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公開番号2025080471
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-26
出願番号2023193634
出願日2023-11-14
発明の名称性能評価装置、性能評価方法、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 23/02 20060101AFI20250519BHJP(制御;調整)
要約【課題】制御器の制御性能を高精度に評価する技術を提供する。
【解決手段】制御対象を制御する制御器の制御性能を評価する性能評価装置は、制御対象に対する制御器の操作量を表す実操作量と、制御対象の制御量を表す実制御量とを取得する取得部と、実操作量と実制御量とに基づいて、制御対象のモデルパラメータの推定値を算出するモデルパラメータ推定部と、仮想な制御量を表す仮想制御量が入力されると、所定の制御方式により、仮想制御量が、実制御量に対する目標値に追従するように、仮想的な操作量を表す仮想操作量を算出する仮想制御部と、仮想操作量が入力されると、モデルパラメータの推定値に基づいて、制御対象を模擬することにより仮想制御量を算出するプラント模擬部と、目標値と仮想操作量と仮想制御量と実操作量と実制御量とに基づいて、制御器と制御方式との間で制御性能を比較するための評価指標値を算出する性能評価部と、を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
制御対象を制御する制御器の制御性能を評価する性能評価装置であって、
前記制御対象に対する前記制御器の操作量を表す実操作量と、前記制御対象の制御量を表す実制御量とを取得する取得部と、
前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、前記制御対象のモデルパラメータの推定値を逐次算出するモデルパラメータ推定部と、
仮想な制御量を表す仮想制御量が入力されると、所定の制御方式により、前記仮想制御量が、前記実制御量に対する目標値に追従するように、仮想的な操作量を表す仮想操作量を算出する仮想制御部と、
前記仮想操作量が入力されると、前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記制御対象を模擬することにより前記仮想制御量を算出するプラント模擬部と、
前記目標値と前記仮想操作量と前記仮想制御量と前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、前記制御器と前記制御方式との間で制御性能を比較するための評価指標値を算出する性能評価部と、
を有する性能評価装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記仮想操作量及び前記仮想制御量を算出する際の基準となる操作量及び制御量をそれぞれ表す基準操作量及び基準制御量を算出する実仮想切替部を有し、
前記実仮想切替部は、
所定の条件を満たす場合は前記基準操作量及び前記基準制御量に対して前記実操作量及び前記実制御量をそれぞれ設定し、前記条件を満たさない場合は前記基準操作量及び前記基準制御量に対して前記仮想操作量及び前記仮想制御量をそれぞれ設定し、
前記仮想制御部は、
前記基準操作量及び前記基準制御量を更に入力として、前記仮想操作量を算出し、
前記プラント模擬部は、
前記基準操作量及び前記基準制御量を更に入力として、前記仮想制御量を算出する、請求項１に記載の性能評価装置。
【請求項３】
前記条件には、
予め決められた所定の切替周期となった場合、
前記仮想制御量と前記目標値との偏差の平均値と、前記実制御量と前記目標値との偏差の平均値との比が所定の比率を超えた場合、
ユーザから所定の指示が与えられた場合、
の少なくとも１つが含まれる、請求項２に記載の性能評価装置。
【請求項４】
前記性能評価部は、
前記条件を満たす場合、前記評価指標値を０に初期化する、請求項３に記載の性能評価装置。
【請求項５】
前記性能評価部は、
前記目標値と前記仮想制御量の平均絶対誤差を表す第１の評価指標値、前記目標値と前記実制御量の平均絶対誤差を表す第２の評価指標値、前記目標値と前記仮想制御量の二乗平均平方根誤差を表す第３の評価指標値、前記目標値と前記実制御量の二乗平均平方根誤差を表す第４の評価指標値、前記仮想操作量の平均操作変化量を表す第５の評価指標値、前記実操作量の平均操作変化量を表す第６の評価指標値、を前記評価指標値として算出する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の性能評価装置。
【請求項６】
前記第１の評価指標値と前記第２の評価指標値、前記第３の評価指標値と前記第４の評価指標値、前記第５の評価指標値と前記第６の評価指標値、をそれぞれ比較可能に表示装置に表示させる表示制御部を有する請求項５に記載の性能評価装置。
【請求項７】
前記制御方式には、与えられた制御パラメータに基づく制御方式、前記モデルパラメータの推定値に基づくモデル予測制御が含まれる、請求項１に記載の性能評価装置。
【請求項８】
前記モデルパラメータは、
前記制御対象の応答をモデル化したＡＲＭＡモデル又はＡＲＭＡＸモデルに含まれるパラメータであり、
前記モデルパラメータ推定部は、
前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、逐次最小２乗法により前記モデルパラメータの推定値を算出する、請求項１に記載の性能評価装置。
【請求項９】
前記仮想操作量又は前記実操作量のいずれかを予め決められた設定に応じて前記制御対象に出力する切替器に対して、前記仮想操作量を出力する出力部を有する請求項１に記載の性能評価装置。
【請求項１０】
制御対象を制御する制御器の制御性能を評価するコンピュータが、
前記制御対象に対する前記制御器の操作量を表す実操作量と、前記制御対象の制御量を表す実制御量とを取得する取得手順と、
前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、前記制御対象のモデルパラメータの推定値を逐次算出するモデルパラメータ推定手順と、
仮想な制御量を表す仮想制御量が入力されると、所定の制御方式により、前記仮想制御量が、前記実制御量に対する目標値に追従するように、仮想的な操作量を表す仮想操作量を算出する仮想制御手順と、
