価量算出部１４０は、計測情報取得部１１０から出力された制御量情報に基づいて、制御対象プロセスのその時点における評価量を算出する（ステップＳ１０３）。評価量算出部１４０は、算出した評価量を示す評価量情報を極値制御部１５０に出力する。
【００３６】
極値制御部１５０は、評価量情報算出部１４０から出力された評価量情報と、ディザー信号生成部１３０から出力されたディザー信号と、に基づいて制御対象プロセスの極値制御を行う（ステップＳ１０４）。
【００３７】
極値制御部１５０は、極値制御の結果、評価量が収束したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。評価量が収束したと判定した場合（ステップＳ１０５−ＹＥＳ）、極値制御部１５０は処理を終了する。一方、評価量が収束していないと判定した場合（ステップＳ１０５−ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻り、制御システム１００は極値制御を継続する。
【００３８】
図６は、第１の実施形態の制御システム１００を用いて制御される水処理プラントの具体例を示す図である。
図６における水処理プラント３００は生物学的廃水処理プロセスを行うプラントである。図６の具体例では、水処理プラント３００が行う生物学的廃水処理プロセスが制御システム１００の制御対象プロセスである。水処理プラント３００には、最初沈澱池３１０、嫌気槽３２０、無酸素槽３３０、好気槽３４０及び最終沈澱池３５０の各設備が設けられ、各設備間を循環する水は送水路３６０に設置された各ポンプにより輸送される。
【００３９】
ステップ流入ポンプ４１０（図中のステップ流入Ｐ）は、最初沈澱池３１０に流入した下水を無酸素槽３３０にバイパス投入するポンプである。ステップ流入ポンプ４１０にはステップ流量センサー４１１が備えられ、ステップ流入ポンプ４１０により無酸素槽３３０にバイパス投入された下水の流量が計測される。
【００４０】
循環ポンプ４２０（図中の循環Ｐ）は、無酸素槽３３０と好気槽３４０との間で水を循環させるポンプである。循環ポンプ４２０には循環流量センサー４２１が備えられ、循環ポンプ４２０により循環させられた水の流量が計測される。
【００４１】
凝集剤投入ポンプ４３０（図中の凝集Ｐ）は、リンの除去と、汚泥の沈降特性の向上とのために、最終沈澱池３５０の流入部に凝集剤を投入するポンプである。凝集剤投入ポンプ４３０には注入量センサー４３１が備えられ、凝集剤投入ポンプ４３０により投入された凝集剤の量が計測される。
【００４２】
返送汚泥ポンプ４４０（図中の返送Ｐ）は、最終沈澱池３５０にて沈降した汚泥を嫌気槽３２０に返送するポンプである。返送汚泥ポンプ４４０には返送流量センサー４４１が備えられ、返送汚泥ポンプ４４０により返送された汚泥の量が計測される。
【００４３】
余剰汚泥引き抜きポンプ４５０（図中の余剰Ｐ）は、最終沈澱池３５０にて沈降した余剰汚泥を引き抜くポンプである。余剰汚泥引き抜きポンプ４５０には余剰汚泥流量センサー４５１が備えられ、余剰汚泥引き抜きポンプ４５０により引き抜かれた汚泥の量が計測される。
【００４４】
ブロワ４６０は、好気槽３４０に酸素を供給するブロワである。ブロワ４６０には風量センサー４６１が備えられ、ブロワ４６０によって供給された風量が計測される。
【００４５】
水処理プラントには、上記の各ポンプ及びブロワ４６０に加え、最初沈澱池３１０等の各設備にも各種のセンサーが設置される。各設備に設置されたセンサーが計測する内容は次のとおりである。
【００４６】
流入量センサー３１１は、最初沈澱池３１０に流入する水の流入量を計測する。
【００４７】
嫌気槽リン酸センサー３２１は、嫌気槽３２０内のリン酸（ＰＯ４−Ｐ）濃度を計測する。嫌気槽ＭＬＳＳセンサー３２２は、嫌気槽３２０内のＭＬＳＳ濃度を計測する。嫌気槽ＯＲＰセンサー３２３は、嫌気槽３２０内の酸化還元電位差（ＯＲＰ）を計測する。
【００４８】
無酸素槽硝酸センサー３３１は、無酸素槽３３０内の硝酸（ＮＯ３−Ｎ）濃度を計測する。
【００４９】
好気槽ＤＯセンサー３４１は、好気槽３４０内の溶存酸素（ＤＯ）濃度を計測する。好気槽アンモニアセンサー３４２は、好気槽３４０内のアンモニア（ＮＨ４−Ｎ）濃度を計測する。好気槽リン酸センサー３４３は、好気槽３４０内のリン酸（ＰＯ４−Ｐ）濃度を計測する。好気槽ＣＯＤセンサー３４４は、好気槽３４０内のＣＯＤ濃度を計測する。
