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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024172918
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】処理装置、処理方法、およびプログラム
(51)【国際特許分類】
G05B 11/36 20060101AFI20241205BHJP
G05B 13/04 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
G05B11/36 K
G05B13/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023090977
(22)【出願日】2023-06-01
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090273
【弁理士】
【氏名又は名称】國分 孝悦
(72)【発明者】
【氏名】藤井 章
(72)【発明者】
【氏名】竹島 将太
(72)【発明者】
【氏名】高橋 直暉
【テーマコード（参考）】
5H004
【Ｆターム（参考）】
5H004GA06
5H004GB01
5H004GB20
5H004HA01
5H004HB01
5H004KA42
5H004KA43
5H004KA52
5H004KC27
(57)【要約】
【課題】 制御対象を制御する際に操作量が急激に変動することを抑制する。
【解決手段】 処理装置１００は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対してバンド幅ＢＷを設定し、設定したバンド幅ＢＷに炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値が入るための投入熱量Ｑｉｎの範囲である操作範囲ＯＲを設定し、設定した操作範囲ＯＲ内から、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。
【選択図】 図１
【解決手段】 処理装置１００は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対してバンド幅ＢＷを設定し、設定したバンド幅ＢＷに炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値が入るための投入熱量Ｑｉｎの範囲である操作範囲ＯＲを設定し、設定した操作範囲ＯＲ内から、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理装置であって、
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定部と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定部と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定部と、
を備える処理装置。
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定部と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定部と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定部と、
を備える処理装置。
【請求項2】
前記操作量決定部は、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値を用いて、前記操作量を決定する、請求項１に記載の処理装置。
【請求項3】
前記操作量決定部は、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と目標値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値を算出する、請求項２に記載の処理装置。
【請求項4】
前記操作量決定部は、前記操作範囲内の複数の値と、前記操作量に対する当該複数の値の相対的な重要度を示す重み係数と、に基づいて、前記操作量を決定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項5】
前記複数の値は、前記制御量の予測値が前記バンド幅の上限値になるときの前記操作量の予測値と、前記制御量の予測値が前記バンド幅の下限値に対応する値になるときの前記操作量の予測値に基づく値と、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値と、を用いて定められる値を含む、請求項４に記載の処理装置。
【請求項6】
前記操作量決定部は、前記操作量の実績値を用いて表される前記操作量の時間変化に基づいて、前記操作量を決定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項7】
前記バンド幅設定部は、前記操作量に対する前記制御量の時間応答と、前記制御量の予測精度と、前記制御量の目標値と、前記制御対象の操業実績と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいて前記バンド幅を設定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項8】
前記操作範囲設定部は、前記制御量の予測値が前記バンド幅の上限値に対応する値であるバンド幅上限値になるときの前記操作量の予測値を前記操作範囲の上限値として設定することと、前記制御量の予測値が前記バンド幅の下限値に対応する値であるバンド幅下限値になるときの前記操作量の予測値を前記操作範囲の下限値として設定することと、のうち、少なくとも一方を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項9】
前記操作範囲設定部は、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と前記バンド幅の上限値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が前記バンド幅上限値になるときの前記操作量の予測値を算出することと、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と前記バンド幅の下限値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が前記バンド幅下限値になるときの前記操作量の予測値を算出することと、のうち、少なくとも一方を行う、請求項８に記載の処理装置。
【請求項10】
前記制御対象は、相前後して加熱される加熱対象に対し連続的に加熱制御を行うことが可能な工業炉を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項11】
前記制御対象は、非定常操業時において加熱制御が行われることがある工業炉を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置。
【請求項12】
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理方法であって、
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定工程と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定工程と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定工程と、
を備える処理方法。
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定工程と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定工程と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定工程と、
を備える処理方法。
【請求項13】
請求項１～３のいずれか１項に記載の処理装置の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、処理装置、処理方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する技術として特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、制御量の予測値が許容範囲を超えて、現在の操作対象の操作量の上限まで操作しても制御量が目標値に達しないような場合、新たな操作対象を検索し、検索した新たな操作対象に関してモデル予測制御を行って最適操作量を探索することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－１７２２７３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、特許文献１に記載の技術では、検索した操作対象の最適操作量を探索する際に、制御量の予測値が目標値に近いほど評価が高くなる評価関数の値が最小または最大になる操作量を最適操作量として検索する。したがって、例えば、プロセスの状態変化を予測する予測モデルによる予測誤差が大きい場合、当該大きい予測誤差を打ち消すために急激に変動する操作量が最適操作量として算出され得る。このような最適操作量で操作した場合、操作量がハンチングする虞がある。
【0005】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、制御対象を制御する際に操作量が急激に変動することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の処理装置は、制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理装置であって、前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定部と、前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定部と、前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定部と、を備える。
【0007】
本発明の処理方法は、制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理方法であって、前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定工程と、前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定工程と、前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定工程と、を備える。
【0008】
本発明のプログラムは、前記処理装置の各部としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を制御量の目標値に対して設定し、設定したバンド幅に制御量の予測値が入るための操作量の範囲である操作範囲を設定し、設定した操作範囲内から、制御対象に与える操作量を決定する。したがって、制御対象に与える操作量を決定する際に、バンド幅の範囲内であれば制御量が目標値からずれることを許容することが出来る。よって、制御量が過度に目標値に近づく（または一致する）ように操作量が決定されることを抑制することが出来る。これにより、操作量が急激に変動することを抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】処理装置の機能的な構成の一例を示す図である。
【図2】コークス製造プロセスの一例を示す図である。
【図3A】炉団温度の一例を説明する図である。
【図3B】コークスが炭化室から押し出されている様子の一例を示す図である。
【図4】コークス温度、炉団温度、投入熱量、および乾留時間と時間との関係の一例を示す図である。
【図5】中心目標炉温軌道の一例を示す図である。
【図6】バンド幅の一例を示す図である。
【図7】操作範囲および操作量の一例を説明する図である。
【図8】燃焼室に投入する投入熱量の算出方法の一例を説明する図である。
【図9】処理方法の一例を説明するフローチャートである。
【図10】炉団温度および投入熱量の時間変化の第１の計算結果（ｋ＝０の場合の計算結果）を示す図である。
【図11】炉団温度および投入熱量の時間変化の第２の計算結果（ｋ＝１の場合の計算結果）を示す図である。
【図12】炉団温度および投入熱量の時間変化の第３の計算結果（ｋ＝０．８の場合の計算結果）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。なお、長さ、位置、大きさ、間隔等、比較対象が同じであることは、厳密に同じである場合の他、発明の主旨を逸脱しない範囲で異なるもの（例えば、設計時に定められる公差の範囲内で異なるもの）も含むものとする。
【0012】
図１は、処理装置１００の機能的な構成の一例を示す図である。処理装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等、一またはそれ以上の数のハードウェアプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一またはそれ以上の数のメモリと、をハードウェアとして有し、メモリに格納される一またはそれ以上の数のプログラムを一またはそれ以上の数のハードウェアプロセッサにより実行することで各種の演算を実行する。さらに、処理装置１００は、入力装置および出力装置をハードウェアとして有する。
【0013】
処理装置１００は、制御対象に対する操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定するための処理を行う。制御対象は限定されないが、本実施形態では、制御対象がコークス炉を含むコークス製造プロセスである場合を例示する（制御対象の変形例については＜変形例＞の欄で後述する）。
【0014】
そこで、まず、図２、図３Ａ、および図３Ｂを参照して、コークス製造プロセスの一例の概要を説明する。図２は、コークス炉を含むコークス製造プロセスの一例を示す図である。図３Ａは、炉団温度の一例を説明する図である。図３Ｂは、コークスが炭化室から押し出されている様子の一例を示す図である。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、内部を透視した様子を示す。
【0015】
図２および図３Ａに示すように、コークス炉１では、炭化室（窯）２と燃焼室３とが炉壁４を介して交互に配置されている。炭化室２は、装炭された石炭を乾留してコークスを得る。燃焼室３は、燃料ガスを燃焼させることにより、炭化室２を高温に保つ。
【0016】
コークス炉１によるコークス製造プロセスにおいて、窯出し装炭作業には、所謂ブロック窯出し法が採用される。窯出し装炭作業は、図３Ｂに示すような押出ラム７により炭化室２からコークスを押し出し、引き続きその炭化室２に石炭を供給する作業である。ブロック窯出し法では、全ての炭化室２をＤａ個（Ｄａは２以上の整数）の通りに分割し、分割した通りの単位で窯出し装炭作業が実行される。炭化室２の並び順でＤａ個置きの複数の炭化室２が同一の通りに属するように各炭化室２がいずれかの通りに割り当てられる。例えば、Ｄａが５である場合、１の通りに炭化室Ｎｏ．１、６、１１、１６、・・・の炭化室２が割り当てられ、２の通りに炭化室Ｎｏ．２、７、１２、１７、・・・の炭化室２が割り当てられ、３の通りに炭化室Ｎｏ．３、８、１３、１８、・・・の炭化室２が割り当てられ、４の通りに炭化室Ｎｏ．４、９、１４、１９、・・・の炭化室２が割り当てられ、５の通りに炭化室Ｎｏ．５、１０、１５、２０、・・・の炭化室２が割り当てられる。通り単位で、若番の炭化室２から順に窯出し装炭作業が実行される。例えば、１の通りに割り当てられた炭化室２の窯出し装炭作業は、炭化室Ｎｏ．１の炭化室２、炭化室Ｎｏ．６の炭化室２、炭化室Ｎｏ．１１の炭化室２、炭化室Ｎｏ．１６の炭化室２、・・・の順に実行される。また、窯出し装炭順序は、急激な温度低下を防止するために、例えば１の通り、３の通り、５の通り、２の通り、４の通りの順とする。或る通りで窯出し装炭作業を終了したタイミングから、次の通りで窯出し装炭作業を終了するタイミングまでの時間を通り時間と称する。通り時間は、一般的に３～６時間程度になる。なお、本実施形態は、ブロック窯出し法に限定されない。例えば、以下の説明において、通り（ブロック）を個々の炭化室２として扱えば、１つの炭化室２の単位で窯出し装炭作業を実行する場合についても適用することができる。
【0017】
また、コークス炉製造プロセスにおいては、全燃焼室３の投入熱量を一括で調整し、各通りの平均的な乾留状態を制御する炉団制御が実行される。すなわち、コークス炉１への投入熱量は、全燃焼室３に対して設置された１個の調整弁５を操作することにより制御される。調整弁５は、燃料ガスおよび燃焼用空気の混合気体の流量を調整するための弁である。また、調整弁５は、処理装置１００の制御下で、不図示のアクチュエータを介して操作される。全燃焼室３の温度の代表値は、炉団温度と称される。例えば、図３Ａに示すように全燃焼室３のうちの複数の燃焼室３に、燃焼室３の雰囲気温度を測定する温度計６を設置し、温度計６が設置された燃焼室３の平均温度を炉団温度とする。本実施形態では、コークス炉１の燃焼室３における温度である炉温が炉団温度である場合を例示する。なお、本実施形態の手法は、全燃焼室３の投入熱量を一括で調整する場合に限定されない。例えば、１つの炭化室２の単位で窯出し装炭作業を実行する場合、各燃焼室３に調整弁およびアクチュエータを設置し、炭化室２ごとに乾留状態（投入熱量）を制御しても良い。
【0018】
コークス製造プロセスにおいては、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れが長い。このため、燃焼室３における燃焼制御として、将来のプロセスの状態変化を予測モデルで予測しながら投入熱量を最適化するモデル予測制御を行うことが好ましい。そこで本実施形態では、処理装置１００がモデル予測制御を行うことにより投入熱量を操作量として決定する場合を例示する。
【0019】
ここで、コークス炉１の定常操業時においては、窯出し装炭作業（装炭作業および押出作業）は、ほぼ一定の周期で繰り返される。一方、設備のメンテンナンス等により窯出し装炭作業を一時的に休止する場合、非定常操業が行われる。コークス炉１では、非定常操業時においても燃焼制御が行われる。非定常操業は頻繁に行われるものではない。したがって、予測モデルの学習用に長期間の実績データを得ることが容易ではない。よって、モデル予測制御を行う場合、予測モデルによる予測誤差が大きくなり易い。このように予測誤差が大きい予測モデルを用いると、当該大きい予測誤差を打つ消すために急激に変動する投入熱量が算出される虞がある。このようにして算出された投入熱量を燃焼室３に対する操作量とすると、投入熱量がハンチングする虞がある。投入熱量がハンチングすると、燃料ガスの流量の急激な変動により燃料コストが上がるとともにＣＯ2ガスの排出量が大きくなる虞がある。また、投入熱量のハンチングにより炉壁４の温度が急激に変化するため、炉壁４を構成する耐火物の劣化の進行が早まる虞がある。また、燃焼用空気の高温燃焼によりＮＯｘ（窒化酸化物）ガスの排出量が大きくなる虞がある。また、燃料ガスおよび燃焼用空気の流量のバランスが不安定になることで不完全燃焼による黒煙の排出量が大きくなる虞がある。
【0020】
本実施形態では、これらの課題を解決するため、処理装置１００が非定常操業時における投入熱量を操作量として決定する場合を例示する。そこで、以下に、コークス炉１における非定常操業の一例を説明する。
前述したように定常操業においては、窯出し装炭作業が、通り時間に対応するほぼ一定の周期で繰り返し実行される。これに対し、非定常操業においては、設備のメンテンナンス等により窯出し装炭作業を一時的に休止する。そこで、非定常操業時においては、例えば、炉団温度を一時的に低下させて設備のメンテンナンス等を実施した後、炉団温度を上昇させる。非定常操業は、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間と、当該期間に続く少なくとも１回の窯出し装炭作業（装炭および押出）が実行されている期間と、を含む期間における操業である。本実施形態では、非定常操業は、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間と、当該期間に続く少なくとも１つの通りにおける窯出し装炭作業が実行されている期間と、を含む期間における操業とする。
前述したように定常操業においては、窯出し装炭作業が、通り時間に対応するほぼ一定の周期で繰り返し実行される。これに対し、非定常操業においては、設備のメンテンナンス等により窯出し装炭作業を一時的に休止する。そこで、非定常操業時においては、例えば、炉団温度を一時的に低下させて設備のメンテンナンス等を実施した後、炉団温度を上昇させる。非定常操業は、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間と、当該期間に続く少なくとも１回の窯出し装炭作業（装炭および押出）が実行されている期間と、を含む期間における操業である。本実施形態では、非定常操業は、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間と、当該期間に続く少なくとも１つの通りにおける窯出し装炭作業が実行されている期間と、を含む期間における操業とする。
【0021】
また、本実施形態では、非定常操業の開始時および終了時は、窯出し装炭作業（コークスの押出（窯出し）作業）の終了時であるものとする。コークスの押出作業の終了時は、炭化室２内の全てのコークスが当該炭化室２から押し出された（排出された）タイミング以降のタイミングである。コークスの押出作業の終了時は、例えば、炭化室２から全てのコークスが排出されたタイミングであっても良いし、その後、炭化室２の扉を閉めたタイミングであっても良いし、炭化室２から排出されたコークスの温度が測定されるタイミングであっても良いし、炭化室２から押し出されたコークスが下工程に運搬されることを開始したタイミングであっても良い。また、コークス工場の操業マニュアルにおいて、コークスの押出作業が終了するとされているタイミングでも良い。以下の説明では、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間を、休止期間とも称する。なお、操業異常が生じた場合には、非定常操業の開始時を、操業異常を検出したタイミングとしても良い。
