特許 7552947 制御支援装置、制御支援方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】制御支援装置、制御支援方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 23/02 20060101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

G05B23/02 X

G05B23/02 R

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2024061226

(22)【出願日】2024-04-05

【審査請求日】2024-04-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】丹下 吉雄

【審査官】影山 直洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２３－１０６０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－１５７６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ ２３／０２

Ｇ０５Ｂ １１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッチプロセスを実行する対象の制御を支援する制御支援装置であって、
前記対象から出力された制御量と、前記制御量に対する目標値とを取得する取得部と、
前記制御量と、前記対象の操作量と制御量との関係を表すモデルと、前記操作量の時系列を表す操作パターンとに基づいて、前記制御量よりも未来の制御量の時系列を表す第１の制御量予測時系列を計算する予測部と、
前記第１の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、複数の前記操作パターンの中から最良の操作パターンを選択する選択部と、
前記目標値に基づいて、前記最良の操作パターンを１以上の補正方法によりそれぞれ補正した１以上の補正操作パターンの中から、最良の補正操作パターンを選択する補正部と、
を有し、
前記１以上の補正方法には、
前記最良の操作パターンの所定の時刻からバッチ終了時刻までの操作量の時系列を前又は後に所定の時間スライドさせる補正方法と、
前記最良の操作パターンのバッチ終了時刻を前又は後に所定の時間ずらす補正方法と、
が含まれる、制御支援装置。

【請求項2】

前記予測部は、
前記制御量と、前記モデルと、前記補正操作パターンとに基づいて、前記制御量よりも未来の制御量の時系列を表す第２の制御量予測時系列を計算し、
前記補正部は、
前記第２の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、前記１以上の補正操作パターンの中から、前記最良の補正操作パターンを選択する、請求項１に記載の制御支援装置。

【請求項3】

前記選択部は、
前記第１の制御量予測時系列のバッチ終了時点における制御量が前記目標値に最も近い前記操作パターン、又は、前記バッチ終了時点における制御量が前記目標値に最も近く、かつ、前記バッチ終了時点における制御量が前記目標値を超えない前記操作パターンを、前記最良の操作パターンとして選択する、請求項１に記載の制御支援装置。

【請求項4】

前記補正部は、
前記第２の制御量予測時系列のバッチ終了時点における制御量が前記目標値に最も近い前記補正操作パターン、又は、前記バッチ終了時点における制御量が前記目標値に最も近く、かつ、前記バッチ終了時点における制御量が前記目標値を超えない前記補正操作パターンを、前記最良の補正操作パターンとして選択する、請求項２に記載の制御支援装置。

【請求項5】

前記最良の補正操作パターンと、前記最良の補正操作パターンに対応する前記第２の制御量予測時系列とを表示させる表示制御部を有する請求項２又は４に記載の制御支援装置。

【請求項6】

前記最良の補正操作パターンを前記対象に出力する出力部を有する請求項１に記載の制御支援装置。

【請求項7】

前記所定の時刻は、バッチ開始時刻である、請求項１に記載の制御支援装置。

【請求項8】

前記モデルは、
前記取得部によって取得された前記制御量と、少なくとも操作量を所定の関数で変換した値の積分値との和により、各予測対象時刻における制御量を計算する、請求項１に記載の制御支援装置。

【請求項9】

前記取得部は、
予め決められた所定の周期毎に、前記制御量を取得し、
前記予測部は、
前記周期毎に、前記制御量と、前記モデルと、前記補正操作パターンとに基づいて、前記第２の制御量予測時系列を計算し、
前記補正部は、
前記第２の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、前記最良の操作パターンのうちの現在時刻よりも未来の操作量の時系列を表す対象操作パターンを前記１以上の補正方法によりそれぞれ補正した１以上の補正操作パターンの中から、最良の補正操作パターンを選択する、請求項２に記載の制御支援装置。

【請求項10】

前記所定の時刻は、現在時刻である、請求項９に記載の制御支援装置。

【請求項11】

バッチプロセスを実行する対象の制御を支援する制御支援装置が、
前記対象から出力された制御量と、前記制御量に対する目標値とを取得する取得手順と、
前記制御量と、前記対象の操作量と制御量との関係を表すモデルと、前記操作量の時系列を表す操作パターンとに基づいて、前記制御量よりも未来の制御量の時系列を表す第１の制御量予測時系列を計算する予測手順と、
前記第１の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、複数の前記操作パターンの中から最良の操作パターンを選択する選択手順と、
前記目標値に基づいて、前記最良の操作パターンを１以上の補正方法によりそれぞれ補正した１以上の補正操作パターンの中から、最良の補正操作パターンを選択する補正手順と、
を実行し、
前記１以上の補正方法には、
前記最良の操作パターンの所定の時刻からバッチ終了時刻までの操作量の時系列を前又は後に所定の時間スライドさせる補正方法と、
前記最良の操作パターンのバッチ終了時刻を前又は後に所定の時間ずらす補正方法と、
が含まれる、制御支援方法。

【請求項12】

バッチプロセスを実行する対象の制御を支援する制御支援装置に、
前記対象から出力された制御量と、前記制御量に対する目標値とを取得する取得手順と、
前記制御量と、前記対象の操作量と制御量との関係を表すモデルと、前記操作量の時系列を表す操作パターンとに基づいて、前記制御量よりも未来の制御量の時系列を表す第１の制御量予測時系列を計算する予測手順と、
前記第１の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、複数の前記操作パターンの中から最良の操作パターンを選択する選択手順と、
前記目標値に基づいて、前記最良の操作パターンを１以上の補正方法によりそれぞれ補正した１以上の補正操作パターンの中から、最良の補正操作パターンを選択する補正手順と、
を実行させ、
前記１以上の補正方法には、
前記最良の操作パターンの所定の時刻からバッチ終了時刻までの操作量の時系列を前又は後に所定の時間スライドさせる補正方法と、
前記最良の操作パターンのバッチ終了時刻を前又は後に所定の時間ずらす補正方法と、
が含まれる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御支援装置、制御支援方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

バッチプロセスでは、バッチ毎に同じ処理が繰り返されるという特徴がある。このため、バッチプロセスのパラメータ同定とそのパラメータを利用したプロセス制御とを行う際に、前回処理の情報を次回処理にも利用する技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、バッチプロセスのプロセス制御を行う際に、ゴールデンバッチと呼ばれる過去の最良のバッチ操作パターンを利用することも行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６３－１９１２０２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、様々な要因（例えば、プラントの現在の状態や外乱条件、設備の特性変化等といった要因）によって、必ずしも目標とする制御性能がゴールデンバッチにより達成できるとは限らない。