【００５０】
放流ＴＮセンサー３５１は、最終沈澱池３５０もしくは放流口付近部で放流水質の指標となる全窒素（ＴＮ）濃度を計測する。放流ＴＰセンサー３５２は、最終沈澱池３５０もしくは放流口付近部で放流水質の指標となる全リン（ＴＰ）濃度を計測する。
【００５１】
余剰汚泥濃度センサー３６１は、余剰汚泥引き抜きポンプ４５０により引き抜かれた余剰汚泥の濃度を計測する。
【００５２】
このように、水処理プラント３００に設置された各種センサーが所定の計測を行うことにより、生物学的廃水処理プロセスの制御量情報が取得される。
【００５３】
このような構成を持つ水処理プラント３００を制御対象とする制御システム１００は、評価量算出部１４０として、ブロワコスト算出部１４１、返送Ｐコスト算出部１４２、循環Ｐコスト算出部１４３、余剰Ｐコスト算出部１４４、凝集コスト算出部１４５及び流入コスト算出部１４６を備える。また、この場合、制御システム１００は、極値制御部１５０として、曝気風量制御部１５１、返送総量制御部１５２、循環流量制御部１５３、余剰流量制御部１５４、凝集剤投入量制御部１５５及びステップ流入量制御部１５６を備える。さらにこの場合、制御システム１００は水質制約コスト換算部１６０を備える。制御システム１００は、このような構成を備えることで各ポンプ及びブロワ４６０の操作量の制御を各ポンプ及びブロワごとに極値制御する。以下、各ポンプ及びブロワごとに行われる極値制御について説明する。
【００５４】
［ブロワの極値制御］
ブロワコスト算出部１４１は、風量センサー４６１によって計測された風量に基づいて、ブロワ４６０による消費電力コストを算出する。風量と消費電力との関係はブロワ４６０のスペック情報から得られる。また、電力単価は既知の情報である。よって、消費電力コストは、計測された風量に相当する消費電力及び電力単価から算出することができる。
【００５５】
また、ブロワコスト算出部１４１は、好気槽アンモニアセンサー３４２によって計測されたアンモニア濃度と、水処理プラント３００から放流された水の放流量との積で表されるアンモニア負荷量を算出する。なお、水処理プラント３００から放流された水の放流量は、水処理プラント３００への流入量から余剰汚泥流量を減算することにより得られる。ブロワコスト算出部１４１は、算出されたアンモニア負荷量を排水賦課金の考え方でコスト換算したアンモニア水質コストを算出する。排水賦課金とは、排水量に応じて排水した者に課される賦課金のことである。本実施形態では、制御対象プロセスの制御量を評価する指標として、水処理に必要なコストを配水賦課金の考え方を用いて算出する。このように排水量に対して一定の賦課金を課す考え方は、非特許文献２や非特許文献３にも記載されている。同様に、ブロワコスト算出部１４１は、好気槽ＣＯＤセンサー３４４によって計測されたＣＯＤ濃度と放流量とに基づいて、ＣＯＤ負荷量をコスト換算したＣＯＤ水質コストを算出する。
【００５６】
ブロワコスト算出部１４１は、消費電力コスト、アンモニア水質コスト及びＣＯＤ水質コストの総和で表されるブロワコストを、ブロワ４６０の操作量を極値制御するための評価量として算出する。
【００５７】
また、水質制約コスト換算部１６０は、放流ＴＮセンサー３５１によって計測される全窒素濃度及び放流ＴＰセンサー３５２によって計測される全リン濃度を、水質規制値と比較することにより、水質規制に相当する制約条件をコスト換算した水質制約コストを算出する。このようなコスト換算には、最適化問題において制約条件をコストとして組み込む方法であるペナルティ関数法が用いられてもよい。ペナルティ関数法については、非特許文献４に記載されている方法が用いられてもよい。
【００５８】
また、ディザー信号生成部１３０は、流入量センサー４１１により計測された水処理プラントへの流入量に基づいて、極値探索のためのディザー信号を生成する。ブロワの制御の場合、ブロワの風量が水質に与える時定数は十〜数十分程度である。そのため、この時定数をＴとすれば、ディザー信号生成部１３０は、プラントの応答速度２π／Ｔよりも早い応答成分をハイパスフィルタでカットする。このとき、ディザー信号１３０は、必要に応じて、周期的な変動パターンを除去するハイパスフィルタを合わせて適用してもよい。このようなハイパスフィルタにより、プラントの応答速度よりも遅く、流入量の周期的な変動よりも早い速度で変動する成分が外乱信号から抽出される。そして、ディザー信号の振幅が上記の設計指針２及び４を満足するようにゲインが設計されたバンドパスフィルタにより、曝気風量を極値制御するためのディザー信号が生成される。