【0022】
図４は、コークス温度、炉団温度、投入熱量、および乾留時間と時間との関係の一例を示す図である。
コークス温度は、炭化室２から排出されたコークスの温度であり、例えば、図３Ｂに示す温度計８による測定値により算出される。押出ラム７により炭化室２からコークスを押し出しているときに、炭化室２から順次排出されるコークスの温度を、温度計８で測定し、測定した各時刻および各位置における温度の代表値を、当該炭化室２で製造されたコークスの温度とする。代表値として、算術平均値（測定した各時刻および各位置における温度の和を、温度の測定数で割った値）、中央値、最頻値、および最小値のいずれかが例示される。そして、１つの通りに属する炭化室２で製造されたコークスの温度の代表値を、コークス温度とする。
コークス温度は、炭化室２から排出されたコークスの温度であり、例えば、図３Ｂに示す温度計８による測定値により算出される。押出ラム７により炭化室２からコークスを押し出しているときに、炭化室２から順次排出されるコークスの温度を、温度計８で測定し、測定した各時刻および各位置における温度の代表値を、当該炭化室２で製造されたコークスの温度とする。代表値として、算術平均値（測定した各時刻および各位置における温度の和を、温度の測定数で割った値）、中央値、最頻値、および最小値のいずれかが例示される。そして、１つの通りに属する炭化室２で製造されたコークスの温度の代表値を、コークス温度とする。
【0023】
乾留時間は、Ｄａ（＝５）個の全ての通りにおける窯出し装炭作業が１回ずつ実行されるのに要する時間に等しい。
以上のように本実施形態では、コークス温度および乾留時間が、通り毎の代表値で表される場合を例示する。したがって、コークス温度および乾留時間は、１つの通りにおける窯出し装炭作業が実行されると得られる。すなわち、コークス温度および乾留時間は、通り時間の周期で得られる。図４に示すコークス温度および乾留時間のグラフ（一番上のグラフと一番下のグラフ）において、時間軸方向で隣り合う２個のプロット（●）の、時間軸方向における間隔が通り時間ｔtになる。図４では、時刻ｔeにおける通り時間ｔt（ｔe）を例示する。なお、通り時間ｔtは、概ね一定の時間であるが、異なる時間になる場合もある。
以上のように本実施形態では、コークス温度および乾留時間が、通り毎の代表値で表される場合を例示する。したがって、コークス温度および乾留時間は、１つの通りにおける窯出し装炭作業が実行されると得られる。すなわち、コークス温度および乾留時間は、通り時間の周期で得られる。図４に示すコークス温度および乾留時間のグラフ（一番上のグラフと一番下のグラフ）において、時間軸方向で隣り合う２個のプロット（●）の、時間軸方向における間隔が通り時間ｔtになる。図４では、時刻ｔeにおける通り時間ｔt（ｔe）を例示する。なお、通り時間ｔtは、概ね一定の時間であるが、異なる時間になる場合もある。
【0024】
Ｄａ＝５である場合、乾留時間は、Ｄａ（＝５）個の全ての通りにおける窯出し装炭作業が１回ずつ実行されるのに要する時間に等しい。したがって、図４に示すコークス温度および乾留時間のグラフにおいて、時間軸方向で隣り合う６個のプロット（●）の両端のプロットの、時間軸方向における間隔が乾留時間になる。図４では、時刻ｔeにおける乾留時間ｔk（ｔe）を例示する。
【0025】
また、休止期間においては窯出し装炭作業が実行されないため、コークス温度および乾留時間は得られない（図４において、休止期間においてはコークス温度および乾留時間のグラフにプロット（●）が付されていないことを参照）。
【0026】
一方、炉団温度および投入熱量は、窯出し装炭作業とは無関係に得られる（図４において、休止期間においても炉団温度および投入熱量のグラフにプロット（●）が付されていることを参照）。本実施形態では、コークス炉１の制御周期（操作量決定部１５０における制御信号の出力周期）で炉団温度および投入熱量の予測値および実績値が得られ、通り時間の周期でコークス温度の予測値および実績値が得られ、通り時間の周期で乾留時間のスケジュール値および実績値が得られる場合を例示する。また、本実施形態では、コークス炉１の制御周期が１時間（ｈｒ）である場合を例示する。しかしながら、コークス炉１の制御周期は、１時間に限定されず、１時間より長い周期でも短い周期でも良い。
【0027】
図４において、時刻ｔsは非定常操業の開始時刻の一例であり、時刻ｔeは非定常操業の終了時刻の一例である。
具体的に本実施形態では、窯出し装炭作業（炭化室２への装炭と押出）の休止が開始される時よりもＤｂ通り（Ｄｂは１以上の整数）前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻を非定常操業の開始時刻ｔsとする場合を例示する。例えば、Ｄｂが２である場合、図４において、休止期間が開始される時よりも２通り前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻（休止期間の開始時刻から過去に向かって数えて２つ目のコークス温度のプロットの時刻）が、非定常操業の開始時刻ｔsである。設備のメンテナンスが実行される場合のように休止期間が事前に把握されている場合には、Ｄｂは１であっても２以上の整数であっても良い。一方、操業異常が生じた場合のように休止期間が事前に把握されないような場合には、Ｄｂは１であるのが好ましい。なお、図４では、表記の都合上、コークス温度および乾留時間のグラフにおいて、休止期間と重なっているプロットがあるが、当該プロットは、休止期間の直前、直後における通り単位での窯出し装炭作業により得られるものである。
具体的に本実施形態では、窯出し装炭作業（炭化室２への装炭と押出）の休止が開始される時よりもＤｂ通り（Ｄｂは１以上の整数）前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻を非定常操業の開始時刻ｔsとする場合を例示する。例えば、Ｄｂが２である場合、図４において、休止期間が開始される時よりも２通り前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻（休止期間の開始時刻から過去に向かって数えて２つ目のコークス温度のプロットの時刻）が、非定常操業の開始時刻ｔsである。設備のメンテナンスが実行される場合のように休止期間が事前に把握されている場合には、Ｄｂは１であっても２以上の整数であっても良い。一方、操業異常が生じた場合のように休止期間が事前に把握されないような場合には、Ｄｂは１であるのが好ましい。なお、図４では、表記の都合上、コークス温度および乾留時間のグラフにおいて、休止期間と重なっているプロットがあるが、当該プロットは、休止期間の直前、直後における通り単位での窯出し装炭作業により得られるものである。
【0028】
また、本実施形態では、窯出し装炭作業（炭化室２への装炭と押出）の休止が終了してからＤａ＋１通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻が、非定常操業の終了時刻ｔeである場合を例示する。なお、通りにおけるコークスの押出作業の開始とは、当該通りに属する炭化室２のうち、最初にコークスの押出作業が実行される炭化室２内のコークスの押出作業の開始を指し、通りにおけるコークスの押出作業の終了とは、当該通りに属する炭化室２のうち、最後にコークスの押出作業が実行される炭化室２内のコークスの押出作業の終了を指す。Ｄａが５である場合、図４において、休止期間が終了してから６通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻（休止期間の終了時刻から未来に向かって数えて６つ目のコークス温度のプロットの時刻）が、非定常操業の終了時刻ｔeである。休止期間が終了してから１通り目からＤａ通り（５通り）目までの通りにおいては、休止期間の間に炭化室２に存在している石炭からコークスが製造される。
【0029】
一方、休止期間が終了してからＤａ＋１通り（６通り）目の通りにおいては、休止期間が終了した後に炭化室２に石炭が装入される。休止期間が終了した後に炭化室２に装入されたコークスの乾留状態が可及的に早く定常状態における乾留状態に近づくようにするのが好ましい。そこで、本実施形態では、窯出し装炭作業（炭化室２への装炭と押出）の休止が終了してからＤａ＋１通り（６通り）目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻を、非定常操業の終了時刻ｔeとする。すなわち、非定常操業の終了時刻ｔeは、休止期間が終了した後に最初に窯出し装炭作業を実行する通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻である。ただし、非定常操業の終了時刻は、窯出し装炭作業（炭化室２への装炭と押出）の休止が終了してからＤａ＋１通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻に限定されない。例えば、窯出し装炭作業（炭化室２への装炭と押出）の休止が終了してからＤａ＋ｘ通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時を、非定常操業の終了時刻とし、ｘの値を１以上の整数の中から選択しても良い。ｘやＤｂの値は、例えば、後述するように、目標炉温軌道に対する炉団温度の実績値の偏差に応じた投入熱量の制御を実際に実行した結果、所望の品質のコークスが得られるように適宜調整すれば良い。
以上のように非定常操業となる期間（非定常操業時）は時刻ｔs～ｔeの期間になる。
以上のように非定常操業となる期間（非定常操業時）は時刻ｔs～ｔeの期間になる。
【0030】
［処理装置１００の各部の構成］
本実施形態では、制御対象が以上のようなコークス炉１を含むコークス製造プロセスであり、操作量が投入熱量であり、制御量が炉団温度である場合を例示し、処理装置１００が、炉団温度の予測値および目標値に基づいて投入熱量を決定する場合を例示する。また、前述したように本実施形態では、処理装置１００が、非定常操業時（時刻ｔs～ｔeの期間）における投入熱量を操作量として決定する場合を例示する。ただし、処理装置１００は、非定常操業時に加えてまたは代えて定常操業時における投入熱量を操作量として決定しても良い。
本実施形態では、制御対象が以上のようなコークス炉１を含むコークス製造プロセスであり、操作量が投入熱量であり、制御量が炉団温度である場合を例示し、処理装置１００が、炉団温度の予測値および目標値に基づいて投入熱量を決定する場合を例示する。また、前述したように本実施形態では、処理装置１００が、非定常操業時（時刻ｔs～ｔeの期間）における投入熱量を操作量として決定する場合を例示する。ただし、処理装置１００は、非定常操業時に加えてまたは代えて定常操業時における投入熱量を操作量として決定しても良い。
【0031】
図１において、処理装置１００は、データ取得部１１０と、目標軌道取得部１２０と、バンド幅設定部１３０と、操作範囲設定部１４０と、操作量決定部１５０と、制御部１６０と、を備える。
【0032】
＜データ取得部１１０＞
データ取得部１１０は、処理装置１００で使用する各種のデータを取得する。データ取得部１１０が取得するデータには、現在から過去の操業の実績値と、将来の操業のスケジュール値と、操業の目標値と、処理装置１００における計算に使用する各種の設定値と、が含まれる。データの取得形態として、オペレータによる入力装置に対する操作、外部装置からの受信、および可搬型記憶媒体からの読み出しのうちの少なくとも１つが例示される。なお、個々のデータは、任意のタイミングで処理装置１００に入力されデータ取得部１１０に取得される。したがって、個々のデータは、必ずしも同じタイミングで処理装置１００に入力されデータ取得部１１０で取得される必要はない。
データ取得部１１０は、処理装置１００で使用する各種のデータを取得する。データ取得部１１０が取得するデータには、現在から過去の操業の実績値と、将来の操業のスケジュール値と、操業の目標値と、処理装置１００における計算に使用する各種の設定値と、が含まれる。データの取得形態として、オペレータによる入力装置に対する操作、外部装置からの受信、および可搬型記憶媒体からの読み出しのうちの少なくとも１つが例示される。なお、個々のデータは、任意のタイミングで処理装置１００に入力されデータ取得部１１０に取得される。したがって、個々のデータは、必ずしも同じタイミングで処理装置１００に入力されデータ取得部１１０で取得される必要はない。
【0033】
＜目標軌道取得部１２０＞
目標軌道取得部１２０は、制御量の目標値の時間変化である目標軌道を取得する。目標軌道取得部１２０が目標軌道を取得する形態は限定されない。例えば、非定常操業時の操業スケジュールに目標軌道が含まれている場合、目標軌道取得部１２０は、当該目標軌道を取得しても良い。例えば、目標軌道取得部１２０は、コークス製造プロセスの操業を管理する上位コンピュータから送信された目標軌道を示すデータを受信することにより目標軌道を示すデータを取得しても良いし、オペレータが処理装置１００を操作することにより処理装置１００に入力した各時刻における制御量の目標値を、目標軌道を示すデータとして取得しても良い。この場合、目標軌道取得部１２０は、データ取得部１１０が有する機能のうち、目標軌道を示すデータを取得する機能を目標軌道取得部１２０が有していても良い。ただし、本実施形態では、非定常操業時における目標軌道として高精度の目標軌道を取得するために、目標軌道取得部１２０が、特開２０２３－３９６６９号公報と同様の手法で目標軌道を算出する場合を例示する。このように本実施形態の目標軌道取得部１２０は、特開２０２３－３９６６９号公報に記載の技術で実現することが出来る。したがって、以下では、目標軌道取得部１２０が有する各部の一例を概説するに留め、その詳細な説明を省略する。
目標軌道取得部１２０は、制御量の目標値の時間変化である目標軌道を取得する。目標軌道取得部１２０が目標軌道を取得する形態は限定されない。例えば、非定常操業時の操業スケジュールに目標軌道が含まれている場合、目標軌道取得部１２０は、当該目標軌道を取得しても良い。例えば、目標軌道取得部１２０は、コークス製造プロセスの操業を管理する上位コンピュータから送信された目標軌道を示すデータを受信することにより目標軌道を示すデータを取得しても良いし、オペレータが処理装置１００を操作することにより処理装置１００に入力した各時刻における制御量の目標値を、目標軌道を示すデータとして取得しても良い。この場合、目標軌道取得部１２０は、データ取得部１１０が有する機能のうち、目標軌道を示すデータを取得する機能を目標軌道取得部１２０が有していても良い。ただし、本実施形態では、非定常操業時における目標軌道として高精度の目標軌道を取得するために、目標軌道取得部１２０が、特開２０２３－３９６６９号公報と同様の手法で目標軌道を算出する場合を例示する。このように本実施形態の目標軌道取得部１２０は、特開２０２３－３９６６９号公報に記載の技術で実現することが出来る。したがって、以下では、目標軌道取得部１２０が有する各部の一例を概説するに留め、その詳細な説明を省略する。
【0034】
前述したように本実施形態では、処理装置１００が、非定常操業時における投入熱量を操作量として決定する場合を例示する。したがって、本実施形態では、目標軌道取得部１２０が、非定常操業時における目標炉温の時間変化である目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）を取得する場合を例示する（なお、ｔは、時刻を表す）。また、本実施形態では、目標軌道取得部１２０は、予測値算出部１２１と、目標軌道決定部１２２と、を有する。または、予測値算出部１２１は、操作量予測部１２１ａと、状態予測部１２１ｂと、を有する。
【0035】
状態予測部１２１ｂは、操作量予測部１２１ａから出力された投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値と、投入熱量を用いて表される変数を説明変数として含み、炉団温度を用いて表される変数を目的変数として含む重回帰式（線形時系列モデル）と、に基づいて、少なくとも、時刻ｔ～ｔ＋ｍにおける１時間ごとの炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）の予測値を算出する。ｍは、２以上の正の整数であり、時刻ｔよりもどの程度先の時刻における炉団温度の予測誤差を算出対象とするのかに応じて適宜設定される。ｍは、例えば、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れ（操作量が制御量に反映されるまでの時間遅れ）に相当する時間である。
【0036】
操作量予測部１２１ａは、時刻ｔ＋ｍにおける炉団温度の予測誤差Ｔｒ＿ｅｒｒを用いて、非定常操業時における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値を更新して状態予測部１２１ｂに出力することを、時刻ｔ＋ｍにおける炉団温度の予測誤差Ｔｒ＿ｅｒｒが所定値以下になるまで繰り返す計算を行う。炉団温度の予測誤差Ｔｒ＿ｅｒｒは、目標軌道決定部１２２から出力された目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ＋ｍ）の候補と、状態予測部１２１ｂにより算出された炉団温度Ｔｒ（ｔ＋ｍ）の予測値と、の差（Ｔｒ＿ｅｒｒ＝Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ＋ｍ）－Ｔｒ（ｔ＋ｍ））で表される。また、更新後の投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値は、例えば、更新前の投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値に、炉団温度の予測誤差Ｔｒ＿ｅｒｒと所定のゲインとの積を加算した値で表される。なお、特開２０２３－３９６６９号公報に記載されているように、操作量予測部１２１ａは、例えば、ＰＩＤ制御をコンピュータシミュレーションする制御シミュレータを用いて、投入熱量の予測値を算出しても良い。
【0037】
操作量予測部１２１ａは、時刻ｔ＋ｍにおける炉団温度の予測誤差Ｔｒ＿ｅｒｒが所定値以下である場合、当該時刻ｔ＋ｍにおける炉団温度の予測誤差Ｔｒ＿ｅｒｒを用いて更新された時刻ｔ＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値を、時刻ｔ＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値として確定する。状態予測部１２１ｂは、当該時刻ｔ＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値を用いて時刻ｔ＋１における炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）の予測値を算出し、算出した予測値を、時刻ｔ＋１における炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）の予測値として確定する。
【0038】
予測値算出部１２１（操作量予測部１２１ａおよび状態予測部１２１ｂ）は、時刻ｔを時刻ｔs＋１から時刻ｔe－１まで１時間ごとに後ろにずらして前述したようにして投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の予測値および炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）の予測値を算出することを繰り返す。これにより、時刻ｔs＋１から時刻ｔeまで１時間ごとの各時刻における、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）および炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）の予測値が算出される。非定常操業の終了時刻ｔeにおける炉団温度Ｔｒ（ｔe）の予測値を算出すると、状態予測部１２１ｂは、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値と、炉団温度を用いて表される説明変数を含む重回帰式と、に基づいて、非定常操業の終了時刻ｔeにおけるコークス温度Ｔｃ（ｔe）の予測値を算出する。
【0039】
目標軌道決定部１２２は、予測値算出部１２１に出力した目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補と、当該目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補に対して予測値算出部１２１により算出（確定）された、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の予測値、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値、およびコークス温度Ｔｃ（ｔe）の予測値と、に基づいて、組合せ最適化問題等の最適化問題（より具体的には遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法）を解くことにより、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）を決定する。
【0040】
目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）を決定するための組合せ最適化問題を解く際の評価関数（適合度関数）は、例えば、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補と炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値との差を評価する評価指標と、コークス温度Ｔｃ（ｔe）の予測値と目標値との差を評価する評価指標と、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の総量を評価する評価指標と、を含む。なお、かかる評価関数は、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補と炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値との差を評価する評価指標を含んでいれば、その他の評価指標を含んでいてもいなくても良い。
