特開 2024-84361 情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラム

(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】P2024084361

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/32 20060101AFI20240618BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

G05B11/32 C

G05B13/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022198596

(22)【出願日】2022-12-13

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】305027401

【氏名又は名称】東京都公立大学法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大井 章弘

(72)【発明者】

【氏名】増田 士朗

【テーマコード（参考）】

5H004

【Ｆターム（参考）】

5H004GA30

5H004GB01

5H004GB04

5H004HA02

5H004HA03

5H004HB02

5H004HB03

5H004KB02

5H004KB04

5H004KB39

5H004KC01

5H004KC33

5H004LA12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】カスケード制御系において用いられる制御パラメータを容易に調整することが可能な情報処理装置を提供する。
【解決手段】第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、第２制御部と、を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理装置であって、前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量の計算値とに基づく評価関数を立式する立式部と、前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新する更新部とを含む情報処理装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、
前記第２目標値及び前記第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる前記第２制御対象の第２操作量を、前記第２制御対象に出力する第２制御部と、
を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理装置であって、
前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量とに基づく評価関数を立式する立式部と、
前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新する更新部と、
を含む情報処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の情報処理装置であって、
前記更新部は、
前記第１制御パラメータを、前記評価関数の前記第１制御パラメータに関する第１勾配に基づいて補正し、前記第２制御パラメータを、前記評価関数の前記第２制御パラメータに関する第２勾配に基づいて補正し、前記第１及び第２制御パラメータを更新する、
情報処理装置。

【請求項3】

請求項１に記載の情報処理装置であって、
前記第１及び第２制御パラメータが更新された際の前記評価関数の値の変動値に基づいて、前記第１及び第２制御パラメータの更新を継続するか終了するかを判定する判定部を更に含む、
情報処理装置。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一項に記載の情報処理装置であって、
前記評価関数は、前記第１制御量の計算値の前記第１目標値に対する分散を含む、
情報処理装置。

【請求項5】

請求項１に記載の情報処理装置であって、
前記第１及び第２制御量の夫々の計算値と、前記第１及び第２制御量の夫々の測定値との第２誤差を最小化する前記第１～第４モデルを推定する推定部を更に含み、
前記第２制御量の計算値は、前記第１目標値を前記カスケードモデルの入力とした場合に得られる前記第２制御量の計算値である、
情報処理装置。

【請求項6】

請求項５に記載の情報処理装置であって、
前記推定部は、
前記第２誤差を最小化する前記第１～第４モデルの夫々を示す伝達関数のパラメータを推定する、
情報処理装置。

【請求項7】

第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、
前記第２目標値及び前記第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる前記第２制御対象の第２操作量を、前記第２制御対象に出力する第２制御部と、
を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理方法であって、
情報処理装置が、
前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量とに基づく評価関数を立式するステップと、
前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新するステップ、
を含む情報処理方法。

【請求項8】

第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、
前記第２目標値及び前記第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる前記第２制御対象の第２操作量を、前記第２制御対象に出力する第２制御部と、
を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理プログラムであって、
コンピュータに、
前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量とに基づく評価関数を立式する立式部と、
前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新する更新部と、
を実現させる情報処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

複数のフィードバック制御ループを有するカスケード制御系において、複数の制御対象のそれぞれを制御するコントローラの制御パラメータを調整する技術が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、カスケード制御系において、マスタ側及びスレーブ側制御対象をそれぞれ制御するマスタ側及びスレーブ側コントローラのＰＩＤパラメータを、オートチューニングにより求める技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２―０８９００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、制御対象の通常の運用においては用いられない特別の信号を用いてＰＩＤパラメータを調整する。このことから、特許文献１に記載された発明においては、手順が煩雑になり、利用者への負担が大きくなる場合がある。

【0006】

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、カスケード制御系において用いられる制御パラメータを容易に調整することが可能な情報処理装置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】

【0007】

上記目的を達成するための一の発明は、第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、前記第２目標値及び前記第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる前記第２制御対象の第２操作量を、前記第２制御対象に出力する第２制御部と、を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理装置であって、前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量とに基づく評価関数を立式する立式部と、前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新する更新部と、を含む情報処理装置である。

【0008】

また、第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、前記第２目標値及び前記第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる前記第２制御対象の第２操作量を、前記第２制御対象に出力する第２制御部と、を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理方法であって、情報処理装置が、前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量とに基づく評価関数を立式するステップと、前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新するステップ、を含む情報処理方法である。

【0009】

また、第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び前記第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部と、前記第２目標値及び前記第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる前記第２制御対象の第２操作量を、前記第２制御対象に出力する第２制御部と、を備えるカスケード制御系の前記第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理プログラムであって、コンピュータに、前記第１制御対象の第１モデルと、前記第２制御対象の第２モデルと、前記第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、前記第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含む前記カスケード制御系を模擬したカスケードモデルを用いて、前記第１目標値と、前記第１制御量とに基づく評価関数を立式する立式部と、前記評価関数の値が改善するよう、前記第１及び第２制御パラメータを更新する更新部４１４と、を実現させる情報処理プログラムである。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、カスケード制御系において用いられる制御パラメータを容易に調整することが可能な情報処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の制御システム１の一例を説明する図である。

