JP2978184B2 - 制御ルール作成装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラント設備におけるプラント制御ルール
を操作員の記憶に頼ることなく自動的に作成することが
できる制御ルール作成装置に関する。
を操作員の記憶に頼ることなく自動的に作成することが
できる制御ルール作成装置に関する。
［従来の技術］ アーティフィシャルインテリジェント（AI）制御方法
は、近年、多くの分野に適用されており、更に適用範囲
は増加する傾向にある。この制御方法は、人間の経験を
ルールの形で表現し、このルールを基に制御量を決定す
る。従来、このルールを作成する場合、制御システム設
計者が、制御対象の操作員から操作に関する経験を聞き
出し、感覚的に決めていた。しかし、操作員の記憶に基
づく経験はかなり曖昧であり、曖昧さを少なくするには
たくさんのデータを集めて矛盾するデータを削除する必
要があり、更に、設計者もある程度その制御対象につい
て知っていないと、適確なルールが作成できない。単に
設計者が自分の感覚に頼ってルールを作成するのでは、
ルール作成に時間がかかって実用的でなくなり、また、
矛盾したデータ等が混入して信頼性の乏しいルールしか
作成できないことになる。そこで、ルール作成にあた
り、従来から、例えば特開昭62−271146号，特開昭62−
288941号，特開平１−44546号，特開昭60−237539号，
特開昭63−271534号公報記載のような支援方式が各種提
案されている。これらの従来技術は、ルールを作成する
に当たり、ルールを図に表したりシミュレーションした
りしてルール作成い費やす時間を短縮したり、既存のル
ールからこれに矛盾しないルールを自動的に作成したり
するものである。
は、近年、多くの分野に適用されており、更に適用範囲
は増加する傾向にある。この制御方法は、人間の経験を
ルールの形で表現し、このルールを基に制御量を決定す
る。従来、このルールを作成する場合、制御システム設
計者が、制御対象の操作員から操作に関する経験を聞き
出し、感覚的に決めていた。しかし、操作員の記憶に基
づく経験はかなり曖昧であり、曖昧さを少なくするには
たくさんのデータを集めて矛盾するデータを削除する必
要があり、更に、設計者もある程度その制御対象につい
て知っていないと、適確なルールが作成できない。単に
設計者が自分の感覚に頼ってルールを作成するのでは、
ルール作成に時間がかかって実用的でなくなり、また、
矛盾したデータ等が混入して信頼性の乏しいルールしか
作成できないことになる。そこで、ルール作成にあた
り、従来から、例えば特開昭62−271146号，特開昭62−
288941号，特開平１−44546号，特開昭60−237539号，
特開昭63−271534号公報記載のような支援方式が各種提
案されている。これらの従来技術は、ルールを作成する
に当たり、ルールを図に表したりシミュレーションした
りしてルール作成い費やす時間を短縮したり、既存のル
ールからこれに矛盾しないルールを自動的に作成したり
するものである。
［発明が解決しようとする課題］ 大規模プラントを制御する場合、その動特性が大きく
変化する起動・停止時と、定常運転時とでは、制御の方
法が異なる。定常運転時には、その動特性の変動は小さ
いので、PID制御を適用して自動制御することも容易で
あり、また、上述した従来技術を適用して制御ルールを
作成し、この制御ルールに従って自動制御することも可
能である。最もこの場合、大規模プラントの制御は各貯
槽や配管単位で行うため、各制御対象毎に制御ルールを
作成しなければならず、全部の制御ルールを作成するに
要する時間は膨大になってしまうという問題がある。
変化する起動・停止時と、定常運転時とでは、制御の方
法が異なる。定常運転時には、その動特性の変動は小さ
いので、PID制御を適用して自動制御することも容易で
あり、また、上述した従来技術を適用して制御ルールを
作成し、この制御ルールに従って自動制御することも可
能である。最もこの場合、大規模プラントの制御は各貯
槽や配管単位で行うため、各制御対象毎に制御ルールを
作成しなければならず、全部の制御ルールを作成するに
要する時間は膨大になってしまうという問題がある。
更に、起動・停止を制御する場合、その動特性が大き
く変化するため、この制御をルール化するのが困難で、
容易に上記従来技術を適用することはできず、従来から
熟練した操作員の手動操作に頼っている。この操作のAI
化を図るために制御ルールを作成する場合、操作員の経
験に頼る他なく、この経験を如何に適確な形でしかも実
機に適用可能なように迅速にルール化するかが問題にな
る。しかし、操作員の経験をシステム設計者が聞き出し
てルール化するのでは、前述した様に、システム設計者
の感覚つまりその抜量に依存したルールになってしまう
と共に、たくさんのデータを収集することができないと
いう問題がある。
く変化するため、この制御をルール化するのが困難で、
容易に上記従来技術を適用することはできず、従来から
熟練した操作員の手動操作に頼っている。この操作のAI
化を図るために制御ルールを作成する場合、操作員の経
験に頼る他なく、この経験を如何に適確な形でしかも実
機に適用可能なように迅速にルール化するかが問題にな
る。しかし、操作員の経験をシステム設計者が聞き出し
てルール化するのでは、前述した様に、システム設計者
の感覚つまりその抜量に依存したルールになってしまう
と共に、たくさんのデータを収集することができないと
いう問題がある。
本発明の目的は、大規模プラントの起動・停止制御の
様な動特性が大きく変化する場合にも適用することがで
きる制御ルールを、操作員の記憶に頼ることなく適確な
形で自動的に作成することのできるファジィ制御ルール
作成装置を提供することにある。
様な動特性が大きく変化する場合にも適用することがで
きる制御ルールを、操作員の記憶に頼ることなく適確な
形で自動的に作成することのできるファジィ制御ルール