【0041】
予測値算出部１２１は、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補を用いて、前述したようにして、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の予測値、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値、およびコークス温度Ｔｃ（ｔe）の予測値を算出（確定）する。
【0042】
目標軌道決定部１２２は、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補解群に含まれる個々の候補解についての評価関数の値の算出結果に基づいて、収束条件を満足するか否かを判定する。
【0043】
目標軌道決定部１２２は、収束条件を満足しない場合、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補解群を再生成して更新して予測値算出部１２１に出力する。そして、目標軌道決定部１２２は、収束条件を満足するまで、前述したようにして評価関数の値の算出と、収束条件を満足するか否かの判定と、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の候補解群の再生成および出力と、を繰り返し実行する。
【0044】
目標軌道決定部１２２は、収束条件を満足したときに算出した複数の目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆの候補に対する評価関数の値のうち、評価関数の値が最適値（最小値または最大値）となるときの設計変数により定まる目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）を、目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の最適解として決定する。
【0045】
以下の説明では、目標軌道決定部１２２により最適解として決定された目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）を、必要に応じて中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）と称する。図５は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）の一例を示す図である。ここで、現在時刻をｔcとする。現在時刻ｔcは、後述する操作量決定部１５０で投入熱量を決定する時刻である。前述したように本実施形態では、コークス炉１の制御周期が１時間（ｈｒ）である場合を例示する。したがって、本実施形態では、１時間おきに投入熱量の操作が行われる場合（すなわち、現在時刻ｔcが１時間おきに到来する時刻である場合）を例示する。この場合、現在時刻ｔcにおいて決定された投入熱量は、現在時刻ｔcの１時間後の時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入（操作）される。なお、図５において黒丸のプロット（●）は、実績値であることを示す。
【0046】
＜バンド幅設定部１３０＞
バンド幅設定部１３０は、制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定する。本実施形態では、バンド幅設定部１３０が、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定する場合を例示する。バンド幅が小さ過ぎると操作量がハンチングし易くなる。一方、バンド幅が大き過ぎると、制御量が目標値から乖離し易くなる。したがって、許容誤差範囲は、例えば、制御量の目標値に対する誤差が制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内になり、且つ、操作量のハンチングが制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内になるように設定される。例えば、制御の結果として得られる物や状態（本実施形態では例えばコークスの温度）が、制御対象において許容される範囲内であることは、炉温が、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対する許容誤差範囲内であることの必要条件である。このように制御の結果として得られる物や状態（本実施形態では例えばコークスの温度）が、制御対象において許容される範囲内であっても、前述した燃料コストや外部環境への影響が、制御対象において許容される範囲内でない場合、炉温は適切であるとは言い難い。したがって、例えば、制制御量の目標値に対する誤差が制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内であることと、操作量のハンチングが制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内であることと、の双方が可及的に満足されるようにバンド幅は設定される。
バンド幅設定部１３０は、制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定する。本実施形態では、バンド幅設定部１３０が、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定する場合を例示する。バンド幅が小さ過ぎると操作量がハンチングし易くなる。一方、バンド幅が大き過ぎると、制御量が目標値から乖離し易くなる。したがって、許容誤差範囲は、例えば、制御量の目標値に対する誤差が制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内になり、且つ、操作量のハンチングが制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内になるように設定される。例えば、制御の結果として得られる物や状態（本実施形態では例えばコークスの温度）が、制御対象において許容される範囲内であることは、炉温が、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対する許容誤差範囲内であることの必要条件である。このように制御の結果として得られる物や状態（本実施形態では例えばコークスの温度）が、制御対象において許容される範囲内であっても、前述した燃料コストや外部環境への影響が、制御対象において許容される範囲内でない場合、炉温は適切であるとは言い難い。したがって、例えば、制制御量の目標値に対する誤差が制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内であることと、操作量のハンチングが制御対象（制御プロセス）において許容される誤差内であることと、の双方が可及的に満足されるようにバンド幅は設定される。
【0047】
図６は、バンド幅ＢＷの一例を示す図である。以下の説明では、各時刻ｔにおける中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）の値を、必要に応じて中心目標炉温と称する。また、以下の説明では、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対して設定されたバンド幅ＢＷの上限の時間変化を、必要に応じて上限目標炉温軌道と称し、各時刻ｔにおける上限目標炉温軌道の値を、必要に応じて上限目標炉温と称する。また、以下の説明では、中心目標炉温軌道に対して設定されたバンド幅ＢＷの下限の時間変化を、必要に応じて下限目標炉温軌道と称し、各時刻ｔにおける下限目標炉温軌道の値を、必要に応じて下限目標炉温と称する。
【0048】
なお、本実施形態では、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対するバンド幅ＢＷの設定が、上限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）および下限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ）を記憶装置（記憶媒体）に記憶することにより実現される場合を例示する。記憶装置は、不揮発性記憶装置であっても揮発性記憶装置であっても良い。
【0049】
また、本実施形態では図６に示すように、バンド幅ＢＷが時刻ｔによって変わらない場合を例示する。しかしながら、バンド幅ＢＷは時刻ｔの経過に伴い変更されても良い。
【0050】
また、本実施形態では図６に示すように、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも大きい部分の許容誤差範囲の広さと、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも小さい部分の許容誤差範囲の広さと、が同じである場合を例示する。すなわち、本実施形態では、当該許容誤差範囲の広さがそれぞれバンド幅ＢＷの１／２である場合を例示する。しかしながら、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも大きい部分の許容誤差範囲の広さと、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも小さい部分の許容誤差範囲の広さと、は同じでなくても良い。例えば、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも大きい部分の許容誤差範囲の広さと、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも小さい部分の許容誤差範囲の広さと、の差は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）の時間変化（単位時間当たりの変化量）に応じて異なるようにしても良い。なお、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも大きい部分の許容誤差範囲の広さは、例えば、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）と上限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）との差の絶対値で表される。また、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも小さい部分の許容誤差範囲の広さは、例えば、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）と下限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ）との差の絶対値で表される。
【0051】
また、本実施形態では、バンド幅設定部１３０が、バンド幅ＢＷをオフラインで予め設定する場合を例示する。この場合、バンド幅ＢＷは、例えば、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れと、制御量である炉団温度の予測値を算出する予測モデルの予測誤差の精度と、のうちの少なくともいずれか一方に基づいて定められても良い。例えば、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れが大きいほど、バンド幅ＢＷを大きくしても良い。なお、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れは、その時間遅れの程度を表す時間情報であれば良く、例えば、時定数で表されても、遅れ時間で表されても、整定時間で表されても、ピーク時間で表されても、その他の時間（例えば、炉団温度がＴｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）になるまでの時間や、炉団温度がＴｒ（ｔc）＋（Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）－Ｔｒ（ｔc））×０．１になってから、Ｔｒ（ｔc）＋（Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）－Ｔｒ（ｔc））×０．９になるまでの時間）で表されても良い。また、炉団温度の予測値を算出する予測モデルの予測誤差の精度が低いほど、バンド幅ＢＷを大きくしても良い。
【0052】
また、本実施形態では、バンド幅ＢＷを特定するためのデータがデータ取得部１１０で取得される場合を例示する。バンド幅ＢＷを特定するためのデータは、例えば、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも大きい部分の許容誤差範囲と、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）よりも小さい部分の許容誤差範囲と、の各時刻における値を含む。
【0053】
また、バンド幅設定部１３０は、データ取得部１１０で取得されたデータに基づくバンド幅ＢＷを変更しても良い。例えば、バンド幅設定部１３０は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）の時間変化（単位時間当たりの変化量）に基づいてバンド幅ＢＷを変更しても良い。また、バンド幅設定部１３０は、例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値の時間変化（単位時間当たりの変化量）と、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の実績値の時間変化（単位時間当たりの変化量）と、コークス温度Ｔｃ（ｔ）の実績値と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいて、バンド幅ＢＷをオンラインで変更しても良い。
【0054】
また、バンド幅設定部１３０は、バンド幅ＢＷをオフラインで設定せずにオンラインで設定しても良い。例えば、バンド幅設定部１３０は、制御周期ごとにバンド幅ＢＷを設定しても良い。このようにする場合、バンド幅設定部１３０は、例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値の時間変化（単位時間当たりの変化量）と、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の実績値の時間変化（単位時間当たりの変化量）と、コークス温度Ｔｃ（ｔ）の実績値と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいて、バンド幅ＢＷをオンラインで設定しても良い。
【0055】
以上のようにバンド幅設定部１３０は、例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）に対する炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間応答と、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測精度と、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）と、コークス炉１の操業実績と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいてバンド幅ＢＷを設定しても良い。この際、バンド幅ＢＷは、例えば、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の目標値に対する誤差が、コークスの品質を確保するうえで許容されている誤差内になり、且つ、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変動が前述した燃料コストや外部環境への影響などの観点から許容される範囲内になるように設定される。なお、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）に対する炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間応答は、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）が変わった場合の炉団温度Ｔｒ（ｔ）の挙動（時間変化）を示す少なくとも一つの情報を含む。本実施形態では、前述の投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れが、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）に対する炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間応答に含まれる場合を例示する。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）に対する炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間応答には、前述した時定数や遅れ時間などの時間情報に加えてまたは代えて時間情報以外の情報（例えば、炉団温度の変化速度（時間応答の傾き）や最大行き過ぎ量）が含まれていても良い。
【0056】
＜操作範囲設定部１４０＞
操作範囲設定部１４０は、制御量の予測値がバンド幅設定部１３０で設定されたバンド幅ＢＷに入るための操作量の範囲を設定する。以下の説明では、制御量の予測値がバンド幅設定部１３０で設定されたバンド幅ＢＷに入るための操作量の範囲を、必要に応じて、操作範囲と称する。制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値を算出すれば、当該操作量の予測値を用いて、操作範囲の上限値および下限値を定めることが出来る。そこで、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値を算出する場合を例示する。
操作範囲設定部１４０は、制御量の予測値がバンド幅設定部１３０で設定されたバンド幅ＢＷに入るための操作量の範囲を設定する。以下の説明では、制御量の予測値がバンド幅設定部１３０で設定されたバンド幅ＢＷに入るための操作量の範囲を、必要に応じて、操作範囲と称する。制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値を算出すれば、当該操作量の予測値を用いて、操作範囲の上限値および下限値を定めることが出来る。そこで、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値を算出する場合を例示する。
【0057】
ここで、制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に対応する値であるとは、制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に一致することに加え、例えば、制御量の予測値とバンド幅の上限値および下限値との差を評価する評価指標の値が所定の条件を満たすことや、制御量の予測値とバンド幅の上限値および下限値との差の絶対値が０（零）を上回る所定値以下であること等、制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値であると見なせる所定の条件を満たすことを含むものとする。
【0058】
本実施形態では、制御量の予測値がバンド幅の上限値および下限値に対応する値であることが、制御量の予測値とバンド幅の上限値および下限値との差を評価する評価指標の値が所定の条件を満たすことである場合を例示する。具体的に操作範囲設定部１４０は、制御量の予測値を算出する予測モデルと、制御量の予測値とバンド幅の上限値との差を少なくとも評価する第１評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、第１評価関数の値が最適値になるときの操作量の値を、制御量の予測値がバンド幅の上限値に対応する値になるときの操作量の予測値として算出する。また、操作範囲設定部１４０は、制御量の予測値を算出する予測モデルと、制御量の予測値とバンド幅の下限値との差を少なくとも評価する第２評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、第２評価関数の値が最適値になるときの操作量の値を、制御量の予測値がバンド幅の下限値に対応する値になるときの操作量の予測値として算出する。なお、値が小さいほど高い評価であることを示す評価指標を含む評価関数においては、最適値は最小値になり、値が大きいほど高い評価であることを示す評価指標を含む評価関数においては、最適値は最大値になる。
【0059】
以下に、本実施形態の操作範囲設定部１４０が有する機能の具体例を説明する。
本実施形態では、制御量が炉団温度であり、時刻ｔc＋ｍにおける中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）（時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度の目標値）が制御量の目標値であり、操作量が、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）である場合を例示する。したがって、本実施形態では、操作範囲は、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の許容範囲になる。
本実施形態では、制御量が炉団温度であり、時刻ｔc＋ｍにおける中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）（時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度の目標値）が制御量の目標値であり、操作量が、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）である場合を例示する。したがって、本実施形態では、操作範囲は、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の許容範囲になる。