【0005】

本開示は、上記の点に鑑みてなされたもので、目標とする制御性能を達成できるバッチプロセス制御を実現可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様による制御支援装置は、バッチプロセスを実行する対象の制御を支援する制御支援装置であって、前記対象から出力された制御量と、前記制御量に対する目標値とを取得する取得部と、前記制御量と、前記対象の操作量と制御量との関係を表すモデルと、前記操作量の時系列を表す操作パターンとに基づいて、前記制御量よりも未来の制御量の時系列を表す第１の制御量予測時系列を計算する予測部と、前記第１の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、複数の前記操作パターンの中から最良の操作パターンを選択する選択部と、前記目標値に基づいて、前記最良の操作パターンを１以上の補正方法によりそれぞれ補正した１以上の補正操作パターンの中から、最良の補正操作パターンを選択する補正部と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

目標とする制御性能を達成できるバッチプロセス制御が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第一の実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図2】第一の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。

【図3】１番目～ｎ番目のバッチ操作パターンの一例を示す図である。

【図4】１番目～ｍ番目のバッチ補正方法の一例を示す図である。

【図5】第一の実施形態に係る最良バッチ操作パターン選択処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】目標偏差の一例を示す図である。

【図7】第一の実施形態に係るバッチ補正処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】第二の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。

【図9】ｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法の一例を示す図である。

【図10】第二の実施形態に係るバッチ補正処理の一例を示すフローチャートである。

【図11】一実施例に係る制御対象を模式的に示す図である。

【図12】一実施例に係る制御対象の入力バルブの弁特性を示す図である。

【図13】一実施例に係るバッチ操作パターン、ＣＶ値、制御量及び目標値を示す図である。

【図14】一実施例に係る最良バッチ操作パターンに対する補正を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の第一及び第二の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の第一及び第二の実施形態では、バッチプロセスを実行するプラント等を制御対象２０として、その制御対象２０が目標とする制御性能を達成できるバッチプロセス制御を実現する制御装置１０について説明する。なお、バッチプロセスを実行するプラントの具体例としては、例えば、鉄鋼、鋳造、食品、半導体等の分野の製造プロセスを実行するプラント等が挙げられる。ただし、制御対象２０がプラントであることは一例であって、制御対象２０は、バッチプロセスを実行する機器、装置、設備等であればプラントに限られるものではない。

【0010】

ここで、バッチプロセスでは、バッチと呼ばれる単位毎に同一の処理が繰り返される。以下、バッチプロセスに含まれるバッチ単位の各処理のことを「バッチ処理」と呼ぶことにする。また、バッチプロセスには少なくとも１以上のバッチ処理が含まれているものとする。

【0011】

また、以下、制御対象２０の制御量をｙ、バッチ処理の終了時刻における制御量ｙに対する目標値をｒ、制御対象２０に対する操作量ｕとする。また、時刻を表す変数をｔとして、時刻ｔにおける制御量をｙ（ｔ）、時刻ｔにおける操作量をｕ（ｔ）と表すことにする。更に、時刻は、或る所定の基準時刻（例：「０時００分」等）からの相対時刻で表されているものとする。

【0012】

［第一の実施形態］
まず、第一の実施形態について説明する。以下、現在時刻をｔ_ｃとして、現在時刻ｔ_ｃは、制御対象２０が実行するバッチプロセスに含まれる或るバッチ処理の開始前、かつ、そのバッチ処理の１つ前のバッチ処理の終了後であるものとする。すなわち、或るバッチ処理の開始時刻をｔ_ｂｇｎ、終了時刻をｔ_ｅｎｄ、その１つ前のバッチ処理の開始時刻をｔ_ｂｇｎ'、終了時刻をｔ_ｅｎｄ'としたとき、ｔ_ｅｎｄ'＜ｔ_ｃ＜ｔ_ｂｇｎであるものとする。なお、バッチ処理の開始時刻のことを「バッチ開始時刻」、終了時刻のことを「バッチ終了時刻」とも呼ぶことにする。

【0013】

＜第一の実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成例＞
第一の実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成例を図１に示す。図１に示すように、第一の実施形態に係る制御装置１０は、入力装置１０１と、表示装置１０２と、外部Ｉ／Ｆ１０３と、通信Ｉ／Ｆ１０４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０６と、補助記憶装置１０７と、プロセッサ１０８とを有する。これらの各ハードウェアは、それぞれがバス１０９を介して通信可能に接続される。

【0014】

入力装置１０１は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、物理ボタン等である。表示装置１０２は、例えば、ディスプレイ、表示パネル等である。なお、制御装置１０は、例えば、入力装置１０１及び表示装置１０２のうちの少なくとも一方を有していなくてもよい。

【0015】

外部Ｉ／Ｆ１０３は、記録媒体１０３ａ等の外部装置とのインタフェースである。記録媒体１０３ａとしては、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＳＤメモリカード（Secure Digital memory card）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリカード等が挙げられる。

【0016】

通信Ｉ／Ｆ１０４は、制御装置１０が他の機器や装置、端末等と通信するためのインタフェースである。ＲＡＭ１０５は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。ＲＯＭ１０６は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。補助記憶装置１０７は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置である。プロセッサ１０８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の各種演算装置である。

【0017】

なお、図１に示す制御装置１０のハードウェア構成は一例であって、制御装置１０のハードウェア構成はこれに限られるものではない。例えば、制御装置１０は、複数の補助記憶装置１０７や複数のプロセッサ１０８を有していてもよいし、図示したハードウェアの一部を有していなくてもよいし、図示したハードウェア以外の種々のハードウェアを有していてもよい。

【0018】

＜第一の実施形態に係る制御装置１０の機能構成例＞
第一の実施形態に係る制御装置１０の機能構成例を図２に示す。図２に示すように、第一の実施形態に係る制御装置１０は、制御量・目標値取得部２０１と、制御量予測部２０２と、バッチ選択部２０３と、バッチ補正部２０４と、表示制御部２０５と、出力部２０６とを有する。これら各部は、例えば、制御装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、プロセッサ１０８等に実行させる処理により実現される。また、第一の実施形態に係る制御装置１０は、バッチ操作パターン記憶部２０７と、バッチ応答モデル記憶部２０８と、バッチ補正方法記憶部２０９とを有する。これら各記憶部は、例えば、補助記憶装置１０７等の記憶領域により実現される。ただし、これら各記憶部のうちの少なくとも１つの記憶部が、例えば、制御装置１０と通信可能に接続される記憶装置の記憶領域等により実現されていてもよい。