前記仮想操作量が入力されると、前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記制御対象を模擬することにより前記仮想制御量を算出するプラント模擬手順と、
前記目標値と前記仮想操作量と前記仮想制御量と前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、前記制御器と前記制御方式との間で制御性能を比較するための評価指標値を算出する性能評価手順と、
を実行する性能評価方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、性能評価装置、性能評価方法、及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
プラント等の制御対象を制御する制御器の制御性能を評価する技術が従来から知られている。例えば、特許文献１には、制御対象の応答を同定して得られるプロセスモデルと制御対象を制御するＰＩＤ制御器の制御モデルとでシミュレーションを行うことによりＰＩＤ制御器の制御パラメータを決定した上で、その制御パラメータを設定したＰＩＤ制御器の制御性能をリアルタイムにモニタすることが可能な技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－２１３４８３号公報
【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、従来技術では、制御器の制御性能を評価する際の精度が低下する場合がある。例えば、制御対象とその応答を同定して得られるモデルとの乖離が大きい場合、制御性能を評価する際の精度が低下する。
【０００５】
本開示は、上記の点に鑑みてなされたもので、制御器の制御性能を高精度に評価できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様による性能評価装置は、制御対象を制御する制御器の制御性能を評価する性能評価装置であって、前記制御対象に対する前記制御器の操作量を表す実操作量と、前記制御対象の制御量を表す実制御量とを取得する取得部と、前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、前記制御対象のモデルパラメータの推定値を逐次算出するモデルパラメータ推定部と、仮想な制御量を表す仮想制御量が入力されると、所定の制御方式により、前記仮想制御量が、前記実制御量に対する目標値に追従するように、仮想的な操作量を表す仮想操作量を算出する仮想制御部と、前記仮想操作量が入力されると、前記モデルパラメータの推定値に基づいて、前記制御対象を模擬することにより前記仮想制御量を算出するプラント模擬部と、前記目標値と前記仮想操作量と前記仮想制御量と前記実操作量と前記実制御量とに基づいて、前記制御器と前記制御方式との間で制御性能を比較するための評価指標値を算出する性能評価部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
制御器の制御性能を高精度に評価できる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第一の実施形態に係る性能評価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性能評価装置の機能構成の一例を示す図である。
モデルパラメータ推定処理の一例を示すフローチャートである。
実仮想切替処理の一例を示すフローチャートである。
仮想制御処理の一例を示すフローチャートである。
プラント模擬処理の一例を示すフローチャートである。
性能評価記録処理の一例を示すフローチャートである。
性能評価比較画面の一例を示す図（その１）である。
性能評価比較画面の一例を示す図（その２）である。
性能評価比較画面の一例を示す図（その３）である。
第二の実施形態に係る性能評価装置の機能構成の一例を示す図である。
第三の実施形態に係る性能評価装置の機能構成の一例を示す図である。
各実施例における制御対象プラントのステップ応答を示す図である。
各実施例における制御装置の制御応答を示す図である。
実施例１における目標値、仮想制御量、仮想操作量、実制御量、及び実操作量を示す図である。
実施例１におけるモデルパラメータ推定値を示す図である。
実施例１における評価指標値及びインデックスｋ
４
を示す図である。
実施例２における目標値、仮想制御量、仮想操作量、実制御量、及び実操作量を示す図である。
実施例２におけるモデルパラメータ推定値を示す図である。
実施例２における評価指標値及びインデックスｋ
４
を示す図である。
実施例３における目標値、仮想制御量、仮想操作量、実制御量、及び実操作量を示す図である。
実施例３におけるモデルパラメータ推定値を示す図である。
実施例３における評価指標値及びインデックスｋ
４
を示す図である。
実施例４における目標値、仮想制御量、仮想操作量、実制御量、及び実操作量を示す図である。
実施例４におけるモデルパラメータ推定値を示す図である。
実施例４における評価指標値及びインデックスｋ
４
を示す図である。
実施例５における目標値、仮想制御量、仮想操作量、実制御量、及び実操作量を示す図である。
実施例５におけるモデルパラメータ推定値を示す図である。
実施例５における評価指標値及びインデックスｋ
４
を示す図である。
【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、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、制御対象としてプラントを想定し、制御対象プラントを制御する制御器の制御性能を高精度に評価することができる性能評価装置１０について説明する。
【００１０】
なお、以下で説明する性能評価装置１０は、一例として、汎用サーバやＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の計算装置により実現されるものとする。ただし、これは一例であって、性能評価装置１０は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やＤＣＳ（Distributed Control System）等のエッジデバイスにより実現されるものであってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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