【0060】
そこで、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が時刻ｔc＋ｍにおける上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）と、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が時刻ｔc＋ｍにおける下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）と、を算出する場合を例示する。
【0061】
以下の説明では、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が時刻ｔc＋ｍにおける上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を、必要に応じて、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）と称する。また、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が時刻ｔc＋ｍにおける下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔ＋１）を、必要に応じて、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）と称する。
【0062】
本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）を用いて炉団温度Ｔｒ（ｔ）を予測する予測モデルを用いたモデル予測制御を行うことにより、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解をそれぞれ算出する場合を例示する。また、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を、組合せ最適化問題等の最適化問題を解くことにより算出する場合を例示する。
【0063】
そこで、操作範囲設定部１４０は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解を用いて前述した予測モデルにより炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値を算出し、算出した予測値と上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）との差を少なくとも評価する第１評価関数の値を算出することを、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解を変更して繰り返すことにより、第１評価関数の値が最適値になる上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解を最適解として探索する。同様に、操作範囲設定部１４０は、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の候補解を用いて前述した予測モデルにより炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値を算出し、算出した予測値と下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｉｎ（ｔc＋ｍ）との差を少なくとも評価する第２評価関数の値を算出することを、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｉｎ（ｔc＋１）の候補解を変更して繰り返すことにより、第２評価関数の値が最適値になる下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の候補解を最適解として探索する。なお、前述したように、値が小さいほど高い評価であることを示す評価指標を含む評価関数においては、最適値は最小値になり、値が大きいほど高い評価であることを示す評価指標を含む評価関数においては、最適値は最大値になる。
【0064】
図７は、操作範囲および操作量の一例を説明する図である。なお、操作量の一例については＜操作量決定部１５０＞の項で説明する。また、図７において黒丸のプロット（●）は、実績値であることを示し、白丸のプロット（〇）は、予測値であることを示す。
【0065】
図７（ｂ）に示す上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解を用いた場合に、第１評価関数の値が最適値になり、図７（ａ）に示すように、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が、時刻ｔc＋ｍにおける上限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）の値に一致した（または最も近い値になった）とする。この場合、操作範囲設定部１４０は、図７（ｂ）に示す上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を最適解とする。同様に、図７（ｂ）に示す下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の候補解を用いた場合に、第２評価関数の値が最適値になり、図７（ａ）に示すように、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が、時刻ｔc＋ｍにおける下限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ）の値に一致した（または最も近い値になった）とする。この場合、操作範囲設定部１４０は、図７（ｂ）に示す下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）を最適解とする。
【0066】
操作範囲設定部１４０は、以上のような上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を算出すると、当該上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を、操作範囲ＯＲの上限値として設定すると共に、当該下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を、操作範囲ＯＲの下限値として設定する。なお、本実施形態では、操作範囲ＯＲの設定が、操作範囲ＯＲの上限値および下限値を記憶装置（記憶媒体）に記憶することにより実現される場合を例示する。記憶装置は、不揮発性記憶装置であっても揮発性記憶装置であっても良い。
【0067】
以下に、操作範囲設定部１４０が有する機能の一例を詳細に説明する。図１に示すように本実施形態では、操作範囲設定部１４０は、上限操作量決定部１４１ａと、上限制御量予測部１４２ａと、下限操作量決定部１４１ｂと、下限制御量予測部１４２ｂと、を有する。
【0068】
上限操作量決定部１４１ａは、バンド幅ＢＷの上限値（バンド幅上限値）に対応する操作量を決定する。上限制御量予測部１４２ａは、バンド幅ＢＷの上限値に対応する操作量で操作された場合の制御量の予測値を算出する。例えば、上限操作量決定部１４１ａは、バンド幅ＢＷの上限値（バンド幅上限値）に対応する操作量の候補を上限制御量予測部１４２ａに出力する。上限制御量予測部１４２ａは、上限操作量決定部１４１ａから出力された操作量の候補で操作された場合の制御量の予測値を算出して上限操作量決定部１４１ａに出力する。上限操作量決定部１４１ａは、上限制御量予測部１４２ａから出力された制御量の予測値に基づいて、バンド幅ＢＷの上限値に対応する操作量を決定する。本実施形態では、上限操作量決定部１４１ａおよび上限制御量予測部１４２ａにより、バンド幅ＢＷの上限値に対応する操作量の一例として上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を算出する場合を例示する。上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を算出する際に用いる第１評価関数Ｊ１は、例えば、２つ後の段落に示す（１）式である。
【0069】
下限操作量決定部１４１ｂは、バンド幅ＢＷの下限値（バンド幅下限値）に対応する操作量を決定する。下限制御量予測部１４２ｂは、バンド幅ＢＷの下限値に対応する操作量で操作された場合の制御量の予測値を算出する。例えば、下限操作量決定部１４１ｂは、バンド幅ＢＷの下限値（バンド幅下限値）に対応する操作量の候補を下限操作量決定部１４１ｂに出力する。下限制御量予測部１４２ｂは、下限操作量決定部１４１ｂから出力された操作量の候補で操作された場合の制御量の予測値を算出して下限操作量決定部１４１ｂに出力する。下限操作量決定部１４１ｂは、下限制御量予測部１４２ｂから出力された制御量の予測値に基づいて、バンド幅ＢＷの下限値に対応する操作量を決定する。本実施形態では、下限操作量決定部１４１ｂおよび下限制御量予測部１４２ｂにより、バンド幅ＢＷの下限値に対応する操作量の一例として下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を算出する場合を例示する。下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を算出する際に用いる第２評価関数Ｊ２は、例えば、以下の（２）式である。
【0070】
【数1】
【0071】
（１）式の右辺第１項は、時刻ｔc＋ｍにおける上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）と、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値と、の差を評価する評価指標の一例であり、小さい値であるほど評価が高いことを示す。（１）式の右辺第２項は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を評価する評価指標の一例であり、小さい値であるほど評価が高いことを示す。
【0072】
ｗ１、ｗ２は、それぞれの評価指標（評価項目）をどの程度重視するかによって設定されるものであり、各評価指標間の評価のバランスを表す重み係数である（なお、重み係数はコスト係数等とも称される）。本実施形態では、重み係数ｗ１、ｗ２は、正の値とする。この場合、重要な評価指標に対する重み係数を相対的に大きい値とする。また、（１）式に示す例では、右辺の各項の値が小さいほど、それぞれの評価指標による評価が高いことを示す。したがって、第１評価関数Ｊ１の値は０に近ければ近いほど好ましい。
【0073】
なお、第１評価関数Ｊ１は（１）式に示すものに限定されない。
例えば、時刻ｔc＋ｍだけでなく、時刻ｔc＋ｍよりも前の１または複数の時刻においても、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）と、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値と、の差をさらに評価しても良い。このようにする場合、例えば、第１評価関数Ｊ１は、時刻ｔc＋ｍ、ｔc＋ｍ－１、ｔc＋ｍ－２の各時刻における上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）および炉団温度Ｔｒ（ｔ）の差の絶対値の平均値または積算値を評価指標として含んでいても良い。
例えば、時刻ｔc＋ｍだけでなく、時刻ｔc＋ｍよりも前の１または複数の時刻においても、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）と、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値と、の差をさらに評価しても良い。このようにする場合、例えば、第１評価関数Ｊ１は、時刻ｔc＋ｍ、ｔc＋ｍ－１、ｔc＋ｍ－２の各時刻における上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）および炉団温度Ｔｒ（ｔ）の差の絶対値の平均値または積算値を評価指標として含んでいても良い。
【0074】
また、例えば、時刻ｔ＋１だけでなく、時刻ｔ＋１よりも後の１または複数の時刻における上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）をさらに評価しても良い。このようにする場合、例えば、第１評価関数Ｊ１は、時刻ｔ＋１、ｔ＋２、ｔ＋３の各時刻における上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）の平均値または積算値を評価指標として含んでいても良い。
また、第１評価関数Ｊ１は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）を評価する評価指標を含んでいなくても良い
また、第１評価関数Ｊ１は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）を評価する評価指標を含んでいなくても良い
【0075】
（２）式に示す第２評価関数Ｊ２の説明は、前述した第１評価関数Ｊ１の説明において、第１評価関数Ｊ１を第２評価関数Ｊ２に、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）を下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔc＋ｍ）に、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）を下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ）に、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）を下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔ）に、重み係数ｗ１、ｗ２をｗ３、ｗ４に、それぞれ置き換えたものとなる。したがって、ここでは、第２評価関数Ｊ２の詳細な説明を省略する。
【0076】
また、本実施形態では、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）を用いて炉団温度Ｔｒ（ｔ）を予測する予測モデルが、以下の（３）式～（５）式に示す重回帰式（線形時系列モデル）である場合を例示する。なお、以下の（３）式～（５）式は、特開２０２３－３９６６９号公報に記載されている予測モデルと同じであり、状態予測部１２１ｂが炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）の予測値を算出するための用いる予測モデルと同じである。
【0077】
【数2】
【0078】
ここで、Ｔｒは、炉団温度（℃）である。Ｑｉｎは、投入熱量（ＧＪ／ｈｒ）である。ΔＴｒ（ｔ＋１）、ΔＴｒ（ｔ）、ΔＴｒ（ｔ－１）は、それぞれ、時刻ｔ＋１、ｔ、ｔ－１における炉団温度Ｔｒ（ｔ＋１）、Ｔｒ（ｔ）、Ｔｒ（ｔ－１）の、時刻ｔ、ｔ－１、ｔ－２における炉団温度Ｔｒ（ｔ）、Ｔｒ（ｔ－１）、Ｔｒ（ｔ－２）に対する変化量（℃）である。すなわち、ΔＴｒ（ｔ＋１）＝Ｔｒ（ｔ＋１）－Ｔｒ（ｔ）、ΔＴｒ（ｔ）＝Ｔｒ（ｔ）－Ｔｒ（ｔ－１）、ΔＴｒ（ｔ－１）＝Ｔｒ（ｔ－１）－Ｔｒ（ｔ－２）の関係が成り立つ。ΔＱｉｎ（ｔ＋１）は、時刻ｔ＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋１）の、時刻ｔにおける投入熱量に対する変化量（ＧＪ／ｈｒ）である。すなわち、ΔＱ（ｔ＋１）＝Ｑｉｎ（ｔ＋１）－Ｑｉｎ（ｔ）の関係が成り立つ。なお、ｔ＋１、ｔ－１、ｔ－２は、それぞれ、時刻ｔの１時間後、１時間前、２時間前の時刻である。
【0079】
係数ａ１、ａ２、ｂ１は、それぞれ、ΔＴｒ（ｔ）、ΔＴｒ（ｔ－１）、ΔＱｉｎ（ｔ＋１）に対する回帰係数である。回帰係数ａ１、ａ２、ｂ１として、コークス炉１の過去の操業結果に（３）式の形が最も合うときの係数が別途求められる。
【0080】
なお、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）を用いて炉団温度Ｔｒ（ｔ）を予測する予測モデルは、（３）式～（５）式に限定されない。
例えば、（３）式の右辺第３項において、説明変数ΔＱｉｎ（ｔ＋１）をΣΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ）または（ΣΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ））÷ｄとしても良い。ΣΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ）の積算はｄについて行われ、積算されるｄの範囲は、１からＤまでであり、Ｄは２以上ｍ以下の整数である。なお、ΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ）は、時刻ｔ＋ｄにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋ｄ）の、時刻ｔ＋ｄ－１における投入熱量に対する変化量（ＧＪ／ｈｒ）である。
例えば、（３）式の右辺第３項において、説明変数ΔＱｉｎ（ｔ＋１）をΣΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ）または（ΣΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ））÷ｄとしても良い。ΣΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ）の積算はｄについて行われ、積算されるｄの範囲は、１からＤまでであり、Ｄは２以上ｍ以下の整数である。なお、ΔＱｉｎ（ｔ＋ｄ）は、時刻ｔ＋ｄにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔ＋ｄ）の、時刻ｔ＋ｄ－１における投入熱量に対する変化量（ＧＪ／ｈｒ）である。
【0081】
また、例えば、（３）式の右辺において、ΔＴｒ（ｔ－ｈ）と当該ΔＴｒ（ｔ－ｈ）に対する回帰係数との積で表される項がさらに加算されても良い。ｈは２以上の整数であり、ΔＴｒ（ｔ－ｈ）は、時刻ｔ－ｈにおける炉団温度Ｔｒ（ｔ―ｈ）の、時刻ｔ－ｈ－１における炉団温度Ｔｒ（ｔ－ｈ－１）に対する変化量（℃）である。
【0082】
<<上限操作量決定部１４１ａ、上限制御量予測部１４２ａの処理>>
以下に上限操作量決定部１４１ａおよび上限制御量予測部１４２ａが、（１）式に示す第１評価関数Ｊ１および（３）～（５）式に示す予測モデルを用いて、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を算出して、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を設定する処理の具体例を説明する。
以下に上限操作量決定部１４１ａおよび上限制御量予測部１４２ａが、（１）式に示す第１評価関数Ｊ１および（３）～（５）式に示す予測モデルを用いて、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を算出して、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を設定する処理の具体例を説明する。
【0083】
まず、上限操作量決定部１４１ａは、時刻ｔc＋１における上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群（複数の候補解）を生成して、上限制御量予測部１４２ａに出力する。本実施形態では、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法を用いて上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）の最適解を算出する場合を例示する。したがって、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）の候補解群に含まれる個々の候補解は、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法で用いられる手法に従って生成される。遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法自体は公知の技術で実現されるので、その詳細な説明を省略する。
【0084】
上限制御量予測部１４２ａは、上限操作量決定部１４１ａから出力された上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）の候補解群に含まれる一つの候補解（時刻ｔc＋１における上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１））を用いて、（３）式～（５）式により、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値を算出する。例えば、上限制御量予測部１４２ａは、（５）式によるΔＱｉｎ（ｔc＋１）の算出と、（３）式によるΔＴｒ（ｔc＋１）の算出と、（４）式によるＴｒ（ｔc＋１）の算出と、をこの順で行う。
【0085】
なお、上限制御量予測部１４２ａは、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解が制約条件を満たさない場合、当該候補解を用いた時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値の算出（（３）式～（５）式の計算）を行わなくても良い。制約条件は、例えば、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解（において示される投入熱量の値）が許容範囲内であるという条件と、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解（において示される投入熱量）の、投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値に対する変化量の絶対値が許容範囲内であるという条件と、のうちの少なくとも一方を含む。前者の制約条件は、過大な熱量がコークス炉１に投入されないようにするためのものである。後者の制約条件は、投入熱量が急激に変動しないようにするためのものである。
