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JPH09146610A - Multivariable nonlinear process controller - Google Patents

Multivariable nonlinear process controller

Info

Publication number
JPH09146610A
JPH09146610A JP7322539A JP32253995A JPH09146610A JP H09146610 A JPH09146610 A JP H09146610A JP 7322539 A JP7322539 A JP 7322539A JP 32253995 A JP32253995 A JP 32253995A JP H09146610 A JPH09146610 A JP H09146610A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
controller
value
set value
manipulated variable
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7322539A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
D Hansen Peter
ディー. ハンセン ピーター
Paul C Badavas
シー. ベイダバス ポール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Systems USA Inc
Original Assignee
Foxboro Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foxboro Co filed Critical Foxboro Co
Priority to JP7322539A priority Critical patent/JPH09146610A/en
Publication of JPH09146610A publication Critical patent/JPH09146610A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robust and efficient process control system. SOLUTION: This process controller is structured as a nonlinear PID feedforward type controller for many variables equipped with a decoupling type external loop controller 10 which performs integrating operation, a neural network multivariable internal loop PD controller 12 which is connected in series with the controller 10, a downstream controller 14 which is connected downstream in series and coupled with a process 16, and a restraint processor 18. An internal loop neural network controller is trained so that future process behavior attains optimum performance when training is repeated. An external loop controller compensates process variation, unmeasured disturbance, and an error in modeling.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、産業上のプロセス制御
に関し、更に詳しくは、多変数非線形動的産業プロセス
を制御するための方法並びに装置に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to industrial process control, and more particularly to a method and apparatus for controlling multivariable non-linear dynamic industrial processes.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業オートメーションは、品質並びに製
造要件に合致するように、産業プロセスを制御する最適
な方法を見いだすことを目的として行われてきた。しか
し、現在の産業プロセスの大部分は、複雑で、遅れや遅
延を伴う相互作用的動力学及び非直線性を有する多数の
制御量が必要となる。このような複雑な産業プロセスを
取り扱うために、様々なプロセス制御技術が生み出され
た。
Industrial automation has been aimed at finding optimal ways to control industrial processes to meet quality as well as manufacturing requirements. However, most of today's industrial processes are complex and require a large number of controlled variables with delays, delayed interactive dynamics and non-linearities. Various process control technologies have been created to handle such complex industrial processes.

【0003】最新のプロセス制御技術は、プロセスの一
つあるいはそれ以上の経時特性を監視することにより、
プロセスの最適操作を求め、プロセスの操作パラメータ
を調節するものである。特に設定値の変化、システム動
力学及び乱れを考慮にいれて最適操作パラメータを計算
するために、これらの従来技術では、システムの未来の
挙動を予知するためのプラントプロセスモデルが用いら
れる。また、このモデルあるいはその一部をコントロー
ラ構造体に組み込む技術も知られている。これらの技術
の精度は、プロセスの正確な動的モデルが作成できるか
どうか、にかかっている。また、正確にあるいは簡単に
モデル化できない不確実性を有するプロセスの場合に
は、このようなモデルを生成できない場合もある。
State-of-the-art process control techniques rely on monitoring one or more aging characteristics of a process to
It seeks the optimum operation of the process and adjusts the operating parameters of the process. In order to calculate optimal operating parameters, in particular taking into account setpoint changes, system dynamics and turbulence, these prior art techniques use plant process models to predict future behavior of the system. Further, a technique of incorporating this model or a part thereof into a controller structure is also known. The accuracy of these techniques depends on the ability to create accurate dynamic models of the process. In addition, in the case of a process having an uncertainty that cannot be accurately or easily modeled, it may not be possible to generate such a model.

【0004】近年、ニューラル・ネットワークが、複雑
なプロセスをモデル化する有力な手段として注目されて
いる。これは、ニューラル・ネットワークが、多変数非
線形関数を近似するための固有能力を有しているためで
ある。ニューラル・ネットワークは、また、プロセスの
完全で正確な理解を必要としないという利点もある。ニ
ューラル・ネットワークは、プロセスを表示するもので
あるが、トレーニング可能であり、実例により学習する
能力を有する。ニューラル・ネットワークは、更に、遅
延量を取り扱うことが可能であり、即ち、動的システム
を表現することができる。
[0004] In recent years, neural networks have been attracting attention as a powerful means for modeling complicated processes. This is because neural networks have the inherent ability to approximate multivariable nonlinear functions. Neural networks also have the advantage of not requiring a complete and accurate understanding of the process. Neural networks, which display processes, are trainable and have the ability to learn by example. Neural networks are also capable of handling delay amounts, ie representing dynamic systems.

【0005】プロセス制御分野へのニューラル・ネット
ワークの適用は比較的最近始められたばかりであるが、
既に様々なニューラル・ネットワーク制御システムが開
発されている。このようなシステムとしては、例えば、
好適に確立されたモデル予知制御フレームワークでニュ
ーラル・ネットワークを使用する制御システムが挙げら
れる。この種の制御システムでは、通常、プロセスを目
標値に持って行くための操作量を求めるために、プロセ
スモデルを採用したコントローラが用いられる。また、
設定値に与えられるプロセス−モデル不整合信号を通し
て、プロセスフィードバックが行われる。この結果、モ
デル化されない乱れが補償される。この不整合信号は、
プロセス出力とプロセスのニューラル・ネットワークに
より生成されたモデル化プロセス出力との間の差異を示
す。
Although the application of neural networks in the field of process control has only recently begun,
Various neural network control systems have already been developed. As such a system, for example,
Control systems that use neural networks in a well established model predictive control framework are mentioned. In this type of control system, a controller that employs a process model is usually used in order to obtain an operation amount for bringing a process to a target value. Also,
Process feedback is provided through the process-model mismatch signal provided to the setpoint. As a result, unmodeled perturbations are compensated. This mismatch signal is
6 illustrates the difference between a process output and a modeled process output generated by a neural network of processes.

【0006】コントローラは、ニューラル・ネットワー
クモデルと最適化装置とから成る。ニューラル・ネット
ワークモデルは、現在及び直前のプロセス入力及び出力
値を考慮して、未来時間軌道に関するプロセス出力に対
する可能操作量軌道の影響を予知するために用いられ
る。また、最適化装置は、プロセス出力が最適に設定値
をたどり所定の束縛力集合を満足するように、この情報
を用いて、操作量の値を選択する。
The controller consists of a neural network model and an optimizer. The neural network model is used to predict the influence of the possible manipulated variable trajectory on the process output with respect to the future time trajectory by considering the current and previous process input and output values. Further, the optimizing device uses this information to select the value of the manipulated variable so that the process output optimally follows the set value and satisfies the predetermined binding force set.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この種のプロセス制御
システムには、いくつかの制限がある。第一の制限は、
遅れが支配的なプロセスにおいて、測定されない負荷乱
れを効果的に処理できない、ことである。モデルの誤差
フィードバックを使用することにより、むだ時間が支配
的なプロセスをこのシステムで処理することが可能にな
るが、何らかの追加フィードバックが行われない限り、
この方法で、非自己調整プロセスあるいは開ループ不安
定プロセスを安定化することができない。比例あるいは
微分フィードバックは存在せず、プロセス−モデル非整
合信号を通して疑似積分フィードバック動作が行われる
のみである。更に、次の操作量変化を求めるために、コ
ントローラの出力軌跡の最適化が制御間隔ごとに行われ
る。この最適化に実質的な計算時間が必要となるため、
コントローラの出力更新の間隔が大きくなってしまう。
この間隔により、プロセスのむだ時間に更にむだ時間が
追加されることになり、測定されない負荷変化に対する
最大達成可能な制御誤差が増加する。
There are some limitations to this type of process control system. The first limitation is
In a process where delay is dominant, unmeasured load disturbance cannot be effectively dealt with. Using the model error feedback allows the system to handle time-dominated processes, but unless some additional feedback is provided,
In this way, non-self-regulating processes or open-loop instability processes cannot be stabilized. There is no proportional or derivative feedback, only quasi-integral feedback behavior through the process-model mismatch signal. Further, the output locus of the controller is optimized for each control interval in order to obtain the next change in the manipulated variable. Since this optimization requires substantial calculation time,
The output update interval of the controller becomes large.
This interval adds more dead time to the process dead time and increases the maximum achievable control error for unmeasured load changes.

【0008】本発明は、上述した制限を説明できるロバ
ストで効率的なプロセス制御システムを提供することを
目的とする。更に詳しくは、ロバストな最適多変数非線
形制御システムで、非自己調整プロセス及び純粋なむだ
時間プロセスを適応させ、オンラインでの最適化を必要
とせず、測定負荷による乱れを防ぐように補償し、高フ
ィードバック・ゲインで測定されない乱れと戦うシステ
ムを提供することを目的とする。
The present invention seeks to provide a robust and efficient process control system which is capable of accounting for the aforementioned limitations. More specifically, a robust optimal multivariable nonlinear control system adapts non-self-regulating processes and pure dead-time processes, requires no on-line optimization, is compensated to prevent disturbances due to measurement loads, and The aim is to provide a system to combat turbulence not measured with feedback gain.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段及び作用】ロバストなプロ
セス制御システムに用いられる方法並びに装置は、以下
に記載するように、ニューラル・ネットワークコントロ
ーラを用いて、多変数非線形動的プロセスの効率的な制
御を行う。
A method and apparatus for use in a robust process control system is provided for efficient control of multivariable nonlinear dynamic processes using neural network controllers, as described below. I do.

【0010】プロセス制御システムは、積分動作を行う
減結合型外ループコントローラと直列接続された内ルー
プ多変数PD(比例−微分)コントローラとして、プロ
セスの疑似逆ニューラル・ネットワークモデルを用い
る。このように組み合わせることにより、多変数非線形
PID(比例−積分−微分)フィードフォワード型コン
トローラが実現される。未来のプロセス挙動がトレーニ
ングを繰り返した場合に最適性能を達成可能なように、
内ループニューラル・ネットワークPDコントローラを
トレーニングする。外ループコントローラは、モデル化
されないプロセス変化、測定されない乱れ、及び、モデ
ル化の誤差を、内ループ目標値を調節することにより補
償する。積分動作の最後の部分は、ダウンストリーム
(下流)経路で限界が検出された場合にコントローラの
積分動作を停止させる拘束管理スキーム(計画)により
妨害される。制御量と操作量を対にする(ペアにする)
操作は、特定の外ループコントローラと関係するダウン
ストリーム経路を確認するのに有効であり、閉じた内ル
ープの有効遅れの確認に用いられる。
The process control system uses a pseudo-inverse neural network model of the process as an inner-loop multivariable PD (proportional-derivative) controller connected in series with a decoupled outer-loop controller that performs an integral operation. By combining in this way, a multivariable nonlinear PID (proportional-integral-derivative) feedforward type controller is realized. So that future process behavior can achieve optimal performance when trained repeatedly
Train the inner loop neural network PD controller. The outer loop controller compensates for unmodeled process variations, unmeasured perturbations, and modeling errors by adjusting the inner loop target value. The last part of the integration operation is disturbed by a constraint management scheme (planning) that stops the integration operation of the controller if a limit is detected in the downstream path. Control quantity and operation quantity are paired (paired)
The operation is useful for ascertaining the downstream path associated with a particular outer loop controller and is used for ascertaining the effective delay of a closed inner loop.