作成装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は、プラント設備のプラント状態データと、
これに対応する複数種類のプラント操作データとを取り
込む手段と、 前記プラント操作データの変化量及び前記プラント状
態データの通常値からの偏差に基づいて前記変化量と前
記偏差の関係を示す回帰直線又は回帰曲線を各プラント
状態データ毎に１つの関数として求める手段と、 前記変化量に対して分割された各区間毎に、前記回帰
直線又は回帰曲線からの標準偏差の逆数により該当する
前記プラント操作データに対する重みを求める手段と、 前記プラント設備に設けられたセンサから入力した複
数種類のプラント状態データ及びそれぞれに対応した前
記回帰直線又は回帰曲線を用いて複数のプラント操作デ
ータを演算し、演算された各プラント操作データに対し
て個々に前記重みにより重み付けし、重み付けされた複
数のプラント操作データを合成して前記センサから入力
したプラント状態データに対応したプラント操作データ
を求める制御ルールを作成する手段と、この作成された
前記制御ルールを記憶する手段とを備えた制御ルール作
成装置によって達成される。
これに対応する複数種類のプラント操作データとを取り
込む手段と、 前記プラント操作データの変化量及び前記プラント状
態データの通常値からの偏差に基づいて前記変化量と前
記偏差の関係を示す回帰直線又は回帰曲線を各プラント
状態データ毎に１つの関数として求める手段と、 前記変化量に対して分割された各区間毎に、前記回帰
直線又は回帰曲線からの標準偏差の逆数により該当する
前記プラント操作データに対する重みを求める手段と、 前記プラント設備に設けられたセンサから入力した複
数種類のプラント状態データ及びそれぞれに対応した前
記回帰直線又は回帰曲線を用いて複数のプラント操作デ
ータを演算し、演算された各プラント操作データに対し
て個々に前記重みにより重み付けし、重み付けされた複
数のプラント操作データを合成して前記センサから入力
したプラント状態データに対応したプラント操作データ
を求める制御ルールを作成する手段と、この作成された
前記制御ルールを記憶する手段とを備えた制御ルール作
成装置によって達成される。
操作員が実際に操作したときの操作データとそのとき
のプラント状態データとから制御ルールを作成するの
で、操作員の記憶に基づく経験を聞き出す必要がなく、
また、これらのデータから作成した制御ルールはシステ
ム設計者の主観に左右されない。
のプラント状態データとから制御ルールを作成するの
で、操作員の記憶に基づく経験を聞き出す必要がなく、
また、これらのデータから作成した制御ルールはシステ
ム設計者の主観に左右されない。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る制御ルール自動作
成装置を備えたプラント制御設備の構成図である。この
プラント制御設備は、制御対象であるプラント30に対し
てこれを制御する制御装置20と、制御装置20に対して操
作員が指令を発する中操盤10とを備えている。
成装置を備えたプラント制御設備の構成図である。この
プラント制御設備は、制御対象であるプラント30に対し
てこれを制御する制御装置20と、制御装置20に対して操
作員が指令を発する中操盤10とを備えている。
制御装置20は、ディジタル型の制御用計算機であり、
プラント30全体を１台の制御装置20で集中的に制御する
場合と、複数台の制御装置20で分散して制御する場合と
があるが、本実施例はいずれの方式にも適用できる。こ
の制御装置20は、AI制御，シーケンス制御,PID制御等を
行い、プラント30を安定かつ完全に自動制御するが、例
えば、プラント30の起動・停止制御を操作員が手動にて
行う場合もある。この手動操作は、操作員が中操盤10を
操作することで、操作信号11が制御装置20に入力され、
制御装置20は操作信号11に応じた作動信号23をプラント
30に出力して、プラント制御が行われる。また、プラン
ト30には各種の測定器が設置されており、各測定器によ
る測定値信号24が制御装置20に入力され、この測定値信
号24に応じた検出信号12が中操盤10に送られ、夫々の計
器に表示される。
プラント30全体を１台の制御装置20で集中的に制御する
場合と、複数台の制御装置20で分散して制御する場合と
があるが、本実施例はいずれの方式にも適用できる。こ
の制御装置20は、AI制御，シーケンス制御,PID制御等を
行い、プラント30を安定かつ完全に自動制御するが、例
えば、プラント30の起動・停止制御を操作員が手動にて
行う場合もある。この手動操作は、操作員が中操盤10を
操作することで、操作信号11が制御装置20に入力され、
制御装置20は操作信号11に応じた作動信号23をプラント
30に出力して、プラント制御が行われる。また、プラン
ト30には各種の測定器が設置されており、各測定器によ
る測定値信号24が制御装置20に入力され、この測定値信
号24に応じた検出信号12が中操盤10に送られ、夫々の計
器に表示される。
本実施例では、この操作員による手動操作時に詳細は
後述するように各種データを取り込み、制御ルールを作
成するものである。そして、作成した制御ルールは、制
御装置20内に設けられたAI制御部21の記憶装置22に追加
されあるいは置き換えられる。この追加・置き換えは、
新たな制御ルールを作成する度に自動的に行ってもよい
が、本実施例では、プラント30の計画停止時期に、新た
に作成された制御ルールを保守員が見ながら、記憶装置
22への追加・置き換えの要否を判断し必要に応じて実行
する。
後述するように各種データを取り込み、制御ルールを作
成するものである。そして、作成した制御ルールは、制
御装置20内に設けられたAI制御部21の記憶装置22に追加
されあるいは置き換えられる。この追加・置き換えは、
新たな制御ルールを作成する度に自動的に行ってもよい
が、本実施例では、プラント30の計画停止時期に、新た
に作成された制御ルールを保守員が見ながら、記憶装置