【0019】

制御量・目標値取得部２０１は、与えられた目標値ｒを取得すると共に、現在時刻ｔ_ｃにおける制御量ｙ（ｔ_ｃ）を制御対象２０から取得する。なお、目標値ｒは、例えば、制御対象２０のオペレータの操作によって与えられてもよいし、制御対象２０のオペレータが利用する端末から与えられてもよいし、その他の機器等から与えられてもよい。

【0020】

制御量予測部２０２は、バッチ応答モデル記憶部２０８に記憶されているバッチ応答モデルと、制御量・目標値取得部２０１によって取得された制御量ｙ（ｔ_ｃ）と、バッチ選択部２０３によって選択されたバッチ操作パターンとに基づいて、そのバッチ操作パターンに対応する制御量予測時系列を計算する。バッチ操作パターンとは、過去にバッチ処理を実行したときの操作量ｕ（ｔ）の時系列データのことである。制御量予測時系列とは、現在時刻ｔ_ｃからバッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄまでの制御量ｙの予測値（以下、「制御量予測値」ともいう。）の時系列データのことである。また、バッチ応答モデルとは、操作量ｕが入力されたときに制御対象２０から出力される制御量ｙをモデル化したデータ（言い換えれば、制御対象２０における操作量ｕと制御量ｙとの関係をモデル化したデータ）のことである。バッチ応答モデルは、例えば、操作量ｕを少なくとも入力として、制御量ｙを出力する関数又はアルゴリズム等で表される。

【0021】

また、制御量予測部２０２は、バッチ応答モデル記憶部２０８に記憶されているバッチ応答モデルと、制御量・目標値取得部２０１によって取得された制御量ｙ（ｔ_ｃ）と、バッチ補正部２０４によって計算された補正バッチ操作パターンとに基づいて、その補正バッチ操作パターンに対応する制御量予測時系列を計算する。補正バッチ操作パターンとは、バッチ選択部２０３によって選択された最良バッチ操作パターン（後述）を或る補正方法により補正した操作量ｕ（ｔ）の時系列データのことである。

【0022】

バッチ選択部２０３は、バッチ操作パターン記憶部２０７に記憶されているバッチ操作パターンの中から、制御量予測時系列の計算対象となるバッチ操作パターンを選択する。また、バッチ選択部２０３は、バッチ操作パターン記憶部２０７に記憶されているすべてのバッチ操作パターンに対して制御量予測時系列が計算された場合、制御量・目標値取得部２０１によって取得された目標値ｒと、各制御量予測時系列とに基づいて、最良バッチ操作パターンを選択する。最良バッチ操作パターンとは、バッチ操作パターン記憶部２０７に記憶されているバッチ操作パターンのうち、最良の制御量予測時系列が得られたバッチ操作パターンのことである。ここで、制御量予測時系列の良さは、目標値ｒと、バッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄにおける制御量予測値との差を表す目標偏差により評価される。例えば、目標偏差の絶対値が最も小さい制御量予測時系列を最良の制御量予測時系列としてもよいし、バッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄにおける制御量予測値が目標値ｒを超えず、かつ、目標偏差の絶対値が最も小さい制御量予測時系列を最良の制御量予測時系列としてもよい。

【0023】

バッチ補正部２０４は、バッチ補正方法記憶部２０９に記憶されているバッチ補正方法と、バッチ選択部２０３によって選択された最良バッチ操作パターンとに基づいて、そのバッチ補正方法により最良バッチ操作パターンを補正した補正バッチ操作パターンを計算する。また、バッチ補正部２０４は、補正バッチ操作パターンのうち、最良の補正バッチ操作パターンを最良補正バッチ操作パターンとして選択する。最良の補正バッチ操作パターンとは、補正バッチ操作パターンのうち、最良の制御量予測時系列が得られた補正バッチ操作パターンのことである。

【0024】

表示制御部２０５は、バッチ補正部２０４によって選択された最良補正バッチ操作パターンと、その最良補正バッチ操作パターンに対応する制御量予測時系列とを表示装置１０２上に表示させる。

【0025】

出力部２０６は、バッチ補正部２０４によって選択された最良補正バッチ操作パターンを制御対象２０に出力する。

【0026】

バッチ操作パターン記憶部２０７は、１以上のバッチ操作パターンを記憶する。バッチ操作パターン記憶部２０７には、ゴールデンバッチと呼ばれるバッチ操作パターンが記憶されていてもよい。以下、バッチ操作パターン記憶部２０７には１番目～ｎ番目のｎ個のバッチ操作パターンが記憶されているものとして、ｉ番目のバッチ操作パターンを｛ｕ^ｉ（ｔ）｜ｔ∈［ｔ_ｂｇｎ ^ｉ－Δ_１ ^ｉ，ｔ_ｅｎｄ ^ｉ＋Δ_２ ^ｉ］｝とする。また、簡単のため、ｉ番目のバッチ操作パターンのことを「バッチ操作パターンｉ」とも呼ぶことにする。ここで、ｔ_ｂｇｎ ^ｉはｉ番目のバッチ操作パターンが行われたときのバッチ処理のバッチ開始時刻、ｔ_ｅｎｄ ^ｉは当該バッチ処理のバッチ終了時刻である。また、Δ_１ ^ｉ≧０、Δ_２ ^ｉ≧０であり、ｔ_ｂｇｎ ^ｉ－Δ_１ ^ｉ≦ｔ＜ｔ_ｂｇｎ ^ｉに対してｕ^ｉ（ｔ）＝ｕ^ｉ（ｔ_ｂｇｎ ^ｉ）、ｔ_ｅｎｄ ^ｉ＜ｔ≦ｔ_ｅｎｄ ^ｉ＋Δ_２ ^ｉに対してｕ^ｉ（ｔ）＝ｕ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｉ）であるものとする。バッチ操作パターンは、過去の操業時に実際にバッチ処理を実行したときの操作量ｕ（ｔ）の時系列データであってもよいし、過去にシミュレーション等でバッチ処理を実行したときの操作量ｕ（ｔ）の時系列データであってもよい。なお、バッチ操作パターンの具体例については後述する。

