JP2000298501A - Physical control system where plural driving systems exist - Google Patents
Physical control system where plural driving systems existInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数駆動系が内在
する物理的制御系に関し、特に、水中航走体、船体、航
空機の状態特にその姿勢状態を制御するための複数駆動
系が内在する物理的制御系に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a physical control system including a plurality of drive systems, and more particularly, to a plurality of drive systems for controlling the state of an underwater vehicle, a hull, and an aircraft, particularly its attitude. It relates to a physical control system.
【0002】[0002]
【従来の技術】液体、気体の抵抗を受ける船体、航空機
のような運動体は、複数・駆動系が内在する物理的制御
系により、その状態が高精度に制御されることが好まし
い。このような運動体の姿勢制御のためには、物理的駆
動手段が用いられる。その物理的駆動手段であるアクチ
ュエータは、液体、気体の作用に抵抗して駆動される
舵、翼のような被駆動体を駆動する駆動系である。アク
チュエータは、流体圧シリンダ、モータ、流体放出型サ
イドスラスタのように被駆動体に物理的外力を作用させ
る駆動手段である。2. Description of the Related Art It is preferable that the state of a moving body such as a hull or an aircraft receiving resistance of liquid or gas is controlled with high accuracy by a physical control system including a plurality of driving systems. For such posture control of the moving body, physical driving means is used. The actuator, which is a physical driving means, is a driving system for driving a driven body such as a rudder or a wing driven against the action of liquid or gas. The actuator is driving means for applying a physical external force to a driven body, such as a fluid pressure cylinder, a motor, or a fluid discharge type side thruster.
【0003】物理的駆動系を形成するこのようなアクチ
ュエータは、故障、制御量が飽和するという物理的現象
を伴う。このような故障、制御量の飽和に対処するため
に、アクチュエータとしては複数系が設けられている。
1つのアクチュエータが故障し、又は、飽和した時、2
駆動系が切り換えられ、他のアクチュエータが実働を開
始する。[0003] Such an actuator forming a physical drive system is accompanied by a physical phenomenon that a failure and a control amount are saturated. In order to cope with such failure and saturation of the control amount, a plurality of actuators are provided.
When one actuator fails or saturates, 2
The drive system is switched, and the other actuator starts working.
【0004】電子制御系と異なり、運動系を形成するた
め入力と出力との間に遅延が生じて瞬時に応答しない物
理的制御系では、1つのアクチュエータの正常な制御状
態から他のアクチュエータの正常な制御状態に移行する
移行状態の時間は、瞬時的ではない。この移行状態は、
無制御状態である。Unlike an electronic control system, in a physical control system in which a delay occurs between an input and an output to form a motion system and does not respond instantaneously, a normal control state of one actuator is changed to a normal state of another actuator. The transition state time for transition to the control state is not instantaneous. This transition state
There is no control.
【0005】図13は、従来の制御系を示している。そ
の制御系は、第1駆動系である第1アクチュエータ10
1を制御するための第1コントローラ102と、第2駆
動系である第2アクチュエータ103を制御するための
第2コントローラ104との2駆動系が内在し、単一の
制御対象105を制御するための物理的制御系である。FIG. 13 shows a conventional control system. The control system includes a first actuator 10 as a first drive system.
1 and a second controller 104 for controlling the second actuator 103, which is a second drive system, for controlling a single control target 105. Is a physical control system.
【0006】このような制御系は、第1コントローラ1
02と第2コントローラ104とが第1アクチュエータ
101と第2アクチュエータ103とを独立にそれぞれ
に制御している。第1アクチュエータ101と第2アク
チュエータ103は、スイッチ107による切換えによ
り、それらのいずれかのみが単独に動作する。いずれか
のアクチュエータが故障したり飽和した場合は、スイッ
チ107により他方のアクチュエータを動作させるが、
その切換え以外には故障・飽和時の対策をとっていなか
った。故障・飽和を検知してからコントローラを切り換
えていたため、故障が生じた際、制御不能になり、又
は、制御偏差が大きくなることがあった。Such a control system includes a first controller 1
02 and the second controller 104 independently control the first actuator 101 and the second actuator 103, respectively. When the first actuator 101 and the second actuator 103 are switched by the switch 107, only one of them operates alone. If one of the actuators fails or becomes saturated, the other actuator is operated by the switch 107.
No measures were taken at the time of failure or saturation other than the switching. Since the controller is switched after detecting the failure / saturation, when the failure occurs, the control may be disabled or the control deviation may increase.
【0007】複数・駆動系を含む1制御系の切換時の内
部移行状態が無制御状態にならずに速やかに正常な制御
状態を取り戻すことが望まれる。更に、複数・制御系の
1つが優先的に選択され、その移行が円滑であることが
求められる。更に、1つの駆動系の制御量が不足する場
合に、その不足分を他の駆動系によりリアルタイムで補
うことが特に重要である。It is desired that the internal control state at the time of switching of one control system including a plurality of drive systems be restored to a normal control state promptly without becoming an uncontrolled state. Further, it is required that one of a plurality of control systems is preferentially selected and that the transition is smooth. Further, when the control amount of one drive system is insufficient, it is particularly important to compensate for the shortage by another drive system in real time.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、複数
・物理的駆動系を含む1制御系の切換時の内部移行状態
が無制御状態にならずに、1つの制御系が優先的に動作
して、速やかに正常な制御状態を取り戻すことができる
複数駆動系が内在する物理的制御系を提供することにあ
る。本発明の他の課題は、複数・物理的駆動系を含む1
制御系の切換時の内部移行状態が無制御状態にならずに
速やかに正常な制御状態を取り戻し、且つ、その移行が
円滑である複数駆動系が内在する物理的制御系を提供す
ることにある。本発明の更に他の課題は、複数・物理的
駆動系を含む1制御系の切換時の内部移行状態が無制御
状態にならずに速やかに正常な制御状態を取り戻し、且
つ、その移行が円滑であり、更に、1つの駆動系の制御
量が不足する場合に、その不足分を他の駆動系によりリ
アルタイムで補うことができる複数駆動系が内在する物
理的制御系を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to prevent the internal transition state at the time of switching of one control system including a plurality of physical drive systems from becoming an uncontrolled state and one control system to be given priority. It is an object of the present invention to provide a physical control system including a plurality of drive systems that can operate and quickly restore a normal control state. Another object of the present invention is to provide a method including a plurality of physical drive systems.
It is an object of the present invention to provide a physical control system in which a plurality of drive systems in which the internal transition state at the time of switching of the control system is not controlled and the normal control state is restored quickly and the transition is smooth are present. . Still another object of the present invention is to quickly return to a normal control state without changing the internal transition state when switching one control system including a plurality of physical drive systems to a non-control state, and to make the transition smooth. Another object of the present invention is to provide a physical control system including a plurality of drive systems that can compensate for the shortage of one drive system in real time when the control amount of one drive system is insufficient.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明による複数駆動系
が内在する物理的制御系は、物理的制御対象を駆動する
駆動系の出力を制御するための物理的制御系であり、そ
の物理的制御系は、それへ目標制御力を入力するための
数学的入力点とその物理的制御対象へ現実の制御力を入
力するための物理的入力点との間に介設される数学・物
理的複合制御系を備えており、その数学・物理的複合制
御系は、第1アクチュエータと第2アクチュエータから
なる複数・物理的制御系と、関数関係を動作させる第1
数学的制御系と第2数学的制御系からなる複数・数学的
制御系とを備えている。その第1数学的制御系は、第1
既約分解表現を形成する組となるU〜 1、V〜 1を有
し、第2数学的制御系は、第2既約分解表現を形成する
組となるU〜 2、V〜 2を有し、制御対象から出力され
る出力と数学的入力点へ入力される入力とから規定され
る偏差eが用いられて、FB制御が行われる。第1数学
的制御系の伝達関数をC1で表し、第2数学的制御系の
伝達関数をC2で表し、第1アクチュエータの出力u1
を関数変換して第2数学的制御系に入力する時のその作
用関数をF2で表し、第2アクチュエータの出力値u2
を関数変換して第2数学的制御系に入力する時のその作
用関数をF1で表せば、出力値u1,u2と偏差eとの
関係は、請求項記載の行列関数式で表現される。その関
数式は、変数であるF1,F2,V〜 1,V〜 2の間の
関係が適正に設定されれば、eからu2までの伝達関数
が零になるような特定解が必ず存在する。その場合、そ
の数学・物理的制御系は、外見上は動作していないよう
に見え、単一の制御系が実現する。A physical control system including a plurality of drive systems according to the present invention is a physical control system for controlling an output of a drive system for driving a physical control object. The control system consists of a mathematical and physical interface between the mathematical input point for inputting the target control force and the physical input point for inputting the actual control force to the physical control object. A complex control system is provided, and the mathematical / physical complex control system includes a first and second actuators, a plurality of physical control systems, and a first actuator for operating a functional relationship.