【0011】以下に、このようなプロセス制御システム
を体現化した実施例を4つ詳述する。第一実施例及び第
二実施例において、プロセスコントローラは、多変数非
線形比例−積分−微分フィードフォワード型コントロー
ラに拘束管理スキームを組み合わせたものを用いる。こ
こで、ニューラル・ネットワークは、外ループ積分コン
トローラと連結された内ループPDコントローラとして
用いられる。内ループPDコントローラは、プロセス及
びその導関数の測定値に基づいて、プロセスを所望の設
定レベルに到達させるために必要な操作量の変化を発生
させる。また、内ループPDコントローラは、積分操作
を行う外ループ積分コントローラによって用いられるプ
ロセスの最適予測時間を発生させる。第一の制御実施例
では、内ループPDコントローラと外ループコントロー
ラとが、同時に、所定の測定速度でサンプリングされた
制御量から、プロセスのフィードバックを入力する。こ
れに対して、第二の制御実施例では、内ループコントロ
ーラが、より高速の測定速度でサンプリングされた推定
量から、プロセスのフィードバックを入力する。これに
より、プロセス変化に対する、より迅速な応答が可能に
なる。一方、積分コントローラは、制御量からフィード
バックを入力し、積分動作を行うことにより、設定値を
調節して、モデル化されない誤差や測定されない乱れ等
を補償する。
Four embodiments embodying such a process control system will be described in detail below. In the first and second embodiments, the process controller uses a multivariable nonlinear proportional-integral-derivative feedforward controller combined with a constraint management scheme. Here, the neural network is used as an inner loop PD controller coupled with an outer loop integral controller. The inner loop PD controller produces the change in manipulated variable required to bring the process to the desired set level based on the measured value of the process and its derivative. The inner loop PD controller also produces an optimal prediction time for the process used by the outer loop integral controller that performs the integral operation. In the first control embodiment, the inner loop PD controller and the outer loop controller simultaneously input process feedback from a controlled variable sampled at a predetermined measurement rate. In contrast, in the second control embodiment, the inner loop controller inputs the process feedback from the estimator sampled at the faster measurement rate. This allows a faster response to process changes. On the other hand, the integration controller inputs feedback from the control amount and performs integration operation to adjust the set value to compensate for unmodeled error, unmeasured disturbance, and the like.

【0012】第三及び第四実施例では、ニューラル・ネ
ットワークコントローラは、外ループ積分コントローラ
や拘束管理スキームを伴わないPDフィードフォワード
型コントローラとして用いられる。第三実施例では、コ
ントローラは、制御量からプロセスのフィードバックを
入力し、所定の測定速度でプロセス変化に応答する。ま
た、第四実施例では、コントローラは推定量からフィー
ドバックを入力し、プロセス変化に対してより迅速な応
答・制御を実現する。
In the third and fourth embodiments, the neural network controller is used as a PD feedforward controller without an outer loop integral controller or constraint management scheme. In a third embodiment, the controller inputs process feedback from a controlled variable and responds to process changes at a predetermined measurement rate. Further, in the fourth embodiment, the controller inputs feedback from the estimated amount, and realizes quicker response / control to process changes.

【0013】[0013]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明を好適ないくつかの実施例
に基づいて説明する。実施例を説明する前に、以下の説
明で用いられている記号を簡単に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to further clarify the constitution and operation of the present invention described above, the present invention will be described below based on some preferred embodiments. Before describing the embodiments, the symbols used in the following description will be briefly described.

【0014】t :プロセスの所定の時間ステップ
を表す整数。 r(t) :外ループ設定値− 時間ステップtにおける
プロセス出力の目標値を表す入力信号。 r*(t) :内ループ設定値− 説明されていないプロセ
ス動力学、乱れ、及びモデル化誤差を補償するために外
ループコントローラによって調節された入力信号。 u(t) :操作量− 時間ステップtで変動して、制御
量の値を変化させる量あるいは条件を示す信号のベクト
ル。 y(t) :制御量− 時間ステップtにおける測定プロ
セス出力を表すプロセス出力信号のベクトル。 y'(t) :制御量の導関数− 時間ステップtにおける
測定プロセス出力の時間に対する変化率を表す信号のベ
クトル。 w(t) :推定量− 時間ステップtにおける測定プロ
セス出力の推定値を表すプロセス出力信号のベクトル。
T: An integer representing a predetermined time step of the process. r (t): Outer loop set value-an input signal representing the target value of the process output at time step t. r * (t): Inner loop setpoint-the input signal adjusted by the outer loop controller to compensate for unexplained process dynamics, perturbations, and modeling errors. u (t): manipulated variable-a vector of a signal that indicates the amount or condition that changes at the time step t to change the value of the controlled variable. y (t): controlled variable-a vector of process output signals representing the measured process output at time step t. y '(t): derivative of the controlled variable-a vector of signals representing the rate of change of the measured process output at time step t. w (t): estimator-a vector of process output signals representing an estimate of the measured process output at time step t.

【0015】w'(t) :推定量の導関数− 時間ステッ
プtにおける推定プロセス出力の時間に関する変化率を
示す信号のベクトル。 v(t) :測定負荷量− 時間ステップtにおいて生じ
る測定量の既知の乱れを表す信号のベクトル。 v'(t) :測定負荷量の導関数− 時間ステップtにお
ける測定負荷信号の時間に対する変化率を示す信号のベ
クトル。 外1(t):最適予測時間− 対応する制御量yi(t+^k
i(t))が、それと対になる操作量の変化に対して最も感
度が高いような相対時間を表す実数のベクトル。本明細
書中では、遅延時間、むだ時間、及び、最適予測時間と
いう言葉は同義に用いられる。このベクトルは、^k(t)
と表記する。
W '(t): derivative of the estimator-a vector of signals indicating the rate of change of the estimated process output with time at time step t. v (t): measured load-a vector of signals representing a known disturbance of the measured quantity occurring at time step t. v '(t): derivative of measured load-vector of signals indicating rate of change of measured load signal at time step t. Outer 1 (t): Optimal prediction time-corresponding control amount y i (t + ^ k
i (t)) is a real vector that represents the relative time that is most sensitive to the change in the manipulated variable. In this specification, the terms delay time, dead time, and optimum prediction time are used synonymously. This vector is ^ k (t)
Notation.

【0016】[0016]

【外1】 [Outside 1]

【0017】d(t) :未測定負荷乱れ− 時間ステッ
プtにおける未測定量として、ノイズあるいは負荷変化
によって生じる乱れを表す信号 上記の記号が本明細書の本文あるいは図面中で用いられ
る場合、これらの記号は信号のベクトルを示すものであ
る。例えば、u(t)は、操作量信号のベクトルu
1(t)...un(t)(ここで、i=1,...,n)を示す。
D (t): unmeasured load turbulence-a signal representing the turbulence caused by noise or load changes as an unmeasured quantity at time step t, where the above symbols are used in the text or drawings of this specification, these The symbol indicates a vector of signals. For example, u (t) is the vector u of the manipulated variable signal.
Indicates 1 (t) ... u n (t) (where i = 1, ..., n).

【0018】以下に、ニューラル・ネットワークPDコ
ントローラを用いたプロセス制御システムの実施例を説
明する。このコントローラは、オフラインで、且つ、本
発明と同日に出願された「多変数非線形制御方法並びに
装置」の第一実施例と第二実施例に詳述される方法で、
トレーニングされる。
An embodiment of the process control system using the neural network PD controller will be described below. This controller is off-line and is described in detail in the first and second embodiments of the "multivariable nonlinear control method and apparatus" filed on the same day as the present invention,
Be trained.

【0019】ニューラル・ネットワークコントローラ
は、各制御ループに関して、最適予測時間と迅速に所望
の操作レベルにプロセスを到達させるために用いられる
操作量とを生成するようにトレーニングされる。最適予
測時間は、設定値に対する制御量の有効応答時間に等し
くなる。この予測時間は、対応する制御量の小さな変化
に応じて制御量の最大変化が起こる未来時間を表す。ま
た、最適予測時間は、将来の制御量をその目標値あるい
は設定値に到達させるために最小操作量変化が要求され
るような状況を表す。最適予測時間以外の時間が用いら
れた場合には、操作量の変化がより大きくなり、その結
果、過補正状態となって、挙動が振動し、多くの場合不
安定になる。
The neural network controller is trained to generate, for each control loop, an optimal prediction time and the manipulated variable used to quickly bring the process to the desired level of operation. The optimum prediction time is equal to the effective response time of the controlled variable with respect to the set value. This predicted time represents the future time when the maximum change in the controlled variable will occur in response to a corresponding small change in the controlled variable. Further, the optimum prediction time represents a situation in which a minimum manipulated variable change is required in order to make the future controlled variable reach its target value or set value. If a time other than the optimum prediction time is used, the change in the manipulated variable becomes larger, resulting in an overcorrected state, and the behavior vibrates, and in many cases becomes unstable.

【0020】ニューラル・ネットワークは、比例−微分
(PD)コントローラとして働く。ニューラル・ネット
ワークは、制御量あるいは推定量と測定負荷量とを含む
比例項と、制御量あるいは推定量の微分値と測定負荷量
の微分値とを含む微分項とを入力する。
The neural network acts as a proportional-derivative (PD) controller. The neural network inputs a proportional term including a controlled variable or an estimated amount and a measured load amount, and a differential term including a differential value of the controlled variable or the estimated amount and a differential value of the measured load amount.

【0021】以下に詳述する第一実施例及び第二実施例
では、ニューラル・ネットワークは、外ループ積分コン
トローラと拘束管理スキームとに連結される内ループP
Dコントローラとして用いられる。内ループPDコント
ローラは、プロセス及びその導関数の測定値に基づい
て、プロセスを所望の設定値レベルに到達させるために
必要な操作量の変化を発生させる。更に、内ループPD
コントローラは、積分動作を行う外ループ積分コントロ
ーラによって用いられるプロセスの最適予測時間を発生
させる。第一の制御実施例では、内ループPDコントロ
ーラと外ループコントローラとが、同時に、所定の測定
速度でサンプリングされた制御量から、プロセスのフィ
ードバックを入力する。これに対して、第二の制御実施
例では、内ループコントローラが、より高速のサンプリ
ング速度で得られた推定量から、より高速のプロセスフ
ィードバックを入力する。これにより、プロセス変化に
対する、より迅速な応答が可能になる。一方、積分コン
トローラは、制御量からフィードバックを入力し、積分
動作を行うことにより、設定値を調節して、モデル化さ
れない誤差や測定されない乱れ等を補償する。積分動作
の最後の部分は、ダウンストリーム(下流)経路で限界
が検出された場合にコントローラの積分動作を停止させ
る拘束管理スキーム(計画)により妨害される。
In the first and second embodiments detailed below, the neural network includes an inner loop P coupled to an outer loop integral controller and a constraint management scheme.
Used as a D controller. The inner loop PD controller produces the change in manipulated variable required to bring the process to the desired setpoint level based on the measured value of the process and its derivative. Furthermore, the inner loop PD
The controller generates an optimal prediction time for the process used by the outer loop integral controller with integral action. In the first control embodiment, the inner loop PD controller and the outer loop controller simultaneously input process feedback from a controlled variable sampled at a predetermined measurement rate. On the other hand, in the second control embodiment, the inner loop controller inputs the faster process feedback from the estimator obtained at the faster sampling rate. This allows a faster response to process changes. On the other hand, the integration controller inputs feedback from the control amount and performs integration operation to adjust the set value to compensate for unmodeled error, unmeasured disturbance, and the like. The last part of the integration operation is disturbed by a constraint management scheme (planning) that stops the integration operation of the controller if a limit is detected in the downstream path.