【0027】

バッチ応答モデル記憶部２０８は、バッチ応答モデルを記憶する。なお、バッチ応答モデルの具体例については後述する。

【0028】

バッチ補正方法記憶部２０９は、１以上のバッチ補正方法を記憶する。以下、バッチ補正方法記憶部２０９には１番目～ｍ番目のｍ個のバッチ補正方法が記憶されているものとする。また、簡単のため、ｉ番目のバッチ補正方法のことを「バッチ補正方法ｉ」とも呼ぶことにする。なお、１番目～ｍ番目のバッチ補正方法の具体例については後述する。

【0029】

≪１番目～ｎ番目のバッチ操作パターンの具体例≫
一例として、ｎ＝３である場合における１番目～３番目のバッチ操作パターンの具体例を図３（Ａ）～図３（Ｂ）に示す。図３（Ａ）はバッチ操作パターン１、図３（Ｂ）はバッチ操作パターン２、図３（Ｃ）はバッチ操作パターン３をそれぞれ示している。

【0030】

≪１番目～ｍ番目のバッチ補正方法の具体例≫
一例として、ｍ＝２である場合における１番目～２番目のバッチ補正方法の具体例を図４（Ａ）～図４（Ｂ）に示す。

【0031】

図４（Ａ）に示すバッチ補正方法１は、バッチ開始時刻～バッチ終了時刻までの間のバッチ操作パターンを所定の時間だけ後ろ又は前にスライドさせる補正方法である。例えば、補正対象となるバッチ操作パターンのバッチ開始時刻をｔ_{ｂｇｎ，０}、バッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，０}とする。このとき、図４（Ａ）に示すバッチ補正方法１では、バッチ開始時刻がｔ_{ｂｇｎ，１}＝ｔ_{ｂｇｎ，０}＋ｄ_１、バッチ終了時刻がｔ_{ｅｎｄ，１}＝ｔ_{ｅｎｄ，０}＋ｄ_１となるように、バッチ開始時刻ｔ_{ｂｇｎ，０}からバッチ終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，０}までの間のバッチ操作パターンを後ろ又は前にスライドさせる。なお、ｔ＜ｔ_{ｂｇｎ，１}を満たす時刻ｔにおける操作量はバッチ開始時刻ｔ_{ｂｇｎ，１}における操作量と同一、ｔ_{ｅｎｄ，１}＜ｔを満たす時刻ｔにおける操作量はバッチ終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}における操作量と同一とする。ここで、ｔ_{ｂｇｎ，１}は補正後のバッチ操作パターンのバッチ開始時刻、ｔ_{ｅｎｄ，１}は補正後のバッチ操作パターンのバッチ終了時刻、ｄ_１は予め決められた実数である。

【0032】

図４（Ｂ）に示すバッチ補正方法２は、バッチ終了時刻を所定の時間だけ後ろ又は前にずらす補正方法である。例えば、補正対象となるバッチ操作パターンのバッチ開始時刻をｔ_{ｂｇｎ，０}、バッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，０}とする。このとき、図４（Ｂ）に示すバッチ補正方法２では、バッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，１}＝ｔ_{ｅｎｄ，０}＋ｄ_２とする。なお、ｔ_{ｅｎｄ，１}＜ｔを満たす時刻ｔにおける操作量はバッチ終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}における操作量と同一とする。ここで、ｔ_{ｅｎｄ，１}は補正後のバッチ操作パターンのバッチ終了時刻、ｄ_２は予め決められた実数である。

【0033】

なお、図４（Ａ）～図４（Ｂ）に示すバッチ補正方法はいずれも一例であって、これら以外にも様々なバッチ補正方法がバッチ補正方法記憶部２０９に記憶されていてもよい。

【0034】

＜第一の実施形態に係る最良バッチ操作パターン選択処理＞
最良バッチ操作パターンを選択する最良バッチ操作パターン選択処理について、図５を参照しながら説明する。以下では、ｉ＝１，・・・，ｎに対して、ｔ_ｃ∈［ｔ_ｂｇｎ ^ｉ－Δ_１ ^ｉ，ｔ_ｂｇｎ ^ｉ）であるものとする。また、与えられた目標値ｒと、現在時刻ｔ_ｃまでの制御量ｙとが制御量・目標値取得部２０１によって取得されているものとする。

【0035】

バッチ選択部２０３は、最良バッチ操作パターン選択処理内で使用される変数ｉの値を１に初期化する（ステップＳ１０１）。すなわち、バッチ選択部２０３は、ｉ←１とする。

【0036】

バッチ選択部２０３は、バッチ操作パターン記憶部２０７に記憶されている１番目～ｎ番目のバッチ操作パターンの中からｉ番目のバッチ操作パターンを選択する（ステップＳ１０２）。

【0037】

制御量予測部２０２は、バッチ応答モデル記憶部２０８に記憶されているバッチ応答モデルと、制御量・目標値取得部２０１によって取得された制御量ｙ（ｔ_ｃ）と、上記のステップＳ１０２で選択されたｉ番目のバッチ操作パターンとに基づいて、ｉ番目のバッチ操作パターンに対応する制御量予測時系列を計算する（ステップＳ１０３）。バッチ応答モデルは、例えば、以下の式（１）により表すことができる。

【0038】

【数1】

ここで、ｔ_ｐは予測対象時刻、ｆは少なくとも操作量ｕを入力として制御量ｙを出力する関数である。なお、関数ｆは予め設計される。

【0039】

ただし、上記の式（１）に示すバッチ応答モデルは一例であって、バッチ応答モデルは、例えば、以下の式（２）により表すこともできる。

【0040】

【数2】

ここで、ｘ（ｔ）は外部変数である。なお、外部変数ｘとは操作量ｕ以外に制御量ｙが依存する変数のことである。外部変数ｘの具体例としては、例えば、操作量ｕが或る入出力系統における入力バルブの開度であるときに出力バルブの開度等が挙げられる。

【0041】

他の例として、バッチ応答モデルは、例えば、以下の式（３）により表すこともできる。

【0042】

【数3】

ここで、θはパラメータである。なお、パラメータθとは関数ｆが依存する変数のことである。パラメータθの具体例としては、例えば、気温等の環境条件、液体の温度や膨張率等が挙げられる。