A plurality of mathematical control systems including a mathematical control system and a second mathematical control system are provided. The first mathematical control system is the first mathematical control system.
The second mathematical control system has U - 1 and V - 1 which form a set forming an irreducible decomposition expression, and the second mathematical control system has U - 2 and V - 2 which form a pair which forms a second irreducible decomposition expression. Then, the FB control is performed using the deviation e defined from the output output from the control target and the input input to the mathematical input point. The transfer function of the first mathematical control system expressed in C 1, the transfer function of the second mathematical control system expressed by C 2, the output u 1 of the first actuator
Is expressed as a function and the action function when the converted value is input to the second mathematical control system is represented by F 2 , and the output value u 2 of the second actuator
Expressed the its action function when the input to the second mathematical control system to function converted by F 1, the relationship between the output value u 1, u 2 and the deviation e, expressed by a matrix function formula of claim Is done. Its function expression, if a is F 1, F 2, V ~ 1, V ~ relationship between 2 properly set variable, the transfer function specific solutions such that zero from e to u 2 Always exists. In that case, the mathematical / physical control system appears to be inactive, and a single control system is realized.
【0010】このような実現(C2=0)の条件は、例
示すれば、{U〜 1e+(1−V〜 1)u1+F
1u2}が第1アクチュエータに入力されることであ
る。更に、その条件は、C1=(1/V〜 1)U〜 1、
C2=(1/V〜 2)U〜 2、F2=−V〜 2C2/C
1として設定されることである。Such an implementation (C2= 0) is an example
If shown, {U~ 1e + (1-V~ 1) U1+ F
1u2Is input to the first actuator.
You. Further, the condition is C1= (1 / V~ 1) U~ 1,
C2= (1 / V~ 2) U~ 2, F2= -V~ 2C2/ C
1Is to be set as
【0011】本発明による複数駆動系が内在する物理的
制御系は、物理的制御対象を駆動する駆動系の出力を制
御するための物理的制御系であり、物理的制御系は、前
記物理的制御系へ目標制御力を入力するための数学的入
力点と前記物理的制御対象へ制御力を入力するための物
理的入力点との間に介設される数学・物理的複合制御系
を備え、数学・物理的複合制御系は、第1アクチュエー
タと第2アクチュエータと第3アクチュエータからなる
複数・物理的制御系と、第1数学的制御系と第2数学的
制御系と第3数学的制御系からなる複数・数学的制御系
とを備え、第1数学的制御系は、第1既約分解表現を形
成する組となるU〜 1、V〜 1を有し、第2数学的制御
系は、第2既約分解表現を形成する組となるU〜 2、V
〜 2を有し、第3数学的制御系は、第3既約分解表現を
形成する組となるU〜 3、V〜 3を有し、制御対象から
出力される出力と数学的入力点へ入力される入力とから
規定される偏差をeで表し、第1数学的制御系の伝達関
数をC1で表し、第2数学的制御系の伝達関数をC2で
表し、第3数学的制御系の伝達関数をC3で表し、第1
アクチュエータの出力u1を関数変換して第2,3数学
的制御系に入力する時のその作用関数をそれぞれにF
21,F31で表し、第2アクチュエータの出力値u2
を関数変換して第3数学的制御系に入力する時のその作
用関数をF32で表し、出力値u1,u2と偏差との関
係は、請求項に記載の行列関数を含む関数関係が存在
し、組(F21,F21,F32,V〜 1,V〜 2,V
〜 3)が適正に設定されて、rからu2,u3までの伝
達関数が零になるような解が必ず存在し、外見上は単一
制御系が実現している。関数u1,u2,u3及び前記
関数C1,C2,C3,F21,F31,F32,V〜
1,V〜 2,V〜 3は、関数の添字がサイクリックに、
且つ、数学的帰納的に増大され、その場合、作用関数の
数列は、部分列{Fn1、F(n−1)1、F
(n−2)1、・・・、F21}を含む。A physical control system having a plurality of drive systems according to the present invention is a physical control system for controlling an output of a drive system for driving a physical control object. A combined mathematical / physical control system interposed between a mathematical input point for inputting a target control force to the control system and a physical input point for inputting the control force to the physical control target; The complex mathematical / physical control system includes a plurality of physical control systems including a first actuator, a second actuator, and a third actuator, a first mathematical control system, a second mathematical control system, and a third mathematical control. A first mathematical control system having U - 1 and V - 1 that form a first irreducible decomposition expression, and a second mathematical control system. Are U - 2 , V that form a pair forming the second irreducible decomposition expression.
Has 1-2, a third mathematical control system has a U-3, V-3 as a set to form a third coprime factorization, the output mathematically input point output from the controlled object represents deviation defined by the input and input in e, the transfer function of the first mathematical control system expressed in C 1, the transfer function of the second mathematical control system expressed by C 2, the third mathematical control It represents the transfer function of the system at C 3, first
F its action function when inputting the output u 1 of the actuator in the second and third mathematical control system to function respectively converted into
21 , F 31 and the output value u 2 of the second actuator
The represents the action function when entering the third mathematical control system to function converted by F 32, the relationship between the output value u 1, u 2 and deviations, functional relation comprising matrix functions of claim there exists a set (F 21, F 21, F 32, V ~ 1, V ~ 2, V
~ 3) is properly set, u 2, solutions such as the transfer function is zero up to u 3 is always present from r, appearance is realized a single control system. The functions u 1 , u 2 , u 3 and the functions C 1 , C 2 , C 3 , F 21 , F 31 , F 32 , V ~
1 , V - 2 , V - 3 , the subscript of the function is cyclic,
And it is magnified recursively, in which case the sequence of the action function is subsequence {F n1 , F (n−1) 1 , F
(N-2) 1, ··· , including F 21}.
【0012】本発明による複数駆動系が内在する物理的
制御系は、異種物理系を含む制御系にも適用され、物理
的制御対象を駆動する駆動系の出力を制御するための物
理的制御系であり、その物理的制御系は、物理的制御系
へ目標制御力を入力するための数学的入力点と物理的制
御対象へ制御力を入力するための物理的入力点との間に
介設される数学・物理的複合制御系を備え、その数学・
物理的複合制御系は、複数の異種アクチュエータと、第
1数学的制御系と第2数学的制御系からなる複数・数学
的制御系とを備え、異種アクチュエータは、第1アクチ
ュエータ、これと物理的性質が異なる第2アクチュエー
タとを備え、第1数学的制御系は、第1既約分解表現の
組を形成するU〜 1,V〜 1を有し、第2数学的制御系
は、第2既約分解表現の組を形成するU〜 2,V〜 2を
有し、第1アクチュエータの出力を関数変換して第2数
学的制御系に入力する時のその作用関数をF2で表し、
第2アクチュエータの出力を関数変換して第1数学的制
御系に入力する時のその作用関数をF1で表し、物理的
制御対象に対する要求モーメントをMで表し、複数の異
種アクチュエータに対するモーメント指令をそれぞれに
u1,u2で表せば、物理的運動方程式で表現される物
理事象として請求項記載の行列関数を含む関係式が得ら
れ、F1,F2,V〜 1,V〜 2の間の関係が適正に設
定されて、単一制御系が実現される。The physical control system having a plurality of driving systems according to the present invention is also applied to a control system including a heterogeneous physical system, and controls the output of a driving system for driving a physical control object. The physical control system is provided between a mathematical input point for inputting a target control force to the physical control system and a physical input point for inputting the control force to the physical control object. Equipped with a complex mathematical and physical control system
The physical complex control system includes a plurality of heterogeneous actuators and a plurality of mathematical control systems including a first mathematical control system and a second mathematical control system. and a second actuator properties different from the first mathematical control system has a U ~ 1, V ~ 1 which forms a first set coprime factorization, the second mathematical control system, second represents has U ~ 2, V ~ 2 to form a set of coprime factorization, the action function when inputting an output of the first actuator to the second mathematical control system to function converted by F 2,
The action function when inputting an output of the second actuator to the first mathematical control system to function conversion expressed by F 1, represents a request moments on the physical control object by M, the moment command for a plurality of different actuators expressed respectively in u 1, u 2, physical exercise equation containing matrix functions described in the claims as a physical phenomenon expressed by the equation is obtained, the F 1, F 2, V ~ 1, V ~ 2 The relationship between them is appropriately set, and a single control system is realized.