【図2】実施形態のカスケードモデルの一例を説明する図である。

【図3】情報処理装置４のハードウェア構成を説明する図である。

【図4】情報処理装置４の機能ブロックを示す図である。

【図5】制御パラメータを調整する処理のフローチャートである。

【図6】制御パラメータの更新に伴う評価関数の推移の一例を示す図である。

【図7】制御パラメータの更新に伴う制御パラメータの推移の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＝＝実施形態＝＝
＜＜制御システム１＞＞
制御システム１は、カスケード制御方式により、制御対象であるボイラからタービンに供給される蒸気の圧力を制御するための装置である（詳細は後述）。

【0013】

図１は、本実施形態の制御システム１の構成を説明する図である。制御システム１は、制御装置２と、カスケード制御系３と、情報処理装置４とを備える。以下、それぞれについて説明する。

【0014】

＜制御装置２＞
制御装置２は、カスケード制御系３に対し、ボイラＧ１の蒸気の圧力の目標値ｒ_２（詳細は後述）を出力する。

【0015】

＜カスケード制御系３＞
カスケード制御系３は、ボイラＧ１の制御量である蒸気の圧力と、燃料調節弁Ｇ２の制御量である流量をフィードバックしつつ、蒸気の圧力が目標値となるよう制御する制御系である。

【0016】

カスケード制御系３は、制御装置３０，３１と、ボイラＧ１と、燃料調節弁Ｇ２と、圧力センサＳ１と、流量センサＳ２と、を備える。

【0017】

なお、ボイラＧ１は「第１制御対象」の一例であり、流量調節弁Ｇ２は「第２制御対象」の一例である。

【0018】

［ボイラＧ１］
ボイラＧ１は、配管３２（図１）を介して供給された燃料を燃焼させ、密閉された容器Ｇ１ａ内の水を加熱し、沸騰させる。そして、ボイラＧ１は、容器Ｇ１ａ内の水の蒸気を、配管３３（図１）を介してタービン５に供給する。ボイラＧ１から供給された蒸気の圧力によってタービン５が回転することにより、発電機６が発電する。

【0019】

［燃料調節弁Ｇ２］
燃料調節弁Ｇ２は、配管３２を介してボイラＧ１に供給される燃料の流量を調節する。燃料調節弁Ｇ２は、配管３２上に設けられている。詳細は後述するが、燃料調節弁Ｇ２は、制御装置３１からの操作量ｕ_２に応じて開度を調整することにより、配管３２における燃料の流量を調節する。

【0020】

［圧力センサＳ１］
圧力センサＳ１は、配管３３を介してボイラＧ１からタービン５に供給される蒸気の圧力を測定し、制御装置３０（後述）に出力する。圧力センサＳ１は、配管３３の所定の位置に設けられている。

【0021】

［流量センサＳ２］
流量センサＳ２は、配管３２を介してボイラＧ１に供給される燃料の流量を測定し、制御装置３１（後述）に出力する。流量センサＳ２は、配管３２の所定の位置に設けられている。なお、本実施形態では、流量センサＳ２は燃料調節弁Ｇ２の上流側に設けられているが、下流側に設けられても構わない。

【0022】

［制御装置３０］
制御装置３０は、制御装置２からの蒸気の圧力の目標値ｒ_１（「第１目標値」に相当）と、圧力センサＳ１からの蒸気の圧力の測定値ｙ_１と、を入力とし、操作量ｕ_１（「第１操作量」に相当）を出力する。制御装置３０は、加算器Ａ１と、制御部Ｃ１（「第１制御部」に相当）とを備える。

【0023】

加算器Ａ１は、蒸気の圧力の目標値ｒ_１及び蒸気の圧力ｙ_１の測定値を入力とし、蒸気の圧力の目標値ｒ_１及び蒸気の圧力の測定値ｙ_１の差（ｒ_１－ｙ_１）を制御部Ｃ１に出力する。なお、蒸気の圧力ｙ_１の測定値は、後述する圧力センサＳ１から入力される。

【0024】

制御部Ｃ１は、加算器Ａ１からの入力（ｒ_１－ｙ_１）と、制御パラメータρ_１（「第１制御パラメータ」に相当、詳細は後述）とに基づいて得られる操作量ｕ_１を出力する。なお、制御部Ｃ１が実行する演算の詳細については後述する。