22への追加・置き換えの要否を判断し必要に応じて実行
する。
制御ルール自動作成装置40は、測定器による検出信号
12とそれに応じた操作員によるプラント手動操作信号11
とを取り込むため、中操盤10と制御装置20との間に設け
られた信号線の制御ルール作成用端子盤41から各信号1
1,12を取り込むようになっている。
12とそれに応じた操作員によるプラント手動操作信号11
とを取り込むため、中操盤10と制御装置20との間に設け
られた信号線の制御ルール作成用端子盤41から各信号1
1,12を取り込むようになっている。
第２図は、制御ルール自動作成装置による具体的な制
御ルールの作成方法を説明する図である。尚、第２図で
は、制御装置20の図示は省略してある。例えば化学プラ
ントでは、温度，圧力，流量その他の状態量を各貯槽や
プロセス配管単位で検出し、各状態量に応じて夫々の制
御を個別に行っている。本実施例では、プロセス配管50
を流れる液体の温度を制御するために設けられた冷却器
について説明する。この冷却器は、プロセス配管50の一
部を覆う容器63と、該容器63内に液体を流すポンプ60
と、該ポンプの回転速度を制御するモータ61とを備え、
該設モータ61を制御することで、容器63に流れる流体量
を制御し、プロセス配管50に流れる液体の温度を制御す
るものである。
御ルールの作成方法を説明する図である。尚、第２図で
は、制御装置20の図示は省略してある。例えば化学プラ
ントでは、温度，圧力，流量その他の状態量を各貯槽や
プロセス配管単位で検出し、各状態量に応じて夫々の制
御を個別に行っている。本実施例では、プロセス配管50
を流れる液体の温度を制御するために設けられた冷却器
について説明する。この冷却器は、プロセス配管50の一
部を覆う容器63と、該容器63内に液体を流すポンプ60
と、該ポンプの回転速度を制御するモータ61とを備え、
該設モータ61を制御することで、容器63に流れる流体量
を制御し、プロセス配管50に流れる液体の温度を制御す
るものである。
斯かる冷却器つまり、温度制御装置であっても、起動
・停止時には、プラントの動特性が大幅に変わることか
ら、従来のPID制御方式では制御方法が複雑となってし
まう。従って、同様な制御個所を多く有する大規模な化
学プラントでは、制御システムの構築が困難となり、現
状では定常運転時のみ自動制御を行い、起動・停止は操
作員が手動で操作している。これをファジィ制御で自動
的に行う場合、制御ルールつまりメンバーシップ関数を
如何に作成するかがポイントとなる。
・停止時には、プラントの動特性が大幅に変わることか
ら、従来のPID制御方式では制御方法が複雑となってし
まう。従って、同様な制御個所を多く有する大規模な化
学プラントでは、制御システムの構築が困難となり、現
状では定常運転時のみ自動制御を行い、起動・停止は操
作員が手動で操作している。これをファジィ制御で自動
的に行う場合、制御ルールつまりメンバーシップ関数を
如何に作成するかがポイントとなる。
プロセス配管50を流れる液体の温度をある値以下とす
るために、操作員は手動にてモータ61の回転数（回転速
度）を指定操作する。このとき、操作員は、中操盤10の
各種計器を見ながらモータの回転数をどの程度にしたら
目的を達することができるかを判断するのであるが、ど
の計器の値をいかほどの割合で考慮に入れているかは明
確ではない。そこで、制御ルール自動作成装置40に入力
する測定器情報として、モータ61の回転数決定に必要と
考えられる情報以外にも、計算機が処理できる範囲内で
可能な限り多くの測定器情報を取り入れることが望まし
い。その理由は、プラント運転員が無意識のうちにモー
タ61の制御量62を決定するに参考にしている情報が存在
する可能性があるためである。
るために、操作員は手動にてモータ61の回転数（回転速
度）を指定操作する。このとき、操作員は、中操盤10の
各種計器を見ながらモータの回転数をどの程度にしたら
目的を達することができるかを判断するのであるが、ど
の計器の値をいかほどの割合で考慮に入れているかは明
確ではない。そこで、制御ルール自動作成装置40に入力
する測定器情報として、モータ61の回転数決定に必要と
考えられる情報以外にも、計算機が処理できる範囲内で
可能な限り多くの測定器情報を取り入れることが望まし
い。その理由は、プラント運転員が無意識のうちにモー
タ61の制御量62を決定するに参考にしている情報が存在
する可能性があるためである。
以下、本実施例では、プロセス配管50に設けた流量測
定器51,圧力検出器53,温度検出器55の検出信号52,54,56
のみと操作員が決定したモータ61の制御量信号62とを端
子盤41から制御ルール自動作成装置40に取り込んだ場合
について説明する。尚、前記流量測定器51〜温度検出器
55は、対象とするプラント設備の複数種の状態を検出す
るセンサに相当する。
定器51,圧力検出器53,温度検出器55の検出信号52,54,56
のみと操作員が決定したモータ61の制御量信号62とを端
子盤41から制御ルール自動作成装置40に取り込んだ場合
について説明する。尚、前記流量測定器51〜温度検出器
55は、対象とするプラント設備の複数種の状態を検出す
るセンサに相当する。
ここで、各測定器51,53,55が測定したプロセス配管50
中の液体の状態量（流量，圧力，温度）の時間的変化と
制御量との関係が、第３図に示すようになったとする。
中の液体の状態量（流量，圧力，温度）の時間的変化と
制御量との関係が、第３図に示すようになったとする。
先ず、熟練した操作員がプラント制御を手動操作した
場合、その制御量信号62と、各測定器信号52,54,56を制
御ルール自動作成装置40内に取り込んでデータ記憶装置
43に蓄積しておく。多数のデータを蓄積し、このデータ
を解析し、制御ルール化できるものであれば、制御ルー
ル化し、求めた制御ルールはルール記憶装置42に格納す
る。この制御ルールの作成について、第５図のフローチ
ャートに従って説明する。
場合、その制御量信号62と、各測定器信号52,54,56を制