【0013】この制御系では、関係設定は、F2=−V
〜 2である必要がある。この場合、制御対象は、サイド
スラスタと舵で姿勢制御が行われる流体中の航走体であ
り、特には、水中航走体であり、外見上は舵のみによる
制御が実現する。In this control system, the relation setting is F 2 = −V
~ 2 . In this case, the object to be controlled is a traveling body in a fluid, the attitude of which is controlled by a side thruster and a rudder, and in particular, an underwater traveling body.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
複数駆動系が内在する物理的制御系は、単一制御系が制
御対象に設けられている。その制御対象(P)1は、
水、空気から外力として強い抵抗を受ける船体、航空機
のような運動体である。以下、()の中の記号、符号
は、物理量、物理量を示す関数、状態値、状態関数を示
している。水中を航走する船体の制御は特に遅延しやす
い。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In accordance with the drawings, a single control system is provided for a physical control system in which a plurality of drive systems according to the present invention are provided. The controlled object (P) 1 is
It is a moving body such as a hull or an aircraft that receives strong resistance as an external force from water and air. Hereinafter, symbols and symbols in parentheses indicate physical quantities, functions indicating physical quantities, state values, and state functions. Control of a hull navigating underwater is particularly prone to delays.
【0015】実施の形態1の制御系:その制御系は、入
力点2と出力点3との間に、制御対象1とともに介設さ
れている。入力点2には、制御目標値(r)4が入力さ
れる。対象出力点3からは、制御対象(P)1の現実の
物理的出力値(y)(例:舵角、姿勢、方位、速度)5
が出力される。出力値(y)5と目標値(r)4との差
が偏差(e)6として定義される。The control system of the first embodiment: The control system is interposed between the input point 2 and the output point 3 together with the control target 1. The control target value (r) 4 is input to the input point 2. From the target output point 3, the actual physical output value (y) of the control target (P) 1 (eg, steering angle, attitude, direction, speed) 5
Is output. The difference between the output value (y) 5 and the target value (r) 4 is defined as a deviation (e) 6.
【0016】その制御系は、第1コントローラ(C1)
7と第2コントローラ(C2)8とを備えている。偏差
(e)6は、第1コントローラ(C1)7と第2コント
ローラ(C2)8に入力される。制御系には、第1アク
チュエータ(1)9と第2アクチュエータ(2)11と
が組み込まれている。第1コントローラ(C1)7の出
力は、第1飽和要素前制御操作量(u1)29として表
されている。第1飽和要素前制御操作量(u1)は、第
1アクチュエータ(1)9に入力される。第2コントロ
ーラ(C2)8の出力は、第2飽和要素前制御操作量
(u2)として表されている。第2飽和要素前制御操作
量(u2)31は、第2アクチュエータ(2)11に入
力される。The control system includes a first controller (C 1 )
7 and a second controller (C 2 ) 8. The deviation (e) 6 is input to a first controller (C 1 ) 7 and a second controller (C 2 ) 8. In the control system, a first actuator (1) 9 and a second actuator (2) 11 are incorporated. The output of the first controller (C 1 ) 7 is represented as a first pre-saturation-element control manipulated variable (u 1 ) 29. The control operation amount before the first saturation element (u 1 ) is input to the first actuator (1) 9. The output of the second controller (C 2 ) 8 is represented as a second pre-saturation-element control manipulated variable (u 2 ). The control operation amount before the second saturation element (u 2 ) 31 is input to the second actuator (2) 11.
【0017】第1アクチュエータ(1)9と第2アクチ
ュエータ(2)11の両出力は、加算点12で加算され
る。加算点12で加算された加算値が制御操作量(u)
13として、制御対象(P)1に入力される。The outputs of the first actuator (1) 9 and the second actuator (2) 11 are added at an addition point 12. The addition value added at the addition point 12 is a control operation amount (u).
13 is input to the control target (P) 1.
【0018】当該制御系は、更に、抑制補償器(F2)
14と平衡補償器(F1)15とを備えている。第1ア
クチュエータ(1)9の第1飽和要素後操作量u∧ 11
6は、抑制補償器(F2)14に入力される。第2アク
チュエータ(2)11の第2飽和要素後操作量u∧ 21
7が、平衡補償器(F1)15に入力される。以下、数
式表現において、添字”〜”と”∧”について、真上付
きと右肩つきとは、区別されずに使用される。The control system further includes a suppression compensator (F 2 )
14 and a balance compensator (F 1 ) 15. A manipulated variable after the first saturation element u の 11 of the first actuator (1) 9
6 is input to the suppression compensator (F 2 ) 14. Operation amount u 量 2 1 of the second actuator (2) 11 after the second saturation element
7 is input to the balance compensator (F 1 ) 15. Hereinafter, in the mathematical expressions, the superscripts and the right superscript are used without distinction for the subscripts “〜” and “∧”.
【0019】第1コントローラ(C1)7は、分子側第
1既約分解表現U〜 118と分母側第1既約分解表現V
〜 119とから形成されている。その乗算である演算子
は、V〜 1として設定されている。分子側第1既約分解
表現U〜 118は、後述されるように分子としての制御
因子であり、分母側第1既約分解表現V〜 119は、正
常な制御中は後述されるように、分母としての制御因子
になる。第1アクチュエータ(1)9の第1飽和要素後
操作量u∧16は、分母側第1既約分解表現(I−V〜
1)19に入力される。The first controller (C 1) 7 is first coprime factorization numerator U ~ 1 18 and the denominator first coprime factorization V
It formed from ~ 1 19.. The operator, which is the multiplication, is set as V - 1 . First coprime factorization U ~ 1 18 numerator is a regulator of the molecular as described below, the first coprime factorization V ~ 1 19 denominator is such that during normal control is described below In addition, it becomes a control factor as a denominator. The operation amount uu16 after the first saturation element of the first actuator (1) 9 is represented by a first irreducible decomposition expression (IV to denominator side).
1 ) Entered in 19.
【0020】第2コントローラ(C2)8は、分子側第
2既約分解表現U〜 221と分母側第2既約分解表現V
〜 222とから形成されている。分子側第1既約分解表
現U 〜 221は、後述されるように分子としての制御因
子であり、分母側第1既約分解表現V〜 222は、後述
されるように分母としての制御因子である。第2アクチ
ュエータ(2)11の第2飽和要素後操作量u〜 217
は、分母側第2既約分解表現I−V〜 222に入力され
る。The second controller (C2) 8 is the molecule side
2 Irreducible decomposition expression U~ 221 and the second irreducible decomposition expression V on the denominator side
~ 222. First irreducible decomposition table on the molecule side
Current U ~ 221 is a control factor as a molecule as described later.
And the first irreducible decomposition expression V on the denominator side~ 222 is described later
Is the controlling factor as the denominator. 2nd acti
Manipulated variable u of the second saturated element of the heater (2) 11~ 217
Is the second irreducible decomposition expression IV on the denominator side~ 222
You.
【0021】分子側第1既約分解表現U〜 118の出力
値23と分母側第1既約分解表現I−V〜 119の出力
値24とは、平衡補償器(F1)15の出力値25が重
ね合わされ、第1コントローラ(C1)7から出力され
て、第1飽和要素前操作量u 129として第1アクチュ
エータ(1)9に入力される。The first irreducible decomposition expression U on the molecule side~ 118 outputs
Value 23 and the first irreducible decomposition expression IV on the denominator side~ 119 outputs
The value 24 is the balance compensator (F1) 15 output value 25 is heavy
The first controller (C1Output from 7)
And the first saturated element manipulated variable u 1First actu as 29
It is input to the eta (1) 9.
【0022】分子側第2既約分解表現U〜 221の出力
値26と分母側第2既約分解表現I−V〜 222の出力
値27とは、抑制補償器(F2)14の出力値28が重
ね合わされ、第2コントローラ(C2)8から出力され
て、第2飽和要素前操作量(u2)31として第2アク
チュエータ(2)11に入力される。The numerator and the output value 27 of the second coprime factorization U ~ 2 21 output values 26 and denominator side second coprime factorization I-V ~ 2 22, suppression compensator (F 2) 14 of the The output value 28 is superimposed, output from the second controller (C 2 ) 8, and input to the second actuator (2) 11 as a second pre-operation element for saturated element (u 2 ) 31.
