一般化出力誤差の最小化に基づくPID制御系の設計と応用

摘要

化学プロセスや石油精製プロセスに代表されるプロセス産業界においては，国際競争の激化の煽りを受けて，生産性の向上，省エネルギー·省力化など，品質向上と生産コストの低減が一層進められている。そのような現状において，制御システムが果たす役割も，これまで以上に重要視されてきている。ところで，プロセス産業界においては，PID制御が有効な手法とされ，広く適用されている。このとき，PIDゲインの値によっては過大なオーバーシュートが生じたり，整定時間が長くなったり，あるいは定常特性が劣化するなど，ゲインの決定は非常に厄介な問題とされている。また，制御対象の特性変動に対し，あらかじめ決定されたゲインによりそのまま制御を続けると，満足な結果が得られなかったり，ときには不安定になるという問題も生じている。一方，モデルベースの制御系から操業データを利用したモデルフリー型制御系設計法が，近年注目されている。とりわけ化学プロセスなど，システムの構造や機能が十分に把握されていないシステムに対して有効な手法として注目されている。本稿では，PIDゲインを調整する際にシステムを記述するモデルを必要としない，新しいPIDゲイン調整法を提案する。これまでにも，上述のような閉ループデータに基づいてPIDゲインを調整するFRIT法が提案されているが，疑似的に参照入力の変更を行うのではなく，PID制御則から導出される一般化出力を定義し，これがシステム出力に等価になるように進化計算によって調整することで，所望の制御性能が得られるPIDゲインを算出するものである。最後に，提案手法の有効性を数値例と実システムへの応用例によって，定量的に検証する。