【0043】

上記の式（１）、（２）又は（３）に示すバッチ応答モデルは、現在時刻ｔ_ｃの制御量ｙ（ｔ_ｃ）を基準として、予測対象時刻ｔ_ｐにおける制御量が、少なくとも操作量ｕ（ｔ）を関数ｆで変換した値の積分値でモデル化されることを意味している。

【0044】

このとき、制御量予測部２０２は、ｕ（ｔ）＝ｕ^ｉ（ｔ）として、上記の式（１）、（２）又は（３）に示すバッチ応答モデルにより各予測対象時刻ｔ_ｐ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｉ＋Δ_２ ^ｉ］における制御量予測値ｙ_ｐ，１ ^ｉ（ｔ_ｐ）：＝ｙ（ｔ_ｐ）を計算することができる。これにより、ｉ番目のバッチ操作パターンに対応する制御量予測時系列｛ｙ_ｐ，１ ^ｉ（ｔ）｜ｔ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｉ＋Δ_２ ^ｉ］｝が得られる。

【0045】

制御量予測部２０２は、上記のステップＳ１０３で計算された制御量予測時系列と、制御量・目標値取得部２０１によって取得された目標値ｒとに基づいて、その制御量予測時系列に対応する目標偏差を計算する（ステップＳ１０４）。すなわち、制御量予測部２０２は、目標値ｒと、バッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄ ^ｉにおける制御量予測値ｙ_ｐ，１ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｉ）との差を目標偏差ｅ^ｉ，１として計算する。ここで、目標偏差ｅ^ｉ，１の一例を図６に示す。図６に示すように、目標偏差ｅ^ｉ，１は、目標値ｒと、バッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄ ^ｉにおける制御量予測値ｙ_ｐ，１ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｉ）との差として定義される。なお、ｅ^ｉ，１＝ｒ－ｙ_ｐ，１ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｉ）と定義すればよい。

【0046】

バッチ選択部２０３は、ｉ＞ｎ－１であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。言い換えれば、バッチ選択部２０３は、バッチ操作パターン記憶部２０７に記憶されている１番目～ｎ番目のバッチ操作パターンが選択済であるか否かを判定する。

【0047】

上記のステップＳ１０５でｉ＞ｎ－１であると判定されなかった場合、バッチ選択部２０３は、変数ｉに対して１を加算（ステップＳ１０６）し、上記のステップＳ１０２に戻る。すなわち、バッチ選択部２０３は、ｉ←ｉ＋１として、上記のステップＳ１０２に戻る。これにより、すべてのバッチ操作パターンに対して上記のステップＳ１０２～ステップＳ１０５が実行され、ｎ個の目標偏差ｅ^１，１，・・・，ｅ^ｎ，１が得られる。

【0048】

一方で、上記のステップＳ１０５でｉ＞ｎ－１であると判定された場合、バッチ選択部２０３は、１番目～ｎ番目のバッチ操作パターンの中から最良バッチ操作パターンを選択する（ステップＳ１０７）。バッチ選択部２０３は、例えば、目標偏差ｅ^ｉ，１の絶対値が最も小さい制御量予測時系列に対応するバッチ操作パターンｉを最良バッチ操作パターンとして選択してもよいし、制御量予測値ｙ_ｐ，１ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｉ）が目標値ｒを超えず、かつ、目標偏差ｅ^ｉ，１の絶対値が最も小さい制御量予測時系列に対応するバッチ操作パターンｉを最良バッチ操作パターンとして選択してもよい。以下、最良バッチ操作パターンを｛ｕ^ｂ（ｔ）｜ｔ∈［ｔ_ｂｇｎ ^ｂ－Δ_１ ^ｂ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ＋Δ_２ ^ｂ］｝と表すことにする。

【0049】

＜第一の実施形態に係るバッチ補正処理＞
最良補正バッチ操作パターンを計算するバッチ補正処理について、図７を参照しながら説明する。以下では、上記の最良バッチ操作パターン選択処理により最良バッチ操作パターン｛ｕ^ｂ（ｔ）｜ｔ∈［ｔ_ｂｇｎ ^ｂ－Δ_１ ^ｂ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ＋Δ_２ ^ｂ］｝が得られたものとする。

【0050】

バッチ補正部２０４は、バッチ補正処理内で使用される変数ｉの値を１に初期化する（ステップＳ２０１）。すなわち、バッチ補正部２０４は、ｉ←１とする。

【0051】

バッチ補正部２０４は、バッチ補正方法記憶部２０９に記憶されている１番目～ｍ番目のバッチ補正方法の中からｉ番目のバッチ補正方法を選択する（ステップＳ２０２）。

【0052】

バッチ補正部２０４は、上記のステップＳ２０２で選択されたｉ番目のバッチ補正方法により最良バッチ操作パターンを補正した補正バッチ操作パターンｉを計算する（ステップＳ２０３）。以下、補正バッチ操作パターンｉを｛ｕ^ｂ，ｉ（ｔ）｜ｔ∈［ｔ_ｂｇｎ ^ｂ，ｉ－Δ_１ ^ｂ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ＋Δ_２ ^ｂ］｝と表すことにする。ここで、ｕ^ｂ，ｉ（ｔ）は補正バッチ操作パターンｉに含まれる操作量、ｔ_ｂｇｎ ^ｂ，ｉは補正バッチ操作パターンｉにおけるバッチ開始時刻、ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉは補正バッチ操作パターンｉにおけるバッチ終了時刻である。

【0053】

制御量予測部２０２は、バッチ応答モデル記憶部２０８に記憶されているバッチ応答モデルと、制御量・目標値取得部２０１によって取得された制御量ｙ（ｔ_ｃ）と、上記のステップＳ２０３で計算された補正バッチ操作パターンｉとに基づいて、補正バッチ操作パターンｉに対応する制御量予測時系列を計算する（ステップＳ２０４）。制御量予測部２０２は、ｕ（ｔ）＝ｕ^ｂ，ｉ（ｔ）として、上記の式（１）、（２）又は（３）に示すバッチ応答モデルにより各予測対象時刻ｔ_ｐ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ＋Δ_２ ^ｂ］における制御量予測値ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｐ）：＝ｙ（ｔ_ｐ）を計算することができる。これにより、補正バッチ操作パターンｉに対応する制御量予測時系列｛ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ）｜ｔ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ＋Δ_２ ^ｂ］｝が得られる。