【0022】第三及び第四実施例では、プロセス制御シ
ステムは、ニューラル・ネットワークPDフィードフォ
ワード型コントローラのみを備え、外ループ積分コント
ローラや拘束管理スキームを伴わない。第三実施例で
は、コントローラは、制御量からプロセスのフィードバ
ックを入力し、所定の測定速度でプロセス変化に応答す
る。一方、第四実施例では、コントローラは推定量から
フィードバックを入力し、プロセス変化に対してより迅
速な応答・制御を実現する。
In the third and fourth embodiments, the process control system comprises only a neural network PD feedforward type controller and no outer loop integral controller or constraint management scheme. In a third embodiment, the controller inputs process feedback from a controlled variable and responds to process changes at a predetermined measurement rate. On the other hand, in the fourth embodiment, the controller inputs feedback from the estimated amount, and realizes quicker response / control to process changes.

【0023】図1は、本発明に従う第一実施例としての
プロセス制御システムを示す。図1において、プロセス
制御システムは、外ループ積分型コントローラ10と、
コントローラ10に直列接続されるPDニューラル・ネ
ットワークコントローラ12と、PDコントローラ12
の下流(ダウンストリーム)に直列接続され、プロセス
16に連結されるダウンストリーム・コントローラ14
と、拘束プロセッサ18と、を備えるPIDコントロー
ラとして構築される。ダウンストリーム・コントローラ
14は、バルブ(弁)、アクチュエータ等の周知の制御
要素を含むように構成してもよい。外ループコントロー
ラ10には、外ループ設定値r(t)20と、プロセス
からフィードバックされる制御量y(t)22とが、ま
た、全ての場合ではないが、更に、ニューラル・ネット
ワークコントローラ12により生成される最適予測時間
^k(t)28が入力される。外ループコントローラ10
は、外ループ設定値r(t)20を調節して、内ループ
設定値r*(t)24を発生させる。外ループコントロ
ーラ10は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、
あるいは、フォックスボロ社(The Foxboro Company)
の760系コントローラ等の特定目的コントローラによ
って実現される。一方、ニューラル・ネットワークコン
トローラ12は、CPU上で走るソフトウェアとして、
電子回路からなるハードウェアとして、あるいは、部分
的にソフトウェア、部分的にハードウェアのハイブリッ
ド(混成)システムとして実現される。
FIG. 1 shows a process control system as a first embodiment according to the present invention. In FIG. 1, a process control system includes an outer loop integral type controller 10,
A PD neural network controller 12 connected in series with the controller 10, and a PD controller 12
Controller 14 that is connected in series downstream of (downstream) and is coupled to process 16
And a constraint processor 18, and is constructed as a PID controller. The downstream controller 14 may be configured to include well-known control elements such as valves, actuators and the like. The outer loop controller 10 has an outer loop setpoint r (t) 20 and a controlled variable y (t) 22 fed back from the process, and in addition to, but not in all cases, by the neural network controller 12. Optimal predicted time generated
^ k (t) 28 is input. Outer loop controller 10
Adjusts the outer loop setpoint r (t) 20 to produce the inner loop setpoint r * (t) 24. The outer loop controller 10 is a general-purpose computer, a microprocessor,
Or, The Foxboro Company
It is realized by a special purpose controller such as a 760 series controller. On the other hand, the neural network controller 12 is software that runs on the CPU.
It is realized as hardware composed of electronic circuits, or partially as a software and partially as a hybrid system of hardware.

【0024】内ループコントローラ、即ち、ニューラル
・ネットワークコントローラ12には、内ループ設定値
*(t)24と、プロセスからフィードバックされる
制御量y(t)22と、制御量の時間に関する導関数
y’(t)30と、測定負荷量v(t)38と、測定負
荷量の時間に関する導関数v’(t)36と、が入力さ
れる。また、内ループコントローラ12からは、操作量
u(t)26と、最適予測時間^k(t)28と、が出力
される。この操作量u(t)26は、ダウンストリーム
・コントローラ14に与えられ、プロセス16に転送さ
れる値42として出力される。
The inner loop controller, that is, the neural network controller 12, has an inner loop set value r * (t) 24, a controlled variable y (t) 22 fed back from the process, and a derivative of the controlled variable with respect to time. y ′ (t) 30, the measured load amount v (t) 38, and the time-dependent derivative v ′ (t) 36 of the measured load amount are input. Further, the inner loop controller 12 outputs the manipulated variable u (t) 26 and the optimum predicted time ^ k (t) 28. The manipulated variable u (t) 26 is given to the downstream controller 14 and output as the value 42 transferred to the process 16.

【0025】ダウンストリーム・コントローラ14が操
作量26の何れか(例えば、全面開閉バルブ)を制限し
た場合には、この制限を示す論理信号34がダウンスト
リーム・コントローラ14から出力され、拘束プロセッ
サー18に与えられる。拘束プロセッサ18は、信号4
4に基づいて多くの方法の中から選択される所定の方法
で、この制限動作に応答する。制限動作への応答を示す
信号32が、拘束プロセッサ18から適当な外ループコ
ントローラに出力される。プロセス16を所望の設定レ
ベル42に到達させるために必要な操作量の変化の入力
と、測定負荷v(t)38及び測定されない乱れd
(t)40の入力とに基づいて、プロセス16は連続的
な処理を実行する。適当な測定速度で測定された制御量
y(t)22は、内ループコントローラ12と外ループ
コントローラ10とに伝達される。これらの要素の機能
に関しては後に詳述する。
When the downstream controller 14 limits any one of the manipulated variables 26 (for example, the full open / close valve), a logic signal 34 indicating this limitation is output from the downstream controller 14 to the restraint processor 18. Given. The restraint processor 18 uses the signal 4
It responds to this limiting action in a predetermined way, selected from among a number of ways based on 4. A signal 32 indicative of the response to the limiting operation is output from the constraint processor 18 to the appropriate outer loop controller. Input of the manipulated variable change required to bring the process 16 to the desired set level 42, the measured load v (t) 38 and the unmeasured disturbance d.
Based on the input of (t) 40, the process 16 performs continuous processing. The controlled variable y (t) 22 measured at an appropriate measurement speed is transmitted to the inner loop controller 12 and the outer loop controller 10. The functions of these elements will be described in detail later.

【0026】外ループ積分型コントローラは、n個の外
ループコントローラ10(C1,...Cn)から成り、それぞ
れの外ループコントローラが各対の制御量と操作量とに
対応する。外ループコントローラ10は、外ループ設定
値r(t)20を調節して、内ループ設定値24r1 *(t)
...rn *(t)を出力する。外ループコントローラ10に
は、外ループ設定値r(t)20と、制御量y(t)2
2と、が入力される。更に、ニューラル・ネットワーク
コントローラ12から出力される最適予測時間^k(t)
28を用いて、外ループ積分型コントローラで用いられ
る積分時間定数を求めるようにしてもよい。最適予測時
間を用いることにより、手動での同調操作を必要とする
ことなく、積分型コントローラを自動的に同調させて、
プロセスの動力学的条件に適応させることができる、と
いう利点がある。
The outer loop integral type controller is composed of n outer loop controllers 10 (C 1 , ... C n ), and each outer loop controller corresponds to a control amount and an operation amount of each pair. The outer loop controller 10 adjusts the outer loop set value r (t) 20 to set the inner loop set value 24r 1 * (t).
... r n * (t) is output. The outer loop controller 10 includes an outer loop set value r (t) 20 and a control amount y (t) 2
2 and are input. Furthermore, the optimum prediction time ^ k (t) output from the neural network controller 12
28 may be used to determine the integration time constant used in the outer loop integration type controller. By using the optimal prediction time, the integral controller is automatically tuned without the need for manual tuning operation,
It has the advantage that it can be adapted to the dynamic conditions of the process.

【0027】外ループコントローラ10は、純粋積分動
作、PI(比例−積分)動作、あるいは他の型の積分動
作の何れを行うものでもよい。例えば、i番目のPI動
作の実現は、数学的に以下のように表現される。
The outer loop controller 10 may perform either a pure integration operation, a PI (proportional-integral) operation, or another type of integration operation. For example, the i-th PI operation implementation is mathematically expressed as:

【0028】 r* i(t) = xi(t) + .2[ri(t)-yi(t)] (1) ここで、積分項はxi(t)で示され、次の数式に従っ
て計算される。初期化の場合には、 xi(0) = yi(0) (2) ダウンストリーム(下流)で制限が生じた場合には、 xi(t+1) = xi(t) あるいは xi(t) = xi(t-1) (3) それ以外の場合には、 xi(t+1) = xi(t)+(ri(t)-xi(t))/(.3*^k(t)) (4)
R * i (t) = x i (t) + .2 [r i (t) -y i (t)] (1) where the integral term is represented by x i (t), and Calculated according to the formula. In case of initialization, x i (0) = y i (0) (2) If there is a restriction in the downstream (downstream), then x i (t + 1) = x i (t) or x i (t + 1) i (t) = x i (t-1) (3) Otherwise, x i (t + 1) = x i (t) + (r i (t) -x i (t)) / (.3 * ^ k (t)) (4)

【0029】外ループコントローラ10が純粋積分動作
のみを採用した場合には、i番目の外ループ積分動作の
実現は、数学的に以下のように表現される。 r*(t) = r*(t-1)+[(r(t)-y(t))*(1/(2*^k(t)-1))] (5)
When the outer loop controller 10 adopts only the pure integral operation, the i-th outer loop integral operation is mathematically expressed as follows. r * (t) = r * (t-1) + [(r (t) -y (t)) * (1 / (2 * ^ k (t) -1))] (5)

【0030】何れの場合でも、外ループコントローラ1
0からは、内ループ設定値r*(t)24が出力され、
ニューラル・ネットワークコントローラ12に伝達され
る。
In any case, the outer loop controller 1
From 0, the inner loop set value r * (t) 24 is output,
It is transmitted to the neural network controller 12.

【0031】ニューラル・ネットワーク12には、内ル
ープ設定値24に加えて、測定負荷量38と、測定負荷
量の導関数36と、制御量22と、制御量の導関数30
とが入力される。これらの実測値のフィードバックによ
り、フィードフォワード型比例−微分(PD)コントロ
ーラが実現される。ニューラル・ネットワークコントロ
ーラ12は、これらの入力に基づいて、最適操作量26
と最適予測時間28とを決める。最適予測時間28は、
外ループコントローラ10に伝達されるか、あるいは、
そのまま捨てられる。一方、操作量の選択値は、ダウン
ストリーム・コントローラ14に送られるか、あるい
は、直接、プロセス16に伝達される。
In the neural network 12, in addition to the inner loop set value 24, the measured load amount 38, the measured load amount derivative 36, the controlled variable 22, and the controlled variable derivative 30.
Is input. By feeding back these measured values, a feedforward type proportional-derivative (PD) controller is realized. The neural network controller 12 determines the optimum manipulated variable 26 based on these inputs.
And the optimum prediction time 28. The optimum prediction time 28 is
Is transmitted to the outer loop controller 10, or
It is thrown away as it is. On the other hand, the selected value of the manipulated variable is transmitted to the downstream controller 14 or directly transmitted to the process 16.

【0032】次のダウンストリーム・コントローラ14
は、制御システム内で操作量の調節が必要な場合に用い
られる。ニューラル・ネットワークコントローラ12あ
るいはダウンストリーム・コントローラ14の何れかに
より、操作量がその域値あるいはそれ以上の値に設定さ
れた場合、限定操作量を表す論理信号34が出力され
る。例えば、バルブ等の制御要素が完全に開放され、コ
ントローラの要件を満足させることができない場合に、
制限が生じる。拘束プロセッサ18は、この論理信号3
4を受け取り、所定の拘束動作を指示する拘束信号32
の外ループコントローラ10への出力を開始する。行う
べき所定の拘束動作は、拘束信号32を介して、対応す
る限定操作量を有する外ループコントローラに伝達され
る。
Next Downstream Controller 14
Is used when it is necessary to adjust the manipulated variable in the control system. When either the neural network controller 12 or the downstream controller 14 sets the operation amount to the threshold value or a value higher than the threshold value, the logic signal 34 representing the limited operation amount is output. For example, if a control element such as a valve is completely open and the controller requirements cannot be met,
There are restrictions. The constraint processor 18 uses this logic signal 3
4 and receives a restraint signal 32 for instructing a predetermined restraint operation.
Output to the outer loop controller 10 is started. The predetermined restraint action to be performed is transmitted via the restraint signal 32 to the outer loop controller having the corresponding limited manipulated variable.