【００５９】
曝気風量制御部１５１は、ブロワコスト算出部１４１によって算出されたブロワコストと、水質制約コスト換算部１６０によって算出された水質制約コストと、ディザー信号生成部１３０によって生成されたディザー信号とに基づいて、水処理プラントの運用に要する総コストのうち、ブロワ４６０の運転に関する部分コストを最小化するようにブロワ４６０の操作量を極値制御する。
【００６０】
［返送汚泥ポンプの極値制御］
返送Ｐコスト算出部１４２は、返送流量センサー４４１によって計測された流量に基づいて、返送汚泥ポンプ４４０による消費電力コストを算出する。流量と消費電力との関係は返送汚泥ポンプ４４０のスペック情報から得られる。また、電力単価は既知の情報である。よって、消費電力コストは、計測された流量に相当する消費電力及び電力単価から算出することができる。
【００６１】
また、返送Ｐコスト算出部１４２は、無酸素槽硝酸センサー３３１によって計測された硝酸濃度と、水処理プラント３００から放流された水の放流量との積で表される硝酸負荷量を算出する。返送Ｐコスト算出部１４２は、算出された硝酸負荷量を排水賦課金の考え方でコスト換算した硝酸水質コストを算出する。同様に、返送Ｐコスト算出部１４２は、好気槽リン酸センサー３２１によって計測されたリン酸濃度と放流量とに基づいて、リン酸負荷量をコスト換算したリン水質コストを算出する。
【００６２】
返送Ｐコスト算出部１４２は、消費電力コスト、硝酸水質コスト及びリン水質コストの総和で表される返送ポンプコストを、返送ポンプ４４０の操作量を極値制御するための評価量として算出する。
【００６３】
返送総量制御部１５２は、返送Ｐコスト算出部１４２によって算出された返送ポンプコストと、水質制約コスト換算部１６０によって算出された水質制約コストと、ディザー信号生成部１３０によって生成されたディザー信号とに基づいて、水処理プラントの運用に要する総コストのうち、返送ポンプ４４０の運転に関する部分コストを最小化するように返送ポンプ４４０の操作量を極値制御する。
【００６４】
［循環ポンプの極値制御］
循環Ｐコスト算出部１４３は、循環流量センサー４２１によって計測された流量に基づいて、循環ポンプ４２０による消費電力コストを算出する。流量と消費電力との関係は循環ポンプ４２０のスペック情報から得られる。また、電力単価は既知の情報である。よって、消費電力コストは、計測された流量に相当する消費電力及び電力単価から算出することができる。
【００６５】
また、循環Ｐコスト算出部１４３は、無酸素槽硝酸センサー３３１によって計測された硝酸濃度と、水処理プラント３００から放流された水の放流量との積で表される硝酸負荷量を算出する。循環Ｐコスト算出部１４３は、算出された硝酸負荷量を排水賦課金の考え方でコスト換算した硝酸水質コストを算出する。
【００６６】
循環Ｐコスト算出部１４３は、消費電力コスト及び硝酸水質コストの総和で表される循環ポンプコストを、循環ポンプ４２０の操作量を極値制御するための評価量として算出する。
【００６７】
循環流量制御部１５３は、循環Ｐコスト算出部１４３によって算出された循環ポンプコストと、水質制約コスト換算部１６０によって算出された水質制約コストと、ディザー信号生成部１３０によって生成されたディザー信号とに基づいて、水処理プラントの運用に要する総コストのうち、循環ポンプ４２０の運転に関する部分コストを最小化するように返送ポンプ４４０の操作量を極値制御する。
【００６８】
［余剰汚泥引き抜きポンプの極値制御］
余剰Ｐコスト算出部１４４は、余剰汚泥流量センサー４５１によって計測された余剰汚泥流量に基づいて、余剰汚泥引き抜きポンプ４５０による消費電力コストを算出する。流量と消費電力との関係は余剰汚泥引き抜きポンプ４５０のスペック情報から得られる。また、電力単価は既知の情報である。よって、消費電力コストは、計測された流量に相当する消費電力及び電力単価から算出することができる。
【００６９】