【0023】実施の形態1の制御系の動作:第1アクチ
ュエータ(1)9が作動しているが、第1アクチュエー
タ(1)9が故障あるいは飽和した時に第2アクチュエ
ータ(2)11が作動する優先順位が与えられているも
のとする。通常は、第1アクチュエータ(1)9が第1
コントローラ(C1)7とともに作動し、第1アクチュ
エータ(1)9が故障又は飽和した時に、第2アクチュ
エータ(2)11が第2コントローラ(C2)8ととも
に作動する。いずれのコントローラ7,8も、単独で動
作する場合は、制御対象(P)1を安定に制御するよう
に調整されているものとする。第1コントローラ
(C1)7の伝達関数をC1とした場合,第1コントロ
ーラ(C1)7の既約分解表現U〜 1,V〜 1は、次式
(1)を満たすもののうちで不安定な極零相殺がないも
のとして与えられている。Operation of the control system according to the first embodiment: The first actuator (1) 9 is operating, but when the first actuator (1) 9 fails or saturates, the second actuator (2) 11 operates. Assume that priorities have been given. Normally, the first actuator (1) 9
Operating with the controller (C 1) 7, when the first actuator (1) 9 fails or saturated, the second actuator (2) 11 is operated with the second controller (C 2) 8. When both controllers 7 and 8 operate independently, it is assumed that the controllers 7 and 8 are adjusted so as to stably control the control target (P) 1. If the transfer function of the first controller (C 1) 7 was C 1, the first controller (C 1) 7 coprime factorization U ~ 1, V ~ 1 of, among those satisfying the following formula (1) Given without unstable pole-zero cancellation.
【0024】[0024]
【数7】 第2コントローラ(C2)8に関しても同様に伝達関数
をC2とした場合、そのコントローラの既約分解表現U
〜 2,V〜 2は、次式(2)を満たすもののうちで不安
定な極零相殺がないものとして与えられている。(Equation 7) Similarly, if the transfer function of the second controller (C 2 ) 8 is C 2 , the irreducible decomposition expression U of the controller
~ 2, V ~ 2 is given that there is no unstable pole-zero cancellation among those satisfying the following formula (2).
【数8】 (Equation 8)
【0025】第1,2コントローラ7,8を既述のよう
に構成することにより、アクチュエータ9,11がもつ
飽和要素でコントローラ9,11の積分器がワインドア
ップするのを防ぐことができる(後掲・参考文献
[1],[2])。抑制補償器(F 2)14は、第1コ
ントローラ(C1)7が作動中に第2コントローラ(C
2)8が作動しないようにするための補償器であり、後
記する計算式で示されるように、次式(3)により設定
する。The first and second controllers 7, 8 are connected as described above.
, The actuators 9 and 11 have
Integrators of controllers 9 and 11 are wine doors with saturation elements
Can be prevented (see later references
[1], [2]). Suppression compensator (F 2) 14 is the first
Controller (C1) 7 while the second controller (C
2) 8 is a compensator for preventing operation, and
Set by the following equation (3)
I do.
【数9】 (Equation 9)
【0026】平衡補償器(F1)15は、第1コントロ
ーラ(C1)7、第2コントローラ(C2)8が積分器
を有する場合、第1コントローラ(C1)7が選択され
ている時に第2コントローラ(C2)8の出力を零にす
るためのものであり、V〜 2U〜 1+F1U〜 2が極、
零点ともに安定になるように選ばれている。第1コント
ローラ(C1)7の作動中は、抑制補償器(F2)14
が働き、第2コントローラ(C2)8のU〜 2の出力2
6を打ち消すような信号を出力し,第2飽和要素後操作
量u∧ 217を零とする。When the first controller (C 1 ) 7 and the second controller (C 2 ) 8 have an integrator, the first controller (C 1 ) 7 is selected as the balance compensator (F 1 ) 15. sometimes it is for the zero output of the second controller (C 2) 8, V ~ 2 U ~ 1 + F 1 U ~ 2 is poles,
Both zeros are chosen to be stable. While the first controller (C 1 ) 7 is operating, the suppression compensator (F 2 ) 14
Works and outputs 2 of U to 2 of the second controller (C 2 ) 8
Outputs a signal that cancels a 6, a second saturation element after the operation amount u ∧ 2 17 to zero.
【0027】第1アクチュエータ(1)9が所定の出力
を出していない場合は、抑制補償器(F2)14の出力
信号28と第2コントローラ(C2)8のU〜 2出力信
号26がつり合わず、第2アクチュエータ(2)11が
作動を開始する。第1アクチュエータ(1)9が飽和か
ら戻った場合、又は、故障が修復されて所定の出力を再
び出すようになった場合には、抑制補償器(F2)14
の出力信号28と第2コントローラ(C2)8のU〜 2
出力信号26がつり合い、第2アクチュエータ(2)1
1は停止する。[0027] When the first actuator (1) 9 is not issued a predetermined output suppression compensator (F 2) output signal 28 of 14 U ~ 2 output signal 26 of the second controller (C 2) 8 As a result, the second actuator (2) 11 starts operating. When the first actuator (1) 9 returns from saturation, or when the failure is repaired and the predetermined output is output again, the suppression compensator (F 2 ) 14
The output signal 28 and the second controller (C 2) 8 of the U ~ 2
The output signal 26 is balanced and the second actuator (2) 1
1 stops.
【0028】但し、第1コントローラ(C1)7、第2
コントローラ(C2)8に積分器がある場合には、これ
らの2つのアクチュエータの出力配分に関しては定まら
ないので、平衡補償器(F1)15より、第1アクチュ
エータ(1)9が作動中の場合は、第2アクチュエータ
(2)11の出力が零となるようにする。以下、数式表
現により更にその動作が詳細に記述される。However, the first controller (C 1 ) 7 and the second controller (C 1 ) 7
If the controller (C 2 ) 8 has an integrator, the output distribution of these two actuators is not determined, so the balance compensator (F 1 ) 15 causes the first actuator (1) 9 to operate. In this case, the output of the second actuator (2) 11 is set to zero. Hereinafter, the operation will be described in more detail using mathematical expressions.
【0029】第1コントローラ(C1)7の前後に関し
て、次式が成立する。The following equation is established before and after the first controller (C 1 ) 7.
【数10】 飽和していない今の場合、u1=u∧ 1であるので、(Equation 10) For now that is not saturated, because it is u 1 = u ∧ 1,
【数11】 ここで、U〜 1,V〜 1はC1の既約分解、U〜 2,V
〜 2はC2の既約分解である。これは、つぎのように変
換できる。[Equation 11] Here, U ~ 1, V ~ 1 irreducible decomposition of C 1, U ~ 2, V
To 2 is irreducible decomposition of C 2. This can be transformed as follows:
【0030】[0030]
【数12】 もし、既述の設定で述べたように、(Equation 12) If, as mentioned in the previous setting,
【数13】 であれば、(Equation 13) If,
【数14】 式(7)は、eからu2までの伝達関数が見かけ上は零
になっていることを表している。両コントローラが動作
し、両アクチュエータは動作しているが、第2アクチュ
エータ(2)11は見かけ上は非動作状態を呈してい
る。eからu2までの伝達関数はC1になっていて、第
1アクチュエータ(1)9が単独で動作していることに
等価である。他し、F2が安定となるためには,C1は
最小位相系でなければならない。また、制御器内では、
次式(8)で表されるように、[Equation 14] Equation (7) indicates that the transfer function from e to u 2 is apparently zero. Although both controllers are operating and both actuators are operating, the second actuator (2) 11 is apparently in a non-operating state. The transfer function from e to u 2 is has become C 1, it is equivalent to the first actuator (1) 9 is operated alone. And others, for F 2 becomes stable, C 1 must be minimum phase system. In the controller,
As expressed by the following equation (8),
【数15】 U〜 1V〜 2+F1U〜 2で極零相殺しているので、こ
のモードは安定でなければならないが、F1をそのよう
に選ぶと仮定したので安定となり、飽和領域に入らなけ
れば任意の初期値に対してu2は零に収束する。(Equation 15) Since the pole-zero cancellation in U ~ 1 V ~ 2 + F 1 U ~ 2, although this mode must be stable, since it was assumed that choose F 1 as such becomes stable, have to be entered in the saturation region u 2 converges to zero for an arbitrary initial value.