御ルール自動作成装置40内に取り込んでデータ記憶装置
43に蓄積しておく。多数のデータを蓄積し、このデータ
を解析し、制御ルール化できるものであれば、制御ルー
ル化し、求めた制御ルールはルール記憶装置42に格納す
る。この制御ルールの作成について、第５図のフローチ
ャートに従って説明する。
制御ルールを作成する場合には、最初のステップでデ
ータ記憶装置43から蓄積データを読み出す。つまり、測
定値52,54,56とその時の制御量62とを対応付けて読み出
す。そして、次のステップで、測定値52と制御量62との
間、測定値54と制御量62との間、測定値56と制御量62の
間の夫々の相関係数を求め、相関係数の値が所定値以上
あるか否かを判定する。
ータ記憶装置43から蓄積データを読み出す。つまり、測
定値52,54,56とその時の制御量62とを対応付けて読み出
す。そして、次のステップで、測定値52と制御量62との
間、測定値54と制御量62との間、測定値56と制御量62の
間の夫々の相関係数を求め、相関係数の値が所定値以上
あるか否かを判定する。
次に、上記ステップで相関係数の値が所定値以上ある
と判定した測定値−制御量の関係についてのみ制御ルー
ルを作成する。この作成は、その測定値信号と制御量と
の間の回帰直線（あるいは回帰曲線）を求めることで行
う。
と判定した測定値−制御量の関係についてのみ制御ルー
ルを作成する。この作成は、その測定値信号と制御量と
の間の回帰直線（あるいは回帰曲線）を求めることで行
う。
次に、この回帰直線（曲線）の一定区間毎に、２つの
変数（測定値と制御量）間の関係の強さ（つまり、信頼
度の大きさ）を知るために、区間ごとの標準偏差の逆数
を求める。そして、最後のステップで、回帰直線（曲
線）と上記区間毎の標準偏差の逆数を制御ルールとして
ルール記憶装置に格納する。
変数（測定値と制御量）間の関係の強さ（つまり、信頼
度の大きさ）を知るために、区間ごとの標準偏差の逆数
を求める。そして、最後のステップで、回帰直線（曲
線）と上記区間毎の標準偏差の逆数を制御ルールとして
ルール記憶装置に格納する。
以上が、本実施例における制御ルールの作成手順であ
るが、更にその具体的な計算手順を説明する。尚、制御
ルール自動作成装置40に取り込まれた測定値信号の値と
制御量の値が第４図に示すようになったとして説明す
る。
るが、更にその具体的な計算手順を説明する。尚、制御
ルール自動作成装置40に取り込まれた測定値信号の値と
制御量の値が第４図に示すようになったとして説明す
る。
相関係数の計算は、制御量62の変化量をＹ、流量信号
52の通常値（50/min）からの偏差をXf、圧力信号54の
通常値（50KPa）からの偏差をXp、温度信号56の通常値
（100℃）からの偏差をXtとし、次式に従って求める。
52の通常値（50/min）からの偏差をXf、圧力信号54の
通常値（50KPa）からの偏差をXp、温度信号56の通常値
（100℃）からの偏差をXtとし、次式に従って求める。
但し、ここで、▲▼はXnの平均値、▲▼はＹの
平均値であり、χｎ＝Xn−▲▼,y＝Ｙ−▲▼であ
る。尚、以下の式で、ｎ＝ｆの場合は測定値が流量の場
合を示し、ｎ＝p,n＝ｔの場合は夫々圧力，温度の場合
を示す。
平均値であり、χｎ＝Xn−▲▼,y＝Ｙ−▲▼であ
る。尚、以下の式で、ｎ＝ｆの場合は測定値が流量の場
合を示し、ｎ＝p,n＝ｔの場合は夫々圧力，温度の場合
を示す。
本実施例における制御ルールの作成は、制御量を増加
させる場合と、減少させる場合に分けて行う。この場
合、各２変数（測定値と制御量）間の相関係数を次の変
数によって表すこととする。
させる場合と、減少させる場合に分けて行う。この場
合、各２変数（測定値と制御量）間の相関係数を次の変
数によって表すこととする。
rf＋：制御量62を増加させる場合の制御量62の変化量Ｙ
と流量信号52の通常値からの左Xfとの相関係数。
と流量信号52の通常値からの左Xfとの相関係数。
rf−：制御量62を減少させる場合の前記変化量Ｙと前記
の差Xfとの相関係数。
の差Xfとの相関係数。
fp＋：制御量62を増加させる場合の制御量62の変化量Ｙ
と圧力信号54の通常値からの差Xpとの相関係数。
と圧力信号54の通常値からの差Xpとの相関係数。
rp−：制御量62を減少させる場合の前記変化量Ｙと前記
の差Xpとの相関係数。
の差Xpとの相関係数。
rt＋：制御量62を増加させる場合の制御量62の変化量Ｙ
と温度信号56通常値からの差Xtとの相関係数。
と温度信号56通常値からの差Xtとの相関係数。
rt−：制御量62を減少させる場合の前記変化量Ｙと前記
の差Xtとの相関係数。
の差Xtとの相関係数。
第４図に示すデータを使用して第（１）式から各相関
係数を求めると、以下の様になる。
係数を求めると、以下の様になる。
Σ（Xf−▲▼）（Ｙ−▲▼）＝102 Σ（Xf−▲▼）２＝10.56 Σ（Ｙ−）２＝1216 ゆえに、 となる。同様に、他の相関係数は、 rf−＝0.815 rp＋＝0.30 rp−＝−0.003 rt＋＝0.92 rt−＝0.95 となる。
本実施例では、相関係数の値が0.5以上のものについ
て制御ルール化する。従って、0.5以上となる相関係数
は、rf＋,rf−,rt＋,rt−の４つである。つまり、流量
信号の増加，減少と制御量との関係、温度信号の増加，
減少と制御量との関係を制御ルール化する。圧力につい
ては制御量との相関度が小さいので、制御ルール化はし
ない。前述したように、どの種類の測定値が制御量と関
係があるかは未知のため、可能な限り多数種類の測定器
情報を入力する必要があるが、入力した情報のうちこの
相関度の小さいものは除外することで、不要な情報は排
除できる。
て制御ルール化する。従って、0.5以上となる相関係数
は、rf＋,rf−,rt＋,rt−の４つである。つまり、流量
信号の増加，減少と制御量との関係、温度信号の増加，
減少と制御量との関係を制御ルール化する。圧力につい
ては制御量との相関度が小さいので、制御ルール化はし