【0086】
また、（３）式～（５）式の計算の際に、時刻ｔcにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）として、（上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc）ではなく）時刻ｔcにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値が用いられても良い。また、時刻ｔc、ｔc－１、ｔc－２における炉団温度Ｔｒ（ｔc）、Ｔｒ（ｔc－１）、Ｔｒ（ｔc－２）として、実績値が用いられても良い。
【0087】
上限制御量予測部１４２ａは、（３）式～（５）式の時刻ｔを時刻ｔc＋１から時刻ｔc＋ｍ－１まで１時間ごとに後ろにずらして（５）式によるΔＱｉｎ（ｔ＋１）の算出と、（３）式によるΔＴｒ（ｔ＋１）の算出と、（４）式によるＴｒ（ｔ＋１）の算出と、を繰り返す。これにより、時刻ｔc＋１から時刻ｔc＋ｍまでの１時間ごとの各時刻における炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）～Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が算出される。
【0088】
上限制御量予測部１４２ａは、以上のようにして時刻ｔc＋１から時刻ｔc＋ｍまでの１時間ごとの各時刻における炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）～Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値を算出することを、上限操作量決定部１４１ａから出力された上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群に含まれる候補解のそれぞれに対して行い、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値を上限操作量決定部１４１ａに出力する。
【0089】
なお、上限制御量予測部１４２ａから上限操作量決定部１４１ａに出力される炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値の数は、上限操作量決定部１４１ａから出力された上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群に含まれる候補解のうち、前述した制約条件を満たす候補解の数と同数である。
【0090】
上限操作量決定部１４１ａは、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値と、当該予測値を算出する際に用いられた上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解と、を用いて、（１）式の第１評価関数Ｊ１の値を算出することを、上限制御量予測部１４２ａに出力した上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群に含まれる候補解のそれぞれについて行う。
【0091】
上限操作量決定部１４１ａは、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群に含まれる個々の候補解についての第１評価関数Ｊ１の値の算出結果に基づいて、収束条件を満足するか否かを判定する。収束条件は、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法で用いられる収束条件であれば、どのような条件であっても良い。収束条件は、例えば、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群に含まれる個々の候補解について算出した第１評価関数Ｊ１の値のうちの最小値が所定値以下であるという条件であっても、第１評価関数Ｊ１の値の算出回数（繰り返し処理の回数）が所定値であるという条件であっても良い。
【0092】
上限操作量決定部１４１ａは、収束条件を満足しない場合、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群を再生成して更新して上限制御量予測部１４２ａに出力する。そして、上限操作量決定部１４１ａは、収束条件を満足するまで、前述したようにして第１評価関数Ｊ１の値の算出と、収束条件を満足するか否かの判定と、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解群の再生成および出力と、を繰り返し実行する。
【0093】
上限操作量決定部１４１ａは、収束条件を満足した時点で算出されている第１評価関数Ｊ１の値のうち、最小値となる値を算出した際に用いた上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の候補解を、時刻ｔc＋１における上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解として確定する。
【0094】
なお、本実施形態では、組合せ最適化問題が最小化問題（第１評価関数Ｊ１の最小値を算出する問題）である場合を例示した。しかしながら、組合せ最適化問題は最小化問題に限定されず、最大化問題であっても良い。この場合、例えば、（１）式の右辺の各項を（－１）を乗算したものを第１評価関数Ｊ１として用いれば良い。
【0095】
<<下限操作量決定部１４１ｂ、下限制御量予測部１４２ｂの処理>>
下限操作量決定部１４１ｂおよび下限制御量予測部１４２ｂの処理の説明は、前述した<<上限操作量決定部１４１ａ、上限制御量予測部１４２ａの処理>>の欄の説明において、上限操作量決定部１４１ａを下限操作量決定部１４１ｂに、上限制御量予測部１４２ｂを下限制御量予測部１４２ｂに、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）に、第１評価関数Ｊ１を第２評価関数Ｊ２に、（１）式を（２）式に、それぞれ置き換えたものとなる。したがって、ここでは、下限操作量決定部１４１ｂおよび下限制御量予測部１４２ｂの詳細な説明を省略する。
下限操作量決定部１４１ｂおよび下限制御量予測部１４２ｂの処理の説明は、前述した<<上限操作量決定部１４１ａ、上限制御量予測部１４２ａの処理>>の欄の説明において、上限操作量決定部１４１ａを下限操作量決定部１４１ｂに、上限制御量予測部１４２ｂを下限制御量予測部１４２ｂに、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）に、第１評価関数Ｊ１を第２評価関数Ｊ２に、（１）式を（２）式に、それぞれ置き換えたものとなる。したがって、ここでは、下限操作量決定部１４１ｂおよび下限制御量予測部１４２ｂの詳細な説明を省略する。
【0096】
＜操作量決定部１５０＞
操作量決定部１５０は、操作範囲設定部１４０により設定された操作範囲ＯＲ（の上限値および下限値）内から、制御対象に与える操作量を決定する。操作範囲ＯＲ内であれば操作量をどのように決定しても良いが、制御量が目標値に近いほど制御の高精度化を図ることが出来る。そこで、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値を用いて、制御対象に与える操作量を決定する場合を例示する。ここで、制御量の予測値が目標値に対応する値であるとは、制御量の予測値が目標値に一致することに加え、例えば、制御量の予測値と目標値との差を評価する評価指標の値が所定の条件を満たすことや、制御量の予測値と目標値との差の絶対値が所定値以下であること等、制御量の予測値が目標値に一致すると見なせる所定の条件を満たすことを含むものとする。
操作量決定部１５０は、操作範囲設定部１４０により設定された操作範囲ＯＲ（の上限値および下限値）内から、制御対象に与える操作量を決定する。操作範囲ＯＲ内であれば操作量をどのように決定しても良いが、制御量が目標値に近いほど制御の高精度化を図ることが出来る。そこで、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値を用いて、制御対象に与える操作量を決定する場合を例示する。ここで、制御量の予測値が目標値に対応する値であるとは、制御量の予測値が目標値に一致することに加え、例えば、制御量の予測値と目標値との差を評価する評価指標の値が所定の条件を満たすことや、制御量の予測値と目標値との差の絶対値が所定値以下であること等、制御量の予測値が目標値に一致すると見なせる所定の条件を満たすことを含むものとする。
【0097】
本実施形態では、制御量の予測値が目標値に対応する値であることが、制御量の予測値と目標値との差を評価する評価指標の値が所定の条件を満たすことである場合を例示する。具体的に操作量決定部１５０は、制御量の予測値を算出する予測モデルと、制御量の予測値と目標値との差を少なくとも評価する第３評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、第３評価関数の値が最適値になるときの操作量の値を、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値として算出する。
【0098】
制御の高精度化を図る観点からは、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値を用いて制御対象に与える操作量を決定するが好ましい。しかしながら、例えば、制御の高精度化よりも優先すべき操業要求がある場合には、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値を用いて制御対象に与える操作量を決定しなくても良い。例えば、操作量の変動を小さくして操業の安定性を重視する場合や、操作量を小さくしてエネルギーの消費を少なくすることを重視する場合や、今後の操業を見越して操作量を大きくする場合等、各種の操業要求が存在する。これら様々な操業要求のいずれか一つを満足するように、操作量を決定しても良い。
【0099】
また、これらの操業要求の一つのみに特化するのではなく複数の操業要求を考慮して操作量を決定しても良い。複数の操業要求を考慮して操作量を決定する場合、操作範囲内の複数の値と、操作量に対する当該複数の値の相対的な重要度を示す重み係数と、に基づいて、操作量を決定しても良い。例えば、操作範囲内の複数の値の重み係数として、操作量に対する相対的な重要度が高い値であるほど大きい正の重み係数を用いても良い。操作範囲内の複数の値と、当該値に対する重み係数の乗算値を、当該複数の値について積算した値を操作量としても良い。複数の値に乗算される重み係数の総和は、例えば、１である。
【0100】
操作範囲内の複数の値には、例えば、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの上限値に対応する値になるときの操作量の予測値（上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解）と、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの下限値に対応する値になるときの操作量の予測値（下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解）と、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値と、を用いて定められる値が含まれる。例えば、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの上限値、下限値に対応する値になるときの操作量の予測値（上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解）の上限値および下限値の算術平均値、または、直近の操作量の実績値に一致する値（または近い値）を制御対象に与える操作量とすれば、操業の安定化を図ることが出来る。一方、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値を制御対象に与える操作量とすれば、制御の高精度化を図ることが出来る。したがって、例えば、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値の算術平均値と、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値と、それらに対する重み係数と、を用いれば、当該重み係数を調整することで、制御の高精度化と操業の安定化との双方を考慮しつつ、いずれか一方を他方よりも優先するような操作量を決定することが出来る。そこで、本実施形態では、操作範囲設定部１４０が、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値の算術平均値と、制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの操作量の予測値と、それらに対する重み係数と、を用いて操作量を決定する場合を例示する。なお、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値の算術平均値（相加平均値）に代えて、例えば、相乗平均値または調和平均値を用いても良い。なお、操業要求がこれら以外にも存在することは前述した通りであり、操作範囲内の複数の値としてどのような値を用いるのかは、操業要求に応じて定めれば良い。例えば、制御量の予測値がバンド幅ＢＷの上限値および下限値に対応する値になるときの操作量の予測値そのものが操作範囲内の複数の値に含まれても良い。
【0101】
＜操作範囲設定部１４０＞の項で説明したように本実施形態では、制御量が炉団温度であり、時刻ｔc＋ｍにおける中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）が制御量の目標値であり、操作量が時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）である場合を例示する。
【0102】
そこで、本実施形態では、操作量決定部１５０が、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）を算出する場合を例示する。
【0103】
以下の説明では、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）を、必要に応じて中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）と称する。
【0104】
本実施形態では、操作量決定部１５０が、操作範囲設定部１４０において上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を算出する手法と同様の手法で中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を算出する場合を例示する。すなわち、操作量決定部１５０は、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の候補解を用いて前述した予測モデルにより時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値を算出し、算出した予測値と中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）との差を少なくとも評価する第３評価関数の値を算出することを、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の候補解を変更して繰り返すことにより、第３評価関数の値が最適値になる中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の候補解を最適解として探索する。
【0105】
図７（ｂ）に示す中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の候補解を用いた場合に、第３評価関数の値が最適値になり、図７（ａ）に示すように、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が、時刻ｔc＋ｍにおける中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）の値に一致した（または最も近い値になった）とする。この場合、操作量決定部１５０は、図７（ｂ）に示す中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の候補解を最適解とする。図７（ｂ）に示すように、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解の中間の値（算術平均値）になるとは限らない。
【0106】
また、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に近いほど制御の高精度化を図ることができる。したがって、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）とすれば、制御の高精度化を図ることが出来る。
【0107】
一方、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解の算術平均値を、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）とすれば、操業の安定化（投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の変動の抑制）を図ることが出来る。以下の説明では、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解の算術平均値を、必要に応じて上下限投入熱量の最適解の算術平均値と称する。
【0108】
そこで、本実施形態では、制御の高精度化および操業の安定化の双方を考慮して時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定するために、操作量決定部１５０は、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、上下限投入熱量の最適解の算術平均値と、それらに対応する重み係数と、を用いて、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出する。
【0109】
以下に、操作量決定部１５０が有する機能の一例を詳細に説明する。図１に示すように本実施形態では、操作量決定部１５０は、中心操作量決定部１５１と、中心制御量予測部１５２と、操作量算出部１５３と、を有する。
【0110】
<<中心操作量決定部１５１、中心制御量予測部１５２>>
中心操作量決定部１５１は、制御量の目標値に対応する操作量を決定する。中心制御量予測部１５２は、制御量の目標値に対応する操作量で操作された場合の制御量の予測値を算出する。例えば、中心操作量決定部１５１は、制御量の目標値に対応する操作量の候補を中心制御量予測部１５２に出力する。中心制御量予測部１５２は、中心操作量決定部１５１から出力された操作量の候補で操作された場合の制御量の予測値を算出して中心操作量決定部１５１に出力する。中心操作量決定部１５１は、中心制御量予測部１５２から出力された制御量の予測値に基づいて、制御量の目標値に対応する操作量を決定する。本実施形態では、中心操作量決定部１５１および中心制御量予測部１５２により、制御量の目標値に対応する操作量の一例として中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を算出する場合を例示する。中心操作量決定部１５１および中心制御量予測部１５２の処理の説明は、前述した<<上限操作量決定部１４１ａ、上限制御量予測部１４２ａの処理>>の欄の説明において、上限操作量決定部１４１ａを中心操作量決定部１５１に、上限制御量予測部１４２ｂを中心制御量予測部１５２に、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）に、第１評価関数Ｊ１を第３評価関数Ｊ３に、（１）式を以下の（６）式に、それぞれ置き換えたものとなる。したがって、ここでは、中心操作量決定部１５１、中心制御量予測部１５２の詳細な説明を省略する。
中心操作量決定部１５１は、制御量の目標値に対応する操作量を決定する。中心制御量予測部１５２は、制御量の目標値に対応する操作量で操作された場合の制御量の予測値を算出する。例えば、中心操作量決定部１５１は、制御量の目標値に対応する操作量の候補を中心制御量予測部１５２に出力する。中心制御量予測部１５２は、中心操作量決定部１５１から出力された操作量の候補で操作された場合の制御量の予測値を算出して中心操作量決定部１５１に出力する。中心操作量決定部１５１は、中心制御量予測部１５２から出力された制御量の予測値に基づいて、制御量の目標値に対応する操作量を決定する。本実施形態では、中心操作量決定部１５１および中心制御量予測部１５２により、制御量の目標値に対応する操作量の一例として中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を算出する場合を例示する。中心操作量決定部１５１および中心制御量予測部１５２の処理の説明は、前述した<<上限操作量決定部１４１ａ、上限制御量予測部１４２ａの処理>>の欄の説明において、上限操作量決定部１４１ａを中心操作量決定部１５１に、上限制御量予測部１４２ｂを中心制御量予測部１５２に、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔ）、Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）に、第１評価関数Ｊ１を第３評価関数Ｊ３に、（１）式を以下の（６）式に、それぞれ置き換えたものとなる。したがって、ここでは、中心操作量決定部１５１、中心制御量予測部１５２の詳細な説明を省略する。
