JP2020030797A - Controller designing device and designing method - Google Patents

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Abstract

To improve control performance and safety of a controller.SOLUTION: A state equation is set, expressing a closed loop system composed of: an enlargement system plant P including a state feedback controller K, a control target G, and a nominal plant model G; and a Robust disturbance feedback controller L. On the basis of the state equation, an optimization problem based on a linear matrix inequality is formulated, and the optimal robust disturbance feedback controller L is designed.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、制御装置を設計する技術に関する。   The present invention relates to a technique for designing a control device.

制御装置として、例えば、目標値に対する追従性の向上を保証するフィードバック制御器と、外乱及びモデル誤差を補償するロバスト外乱フィードバック制御器とを備えるものがある。   Some control devices include, for example, a feedback controller that guarantees improvement in followability to a target value, and a robust disturbance feedback controller that compensates for disturbances and model errors.

関連する技術として、例えば、特許文献1〜4がある。   Related technologies include, for example, Patent Documents 1 to 4.

Kiyoshi OHISHI and Kouhei OHNISHI and Kunio MIYACHI, TORQUE - SPEED REGULATION OF DC MOTOR BASED ON LOAD TORQUE ESTIMATION METHOD, Proc. INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS CONFERENCE (IPEC), TOKYO, Mar., pp. 1209-1218, (1983)Kiyoshi OHISHI and Kouhei OHNISHI and Kunio MIYACHI, TORQUE-SPEED REGULATION OF DC MOTOR BASED ON LOAD TORQUE ESTIMATION METHOD, Proc. INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS CONFERENCE (IPEC), TOKYO, Mar., pp. 1209-1218, (1983) Kawai, Fukiko and Nakazawa, Chikashi and Vinther, Kasper and Rasmussen, Henrik, and Andersen, Palle and Stoustrup, Jakob, An Industrial Model Based Disturbance Feedback Control Scheme, Proc. The 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC 2014), Cape Town, August., pp. 804-809, (2014)Kawai, Fukiko and Nakazawa, Chikashi and Vinther, Kasper and Rasmussen, Henrik, and Andersen, Palle and Stoustrup, Jakob, An Industrial Model Based Disturbance Feedback Control Scheme, Proc.The 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC 2014 ), Cape Town, August., Pp. 804-809, (2014) Unggul Wasiwitono and Masami Saeki, Fixed-Order Output Feedback Control and Anti-Windup Compensation for Active Suspension Systems, Vol. 5, No. 2, pp. 264-278, Journal of System Design and Dynamics, (2011)Unggul Wasiwitono and Masami Saeki, Fixed-Order Output Feedback Control and Anti-Windup Compensation for Active Suspension Systems, Vol. 5, No. 2, pp. 264-278, Journal of System Design and Dynamics, (2011) Fukiko Kawai and Kasper Vinther and Palle Andersen and Jan Dimon Bendtsen, MIMO Robust Disturbance Feedback Control for Refrigeration Systems via an LMI Approach, The 20th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC), Toulouse, Jul., (2017)Fukiko Kawai and Kasper Vinther and Palle Andersen and Jan Dimon Bendtsen, MIMO Robust Disturbance Feedback Control for Refrigeration Systems via an LMI Approach, The 20th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC), Toulouse, Jul., (2017)

本発明の一側面に係る目的は、制御装置の制御性能及び安定性を向上させることである。   An object according to one aspect of the present invention is to improve control performance and stability of a control device.

本発明に係る一つの形態である設計装置は、パラメトリックな不確かさを含む制御対象の出力値と目標値との差が入力される、一つまたは複数の既存制御器と、ロバスト外乱フィードバック制御器とを備え、前記ロバスト外乱フィードバック制御器と拡大系プラントとからなる閉ループシステムを表現する状態方程式を設定し、前記状態方程式に基づき線形行列不等式による最適化問題を定式化し、最適解を算出する。   A design apparatus according to one aspect of the present invention is configured such that a difference between an output value of a control target including a parametric uncertainty and a target value is input, one or more existing controllers, and a robust disturbance feedback controller. And a state equation expressing a closed loop system including the robust disturbance feedback controller and the expansion plant is set, and an optimization problem based on a linear matrix inequality is formulated based on the state equation to calculate an optimal solution.

本発明によれば、制御装置の制御性能及び安定性を向上させることができる。   According to the present invention, control performance and stability of the control device can be improved.

実施形態の制御装置の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the control device of an embodiment. 目標値rを構成するデータの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of data constituting a target value r. 図1に示す制御装置に対応する閉ループシステムのブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of a closed loop system corresponding to the control device shown in FIG. 1. 拡大系プラントPとロバスト外乱フィードバック制御器Lとからなる閉ループシステムのブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of a closed loop system including an expansion system plant P and a robust disturbance feedback controller L. 実施例1における設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of an operation of the design apparatus according to the first exemplary embodiment. 図3に示す閉ループシステムに重み関数Wを導入したブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram in which a weighting function W u is introduced into the closed loop system shown in FIG. 3. 感度関数Tuuと重み関数Wの周波数応答を示すボード線図である。FIG. 4 is a Bode diagram showing frequency responses of a sensitivity function T uu and a weight function W u . 重み関数Wと感度関数Tuuとの乗算値の周波数応答を示すボード線図である。Is a Bode diagram showing the frequency response of the multiplication value of the weight function W u and sensitivity function T uu. 図3に示す閉ループシステムに外乱推定機能Hを導入した閉ループシステムのブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram of a closed loop system in which a disturbance estimation function H is introduced into the closed loop system shown in FIG. 実施例2における設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating an example of an operation of the design device according to the second exemplary embodiment. 図4の拡大系プラントPに外乱推定機能Hを加えた拡大系プラントP’とロバスト外乱フィードバック制御器Lとからなる閉ループシステムのブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram of a closed-loop system including an expanded system plant P ′ obtained by adding a disturbance estimation function H to the expanded system plant P of FIG. 4 and a robust disturbance feedback controller L. 設計装置のハードウェア構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of a design device.

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
<実施例1>
図1は、実施形態の制御装置の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a control device according to the embodiment.

図1に示す制御装置1は、例えば、ガントリークレーンのトロリー2をレール上で移動させる移動装置3の動作を制御するものであって、フィードフォワード制御器11と、状態フィードバック制御器12と、ロバスト外乱フィードバック制御器13とを備える。なお、本実施形態の制御対象としてガントリークレーンを採用しているが、制御対象は特に限定されない。   The control device 1 shown in FIG. 1 controls, for example, the operation of a moving device 3 that moves a trolley 2 of a gantry crane on a rail, and includes a feedforward controller 11, a state feedback controller 12, a robust And a disturbance feedback controller 13. Although a gantry crane is used as a control target in the present embodiment, the control target is not particularly limited.

フィードフォワード制御器11は、目標値rに基づく出力値を出力する。
状態フィードバック制御器12は、計測装置4から出力される計測値xが目標値rに追従するように、操作量を出力する。
The feedforward controller 11 outputs an output value based on the target value r.
State feedback controller 12, the measurement value x p which is output from the measurement device 4 so as to follow the target value r, and outputs the manipulated variable.

