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公開番号2025027226
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2023131849
出願日2023-08-14
発明の名称制御装置、制御方法、及びプログラム
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類G05B 13/04 20060101AFI20250219BHJP(制御;調整)
要約【課題】実行可能な操作量が得られる多変数制御を実現すること。
【解決手段】本開示の一態様による制御装置は、多変数の入出力関係を持つ対象を制御する制御装置であって、前記入出力関係を局所的に線形化した局所線形モデルを保持する局所線形モデル保持部と、前記対象の複数の制御量の各々の制御量種別と、前記対象に対する複数の操作量の各々の操作量制約と、前記局所線形モデルと、現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量とに基づいて、前記制御量種別に応じた目的を達成するように前記複数の制御量の各々を変化させるための次の時刻の複数の操作量であって、かつ、前記操作量制約を満たす複数の操作量を前記局所線形モデルから計算する操作量計算部と、を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
多変数の入出力関係を持つ対象を制御する制御装置であって、
前記入出力関係を局所的に線形化した局所線形モデルを保持する局所線形モデル保持部と、
前記対象の複数の制御量の各々の制御量種別と、前記対象に対する複数の操作量の各々の操作量制約と、前記局所線形モデルと、現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量とに基づいて、前記制御量種別に応じた目的を達成するように前記複数の制御量の各々を変化させるための次の時刻の複数の操作量であって、かつ、前記操作量制約を満たす複数の操作量を前記局所線形モデルから計算する操作量計算部と、
を有する制御装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記制御量種別は、
上限が制約される制御量を表す第１の制御量種別、
下限が制約される制御量を表す第２の制御量種別、
最大化を目指す制御量を表す第３の制御量種別、
最小化を目指す制御量を表す第４の制御量種別、
目標値を目指す制御量を表す第５の制御量種別、
前記対象の制御には影響を与えない制御量であることを表す第６の制御量種別、
いずれかであり、
前記操作量計算部は、
前記第１の制御量種別の制御量に対しては上限値、前記第２の制御量種別の制御量に対しては下限値、前記第５の制御量種別の制御量に対して目標値にも基づいて、前記次の時刻の複数の操作量を計算する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記操作量計算部は、
前記複数の制御量のうち、前記第３の制御量種別、前記第４の制御量種別、又は前記第５の制御量種別のいずれかである制御量毎に、前記制御量を最大化、最小化、又は目標値に近付けるための目的修正ベクトルを前記局所線形モデルから計算した後、前記目的修正ベクトルの加重平均をとった第１の加重平均ベクトルを計算し、
現在時刻の前記複数の制御量を表すベクトルに対して前記第１の加重平均ベクトルを加算した一時操作量と、前記一時操作量に対応する一時制御量とを計算し、
前記複数の制御量のうち、前記第１の制御量種別又は前記第２の制御量種別である制御量毎に、前記一時制御量を上限値又は下限値に近付けるための制約修正ベクトルを前記局所線形モデルから計算した後、前記制約修正ベクトルの加重平均をとった第２の加重平均ベクトルを計算し、
前記第１の加重平均ベクトルと前記第２の加重平均ベクトルと現在時刻の前記複数の操作量から次の時刻の前記複数の操作量を計算した後、前記操作量制約を満たすように次の時刻の前記複数の操作量を更新する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量とに基づいて、前記局所線形モデルをオンライン学習により生成する局所線形モデル生成部を更に有し、
前記局所線形モデル保持部は、
前記局所線形モデル生成部によって生成された前記局所線形モデルを保持する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量と、前記複数の制御量及び前記複数の操作量を入力として仮想的な制御量を出力する所定の関数とを用いて、前記仮想的な制御量を生成する仮想制御量生成部を更に有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記対象は、冷凍サイクル又は燃焼装置であり、
前記対象が燃焼装置である場合、前記燃焼装置への空気流量と前記燃焼装置への燃料流量に対する理論空気比との比である空気比を前記仮想的な制御量とする、請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
多変数の入出力関係を持つ対象を制御する制御方法であって、
前記入出力関係を局所的に線形化した局所線形モデルを保持する局所線形モデル保持手順と、
前記対象の複数の制御量の各々の制御量種別と、前記対象に対する複数の操作量の各々の操作量制約と、前記局所線形モデルと、現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量とに基づいて、前記制御量種別に応じた目的を達成するように前記複数の制御量の各々を変化させるための次の時刻の複数の操作量であって、かつ、前記操作量制約を満たす複数の操作量を前記局所線形モデルから計算する操作量計算手順と、
をコンピュータが実行する制御方法。
【請求項８】
多変数の入出力関係を持つ対象を制御するプログラムであって、
前記入出力関係を局所的に線形化した局所線形モデルを保持する局所線形モデル保持手順と、
前記対象の複数の制御量の各々の制御量種別と、前記対象に対する複数の操作量の各々の操作量制約と、前記局所線形モデルと、現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量とに基づいて、前記制御量種別に応じた目的を達成するように前記複数の制御量の各々を変化させるための次の時刻の複数の操作量であって、かつ、前記操作量制約を満たす複数の操作量を前記局所線形モデルから計算する操作量計算手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御装置、制御方法、及びプログラムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
複数の制御ループを有するプラントの最適な操作量を決定し、そのプラントの制御量を最適化する制御手法が従来から知られている。これらの制御手法ではプラントの数理モデルが既知である場合とそうでない場合とで異なる最適化手法が用いられるが、探索法の１つとして、例えば、山登り法、シンプレックス法等が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
相島鐵郎，中井秀了，"最適化手法の理論"，日本食品工業学会誌第33巻第5号 1986年5月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プラントの数理モデルを利用して最適化する手法では、最適化計算の結果として得られた操作量が必ずしも実行可能でないという課題がある。例えば、操作量を急激に変化させる必要があったり、複数の制約条件を厳密に守ろうとして無理な操作量となったり、初期解が制約条件から遠い等の理由で解無しとなったりする場合が生じ得る。
【０００５】
本開示は、上記の点に鑑みてなされたもので、実行可能な操作量が得られる多変数制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様による制御装置は、多変数の入出力関係を持つ対象を制御する制御装置であって、前記入出力関係を局所的に線形化した局所線形モデルを保持する局所線形モデル保持部と、前記対象の複数の制御量の各々の制御量種別と、前記対象に対する複数の操作量の各々の操作量制約と、前記局所線形モデルと、現在時刻の前記複数の制御量と、現在時刻の前記複数の操作量とに基づいて、前記制御量種別に応じた目的を達成するように前記複数の制御量の各々を変化させるための次の時刻の複数の操作量であって、かつ、前記操作量制約を満たす複数の操作量を前記局所線形モデルから計算する操作量計算部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
実行可能な操作量が得られる多変数制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第一の実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
第一の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。
操作量計算処理の一例を示すフローチャートである。
第二の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。
局所線形モデル生成処理の一例を示すフローチャートである。
第三の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。
実施例１の制御結果（その１）を示す図である。
実施例１の制御結果（その２）を示す図である。
実施例２の制御対象を模式的に示す図である。
実施例２の制御結果を示す図である。
実施例３の制御対象を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の第一乃至第三の実施形態について説明する。以下の各実施形態では、プラント等の制御対象を多変数制御により制御する場合を想定し、その制御対象が実行可能な操作量を得ることができる制御装置１０について説明する。なお、制御装置１０としては、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、エッジデバイス（例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やＤＣＳ（Distributed Control System）等）を用いることができる。
【００１０】
ただし、プラントは制御対象の一例であって、制御対象として、任意の機器、装置、設備等を対象とすることが可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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