【0111】
【数3】
【0112】
（６）式に示す第３評価関数Ｊ３の説明は、前述した第１評価関数Ｊ１の説明において、第１評価関数Ｊ１を第３評価関数Ｊ３に、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）を中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）を中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔ）を中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔ）に、重み係数ｗ１、ｗ２をｗ５、ｗ６に、それぞれ置き換えたものとなる。したがって、ここでは、第３評価関数Ｊ３の詳細な説明を省略する。
【0113】
<<操作量算出部１５３>>
操作量算出部１５３は、操作範囲ＯＲ（の上限値および下限値）内の値を操作量として算出する。図８は、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の算出方法の一例を説明する図である。なお、図８においても図７と同様に、黒丸のプロット（●）は、実績値であることを示し、白丸のプロット（〇）は、予測値であることを示す。
操作量算出部１５３は、操作範囲ＯＲ（の上限値および下限値）内の値を操作量として算出する。図８は、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の算出方法の一例を説明する図である。なお、図８においても図７と同様に、黒丸のプロット（●）は、実績値であることを示し、白丸のプロット（〇）は、予測値であることを示す。
【0114】
前述したように本実施形態では、操作量算出部１５３が、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、上下限投入熱量の最適解の算術平均値と、それらに対する重み係数と、を用いて、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出する場合を例示する。例えば、操作量算出部１５３は、以下の（７）式～（１５）式により時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出する。
【0115】
【数4】
【0116】
（７）式および（１４）式に示すＱｉｎ＿ａｖｅ（ｔc＋１）は、上下限投入熱量の最適解の算術平均値である。
また、（８）式、（１０）式、および（１２）式において、投入熱量の許容増加量ΔＱｉｎ＿ｍａｘは、一回の操作で増加可能な投入熱量の限界値であり、正の値を有する。ΔＱｉｎ＿ｍａｘは、コークス炉１の設備制約（例えば、一回の操作で変更可能な調整弁５の開度の最大値）等に応じて予め定められる。
また、（８）式、（１０）式、および（１２）式において、投入熱量の許容増加量ΔＱｉｎ＿ｍａｘは、一回の操作で増加可能な投入熱量の限界値であり、正の値を有する。ΔＱｉｎ＿ｍａｘは、コークス炉１の設備制約（例えば、一回の操作で変更可能な調整弁５の開度の最大値）等に応じて予め定められる。
【0117】
また、（８）式、（１０）式、および（１２）式において、Ｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は、ＡおよびＢのうち小さい方の値を求める記号である。例えば（８）式においては、Ｑｉｎ（ｔc）＋ΔＱｉｎ＿ｍａｘと、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）と、のうち小さい方の値が、最終上限投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）として算出される。なお、Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）は、（８）式、（９）式、および（１４）式において、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）のＱの上に～が付されている記号を示す。
【0118】
（８）式は、例えば、図８（ａ）に例示するように、操作範囲設定部１４０で設定された上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解が投入熱量のＱ（ｔc）の実績値以上である場合（Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）≧Ｑ（ｔc）の場合）に用いられる。（８）式の計算により、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解が、投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値に投入熱量の許容増加量ΔＱｉｎ＿ｍａｘを加算した値以上になる場合には、後者（Ｑｉｎ（ｔc）＋ΔＱｉｎ＿ｍａｘ）が最終上限投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）として採用され、そうでない場合には、前者（Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１））が最終上限投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）として採用される。このようにすることにより、コークス炉１の設備制約等によって許容することが出来ないほど上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解が大きい場合に、当該上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を用いて燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が算出されることを抑制することが出来る。
【0119】
（１０）式は、例えば、図８（ａ）に例示するように、中心操作量決定部１５１で決定された中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解が、時刻ｔcにおける投入熱量のＱ（ｔc）の実績値以上である場合（Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）≧Ｑ（ｔc）の場合）に用いられる。（１０）式の意味の説明は、前述した（８）式の説明において上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）に置き換えた説明になるので、その詳細な説明を省略する。
【0120】
（１２）式は、例えば、図８（ａ）に例示するように、操作範囲設定部１４０で設定された下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解が、時刻ｔcにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値以上である場合（Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）≧Ｑ（ｔc）の場合）に用いられる。（１２）式の意味の説明は、前述した（８）式の説明において上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）に置き換えた説明になるので、その詳細な説明を省略する。
【0121】
また、（９）式、（１１）式、および（１３）式において、投入熱量の許容減少量ΔＱｉｎ＿ｍｉｎは、一回の操作で減少可能な投入熱量の限界値であり、負の値を有する。ΔＱｉｎ＿ｍｉｎは、コークス炉１の設備制約等に応じて予め定められる。なお、ΔＱｉｎ＿ｍａｘの絶対値と、ΔＱｉｎ＿ｍｉｎの絶対値は同じ値でも異なる値でも良い。
【0122】
また、（９）式、（１１）式、および（１３）式において、Ｍａｘ（Ａ，Ｂ）は、ＡおよびＢのうち大きい方の値を求める記号である。例えば（９）式においては、Ｑｉｎ（ｔc）＋ΔＱｉｎ＿ｍｉｎと、Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）と、のうち大きい方の値が、最終上限投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）として算出される。
【0123】
（９）式は、例えば、図８（ｂ）に例示するように、操作範囲設定部１４０で設定された上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解が投入熱量のＱ（ｔc）の実績値未満である場合（Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）＜Ｑ（ｔc）の場合）に用いられる。（９）式の計算により、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解が、投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値に投入熱量の許容減少量ΔＱｉｎ＿ｍｉｎを加算した値未満になる場合には、後者（Ｑｉｎ（ｔc）＋ΔＱｉｎ＿ｍｉｎ）が最終上限投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）として採用され、そうでない場合には、前者（Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１））が最終上限投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）として採用される。このようにすることにより、コークス炉１の設備制約等によって許容することが出来ないほど上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解が小さい場合に、当該上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を用いて燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が算出されることを抑制することが出来る。
【0124】
（１１）式は、例えば、図８（ｂ）に例示するように、中心操作量決定部１５１で決定された中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解が、時刻ｔcにおける投入熱量のＱ（ｔc）の実績値未満である場合（Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）＜Ｑ（ｔc）の場合）に用いられる。なお、Ｑ～ｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）は、（７）式、（１０）式、および（１１）式において、Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）のＱの上に～が付されている記号を示す。（１１）式の意味の説明は、前述した（９）式の説明において上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）に置き換えた説明になるので、その詳細な説明を省略する。
【0125】
（１３）式は、例えば、図８（ｂ）に例示するように、操作範囲設定部１４０で設定された下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解が、時刻ｔcにおける投入熱量のＱ（ｔc）の実績値以上である場合（Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）＜Ｑ（ｔc）の場合）に用いられる。なお、Ｑ～ｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）は、（１２）式、（１３）式、および（１４）式において、Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）のＱの上に～が付されている記号を示す。（１３）式の意味の説明は、前述した（９）式の説明において上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）に置き換えた説明になるので、その詳細な説明を省略する。
【0126】
（１５）式において、ｋは、上下限投入熱量の最適解の算術平均値Ｑｉｎ＿ａｖｅ（ｔc＋１）に対する重み係数の一例である。１－ｋは、最終中心投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）に対する重み係数の一例である。制御の高精度化を操業の安定化よりも重要視する場合にはｋの値を小さくし（０（零）に近い値にし）、操業の安定化を制御の高精度化よりも重要視する場合にはｋの値を大きくする（１に近い値にする）。重み係数ｋは、このような観点から、オフラインで予め定められても良い。また、（１５）式に代えて、例えば、０＜ｋ＜１、０＜ｋ≦１、または、０≦ｋ＜１を用いても良い。
【0127】
また、オンラインで係数ｋを定めても良い。例えば、制御周期ごとに係数ｋを定めても良い。このようにする場合、例えば、制御量の一例である炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間変化に基づいて、係数ｋの値を定めても良い。例えば、時刻ｔcにおける中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc）の値と、時刻ｔc＋１における中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の値と、の差の絶対値が大きいほど操業の安定化を重要視し、係数ｋの値を大きくしても良い。換言すると、時刻ｔc＋１における中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の値と、の差の絶対値が小さいほど制御の高精度化を重要視し、係数ｋの値を小さくしても良い。また、時刻ｔcにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc）の実績値と、時刻ｔc＋１における炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値と、の差の絶対値が大きいほど操業の安定化を重要視し、係数ｋの値を大きくしても良い。換言すると、時刻ｔcにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc）の実績値と、時刻ｔc＋１における炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値と、の差の絶対値が小さいほど制御の高精度化を重要視し、係数ｋの値を小さくしても良い。この場合、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値として、例えば、中心操作量決定部１５１により決定した中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を用いて中心制御量予測部１５２により算出された炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値が用いられる。
【0128】
また、操作量の一例である投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化に基づいて、係数ｋの値を定めても良い。例えば、時刻ｔcにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値と、時刻ｔc＋１における中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、の差の絶対値が大きいほど操業の安定化を重要視し、係数ｋの値を大きくしても良い。換言すると、時刻ｔcにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値と、時刻ｔc＋１における中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、の差の絶対値が小さいほど制御の高精度化を重要視し、係数ｋの値を小さくしても良い。
【0129】
本実施形態では、操作量決定部１５０が、以上のようにして操作量算出部１５３により算出された時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）として決定する場合を例示する。
【0130】
＜制御部１６０＞
制御部１６０は、操作量決定部１５０により時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入すると決定された投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が燃焼室３に投入されるようにするための制御信号を生成して出力する。制御信号は、例えば、操作量決定部１５０により決定された時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）と、時刻ｔcにおける中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc）または時刻ｔcにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc）の実績値と、差を示す信号である。制御信号の出力先として、調整弁５を操作するアクチュエータの制御装置が例示される。制御装置は、制御信号に従う開度になるように調整弁５を操作することを当該アクチュエータに指示する。これにより、操作量決定部１５０により決定された投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入されるように調整弁５の開度が調整される。
制御部１６０は、操作量決定部１５０により時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入すると決定された投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が燃焼室３に投入されるようにするための制御信号を生成して出力する。制御信号は、例えば、操作量決定部１５０により決定された時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）と、時刻ｔcにおける中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc）または時刻ｔcにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc）の実績値と、差を示す信号である。制御信号の出力先として、調整弁５を操作するアクチュエータの制御装置が例示される。制御装置は、制御信号に従う開度になるように調整弁５を操作することを当該アクチュエータに指示する。これにより、操作量決定部１５０により決定された投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入されるように調整弁５の開度が調整される。
【0131】
［フローチャート］
次に、図９のフローチャートを参照しながら、本実施形態の処理装置１００を用いて行われる処理方法の一例を説明する。なお、ここでは、図９のフローチャートの処理が開始する前に処理装置１００が取得しておく必要があるデータは、データ取得部１１０で取得されているものとする。例えば、バンド幅ＢＷ、重み係数ｗ１～ｗ６、回帰係数ａ１、ａ２、ｂ１、係数ｋ、投入熱量の許容増加量ΔＱｉｎ＿ｍａｘ、および投入熱量の許容減少量ΔＱｉｎ＿ｍｉｎに関するデータは、図９のフローチャートの処理が開始する前に処理装置１００が取得しておいても良い。
次に、図９のフローチャートを参照しながら、本実施形態の処理装置１００を用いて行われる処理方法の一例を説明する。なお、ここでは、図９のフローチャートの処理が開始する前に処理装置１００が取得しておく必要があるデータは、データ取得部１１０で取得されているものとする。例えば、バンド幅ＢＷ、重み係数ｗ１～ｗ６、回帰係数ａ１、ａ２、ｂ１、係数ｋ、投入熱量の許容増加量ΔＱｉｎ＿ｍａｘ、および投入熱量の許容減少量ΔＱｉｎ＿ｍｉｎに関するデータは、図９のフローチャートの処理が開始する前に処理装置１００が取得しておいても良い。
【0132】
まず、ステップＳ９０１において、目標軌道取得部１２０は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）を取得する。前述したように本実施形態では、目標軌道取得部１２０が、特開２０２３－３９６６９号公報に記載の手法で中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）の最適解を算出する場合を例示する。
【0133】
次に、ステップＳ９０２において、バンド幅設定部１３０は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対してバンド幅ＢＷを設定する。前述したように本実施形態では、バンド幅設定部１３０が、上限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）および下限目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ）を算出して設定することにより、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対してバンド幅ＢＷを設定する場合を例示する。
図９のフローチャートでは、ステップＳ９０１、Ｓ９０２の処理が終了した後に、コークス炉１の制御周期（本実施形態では１時間）ごとの繰り返し処理が行われる場合を例示する。
図９のフローチャートでは、ステップＳ９０１、Ｓ９０２の処理が終了した後に、コークス炉１の制御周期（本実施形態では１時間）ごとの繰り返し処理が行われる場合を例示する。
【0134】