【0033】図2は、拘束プロセッサ18により実行さ
れるステップを示すフローチャートである。まず、ステ
ップ50で、論理信号34をテストして、対応する操作
量あるいはそのダウンストリーム(下流)経路の信号が
制限されているかどうかを判定する(即ち、操作量ある
いは信号が域値以上かどうかを判定する)。信号が制限
されている場合には、拘束管理動作の3つの可能な選択
肢(オプション)の中から1つを選択する(ステップ5
4)。この場合、信号44により特定のオプションが選
択される。どのオプションを選択するかは、そのアプリ
ケーション(適用)の種類によって決まる。第一の選択
肢を選んだ場合、ステップ56で、関係する操作量を標
識して、ステップ58で、対応するコントローラの積分
動作を一時的に凍結するように、コントローラの信号3
2を設定する。第二の選択肢を選んだ場合、ステップ6
0で、対応するコントローラの設定値r(t)が測定値
y(t)に等しくなるように、コントローラの信号32
を設定する。例えば、ui(t)が上限値の場合、対応
する外ループコントローラCiに関してri(t)=yi
(t)に設定する。第三の選択肢を選んだ場合、ステッ
プ62で、対応するコントローラの積分項を測定値に再
初期化するように、即ち、xi(t)=yi(t)を実現
するように、コントローラの信号32を設定する。操作
量が制限されていない場合には、ステップ52に進ん
で、操作量が以前に制限されていたかどうかを確認す
る。制限されていた場合には、ステップ64で、対応す
るコントローラの積分動作を再開するように、コントロ
ーラの信号32を設定する。
FIG. 2 is a flow chart showing the steps performed by the constraint processor 18. First, in step 50, the logic signal 34 is tested to determine if the corresponding manipulated variable or its downstream (downstream) path signal is restricted (ie, is the manipulated variable or signal greater than or equal to a threshold). Is determined). If the signal is restricted, select one of the three possible options for constraint management operation (step 5).
4). In this case, signal 44 selects a particular option. Which option is selected depends on the type of application. If the first option is chosen, then in step 56 the controller's signal 3 is signaled to mark the relevant manipulated variable and in step 58 to temporarily freeze the integral action of the corresponding controller.
Set 2. If you chose the second option, step 6
At 0, the controller signal 32 is set so that the corresponding controller setpoint r (t) is equal to the measured value y (t).
Set. For example, if u i (t) is the upper limit value, r i with respect to the corresponding outer loop controller C i (t) = y i
Set to (t). If the third option is chosen, in step 62 the controller is re-initialized to the measured value of the integral term of the corresponding controller, i.e. to achieve x i (t) = y i (t). Signal 32 is set. If the manipulated variable is not limited, the process proceeds to step 52, and it is confirmed whether or not the manipulated variable was previously limited. If so, then at step 64, the controller signal 32 is set to restart the integral operation of the corresponding controller.

【0034】図1に示すように、外ループコントローラ
は、それぞれ、新しい内ループ設定値24を出力する。
ニューラル・ネットワークコントローラ12は、これら
の内ループ設定値24を受け取り、新しい操作量26を
計算する。次のダウンストリーム(下流)コントローラ
14では、更に制御動作が行われ、操作量を調節するこ
とにより得られた値42が出力される。プロセス16
は、値42を受け取り、その操作パラメータの調節を行
う。プロセス16には、連続的に測定負荷38と測定さ
れない乱れ40とが入力される。
As shown in FIG. 1, each outer loop controller outputs a new inner loop setting value 24.
The neural network controller 12 receives these inner loop settings 24 and calculates a new manipulated variable 26. In the next downstream (downstream) controller 14, further control operation is performed, and the value 42 obtained by adjusting the operation amount is output. Process 16
Receives the value 42 and adjusts its operating parameters. The measured load 38 and the unmeasured turbulence 40 are continuously input to the process 16.

【0035】第一の制御実施例における動作は以下の通
りである。所定の時間間隔で、制御量y(t)22及び
測定負荷v(t)38が適当な計測機器により検知・測
定される。制御量22の測定値は、同時に、ニューラル
・ネットワークコントローラ12と外ループコントロー
ラ10とにフィードバックされる。通常、測定対象とな
るプロセス特性は、流速、圧力、温度、及び流体の化学
組成等である。これらの信号の導関数は、適当な計測機
器を用いた測定により、あるいは、処理装置を用いた計
算により得られる。得られた微分信号は、ニューラル・
ネットワークコントローラ12に送られる。ニューラル
・ネットワークコントローラ12は、入力信号に迅速に
応答して、操作量u(t)26と最適予測時間^k(t)
28とを出力する。初期段階では、調節設定値r
*(t)24が設定値r(t)と等しくなるように設定
される。ニューラル・ネットワークコントローラ12か
ら出力された操作量u(t)26はダウンストリーム・
コントローラ14に入力される。一方、外ループコント
ローラ10は、より低速の積分制御動作を実行し、調節
設定値r* (t)24を出力する。この調節設定値24
は、次の制御サイクルでニューラル・ネットワークコン
トローラ12により用いられる。ダウンストリーム・コ
ントローラ14は、制御動作を実行し、操作量の調節値
42をプロセス16に出力する。操作量あるいはそのダ
ウンストリーム(下流)量が制限される場合には、制限
動作を示す信号34が拘束プロセッサ18に出力され
る。拘束プロセッサ18は、適切な拘束動作を決定し
て、決定した動作を拘束信号32を通じて、適当な外ル
ープコントローラに出力する。この全体のプロセスを次
の測定サイクルでも繰り返す。
The operation in the first control embodiment is as follows.
It is. At a predetermined time interval, the controlled variable y (t) 22 and
The measurement load v (t) 38 is detected and measured by an appropriate measuring device.
Is determined. The measured value of the controlled variable 22 is
・ Network controller 12 and outer loop controller
It is fed back to LA 10. Normally, the
Process characteristics include flow rate, pressure, temperature, and fluid chemistry.
Composition, etc. The derivatives of these signals are
By measuring with a measuring instrument or with a processor.
It is obtained by arithmetic. The obtained differential signal is
It is sent to the network controller 12. neural
-The network controller 12 can quickly input signals.
In response, the manipulated variable u (t) 26 and the optimum predicted time ^ k (t)
28 and are output. In the initial stage, the adjustment set value r
*(T) 24 is set to be equal to the set value r (t)
Is done. Neural network controller 12?
The manipulated variable u (t) 26 output from
It is input to the controller 14. On the other hand, the outer loop controller
The roller 10 performs a slower integral control operation and adjusts
Set value r * (T) 24 is output. This adjustment set value 24
In the next control cycle
Used by the trolley 12. Downstream
The controller 14 executes the control operation and adjusts the operation amount.
42 to process 16. Manipulated variable or its
Limit if the downstream (downstream) volume is limited
An operation signal 34 is output to the restraint processor 18.
You. The restraint processor 18 determines the appropriate restraint action.
Then, the determined motion is transmitted through the restraint signal 32 to an appropriate external rule.
Output to the loop controller. Following this whole process
Repeat in the measurement cycle of.

【0036】図3は、本発明に従うプロセス制御の第二
実施例を示すブロック図である。図3に示すように、第
二の制御実施例の物理的な構成は第一実施例と同様のも
のである。プロセス制御システムは、外ループ積分型コ
ントローラ10と、コントローラ10に直列接続される
PDニューラル・ネットワークコントローラ12と、P
Dコントローラ12の下流(ダウンストリーム)に直列
接続され、プロセス16に連結されるダウンストリーム
・コントローラ14と、拘束プロセッサ18と、を備え
るPIDコントローラとして構築される。外ループコン
トローラ10には、所定の時間間隔で測定される制御量
y(t)22がプロセスのフィードバックとして入力さ
れる。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the process control according to the present invention. As shown in FIG. 3, the physical configuration of the second control embodiment is the same as that of the first embodiment. The process control system includes an outer loop integral type controller 10, a PD neural network controller 12 connected in series with the controller 10, and a P neural network controller 12.
It is constructed as a PID controller comprising a downstream controller 14 connected in series downstream of the D controller 12 (downstream) and coupled to the process 16 and a constraint processor 18. The control amount y (t) 22 measured at predetermined time intervals is input to the outer loop controller 10 as process feedback.

【0037】第一実施例のシステムとの相違は、内ルー
プコントローラ(ニューラル・ネットワークコントロー
ラ)12にフィードバックされるプロセスの測定値にあ
る。第二実施例では、制御量の測定よりも短い時間間隔
で測定される推定量w(t)46と、その導関数w’
(t)48と、測定負荷量v(t)38と、その導関数
v’(t)36とが、プロセスのフィードバックとして
内ループコントローラ12に入力される。推定量は、制
御量の推定近似値である。この推定量は、通常、詳細に
解析されることなく、連続的に測定される。蒸留塔を例
にとった場合、制御量は、例えば、混合物の化学組成で
あり、推定量は、化学組成を推定することができるよう
なトレー温度である。詳細な解析が必要なために制御量
のサンプリング間隔がかなり開くのに対して、トレー温
度は連続的にサンプリングされる。推定量を内ループコ
ントローラ12に入力値として与えることにより、プロ
セスの制御速度を積分型コントローラに比べて速くする
ことができ、その結果、プロセス変化に迅速に対応する
ことが可能になる。
The difference from the system of the first embodiment lies in the measured value of the process fed back to the inner loop controller (neural network controller) 12. In the second embodiment, the estimated quantity w (t) 46 measured at a shorter time interval than the measurement of the controlled quantity and its derivative w ′.
(T) 48, the measured load amount v (t) 38, and its derivative v ′ (t) 36 are input to the inner loop controller 12 as process feedback. The estimated amount is an estimated approximate value of the control amount. This estimator is usually measured continuously without detailed analysis. Taking a distillation column as an example, the controlled amount is, for example, the chemical composition of the mixture, and the estimated amount is the tray temperature at which the chemical composition can be estimated. The tray temperature is sampled continuously, whereas the controlled variable sampling interval is significantly open due to the need for detailed analysis. By giving the estimated amount as an input value to the inner loop controller 12, the control speed of the process can be made faster than that of the integral type controller, and as a result, it becomes possible to quickly respond to the process change.