【0025】

このとき、制御部Ｃ１は、操作量ｕ_１を、燃料の流量の目標値ｒ_２（「第２目標値」に相当）として出力する。

【0026】

［制御装置３１］
制御装置３１は、制御装置３０からの燃料の流量の目標値ｒ_２と、流量センサＳ２からの流量ｙ_２の測定値と、を入力とし、流量調節弁Ｇ２の操作量ｕ_２（「第２操作量」に相当）を出力する。制御装置３１は、加算器Ａ２と、制御部Ｃ２とを備える。

【0027】

加算器Ａ２は、制御部Ｃ１からの入力である流量の目標値ｒ_２及び流量の測定値ｙ_２を入力とし、目標値ｒ_２及び測定値ｙ_２の差（ｒ_２－ｙ_２）を制御部Ｃ２に出力する。なお、流量の測定値ｙ_２は、後述する流量センサＳ２から入力される。

【0028】

制御部Ｃ２は、加算器Ａ２からの入力（ｒ_２－ｙ_２）と、制御パラメータρ_２（「第２制御パラメータ」に相当、詳細は後述）とに基づいて得られる操作量ｕ_２を、燃料調節弁Ｇ２に出力する。なお、制御部Ｃ２が実行する演算の詳細については後述する。

【0029】

＜カスケードモデルＭＣ＞
カスケードモデルＭＣは、図１に示したカスケード制御系３を模擬したモデルである。カスケードモデルＭＣは、詳細は後述する情報処理装置４が制御パラメータρ_１，ρ_２を調整する処理において用いられる。そのため、情報処理装置４の説明をする前に、カスケードモデルの説明をする。

【0030】

図２は、カスケードモデルＭＣの一例を説明する図である。カスケードモデルＭＣは、制御部Ｃ１，Ｃ２と、加算器Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、モデルＭ１～Ｍ４とを含む。

【0031】

先ず、カスケードモデルＭＣの接続関係及び信号の流れについて説明する。これらの概要の説明の後、各構成要素の詳細について説明する。

【0032】

［カスケードモデルＭＣの接続関係等］
図２を参照し、カスケードモデルＭＣの接続関係等について信号の流れに沿って説明する。なお、制御部Ｃ１，Ｃ２の概要と、加算器Ａ１，Ａ２とについては図１で説明した通りであるため、説明は省略する。

【0033】

先ず、モデルＭ２（「第２モデル」に相当）は、流量調節弁Ｇ２を模擬したモデルである。モデルＭ２は、制御部Ｃ２からの操作量ｕ_２を入力とする。

【0034】

モデルＭ４（「第４モデル」に相当）は、流量調節弁Ｇ２に加わる外乱を模擬したモデルである。流量調節弁Ｇ２に加わる外乱の要因としては、例えば容器Ｇ１ａ内の液面変化や燃料供給量の変動が挙げられる。モデルＭ４は、所定の白色雑音ｗ_２を入力とし、流量調節弁Ｇ２に加わる外乱ｖ_２を出力する。

【0035】

加算器Ａ３は、モデルＭ２の出力と、モデルＭ４からの外乱ｖ_２とを入力とし、流量の制御量ｙ_２を出力する。流量の制御量ｙ_２は、モデルＭ１の入力となる。また、流量の制御量ｙ_２は、加算器Ａ２の入力として、内側ループＬ２を介してフィードバックされる。

【0036】

モデルＭ１（「第１モデル」に相当）は、ボイラＧ１を模擬したモデルである。モデルＭ１は、加算器Ａ３からの流量の制御量ｙ_２を入力とする。

【0037】

モデルＭ３（「第３モデル」に相当）は、ボイラＧ１に加わる外乱を模擬したモデルである。ボイラＧ１に加わる外乱の要因としては、例えばタービン５の負荷変化等が挙げられる。モデルＭ３は、白色雑音ｗ_１を入力とし、ボイラＧ１に加わる外乱ｖ_１を出力する。

【0038】

加算器Ａ４は、モデルＭ１の出力と、モデルＭ３からの外乱ｖ_１とを入力とし、圧力の制御量ｙ_１を出力する。圧力の制御量ｙ_１は、加算器Ａ１の入力として、外側ループＬ１を介してフィードバックされる。

【0039】

［カスケードモデルＭＣの各構成要素］
以下では、特にカスケードモデルＭＣの各構成要素が実行する演算について説明する。

【0040】

・制御部Ｃ１，Ｃ２
制御部Ｃ１，Ｃ２は、本実施形態では、比例要素及び積分要素を含む所謂ＰＩ制御を実行する。具体的には、制御部Ｃ１，Ｃ２は、それぞれに入力された目標値ｒ_ｉと制御量ｙ_ｉ（下付きの「ｉ」は、１または２であり、以下の説明において同じである）に対して、以下の演算を施す。

【0041】

【数1】

ここで、ｑは離散化された時間についての進み演算子である（以下、同じ）。また、右辺のρ_ｉは制御パラメータであり、φ_ｉは基底ベクトルである。これらは下記の２式で表わされる。