【0031】u1が飽和領域に入った場合は、When u 1 enters the saturation region,
【数16】 (Equation 16)
【0032】これらよりeを消去すると、From these, when e is deleted,
【数17】 式(10)は、制御入力が不足する分を補う形でu2の
制御入力が決まることを示している。即ち、飽和領域に
入っていない場合は零となり、飽和領域に入るともう一
方のアクチュエータの動作が開始することがわかる。[Equation 17] Equation (10) indicates that the control input of u 2 is determined in a manner to compensate for the lack of the control input. That is, it can be seen that the value is zero when the actuator is not in the saturation region, and the operation of the other actuator starts when the actuator is in the saturation region.
【0033】次に、制御器C1に関する操作端が故障
し、u∧ 1が0となった場合は、Next, when the operation ends to a control device C 1 has failed and the u ∧ 1 is 0,
【数18】 であり、C2が単独で使用されている場合に等価であ
る。(Equation 18) Which is equivalent when C2 is used alone.
【0034】実施の形態1の実施数値例:制御対象P、
制御器の制御関数C1、C2を以下のようにおく。Example of numerical value of Embodiment 1: Control target P,
The control functions C 1 and C 2 of the controller are set as follows.
【数19】 飽和の大きさはlとする。それぞれの制御器の既約分解
を次のようにおく。[Equation 19] The magnitude of the saturation is l. The irreducible decomposition of each controller is as follows.
【数20】 F1、F2をつぎのようにおく。(Equation 20) F 1 and F 2 are set as follows.
【数21】 大きさ1.8のステップに対する応答を図3に示す。但
し、時間帯30〜50secの間は第1アクチュエータ
(1)9が故障したとする。図3は、その上から順に、
目標値rと出力値y、第1アクチュエータ(1)9の第
1飽和要素後操作量u∧ 116、第2アクチュエータ
(2)11の第2飽和要素後操作量u∧ 217をそれぞ
れに示している。図からわかるように、立ち上がりで第
1アクチュエータ(1)9の第1飽和要素後操作量u∧
116が不足している間、第1アクチュエータ(1)9
が故障した時間帯では、第2アクチュエータ(2)11
の第2飽和要素後操作量u∧ 217が発生して、制御量
(y)が目標値(r)の近辺に保持されている。これに
対して、故障を検知してから制御器を切り換える従来方
法の応答を図4が示しているように(故障時の検知に3
秒かかったと仮定している。)切り換える際に制御量
(y)が大きく落ちこんでいることがわかる。(Equation 21) The response to a step of size 1.8 is shown in FIG. However, it is assumed that the first actuator (1) 9 has failed during the time period of 30 to 50 seconds. FIG. 3 shows, in order from the top,
The target value r and the output value y, the first actuator (1) a first saturation element after the operation amount u ∧ 1 16 9, the second actuator (2) second saturation element after the operation amount u ∧ 2 17 11 respectively Is shown. As can be seen from the figure, the operation amount u ∧ after the first saturation element of the first actuator (1) 9 at the rise.
During the shortage of 116, the first actuator (1) 9
In the time period when the device fails, the second actuator (2) 11
The second saturation element after the operation amount u ∧ 2 17 occurs, the control amount (y) is held in the vicinity of the target value (r) of the. On the other hand, FIG. 4 shows the response of the conventional method of switching the controller after detecting the failure (as shown in FIG. 4).
Assume it took seconds. ) It can be seen that the control amount (y) drops significantly when switching.
【0035】実施の形態2の制御系:図4は、本発明に
よる複数駆動系が内在する物理的制御系の実施の形態2
を示している。この実施の形態では、3つのアクチュエ
ータが利用できる。通常は、第1アクチュエータ9’が
作動し、第1アクチュエータ9’が故障し又は飽和した
時に第2アクチュエータ11’が作動し、更に、第1,
2アクチュエータ9’,11’がともに故障し又は飽和
した際に第3アクチュエータ41が作動するものとす
る。FIG. 4 shows a physical control system according to the second embodiment of the present invention in which a plurality of drive systems are present.
Is shown. In this embodiment, three actuators can be used. Normally, the first actuator 9 'operates, and when the first actuator 9' fails or saturates, the second actuator 11 'operates.
It is assumed that the third actuator 41 operates when both the actuators 9 ′ and 11 ′ fail or become saturated.
【0036】その制御系は、入力点2と出力点3との間
に、制御対象1とともに介設されている。入力点2に
は、制御目標値(r)4が入力される。対象出力点3か
らは、制御対象(P)1の現実の物理的出力値(y)
(例:舵角、姿勢、方位、速度)5が出力される。出力
値(y)5と目標値(r)4との差が偏差(e)6とし
て定義される。The control system is interposed between the input point 2 and the output point 3 together with the control target 1. The control target value (r) 4 is input to the input point 2. From the target output point 3, the actual physical output value (y) of the control target (P) 1
(Example: steering angle, posture, direction, speed) 5 is output. The difference between the output value (y) 5 and the target value (r) 4 is defined as a deviation (e) 6.
【0037】その制御系は、第1コントローラ(C1)
7’と第2コントローラ(C2)8’と第3コントロー
ラ(C3)42を備えている。偏差(e)6は、第1コ
ントローラ(C1)7’と第2コントローラ(C2)
8’と第3コントローラ(C3)42とに入力される。
制御系には、第1アクチュエータ(1)9’と第2アク
チュエータ(2)11’と第3アクチュエータ(3)4
1とが組み込まれている。第1コントローラ(C1)
7’の出力は、第1飽和前制御操作量(u1)として表
されている。第1飽和前制御操作量(u1)は、第1ア
クチュエータ(1)9’に入力される。第2コントロー
ラ(C2)8’の出力は、第2飽和前制御操作量
(u2)として表されている。第2飽和前制御操作量
(u2)は、第2アクチュエータ(2)11’に入力さ
れる。第3コントローラ(C3)42の出力は、第3飽
和前制御操作量(u3)として表されている。第3飽和
前制御操作量(u3)は、第3アクチュエータ(3)4
1に入力される。The control system includes a first controller (C 1 )
7 ′, a second controller (C 2 ) 8 ′, and a third controller (C 3 ) 42. The deviation (e) 6 is defined by the first controller (C 1 ) 7 ′ and the second controller (C 2 )
8 ′ and the third controller (C 3 ) 42.
The control system includes a first actuator (1) 9 ', a second actuator (2) 11', and a third actuator (3) 4
1 is incorporated. First controller (C 1 )
The output of 7 ′ is represented as a first pre-saturation control manipulated variable (u 1 ). The first pre-saturation control operation amount (u 1 ) is input to the first actuator (1) 9 ′. The output of the second controller (C 2 ) 8 ′ is represented as a second pre-saturation control manipulated variable (u 2 ). The second pre-saturation control operation amount (u 2 ) is input to the second actuator (2) 11 ′. The output of the third controller (C 3 ) 42 is represented as a third pre-saturation control manipulated variable (u 3 ). The third pre-saturation control operation amount (u 3 ) is the third actuator (3) 4
1 is input.
【0038】第1アクチュエータ(1)9’と第2アク
チュエータ(2)11’と第3アクチュエータ(3)4
1の全出力は、加算点12’で加算される。加算点1
2’で加算された加算値が制御操作量(u)13とし
て、制御対象(P)1に入力される。The first actuator (1) 9 ', the second actuator (2) 11' and the third actuator (3) 4
All outputs of 1 are added at an addition point 12 '. Addition point 1
The added value added in 2 ′ is input to the control target (P) 1 as the control operation amount (u) 13.
【0039】当該制御系は、更に、第1抑制補償器(F
21)14−21、第2抑制補償器(F31)14−3
1、第3抑制補償器(F32)14−32と、第1平衡
補償器(F12)15−12、第2平衡補償器
(F13)15−13、第3平衡補償器(F23)15
−23とを備えている。第1アクチュエータ(1)9’
の第1飽和要素後操作量u∧1は、第1抑制補償器(F
21)14−21、第2抑制補償器(F31)14−3
1に入力される。第2アクチュエータ(2)11’の第
2飽和要素後操作量u∧ 2は、第3抑制補償器
(F32)14−32に入力される。第2アクチュエー
タ(2)11’の第2飽和要素後操作量u∧ 2は、第1
平衡補償器(F12)15−12に入力される。第3ア
クチュエータ(3)41の第3飽和要素後操作量u∧ 3
は、第2平衡補償器(F13)15−13と第3平衡補
償器(F23)15−23に入力される。The control system further includes a first suppression compensator (F
21 ) 14-21, second suppression compensator (F 31 ) 14-3
1, third suppression compensator and (F 32) 14-32, a first balanced compensator (F 12) 15-12, a second balanced compensator (F 13) 15-13, the third balanced compensator (F 23 ) 15
-23. First actuator (1) 9 '
The first saturation element after the operation amount u ∧ 1 of the first suppression compensator (F
21 ) 14-21, second suppression compensator (F 31 ) 14-3
1 is input. The second saturation element after the operation amount u ∧ 2 of the second actuator (2) 11 'is input to a third suppression compensator (F 32) 14-32. The second saturation element after the operation amount u ∧ 2 of the second actuator (2) 11 ', first
It is input to the balanced compensator (F 12) 15-12. Operation amount u 量 3 of the third actuator (3) 41 after the third saturation element
Is input to the second balanced compensator (F 13) 15-13 and the third balanced compensator (F 23) 15-23.