ない。前述したように、どの種類の測定値が制御量と関
係があるかは未知のため、可能な限り多数種類の測定器
情報を入力する必要があるが、入力した情報のうちこの
相関度の小さいものは除外することで、不要な情報は排
除できる。
上述したように、相関度の大きいものの制御ルールを
作成するのであるが、そのルールの概要は次の様にな
る。
作成するのであるが、そのルールの概要は次の様にな
る。
ルール1:もし流量信号52が通常値より増加したなら、制
御量も増加させる。
御量も増加させる。
ルール2:もし流量信号52が通常値より減少したなら、制
御量も減少させる。
御量も減少させる。
ルール3:もし温度信号56が通常値より増加したなら、制
御量を増加させる。
御量を増加させる。
ルール4:もし温度信号56が通常値より減少したなら、制
御量を減少させる。
御量を減少させる。
このルールは一般的傾向を述べただけであり、具体的
に、差Xnがどの程度のとき制御変化量Ｙをどの程度にし
たらよいかはわからない。この差Xnと変化量Ｙとの関係
をグラフ上にプロットした場合、例えば第６図のように
なったとする。そこで、本実施例では、前述した様に、
最小二乗法等により回帰直線を求める。
に、差Xnがどの程度のとき制御変化量Ｙをどの程度にし
たらよいかはわからない。この差Xnと変化量Ｙとの関係
をグラフ上にプロットした場合、例えば第６図のように
なったとする。そこで、本実施例では、前述した様に、
最小二乗法等により回帰直線を求める。
−次に、ルール１の回帰直線ｆ（Xf）１の算出方法に
ついて説明する。回帰直線ｆ（Xf）１は次の第３式，第
４式，第５式により求められる。
ついて説明する。回帰直線ｆ（Xf）１は次の第３式，第
４式，第５式により求められる。
ｆ（Xf）１＝a1＋b1Xf ……（３） 従って、ルール１の回帰直線は、第４図のデータを用
いて計算すると、 ΣXf＝44.2、 ΣＹ＝216、 ΣXfY＝1295.4、 ΣXf2＝254.76 となる。
いて計算すると、 ΣXf＝44.2、 ΣＹ＝216、 ΣXfY＝1295.4、 ΣXf2＝254.76 となる。
この第６式は、プラント運転員の実プラントでの操作
とプラントに設置された測定器からの情報を基に求めた
関係式であり、第２式により２つの情報間には相関があ
ることが確認されている。しかしながら、第６式におけ
る総ての点で高い相関がある訳ではなく、場所によって
はあまり高い相関のないこともある。例えば、第６図に
示すようなデータが得られることがあり、この場合に
は、中間部分において回帰直線からデータがバラツキこ
の中間部分での相関度は小さくなっている。
とプラントに設置された測定器からの情報を基に求めた
関係式であり、第２式により２つの情報間には相関があ
ることが確認されている。しかしながら、第６式におけ
る総ての点で高い相関がある訳ではなく、場所によって
はあまり高い相関のないこともある。例えば、第６図に
示すようなデータが得られることがあり、この場合に
は、中間部分において回帰直線からデータがバラツキこ
の中間部分での相関度は小さくなっている。
そこで次に、第６式において、変数領域を所定数の区
間に分け、各区間毎に、偏差Xfは変位量Ｙとの間の関係
を求める。本実施例では、各区間毎に標準偏差σの逆数
1/σを求めることにする。
間に分け、各区間毎に、偏差Xfは変位量Ｙとの間の関係
を求める。本実施例では、各区間毎に標準偏差σの逆数
1/σを求めることにする。
ルール１において、回帰直線ｆ（Xf）１を３つの区間
０〜20（区間Ｉ）,20〜40（区間II）,40〜60（区間II
I）に分け、各区間において第６式からのずれ（前記の1
/σ）を求める。ここで、1/σは次式７で表される。
０〜20（区間Ｉ）,20〜40（区間II）,40〜60（区間II
I）に分け、各区間において第６式からのずれ（前記の1
/σ）を求める。ここで、1/σは次式７で表される。
この第７式から各区間での値は次の様になる。
区間I:0〜20 この区間のデータ点（Xf,Y）は、第４図のデータに従
うと、データ番号12,15の（3,5），（5,15）であるた
め、Ｎ＝２で 区間II:20〜40 この区間のデータ点は、第４図のデータ番号4,5,9,1
0,14の５点（6,30），（5.6,33），（5,25）（6.2、2
8），（6.4,30）であるので、Ｎ＝５で 区間III:40〜60 この区間のデータ点は、第４図のデータ番号１の（7,
50）の一点であるので、Ｎ＝１で となる。
うと、データ番号12,15の（3,5），（5,15）であるた
め、Ｎ＝２で 区間II:20〜40 この区間のデータ点は、第４図のデータ番号4,5,9,1
0,14の５点（6,30），（5.6,33），（5,25）（6.2、2
8），（6.4,30）であるので、Ｎ＝５で 区間III:40〜60 この区間のデータ点は、第４図のデータ番号１の（7,
50）の一点であるので、Ｎ＝１で となる。
同様の手順により、各ルール各区間毎に回帰直線と1/
σを算出すると、 ルール1: ｆ（Xf）１＝−26.39＋9.66Xf 1/σ（０〜20）＝0.20 1/σ（20〜40）＝0.223 1/σ（40〜60）＝0.114 ルール2: ｆ（Xf）２＝1.49＋10.76Xf 1/σ（ 0〜−20）＝…… 1/σ（−20〜−40）＝…… 1/σ（−40〜−60）＝…… ルール3: ｆ（Xt）３＝−12.92＋2.42Xt 1/σ（ 0〜20）＝0.34 1/σ（20〜40）＝…… 1/σ（40〜60）＝…… ルール4: ｆ（Xt）４＝6.88＋1.83Xt 1/σ（ 0〜−20）＝…… 1/σ（−20〜−40）＝…… 1/σ（−40〜−60）＝…… となる。尚、1/σの値のうち“……”でしめした個所
は、実際には数値であるが、その値は後の説明で不要な
ため省略してある。