また、余剰Ｐコスト算出部１４４は、余剰汚泥濃度センサー３６１によって計測された余剰汚泥濃度と、余剰汚泥センサー４５１によって計測された余剰汚泥流量と、汚泥処分単価とに基づいて、余剰汚泥処分コストを算出する。また、余剰Ｐコスト算出部１４４は、好気槽リン酸センサー３４３によって計測されたリン酸濃度と、水処理プラント３００から放流された水の放流量との積で表されるリン酸負荷量を算出する。余剰Ｐコスト算出部１４４は、算出されたリン酸負荷量を排水賦課金の考え方でコスト換算したリン水質コストを算出する。
【００７０】
余剰Ｐコスト算出部１４４は、消費電力コスト、余剰汚泥処分コスト及びリン水質コストの総和で表される余剰汚泥引き抜きポンプコストを、余剰汚泥引き抜きポンプ４５０の操作量を極値制御するための評価量として算出する。
【００７１】
余剰流量制御部１５４は、余剰Ｐコスト算出部１４４によって算出された余剰汚泥引き抜きポンプコストと、水質制約コスト換算部１６０によって算出された水質制約コストと、ディザー信号生成部１３０によって生成されたディザー信号とに基づいて、水処理プラントの運用に要する総コストのうち、余剰汚泥引き抜きポンプ４５０の運転に関する部分コストを最小化するように余剰汚泥引き抜きポンプ４５０の操作量を極値制御する。
【００７２】
［凝集剤投入ポンプの極値制御］
凝集コスト算出部１４５は、注入量センサー４３１によって計測された凝集剤の投入量に基づいて、凝集剤投入ポンプ４３０による凝集剤薬品コストを算出する。凝集剤薬品コストは、凝集剤の投入量と薬品単価から算出することができる。
【００７３】
また、凝集コスト算出部１４５は、余剰汚泥濃度センサー３６１によって計測された余剰汚泥濃度と、余剰汚泥流量センサー４５１によって計測された余剰汚泥流量と、汚泥処分単価とに基づいて、余剰汚泥処分コストを算出する。また、凝集コスト算出部１４５は、好気槽リン酸センサー３４３によって計測されたリン酸濃度と、水処理プラント３００から放流された水の放流量との積で表されるリン酸負荷量を算出する。凝集コスト算出部１４５は、算出されたリン酸負荷量を排水賦課金の考え方でコスト換算したリン水質コストを算出する。
【００７４】
凝集コスト算出部１４５は、凝集剤薬品コスト、余剰汚泥処分コスト及びリン水質コストの総和で表される凝集コストを、凝集剤投入ポンプ４３０の操作量を極値制御するための評価量として算出する。
【００７５】
凝集剤投入量制御部１５５は、凝集コスト算出部１４５によって算出された凝集コストと、水質制約コスト換算部１６０によって算出された水質制約コストと、ディザー信号生成部１３０によって生成されたディザー信号とに基づいて、水処理プラントの運用に要する総コストのうち、凝集剤投入ポンプ４３０の運転に関する部分コストを最小化するように凝集剤投入ポンプ４３０の操作量を極値制御する。
【００７６】
［ステップ流入ポンプの極値制御］
流入コスト算出部１４６は、ステップ流量センサー４１１によって計測された流量に基づいて、ステップ流入ポンプ４１０による消費電力コストを算出する。流量と消費電力との関係はステップ流入ポンプ４１０のスペック情報から得られる。また、電力単価は既知の情報である。よって、消費電力コストは、計測された風量に相当する消費電力及び電力単価から算出することができる。
【００７７】
また、流入コスト算出部１４６は、好気槽アンモニアセンサー３４２によって計測されたアンモニア濃度と、水処理プラント３００から放流された水の放流量との積で表されるアンモニア負荷量を算出する。なお、水処理プラント３００から放流された水の放流量は、水処理プラント３００への流入量から余剰汚泥流量を減算することにより得られる。流入コスト算出部１４６は、算出されたアンモニア負荷量を排水賦課金の考え方でコスト換算したアンモニア水質コストを算出する。同様に、流入コスト算出部１４６は、無酸素槽硝酸センサー３３１によって計測された硝酸濃度と放流量とに基づいて、硝酸負荷量をコスト換算した硝酸水質コストを算出する。同様に、流入コスト算出部１４６は、好気槽リン酸センサー３２１によって計測されたリン酸濃度と放流量とに基づいて、リン酸負荷量をコスト換算したリン水質コストを算出する。
【００７８】
流入コスト算出部１４６は、消費電力コスト、アンモニア水質コスト、硝酸水質コスト及びリン水質コストの総和で表される流入コストを、ステップ流入ポンプ４１０の操作量を極値制御するための評価量として算出する。