【0042】

【数2】

【数3】

【0043】

数２において、右辺のρ_ｉ ^Ｐは比例要素についての制御パラメータであり、ρ_ｉ ^Ｉは積分要素についての制御パラメータである。つまり、本実施形態では制御パラメータは、ρ_１ ^Ｐ、ρ_１ ^Ｉ、ρ_２ ^Ｐ及びρ_２ ^Ｉの４個である。

【0044】

また、数３において、右辺の１は比例要素として作用し、（ｑ－１）^－１は積分要素として作用する。

【0045】

後述する本実施形態の情報処理装置４は、制御パラメータρ_１ ^Ｐ、ρ_１ ^Ｉ、ρ_２ ^Ｐ及びρ_２ ^Ｉを調整する装置である。

【0046】

・モデルＭ１，Ｍ２
モデルＭ１，Ｍ２は伝達関数であり、それぞれＧ_１（ｑ），Ｇ_２（ｑ）と表わされる（図２）。伝達関数Ｇ_ｉ（ｑ）は、一般に下記の式で表わされる（「ｉ」は、１又は２）。

【0047】

【数4】

ここで、右辺の分母及び分子は、ｑ^－１に関する複数次の多項式である。ａ_ｉ１～ａ_ｉｋ及びｂ_ｉ０～ｂ_ｉｌは、ｑ^－１の各次数の係数である。分母及び分子の最高次の次数ｋ及びｌは、所定の整数である。

【0048】

・モデルＭ３，Ｍ４
モデルＭ３，Ｍ４は伝達関数であり、それぞれＨ_１（ｑ），Ｈ_２（ｑ）と表わされる（図２）。伝達関数Ｈ_１（ｑ）及びＨ_２（ｑ）は、一般に下記式で表わされる（「ｉ」は、１又は２）。

【数5】

ここで、右辺の分母及び分子は、ｑ^－１に関する複数次の多項式である。ｃ_ｉ１～ｃ_ｉｍ及びｄ_ｉ１～ｄ_ｉｎは、ｑ^－１の各次数の係数である。分母及び分子の最高次の次数ｍ及びｎは、所定の整数である。

【0049】

モデルＭ１，Ｍ２における係数ａ_ｉ１～ａ_ｉｋ及びｂ_ｉ０～ｂ_ｉｌ（数４）と、モデルＭ３，Ｍ４における係数ｃ_ｉ１～ｃ_ｉｍ及びｄ_ｉ１～ｄ_ｉｎ（数５）とは、後述する情報処理装置４の推定部４１２によって推定される。

【0050】

＜情報処理装置４のハードウェア構成＞
図３は、本発明の一実施形態である情報処理装置４のハードウェア構成を説明する図である。情報処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４００と、メモリ４０１と、通信装置４０２と、記憶装置４０３と、入力装置４０４と、出力装置４０５と、記録媒体読取装置４０６とを有するコンピュータである。

【0051】

［ＣＰＵ４００］
ＣＰＵ４００は、メモリ４０１や記憶装置４０３に記憶された情報処理プログラムを実行することにより、情報処理装置４が有する様々な機能を実現する。

【0052】

［メモリ４０１］
メモリ４０１は、例えばＲＡＭ（Random-Access Memory）等であり、様々なプログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。

【0053】

［通信装置４０２］
通信装置４０２は、ネットワークを介して、他のコンピュータと各種プログラムやデータの受け渡しを行う。

【0054】

［記憶装置４０３］
記憶装置４０３は、ＣＰＵ４００によって、実行または処理される各種データを格納する非一時的な（例えば不揮発性の）記憶装置である。

【0055】

［入力装置４０４］
入力装置４０４は、ユーザによるコマンドやデータの入力を受け付ける装置であり、キーボード、タッチパネルディスプレイ上でのタッチ位置を検出するタッチセンサなどの入力インタフェースを含む。

【0056】

［出力装置４０５］
出力装置４０５は、例えばディスプレイやプリンタなどの装置である。

【0057】

［記録媒体読取装置４０６］
記録媒体読取装置４０６は、ＳＤカードやＤＶＤ、ＣＤＲＯＭ等の記録媒体に記録された情報処理プログラム等の様々なデータを読み取り、記憶装置４０３に格納する。

【0058】

＜情報処理装置４の機能ブロック＞
情報処置装置は、カスケード制御系３の制御パラメータを更新する装置である。

【0059】

本実施形態の情報処理装置４は、設定部４１０と、取得部４１１と、推定部４１２と、立式部４１３と、更新部４１４と、判定部４１５と、出力部４１６とを含む。以下、それぞれについて説明する。