【0038】第二実施例のシステムの動作を以下に述べ
る。推定量w(t)46が、より高速のサンプリング速
度で、適当な計測機器により検知・測定される。測定さ
れた推定量w(t)46は、内ループコントローラ12
に入力される。また、推定量の導関数w’(t)48
が、適当な計測機器を用いた測定により、あるいは、処
理装置を用いた計算により得られ、内ループコントロー
ラ12に送られる。更に、測定負荷量v(t)38と測
定負荷量の導関数v’(t)36も、同様に、より高速
のサンプリング速度で測定され、内ループコントローラ
12に入力される。内ループコントローラ12は、これ
らの入力値に基づいて、操作量u(t)26と最適予測
時間^k(t)28とを計算する。操作量u(t)26
は、ダウンストリーム・コントローラ14に送られ、プ
ロセス16に影響を与える値42として出力される。一
方、最適予測時間^k(t)28は、外ループコントロー
ラ10に伝達される。内ループコントローラ12は、外
ループコントローラ10により前回のサイクルで計算さ
れた調節設定値r*(t)の値を取り入れて、この処理
を連続的に行う。
The operation of the system of the second embodiment will be described below. The estimated amount w (t) 46 is detected and measured by an appropriate measuring device at a higher sampling rate. The measured estimator w (t) 46 is used as the inner loop controller 12
Is input to Also, the derivative w '(t) 48 of the estimator
Are obtained by measurement using an appropriate measuring device or by calculation using a processing device and sent to the inner loop controller 12. Further, the measured load amount v (t) 38 and the measured load amount derivative v ′ (t) 36 are similarly measured at a higher sampling rate and input to the inner loop controller 12. The inner loop controller 12 calculates the manipulated variable u (t) 26 and the optimum predicted time ^ k (t) 28 based on these input values. Manipulated variable u (t) 26
Is sent to the downstream controller 14 and is output as the value 42 affecting the process 16. On the other hand, the optimum prediction time ^ k (t) 28 is transmitted to the outer loop controller 10. The inner loop controller 12 takes in the value of the adjustment set value r * (t) calculated in the previous cycle by the outer loop controller 10, and continuously performs this processing.

【0039】上記の動作と同時に、所定の測定間隔で、
制御量y(t)22が適当な計測機器により検知・測定
され、外ループコントローラ10にフィードバックされ
る。ここで、制御量は、推定量のサンプリング速度より
も遅いサンプリング速度で測定される。また、制御量の
導関数y’(t)30が、適当な計測機器を用いた測定
により、あるいは、処理装置を用いた計算により得ら
れ、外ループコントローラ10に与えられる。外ループ
コントローラ10には、更に、前回のサイクルで得ら
れ、内ループコントローラ28から出力された最適予測
時間^k(t)28が入力される。外ループコントローラ
10は、入力された最適予測時間を用いて積分制御動作
を実行し、積分時間定数を求め、更に、調節設定値r*
(t)24を生成して、内ループコントローラ12に出
力する。
Simultaneously with the above operation, at a predetermined measurement interval,
The controlled variable y (t) 22 is detected / measured by an appropriate measuring device and fed back to the outer loop controller 10. Here, the control amount is measured at a sampling rate slower than the sampling rate of the estimated amount. Further, the derivative y ′ (t) 30 of the controlled variable is obtained by measurement using an appropriate measuring device or by calculation using a processing device, and is given to the outer loop controller 10. Further, the optimum prediction time ^ k (t) 28 obtained in the previous cycle and output from the inner loop controller 28 is input to the outer loop controller 10. The outer loop controller 10 executes the integral control operation using the input optimum prediction time, obtains the integral time constant, and further adjusts the set value r *.
(T) 24 is generated and output to the inner loop controller 12.

【0040】図4は、本発明に従う第三実施例のプロセ
ス制御システムを示すブロック図である。第三実施例で
は、ニューラル・ネットワークコントローラがPD制御
動作のみを行う。この型の制御システムは、より単純な
構造で、積分制御動作を必要としないプロセスに適して
いる。図4に示すように、この制御システムは、ニュー
ラル・ネットワークPDコントローラ12と、PDコン
トローラ12の下流(ダウンストリーム)に直列接続さ
れ、プロセス16に連結されるダウンストリーム・コン
トローラ14と、を備える。ニューラル・ネットワーク
PDコントローラ12には、測定負荷量v(t)38
と、測定負荷量の導関数v’(t)36と、外ループ設
定値r(t)20と、制御量y(t)22と、制御量の
導関数y’(t)30と、が入力される。ニューラル・
ネットワークコントローラ12は、これらの入力値に基
づいてPD制御を実行し、操作量u(t)26と最適予
測時間^k(t)28とを発生させる。操作量u(t)2
6の出力がダウンストリーム(下流)コントローラ14
に与えられる一方、最適予測時間^k(t)28の出力
は、この実施例では用いられずに、そのまま捨てられ
る。ダウンストリーム・コントローラ14は、操作量u
(t)26を処理して、値42を出力する。プロセス1
6が所望の設定値に到達するように、値42を用いてプ
ロセス16が調節される。また、プロセス16には、連
続的に測定負荷v(t)38と測定されない乱れd
(t)40とが入力される。所定の測定間隔で、制御量
y(t)22が適当な計測機器により検知・測定され、
ニューラル・ネットワークコントローラ12にフィード
バックされる。上記のように、本実施例のプロセス制御
システムは、フィードフォワード型の比例−微分(P
D)コントローラとして作用する。
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the process control system according to the present invention. In the third embodiment, the neural network controller performs only PD control operation. This type of control system has a simpler structure and is suitable for processes that do not require integral control action. As shown in FIG. 4, the control system comprises a neural network PD controller 12 and a downstream controller 14 serially connected downstream (downstream) of the PD controller 12 and coupled to the process 16. The neural network PD controller 12 has a measured load amount v (t) 38.
And the derivative v ′ (t) 36 of the measured load amount, the outer loop set value r (t) 20, the control amount y (t) 22, and the derivative y ′ (t) 30 of the control amount. Is entered. neural·
The network controller 12 executes PD control based on these input values, and generates the manipulated variable u (t) 26 and the optimum predicted time ^ k (t) 28. Manipulated variable u (t) 2
The output of 6 is the downstream controller 14
On the other hand, the output of the optimum prediction time ^ k (t) 28 is not used in this embodiment and is discarded as it is. The downstream controller 14 controls the operation amount u.
(T) 26 is processed and the value 42 is output. Process 1
The value 42 is used to adjust the process 16 so that 6 reaches the desired setpoint. Further, the process 16 continuously includes the measured load v (t) 38 and the unmeasured disturbance d
(T) 40 is input. At a predetermined measurement interval, the controlled variable y (t) 22 is detected and measured by an appropriate measuring device,
It is fed back to the neural network controller 12. As described above, the process control system according to the present embodiment has a feedforward type proportional-derivative (P
D) Acts as a controller.

【0041】図5は、本発明に従う第四実施例のプロセ
ス制御システムを示すブロック図である。図5に示すよ
うに、第四実施例の構成は、第三実施例の制御システム
と同様のものである。即ち、第四実施例のプロセス制御
システムは、操作量u(t)26を発生させるニューラ
ル・ネットワークPDコントローラ12と、操作量u
(t)26の入力に基づいて、値42を出力するダウン
ストリーム・コントローラ14と、プロセス16と、を
備える。出力値42は、プロセス16が所望の設定値に
到達するように、プロセス16を調節する。第三実施例
との相違は、ニューラル・ネットワークコントローラ1
2に入力されるプロセスのフィードバックにある。第四
実施例では、制御量の測定よりも短い時間間隔で適当な
測定機器により検知・測定される、推定量w(t)46
と、推定量の導関数w’(t)48と、測定負荷量v
(t)38と、測定負荷量の導関数v’(t)36と
が、プロセスのフィードバックとしてニューラル・ネッ
トワークコントローラ12に入力される。このような高
速のフィードバックにより、本実施例のコントローラ
は、プロセスの変化に迅速に対応することが可能にな
る。
FIG. 5 is a block diagram showing the process control system of the fourth embodiment according to the present invention. As shown in FIG. 5, the configuration of the fourth embodiment is similar to that of the control system of the third embodiment. That is, in the process control system of the fourth embodiment, the neural network PD controller 12 that generates the operation amount u (t) 26 and the operation amount u
A downstream controller 14 that outputs a value 42 based on the input of (t) 26 and a process 16. The output value 42 adjusts the process 16 so that the process 16 reaches the desired set point. The difference from the third embodiment is that the neural network controller 1
2 is in the process feedback input. In the fourth embodiment, the estimated amount w (t) 46 detected and measured by an appropriate measuring device at a time interval shorter than the control amount measurement.
, The derivative w ′ (t) 48 of the estimated amount, and the measured load amount v
The (t) 38 and the measured load derivative v ′ (t) 36 are input to the neural network controller 12 as process feedback. Such fast feedback enables the controller of this embodiment to quickly respond to process changes.

【0042】第四実施例の制御システムの動作を以下に
示す。推定量w(t)46が、より高速のサンプリング
速度で、適当な計測機器により検知・測定される。測定
された推定量w(t)46は、ニューラル・ネットワー
クコントローラ12に入力される。また、推定量の導関
数w’(t)48が、適当な計測機器を用いた測定によ
り、あるいは、処理装置を用いた計算により得られ、ニ
ューラル・ネットワークコントローラ12に送られる。
更に、測定負荷量v(t)38と測定負荷量の導関数
v’(t)36も、同様に、より高速のサンプリング速
度で測定され、ニューラル・ネットワークコントローラ
12に入力される。ニューラル・ネットワークコントロ
ーラ12は、これらの入力値に基づいて、操作量u
(t)26と最適予測時間^k(t)28とを計算する。
操作量u(t)26は、ダウンストリーム・コントロー
ラ14に送られ、プロセス16に影響を与える値42と
して出力される。一方、最適予測時間^k(t)28は、
この実施例では用いられることなく、そのまま捨てられ
る。ニューラル・ネットワークコントローラ12は、設
定値r(t)20の入力を用いて、この処理を連続的に
行う。
The operation of the control system of the fourth embodiment will be described below. The estimated amount w (t) 46 is detected and measured by an appropriate measuring device at a higher sampling rate. The measured estimator w (t) 46 is input to the neural network controller 12. Further, the derivative w ′ (t) 48 of the estimated amount is obtained by measurement using an appropriate measuring device or by calculation using a processing device, and is sent to the neural network controller 12.
Further, the measured load amount v (t) 38 and the measured load amount derivative v ′ (t) 36 are similarly measured at a higher sampling rate and input to the neural network controller 12. The neural network controller 12 determines the manipulated variable u based on these input values.
(T) 26 and the optimum prediction time ^ k (t) 28 are calculated.
The manipulated variable u (t) 26 is sent to the downstream controller 14 and output as a value 42 that affects the process 16. On the other hand, the optimum prediction time ^ k (t) 28 is
It is not used in this embodiment and is discarded as it is. The neural network controller 12 continuously performs this processing by using the input of the set value r (t) 20.

【0043】様々な型のプロセスに適するように、上述
の実施例の構成を変形・変更することが可能である。例
えば、導関数を必要としないプロセスでは、制御量の導
関数及び測定負荷量の導関数を除けばよい。これは、例
えば、むだ時間が支配的なプロセスや大きな測定ノイズ
が存在するプロセス等で好ましく用いられる。
The configurations of the above-described embodiments can be modified and changed to suit various types of processes. For example, in processes that do not require a derivative, the derivative of the controlled variable and the derivative of the measured load may be omitted. This is preferably used, for example, in a process in which dead time is dominant or a process in which large measurement noise exists.

【0044】更に、上述した全ての実施例において、コ
ントローラとしての作用も含めて、ニューラル・ネット
ワークの機能を他のデータ処理構造により実現すること
も可能である。このような構造の例としては、以下のも
のに限定されないが、非線形関数作成ルーチンあるいは
特性器、ファジー論理プロセッサー、ルックアップテー
ブル、推定論理装置、発生する信号に対して適切な値を
計算する一連の式を用いるプロセッサー等が挙げられ
る。
Furthermore, in all the above-described embodiments, the function of the neural network, including the function as the controller, can be realized by another data processing structure. Examples of such structures include, but are not limited to, non-linear function creation routines or characterizers, fuzzy logic processors, look-up tables, estimator logic, and a series of suitable values for the signals generated. A processor using the formula of

【0045】[0045]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ニュー
ラル・ネットワークPDコントローラを用いて、多変数
非線形動的プロセスの制御を行うためのロバストなプロ
セス制御システムを提供する。
As described in detail above, the present invention provides a robust process control system for controlling a multivariable nonlinear dynamic process using a neural network PD controller.