【００７９】
ステップ流入量制御部１５６は、流入コスト算出部１４６によって算出された流入コストと、水質制約コスト換算部１６０によって算出された水質制約コストと、ディザー信号生成部１３０によって生成されたディザー信号とに基づいて、水処理プラントの運用に要する総コストのうち、ステップ流入ポンプ４１０の運転に関する部分コストを最小化するようにステップ流入ポンプ４１０の操作量を極値制御する。
【００８０】
このように、プラント運用に要するコストを評価値として、そのコストを部分コストに分散させて極値制御を行うことによって、複数の操作量を個別に制御する多重ループ構成を構成することができる。多重ループ構成で構成された制御システム１００では、例えば、複数の操作量に関する極値制御を個々のワンループコントローラに実装することが可能となり、シンプルかつ拡張性の高い極値制御システムを構成することができる。
【００８１】
なお、上記の具体例では、ディザー信号生成部１３０は、水処理プラント３００に流入する水の流入量を外乱としてディザー信号を生成しているが、制御対象プロセスにもともと加わる外乱であれば、ディザー信号生成部１３０は他のどのような事象を外乱としてディザー信号を生成してもよい。例えば、上記の水処理プラント３００を制御対象とする場合、ディザー信号は、ＳＳ（浮遊性固形物）、ＣＯＤ（科学的酸素要求量）、ＴＮ（全窒素）、ＴＰ（全リン）、吸光度スペクトル（ＵＶを含む）、蛍光スペクトル（ＥＥＭ）などを外乱として生成されてもよいし、各種水質センサーによって計測される水質濃度と流入量との積で表される各種の流入水質負荷を外乱として生成されてもよい。
【００８２】
また、上記の具体例では、廃水処理された水の最終的な水質を維持するため、制御システム１００は、廃水処理に課せられる制約をコストに換算する水質制約コスト換算部１６０を備えたが、水質制約コストを算出するための計測情報が取得できない場合やそのような制約を必要としない場合、制御システム１００は、水質制約コスト換算部１６０を備えなくてもよい。
【００８３】
また、上記の具体例において算出された各種の評価量は、上記と異なる評価基準や計測情報に基づいて算出されてもよい。また、これらの評価基準は、評価量の算出に用いられるのではなく、水質制約コスト等の制約条件として組み込まれてもよい。
【００８４】
また、上記の具体例のように複数の操作量ごとに極値制御が行われる場合、ディザー信号生成部１３０は、操作量ごとのディザー信号を生成してもよい。この場合、ディザー信号生成部１３０は、各操作量が制御対象プロセスの制御量に与える影響に応じて、操作量ごとに異なるディザー信号を生成してもよい。これは、各操作量の変化に対する評価量の変化の時定数が異なる場合に有効であり、上述した極値制御の各種パラメータの設計指針に沿うものである。
【００８５】
このように構成された第１の実施形態の制御システム１００は、制御対象プロセスの極値制御に必要となるディザー信号を、外部から強制的に入力される信号ではなく、プラントにもともと加わる外乱を利用して生成する。このような構成を備えることにより、実施形態の制御システム１００は、プラント運用に与える影響を抑制しつつ、制御対象プロセスの極値制御を行うことができる。
【００８６】
以下、第１の実施形態の制御システム１００の変形例について説明する。
【００８７】
ディザー信号生成部１３０は、外乱が変動しやすい時間帯にディザー信号を生成するように構成されてもよい。例えば、ディザー信号生成部１３０は、単位時間当たりの変動量が所定の閾値を越えた場合に、ディザー信号を生成するように構成されてもよいし、一日の変動パターンから外乱が変動しやすいと考えられる時間帯にディザー信号を生成するように構成されてもよい。この場合、ディザー信号生成部１３０は、上記同様に外乱信号を参照してディザー信号を生成してもよいし、正弦波や矩形波などの他の態様の信号をディザー信号として生成してもよい。ディザー信号生成部１３０がこのように構成されることにより極値制御のために与えられる操作量の変動が局所化され、制御システム１００は、プラント運用に与える影響を抑制しつつ、極値制御を行うことができる。外乱が変動しやすい時間帯は、制御対象プロセスの特性に応じて設定されればよく、例えば、制御対象プロセスが交通制御システムである場合は、交通量の変動パターンに基づいて上記時間帯が設定されてもよい。また、例えば、制御対象プロセスが配水システムや電力供給システムなどのリソースを供給するシステムである場合は、リソースの消費パターンに基づいて上記時間帯が設定されてもよい。