【0040】第1コントローラ(C1)7’は、分子側
第1既約分解表現U〜 118’と分母側第1既約分解表
現V〜 119’とから形成されている。その乗算である
演算子は、1−V〜 1として設定されている。分子側第
1既約分解表現U〜 118’は、後述されるように分子
としての制御因子であり、分母側第1既約分解表現V 〜
119’は、正常な制御中は後述されるように、分母と
しての制御因子になる。第1アクチュエータ(1)9’
の第1飽和要素後操作量u∧ 1は、分母側第1既約分解
表現I−V〜 119’に入力される。The first controller (C1) 7 'is the molecular side
First irreducible decomposition expression U~ 118 'and the first irreducible decomposition table on the denominator side
Current V~ 119 '. Its multiplication
The operator is 1-V~ 1Is set as Molecule side
1 Irreducible decomposition expression U~ 118 'is a molecule as described below
, The first irreducible decomposition expression V on the denominator side ~
119 'is the same as the denominator during normal control, as described later.
Control factor. First actuator (1) 9 '
Manipulated variable u after the first saturated element of∧ 1Is the first irreducible decomposition on the denominator side
Expression IV~ 119 '.
【0041】第2コントローラ(C2)8’は、分子側
第2既約分解表現U〜 221’と分母側第2既約分解表
現V〜 222’とから形成されている。分子側第1既約
分解表現U〜 221’は、後述されるように分子として
の制御因子であり、分母側第1既約分解表現V〜 22
2’は、後述されるように分母としての制御因子であ
る。第2アクチュエータ(2)11’の第2飽和要素後
操作量u∧ 2は、分母側第2既約分解表現I−V〜 22
2’に入力される。The second controller (C 2) 8 ', the second coprime factorization numerator U ~ 2 21' are formed from a second coprime factorization denominator V ~ 2 22 '. First coprime factorization numerator U ~ 2 21 'is a regulator of the molecular as described below, the first coprime factorization denominator V ~ 2 2
2 ′ is a control factor as a denominator as described later. The second saturation element after the operation amount u ∧ 2 of the second actuator (2) 11 ', second coprime factorization denominator I-V ~ 2 2
Input to 2 '.
【0042】分子側第1既約分解表現U〜 118’の出
力値23’と分母側第1既約分解表現V〜 119’の出
力値24’と、第2平衡補償器(F13)15−13の
出力値44とは、第1平衡補償器(F12)15−12
の出力値45が重ね合わされ、第1コントローラ
(C1)7’から出力されて、第1飽和要素前操作量
(u1)として第1アクチュエータ(1)9’に入力さ
れる。The first coprime factorization numerator U ~ 1 18 and 'output value 23' and 'output value 24 of the' first coprime factorization V ~ 1 19 denominator, the second balanced compensator (F 13 ) 15-13 is the output value 44 of the first balance compensator (F 12 ) 15-12.
Are superimposed, output from the first controller (C 1 ) 7 ′, and input to the first actuator (1) 9 ′ as a first saturated element pre-operation amount (u 1 ).
【0043】分子側第2既約分解表現U〜 221の出力
値26’と分母側第2既約分解表現V〜 222’の出力
値27’とは、第3平衡補償器(F23)15−23の
出力値46とが重ね合わされ、第2コントローラ
(C2)8’から出力されて、第2飽和要素前操作量
(u2)として第2アクチュエータ(2)11’に入力
される。The numerator and the second coprime factorization U ~ output value 27 of the second output value 26 of the 21 'and the denominator second coprime factorization V ~ 2 22'', the third balanced compensator (F 23 ) Is superimposed on the output value 46 of 15-23, output from the second controller (C 2 ) 8 ′, and input to the second actuator (2) 11 ′ as the second pre-saturation element manipulated variable (u 2 ). You.
【0044】第3コントローラ(C3)42は、分子側
第3既約分解表現U〜 347と分母側第2既約分解表現
V〜 348とから形成されている。分子側第3既約分解
表現U〜 347は、後述されるように分子としての制御
因子であり、分母側第3既約分解表現V〜 348は、後
述されるように分母としての制御因子である。第3アク
チュエータ(3)41の第3飽和要素後操作量u
∧ 3は、第2平衡補償器(F 13)15−13と第3平
衡補償器(F23)15−23に入力される。The third controller (C3) 42 is the molecule side
Third irreducible decomposition expression U~ 347 and the second irreducible decomposition expression on the denominator side
V~ 348. Third irreducible decomposition on the molecular side
Expression U~ 347 is a control as a molecule as described later
Factor, the third irreducible decomposition expression V on the denominator side~ 348 is later
As described above, it is a control factor as a denominator. 3rd action
Manipulated variable u after third saturated element of tutor (3) 41
∧ 3Is a second balance compensator (F 13) 15-13 and 3rd flat
Balance compensator (F23) 15-23.
【0045】分子側第1既約分解表現U〜 347の出力
値49と分母側第1既約分解表現V 〜 348の出力値5
1とは、第2抑制補償器(F31)14−31の出力値
52と第3抑制補償器(F32)14−32の出力値と
が重ね合わされ、第3コントローラ(C3)42から出
力されて、第3飽和要素前操作量u3として第3アクチ
ュエータ(3)41に入力される。The first irreducible decomposition expression U on the molecule side~ 347 outputs
Value 49 and the first irreducible decomposition expression V on the denominator side ~ 3Output value of 48 5
1 is the second suppression compensator (F31) Output value of 14-31
52 and a third suppression compensator (F32) 14-32 output value and
Are superimposed, and the third controller (C3Out of 42)
Is manipulated, and the third saturation element pre-operation amount u3As the third act
The data is input to the router (3) 41.
【0046】実施の形態2の制御系の動作:第1アクチ
ュエータ(1)9’が作動しているが、第1アクチュエ
ータ(1)9’が故障あるいは飽和した時に第2アクチ
ュエータ11’が作動する優先順位が与えられているも
のとする。更に、第2アクチュエータ11’が作動して
いるが、第2アクチュエータ11’が故障あるいは飽和
した時に第3コントローラ(C3)42が作動する優先
順位が与えられているものとする。通常は、第1アクチ
ュエータ(1)9’が第1コントローラ(C1)7’と
ともに作動し、第1アクチュエータ(1)9’が故障又
は飽和した時に、第2アクチュエータ11’が第2コン
トローラ(C2)8’とともに作動する。Operation of the control system according to the second embodiment: The first actuator (1) 9 'operates, but the second actuator 11' operates when the first actuator (1) 9 'fails or saturates. Assume that priorities have been given. Further, it is assumed that the second actuator 11 'is operating, but a priority is given to the operation of the third controller (C 3 ) 42 when the second actuator 11' fails or saturates. Typically, the first actuator (1) 9 'is the first controller (C 1) 7' works in conjunction with, 'when the failed or saturated, the second actuator 11' first actuator (1) 9 second controller ( C 2 ) Works with 8 ′.
【0047】更に、通常は、第2アクチュエータ11’
が第2コントローラ(C2)8’とともに作動し、第2
アクチュエータ11’が故障又は飽和した時に、第3ア
クチュエータ41が第3コントローラ(C3)42とと
もに作動し、このように入れ子階層の構造が設定されて
いる。いずれのコントローラ7’,8’、42も、単独
で動作する場合は、制御対象(P)1を安定に制御する
ように調整されているものとする。これらのコントロー
ラの既約分解表現とアンチワインドアップコントローラ
については、実施の形態1のそれに同じとする。Further, usually, the second actuator 11 '
Operates with the second controller (C 2 ) 8 ′,
When the actuator 11 ′ fails or saturates, the third actuator 41 operates together with the third controller (C 3 ) 42, and thus the nested structure is set. When each of the controllers 7 ', 8', 42 operates alone, it is assumed that the controller 7 ', 8', 42 is adjusted so as to stably control the control target (P) 1. The irreducible expression of these controllers and the anti-windup controller are the same as those of the first embodiment.