ロバスト外乱フィードバック制御器13は、ノミナル値xpnと計測値xとの差がゼロに追従するように操作量uを出力する。 Robust disturbance feedback controller 13, the difference between the nominal value x pn and the measured value x p and outputs the manipulated variable u l so as to follow zero.

フィードフォワード制御器11の操作量と状態フィードバック制御器12の操作量との加算値uと、ロバスト外乱フィードバック制御器13から出力される操作量uとが加算された値により移動装置3の動作が制御されることでトロリー2がx軸方向に移動するものとする。また、ロープ5を介してトロリー2と吊荷6とが互いに接続され、トロリー2がx軸方向に移動することなどに伴って吊荷6がx軸上を移動するものとする。また、x軸上の点p1を基準とするトロリー2の移動距離をトロリー2の位置xとする。また、トロリー2とロープ5との接続点p2から下方に垂直に延びる垂線7とロープ5とがなす角度θとロープ5の長さl(ロープ長とも呼ぶ)との乗算値θlを、垂線7を基準とする吊荷6の位置xとする。また、トロリー2の移動速度をx とし、吊荷6の位置xの時間微分をxとする。また、「x 」は、下記記号1と同じものとし、「x」は、下記記号2と同じものとする。 The addend u k between the operation amount and the operation amount of the state feedback controller 12 of the feedforward controller 11, is output from the robust disturbance feedback controller 13 manipulated variable u l and the mobile device 3 by added value It is assumed that the trolley 2 moves in the x-axis direction by controlling the operation. The trolley 2 and the suspended load 6 are connected to each other via the rope 5, and the suspended load 6 moves on the x-axis as the trolley 2 moves in the x-axis direction. Further, the moving distance of the trolley 2 relative to the point p1 on the x-axis to the position x T of the trolley 2. The product of the angle θ1 between the vertical line 7 extending vertically downward from the connection point p2 between the trolley 2 and the rope 5 and the rope 5 and the length l of the rope 5 (also referred to as the rope length) is represented by the vertical line 7. Is set as the position x of the suspended load 6 with reference to. Further, the moving speed of the trolley 2 is x · T, and the time derivative of the position x of the suspended load 6 is x · . Further, “x · T ” is the same as the following symbol 1, and “x · ” is the same as the following symbol 2.

図2は、目標値rを構成するデータの一例を示す図である。
図2に示す目標値rは、トロリー2の移動速度x 、吊荷6の位置xの時間微分x、トロリー2の位置x、及び吊荷6の位置xから構成されており、トロリー2の移動速度x が、フィードフォワード制御の操作量として用いられる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of data constituting the target value r.
Target value r shown in FIG. 2, the moving speed x · T of the trolley 2, the time derivative x · position x of the suspended load 6, and a position x of the position x T, and suspended load 6 of the trolley 2, The moving speed x · T of the trolley 2 is used as an operation amount of the feedforward control.

図3は、図1に示す制御装置1に対応する閉ループシステムのブロック線図である。なお、wは外乱であり、外乱の原因としては吊荷6に当たる風や衝撃、トロリーが走るレーンの傾きや乗員の動きなどがある。   FIG. 3 is a block diagram of a closed loop system corresponding to the control device 1 shown in FIG. Note that w is a disturbance, and the causes of the disturbance include a wind and an impact on the suspended load 6, an inclination of a lane on which the trolley runs, and a movement of an occupant.

フィードフォワード制御器KFFは、フィードフォワード制御器11を表現する伝達関数である。 The feedforward controller KFF is a transfer function expressing the feedforward controller 11.

状態フィードバック制御器KFBは、状態フィードバック制御器12を表現する伝達関数であって、目標値rと制御対象Gの出力値xとの差が入力される。 State feedback controller K FB is a transfer function representing the state feedback controller 12, the difference between the target value r and the output values x p of the control target G is input.

ここで、フィードフォワード制御器KFF及び状態フィードバック制御器KFBは、既存制御器の一例である。既存制御はフィードフォワード制御や状態フィードバック制御に限られず、例えば、P制御、PI制御、PID制御などであっても構わない。 Here, the feedforward controller KFF and the state feedback controller KFB are examples of existing controllers. Existing control is not limited to feedforward control and state feedback control, and may be, for example, P control, PI control, PID control, or the like.

制御対象Gは、ガントリークレーンを表現する伝達関数であって、フィードフォワード制御器11の出力値と状態フィードバック制御器12の出力値との加算値uと、ロバスト外乱フィードバック制御器Lから出力される操作量uとが加算された値が入力され、計測値xを出力する。 Control object G is a transfer function representing the gantry cranes, the addend u k of the output values of the state feedback controller 12 of the feedforward controller 11, is output from the robust disturbance feedback controller L that the operation amount u l and is summed value is input, and outputs the measured values x p.

ノミナルプラントモデルGは、制御対象Gから出力される計測値xのノミナル値xpn(不確かさをもたない制御対象Gの出力値)を出力する伝達関数であって、操作量uが入力される。 Nominal plant model G n is a transfer function that outputs a nominal value x pn of the measurement values x p which is output from the control target G (the output value of the control object G without uncertainty), the operation amount u k Is entered.

ロバスト外乱フィードバック制御器Lは、ロバスト外乱フィードバック制御器13を表現する伝達関数であって、ノミナル値xpnと計測値xとの差εが入力され、操作量uを出力する。 The robust disturbance feedback controller L is a transfer function expressing the robust disturbance feedback controller 13, and receives the difference ε between the nominal value x pn and the measured value x p and outputs the manipulated variable u l .

図4は、状態フィードバック制御器KFB、制御対象G、及びノミナルプラントモデルGを含む拡大系プラントPと、ロバスト外乱フィードバック制御器Lとからなる閉ループシステムのブロック線図である。 FIG. 4 is a block diagram of a closed-loop system including an expanded plant P including a state feedback controller K FB , a control target G, and a nominal plant model Gn , and a robust disturbance feedback controller L.

拡大系プラントPは、外乱wと操作量uが入力され、評価値zを出力する。
ロバスト外乱フィードバック制御器Lは、ノミナル値xpnと計測値xとの差εが入力され、操作量uを出力する。
The disturbance plant w and the manipulated variable u1 are input to the expansion system plant P, and the expansion system plant P outputs an evaluation value z.
The robust disturbance feedback controller L receives the difference ε between the nominal value x pn and the measured value x p and outputs a manipulated variable u l .

図5は、実施例1における設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図5に示すステップS1〜S5では、ロバスト外乱フィードバック制御器Lの設計が行われ、ステップS6〜S9では、制御対象Gの周波数領域の不確かさが追加された閉ループシステムのロバスト安定性の評価が行われる。周波数領域の不確かさを考慮しない設計の場合、ステップS6〜S9の処理を省略してもよい。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an operation of the design apparatus according to the first embodiment. In steps S1 to S5 shown in FIG. 5, the robust disturbance feedback controller L is designed. In steps S6 to S9, the robustness of the closed loop system in which the uncertainty of the frequency domain of the control target G is added is added. An evaluation is performed. If the design does not consider the uncertainty in the frequency domain, the processing of steps S6 to S9 may be omitted.