【００８８】
また、ディザー信号生成部１３０は、外乱の変動量に基づいてディザー信号を生成するように構成されてもよい。一般に、外乱の変動が大きい場合、制御対象プロセスの制御量の最適値も大きく変動する。そのため、このような状況において極値制御を行った場合、制御対象プロセスの制御量の変動が、外乱の変動によるものか、又は極値制御によるものかの判別が困難となる。そのため、このような場合、ディザー信号生成部１３０は、外乱信号の変動量が所定の閾値以下である場合においてディザー信号を生成するように構成されてもよい。
【００８９】
上記のように、制御対象プロセスの制御を攪乱する可能性のあるディザー信号は、プラント運用の観点では抑制されることが望ましい一方で、極値探索の効率の観点では、制御対象プロセスの制御量の変動の振幅は大きい方が好ましい。そして、上述したように外乱の変動が大きい場合においては、操作量を大きく変動させることは一般的に許容される。そのため、特に外乱がランダムに変化するような特性を持つ制御対象プロセスの制御においては、ディザー信号生成部１３０は、外乱信号の変動量が所定の閾値以上である場合においてディザー信号を生成するように構成されてもよい。
【００９０】
また、ディザー信号生成部１３０は、外乱の変動の予測に基づいてディザー信号を生成するように構成されてもよい。例えば、ディザー信号生成部１３０は、外乱の変動量の予測値が所定の閾値を越えた場合、又は所定の閾値以下となった場合にディザー信号を生成する。ディザー信号生成部１３０がこのように構成されることによって、制御システム１００は、より迅速に制御対象プロセスの極値制御を行うことができる。外乱の変動を予測する方法には任意の手法が用いられてもよい。例えば、水処理プラント３００の極値制御の場合、流入量に自己回帰モデルなどを適用することにより変動を予測してもよい。また、上述したとおり、水処理プラント３００への流入量は周期的な変動パターンを持つことが多い。そのため、そのような変動パターンに基づいて外乱の変動を予測してもよい。
【００９１】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の制御システム１００ａの機能構成を示す機能ブロック図である。
第２の実施形態の制御システム１００ａは、計測情報取得部１１０に代えて計測情報取得部１１０ａを備える点、極値制御部１５０に代えて極値制御部１５０ａを備える点、履歴情報記憶部１７０をさらに備える点で第１の実施形態の制御システム１００と異なる。なお、図７の説明では、図１と同じ符号を付すことによって図１と同様の機能部の説明を省略する。
【００９２】
履歴情報記憶部１７０は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。履歴情報記憶部１７０は、制御対象プロセスについて過去に計測された制御量情報を履歴情報として記憶する。
【００９３】
計測情報取得部１１０ａは、制御対象２００から計測情報を取得するとともに、計測情報に含まれる制御量情報を制御量情報が取得されたタイミングと対応づけて履歴情報として履歴情報記憶部１７０に記憶させる。
【００９４】
極値制御部１５０ａは、制御対象プロセスについて極値制御部１５０と同様の極値制御を行う。また、極値制御部１５０ａは、極値探索における操作量の初期値を履歴情報に基づいて決定する。例えば、極値制御部１５０ａは、履歴情報に基づいて制御対象プロセスの制御量の一日の遷移パターンを生成する。例えば、極値制御部１５０ａは、次の図７のような遷移パターンを生成する。
【００９５】
図８は、履歴情報に基づいて生成される遷移パターンの具体例を示す図である。
図８は、水処理プラント３００を例に、制御対象プロセスについて取得される制御量情報の一つである曝気風量の計測値に基づいて生成された遷移パターンの例を示している。この遷移パターンの生成には、過去の所定期間において同時刻に計測された計測値の平均値やトリム平均値、中央値などの代表値が用いられてもよいし、簡単には、前日の履歴情報が示す計測値が用いられてもよい。