【0048】第1抑制補償器(F21)14−21は第
1アクチュエータ(1)9’が作動中に第2アクチュエ
ータ11’が作動しないようにするための補償器であ
り、次式(14)のように設定する。The first suppression compensator (F 21 ) 14-21 is a compensator for preventing the second actuator 11 'from operating while the first actuator (1) 9' is operating. ).
【数22】 第2抑制補償器(F31)14−31は第1アクチュエ
ータ(1)9’の作動中に第3アクチュエータ41が作
動しなようにするための補償器であり、次式(15)の
ように設定する。(Equation 22) The second suppression compensator (F 31 ) 14-31 is a compensator for preventing the third actuator 41 from operating while the first actuator (1) 9 ′ is operating, and is expressed by the following equation (15). Set to.
【数23】 (Equation 23)
【0049】第3抑制補償器(F32)14−32は第
2アクチュエータ11’の作動中に第3アクチュエータ
41が作動しないようにするための補償器であり、次式
(16)のように設定する。The third suppression compensator (F 32 ) 14-32 is a compensator for preventing the third actuator 41 from operating during the operation of the second actuator 11 ', as shown in the following equation (16). Set.
【数24】 第1平行補償器(F12)15−12、第2平衡補償器
(F13)15−13、第3平衡補償器(F23)15
−23は、コントローラ7’,8’,42が積分器を有
する場合、優先されるアクチュエータが選択されている
時にそれ以外のアクチュエータの出力を零にするための
ものであり、V〜 2U〜 1+F12U〜 2、V〜 3U〜
1+F13U〜 3、V〜 3U〜 2+F23U〜 3が、
極、零点とも安定になるように選ばれている。(Equation 24) First parallel compensator (F 12) 15-12, a second balanced compensator (F 13) 15-13, the third balanced compensator (F 23) 15
-23, the controller 7 ', 8', if 42 has an integrator is for the zero output of the other actuator when the actuator to be prioritized is selected, V ~ 2 U ~ 1 + F 12 U ~ 2, V ~ 3 U ~
1 + F 13 U ~ 3, V ~ 3 U ~ 2 + F 23 U ~ 3 are,
Both poles and zeros are chosen to be stable.
【0050】第1アクチュエータ(1)9’の作動中
は、第1抑制補償器(F21)14−21、第2抑制補
償器(F31)14−31が働き、第2コントローラ
(C2)8’のU〜 221’と第3コントローラ
(C3)42のU〜 347の出力を打ち消すような信号
を出力し、第2操作量u∧ 2、第3操作量u∧ 3を0と
する。同様に、第2コントローラ(C2)8’の作動中
は、第3抑制補償器(F32)14−32が働き、第3
コントローラ(C3)42のU〜 347の出力を打ち消
すような信号を出力し、操作量u3を0とする。[0050] During operation of the first actuator (1) 9 ', the first suppression compensator (F 21) 14-21, a second suppression compensator (F 31) 14-31 acts, the second controller (C 2 ) 8 and the third controller (C 3 'U ~ 2 21 a') 42 outputs a signal that cancels the output of the U ~ 3 47, the second operation amount u ∧ 2, the third manipulated variable u ∧ 3 Set to 0. Similarly, during the operation of the second controller (C 2 ) 8 ′, the third suppression compensator (F 32 ) 14-32 operates, and the third suppression compensator (F 32 ) 14-32 operates.
Outputs a signal that cancels the output of the U ~ 3 47 of the controller (C 3) 42, the operation amount u 3 to 0.
【0051】第1アクチュエータ(1)9’が所定の出
力を出していない場合は、第1抑制補償器(F21)1
4−21の出力信号53と第2コントローラ(C2)
8’のu∧ 2の出力信号26とがつり合わず(第3コン
トローラ(C3)42の出力が0に抑えられる機構は後
に示される。)、第2コントローラ(C2)8’が作動
を開始する。第1アクチュエータ(1)9’が飽和から
戻った場合、故障が修復されて所定の出力を再び出すよ
うになった場合は、第1抑制補償器(F21)14−2
1の出力信号53と第2コントローラ(C2)8’U〜
2の出力信号26’がつり合い、第2コントローラ(C
2)8’は停止する(見かけ上)。If the first actuator (1) 9 'does not output a predetermined output, the first suppression compensator (F 21 ) 1
4-21 output signal 53 and second controller (C 2 )
8 'u ∧ is the output signal 26 of 2 without balance of (mechanism output of the third controller (C 3) 42 is kept to 0 are shown later.), The second controller (C 2) 8' is actuated To start. When returning from the first actuator (1) 9 'is saturated, if the fault has become so out been repaired again a predetermined output, the first suppression compensator (F 21) 14-2
1 and the second controller (C 2 ) 8′U to
2 output signals 26 'are balanced and the second controller (C
2 ) 8 'stops (apparent).
【0052】同様に、第1アクチュエータ(1)9’と
第2コントローラ(C2)8’がともに所定の出力を出
していない場合、第2抑制補償器(F31)14−31
は、第2抑制補償器(F31)14−31、第3抑制補
償器(F32)14−32の出力信号52,54の和と
第3コントローラ(C3)42のU〜 349の出力信号
49がつり合わず、第3コントローラ(C3)42が作
動を開始する。Similarly, when neither the first actuator (1) 9 'nor the second controller (C 2 ) 8' outputs a predetermined output, the second suppression compensator (F 31 ) 14-31.
The second suppression compensator (F 31) 14-31, the third suppression compensator (F 32) 14-32 sums and third controller output signal 52, 54 (C 3) 42 of U ~ 3 49 The output signal 49 does not balance, and the third controller (C 3 ) 42 starts operating.
【0053】第2コントローラ(C2)8’が飽和から
戻った場合、故障が修復され所定の出力を再び出すよう
になった場合は、第2抑制補償器(F31)14−3
1、第3抑制補償器(F32)14−32の出力信号5
2,54の和と第3コントローラ(C3)42のU〜 3
の出力信号49がつり合い、第3コントローラ(C3)
42は停止する(見かけ上)。但し、コントローラ
7’,8’,42に積分器がある場合は、3つのアクチ
ュエータ9’,11’,41の出力配分に関しては定ま
らないので、第1平衡補償器(F12)15−12、第
2平衡補償器(F13)15−13、第3平衡補償器
(F23)15−23より、第1アクチュエータ(1)
9’が作動中の場合は、第2アクチュエータ11’と第
3アクチュエータ41の出力が0となるように、第2ア
クチュエータ11’が作動中の場合は、第3アクチュエ
ータ41が0となるようにする。When the second controller (C 2 ) 8 ′ returns from saturation, and when the fault is repaired and the predetermined output is output again, the second suppression compensator (F 31 ) 14-3.
1, the output signal 5 of the third suppression compensator (F 32) 14-32
2 to 54 and U to 3 of the third controller (C 3 ) 42
Of the third controller (C 3 )
42 stops (apparently). However, the controller 7 ', 8', when there is a integrator 42, three actuators 9 ', 11', since not fixed with respect to the output distribution of 41, the first balanced compensator (F 12) 15-12, second balanced compensator (F 13) 15-13, the third balanced compensator from (F 23) 15-23, the first actuator (1)
The output of the second actuator 11 'and the third actuator 41 is set to 0 when 9' is operating, and the third actuator 41 is set to 0 when the second actuator 11 'is operating. I do.
【0054】以下、このような動作は、数式により更に
詳細に記述される。次の7つのケースに分ける。 (1)l番目のアクチュエータが正常で、且つ、飽和し
ていない場合 (2)1番目のアクチュエータが飽和し、2番目のアク
チュエータが正常で、且つ、飽和していない場合 (3)l番目のアクチュエータの出力が0で,2番自の
アクチュエータが正常で、且つ、飽和していない場合 (4)l番目のアクチュエータが飽和しているか出力が
0で、2番自のアクチュエータが正常で、且つ、飽和し
ている場合 (5)l番目のアクチュエータが飽和、2番自のアクチ
ュエータの出力が0の場合 (6)1番目、2番自のアクチュエータの出力がともに
0の場合 以下、これらの場合がそれぞれに記述される。Hereinafter, such an operation will be described in more detail by mathematical expressions. It is divided into the following seven cases. (1) When the l-th actuator is normal and not saturated (2) When the first actuator is saturated and the second actuator is normal and not saturated (3) The l-th actuator When the output of the actuator is 0 and the second actuator is normal and not saturated (4) The 1st actuator is saturated or the output is 0 and the second actuator is normal and (5) The l-th actuator is saturated, the output of the second actuator is 0, and (6) The output of both the first and second actuators is 0. Are described respectively.