【0060】

［設定部４１０］
設定部４１０は、制御システム１において制御パラメータρを調整するに際し、更新前の制御パラメータの初期値を設定する。

【0061】

なお、特に断らない限り、制御部Ｃ１が用いる制御パラメータρ_１（数２のｉ＝１）と制御部Ｃ２が用いる制御パラメータρ_２（数２のｉ＝２）とをまとめてρと表記する。

【0062】

制御システム１が既に運用されており、制御パラメータρが設定されている場合は、その値を制御パラメータの初期値とすればよい。

【0063】

また、制御システム１の運用を開始する前や、制御パラメータρが未設定の場合は、制御装置３０，３１の出荷時の制御パラメータρの値を初期値とすればよい。

【0064】

或いは、制御装置３０，３１をカスケード制御系３とは別の単一フィードバック制御系にそれぞれ適用し、制御装置３０，３１に含まれているオートチューニング機能等を用いて取得した値を制御パラメータの初期値とすればよい。

【0065】

［取得部４１１］
取得部４１１は、制御システム１の運用時において、圧力の目標値ｒ_１と、圧力の制御量ｙ_１と、流量の制御量ｙ_２とを取得する。

【0066】

具体的には、取得部４１１は、制御装置２から圧力の目標値ｒ_１を取得し、圧力センサＳ１から圧力の制御量ｙ_１を取得し、流量センサＳ２から流量の制御量ｙ_２を取得する。

【0067】

このとき、取得部４１１は、通常の運用中における制御装置２及びカスケード制御系３から上記の値を取得する。

【0068】

また、取得部４１１は、所定の期間において所定の時間ステップにて上記の値を取得する。本実施形態では、所定の期間を１時間とし、所定の時間ステップを１秒とする。

【0069】

［推定部４１２］
推定部４１２は、モデルＭ１～Ｍ４を推定する。具体的には、推定部４１２は、モデルＭ１～Ｍ４の夫々を示す伝達関数のパラメータ（数４及び数５）を推定する。

【0070】

なお、数４及び数５に示したモデルＭ１～Ｍ４の夫々を示す伝達関数のパラメータを、次式に示すように、まとめてθとする。

【数6】

【0071】

【0072】

【0073】

圧力及び流量の制御量ｙ_１，ｙ_２は、カスケードモデルを用いて、下記式で表わされる。

【数7】

【0074】

ここで、右辺のＳ_１、Ｔ_１、Ｓ_２及びＴ_２はそれぞれ、外側ループＬ１の感度関数、外側ループＬ１の相補感度関数、内側ループＬ２の感度関数及び内側ループＬ２の相補感度関数であり、下記の数８～数１１で表される。

【数8】

【数9】

【数10】

【数11】

【0075】

数８及び数１０の右辺のＴ_ｉは下記式で表される。

【数12】

【0076】

【数13】

【0077】

更に、数１２に示した誤差ε_１，ε_２を用いて、下記式に示す誤差εを定義する。

【数14】

【0078】

【数15】

これによって、推定部４１２は、モデルＭ１～Ｍ４（数４、数５）を推定することができる。

【0079】

［立式部４１３］
立式部４１３は、カスケードモデルＭＣを用いて、評価関数Ｊを立式する。評価関数Ｊは、圧力の目標値ｒ_１と、圧力の制御量ｙ_１とに基づく関数であり、次式で表される。

【0080】

【数16】

ここで、右辺のｔは、本実施形態では１秒の間隔を置いて離散化された時間である。また、本実施形態では１時間に亘って圧力の制御量ｙ_１を取得するため、右辺のＮは、本実施形態では３６００である。

【0081】

また、前述のように、ρは制御パラメータρ_１及びρ_２をまとめて表記したものである。また、圧力の制御量ｙ_１は、カスケードモデルＭＣを用いて下記の式で表される。

【数17】

【0082】

ここで、右辺のＳ_１、Ｔ_１及びＳ_２の具体的な表記はそれぞれ、数８、数９及び数１０に示した。

【0083】

数１６に示すように、本実施形態では、評価関数Ｊは、圧力の制御量ｙ_１の目標値ｒ_１に対する分散を含む。

【0084】

なお、立式部４１３が立式する評価関数Ｊはこの例に限られるものではない。他の例としては、圧力の制御量ｙ_１と圧力の目標値ｒ_１との差の絶対値の平均であってもよい。

【0085】

［更新部４１４］
更新部４１４は、評価関数Ｊ（数１６）の値が改善するよう、制御パラメータρを更新する。ここで、「評価関数Ｊの値が改善する」とは、本実施形態では評価関数Ｊの値が減少することを意味する。つまり、圧力の制御量ｙ_１と圧力の目標値ｒ_１との差が減少することを意味する。

【0086】

具体的には、更新部４１４は、制御パラメータρ_１を、評価関数Ｊの制御パラメータρ_１に関する勾配（「第１勾配」に相当）に基づいて補正し、制御パラメータρ_２を、評価関数Ｊの制御パラメータρ_２に関する勾配（「第２勾配」に相当）に基づいて補正する。