【００９６】
極値制御部１５０ａは、生成した遷移パターンにおいて極値制御の実行タイミングに対応する値を操作量の初期値に設定して極値探索を行う。なお、生成される遷移パターンにおいて急激な変化や不連続な遷移が見られる場合、極値制御部１５０ａは、そのような変化量や不連続を緩和するように、遷移パターンを任意の補間法によって調整してもよい。
【００９７】
このように構成された第２の実施形態の制御システム１００ａは、制御対象プロセスの極値制御における操作量の初期値を、過去に計測された制御量情報に基づいて設定する。極値制御における操作量の初期値がこのように設定されることにより、制御システム１００ａは、周期的に制御量が変動する制御対象プロセスの極値制御において、極値探索の収束速度を向上させることができる。
【００９８】
以下、第２の実施形態の制御システム１００ａの変形例について説明する。
【００９９】
極値制御部１５０ａは、極値制御の実行タイミングにおける制御量情報が示す計測値と、過去に取得された制御量情報が示す計測値との差分値を操作量とみなして極値探索を行ってもよい。この場合、過去に取得された制御量情報が示す計測値は、前制御周期の極値制御における計測値であってもよいし、過去の同時刻における計測値であってもよい。極値制御部１５０ａが、計測値の差分値を操作量とみなして極値制御を行うことによって、制御システム１００ａは、極値制御の初期における操作量の変化の不連続性を抑制することが可能となる。
【０１００】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、外乱を示す外乱信号を取得する外乱信号取得部と、前記制御対象プロセスの制御量を示す制御量情報を取得する制御量情報取得部と、前記制御対象プロセスの制御において、前記制御対象プロセスに与える操作量を変動させるためのディザー信号を、前記外乱信号を参照して生成するディザー信号生成部と、前記制御量情報に基づいて、前記制御対象プロセスの制御量を評価する指標となる評価値を算出する評価値算出部と、前記ディザー信号生成部により生成された前記ディザー信号に基づいて前記操作量を変動させ、前記評価値の極値を探索しながら前記操作量を調整する極値制御を行う極値制御部と、を持つことにより、プラント運用に与える影響を抑制しつつ、極値制御を行うことができる。
【０１０１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０２】
１００…制御システム，１１０、１１０ａ…計測情報取得部，１２０…操作量出力部，１３０…ディザー信号生成部，１４０…評価量算出部，１４１…ブロワコスト算出部，１４２…返送Ｐコスト算出部，１４３…循環Ｐコスト算出部，１４４…余剰Ｐコスト算出部，１４５…凝集コスト算出部，１４６…流入コスト算出部，１５０、１５０ａ…極値制御部，１５１…曝気風量制御部，１５２…返送総量制御部，１５３…循環流量制御部，１５４…余剰流量制御部，１５５…凝集剤投入量制御部，１５６…ステップ流入量制御部，１６０…水質制約コスト換算部，１７０…履歴情報記憶部，２００…制御対象，３００…水処理プラント，３１０…最初沈澱池，３１１…流入量センサー，３２０…嫌気槽，３２１…嫌気槽リン酸センサー，３２２…嫌気槽ＭＬＳＳセンサー，３２３…嫌気槽ＯＲＰセンサー，３３０…無酸素槽，３３１…無酸素槽硝酸センサー，３４０…好気槽，３４１…好気槽ＤＯセンサー，３４２…好気槽アンモニアセンサー，３４３…好気槽リン酸センサー，３４４…好気槽ＣＯＤセンサー，３５０…最終沈澱池，３５１…放流ＴＮセンサー，３５２…放流ＴＰセンサー，３６０…送水路，３６１…余剰汚泥濃度センサー，４１０…ステップ流入ポンプ，４１１…ステップ流量センサー，４２０…循環ポンプ，４２１…循環流量センサー，４３０…凝集剤投入ポンプ，４３１…注入量センサー，４４０…返送汚泥ポンプ，４４１…返送流量センサー，４５０…余剰汚泥引き抜きポンプ，４５１…余剰汚泥流量センサー，４６０…ブロワ，４６１…風量センサー
【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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