まず、ステップS1において、設計装置は、制御対象Gを設定する。
例えば、制御対象Gの状態方程式を下記式1とする。
First, in step S1, the design apparatus sets a control target G.
For example, the state equation of the control target G is represented by the following equation 1.

ここで、xを下記式2とし、Aを下記式3とし、Bを下記式4とする。 Here, the x p as the following equation 2, the A and the following equation 3, the B 2 and formula 4.

なお、GASRはASR(Automatic Speed Regulator)ゲインとし、mはトロリー2の質量とし、mは吊荷6の質量とし、gは重力加速度とする。 G ASR is an ASR (Automatic Speed Regulator) gain, m T is the mass of the trolley 2, m L is the mass of the suspended load 6, and g is the gravitational acceleration.

制御対象Gのモデル変動やパラメトリックな不確かさがA行列にあると仮定した場合、Aを下記式5とする。   When it is assumed that the model variation and the parametric uncertainty of the controlled object G are present in the A matrix, A is represented by the following Expression 5.

ここで、δを下記式6とする。また、AをノミナルプラントGに対応するA行列とし、Aとδによってパラメトリックな不確かさを表現する。なお、パラメトリックな不確かさとは、制御対象を構成する要素のパラメータ変動を指し、本実施例では吊荷の重さ、ロープ長、ASRゲインのパラメータ変動が考えられる。 Here, the [delta] a and the following formula 6. Further, the A matrix corresponding to A n in the nominal plant G n, representing the parametric uncertainty by A i and [delta] a. The parametric uncertainty refers to a parameter variation of an element constituting a control target, and in this embodiment, a parameter variation of a weight of a suspended load, a rope length, and an ASR gain can be considered.

次に、図5のフローチャートのステップS2において、設計装置は、状態フィードバック制御器KFBを設定する。 Next, in step S2 of the flowchart in FIG. 5, the design apparatus sets the state feedback controller KFB .

状態フィードバック制御器KFBを下記式7とする。 The state feedback controller K FB is represented by the following equation (7).

また、ロバスト外乱フィードバック制御器Lを下記式8とする。   Further, the robust disturbance feedback controller L is represented by the following equation (8).

また、拡大系プラントPの状態方程式を下記式9とする。   The state equation of the expanded system plant P is represented by the following equation 9.

ここで、xppを下記式10とし、Appを下記式11とし、Bpp1を下記式12とし、Bpp2を下記式13とし、Cを下記式14とし、Dを下記式15とする。 Here, the x pp as the following equation 10, the A pp form the following equation 11, the B pp1 the following equation 12, the B pp2 the following equation 13, the C z to form the following equation 14, the following equation 15 to D z I do.

次に、図5のフローチャートのステップS3において、設計装置は、B行列を設定する。 Next, in step S3 of the flowchart of FIG. 5, the design apparatus sets the B 1 matrix.

行列は、想定される外乱の種類などに基づき設定する。
また、B行列を重み関数に置き換えることで、制御性能を向上させたい周波数領域を指定した設計にしても良い。B行列を重み関数に置き換える場合は、重み関数を定義した上で、上記式9〜式15を再設計する。
B 1 matrix is set based on the kind of disturbance envisaged.
Further, by replacing the B 1 matrix weighting function may be designed to specify a frequency region to improve the control performance. To replace the B 1 matrix weighting function, after defining the weighting function, to redesign the above formula 9 formula 15.

次に、ステップS4において、設計装置は、ロバスト外乱フィードバック制御器Lを求めるための最適化問題の演算処理を行う。   Next, in step S4, the design device performs an arithmetic process of an optimization problem for obtaining the robust disturbance feedback controller L.

拡大系プラントPに外乱wが入力され、拡大系プラントPから評価値zが出力される閉ループシステムの状態方程式を下記式16とする。   The disturbance equation w is input to the expansion system plant P, and the state equation of the closed loop system in which the evaluation value z is output from the expansion system plant P is represented by the following Expression 16.

上記式16の状態方程式に基づき、線形行列不等式(LMI: Linear Matrix Inequality)による最適化問題を定式化すると、下記式17及び式18が得られる。   Formulating the optimization problem by the linear matrix inequality (LMI) based on the state equation of the above formula 16, the following formulas 17 and 18 are obtained.

γは最小化したい目的関数である。
ここで、Xはリアプノフ行列であり、X、Xはリアプノフ行列Xの要素となる行列である。また、Y:=LX、W:=LXとする。μは、制御信号(トロリー2の速度指令値)の上限値である。
γ is an objective function to be minimized.
Here, X is a Lyapunov matrix, and X 1 and X 2 are matrices that are elements of the Lyapunov matrix X. Further, it is assumed that Y: = LX 1 and W: = LX 2 . μ is the upper limit of the control signal (the speed command value of the trolley 2).

最適化問題の決定変数は、X、X、Y、Wである。この4つの決定変数の最適解が得られれば、最適なロバスト外乱フィードバック制御器Lを求めることができる。 The decision variables of the optimization problem are X 1 , X 2 , Y, and W. If an optimal solution for these four decision variables can be obtained, an optimal robust disturbance feedback controller L can be obtained.

すなわち、ステップS5において、設計装置は、上記式17及び式18に示す線形行列不等式を満たす上記4つの決定変数の解があると(ステップS5:Yes)、最適なロバスト外乱フィードバック制御器Lが求められたと判断して、ステップS6に進む。   That is, in step S5, when there is a solution of the above four decision variables that satisfy the linear matrix inequalities shown in the above equations 17 and 18 (step S5: Yes), the optimal robust disturbance feedback controller L determines It is determined that it has been performed, and the process proceeds to step S6.

一方、設計装置は、上記式17及び式18に示す線形行列不等式を満たす上記4つの決定変数の解がない場合(ステップS5:No)、ステップS1に戻り、拡大系プラントP及びロバスト外乱フィードバック制御器Lからなる閉ループシステムの再設計を行う。   On the other hand, when there is no solution of the above four decision variables that satisfies the linear matrix inequalities shown in Equations 17 and 18 (Step S5: No), the design apparatus returns to Step S1, and performs the expansion system plant P and the robust disturbance feedback control. Redesign of the closed loop system consisting of the container L is performed.

また、ステップS6において、設計装置は、制御対象Gの周波数領域の不確かさとして重み関数Wを追加する。すなわち、ステップS1〜S5において設計した閉ループシステムに重み関数Wを追加する際に、ロバスト安定性を確保できるか否かを評価するために、重み関数Wを設定する。 In step S6, the design device adds the weight function W u as the uncertainty in the frequency domain of the control target G. That is, when adding the weight function W u to the closed loop system designed in steps S1 to S5, the weight function W u is set in order to evaluate whether robust stability can be ensured.