【0087】

更に具体的には、更新部４１４は、下記式により更新前の制御パラメータρ^ｉから、更新後の制御パラメータρ^ｉ＋１を得る。

【数18】

ここで、上付の「ｉ」は、制御パラメータρの更新回数を意味する。なお、ここでは１回の更新について説明するが、更新部４１４が複数回の更新を実行する手順については、後にフローチャートを用いて説明する。

【0088】

数１８において、右辺第２項のγは、正の実数であって、所定の微少量である。また、右辺第２項のρに関する微分演算子は、下記式に示すように制御パラメータρ_１，ρ_２に関する微分演算子をまとめて表記したものである。

【数19】

【0089】

数１８のように制御パラメータρを更新することにより、下記式からわかるように、微少量γの一次の範囲で評価関数Ｊの値が改善するか、更新前の値を維持する。

【数20】

【0090】

数１８において、右辺第２項の評価関数Ｊの制御パラメータρに関する勾配は、数１７を用いて、具体的には下記式で表わされる。

【数21】

ここで、ｗ_１及びｗ_２が白色雑音であり、互いに無相関であることを考慮した近似を用いている。つまり、ｗ_１又はｗ_２について１次の項は０（零）と近似した。

【0091】

数２１において、Ｔ_１、Ｓ_１及びＳ_２のそれぞれの制御パラメータに関する勾配は、下記の３式で表わされる。

【数22】

【数23】

【数24】

【0092】

数２２～数２４において、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｔ_１、Ｔ_２及びＴ_ｉは、推定部４１２によって推定されたＧ_１、Ｇ_２、Ｈ_１及びＨ_２と、これらの関係式（数８～数１２）を用いて計算することができる。

【0093】

また、数２１において、ｗ_１又はｗ_２について２次の項は、インパルス応答を用いて計算することができる。以上により、更新部４１４は、評価関数Ｊの勾配を計算することができる。

【0094】

［判定部４１５］
判定部４１５は、制御パラメータρの更新を継続するか終了するかを判定する。本実施形態では、判定部４１５は、制御パラメータρが更新された際の評価関数Ｊの値の変動値に基づいて判定する。

【0095】

具体的には、制御パラメータρの更新によって、更新後の評価関数Ｊの値と、更新前の評価関数Ｊの値との差（この差を「改善の度合い」と称する）が所定の閾値未満となった場合（つまり、評価関数Ｊの値が収束したと判定した場合）、判定部４１５は、更新を終了すると判定する。他の場合には、判定部４１５は、更新を継続すると判定する。

【0096】

なお、判定部４１５が更新を継続するか終了するかを判定する基準は、この例に限られるものではない。他の例としては、判定部４１５は、制御パラメータρが更新された際の制御パラメータρの値の変動値に基づいて判定してもよい。

【0097】

他の例としては、判定部４１５は、更新回数が所定回数に達した場合に、更新を終了すると判定してもよい。

【0098】

＜＜情報処理装置４が実行する処理＞＞
情報処理装置４が実行する処理について、フローチャートを用いて説明する。図５は、情報処理装置４が制御パラメータρを調整する処理のフローチャートである。この処理は、ステップＳ１０１～Ｓ１０８を含んでいる。

【0099】

なお、以下の説明において、既に制御システム１は運用され、ボイラＧ１は稼働しているものとする。情報処理装置４は、このような状況において、制御パラメータρを調整する。

【0100】

先ず、ステップＳ１０１において、設定部４１０は、更新前の制御パラメータρの初期値を設定する。

【0101】

前述のように、本実施形態では、既に制御システム１は運用されている。そのため、制御パラメータρの値は制御装置３０，３１において既に設定されていることになる。このような場合、設定部４１０は、既に設定されている制御パラメータρの値を、その初期値として設定する。

【0102】

次いで、ステップＳ１０２において、取得部４１１は、カスケード制御系３から、圧力の目標値ｒ_１と、圧力の制御量ｙ_１の測定値と、流量の制御量ｙ_２の測定値とを取得する。

【0103】

本実施形態では、取得部４１１は、所定時刻から１時間に亘って、１秒の間隔を置いて上記の値を取得する。つまり、取得部４１１は、３６００の時刻における上記の値を取得する。

【0104】

次いで、ステップＳ１０３において、推定部４１２は、モデルＭ１～Ｍ４を推定する。

【0105】

本実施形態では、推定部４１２は、予測誤差法を用いてモデルＭ１～Ｍ４（数４及び数５）に含まれるパラメータθ（数６）を推定する。圧力及び流量の制御量の夫々の予測値ｙ_１，ｙ_２と、圧力及び流量の制御量ｙ_１，ｙ_２の夫々の測定値との誤差ε_１，ε_２を最小化するようにこれらを推定する（数１５）。