【0054】

制御量予測部２０２は、上記のステップＳ２０４で計算された制御量予測時系列と、制御量・目標値取得部２０１によって取得された目標値ｒとに基づいて、その制御量予測時系列に対応する目標偏差を計算する（ステップＳ２０５）。すなわち、制御量予測部２０２は、目標値ｒと、バッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉにおける制御量予測値ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ）との差を目標偏差ｅ^ｉ，２として計算する。なお、ｅ^ｉ，２＝ｒ－ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ）と定義すればよい。

【0055】

バッチ補正部２０４は、ｉ＞ｍ－１であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。言い換えれば、バッチ補正部２０４は、バッチ補正方法記憶部２０９に記憶されている１番目～ｍ番目のバッチ補正方法が選択済であるか否かを判定する。

【0056】

上記のステップＳ２０６でｉ＞ｍ－１であると判定されなかった場合、バッチ補正部２０４は、変数ｉに対して１を加算（ステップＳ２０７）し、上記のステップＳ２０２に戻る。すなわち、バッチ補正部２０４は、ｉ←ｉ＋１として、上記のステップＳ２０２に戻る。これにより、１番目～ｍ番目のバッチ補正方法に対して上記のステップＳ２０２～ステップＳ２０６が実行され、ｍ個の目標偏差ｅ^１，２，・・・，ｅ^ｍ，２が得られる。

【0057】

一方で、上記のステップＳ２０６でｉ＞ｍ－１であると判定された場合、バッチ補正部２０４は、補正バッチ操作パターン１～ｍの中から最良補正バッチ操作パターンを選択する（ステップＳ２０８）。バッチ補正部２０４は、例えば、目標偏差ｅ^ｉ，２の絶対値が最も小さい制御量予測時系列に対応する補正バッチ操作パターンｉを最良補正バッチ操作パターンとして選択してもよいし、制御量予測値ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ）が目標値ｒを超えず、かつ、目標偏差ｅ^ｉ，２の絶対値が最も小さい制御量予測時系列に対応する補正バッチ操作パターンｉを最良補正バッチ操作パターンとして選択してもよい。

【0058】

上記の最良補正バッチ操作パターンとそれに対応する制御量予測時系列は、表示制御部２０５により、表示装置１０２上に表示される。ただし、表示制御部２０５は、例えば、制御装置１０と通信可能に接続される端末（例：制御対象２０のオペレータが利用する端末等）が備えるディスプレイ上に最良補正バッチ操作パターンとそれに対応する制御量予測時系列とを表示させてもよい。これにより、例えば、制御対象２０のオペレータ等は、制御対象２０が目標とする制御性能を最も達成できるバッチ操作パターンである最良補正バッチ操作パターンと、最良補正バッチ操作パターンが行われたときの制御量予測時系列とを知ることが可能となる。

【0059】

また、上記の最良補正バッチ操作パターンは、出力部２０６により、制御対象２０に出力される。これにより、制御対象２０を最良補正バッチ操作パターンにより制御することが可能となる。ただし、出力部２０６は、例えば、最良補正バッチ操作パターンとそれに対応する制御量予測時系列とを参考にしてオペレータ等により決定されたバッチ操作パターンを制御対象２０に出力してもよい。

【0060】

＜第一の実施形態のまとめ＞
以上のように、第一の実施形態に係る制御装置１０によれば、過去のゴールデンバッチを含むバッチ操作パターンと、現在時刻ｔ_ｃにおける制御量ｙ（ｔ_ｃ）と、バッチ応答モデルとに基づいて、最適なバッチ操作パターンを選択した上でそのバッチ操作パターンを補正することにより、制御量をより目標値に近付けるようなバッチプロセス制御を実現又はその支援をすることができる。

【0061】

［第二の実施形態］
次に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、ｔ_ｂｇｎ≦ｔ_ｃ＜ｔ_ｅｎｄであるものとして、バッチ処理中にサンプリング周期Ｔ_ｃ毎にバッチ補正処理を繰り返す場合について説明する。これにより、例えば、バッチ開始後に、未知の外乱が生じたり、バッチ応答モデルの誤差が大きくなったりした場合であっても、最良バッチ操作パターンをリアルタイムに補正することができるため、目標とする制御性能を達成することが可能となる。

【0062】

なお、第二の実施形態では、主に、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様としてよい構成要素についてはその説明を省略する。

【0063】

＜第二の実施形態に係る制御装置１０の機能構成例＞
第二の実施形態に係る制御装置１０の機能構成例を図８に示す。図８に示すように、第二の実施形態に係る制御装置１０は、第一の実施形態で説明した各部に加えて、タイマ２１０を有する。タイマ２１０は、例えば、制御装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、プロセッサ１０８等に実行させる処理により実現される。

【0064】

タイマ２１０は、バッチ処理の開始後、サンプリング周期Ｔ_ｃ毎にバッチ補正部２０４を動作させる。ここで、サンプリング周期Ｔ_ｃとは制御量・目標値取得部２０１によって制御量ｙ（ｔ）が取得される周期（時間幅）のことであり、その値は予め設定される。

【0065】

また、バッチ補正方法記憶部２０９には、１番目～ｍ番目のｍ個のバッチ補正方法に加えて、バッチ処理の開始後に実行されるバッチ補正処理で利用するｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のｍ'個のバッチ補正方法が記憶されている。なお、ｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法の具体例については後述する。

【0066】

ただし、ｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法には、１番目～ｍ番目のバッチ補正方法の全部又は一部が含まれていてもよい。言い換えれば、１番目～ｍ番目のバッチ補正方法とｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法は、全部又は一部が重複していてもよい。

【0067】

≪ｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法の具体例≫
一例として、ｍ'＝２である場合におけるｍ＋１番目～ｍ＋２番目のバッチ補正方法の具体例を図９（Ａ）～図９（Ｂ）に示す。

【0068】

図９（Ａ）に示すバッチ補正方法ｍ＋１は、現在時刻～バッチ終了時刻までの間のバッチ操作パターンを所定の時間だけ後ろにスライド（言い換えれば、現在時刻における操作量を所定の時間だけ延長）させる補正方法である。例えば、補正対象となるバッチ操作パターンのバッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，０}とする。このとき、図９（Ａ）に示すバッチ補正方法ｍ＋１では、現在時刻ｔ_ｃにおける操作量をｔ_１＝ｔ_ｃ＋ｄ_ｍ＋１まで延長し、バッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，１}＝ｔ_{ｅｎｄ，０}＋ｄ_ｍ＋１とする。なお、ｔ_{ｅｎｄ，１}＜ｔを満たす時刻ｔにおける操作量はバッチ終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}における操作量と同一とする。ここで、ｔ_{ｅｎｄ，１}は補正後のバッチ操作パターンのバッチ終了時刻、ｄ_ｍ＋１は予め決められた実数である。