ステップＳ９０３において、操作範囲設定部１４０（上限操作量決定部１４１ａ、上限制御量予測部１４２ａ、下限操作量決定部１４１ｂ、下限制御量予測部１４２ｂ）は、モデル予測制御を行うことにより、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解をそれぞれ算出する。モデル予測制御で使用する予測モデルは、例えば、（３）式～（５）式である。また、本ステップＳ９０３で行うモデル予測制御において最適化問題を解く際に用いる評価関数は、例えば、（１）式に示す第１評価関数Ｊ１と、（２）式に示す第２評価関数Ｊ２である。第１評価関数Ｊ１は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を算出する際に用いる評価関数であり、第２評価関数Ｊ２は、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を算出する際に用いる評価関数である。
【0135】
次に、ステップＳ９０４において、操作量決定部１５０（中心操作量決定部１５１、中心制御量予測部１５２）は、モデル予測制御を行うことにより、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を算出する。前述したようにモデル予測制御で使用する予測モデルは、例えば、（３）式～（５）式である。また、本ステップＳ９０４で行うモデル予測制御において最適化問題を解く際（中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解を算出する際）に用いる評価関数は、例えば、（３）式に示す第３評価関数Ｊ３である。
【0136】
次に、ステップＳ９０５において、操作量決定部１５０（操作量算出部１５３）は、ステップＳ９０３で算出された上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解を上限値とし、ステップＳ９０３で算出された下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解を下限値とする操作範囲ＯＲ内から、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。本実施形態では、操作量決定部１５０（操作量算出部１５３）が、（７）式～（１５）式により時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出し、算出した投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を、時刻ｔc＋１までに燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）として決定する場合を例示する。
【0137】
次に、ステップＳ９０６において、制御部１６０は、ステップＳ９０５で決定された投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が燃焼室３に投入されるようにするための制御信号を生成して出力する。
【0138】
次に、ステップＳ９０７において、制御部１６０は、コークス炉１の制御を終了するか否かを判定する。コークス炉１の制御を終了するか否かの判定は、制御部１６０は、処理装置１００に対するオペレータの入力操作によって制御終了の指示がなされた場合に、コークス炉１の制御を終了すると判定しても良い。また、制御部１６０は、例えば、時刻ｔc＋１が時刻ｔeである場合に、コークス炉１の制御を終了すると判定しても良い。
【0139】
ステップＳ９０７の判定の結果、コークス炉１の制御を終了しない場合（ステップＳ９０７でＮＯの場合）、ステップＳ９０３の処理が再び行われる。そして、次の制御周期に対する処理としてステップＳ９０３～Ｓ９０７の処理が行われる。一方、ステップＳ９０７の判定の結果、コークス炉１の制御を終了する場合（ステップＳ９０７でＹＥＳの場合）、図９のフローチャートによる処理は終了する。
【0140】
［計算例］
次に、計算例を説明する。本計算例では、係数ｋの値以外の条件を同じにして、本実施形態で説明したようにして時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を順次決定（算出）するコンピュータシミュレーションを行った。なお、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の算出には（７）式～（１５）式を用いた。
次に、計算例を説明する。本計算例では、係数ｋの値以外の条件を同じにして、本実施形態で説明したようにして時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を順次決定（算出）するコンピュータシミュレーションを行った。なお、時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の算出には（７）式～（１５）式を用いた。
【0141】
図１０は、係数ｋが０（零）である場合の炉団温度Ｔｒ（ｔ）および投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化の計算結果を示す図である。図１１は、係数ｋが１．０である場合の炉団温度Ｔｒ（ｔ）および投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化の計算結果を示す図である。図１２は、係数ｋが０．８である場合の炉団温度Ｔｒ（ｔ）および投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化の計算結果を示す図である。
【0142】
係数ｋが０（零）である場合には、（７）式に示すように投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）は、（１０）式または（１１）式により算出される最終中心投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）になる。この場合、投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）は、時刻ｔc＋ｍにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が時刻ｔc＋ｍにおける中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に対応する値（第３評価関数Ｊ３の値が最小）になるときの投入熱量（中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１））になる。したがって、図１０（ａ）に示すように炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間変化は、中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に高精度に追従するが、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化が急峻になり易くなる。すなわち、炉団温度の制御性能は高まるが、操業が不安定になる虞がある。
【0143】
また、係数ｋが１．０である場合には、（７）式に示すように投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）は、（１４）式により算出される上下限投入熱量の最適解の算術平均値Ｑｉｎ＿ａｖｅ（ｔc＋１）になる。したがって、投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）の算出の際に炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値と中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）との差は考慮されず、投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解の時間変化に応じて時間変化する。したがって、図１１（ａ）に示すように炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間変化は図１０（ａ）に比べると中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対し上下に変動しながら追従するが、図１１（ｂ）に示すように投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）は図１０（ｂ）に比べると緩やかに時間変化する。すなわち、炉団温度の制御性能は低くなるが、操業は安定する。
【0144】
また、係数ｋが０．８である（係数ｋが０でも１でもない）場合には、（７）式に示すように重み係数ｋに応じて、最終中心投入熱量Ｑ～ｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）と、上下限投入熱量の最適解の算術平均値Ｑｉｎ＿ａｖｅ（ｔc＋１）と、が加算された投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が算出される。したがって、図１２（ａ）に示すように、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間変化は図１０（ａ）に比べると中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対し上下に変動しながら追従するが、図１１（ａ）に比べれば中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に高精度に追従する。また、図１２（ｂ）に示すように投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）は、図１１（ｂ）に比べれば急峻に変動するが、図１０（ｂ）と比べると緩やかに変動する。すなわち、炉団温度の制御の高精度化と、操業の安定化と、の双方を考慮することが出来る。
【0145】
［まとめ］
以上のように本実施形態では、処理装置１００は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対してバンド幅ＢＷを設定し、設定したバンド幅ＢＷに炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値が入るための投入熱量Ｑｉｎの範囲である操作範囲ＯＲを設定し、設定した操作範囲ＯＲ内から、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。したがって、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する際に、バンド幅ＢＷの範囲内であれば炉団温度Ｔｒ（ｔ）が中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）からずれることを許容することが出来る。よって、炉団温度Ｔｒ（ｔ）が中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に過度に近づく（または一致する）ように燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が決定されることを抑制することが出来る。これにより、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が急激に変動することを抑制することが出来る。
以上のように本実施形態では、処理装置１００は、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に対してバンド幅ＢＷを設定し、設定したバンド幅ＢＷに炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値が入るための投入熱量Ｑｉｎの範囲である操作範囲ＯＲを設定し、設定した操作範囲ＯＲ内から、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。したがって、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する際に、バンド幅ＢＷの範囲内であれば炉団温度Ｔｒ（ｔ）が中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）からずれることを許容することが出来る。よって、炉団温度Ｔｒ（ｔ）が中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）に過度に近づく（または一致する）ように燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が決定されることを抑制することが出来る。これにより、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）が急激に変動することを抑制することが出来る。
【0146】
また、本実施形態では、処理装置１００は、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）を用いて、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。したがって、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定するための指標として、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）を用いることが出来る。よって、例えば、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）から大きく異ならないように燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定することが出来る。
【0147】
また、本実施形態では、処理装置１００は、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値を算出する予測モデルと、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値と中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）との差を少なくとも評価する第３評価関数Ｊ３と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が中心目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）を算出する。したがって、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れが長い場合であっても、モデル予測制御によって、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を高精度に決定することが出来る。
【0148】
また、本実施形態では、処理装置１００は、操作範囲ＯＲ内の複数の投入熱量の値と、当該複数の投入熱量の値の重み係数と、に基づいて、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。したがって、複数の操業要求を考慮して、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定することが出来る。この場合、複数の投入熱量の値は、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解と、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、を用いて定められても良い。このようにすれば、制御の高精度化と、操業の安定化と、の双方を考慮して、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定することが出来る。
【0149】
また、本実施形態では、処理装置１００は、時刻ｔcにおける投入熱量Ｑｉｎ（ｔc）の実績値に対する、時刻ｔc＋１における中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解の時間変化（具体的には時刻ｔcにおける炉団温度Ｔｒ（ｔc）の実績値と、時刻ｔc＋１における炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値と、の差の絶対値）に基づいて、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を決定する。したがって、例えば、燃焼室３に対する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）として、時間変化が極端に大きくなるような投入熱量が決定されることを抑制することが出来る。
【0150】
また、本実施形態では、処理装置１００は、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）に対する炉団温度Ｔｒ（ｔ）の時間応答と、炉団温度Ｔｒ（ｔ）の予測値を算出する予測モデルの予測精度と、中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ）と、コークス炉１の操業実績と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいてバンド幅ＢＷを設定する。したがって、コークス炉１および処理装置１００の実情に応じてバンド幅ＢＷを設定することが出来る。
【0151】
また、本実施形態では、処理装置１００は、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）である上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を操作範囲ＯＲの上限値として設定する。また、処理装置１００は、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔ＋１）である下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）を操作範囲ＯＲの下限値として設定する。したがって、操作範囲ＯＲの上下限を、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の上下限に対応させることが出来る。よって、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）が炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の上下限（上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）から外れるような投入熱量が、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）として決定されることを抑制することが出来る。
【0152】
また、本実施形態では、処理装置１００は、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値を算出する予測モデルと、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値と上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）との差を少なくとも評価する第１評価関数Ｊ１と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）に対応する値になるときの上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）を算出する。また、処理装置１００は、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋１）の予測値を算出する予測モデルと、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値と下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）との差を少なくとも評価する第２評価関数Ｊ２と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、炉団温度Ｔｒ（ｔc＋ｍ）の予測値が下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）に対応する値になるときの下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）を算出する。したがって、投入熱量が炉団温度に反映されるまでの時間遅れが長い場合であっても、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を高精度に決定することが出来る。
【0153】
＜変形例＞
本実施形態では、（３）式～（５）式に例示するように、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解と、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、を用いて、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）する場合を例示した。しかしながら、必ずしもこのようにして燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）する必要はない。例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化のみに基づいて、操作範囲ＯＲ内から、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）しても良い。このようにする場合、例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値の時間変化に基づいて、操作範囲ＯＲ内から投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）しても良い。具体的には、例えば、時刻ｔc＋１よりも前の複数の時刻における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値から、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化を示す近似関数を算出し、当該近似関数を用いて時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（外挿）しても良い。このように投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値を用いて表される投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化を用いていれば、本実施形態で説明したように、必ずしも投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の予測値（例えば、時刻ｔc＋１における中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解）を用いて、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化を算出しなくても良い。なお、当該近似関数は線形関数であっても非線形関数であっても良い。