【0046】本発明のプロセス制御システムは、以下の
利点を有する。まず第一の利点は、測定されない負荷の
乱れの処理に有効で、純粋なむだ時間プロセスや非自己
制御プロセス等でロバストな制御を実現可能なことであ
る。これは、プロセスからコントローラに、直接的な比
例−微分フィードバックが行われることに起因する。更
に、予測値ではなく、実際の制御測定値がニューラル・
ネットワークにフィードバックされるため、全体のプロ
セス制御システムが、乱れを防ぐような補償をより効果
的に行い、また、フィードバック・ゲインによる測定さ
れない乱れに対して、より効果的に対処する。
The process control system of the present invention has the following advantages. The first advantage is that it is effective in dealing with unmeasured load disturbances and that robust control can be realized in pure dead-time processes or non-self-controlled processes. This is due to the direct proportional-derivative feedback from the process to the controller. Furthermore, the actual control measurement value is
Being fed back into the network, the overall process control system is more effective in compensating to prevent turbulence and more effectively dealing with unmeasured turbulence due to feedback gain.

【0047】第二に、ニューラル・ネットワークコント
ローラは、オフラインでトレーニング・最適化されるた
め、オンラインでの計算オーバーヘッドが必要ではな
い。第三に、ニューラル・ネットワークコントローラ
は、比例項と微分項に関して、それぞれ、独立に入力値
を与えられる。比例項の入力値は、制御量あるいは推定
量と、内ループ設定値と、測定負荷量である。また、微
分項の入力値は、制御量の導関数と測定負荷量の導関数
である。これらの入力値により、コントローラには、本
質的に、比例項と微分項のそれぞれに異なった比例ゲイ
ンと微分ゲインとが与えられ、その結果、コントローラ
は、設定値の変化と測定負荷の乱れの両方に対して、行
き過ぎ応答をすることなく、迅速、且つ、正確に対応す
ることが可能になる。
Second, since the neural network controller is trained and optimized off-line, it does not require on-line computational overhead. Third, the neural network controller is given an input value independently for the proportional term and the derivative term. The input values of the proportional term are the control amount or the estimated amount, the inner loop set value, and the measured load amount. The input values of the differential term are the derivative of the controlled variable and the derivative of the measured load amount. These input values essentially give the controller different proportional and derivative gains for the proportional and derivative terms, respectively, and as a result, the controller is responsible for changes in setpoints and disturbances in the measured load. It is possible to respond to both quickly and accurately without making an overshooting response.

【0048】また、推定量を用いることにより、内ルー
プコントローラは、プロセスの変化に対して、より迅速
に応答することが可能になる。操作量の最小変化を必要
とする予測時間に基づく制御により、プロセスの振動や
行き過ぎを防ぎ、安定した制御を実現することができ
る。更に、外ループコントローラによって用いられる時
間定数を求めるために最適予測時間を用いることによ
り、手動での同調操作を必要とすることなく、積分型コ
ントローラを自動的に同調させて、プロセスの動力学的
条件に適応させることができる。
The use of estimators also allows the inner loop controller to respond more quickly to process changes. By the control based on the predicted time that requires the minimum change of the manipulated variable, it is possible to prevent the process vibration and the overshoot and realize the stable control. In addition, by using the optimal prediction time to determine the time constant used by the outer loop controller, the integral controller is automatically tuned without the need for manual tuning operations to allow process dynamics. Can be adapted to the conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一実施例として、ニューラル・ネッ
トワーク内ループPDコントローラが、制御量測定値に
より操作され、外ループコントローラ及び拘束管理スキ
ームと直列に接続されるようなプロセス制御システムを
示すブロック図。
FIG. 1 shows, as a first embodiment of the present invention, a process control system in which a neural network inner loop PD controller is operated by a controlled variable measurement and is connected in series with an outer loop controller and a constraint management scheme. Block Diagram.

【図2】第一実施例及び第二実施例のプロセス制御シス
テムで用いられる拘束管理スキームにおけるステップを
示すフローチャート。
FIG. 2 is a flow chart showing steps in a restraint management scheme used in the process control systems of the first and second embodiments.

【図3】本発明の第二実施例として、ニューラル・ネッ
トワーク内ループPDコントローラが、推定量により操
作され、外ループコントローラ及び拘束管理スキームと
直列に接続されるようなプロセス制御システムを示すブ
ロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a process control system in which a neural network inner loop PD controller is operated by an estimator and is connected in series with an outer loop controller and a constraint management scheme as a second embodiment of the present invention. .

【図4】本発明の第三実施例として、制御量測定値で操
作される、ニューラル・ネットワークPDコントローラ
のみから成るプロセス制御システムを示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a process control system consisting of only a neural network PD controller, which is operated by a controlled variable measurement value, as a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第四実施例として、推定量で操作され
る、ニューラル・ネットワークPDコントローラのみか
ら成るプロセス制御システムを示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a process control system including only a neural network PD controller, which is operated with an estimated amount, as a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 外ループコントローラ 12 ニューラル・ネットワークコントローラ 14 ダウンストリーム(下流)コントローラ 16 プロセス 18 拘束プロセッサ 10 Outer Loop Controller 12 Neural Network Controller 14 Downstream Controller 16 Process 18 Constraint Processor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06F 15/18 550 G06F 15/18 550E // G05B 11/36 501 G05B 11/36 501Q ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G06F 15/18 550 G06F 15/18 550E // G05B 11/36 501 G05B 11/36 501Q