重み関数Wの一例として、一次遅れ系のシステムを下記式19とする。 As an example of the weighting function W u , a first-order lag system is represented by the following Expression 19.

ここで、α、β、κは調整パラメータであり、制御対象Gに応じて、α、β、κを設定する。例えば、高周波領域ではノイズの影響が大きく出る事を想定して、上記3つの調整パラメータ値を決める。例えば、α=1000、β=0.0001、κ=2.2721を与える。   Here, α, β, and κ are adjustment parameters, and α, β, and κ are set according to the control target G. For example, the above three adjustment parameter values are determined on the assumption that the influence of noise is large in a high frequency region. For example, α = 1000, β = 0.0001, and κ = 2.2721.

次に、ステップS7において、設計装置は、重み関数Wに対するロバスト性を考慮するために、感度関数Tuuを演算する。 Next, in step S7, the design device calculates the sensitivity function T uu in order to consider the robustness to the weight function W u .

図6は、図3に示す閉ループシステムに重み関数Wを導入したブロック線図である。なお、フィードフォワード制御器KFFを省略している。 FIG. 6 is a block diagram in which a weighting function W u is introduced into the closed loop system shown in FIG. Note that the feedforward controller KFF is omitted.

uが入力されuを出力するまでの伝達関数を感度関数Tu〜uとして導出し、下記式20を得る。なお、「u」は、下記記号3と同じものとする。 deriving a transfer function up to u is inputted outputs a u ~ as a sensitivity function T u~u, obtain the following equation 20. It should be noted that the "u ~" is the same as the following symbol 3.

通常、制御対象Gの周波数領域の不確かさを検討する際、ノミナルモデルGを基準に不確かさを検討するが、本実施形態ではノミナルモデルGもステップS1で設定したパラメトリックなモデル変動要素があると想定する。つまり、上記式20においてはG=Gと定義して、パラメトリックな不確かさと周波数領域の不確かさに対する、提案する制御装置のロバスト性を検討する。 Usually, when examining the uncertainty in the frequency domain of the control target G, the uncertainty is examined based on the nominal model Gn . In the present embodiment, however, the nominal model Gn also has the parametric model variation element set in step S1. Suppose there is. That is, G n = G is defined in the above equation 20, and the robustness of the proposed control device with respect to the parametric uncertainty and the uncertainty in the frequency domain is examined.

図7は、感度関数Tu〜uと重み関数Wの周波数応答を示す図である。なお、α=1000、β=0.0001、κ=2.2721とする。 FIG. 7 is a diagram illustrating frequency responses of the sensitivity functions Tu to u and the weight function W u . Note that α = 1000, β = 0.0001, and κ = 2.2721.

制御対象Gのモデル変動は、ロープ5の長さlに依存しており、図7では、3つのパターンにおける感度関数Tu〜uの周波数応答を示している。すなわち、図7に示す実線はロープ5の長さlを45mとする場合の感度関数Tu〜uの周波数応答を示し、破線はロープ5の長さlを30mとする場合の感度関数Tu〜uの周波数応答を示し、一点鎖線はロープ5の長さlを15mとする場合の感度関数Tu〜uの周波数応答を示し、二点鎖線は重み関数Wの周波数応答を示している。 The model variation of the controlled object G depends on the length 1 of the rope 5, and FIG. 7 shows the frequency responses of the sensitivity functions Tu to u in three patterns. That is, the solid line shown in FIG. 7 shows the frequency response of the sensitivity function Tu to u when the length 1 of the rope 5 is 45 m, and the broken line shows the sensitivity function Tu when the length 1 of the rope 5 is 30 m. shows the frequency response of ~u, dashed line shows the frequency response of the sensitivity function T U~u when the length l of the rope 5 and 15 m, the two-dot chain line shows the frequency response of the weighting function W u .

次に、図5のフローチャートのステップS8において、設計装置は、周波数領域の不確かさを含めた閉ループシステムのロバスト安定性を評価するために、重み関数Wと感度関数Tu〜uとを乗算した値の絶対値(|Wu〜u|)を演算する。 Next, in step S8 of the flowchart in FIG. 5, the design apparatus multiplies the weighting function W u and the sensitivity functions Tu to u in order to evaluate the robust stability of the closed loop system including the uncertainty in the frequency domain. The absolute value (| WuTu- u |) of the calculated value is calculated.

次に、ステップ9において、設計装置は、重み関数Wと感度関数Tu〜uとを乗算した値の絶対値が1よりも小さいか否かを判断する。 Next, in step 9, the design device determines whether or not the absolute value of the value obtained by multiplying the weighting function W u and the sensitivity functions Tu to u is smaller than one.

設計装置は、重み関数Wと感度関数Tu〜uとを乗算した値の絶対値が1以上であると判断すると(ステップS9:No)、周波数領域の不確かさを含めた閉ループシステムがロバスト安定性を有していないと評価し、ステップS1に戻り、閉ループシステムを再設計する。 When the design apparatus determines that the absolute value of the value obtained by multiplying the weight function W u and the sensitivity functions Tu to u is 1 or more (step S9: No), the closed loop system including the uncertainty in the frequency domain is robust. Assess that it does not have stability and return to step S1 to redesign the closed loop system.

一方、設計装置は、重み関数Wと感度関数Tu〜uとを乗算した値の絶対値が1よりも小さいと判断すると(ステップS9:Yes)、周波数領域の不確かさを含めた閉ループシステムがロバスト安定性を有していると評価し、制御装置1の設計を終了する。 On the other hand, when the design apparatus determines that the absolute value of the value obtained by multiplying the weighting function W u and the sensitivity functions Tu to u is smaller than 1 (step S9: Yes), the closed loop system including the uncertainty in the frequency domain is determined. Is evaluated as having robust stability, and the design of the control device 1 ends.

図8は、重み関数Wと感度関数Tu〜uとの乗算値の周波数応答を示す図である。なお、図8に示す実線はロープ5の長さlを45mとする場合のW・Tu〜uの周波数応答を示し、破線はロープ5の長さlを30mとする場合のW・Tu〜uの周波数応答を示し、一点鎖線はロープ5の長さlを15mとする場合のW・Tu〜uの周波数応答を示すものとする。また、α=1000、β=0.0001、κ=2.2721とする。 FIG. 8 is a diagram illustrating a frequency response of a multiplication value of the weighting function W u and the sensitivity functions Tu to u . Incidentally, the solid line shown in FIG. 8 shows the frequency response of W u · T u~u when the length l of the rope 5 and 45 m, W u · when the dashed line to 30m length l of the rope 5 The frequency response of Tu to u is shown, and the dashed line indicates the frequency response of Wu · Tu to u when the length 1 of the rope 5 is 15 m. Further, it is assumed that α = 1000, β = 0.0001, and κ = 2.2721.