本実施形態では、（３）式～（５）式に例示するように、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の最適解および下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の最適解と、中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解と、を用いて、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）する場合を例示した。しかしながら、必ずしもこのようにして燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）する必要はない。例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化のみに基づいて、操作範囲ＯＲ内から、燃焼室３に投入する投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）しても良い。このようにする場合、例えば、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値の時間変化に基づいて、操作範囲ＯＲ内から投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（決定）しても良い。具体的には、例えば、時刻ｔc＋１よりも前の複数の時刻における投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値から、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化を示す近似関数を算出し、当該近似関数を用いて時刻ｔc＋１における投入熱量Ｑｉｎ（ｔc＋１）を算出（外挿）しても良い。このように投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の実績値を用いて表される投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化を用いていれば、本実施形態で説明したように、必ずしも投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の予測値（例えば、時刻ｔc＋１における中心投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１）の最適解）を用いて、投入熱量Ｑｉｎ（ｔ）の時間変化を算出しなくても良い。なお、当該近似関数は線形関数であっても非線形関数であっても良い。
【0154】
また、本実施形態では、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ）と、下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ）と、の双方を設定する場合を例示した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、バンド幅ＢＷの上限を、目標軌道決定部１２２により最適解として決定された目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）（中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ））に一致させても良い。この場合、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）の設定は行われなくてもよい。したがって、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）の設定は行わなくても良い。また、バンド幅ＢＷの下限を、目標軌道決定部１２２により最適解として決定された目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ（ｔ）（中心目標炉温軌道Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ））に一致させても良い。この場合、下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔc＋ｍ）の設定は行われなくてもよい。したがって、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）の設定は行わなくても良い。以上のように、上限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔc＋ｍ）と、下限目標炉温Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔc＋ｍ）と、のうち、少なくとも一方が設定されていれば良い。また、上限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１）と、下限投入熱量Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１）と、のうち、少なくとも一方が設定されていれば良い。
【0155】
また、本実施形態では、制御対象がコークス炉１を含むコークス製造プロセスである場合を例示した。しかしながら、制御対象はコークス炉１を含むコークス製造プロセスに限定されず、制御量の目標値が存在する制御対象であれば、制御対象は限定されない。
【0156】
例えば、制御対象は、相前後して加熱される加熱対象に対し連続的に加熱制御を行うことが可能な工業炉を含む、コークス製造プロセス以外の製造プロセスであっても良い。加熱対象は、固体であっても液体であっても気体であっても良い。このような工業炉の具体例として、高炉、転炉、熱風炉、および連続焼鈍炉がある。このような工業炉では、操作量が制御量に反映されるまでの時間遅れが長い場合がある。この場合、本実施形態で説明したように、例えば、将来のプロセスの状態変化を予測モデルで予測しながら操作量を最適化するモデル予測制御を行うことが好ましいところ、予測モデルの予測誤差が大きい場合に操作量がハンチングし易くなる。よって、このような工業炉は、本実施形態の手法を適用するのが好ましい制御対象の一例となる。
【0157】
また、例えば、コークス炉のように非定常操業時において加熱制御が行われることがある工業炉では、予測モデルの学習用の実績データを多量に収集するのが容易ではなく、予測モデルの予測誤差が大きくなり易い。したがって、このような工業炉の非定常操業時における加熱制御の際に本実施形態の手法を適用するのが好ましい。なお、非定常操業とは、日常的に行われる操業（定常操業）とは異なる操業を指す。非定常操業は、例えば、制御対象を構成する要素の検査時の操業、修理時の操業、操業異常時の操業、および予め定められている操業スケジュールとは異なる操業（例えば、一時的な増産および減産のための操業）のうち、少なくとも一つを含んでいても良く、また、加熱対象を加熱する操業であっても、加熱対象を加熱しない操業であっても良い。また、非定常操業は、例えば、実施頻度が最も高い操業以外の操業でも良い。
【0158】
（その他の実施形態）
なお、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。また、本発明の実施形態は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）により実現されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用のハードウェアにより実現されてもよい。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
なお、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。また、本発明の実施形態は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）により実現されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用のハードウェアにより実現されてもよい。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【0159】
なお、以上の実施形態の開示は、例えば以下のようになる。
（開示１）
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理装置であって、
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定部と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定部と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定部と、
を備える処理装置。
（開示２）
前記操作量決定部は、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値を用いて、前記操作量を決定する、開示１に記載の処理装置。
（開示３）
前記操作量決定部は、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と目標値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値を算出する、開示２に記載の処理装置。
（開示４）
前記操作量決定部は、前記操作範囲内の複数の値と、前記制御対象に与える前記操作量に対する当該複数の値の相対的な重要度を示す重み係数と、に基づいて、前記操作量を決定する、開示１～３のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示５）
前記複数の値は、前記制御量の予測値が前記バンド幅の上限値および下限値に対応する値になるときの前記操作量の予測値に基づく値と、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値と、を含む、開示４に記載の処理装置。
（開示６）
前記操作量決定部は、前記操作量の実績値を用いて表される前記操作量の時間変化に基づいて、前記操作量を決定する、開示１～５のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示７）
前記バンド幅設定部は、前記操作量に対する前記制御量の時間応答と、前記制御量の予測精度と、前記制御量の目標値と、前記制御対象の操業実績と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいて前記バンド幅を設定する、開示１～６のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示８）
前記操作範囲設定部は、前記制御量の予測値が前記バンド幅の上限値に対応する値であるバンド幅上限値になるときの前記操作量の予測値を前記操作範囲の上限値として設定することと、前記制御量の予測値が前記バンド幅の下限値に対応する値であるバンド幅下限値になるときの前記操作量の予測値を前記操作範囲の下限値として設定することと、のうち、少なくとも一方を行う、開示１～７のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示９）
前記操作範囲設定部は、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と前記バンド幅の上限値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が前記バンド幅上限値になるときの前記操作量の予測値を算出することと、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と前記バンド幅の下限値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が前記バンド幅下限値になるときの前記操作量の予測値を算出することと、のうち、少なくとも一方を行う、開示８に記載の処理装置。
（開示１０）
前記制御対象は、相前後して加熱される加熱対象に対し連続的に加熱制御を行うことが可能な工業炉を含む、開示１～９のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示１１）
前記制御対象は、非定常操業時において加熱制御が行われることがある工業炉を含む、開示１～１０のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示１２）
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理方法であって、
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定工程と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定工程と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定工程と、
を備える処理方法。
（開示１３）
開示１～１１のいずれか一つに記載の処理装置の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
（開示１）
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理装置であって、
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定部と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定部と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定部と、
を備える処理装置。
（開示２）
前記操作量決定部は、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値を用いて、前記操作量を決定する、開示１に記載の処理装置。
（開示３）
前記操作量決定部は、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と目標値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値を算出する、開示２に記載の処理装置。
（開示４）
前記操作量決定部は、前記操作範囲内の複数の値と、前記制御対象に与える前記操作量に対する当該複数の値の相対的な重要度を示す重み係数と、に基づいて、前記操作量を決定する、開示１～３のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示５）
前記複数の値は、前記制御量の予測値が前記バンド幅の上限値および下限値に対応する値になるときの前記操作量の予測値に基づく値と、前記制御量の予測値が目標値に対応する値になるときの前記操作量の予測値と、を含む、開示４に記載の処理装置。
（開示６）
前記操作量決定部は、前記操作量の実績値を用いて表される前記操作量の時間変化に基づいて、前記操作量を決定する、開示１～５のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示７）
前記バンド幅設定部は、前記操作量に対する前記制御量の時間応答と、前記制御量の予測精度と、前記制御量の目標値と、前記制御対象の操業実績と、のうちの少なくともいずれか一つに基づいて前記バンド幅を設定する、開示１～６のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示８）
前記操作範囲設定部は、前記制御量の予測値が前記バンド幅の上限値に対応する値であるバンド幅上限値になるときの前記操作量の予測値を前記操作範囲の上限値として設定することと、前記制御量の予測値が前記バンド幅の下限値に対応する値であるバンド幅下限値になるときの前記操作量の予測値を前記操作範囲の下限値として設定することと、のうち、少なくとも一方を行う、開示１～７のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示９）
前記操作範囲設定部は、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と前記バンド幅の上限値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が前記バンド幅上限値になるときの前記操作量の予測値を算出することと、前記制御量の予測値を算出する予測モデルと、前記制御量の予測値と前記バンド幅の下限値との差を少なくとも評価する評価関数と、を用いたモデル予測制御を行うことにより、前記制御量の予測値が前記バンド幅下限値になるときの前記操作量の予測値を算出することと、のうち、少なくとも一方を行う、開示８に記載の処理装置。
（開示１０）
前記制御対象は、相前後して加熱される加熱対象に対し連続的に加熱制御を行うことが可能な工業炉を含む、開示１～９のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示１１）
前記制御対象は、非定常操業時において加熱制御が行われることがある工業炉を含む、開示１～１０のいずれか一つに記載の処理装置。
（開示１２）
制御対象に与える操作量を制御量の予測値と目標値とに基づいて決定する処理方法であって、
前記制御量の目標値に対する許容誤差範囲であるバンド幅を設定するバンド幅設定工程と、
前記制御量の予測値が前記バンド幅に入るための前記操作量の範囲である操作範囲を設定する操作範囲設定工程と、
前記操作範囲内から、前記制御対象に与える前記操作量を決定する操作量決定工程と、
を備える処理方法。
（開示１３）
開示１～１１のいずれか一つに記載の処理装置の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【符号の説明】
【0160】
１ コークス炉
２ 炭化室
３ 燃焼室
４ 炉壁
５ 調整弁
６ 温度計
７ 押出ラム
８ 温度計
９ ガイド車
１００ 処理装置
１１０ データ取得部
１２０ 目標軌道取得部
１２１ 予測値算出部
１２１ａ 操作量予測部
１２１ｂ 状態予測部
１２２ 目標軌道決定部
１３０ バンド幅設定部
１４０ 操作範囲設定部
１４１ａ 上限操作量決定部
１４１ｂ 下限操作量決定部
１４２ａ 上限制御量予測部
１４２ｂ 下限制御量予測部
１５０ 操作量決定部
１５１ 中心操作量決定部
１５２ 中心制御量予測部
１５３ 操作量算出部
１６０ 制御部
ｔc 現在時刻
ｔs 非定常操業の開始時刻
ｔe 非定常操業の終了時刻
ＢＷ バンド幅
ＯＲ 操作範囲
Ｑｉｎ（ｔ） 投入熱量
Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１） 上限投入熱量
Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１） 中心投入熱量
Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１） 下限投入熱量
Ｔｒ（ｔ） 炉団温度
Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ） 上限目標炉温軌道
Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ） 中心目標炉温軌道
Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ） 下限目標炉温軌道
ΔＱｉｎ＿ｍａｘ 投入熱量の許容増加量
ΔＱｉｎ＿ｍｉｎ 投入熱量の許容減少量
２ 炭化室
３ 燃焼室
４ 炉壁
５ 調整弁
６ 温度計
７ 押出ラム
８ 温度計
９ ガイド車
１００ 処理装置
１１０ データ取得部
１２０ 目標軌道取得部
１２１ 予測値算出部
１２１ａ 操作量予測部
１２１ｂ 状態予測部
１２２ 目標軌道決定部
１３０ バンド幅設定部
１４０ 操作範囲設定部
１４１ａ 上限操作量決定部
１４１ｂ 下限操作量決定部
１４２ａ 上限制御量予測部
１４２ｂ 下限制御量予測部
１５０ 操作量決定部
１５１ 中心操作量決定部
１５２ 中心制御量予測部
１５３ 操作量算出部
１６０ 制御部
ｔc 現在時刻
ｔs 非定常操業の開始時刻
ｔe 非定常操業の終了時刻
ＢＷ バンド幅
ＯＲ 操作範囲
Ｑｉｎ（ｔ） 投入熱量
Ｑｉｎ＿ｍａｘ（ｔc＋１） 上限投入熱量
Ｑｉｎ＿ｍｉｄ（ｔc＋１） 中心投入熱量
Ｑｉｎ＿ｍｉｎ（ｔc＋１） 下限投入熱量
Ｔｒ（ｔ） 炉団温度
Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍａｘ（ｔ） 上限目標炉温軌道
Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｄ（ｔ） 中心目標炉温軌道
Ｔｒ＿ｒｅｆ＿ｍｉｎ（ｔ） 下限目標炉温軌道
ΔＱｉｎ＿ｍａｘ 投入熱量の許容増加量
ΔＱｉｎ＿ｍｉｎ 投入熱量の許容減少量
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】