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プロセス入力と制御量を含むプロセス出
力とを有するプロセスを制御するための装置で、前記プ
ロセスが、操作量に応じて前記制御量に関してプロセス
を変化させ、前記装置が、 a)前記プロセス出力の何れか一つの値を測定して、測
定された値を示すプロセス出力信号を発生するための測
定手段と、 b)前記制御量の目標値を示す設定値を入力するための
設定値手段と、 c)前記測定手段及び前記プロセスに接続され、前記設
定値と前記プロセス出力信号との関数として、前記操作
量の所定値を発生させるための制御手段で、最適予測時
間信号に従って前記操作量の所定値を計算するようにト
レーニングされた非線形関数作成ルーチンを備える制御
手段と、 (ここで、前記最適予測時間信号が、前記設定値の変化
に対する前記プロセスの有効応答時間を実質的に示し、 前記操作量の所定値が、最適予測時間によって変化する
前記設定値に向けて前記制御量を移動させるために必要
な前記プロセスの変化を示す) d)前記制御手段及び前記プロセスに接続され、前記操
作量の所定値を前記プロセスに適用するためのアクチュ
エータ手段と、 を備えることを特徴とする装置。
1. An apparatus for controlling a process having a process input and a process output including a controlled variable, wherein the process changes the process with respect to the controlled variable according to a manipulated variable, the apparatus comprising: a). Measuring means for measuring a value of any one of the process outputs to generate a process output signal indicating the measured value; and b) setting for inputting a set value indicating a target value of the controlled variable. Value means, c) control means connected to the measuring means and the process for generating a predetermined value of the manipulated variable as a function of the set value and the process output signal, in accordance with the optimum predicted time signal. Control means comprising a non-linear function creation routine trained to calculate a predetermined value of the manipulated variable, (wherein the optimum predicted time signal corresponds to a change in the set value; The effective response time of the process is substantially indicated, and the predetermined value of the manipulated variable indicates the change of the process necessary for moving the control amount toward the set value that changes depending on the optimum prediction time) d ) An actuator means connected to the control means and the process for applying a predetermined value of the manipulated variable to the process.
【請求項2】 プロセス入力と少なくとも一つの制御量
を含むプロセス出力とを有するプロセスを制御するため
の装置で、前記プロセスが、少なくとも一つの操作量に
応じて前記制御量に関してプロセスを変化させ、前記装
置が、 a)前記プロセス出力の少なくとも一つの値を測定し
て、測定された値を示す少なくとも一つのプロセス出力
信号を発生するための測定手段と、 b)前記制御量の目標値を示す少なくとも一つの設定値
を入力するための設定値手段と、 c)前記測定手段及び前記プロセスに接続され、前記設
定値と前記プロセス出力信号との関数として、前記操作
量の所定値と少なくとも一つの最適予測時間とを発生さ
せるための制御手段で、前記操作量の所定値と前記最適
予測時間とを決定するように前もってトレーニングされ
た非線形関数作成ルーチンを用いる制御手段と、 (ここで、前記最適予測時間が、前記設定値の変化に対
する前記プロセスの有効応答時間を実質的に示し、 前記操作量の所定値が、前記最適予測時間によって変化
する前記設定値に近づくように前記制御量の値を求める
ために必要な前記プロセスの変化を示す) d)前記プロセス出力信号と前記設定値と前記最適予測
時間とに応じて積分制御を行い、プロセス変化を補償す
るために内部設定値を計算して、前記制御手段によって
利用可能なように前記内部設定値を出力するための積分
制御手段と、 (ここで、前記最適予測時間は積分時間定数を求めるた
めに用いられる) e)前記制御手段及び前記プロセスに接続され、前記操
作量を前記プロセスに適用するためのアクチュエータ手
段と、 を備えることを特徴とする装置。
2. An apparatus for controlling a process having a process input and a process output including at least one controlled variable, the process varying the process with respect to the controlled variable in response to at least one manipulated variable. The device comprises: a) measuring means for measuring at least one value of the process output and generating at least one process output signal indicative of the measured value; and b) indicating a target value of the controlled variable. Set value means for inputting at least one set value; c) connected to the measuring means and the process, as a function of the set value and the process output signal, a predetermined value of the manipulated variable and at least one A control means for generating an optimum predicted time, which is pre-trained to determine a predetermined value of the manipulated variable and the optimum predicted time. Control means using a nonlinear function creation routine, wherein (wherein the optimum prediction time substantially indicates an effective response time of the process with respect to a change in the set value, and the predetermined value of the manipulated variable is the optimum prediction time). The change of the process required to obtain the value of the control amount so as to approach the set value that changes with time is shown.) D) Integral control according to the process output signal, the set value, and the optimum predicted time. And integral control means for calculating internal setpoints to compensate for process variations and outputting said internal setpoints for use by said control means, where: E) Actuator means connected to the control means and the process for applying the manipulated variable to the process, Device, characterized in that it comprises.
【請求項3】 プロセス入力と少なくとも一つの制御量
と少なくとも一つの推定量を含むプロセス出力とを有す
るプロセスを制御するための装置で、前記プロセスが、
少なくとも一つの操作量に応じて前記制御量に関してプ
ロセスを変化させ、前記装置が、 a)プロセス出力の値を測定して、測定された値を示す
少なくとも一つの制御量を発生させるための第一測定手
段と、 b)前記制御量を近似表示するためのプロセス出力の値
を測定して、測定された値を示す少なくとも一つの推定
量を発生させるための第二測定手段と、 c)前記制御量の目標値を示す少なくとも一つの設定値
を入力するための設定値手段と、 d)前記測定手段及び前記プロセスに接続され、前記設
定値と前記推定量との関数として、前記操作量の所定値
と少なくとも一つの最適予測時間とを発生させるための
制御手段で、前記操作量の所定値と前記最適予測時間と
を決定するように前もってトレーニングされた非線形関
数作成ルーチンを用いる制御手段と、 (ここで、前記最適予測時間が、前記設定値の変化に対
する前記プロセスの有効応答時間を実質的に示し、 前記操作量の所定値が、前記最適予測時間によって変化
する前記設定値に近づく制御量の値を求めるために必要
な前記プロセスの変化を示す) e)前記制御量と前記設定値と前記最適予測時間とに応
じて積分制御を行い、プロセス変化を補償するために内
部設定値を計算して、前記制御手段によって利用可能な
ように前記内部設定値を出力するための積分制御手段
と、 (ここで、前記最適予測時間は積分時間定数を求めるた
めに用いられる) f)前記制御手段及び前記プロセスに接続され、前記操
作量を前記プロセスに適用するためのアクチュエータ手
段と、 を備えることを特徴とする装置。
3. An apparatus for controlling a process having a process input and a process output including at least one controlled variable and at least one estimator, the process comprising:
A first for varying a process with respect to said controlled variable in response to at least one manipulated variable, said device: a) measuring the value of the process output and generating at least one controlled variable indicative of the measured value; Measuring means; b) second measuring means for measuring the value of the process output for approximating the controlled variable to generate at least one estimated variable indicative of the measured value; and c) the control. Set value means for inputting at least one set value indicating a target value of the quantity; d) a predetermined value of the manipulated variable as a function of the set value and the estimated quantity, connected to the measuring means and the process. Control means for generating a value and at least one optimal prediction time, a non-linear function generating routine pre-trained to determine the predetermined value of the manipulated variable and the optimal prediction time. (Wherein the optimum predicted time substantially indicates the effective response time of the process with respect to the change in the set value, and the predetermined value of the manipulated variable changes depending on the optimum predicted time). The change of the process necessary for obtaining the value of the control amount approaching the set value is shown) e) Integral control is performed according to the control amount, the set value, and the optimum predicted time to compensate for the process change. An integral control means for calculating an internal set value for outputting the internal set value so that it can be used by the control means; (wherein, the optimum prediction time is used for obtaining an integral time constant) F) Actuator means connected to the control means and the process for applying the manipulated variable to the process.
【請求項4】 前記測定手段が、前記プロセス出力ある
いは推定量の時間に関する導関数を表す微分プロセス出
力信号を発生させるための手段を備え、前記制御手段
が、前記微分プロセス出力信号あるいは前記推定量の関
数として前記操作量を計算し、PD(比例−微分)制御
を行う、ことを特徴とする請求項1、2、3の何れかに
記載の装置。
4. The measuring means comprises means for generating a differential process output signal representing a time derivative of the process output or the estimator, and the control means comprises the differential process output signal or the estimator. 4. The apparatus according to claim 1, wherein the operation amount is calculated as a function of, and PD (proportional-derivative) control is performed.
【請求項5】 更に、前記プロセス入力の測定値を入力
するための手段を備え、 前記制御手段が、前記プロセス入力の関数として前記操
作量を計算し、追加のフィードフォワード制御を行う、
ことを特徴とする請求項1、2、3の何れかに記載の装
置。
5. Further comprising means for inputting a measured value of the process input, wherein the control means calculates the manipulated variable as a function of the process input and performs additional feedforward control.
The device according to any one of claims 1, 2, and 3, wherein:
【請求項6】 前記測定手段が、測定負荷の乱れあるい
は測定負荷の乱れの時間に関する導関数を表すプロセス
入力を測定する、ことを特徴とする請求項5記載の装
置。
6. An apparatus according to claim 5, wherein said measuring means measures a process input representing a measured load disturbance or a derivative of the measured load disturbance with respect to time.
【請求項7】 更に、前記プロセス出力信号と前記設定
値と積分時間定数とに応じて積分制御を行い、プロセス
変化を補償するために内部設定値を計算して、前記制御
手段によって利用可能なように前記内部設定値を出力す
るための積分制御手段を備えることを特徴とする請求項
1記載の装置。
7. Further, integral control is performed according to the process output signal, the set value, and an integration time constant, an internal set value is calculated to compensate for a process change, and the internal set value can be used by the control means. The apparatus according to claim 1, further comprising integral control means for outputting the internal set value.
【請求項8】 前記制御手段が、前記積分制御手段によ
って用いられる前記積分時間定数を求めるために、前記
最適予測時間を発生させる、ことを特徴とする請求項7
記載の装置。
8. The control means generates the optimum prediction time in order to obtain the integration time constant used by the integration control means.
The described device.
【請求項9】 前記積分制御手段が、PIDコントロー
ラ、積分コントローラ、PIコントローラの中から選択
される、ことを特徴とする請求項2、3、5の何れかに
記載の装置。
9. The apparatus according to claim 2, wherein the integral control means is selected from a PID controller, an integral controller, and a PI controller.
【請求項10】 前記積分制御手段が、更に、前記操作
量の限界を検出するための手段を備え、前記操作量の限
界に応じた制御を行う、ことを特徴とする請求項2、
3、5の何れかに記載の装置。
10. The integration control means further comprises means for detecting a limit of the manipulated variable, and performs control according to the limit of the manipulated variable.
The apparatus according to any one of 3 and 5.
【請求項11】 前記プロセス出力が、前記制御量を近
似表示する推定量を含む、ことを特徴とする請求項1あ
るいは2の何れかに記載の装置。
11. The apparatus according to claim 1, wherein the process output includes an estimated amount that approximates the control amount.
【請求項12】 前記制御量が、測定プロセス出力を含
む、ことを特徴とする請求項1あるいは2の何れかに記
載の装置。
12. The apparatus according to claim 1, wherein the controlled variable comprises a measured process output.
【請求項13】 前記装置が、多変数コントローラで、
前記プロセス出力信号が、複数のプロセス出力信号を含
み、前記操作量が複数の操作量を含み、前記設定値が複
数の設定値を含み、前記最適予測時間が複数の最適予測
時間を含む、ことを特徴とする請求項1記載の装置。
13. The device is a multivariable controller,
The process output signal includes a plurality of process output signals, the manipulated variable includes a plurality of manipulated variables, the set value includes a plurality of set values, the optimum prediction time includes a plurality of optimum prediction time, The device according to claim 1, characterized in that
【請求項14】 少なくとも一つの制御量を含むプロセ
ス出力とプロセスに影響を与えるアクチュエータとを備
えるプロセスを制御するための多変数非線形コントロー
ラで、 a)少なくとも一つのプロセス出力を示すプロセス出力
信号を入力するための手段と、 b)前記制御量の目標値を示す少なくとも一つの設定値
信号を入力するための手段と、 c)前記プロセス出力信号と前記設定値信号とに応じ、
前記プロセスに影響を与える前記操作量の少なくとも一
つの所定値を出力する非線形関数作成ルーチンを備える
制御手段と、を備え、 前記制御手段が、 i)前記プロセス出力信号と前記設定値と積分時間定数
との関数として積分制御を行い、積分制御の結果を示す
少なくとも一つの調節された設定値を出力するステップ
と、 ii)前記プロセス出力信号と前記調節された設定値の関
数として、非線形関数作成ルーチンを駆動して、前記調
節された設定値に対する前記制御量の応答時間を表す最
適予測時間を出力するステップと、 (ここで、前記最適予測時間を用いて、前記積分制御を
行うための前記積分時間定数が計算され、また、前記非
線形関数作成ルーチンは、前記最適予測時間によって変
化する制御量に影響を与える前記操作量の所定値を出力
する) iii)前記操作量の所定値を前記プロセスに影響を与え
るアクチュエータに伝達するステップと、を備えること
を特徴とする多変数非線形コントローラ。
14. A multivariable non-linear controller for controlling a process comprising a process output including at least one controlled variable and an actuator influencing the process, comprising: a) inputting a process output signal indicative of at least one process output. B) means for inputting at least one set value signal indicating a target value of the controlled variable, c) depending on the process output signal and the set value signal,
A control means having a non-linear function generating routine for outputting at least one predetermined value of the manipulated variable affecting the process, wherein the control means includes i) the process output signal, the set value, and an integration time constant. And performing at least one adjusted set point indicating the result of the integral control as a function of, and ii) a nonlinear function creation routine as a function of the process output signal and the adjusted set point. And outputting an optimum prediction time representing a response time of the controlled variable with respect to the adjusted set value, (wherein the integration for performing the integration control is performed using the optimum prediction time). A time constant is calculated, and the non-linear function creation routine is configured to set a predetermined value of the manipulated variable that affects the control amount that changes depending on the optimum prediction time. Iii) Transmitting a predetermined value of the manipulated variable to an actuator that affects the process, a multivariable nonlinear controller.
【請求項15】 制御量と推定量とを含むプロセス出力
とプロセスに影響を与えるアクチュエータとを備えるプ