σを算出すると、 ルール1: ｆ（Xf）１＝−26.39＋9.66Xf 1/σ（０〜20）＝0.20 1/σ（20〜40）＝0.223 1/σ（40〜60）＝0.114 ルール2: ｆ（Xf）２＝1.49＋10.76Xf 1/σ（ 0〜−20）＝…… 1/σ（−20〜−40）＝…… 1/σ（−40〜−60）＝…… ルール3: ｆ（Xt）３＝−12.92＋2.42Xt 1/σ（ 0〜20）＝0.34 1/σ（20〜40）＝…… 1/σ（40〜60）＝…… ルール4: ｆ（Xt）４＝6.88＋1.83Xt 1/σ（ 0〜−20）＝…… 1/σ（−20〜−40）＝…… 1/σ（−40〜−60）＝…… となる。尚、1/σの値のうち“……”でしめした個所
は、実際には数値であるが、その値は後の説明で不要な
ため省略してある。
制御ルールを自動作成する場合、本実施例では、制御
ルール自動作成装置により、自動的に測定器データと手
動操作による制御量データを取り込み、蓄積されたデー
タ量がある程度たまったときに、自動的に演算処理装置
が回帰直線,1/σの算出を行い、作成した制御ルールを
ルール記憶装置43に格納するため、保守員は、定期的
に、あるいは必要に応じて、記憶装置43の内容を読み出
すだけで、目的の制御ルールを得ることができる。しか
し、この制御ルール自動作成装置がなければ、上述した
ように制御ルールを作成することができない訳ではな
い。必要なのは、実際の測定器データとそのときの手動
操作による制御量データであるため、プラントに例えば
磁気記録装置を設置して各データを磁気テープ等に記録
しておき、後でこのデータを上述したように解析して制
御ルールを作成してもよいことはいうまでもない。
ルール自動作成装置により、自動的に測定器データと手
動操作による制御量データを取り込み、蓄積されたデー
タ量がある程度たまったときに、自動的に演算処理装置
が回帰直線,1/σの算出を行い、作成した制御ルールを
ルール記憶装置43に格納するため、保守員は、定期的
に、あるいは必要に応じて、記憶装置43の内容を読み出
すだけで、目的の制御ルールを得ることができる。しか
し、この制御ルール自動作成装置がなければ、上述した
ように制御ルールを作成することができない訳ではな
い。必要なのは、実際の測定器データとそのときの手動
操作による制御量データであるため、プラントに例えば
磁気記録装置を設置して各データを磁気テープ等に記録
しておき、後でこのデータを上述したように解析して制
御ルールを作成してもよいことはいうまでもない。
上述した実施例では、制御量信号62と測定器信号52,5
4,56の関係が比較的一次式の形に表現しやすかったた
め、相関係数によりその相関度の強さを判断し、回帰直
線によりその関係を式で表したが、これらの関係が一次
式の形で表し難い場合には、相関係数の代わりに相関指
数を用い、回帰直線の代わりに回帰曲線を用いる方がよ
い。その適用方法は、本実施例と同じであり、異なるの
は、制御ルール作成に使用する数式だけである。
4,56の関係が比較的一次式の形に表現しやすかったた
め、相関係数によりその相関度の強さを判断し、回帰直
線によりその関係を式で表したが、これらの関係が一次
式の形で表し難い場合には、相関係数の代わりに相関指
数を用い、回帰直線の代わりに回帰曲線を用いる方がよ
い。その適用方法は、本実施例と同じであり、異なるの
は、制御ルール作成に使用する数式だけである。
また、回帰直線（曲線）上の各点における２つの変数
間の相関を表す方法として、本実施例では、標準偏差の
逆数を用いたが、それ以外にも、分散の逆数、１−標準
偏差、相関係数や相関指数その他を用いることができ
る。
間の相関を表す方法として、本実施例では、標準偏差の
逆数を用いたが、それ以外にも、分散の逆数、１−標準
偏差、相関係数や相関指数その他を用いることができ
る。
これらの計算方法は、実施例で示した1/σ同様、一般
的に良く知られている数学的な手法であるため、計算例
については省略するが、制御対象の特性に合わせて最適
な方法を選択する必要があることは勿論である。
的に良く知られている数学的な手法であるため、計算例
については省略するが、制御対象の特性に合わせて最適
な方法を選択する必要があることは勿論である。
次に、上述のようにして作成した制御ルールを用いて
行うファジィ制御について説明する。本実施例のファジ
ィ制御装置は、第１図の制御装置のAI制御部21にある記
憶装置22に、制御ルールを格納することで機能する。
行うファジィ制御について説明する。本実施例のファジ
ィ制御装置は、第１図の制御装置のAI制御部21にある記
憶装置22に、制御ルールを格納することで機能する。
ファジィ制御によりプラントを自動制御する場合、AI
制御部21は、各測定器51,53,55からのデータを取り込
み、これらの測定値の通常値からの偏差Xnからモータ61
の制御変化量Ｙを算出して制御量信号62を作り、モータ
61の指令信号とする。上述した制御ルールによれば、流
体圧力は相関係数が小さいので、制御量信号作成には考
慮しないことになっている、そこで、AI制御部21は、流
量と温度とにより、モータ速度を制御することになる。
制御部21は、各測定器51,53,55からのデータを取り込
み、これらの測定値の通常値からの偏差Xnからモータ61
の制御変化量Ｙを算出して制御量信号62を作り、モータ
61の指令信号とする。上述した制御ルールによれば、流
体圧力は相関係数が小さいので、制御量信号作成には考
慮しないことになっている、そこで、AI制御部21は、流
量と温度とにより、モータ速度を制御することになる。
今仮りに、流量計51からの測定信号52が通常値より３
/min（＝Xf）高く、温度計55からの測定信号56が通常
値より15℃（＝Xt）高かったとする。この測定値信号5
2,56を取り込んだAI制御部21は、前述したルール１とル
ール３を使用して、次の様に制御変化量Ｙを決定する。
/min（＝Xf）高く、温度計55からの測定信号56が通常
値より15℃（＝Xt）高かったとする。この測定値信号5
2,56を取り込んだAI制御部21は、前述したルール１とル
ール３を使用して、次の様に制御変化量Ｙを決定する。
ルール１から、Xf＝３/minの場合の変化量がＹ＝2.