【0069】

図９（Ｂ）に示すバッチ補正方法ｍ＋２は、バッチ終了時刻を所定の時間だけ後ろ又は前にずらす補正方法である。例えば、補正対象となるバッチ操作パターンのバッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，０}とする。このとき、図９（Ｂ）に示すバッチ補正方法ｍ＋２では、バッチ終了時刻をｔ_{ｅｎｄ，１}＝ｔ_{ｅｎｄ，０}＋ｄ_ｍ＋２とする。なお、ｔ_{ｅｎｄ，１}＜ｔを満たす時刻ｔにおける操作量はバッチ終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}における操作量と同一とする。ここで、ｔ_{ｅｎｄ，１}は補正後のバッチ操作パターンのバッチ終了時刻、ｄ_ｍ＋２は予め決められた実数である。

【0070】

なお、図９（Ａ）～図９（Ｂ）に示すバッチ補正方法はいずれも一例であって、これら以外にも様々なバッチ補正方法がバッチ補正方法記憶部２０９に記憶されていてもよい。

【0071】

＜第二の実施形態に係るバッチ補正処理＞
サンプリング周期Ｔ_ｃ毎に最良補正バッチ操作パターンを計算するバッチ補正処理について、図１０を参照しながら説明する。以下では、上記の最良バッチ操作パターン選択処理により最良バッチ操作パターン｛ｕ^ｂ（ｔ）｜ｔ∈［ｔ_ｂｇｎ ^ｂ－Δ_１ ^ｂ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ＋Δ_２ ^ｂ］｝が得られたものとして、｛ｕ^ｂ（ｔ）｜ｔ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ＋Δ_２ ^ｂ］｝を対象最良バッチ操作パターンと呼ぶことにする。すなわち、対象最良バッチ操作パターンとは、最良バッチ操作パターンのうち、未来の時刻の操作量の時系列データで構成されるバッチ操作パターンのことである。なお、以下のステップＳ３０１～ステップＳ３０８はサンプリング周期Ｔ_ｃ毎に繰り返し実行される。

【0072】

バッチ補正部２０４は、バッチ補正処理内で使用される変数ｉの値をｍ＋１に初期化する（ステップＳ３０１）。すなわち、バッチ補正部２０４は、ｉ←ｍ＋１とする。

【0073】

バッチ補正部２０４は、バッチ補正方法記憶部２０９に記憶されているｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法の中からｉ番目のバッチ補正方法を選択する（ステップＳ３０２）。

【0074】

バッチ補正部２０４は、上記のステップＳ３０２で選択されたｉ番目のバッチ補正方法により対象最良バッチ操作パターンを補正した補正バッチ操作パターンｉを計算する（ステップＳ３０３）。以下、補正バッチ操作パターンｉを｛ｕ^ｂ，ｉ（ｔ）｜ｔ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ＋Δ_２ ^ｂ］｝と表すことにする。ここで、ｕ^ｂ，ｉ（ｔ）は補正バッチ操作パターンｉに含まれる操作量、ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉは補正バッチ操作パターンｉにおけるバッチ終了時刻である。

【0075】

制御量予測部２０２は、バッチ応答モデル記憶部２０８に記憶されているバッチ応答モデルと、制御量・目標値取得部２０１によって取得された制御量ｙ（ｔ_ｃ）と、上記のステップＳ３０３で計算された補正バッチ操作パターンｉとに基づいて、補正バッチ操作パターンｉに対応する制御量予測時系列を計算する（ステップＳ３０４）。制御量予測部２０２は、ｕ（ｔ）＝ｕ^ｂ，ｉ（ｔ）として、上記の式（１）、（２）又は（３）に示すバッチ応答モデルにより各予測対象時刻ｔ_ｐ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ＋Δ_２ ^ｂ］における制御量予測値ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｐ）：＝ｙ（ｔ_ｐ）を計算することができる。これにより、補正バッチ操作パターンｉに対応する制御量予測時系列｛ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ）｜ｔ∈（ｔ_ｃ，ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ＋Δ_２ ^ｂ］｝が得られる。

【0076】

制御量予測部２０２は、上記のステップＳ３０４で計算された制御量予測時系列と、制御量・目標値取得部２０１によって取得された目標値ｒとに基づいて、その制御量予測時系列に対応する目標偏差を計算する（ステップＳ３０５）。すなわち、制御量予測部２０２は、目標値ｒと、バッチ終了時刻ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉにおける制御量予測値ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ）との差を目標偏差ｅ^ｉ，２として計算する。

【0077】

バッチ補正部２０４は、ｉ＞ｍ＋ｍ'－１であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。言い換えれば、バッチ補正部２０４は、バッチ補正方法記憶部２０９に記憶されているｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法が選択済であるか否かを判定する。

【0078】

上記のステップＳ３０６でｉ＞ｍ＋ｍ'－１であると判定されなかった場合、バッチ補正部２０４は、変数ｉに対して１を加算（ステップＳ３０７）し、上記のステップＳ３０２に戻る。すなわち、バッチ補正部２０４は、ｉ←ｉ＋１として、上記のステップＳ３０２に戻る。これにより、ｍ＋１番目～ｍ＋ｍ'番目のバッチ補正方法に対して上記のステップＳ３０２～ステップＳ３０６が実行され、ｍ'個の目標偏差ｅ^{ｍ＋１，２}，・・・，ｅ^{ｍ＋ｍ'，２}が得られる。

【0079】

一方で、上記のステップＳ３０６でｉ＞ｍ＋ｍ'－１であると判定された場合、バッチ補正部２０４は、補正バッチ操作パターンｍ＋１～ｍ＋ｍ'の中から最良補正バッチ操作パターンを選択する（ステップＳ３０８）。バッチ補正部２０４は、例えば、目標偏差ｅ^ｉ，２の絶対値が最も小さい制御量予測時系列に対応する補正バッチ操作パターンｉを最良補正バッチ操作パターンとして選択してもよいし、制御量予測値ｙ_ｐ，２ ^ｉ（ｔ_ｅｎｄ ^ｂ，ｉ）が目標値ｒを超えず、かつ、目標偏差ｅ^ｉ，２の絶対値が最も小さい制御量予測時系列に対応する補正バッチ操作パターンｉを最良補正バッチ操作パターンとして選択してもよい。