ロセスを制御するための多変数非線形コントローラで、 a)少なくとも一つのプロセス出力信号を入力するため
の手段と、 b)前記制御量を近似表示する少なくとも一つの推定量
を発生させるための手段と、 c)前記制御量の目標値を示す少なくとも一つの設定値
を入力するための手段と、 d)前記プロセス出力信号と前記設定値とに応じ、前記
プロセスに影響を与える前記操作量の少なくとも一つの
所定値を出力する非線形関数作成ルーチンを備える制御
手段と、を備え、 前記制御手段が、 i)前記プロセス出力信号と前記設定値と積分時間定数
とを用いて積分制御を行い、積分制御の結果を示す少な
くとも一つの調節された設定値を出力するステップと、 ii)前記推定量と前記調節された設定値とに応じて、非
線形関数作成ルーチンを駆動して、前記調節された設定
値に対する前記制御量の応答時間を表す最適予測時間を
出力するステップと、 (ここで、前記最適予測時間を用いて、前記積分制御を
行うための前記積分時間定数が計算され、また、前記非
線形関数作成ルーチンは、前記最適予測時間によって変
化する前記設定値に近づくように前記制御量に影響を与
える前記操作量の所定値を出力する) iii)前記操作量の所定値を前記プロセスに影響を与え
るアクチュエータに伝達するステップと、を備えること
を特徴とする多変数非線形コントローラ。
15. A multivariable non-linear controller for controlling a process comprising a process output including a controlled variable and an estimated variable and an actuator that affects the process, comprising: a) inputting at least one process output signal. Means, b) means for generating at least one estimated quantity that approximates the control quantity, c) means for inputting at least one set value indicating a target value of the control quantity, and d) Control means comprising a non-linear function creation routine for outputting at least one predetermined value of the manipulated variable affecting the process in accordance with the process output signal and the set value, the control means comprising: i) Integral control is performed using the process output signal, the set value, and the integral time constant, and at least one adjusted value indicating a result of the integral control. Outputting a constant value, ii) driving a non-linear function creation routine in response to the estimated amount and the adjusted set value to represent an optimal prediction representing the response time of the controlled variable to the adjusted set value. Outputting a time, (wherein, the optimum prediction time is used to calculate the integration time constant for performing the integration control, and the nonlinear function creation routine is changed depending on the optimum prediction time. Outputting a predetermined value of the manipulated variable that influences the controlled variable so as to approach the set value) iii) transmitting the predetermined value of the manipulated variable to an actuator that affects the process. Characteristic multi-variable nonlinear controller.
【請求項16】 前記少なくとも一つのプロセス出力信
号を入力するための手段が、更に、前記プロセス出力信
号あるいは前記推定量の時間に関する少なくとも一つの
導関数を計算して発生させる手段を備え、 前記非線形関数作成ルーチンを用いて、前記プロセス出
力信号あるいは推定量の導関数として前記所定値を発生
させる、ことを特徴とする請求項14あるいは15の何
れかに記載のコントローラ。
16. The means for inputting the at least one process output signal further comprises means for calculating and generating at least one derivative of the process output signal or the estimator with respect to time. 16. The controller according to claim 14, wherein the predetermined value is generated as a derivative of the process output signal or the estimated amount by using a function creation routine.
【請求項17】 更に、測定負荷の乱れを表す少なくと
も一つの測定負荷量を入力するための手段を備え、 前記非線形関数作成ルーチンを用いて、前記測定負荷量
の関数として前記所定値を発生させる、ことを特徴とす
る請求項14あるいは15の何れかに記載のコントロー
ラ。
17. A means for inputting at least one measured load quantity representing a disturbance of the measured load, wherein the predetermined value is generated as a function of the measured load quantity by using the non-linear function creating routine. The controller according to claim 14 or 15, characterized in that.
【請求項18】 前記少なくとも一つの測定負荷量を入
力するための手段が、更に、前記測定負荷量の時間に関
する導関数を表す少なくとも一つの微分測定負荷量を計
算して発生させる手段を備え、 前記非線形関数作成ルーチンが、前記微分測定負荷量を
含む関数に従って実行される、ことを特徴とする請求項
14あるいは15の何れかに記載のコントローラ。
18. Means for inputting said at least one measured load further comprising means for calculating and generating at least one differential measured load representing a time derivative of said measured load. The controller according to claim 14 or 15, wherein the non-linear function creating routine is executed according to a function including the differential measured load amount.
【請求項19】 前記積分制御を行うステップが、PI
Dコントローラ、積分コントローラ、PIコントローラ
の中から選択される、ことを特徴とする請求項14ある
いは15の何れかに記載のコントローラ。
19. The PI for the step of performing the integral control.
16. The controller according to claim 14, wherein the controller is selected from a D controller, an integral controller, and a PI controller.
【請求項20】 前記積分制御を行うステップが、更
に、各操作量の限界を検出し、前記操作量の限界に応じ
た積分制御を行うステップを備える、ことを特徴とする
請求項14あるいは15の何れかに記載のコントロー
ラ。
20. The step of performing the integral control further comprises a step of detecting a limit of each manipulated variable and performing an integral control according to the limit of the manipulated variable. The controller according to any one of 1.
【請求項21】 前記非線形関数作成ルーチンがニュー
ラル・ネットワークである、ことを特徴とする請求項
1、2、3、14、15の何れかに記載の装置。
21. The apparatus according to claim 1, wherein the non-linear function creating routine is a neural network.
【請求項22】 プロセス入力と、少なくとも一つの制
御量を含むプロセス出力と、プロセスに影響を与えるア
クチュエータと、を備えるプロセスを制御するための方
法で、前記方法が、非線形関数作成ルーチンを利用し
て、前記アクチュエータにより用いられ前記制御量に影
響を与える少なくとも一つの操作量を計算し、前記方法
が、 a)前記プロセス出力を測定して、測定された値を示す
少なくとも一つのプロセス出力信号を発生するステップ
と、 b)前記制御量の目標値を示す少なくとも一つの設定値
を入力するステップと、 c)前記出力信号と前記設定値の関数として前記非線形
関数作成ルーチンを駆動して、前記操作量の所定値を出
力するステップと、 (ここで、前記非線形関数作成ルーチンは、最適予測時
間に基づいて、前記操作量の所定値を決定するように前
もってトレーニングされ、 前記最適予測時間が、前記設定値に対する前記制御量の
応答時間を示し、 前記操作量の所定値が、前記最適予測時間によって変化
する前記設定値に近づくように前記制御量に影響を与え
るような前記プロセスの変化を示す) d)前記操作量を前記アクチュエータに伝達して、前記
プロセスに前記操作量を適用するステップと、 を備えることを特徴とする方法。
22. A method for controlling a process comprising a process input, a process output including at least one controlled variable, and an actuator influencing the process, the method utilizing a non-linear function generating routine. And calculating at least one manipulated variable used by the actuator to influence the controlled variable, the method comprising: a) measuring the process output to generate at least one process output signal indicative of the measured value. Generating; b) inputting at least one set value indicating a target value of the controlled variable; c) driving the non-linear function generating routine as a function of the output signal and the set value to perform the operation. Outputting a predetermined value of the quantity, (wherein the non-linear function creation routine is based on an optimal prediction time, Training in advance to determine a predetermined value of the cropping amount, the optimum predicted time indicates a response time of the controlled variable with respect to the set value, and the predetermined value of the manipulated variable changes according to the optimum predicted time. Indicating a change in the process that affects the controlled variable to approach a value) d) transmitting the manipulated variable to the actuator and applying the manipulated variable to the process. How to characterize.
【請求項23】 前記プロセス出力を測定するステップ
が、前記プロセス出力の時間に関する少なくとも一つの
導関数を計算して、前記導関数を示す少なくとも一つの
微分プロセス出力信号を発生させるステップを備え、 前記非線形関数作成ルーチンを駆動するステップが、前
記微分プロセス出力信号を含む関数に従って前記操作量
を出力するステップを備える、 ことを特徴とする請求項22記載の方法。
23. The step of measuring the process output comprises the step of calculating at least one derivative of the process output with respect to time to generate at least one differential process output signal indicative of the derivative. 23. The method of claim 22, wherein driving a non-linear function creation routine comprises outputting the manipulated variable according to a function that includes the differentiated process output signal.
【請求項24】 前記プロセス出力を測定するステップ
が、前記プロセスの負荷の乱れを測定して、前記負荷の
乱れを示す少なくとも一つの測定負荷量を発生させるス
テップを備え、 前記非線形関数作成ルーチンを駆動するステップが、前
記測定負荷量を含む関数に従って前記操作量を出力する
ステップを備える、 ことを特徴とする請求項23記載の方法。
24. The step of measuring the process output comprises the step of measuring the load disturbance of the process to generate at least one measured load quantity indicative of the load disturbance. 24. The method of claim 23, wherein driving comprises outputting the manipulated variable according to a function that includes the measured load.
【請求項25】 前記負荷の乱れを測定するステップ
が、前記少なくとも一つの測定負荷量の時間に関する導
関数を計算して、前記導関数を示す少なくとも一つの微
分測定負荷量を発生させるステップを備え、 前記非線形関数作成ルーチンを駆動するステップが、前
記微分測定負荷量を含む関数に従って前記操作量を出力
するステップを備える、 ことを特徴とする請求項22記載の方法。
25. The step of measuring the load disturbance comprises the step of calculating a time derivative of the at least one measured load to generate at least one differential measured load indicative of the derivative. 23. The method according to claim 22, wherein the step of driving the non-linear function creation routine comprises the step of outputting the manipulated variable according to a function including the differential measured load amount.
【請求項26】 前記プロセス出力が、測定プロセス出
力を示す少なくとも一つの制御量、あるいは、制御量を
近似表示する少なくとも一つの推定量である、ことを特
徴とする請求項23記載の方法。
26. The method of claim 23, wherein the process output is at least one controlled variable indicative of a measured process output or at least one estimated variable approximating the controlled variable.
【請求項27】 前記非線形関数作成ルーチンがニュー
ラル・ネットワークである、ことを特徴とする請求項2
3に記載の方法。
27. The non-linear function creation routine is a neural network.
3. The method according to 3.
【請求項28】 プロセス入力と、複数の制御量を含む
プロセス出力と、プロセスに影響を与えるアクチュエー
タと、を備えるプロセスを制御するシステムで、 a)前記プロセスに影響を与える前記アクチュエータに
よって用いられる複数の操作量の所定値を発生させる第
一制御手段で、 i)前記プロセスの負荷の乱れを測定し、前記負荷の乱れ
を示す複数の測定負荷量を発生させ、更に、前記測定負
荷乱れの時間に関する導関数を求め、前記導関数を表す
複数の微分測定負荷量を発生させるステップと、 ii)複数のプロセス出力を測定し、前記測定されたプロ
セス出力を示す複数のプロセス出力信号を発生させ、更
に、前記プロセス出力信号の導関数を求め、前記導関数
を表す複数の微分プロセス出力信号を発生させるステッ
プと、 iii)前記操作量の所定値を決定するために前記第一制御
手段で用いられる、前記制御量の値を示す複数の調節さ
れた設定値を入力するステップと、 iv)前記調節された設定値と、前記測定負荷量と、前記
微分測定負荷量と、推定量と、微分推定量との関数とし
て、前記操作量の所定値と複数の最適予測時間とを発生
させるステップと、 (ここで、前記最適予測時間が、前記調節された設定値
に対する前記制御量の応答時間を示し、 前記操作量の所定値が、前記最適予測時間によって変化
する前記調節された設定値に近づくように前記制御量に
影響を与えるような前記プロセスの変化を示す) v)前記操作量の所定値を前記アクチュエータに伝達して
前記プロセスに適用するステップと、 を備える第一制御手段と、 b)前記調節された設定値を発生させる第二制御手段
で、 i)前記プロセスの目標値を示す所望の設定値信号を入力
し、前記設定値信号を格納する手段を備えるステップ
と、 ii前記プロセスを測定して、前記測定値を示す制御量を
発生させるステップと、) iii)前記操作量が限定されているかどうかを判断して、
その結果を示す論理信号を発生するステップと、 iv)前記所望の設定値と、前記制御量と、前記論理信号
と、前記第一制御手段により出力される前記最適予測時
間との関数として積分制御を行うことにより、前記調節
された設定値を計算し、前記プロセスに影響を与える前
記操作量を発生させるように前記第一制御手段によって
用いられる、前記調節された設定値を発生させるステッ
プと、 を備える第二制御手段と、を備えることを特徴とするシ
ステム。
28. A system for controlling a process comprising a process input, a process output including a plurality of controlled variables, and an actuator for influencing the process, wherein a) a plurality of used by the actuator for influencing the process. The first control means for generating a predetermined value of the operation amount of, i) measuring the disturbance of the load of the process, generating a plurality of measured load quantities indicating the disturbance of the load, further, the time of the measured load disturbance Determining a derivative with respect to, and generating a plurality of differential measured loads representative of the derivative, ii) measuring a plurality of process outputs and generating a plurality of process output signals indicative of the measured process outputs, Further, determining a derivative of the process output signal and generating a plurality of differential process output signals representing the derivative, iii) the operation. Used by the first control means to determine a predetermined value of the quantity, inputting a plurality of adjusted set values indicating the value of the controlled quantity, iv) the adjusted set value, and the measurement Generating a predetermined value of the manipulated variable and a plurality of optimum prediction times as a function of the load quantity, the differential measurement load quantity, the estimated quantity, and the differential estimated quantity; Indicates the response time of the controlled variable with respect to the adjusted set value, and the predetermined value of the manipulated variable affects the controlled variable so as to approach the adjusted set value that changes according to the optimum prediction time. A) a first control means comprising: v) transmitting a predetermined value of the manipulated variable to the actuator and applying it to the process; b) generating the adjusted set value. Let first In the control means, i) a step of providing a desired set value signal indicating a target value of the process and storing the set value signal, and ii: a controlled variable indicating the measured value by measuring the process. And iii) determining whether or not the manipulated variable is limited,
Generating a logic signal indicating the result, iv) integral control as a function of the desired set value, the controlled variable, the logic signal, and the optimum prediction time output by the first control means. Calculating the adjusted setpoint by performing the step of generating the adjusted setpoint used by the first control means to generate the manipulated variable affecting the process, A second control means comprising :.
【請求項29】 前記プロセス出力信号が、測定プロセ
ス出力を示す制御量あるいは制御量を近似表示する推定
量である、ことを特徴とする請求項28記載のシステ
ム。
29. The system of claim 28, wherein the process output signal is a controlled variable indicative of a measured process output or an estimated variable approximating the controlled variable.
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