状態空間法による多変数適応2自由度モデル予測制御手法の開発と化学プロセスへの応用

利用状态空间方法开发多变量自适应二自由度模型预测控制方法及其在化工过程中的应用

• 批准号: 11750398
• 负责人: 増田 士朗
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Institute of Technology (2000)Okayama University (1999)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750398/
• 关键词: モデル予測制御手法; 適応制御; 2自由制御系; 化学プロセス制御; モデル予測制御; 2自由度制御手法; 化学プロセス; 状態空間法

モデル予測制御手法とは,プラント出力の長期予測をもとに制御系を設計する手法であり,外乱やモデル化誤差に対してロバスト性が高く,入出力の制約条件が考慮でき,さらに,商業用ソフトウェアが充実しているなどの特徴を持つため,主に化学プロセス制御の分野で広く用いられている.しかし,モデル予測制御手法は化学工学分野もしくは応用現場の中で発展してきたため,システム制御理論分野の先端的な制御手法が十分に活用されていなかった.この問題に対し,当研究者らはシステム制御理論の分野で活発に研究されている2自由度制御系設計手法をモデル予測制御手法に導入することに取り組み,モデル予測制御手法の一種である一般化予測制御(Generalized Predictive Control;GPC)手法を拡張し,その2自由度構成法を与え,新しく提案された手法が,従来のGPC法に比べ,過渡応答やロバスト安定性に優れていることを確認した.本研究では,そのような2自由度構成されたモデル予測制御手法の1)多変数化,2)適応化を理論と実験の両方面からの有効性の検討を行うことを目的とした.昨年度は,この研究目的に対し,1.2自由度GPCの有効性を温度制御系に適用した例の研究発表.(IFAC World Congress,July 1999)2.状態空間法のGPCの多変数系に拡張する研究発表.(システム制御情報学会論文誌,2000)3.1入出力系の2自由度GPCを適応系に拡張し,アルバータ州立大学の計算機プロセス制御研究室に2週間滞在して,温度制御用パイロットプラントに適用する実験をおこなった.本年度は,その研究結果に基づき,適応型2自由度GPC手法の提案とその制御手法を温度制御用パイロットプラントに適用した実験結果をイタリア,ピサで開催されたIFAC AdChem 2000において発表した.また,2自由度GPCに関連する本研究の結果も含めた状態空間法を用いたGPCに関する解説記事も,計測自動制御学会の学会誌「計測と制御」に発表した.さらに,適応アルゴリズムの高性能化を目指し,ハイゲインフィードバック制御を用いた適応制御手法の高性能化について論文発表を行った(システム制御情報学会).以上の研究結果より,本研究の研究目的である2自由度構成されたモデル予測制御手法の多変数化,および適応化に対する基本的な成果が得られたと考えられる.

模型预测控制方法是基于植物产量的长期预测设计控制系统的方法，并且可以考虑到输入和输出约束，并且在化学过程控制领域也广泛使用。但是，由于在化学工程或应用领域开发了模型预测控制方法，因此尚未完全利用系统控制理论领域的高级控制方法。为了应对这个问题，我们的研究人员致力于引入两度自由控制系统的设计方法，该方法在系统控制理论领域中积极研究到模型预测控制方法中，并且是一种模型预测控制方法。扩展了对照; GPC）方法，并给出了两度自由的方法，与常规的GPC方法相比，新提出的方法被确认具有优越的瞬态响应和稳健稳定性。这项研究旨在研究1）多变量和2）适应这种模型预测性控制方法，包括理论和实验方面。去年，在一个例子中进行了研究演讲，其中为此目的将1.2度自由GPC的有效性应用于温度控制系统。 （IFAC世界大会，1999年7月）2。扩展GPC多元国家空间方法的研究演示。 （系统控制与信息技术学会杂志，2000年）3.1。我们将两度自由的GPC系统扩展到了自适应系统中，并在艾伯塔省州立大学的计算机过程控制实验室度过了两个星期，将其应用于试点工厂进行温度控制。今年，根据研究的结果，我们提出了一种自适应的两度自由度GPC方法，并在意大利PISA中保留了将控制方法应用于试验工厂的实验结果。它于2000年提出。使用状态空间方法上的一篇关于GPC的解释性文章，包括与两度自由gpc有关的研究结果，也发表在《测量和自动控制学会》的“测量和控制”期刊上。此外，该论文还介绍了使用高增益反馈控制（系统控制和信息社会）改善自适应控制方法的性能。基于上述研究结果，人们认为获得了本研究的研究目标的多变量模型预测控制方法的基本结果。

项目成果

佐藤孝雄,増田士朗,井上 昭,平嶋洋一: "状態空間法による終端条件を用いた多変数一般化予測制御系の構成法"システム制御情報学会論文誌. 13巻2号. 95-102 (2000)

Takao Sato、Shiro Masuda、Akira Inoue、Yoichi Hirashima：“使用状态空间方法使用终端条件的多变量广义预测控制系统的构造方法”，系统、控制和信息工程师学会学报，第 13 卷，第 2 期。 95-102（2000））

増田士朗: "状態空間法による一般化予測制御系の設計法"計測と制御. 39巻・5号. 326-330 (2000)

Shiro Masuda：“使用状态空间方法的广义预测控制系统的设计方法”，测量与控制，第 39 卷，第 5 期，326-330（2000）。

Shiro Masuda, Sirish L. Shah, R. Bhushan Gopaluni: "An Adaptive, State-space based GPC with a Two-Degrees-of-Freedom Controller Structure"IFAC International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes, Italy, to be presented in June 2000. (2000)

Shiro Masuda、Sirish L. Shah、R. Bhushan Gopaluni：“具有二自由度控制器结构的自适应、基于状态空间的 GPC”意大利 IFAC 国际化学过程高级控制研讨会，将于

Shiro Masuda,Sirish L.Shah,R.Bhushan Gopaluni: "An Adaptive, State-space based GPC with a Two-Degrees-of-Freedom Controller Structure"preprints of IFAC Symposium ADCHEM 2000. 305-310 (2000)

Shiro Masuda、Sirish L.Shah、R.Bhushan Gopaluni：“具有二自由度控制器结构的自适应、基于状态空间的 GPC”IFAC 研讨会 ADCHEM 2000 预印本。305-310 (2000)

増田士朗,吉村慎一,井上昭,平嶋洋一: "動的なハイゲインフィードバック補償器を用いたDyCE MRACSの零状態応答における性能解析"システム制御情報学会論文誌. 13巻・10号. 441-448 (2000)

Shiro Masuda、Shinichi Yoshimura、Akira Inoue、Yoichi Hirashima：“使用动态高增益反馈补偿器的 DyCE MRACS 零状态响应的性能分析”《系统、控制和信息工程师学会学报》第 13 卷，第 10 期。 441-448（2000）