【0080】

上記の最良補正バッチ操作パターンとそれに対応する制御量予測時系列は、表示制御部２０５により、表示装置１０２上に表示される。ただし、表示制御部２０５は、例えば、制御装置１０と通信可能に接続される端末が備えるディスプレイ上に最良補正バッチ操作パターンとそれに対応する制御量予測時系列とを表示させてもよい。これにより、例えば、制御対象２０のオペレータ等は、制御対象２０が目標とする制御性能を最も達成できるバッチ操作パターンである最良補正バッチ操作パターンと、最良補正バッチ操作パターンが行われたときの制御量予測時系列とを知ることが可能となる。

【0081】

また、上記の最良補正バッチ操作パターンは、出力部２０６により、制御対象２０に出力される。これにより、制御対象２０を最良補正バッチ操作パターンにより制御することが可能となる。ただし、出力部２０６は、例えば、最良補正バッチ操作パターンとそれに対応する制御量予測時系列とを参考にしてオペレータ等により決定されたバッチ操作パターンを制御対象２０に出力してもよい。

【0082】

＜第二の実施形態のまとめ＞
以上のように、第二の実施形態に係る制御装置１０によれば、バッチ開始後においても、現在時刻ｔ_ｃにおける制御量ｙ（ｔ_ｃ）に応じて定期的にバッチ操作パターンを補正することにより、例えば、未知の外乱が生じたり、バッチ応答モデルの誤差が大きくなったりした場合であっても、制御量をより目標値に近付けるようなバッチプロセス制御を実現又はその支援をすることができる。

【0083】

［実施例］
以下、第一の実施形態に係る制御装置１０の一実施例について説明する。

【0084】

本実施例では、図１１に示す制御対象２０を対象とする。図１１に示す制御対象２０はタンク５００に水を貯める系統であり、上部から水を供給する入力バルブ５０１と、下部から水を排出する出力バルブ５０２とが存在する。このとき、本実施例では、タンク５００の液面レベル（つまり、タンク５００の底面からの水の高さ）を制御量ｙ、目標とする液面レベルを目標値ｒとする。また、入力バルブ５０１の弁の弁開度を操作量ｕとする。更に、操作量ｕに関して、弁開度と実際に流れる水の流量との間には、図１２に示すイコール％の特性があるものとする。なお、ＣＶ値とは、バルブが流体を流すことができる能力を表す係数のことである。

【0085】

また、本実施例では、以下の式（４）に示すバッチ応答モデルを用いるものとする。

【0086】

【数4】

ここで、上記の式（４）中の関数ｆは、ｆ（ｕ）＝０．０１（０．００５ｕ^２＋０．５ｕ）であるものとする。

【0087】

バッチ操作パターン記憶部２０７には、図１３（Ａ）に示すバッチ操作パターン１と、図１３（Ｂ）に示すバッチ操作パターン２との２つのバッチ操作パターンが記憶されているものとする。これら２つのバッチ操作パターンは、いずれもバッチ開始時刻は１０、バッチ終了時刻は３０である。なお、図１３（Ａ）及び（Ｂ）では、制御量ｙ、目標値ｒ、弁開度に応じた流量のＣＶ値も同時に図示している。

【0088】

また、バッチ補正方法記憶部２０９には、図４（Ａ）に示すバッチ補正方法１が記憶されているものとする。ただし、ｄ_１＝７として、バッチ操作パターン全体をｄ_１だけ後ろにスライドさせるものとする。

【0089】

このとき、図５に示す最良バッチ操作パターン選択処理を実行した結果、ｅ^１，１＝７．０５、ｅ^２，１＝６．８４となった。このため、目標偏差の小さいバッチ操作パターン２を最良バッチ操作パターンとして選択した。

【0090】

その後、図７に示すバッチ補正処理を実行し、図１４に示すように、バッチ補正方法１により最良バッチ操作パターンを補正した。すなわち、バッチ開始時刻が１０から１７、バッチ終了時刻が３０から３７になるように、最良バッチ操作パターンを後ろにスライドさせた。その結果、最良補正バッチ操作パターンのバッチ終了時刻における制御量予測値と目標値ｒとの差である目標偏差ｅ^１，２は、ｅ^１，２＝－０．１６となった。

【0091】

以上により、最良バッチ操作パターンよりも最良補正バッチ操作パターンの方が目標偏差の絶対値が小さくなり、制御量をより目標値に近付けるようなバッチプロセス制御が実現できることがわかる。

【0092】

本発明は、具体的に開示された上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から逸脱することなく、種々の変形や変更、既知の技術との組み合わせ等が可能である。

【符号の説明】

【0093】

１０ 制御装置
１０１ 入力装置
１０２ 表示装置
１０３ 外部Ｉ／Ｆ
１０３ａ 記録媒体
１０４ 通信Ｉ／Ｆ
１０５ ＲＡＭ
１０６ ＲＯＭ
１０７ 補助記憶装置
１０８ プロセッサ
１０９ バス
２０１ 制御量・目標値取得部
２０２ 制御量予測部
２０３ バッチ選択部
２０４ バッチ補正部
２０５ 表示制御部
２０６ 出力部
２０７ バッチ操作パターン記憶部
２０８ バッチ応答モデル記憶部
２０９ バッチ補正方法記憶部
２１０ タイマ

【要約】

【課題】目標とする制御性能を達成できるバッチプロセス制御を実現可能とすること。
【解決手段】本開示の一態様による制御支援装置は、バッチプロセスを実行する対象の制御を支援する制御支援装置であって、前記対象から出力された制御量と、前記制御量に対する目標値とを取得する取得部と、前記制御量と、前記対象の操作量と制御量との関係を表すモデルと、前記操作量の時系列を表す操作パターンとに基づいて、前記制御量よりも未来の制御量の時系列を表す第１の制御量予測時系列を計算する予測部と、前記第１の制御量予測時系列と、前記目標値とに基づいて、複数の前記操作パターンの中から最良の操作パターンを選択する選択部と、前記目標値に基づいて、前記最良の操作パターンを１以上の補正方法によりそれぞれ補正した１以上の補正操作パターンの中から、最良の補正操作パターンを選択する補正部と、を有する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】