図8に示すW・Tu〜uの振幅(Magnitude(dB))は、全ての周波数領域において0dBであるため、周波数領域の不確かさ(α=1000、β=0.0001、κ=2.2721)を含めた閉ループシステムがロバスト安定性を有していると評価することができる。 Since the amplitudes (Magnitude (dB)) of W u · Tu to u shown in FIG. 8 are 0 dB in all frequency domains, the uncertainties in the frequency domain (α = 1000, β = 0.0001, κ = 2) .2721) can be evaluated as having robust stability.

なお、ステップS6〜ステップS9では、ステップS1〜S5で設計された閉ループシステムに不確かさを導入し、その不確かさが導入された閉ループシステムのロバスト安定性について評価しているが、ステップS1〜S5で設計された閉ループシステムのロバスト安定性を示す評価値が所定の評価値になるときの不確かさ(α、β、κ)を求めるように構成してもよい。   In steps S6 to S9, uncertainty is introduced into the closed loop system designed in steps S1 to S5, and the robustness of the closed loop system in which the uncertainty is introduced is evaluated. May be configured to obtain the uncertainty (α, β, κ) when the evaluation value indicating the robust stability of the closed loop system designed in the above becomes a predetermined evaluation value.

このように、本実施形態の設計装置は、状態フィードバック制御器KFBと、パラメトリックな不確かさを含む制御対象Gと、ノミナルプラントモデルGとを含む拡大系プラントPと、ロバスト外乱フィードバック制御器Lとからなる閉ループシステムを表現する状態方程式を設定し、その状態方程式に基づき、線形行列不等式による最適化問題を定式化し、最適解を算出する。 As described above, the design apparatus of the present embodiment includes the state feedback controller K FB , the control target G including the parametric uncertainty, the enlarged plant P including the nominal plant model G n , the robust disturbance feedback controller A state equation expressing a closed loop system composed of L is set, and based on the state equation, an optimization problem based on a linear matrix inequality is formulated, and an optimal solution is calculated.

また、本実施形態の設計装置は、さらに、制御対象Gの周波数領域の不確かさを示す重み関数Wを追加し、前記重み関数を含めたシステムの操作量出力から入力までの感度関数Tu〜uを演算し、周波数領域の不確かさに対してもロバスト安定性を満たすロバスト外乱フィードバック制御器を算出する。 Further, the design device of the present embodiment further adds a weight function W u indicating the uncertainty of the frequency domain of the control target G, and a sensitivity function Tu from the operation amount output to the input of the system including the weight function. To u , and a robust disturbance feedback controller that satisfies the robust stability against the uncertainty in the frequency domain is calculated.

これにより、本実施形態の設計装置により設計された制御装置1は、外乱wや制御対象Gの不確かさに対してロバスト性を向上させることができるため、制御装置1の安定性を向上させることができる。   As a result, the control device 1 designed by the design device of the present embodiment can improve the robustness against the disturbance w and the uncertainty of the control target G, thereby improving the stability of the control device 1. Can be.

また、本実施形態の設計装置により設計された制御装置1は、状態フィードバック制御器KFBを拡大系プラントPの一部として扱うため、状態フィードバック制御器KFBの構造や伝達関数のプラントパラメータを維持させることができる。このため、従来のロバスト制御の弱点である保守性、つまり不確かさを含む閉ループシステムの安定性を向上させるために状態フィードバック制御器12が保守的に設計され、その結果、制御性能が低下してしまうという問題を解決できる。すなわち、本実施形態の設計装置によれば、既存制御構造を活かすことができるため、設計の負担を軽減しつつ、制御装置1の制御性能を向上させることができる。
<実施例2>
上記実施例1では、様々な外乱wに対してロバスト性が向上するようにロバスト外乱フィードバック制御器Lを設計する構成である。外乱wとしては、例えば、吊荷6に当たる風または吊荷6への衝撃による振れ角センサ(図1に示す角度θを計測するセンサ)の計測誤差など時定数が比較的小さい外乱やトロリー2の移動でレーンがしなることによる振れ角センサの位置ずれなど時定数が比較的大きい外乱などが考えられる。
The control device 1 which is designed by the design apparatus of the present embodiment, to handle the state feedback controller K FB as part of the expansion system plant P, and the plant parameters of the structure and transfer function of the state feedback controller K FB Can be maintained. For this reason, the state feedback controller 12 is conservatively designed to improve maintainability, which is a weak point of the conventional robust control, that is, stability of a closed loop system including uncertainty, and as a result, control performance is reduced. Can solve the problem. That is, according to the design apparatus of the present embodiment, since the existing control structure can be utilized, the control performance of the control apparatus 1 can be improved while reducing the design load.
<Example 2>
In the first embodiment, the robust disturbance feedback controller L is designed so that robustness against various disturbances w is improved. As the disturbance w, for example, a disturbance having a relatively small time constant, such as a measurement error of a deflection angle sensor (a sensor for measuring the angle θ shown in FIG. 1) due to a wind hitting the suspended load 6 or an impact on the suspended load 6, or a disturbance of the trolley 2 Disturbance having a relatively large time constant, such as displacement of the deflection angle sensor due to lane bending due to movement, may be considered.

実施例2では、センサの位置ずれ等の外乱を推定(推定外乱w^)し、この推定量をオフセットとしてεから差し引くことで、センサ誤差外乱を取り除いた、推定誤差(ε^=ε-w^)を求めることができる。このように、センサ誤差等を取り除く外乱推定機能Hを導入することにより、精度の高い制御を実現することができる。実施例2では、外乱w^を求めるための外乱推定機能H(外乱オブザーバ)を含めた閉ループシステムを設計する。なお、「w^」は、下記記号4と同じものとする。   In the second embodiment, a disturbance such as a sensor displacement is estimated (estimated disturbance w ^), and this estimation amount is subtracted from ε as an offset, thereby removing the sensor error disturbance to obtain an estimation error (ε ^ = ε−w). ^). As described above, by introducing the disturbance estimation function H for removing a sensor error or the like, highly accurate control can be realized. In the second embodiment, a closed loop system including a disturbance estimation function H (disturbance observer) for obtaining the disturbance w ^ is designed. Note that “w ^” is the same as the symbol 4 below.

図9は、図3に示す閉ループシステムに外乱推定機能Hを導入した閉ループシステムのブロック線図である。なお、図9に示すフィードフォワード制御器KFF、状態フィードバック制御器KFB、制御対象G、及びノミナルプラントモデルGは、図3に示すフィードフォワード制御器KFF、状態フィードバック制御器KFB、制御対象G、及びノミナルプラントモデルGと同様であるため、その説明を省略する。また、実施例2における制御装置は、図1に示す制御装置1と同様であるため、その説明を省略する。 FIG. 9 is a block diagram of a closed loop system in which a disturbance estimation function H is introduced into the closed loop system shown in FIG. Note that the feedforward controller K FF , state feedback controller K FB , control target G, and nominal plant model G n shown in FIG. 9 are the feed forward controller K FF , state feedback controller K FB , Since it is the same as the control object G and the nominal plant model Gn , the description is omitted. The control device according to the second embodiment is the same as the control device 1 illustrated in FIG.