【0106】

次いで、ステップＳ１０４において、立式部４１３は、カスケードモデルＭＣを用いて、評価関数Ｊを立式する。本実施形態においては、評価関数Ｊは、圧力の制御量ｙ_１の、圧力の目標値ｒ_１に対する分散である（数１６）。

【0107】

次いで、ステップＳ１０５において、更新部４１４は、評価関数Ｊの制御パラメータρに関する勾配を計算する（数２１）。

【0108】

本実施形態では、更新部４１４は、ステップＳ１０３において推定されたモデルＭ１～Ｍ４と、数８～数１２に示した関係式とを用いて勾配を計算する。

【0109】

次いで、ステップＳ１０６において、更新部４１４は、ステップＳ１０５で得られた評価関数Ｊの制御パラメータρに関する勾配に基づいて、制御パラメータρを更新する。

【0110】

本実施形態では、更新部４１４は、更新前の制御パラメータに対し、評価関数Ｊの制御パラメータに関する勾配に比例する補正量（数１８の右辺第２項）を減じることによって、更新後の制御パラメータρを得る。

【0111】

次いで、ステップＳ１０７において、判定部４１５は、制御パラメータρの更新を継続するか終了するかを判定する。

【0112】

本実施形態では、判定部４１５は、制御パラメータρが更新された際の評価関数Ｊの値（「更新後の評価関数Ｊの値」と称する）の変動値に基づいて上記の判定をする。更新後の評価関数Ｊの値は、例えば数２０を用いて計算することができる。

【0113】

評価関数Ｊの改善の度合いが所定の閾値未満である場合、判定部４１５は、更新を終了すると判定する。改善の度合いが所定の閾値以上である場合、判定部４１５は、更新を継続すると判定する。

【0114】

次いで、判定部４１５が更新を継続すると判定した場合（Ｓ１０８：Ｎ）、ステップＳ１０２に戻る。

【0115】

ステップＳ１０２に戻ると、取得部４１１は、所定時刻から１時間に亘って、１秒の間隔を置いて圧力の目標値ｒ_１と、圧力の制御量ｙ_１の測定値と、流量の制御量ｙ_２の測定値とを、新たに取得し、同様の処理を繰り返す。

【0116】

一方、判定部４１５が更新を終了すると判定した場合（Ｓ１０８：Ｙ）、制御パラメータρを調整する処理を終了する。

【0117】

以上の処理によって制御パラメータρを調整した結果の一例を説明する。図６は、制御パラメータρの更新に伴う評価関数Ｊの推移の結果を示す図である。図７は、制御パラメータρの更新に伴う制御パラメータρの推移の結果を示す図である。なお、図７においては、計４個の制御パラメータ（数２）のうち、比例要素についてのρ_１ ^Ｐ及びρ_２ ^Ｐのみの結果を示している。

【0118】

この例では、評価関数Ｊについては更新回数に伴って初期値（横軸の０に相当）から単調に減少し、８回程度の更新でほぼ収束している。このとき、評価関数Ｊは、初期値に対して約３０％程度の値に改善されている。

【0119】

また、制御パラメータρ_１ ^Ｐ及びρ_２ ^Ｐについては、５回程度の更新でほぼ収束している。制御パラメータρ_１ ^Ｐについては、初期値に対して約３００％の値に収束している。制御パラメータρ_２ ^Ｐについては、初期値に対して約１６％の値に収束している。

【0120】

以上のような処理によれば、処理の手順が煩雑にならず、カスケード制御系３において用いられる制御パラメータを容易に調整することが可能となる。

【0121】

＝＝まとめ＝＝
実施形態の情報処理装置４は、第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部Ｃ１と、第２目標値及び第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる第２制御対象の第２操作量を、第２制御対象に出力する第２制御部Ｃ２と、を備えるカスケード制御系３の第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理装置４であって、第１制御対象の第１モデルと、第２制御対象の第２モデルと、第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含むカスケード制御系３を模擬したカスケードモデルを用いて、第１目標値と、第１制御量の計算値とに基づく評価関数を立式する立式部４１３と、評価関数の値が改善するよう、第１及び第２制御パラメータを更新する更新部４１４と、を含む。

【0122】

このような構成によれば、制御パラメータρを調整するに際し、通常の運用において取得可能な信号やデータを用いて調整することが可能である。つまり、以上のような構成によれば、調整のための特別な信号やデータを用いることを要しない。

【0123】

従って、このような構成によれば、処理の手順が煩雑にならず、カスケード制御系３において用いられる制御パラメータρを容易に調整することが可能となる。

【0124】

実施形態の情報処理装置４は、更新部４１４は、第１制御パラメータを、評価関数の第１制御パラメータに関する第１勾配に基づいて補正し、第２制御パラメータを、評価関数の第２制御パラメータに関する第２勾配に基づいて補正し、第１及び第２制御パラメータを更新する。このような構成によれば、更新後の評価関数Ｊの値が劣化することを回避することができる。従って、更新後の制御パラメータρの値の信頼性が向上する。