59として求まり、このときの1/σが0.2である。また、
ルール３から、Xt＝15℃の場合の変化量がＹ＝23.38と
して求まり、このときの1/σは0.34である。従って、求
める制御変化量Ｙは、２つのルールで求めた値に夫々の
1/σを重みとして重率平均を求めればよく、その結果
は、 となる。
59として求まり、このときの1/σが0.2である。また、
ルール３から、Xt＝15℃の場合の変化量がＹ＝23.38と
して求まり、このときの1/σは0.34である。従って、求
める制御変化量Ｙは、２つのルールで求めた値に夫々の
1/σを重みとして重率平均を求めればよく、その結果
は、 となる。
従って、この場合には、制御信号62を＋15.7％増加さ
せることで、熟練した操作員と同様の制御が可能とな
る。
せることで、熟練した操作員と同様の制御が可能とな
る。
以上述べたように、本実施例によれば、プラント操作
員を制御ルール作成のために長時間拘束する必要がなく
なり、更に、大量の制御ルールを自動的に作成すること
ができる。また、作成された制御ルールは、客観的なも
のであり、誰が作成しても実施例で示した手順に従えば
同一のルールを作成することができ、作成者の感性や知
識程度に依存することがなく、実機での調整時間を大幅
に短縮することができる。従い、大規模なプラントにお
ける制御ルール作成時間を大幅に短縮でき、動特性の大
きく変動する起動・停止を含めたプラント全体にわたる
制御ルールの作成が可能となる。
員を制御ルール作成のために長時間拘束する必要がなく
なり、更に、大量の制御ルールを自動的に作成すること
ができる。また、作成された制御ルールは、客観的なも
のであり、誰が作成しても実施例で示した手順に従えば
同一のルールを作成することができ、作成者の感性や知
識程度に依存することがなく、実機での調整時間を大幅
に短縮することができる。従い、大規模なプラントにお
ける制御ルール作成時間を大幅に短縮でき、動特性の大
きく変動する起動・停止を含めたプラント全体にわたる
制御ルールの作成が可能となる。
尚、実施例では、熟練した操作員による操作入力情報
を取り込んだが、自動制御による操作情報を取り込んで
これを制御ルール化する場合にも、本実施例の制御ルー
ル作成方法や制御ルール作成装置を適用することも可能
である。
を取り込んだが、自動制御による操作情報を取り込んで
これを制御ルール化する場合にも、本実施例の制御ルー
ル作成方法や制御ルール作成装置を適用することも可能
である。
［発明の効果］ 本発明によれば、ルール作成者に依存しない客観的な
制御ルールを熟練操作員の記憶に頼ることなく自動的に
短時間に作成できるという効果がある。
制御ルールを熟練操作員の記憶に頼ることなく自動的に
短時間に作成できるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例に係る制御ルール自動作成装
置を備えたプラント制御設備の構成図、第２図は第１図
に示す制御ルール自動作成装置による制御ルール作成方
法の説明図、第３図は制御変化量と流量，圧力，温度の
各測定値信号との関係を示す図、第４図は測定値データ
の説明図、第５図は制御ルール作成手順を示すフローチ
ャート、第６図は測定値と制御変化量との間の回帰直線
及び標準偏差の逆数を示すグラフである。 10……中操盤、11……操作信号、12……検出信号、20…
…制御装置、21……AI制御部（ファジィ制御部）、22…
…記憶装置、23……操作信号、24……測定器信号、30…
…プラント、40……制御ルール自動作成装置、41……制
御ルール作成用端子盤、42……ルール記憶装置、43……
データ記憶装置、51……流量計、53……圧力計、55……
温度計、60……ポンプ、61……モータ、62……制御量信
号。
置を備えたプラント制御設備の構成図、第２図は第１図
に示す制御ルール自動作成装置による制御ルール作成方
法の説明図、第３図は制御変化量と流量，圧力，温度の
各測定値信号との関係を示す図、第４図は測定値データ
の説明図、第５図は制御ルール作成手順を示すフローチ
ャート、第６図は測定値と制御変化量との間の回帰直線
及び標準偏差の逆数を示すグラフである。 10……中操盤、11……操作信号、12……検出信号、20…
…制御装置、21……AI制御部（ファジィ制御部）、22…
…記憶装置、23……操作信号、24……測定器信号、30…
…プラント、40……制御ルール自動作成装置、41……制
御ルール作成用端子盤、42……ルール記憶装置、43……
データ記憶装置、51……流量計、53……圧力計、55……
温度計、60……ポンプ、61……モータ、62……制御量信
号。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−293401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−127105（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−111937（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−59491（ＪＰ，Ｕ) 菅野道夫、「システムのファジィモデ リング」、システムと制御チュートリア ル講座 ’87「制御工学へのガイド・ラ イン（最新のモデリング理論とＫｎｏｗ −Ｈｏｗ）」テキスト、日本自動制御協 会、昭和63年３月22日特許庁資料館受 入、Ｐ79−98 廣田薫、外１名「ファジィクラスタリ ングを用いたファジィ制御規則の同 定」、第５回ファジィシステムシンポジ ウム講演論文集、国際ファジィシステム 学会（ＩＦＳＡ）日本支部，平成元年６ 月２日、Ｐ．253−258 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 13/00 - 13/04 G06F 9/44 554 G06F 9/44 580 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】プラント設備のプラント操作データと、こ
れに対応する複数種類のプラント状態データとを取り込
む手段と、 前記プラント操作データの変化量及び前記プラント状態
データの通常値からの偏差に基づいて前記変化量と前記
偏差の関係を示す回帰直線又は回帰曲線を各プラント状
態データ毎に１つの関数として求める手段と、 前記変化量に対して分割された各区間毎に、前記回帰直
線又は回帰曲線からの標準偏差の逆数により該当する前
記プラント操作データに対する重みを求める手段と、 前記プラント設備に設けられたセンサから入力した複数
種類のプラント状態データ及びそれぞれに対応した前記
回帰直線又は回帰曲線を用いて複数のプラント操作デー
タを演算し、演算された各プラント操作データに対して
個々に前記重みにより重み付けし、重み付けされた複数
のプラント操作データを合成して前記センサから入力し
たプラント状態データに対応したプラント操作データを
求める制御ルールを作成する手段と、 この作成された前記制御ルールを記憶する手段とを備え
たことを特徴とする制御ルール作成装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1260296A JP2978184B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 制御ルール作成装置 |
| US07/591,892 US5528730A (en) | 1989-10-06 | 1990-10-02 | Method of control rule generation and method of fuzzy control using the same, and apparatus for automatic control rule generation and fuzzy control apparatus using the same |