外乱推定機能Hは、ノミナル値xpnと計測値xとの差εが入力され、外乱w^を出力する。外乱推定機能Hから出力される外乱w^が積分されることで外乱w^が求められ、差εから外乱w^が減算されることで差ε^が求められる。そして、差ε^がロバスト外乱フィードバック制御器Lに入力され、ロバスト外乱フィードバック制御器Lから操作量uが出力される。なお、「w^」は、下記記号5と同じものとする。 Disturbance estimation function H is the difference between the nominal value x pn and the measured value x p epsilon, and outputs the disturbance w ^ ·. Disturbance w ^ is determined by the disturbance w ^ · output from the disturbance estimating function H is integrated, the difference epsilon ^ is determined by the disturbance w ^ is subtracted from the difference epsilon. Then, the difference ε ^ is input to the robust disturbance feedback controller L, and the manipulated variable ul is output from the robust disturbance feedback controller L. Note that “w ^ · ” is the same as the symbol 5 below.

図10は、実施例2における設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図10に示すステップS1〜S5は、図5に示すステップS1〜S5と同様であるため、その説明を省略する。   FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the operation of the design apparatus according to the second embodiment. Steps S1 to S5 shown in FIG. 10 are the same as steps S1 to S5 shown in FIG. 5, and a description thereof will be omitted.

図11は、図4の拡大系プラントPに外乱推定機能Hを加えた拡大系プラントP’とロバスト外乱フィードバック制御器Lとからなる閉ループシステムのブロック線図である。   FIG. 11 is a block diagram of a closed-loop system including an enlarged plant P ′ obtained by adding a disturbance estimation function H to the enlarged plant P of FIG. 4 and a robust disturbance feedback controller L.

設計装置は、ロバスト外乱フィードバック制御器Lを求めた後(ステップS5:Yes)、外乱推定機能Hを求めるための演算処理を行う(ステップS10)。   After obtaining the robust disturbance feedback controller L (Step S5: Yes), the design apparatus performs an arithmetic process for obtaining the disturbance estimation function H (Step S10).

例えば、制御対象Gの動特性を下記式21とする。
次に、ステップS11において、設計装置は、式25に示す線形行列不等式を満たす解があると(ステップS11:Yes)、外乱推定機能Hが求められたと判断して、処理を終了する。
For example, the dynamic characteristic of the control target G is represented by the following Expression 21.
Next, in Step S11, when there is a solution that satisfies the linear matrix inequality shown in Equation 25 (Step S11: Yes), the design apparatus determines that the disturbance estimation function H has been obtained, and ends the processing.

一方、設計装置は、式25に示す線形行列不等式を満たす解がない場合(ステップS11:No)、ステップS1に戻り、図4に示す拡大系プラントP及びロバスト外乱フィードバック制御器Lからなる閉ループシステムの再設計を行う。   On the other hand, when there is no solution that satisfies the linear matrix inequality shown in Equation 25 (Step S11: No), the design apparatus returns to Step S1, and the closed loop system including the enlarged plant P and the robust disturbance feedback controller L shown in FIG. Redesign.

ここで、外乱wの動特性は制御対象Gの制御周期よりも十分遅いと想定する。例えば、制御対象Gの制御周期を2ms〜10ms程度とし、外乱wとしての振れ角センサの位置ずれの時定数を数秒〜数十秒とする。このように、制御対象Gと、外乱wとの間に100倍以上の動特性の差がある場合、w=0の近似が十分に成り立つ。 Here, it is assumed that the dynamic characteristic of the disturbance w is sufficiently slower than the control cycle of the control target G. For example, the control cycle of the control target G is set to about 2 ms to 10 ms, and the time constant of the displacement of the deflection angle sensor as the disturbance w is set to several seconds to several tens seconds. As described above, when there is a difference in dynamic characteristics of 100 times or more between the controlled object G and the disturbance w, the approximation of w · = 0 is sufficiently established.

また、ノミナルモデルGnと外乱推定機能Hの動特性を下記式22とする。   Further, the dynamic characteristics of the nominal model Gn and the disturbance estimation function H are represented by the following Expression 22.

また、外乱wを状態変数とみなし、図11に示すように、状態フィードバック制御器KFB、制御対象G、ノミナルプラントモデルG、及び外乱推定機能Hからなる拡大系プラントP’を構築する。 Further, the disturbance w is regarded as a state variable, and as shown in FIG. 11, an enlarged system plant P ′ including a state feedback controller K FB , a control target G, a nominal plant model G n , and a disturbance estimation function H is constructed.

図11に示す拡大系プラントP’は、外乱wと操作量uが入力され、評価値zを出力する。 In the enlarged system plant P ′ shown in FIG. 11, the disturbance w and the manipulated variable ul are input, and the evaluation value z is output.

また、図11に示すロバスト外乱フィードバック制御器Lは、差ε^が入力され、操作量uを出力する。 The robust disturbance feedback controller L shown in FIG. 11 receives the difference ε ^ and outputs the manipulated variable ul .

すなわち、上記式21と上記式22をまとめることで、図11に示す拡大系プラントP’としての下記式23を求める。このとき、A ̄及びX ̄を下記式24とする。なお、「A ̄」は、下記記号6とし、「X ̄」は、下記記号7とする。   That is, by combining the above Expression 21 and the above Expression 22, the following Expression 23 as the enlarged system plant P 'shown in FIG. 11 is obtained. At this time, A ̄ and X ̄ are represented by the following Expression 24. Note that “A ̄” is the following symbol 6 and “X ̄” is the following symbol 7.

また、図11に示す拡大系プラントP’が安定となる制約条件を線形行列不等式で表現すると、下記式25になる。なお、「P」は、下記記号8とする。Pはリアプノフ行列であり、下記式25はリアプノフ不等式と呼ばれる。   In addition, when the constraint condition for stabilizing the expansion system plant P ′ shown in FIG. 11 is expressed by a linear matrix inequality, the following equation 25 is obtained. Note that “P” is the symbol 8 below. P is a Lyapunov matrix, and Equation 25 below is called a Lyapunov inequality.

そして、設計装置により、上記式25が成立する外乱推定機能Hが求められる。上記式25が成立すれば拡大系プラントP’が安定となる。   Then, the disturbance estimating function H that satisfies Expression 25 is obtained by the design device. If the above equation 25 is satisfied, the expansion system plant P 'becomes stable.

このようにステップS1〜S5、S10、S11により設計された閉ループシステムでは、センサの位置ずれ等の外乱を推定(推定外乱w^)し、この推定量をオフセットとしてεから差し引くことで、センサ誤差外乱を取り除いた推定誤差(ε^=ε-w^)を求めることができる。このため、精度の高い制御を実現することができる。 なお、設計装置は、外乱推定機能Hを求めるための演算処理を行った後、図5に示すステップS6〜S9を実行してもよい。   In the closed-loop system designed in steps S1 to S5, S10, and S11 as described above, a disturbance such as a sensor displacement is estimated (estimated disturbance w ^), and the estimated amount is subtracted from ε as an offset to obtain a sensor error. An estimation error (ε ^ = ε−w ^) from which disturbance has been removed can be obtained. For this reason, highly accurate control can be realized. Note that the design device may execute steps S6 to S9 shown in FIG. 5 after performing the arithmetic processing for obtaining the disturbance estimation function H.