【0125】

実施形態の情報処理装置４は、第１及び第２制御パラメータが更新された際の評価関数の値の変動値に基づいて、第１及び第２制御パラメータの更新を継続するか終了するかを判定する判定部４１５を更に含んでもよい。このような構成によれば、制御パラメータρの更新が長期化せず、適切な値の制御パラメータρを得ることができる。

【0126】

実施形態の情報処理装置４において、評価関数は、第１制御量の計算値の第１目標値に対する分散を含む。このような構成によれば、制御パラメータρの更新によって、第１制御量の第１目標値に対するばらつきが減少する。

【0127】

実施形態の情報処理装置４において、第１及び第２制御量の夫々の計算値と、第１及び第２制御量の夫々の測定値との第２誤差を最小化する第１～第４モデルを推定する推定部４１２を更に含み、第２制御量の計算値は、第１目標値をカスケードモデルの入力とした場合に得られる第２制御量の計算値である。このような構成によれば、制御システム１の運用に伴って制御対象に経時変化が生じた場合にも、これに応じた第１～第４モデルを用いて制御パラメータを更新することができる。従って、更新後の制御パラメータの値の信頼性が更に向上する。

【0128】

実施形態の情報処理装置４において、推定部４１２は、第２誤差を最小化する第１～第４モデルの夫々を示す伝達関数のパラメータを推定する。このような構成によれば、第１～第４モデルの信頼性が向上する。従って、更新後の制御パラメータρの値の信頼性が更に向上する。

【0129】

実施形態の情報処理方法は、第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部Ｃ１と、第２目標値及び第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる第２制御対象の第２操作量を、第２制御対象に出力する第２制御部Ｃ１と、を備えるカスケード制御系３の第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理方法であって、情報処理装置４が、第１制御対象の第１モデルと、第２制御対象の第２モデルと、第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含むカスケード制御系３を模擬したカスケードモデルを用いて、第１目標値と、第１制御量の計算値とに基づく評価関数を立式するステップと、評価関数の値が改善するよう、第１及び第２制御パラメータを更新するステップ、を含む。

【0130】

このような方法によれば、制御パラメータρを調整するに際し、通常の運用において取得可能な信号やデータを用いて調整することが可能である。つまり、以上のような方法によれば、調整のための特別な信号やデータを用いることを要しない。

【0131】

従って、このような方法によれば、処理の手順が煩雑にならず、カスケード制御系３において用いられる制御パラメータρを容易に調整することが可能となる。

【0132】

実施形態のプログラムは、第１制御対象の第１制御量の第１目標値及び第１制御量の測定値の差と、第１制御パラメータとに基づいて得られる第１操作量を、第２制御対象の第２制御量の第２目標値として出力する第１制御部Ｃ１と、第２目標値及び第２制御量の測定値の差と、第２制御パラメータとに基づいて得られる第２制御対象の第２操作量を、第２制御対象に出力する第２制御部Ｃ２と、を備えるカスケード制御系３の第１及び第２制御パラメータを更新する情報処理プログラムであって、コンピュータに、第１制御対象の第１モデルと、第２制御対象の第２モデルと、第１制御対象に加わる外乱の第３モデルと、第２制御対象に加わる外乱の第４モデルと、を含むカスケード制御系３を模擬したカスケードモデルを用いて、第１目標値と、第１制御量の計算値とに基づく評価関数を立式する立式部４１３と、評価関数の値が改善するよう、第１及び第２制御パラメータを更新する更新部４１４と、を実現させる。

【0133】

このようなプログラムによれば、制御パラメータρを調整するに際し、通常の運用において取得可能な信号やデータを用いて調整することが可能である。つまり、以上のようなプログラムによれば、調整のための特別な信号やデータを用いることを要しない。

【0134】

従って、このようなプログラムによれば、処理の手順が煩雑にならず、カスケード制御系３において用いられる制御パラメータρを容易に調整することが可能となる。

【符号の説明】

【0135】

制御システム １
制御装置 ２
カスケード制御系 ３
制御装置 ３０
制御装置 ３１
配管 ３２
配管 ３３
情報処理装置 ４
ＣＰＵ ４００
メモリ ４０１
通信装置 ４０２
記憶装置 ４０３
入力装置 ４０４
出力装置 ４０５
記録媒体読取装置 ４０６
設定部 ４１０
取得部 ４１１
推定部 ４１２
立式部 ４１３
更新部 ４１４
判定部 ４１５
第１制御部 Ｃ１
第２制御部 Ｃ２
ボイラ Ｇ１
流量調節弁 Ｇ２
圧力センサ Ｓ１
流量センサ Ｓ２
加算器 Ａ１
加算器 Ａ２
加算器 Ａ３
加算器 Ａ４
タービン ５
発電機 ６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】