| EP19900310890 EP0421793A3 (en) | 1989-10-06 | 1990-10-04 | Method of control rule generation and method of fuzzy control using the same, and apparatus for automatic control rule generation and fuzzy control apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1260296A JP2978184B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 制御ルール作成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03123903A JPH03123903A (ja) | 1991-05-27 |
| JP2978184B2 true JP2978184B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=17346075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1260296A Expired - Fee Related JP2978184B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 制御ルール作成装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5528730A (ja) |
| EP (1) | EP0421793A3 (ja) |
| JP (1) | JP2978184B2 (ja) |
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| JP2978184B2 (ja) * | 1989-10-06 | 1999-11-15 | 株式会社日立製作所 | 制御ルール作成装置 |
| JP2686391B2 (ja) * | 1991-12-24 | 1997-12-08 | 山武ハネウエル株式会社 | 非線形制御装置及びこれに用いられる演算装置 |
| CA2129510C (en) * | 1993-10-21 | 1999-04-13 | Sasisekharan Raguram | Automatic temporospatial pattern analysis and prediction in a telecommunications network using rule induction |
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| US7522088B2 (en) * | 2005-10-31 | 2009-04-21 | Passur Aerospace, Inc. | System and method for monitoring airspace |
| KR101064908B1 (ko) * | 2008-11-12 | 2011-09-16 | 연세대학교 산학협력단 | 신규의 희생층 재료를 이용한 기판 상에서의 나노와이어 패터닝 방법 |
| BRPI1007633A2 (pt) * | 2009-04-30 | 2016-02-23 | Ge Infrastructure South Africa Proprietary Ltd | método para estabelecer um sistema de suporte de decisão de processo, sistema de suporte de decisão de processo e novo método |
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| US8707855B2 (en) | 2011-05-09 | 2014-04-29 | Eko Brands, Llc | Beverage Brewing Device |
| CN102829226B (zh) * | 2012-09-06 | 2013-12-04 | 中南大学 | 一种余热回收三通阀开度模糊专家控制方法 |
| JP6320203B2 (ja) * | 2014-07-03 | 2018-05-09 | アズビル株式会社 | Ｐｉｄコントローラおよびデータ収集方法 |
| US10241969B2 (en) * | 2014-08-18 | 2019-03-26 | Hitachi, Ltd. | Data processing system and data processing method |
| US10838376B2 (en) * | 2015-09-10 | 2020-11-17 | I.Systems Automação Industrial S.A | Method of generating fuzzy knowledge base for a programmable fuzzy controller |
| WO2019087374A1 (ja) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | 株式会社日立製作所 | 制御装置 |
| USD1055632S1 (en) | 2021-02-26 | 2024-12-31 | Universal Coffee LLC | Reusable filter cartridge |
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|---|---|---|---|---|
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| US4816994A (en) * | 1984-12-04 | 1989-03-28 | Tektronix, Inc. | Rule acquisition for expert systems |
| JPH0734162B2 (ja) * | 1985-02-06 | 1995-04-12 | 株式会社日立製作所 | 類推制御方法 |
| JPS6274158A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-04 | Hitachi Ltd | 回路変換方式 |
| US4754410A (en) * | 1986-02-06 | 1988-06-28 | Westinghouse Electric Corp. | Automated rule based process control method with feedback and apparatus therefor |
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| 菅野道夫、「システムのファジィモデリング」、システムと制御チュートリアル講座 ’８７「制御工学へのガイド・ライン（最新のモデリング理論とＫｎｏｗ−Ｈｏｗ）」テキスト、日本自動制御協会、昭和６３年３月２２日特許庁資料館受入、Ｐ７９−９８ |
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