図12は、本実施形態の設計装置のハードウェア構成を示す図である。
図12に示すように、設計装置は、プロセッサ1501と、主記憶装置1502と、補助記憶装置1503と、入力装置1504と、出力装置1505と、入出力インタフェース1506と、通信制御装置1507と、媒体駆動装置1508と、を備える。要素1501〜1508は、バス1510により相互に接続されており、要素間でのデータの受け渡しが可能になっている。
FIG. 12 is a diagram illustrating a hardware configuration of the design apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 12, the design device includes a processor 1501, a main storage device 1502, an auxiliary storage device 1503, an input device 1504, an output device 1505, an input / output interface 1506, a communication control device 1507, and a medium. A driving device 1508. The elements 1501 to 1508 are interconnected by a bus 1510 so that data can be transferred between the elements.

プロセッサ1501は、Central Processing Unit(CPU)やMicro Processing Unit(MPU)等である。プロセッサ1501は、オペレーティングシステムを含む各種のプログラムを実行することにより、設計装置の全体の動作を制御する。また、プロセッサ1501は、例えば、図5または図10に示した各処理を行う。   The processor 1501 is a Central Processing Unit (CPU), a Micro Processing Unit (MPU), or the like. The processor 1501 controls the overall operation of the design apparatus by executing various programs including an operating system. In addition, the processor 1501 performs, for example, each processing illustrated in FIG. 5 or FIG.

主記憶装置1502は、図示しないRead Only Memory(ROM)及びRandom Access Memory(RAM)を含む。主記憶装置1502のROMには、例えば、設計装置の起動時にプロセッサ1501が読み出す所定の基本制御プログラム等が予め記録されている。また、主記憶装置1502のRAMは、プロセッサ1501が、各種のプログラムを実行する際に必要に応じて作業用記憶領域として使用する。   The main storage device 1502 includes a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM) (not shown). In the ROM of the main storage device 1502, for example, a predetermined basic control program read by the processor 1501 when the design device is started is recorded in advance. The RAM of the main storage device 1502 is used as a work storage area as needed when the processor 1501 executes various programs.

補助記憶装置1503は、例えば、Hard Disk Drive(HDD)や、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ(Solid State Drive(SSD)を含む)等、主記憶装置1502のRAMと比べて容量の大きい記憶装置である。補助記憶装置1503は、プロセッサ1501によって実行される各種のプログラムや各種のデータ等の記憶に利用可能である。   The auxiliary storage device 1503 is a storage device having a larger capacity than the RAM of the main storage device 1502, such as a hard disk drive (HDD) or a nonvolatile memory (including a solid state drive (SSD)) such as a flash memory. is there. The auxiliary storage device 1503 can be used for storing various programs executed by the processor 1501, various data, and the like.

入力装置1504は、例えば、キーボード装置やタッチパネル装置等である。設計装置のユーザが入力装置1504に対して所定の操作を行うと、入力装置1504は、その操作内容に対応付けられている入力情報をプロセッサ1501に送信する。入力装置1504は、例えば、閉ループシステムを表現する状態方程式の係数行列などの各種設定値の入力等に利用可能である。   The input device 1504 is, for example, a keyboard device, a touch panel device, or the like. When the user of the design device performs a predetermined operation on the input device 1504, the input device 1504 transmits input information associated with the operation content to the processor 1501. The input device 1504 can be used, for example, for inputting various setting values such as a coefficient matrix of a state equation expressing a closed loop system.

出力装置1505は、例えば、液晶表示装置等の装置、スピーカ等の音声再生装置を含む。   The output device 1505 includes, for example, a device such as a liquid crystal display device and a sound reproducing device such as a speaker.

入出力インタフェース1506は、設計装置と、他の電子機器とを接続する。入出力インタフェース1506は、例えば、Universal Serial Bus(USB)規格のコネクタ等を備える。   The input / output interface 1506 connects the design device to another electronic device. The input / output interface 1506 includes, for example, a Universal Serial Bus (USB) standard connector or the like.

通信制御装置1507は、設計装置をインターネット等のネットワークに接続し、ネットワークを介した設計装置と他の電子機器との各種通信を制御する装置である。   The communication control device 1507 is a device that connects the design device to a network such as the Internet and controls various communications between the design device and other electronic devices via the network.

媒体駆動装置1508は、可搬型記憶媒体16に記録されているプログラムやデータの読み出し、補助記憶装置1503に記憶されたデータ等の可搬型記憶媒体16への書き込みを行う。媒体駆動装置1508には、例えば、1種類又は複数種類の規格に対応したメモリカード用リーダ/ライタが利用可能である。媒体駆動装置1508としてメモリカード用リーダ/ライタを用いる場合、可搬型記憶媒体16としては、メモリカード用リーダ/ライタが対応している規格、例えば、Secure Digital(SD)規格のメモリカード(フラッシュメモリ)等を利用可能である。また、可搬型記録媒体16としては、例えば、USB規格のコネクタを備えたフラッシュメモリが利用可能である。更に、設計装置が媒体駆動装置1508として利用可能な光ディスクドライブを搭載している場合、当該光ディスクドライブで認識可能な各種の光ディスクを可搬型記録媒体16として利用可能である。可搬型記録媒体16として利用可能な光ディスクには、例えば、Compact Disc(CD)、Digital Versatile Disc(DVD)、Blu-ray Disc(Blu-rayは登録商標)等がある。例えば、可搬型記録媒体16は、図5または図10に示した処理を含むプログラム等の記憶に利用可能である。   The medium driving device 1508 reads out programs and data recorded in the portable storage medium 16 and writes data and the like stored in the auxiliary storage device 1503 to the portable storage medium 16. As the medium driving device 1508, for example, a reader / writer for a memory card compatible with one or more types of standards can be used. When a memory card reader / writer is used as the medium driving device 1508, the portable storage medium 16 may be a memory card (flash memory) conforming to a standard supported by the memory card reader / writer, for example, a Secure Digital (SD) standard. ) Etc. are available. In addition, as the portable recording medium 16, for example, a flash memory having a USB standard connector can be used. Further, when the design apparatus is equipped with an optical disk drive that can be used as the medium drive device 1508, various optical disks that can be recognized by the optical disk drive can be used as the portable recording medium 16. Optical disks usable as the portable recording medium 16 include, for example, Compact Disc (CD), Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray Disc (Blu-ray is a registered trademark), and the like. For example, the portable recording medium 16 can be used for storing a program or the like including the processing shown in FIG. 5 or FIG.

なお、設計装置は、図12に示した全ての要素1501〜1508を含む必要はなく、用途や条件に応じて一部の要素を省略することも可能である。
なお、上記の実施の形態では、制御対象として、ガントリークレーンの制御を挙げているが、これに限定されない。本発明は、例えば、電力システムの蓄電池制御、鉄鋼プラントの圧延制御など、外乱を含む制御系を設計する際に広く適用することができる。
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
Note that the design device does not need to include all the elements 1501 to 1508 shown in FIG. 12, and some of the elements can be omitted depending on the application and conditions.
In the above embodiment, the control of the gantry crane is described as the control target, but the control is not limited to this. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied when designing a control system including a disturbance, such as control of a storage battery of a power system and control of rolling of a steel plant.
Further, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

1 制御装置
2 トロリー
3 移動装置
4 計測装置
5 ロープ
6 吊荷
7 垂線
11 フィードフォワード制御器
12 状態フィードバック制御器
13 ロバスト外乱フィードバック制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control device 2 Trolley 3 Moving device 4 Measuring device 5 Rope 6 Suspended load 7 Vertical line 11 Feedforward controller 12 State feedback controller 13 Robust disturbance feedback controller

Claims (10)

パラメトリックな不確かさを含む制御対象の出力値と目標値との差が入力される、一つまたは複数の既存制御器と、ロバスト外乱フィードバック制御器とを備える制御装置を設計する設計装置であって、
前記ロバスト外乱フィードバック制御器と拡大系プラントとからなる閉ループシステムを表現する状態方程式を設定し、
前記状態方程式に基づき線形行列不等式による最適化問題を定式化し、最適解を算出することを特徴とする設計装置。
A design device for designing a control device including one or more existing controllers and a robust disturbance feedback controller, to which a difference between an output value and a target value of a control target including a parametric uncertainty is input. ,
Set a state equation representing a closed-loop system consisting of the robust disturbance feedback controller and the expansion system plant,
A design apparatus for formulating an optimization problem based on a linear matrix inequality based on the state equation and calculating an optimal solution.
請求項1に記載の設計装置であって、
前記拡大系プラントは、前記既存制御器と、前記既存制御器の操作量と前記ロバスト外乱フィードバック制御器の操作量との加算値が入力される前記制御対象と、前記制御対象の出力値に対応するノミナル値を出力するノミナルプラントモデルとを含み、
前記ロバスト外乱フィードバック制御器は、前記制御対象の出力値と前記ノミナル値との差が入力され前記操作量を出力することを特徴とする設計装置。
The design device according to claim 1,
The expansion system plant corresponds to the existing controller, the control target to which an added value of the operation amount of the existing controller and the operation amount of the robust disturbance feedback controller is input, and the output value of the control target. A nominal plant model that outputs a nominal value to
The design apparatus, wherein the robust disturbance feedback controller receives a difference between an output value of the controlled object and the nominal value and outputs the manipulated variable.
請求項2に記載の設計装置であって、
前記制御対象に対して、周波数領域の不確かさとなる重み関数を追加し、
前記重み関数を含めたシステムの操作量出力から入力までの感度関数を演算し、
周波数領域の不確かさに対してもロバスト安定性を満たすかどうかを評価する
ことを特徴とする設計装置。
The design device according to claim 2,
For the control target, add a weight function that becomes uncertain in the frequency domain,
Calculate the sensitivity function from the manipulated variable output to the input including the weight function,
A design apparatus for evaluating whether robust stability is satisfied even in the uncertainty of the frequency domain.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の設計装置であって、
前記拡大系プラントは、外乱を推定する外乱推定機能を含み、
前記拡大系プラントが安定となる制約条件を線形行列不等式で表現し、その線形行列不等式が成立する前記外乱推定機能を求める
ことを特徴とする設計装置。
It is a design device according to any one of claims 1 to 3,
The expansion system plant includes a disturbance estimation function for estimating disturbance,
A design apparatus, wherein a constraint condition for stabilizing the extended system plant is expressed by a linear matrix inequality, and the disturbance estimation function that satisfies the linear matrix inequality is obtained.
パラメトリックな不確かさを含む制御対象の出力値と目標値との差が入力される、一つまたは複数の既存制御器と、ロバスト外乱フィードバック制御器とを備える制御装置を設計する設計装置の設計方法であって、
拡大系プラントと、前記ロバスト外乱フィードバック制御器とからなる閉ループシステムを表現する状態方程式を設定し、
前記状態方程式に基づき、線形行列不等式による最適化問題を定式化し、最適解を算出する
ことを特徴とする設計方法。
A design method of a design device for designing a control device including one or a plurality of existing controllers and a robust disturbance feedback controller to which a difference between an output value of a control target including a parametric uncertainty and a target value is input. And
Expansion system plant, set a state equation representing a closed loop system consisting of the robust disturbance feedback controller,
A design method characterized by formulating an optimization problem based on a linear matrix inequality based on the state equation and calculating an optimal solution.
請求項5に記載の設計方法であって、
前記拡大系プラントは、前記既存制御器と、前記既存制御器の操作量と前記ロバスト外乱フィードバック制御器の操作量との加算値が入力される前記制御対象と、前記制御対象の出力値に対応するノミナル値を出力するノミナルプラントモデルとを含み、
前記ロバスト外乱フィードバック制御器は、前記制御対象の出力値と前記ノミナル値との差が入力され、前記操作量を出力する
ことを特徴とする設計方法。
The design method according to claim 5, wherein
The expansion system plant corresponds to the existing controller, the control target to which an added value of the operation amount of the existing controller and the operation amount of the robust disturbance feedback controller is input, and the output value of the control target. A nominal plant model that outputs a nominal value to
The robust disturbance feedback controller receives a difference between an output value of the controlled object and the nominal value and outputs the manipulated variable.
請求項6に記載の設計方法であって、
前記制御対象に対して、周波数領域の不確かさとなる重み関数を追加し、
前記重み関数を含めたシステムの操作量出力から入力までの感度関数を演算し、
周波数領域の不確かさに対してもロバスト安定性を満たすかどうかを評価する
ことを特徴とする設計方法。
The design method according to claim 6, wherein
For the control target, add a weight function that becomes uncertain in the frequency domain,
Calculate the sensitivity function from the manipulated variable output to the input including the weight function,
A design method characterized by evaluating whether robust stability is satisfied even for uncertainties in the frequency domain.
請求項5〜7のいずれか1項に記載の設計方法であって、
前記拡大系プラントは、外乱を推定する外乱推定機能を含み、
前記拡大系プラントが安定となる制約条件を線形行列不等式で表現し、その線形行列不等式が成立する前記外乱推定機能を求める
ことを特徴とする設計方法。
The design method according to any one of claims 5 to 7,
The expansion system plant includes a disturbance estimation function for estimating disturbance,
A design method comprising: expressing a constraint condition for stabilizing the expanded system plant by a linear matrix inequality, and obtaining the disturbance estimation function that satisfies the linear matrix inequality.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の設計装置で設計されたことを特徴とする制御装置。   A control device characterized by being designed by the design device according to claim 1. 請求項4〜8のいずれか1項に記載の設計方法で設計されたことを特徴とする制御装置。   A control device designed by the design method according to claim 4.
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