【0055】(1)l番目のアクチュエータが正常で飽
和していない場合 各制御入力は次のようになる。(1) When the l-th actuator is normal and not saturated Each control input is as follows.
【数25】 これより、(Equation 25) Than this,
【0056】[0056]
【数26】 式(18)は、先のF21、F31、F32の関係式を
用いると、次のように変形することができる。(Equation 26) Expression (18) can be modified as follows by using the above-mentioned relational expressions of F 21 , F 31 , and F 32 .
【数27】 但し、システム内に不可制御なモードがあり、これを安
定化しておく必要があり、(V〜 3U〜 2+F23U〜
3)は極、零点とも安定になるよう選ばなければならな
い。[Equation 27] However, there are uncontrollable modes in the system, which must be stabilized, (V ~ 3 U ~ 2 + F 23 U ~
3 ) must be chosen so that both poles and zeros are stable.
【0057】(2)l番目のアクチュエータが飽和し、
2番目のアクチュエータが正常で飽和していない場合 u1が飽和領域に入った場合は,(2) The l-th actuator is saturated,
When the second actuator is normal and not saturated When u1 enters the saturation region,
【数28】 このように、制御入力が不足する分を補う形でu2の制
御入力が決まることがわかる。即ち、飽和領域に入って
いない場合は0となり、飽和領域に入ると動作が開始す
ることがわかる。[Equation 28] Thus, it can be seen that the control input of u 2 is determined in a manner to compensate for the amount that the control input is insufficient. That is, it is understood that the value is 0 when the pixel is not in the saturation region, and that the operation starts when the pixel is in the saturation region.
【0058】この時、u3は次のようになる。At this time, u 3 is as follows.
【数29】 F32は、次のように与えたので、(Equation 29) F32 was given as follows,
【数30】 eからu3までの伝達関数はみかけ上0となる。[Equation 30] The transfer function from e to u3 is apparently 0.
【0059】(3)1番目のアクチュエータの出力が0
で、2番目のアクチュエータが正常で飽和していない場
合 制御器C1に関する操作端が故障しu1が0となった場
合は、(3) The output of the first actuator is 0
In the case where the second actuator is normal and not saturated, the operating end relating to the controller C 1 fails and u 1 becomes 0,
【数31】 このように、C2を単独で使用した場合に等しい。(Equation 31) Thus, equal when using C 2 alone.
【0060】(4)1番目のアクチュエータが飽和して
いるか出力が0で、2番目のアクチュエータが正常で飽
和している場合 u1、u2が飽和領域に入った場合は、(4) When the first actuator is saturated or the output is 0, and the second actuator is normal and saturated When u 1 and u 2 enter the saturation region,
【数32】 このように、u2の制御入力が不足する分を補う形でu
3の制御入力が決まることがわかる。(Equation 32) In this way, u2 is compensated for by the lack of control input of u2.
It can be seen that the control input of No. 3 is determined.
【0061】(5)l番目のアクチュエータが飽和し、
2番目のアクチュエータの出力が0の場合(5) The l-th actuator is saturated,
When the output of the second actuator is 0
【数33】 このように、u1の制御入力が不足する分を補うように
u3の制御入力が決まることが分かる。[Equation 33] Thus, it can be seen that the control input of u 3 so as to compensate for the amount that the control input of u 1 is insufficient is determined.
【0062】(6)l番目,2番目のアクチュエータの
出力がともに0の場合 また、制御器C1,C2に関する操作端が故障し、u∧
1、u∧ 2が0となった場合は、(6) When the outputs of the l-th and second actuators are both 0: Also, the operating terminals of the controllers C 1 and C 2 break down, and uu
1, when the u ∧ 2 becomes 0,
【数34】 このように、C3を単独で使用した場合に等しい。な
お、場合(1),(3)で優先される制御器が正常に動
作している時に優先されていない制御器の出力が0にな
っている場合は過渡的な動きが異なるが,V〜 2U〜 1
+F12U〜 2,V 〜 3U〜 2+F23U〜 3を極、零
点ともに安定になるよう選べば収束する状態は同じにな
る。(Equation 34)Thus, C3Is equivalent to using What
Note that the priority controller in cases (1) and (3) operates normally.
During operation, the output of the non-priority controller becomes 0.
The transitional movement is different when~ 2U~ 1
+ F12U~ 2, V ~ 3U~ 2+ F23U~ 3Is pole, zero
If the points are chosen to be stable, the state of convergence will be the same.
You.
【0063】実施の形態3の制御系:図5は、本発明に
よる複数駆動系が内在する物理的制御系の実施の形態3
を示し、制御対象1を制御するために2つのアクチュエ
ータが利用できる場合の制御系を示している。通常は、
アクチュエータ9が作動し,アクチュエータ9が故障あ
るいは飽和した時にアクチュエータ11が作動するもの
とする。いずれのコントローラ7,8も単独で動作する
場合は制御対象(P)1を安定に制御するように調整さ
れているものとする。FIG. 5 shows a physical control system according to the third embodiment of the present invention in which a plurality of drive systems exist.
Shows a control system when two actuators can be used to control the control target 1. Normally,
It is assumed that the actuator 9 operates and the actuator 11 operates when the actuator 9 fails or becomes saturated. When both the controllers 7 and 8 operate independently, it is assumed that the controller 7 is adjusted to stably control the control target (P) 1.
【0064】図1の実施の形態1と異なる点は、両コン
トローラ7,8が、これらに目標値rと制御量yが入力
される2入力l出力の2自由度の制御器として構成され
ている点である。コントローラ7とコントローラ8は、
同じ特性であるものとする。伝達関数をCとした場合、
両コントローラ7,8の既約分解表現U〜 1V〜は、次
の式を満たすもののうち不安定な極零相殺がないもので
ある。The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that both controllers 7 and 8 are configured as two-input and one-output two-degree-of-freedom controllers to which a target value r and a control amount y are inputted. It is a point. Controller 7 and controller 8
It is assumed that the characteristics are the same. When the transfer function is C,
Coprime factorization U ~ 1 V ~ of both controllers 7 and 8 is that there is no unstable pole-zero cancellation of those that satisfy the following equation.
【0065】[0065]
【数35】 コントローラ7,8を図5のように構成するのは、アク
チュエータ9,11がもつ飽和要素でコントローラの積
分器がワインドアップするのを防ぐためである。抑制補
償器14は、アクチュエータ9がその作動中にアクチュ
エータ11が作動しないようにするための補償器であ
り、次のように設定されている。(Equation 35) The reason why the controllers 7 and 8 are configured as shown in FIG. 5 is to prevent the integrators of the controllers from winding up due to the saturation elements of the actuators 9 and 11. The suppression compensator 14 is a compensator for preventing the actuator 11 from operating while the actuator 9 is operating, and is set as follows.
【数36】 平衡補償器15は、コントローラ7,8が積分器を有す
る場合,アクチュエータ9が選択されている時にコント
ローラ8の出力を0にするためのものであり、V 〜+F
1が極、零点ともに安定になるように選ばれている。[Equation 36]In the balance compensator 15, the controllers 7, 8 have integrators.
Control when actuator 9 is selected.
This is for setting the output of the roller 8 to 0. ~+ F
1Are selected so that both poles and zeros are stable.
【0066】実施の形態3の制御系の動作:アクチュエ
ータ9の作動中に働く抑制補償器14は、コントローラ
8のU〜 2 1の出力を打ち消すような信号を出力し、操
作量u∧ 2を0とする。アクチュエータ9が所定の出力
を出していない場合は、抑制補償器14の出力信号28
とコントローラ8のV〜の出力信号27がつり合わず、
アクチュエータ11が作動を開始する。[0066] Operation of the control system of the third embodiment: suppression compensator 14 acting during operation of the actuator 9 outputs a signal that cancels the U ~ 2 1 of the output of the controller 8, the operation amount u ∧ 2 Set to 0. When the actuator 9 does not output a predetermined output, the output signal 28 of the suppression compensator 14
And the output signal 27 of the V ~ of the controller 8 is not balanced,
The actuator 11 starts operating.
【0067】アクチュエータ9が飽和から戻った場合、
故障が修復されて所定の出力を再び出すようになった場
合は、抑制補償器14の出力信号28とコントローラ8
のV 〜22の出力信号27がつり合い、アクチュエータ
8は停止する。但し、コントローラ7,8に積分器があ
る場合は、2つのアクチュエー9,11の出力配分に関
しては定まらないので平衡補償器15より、アクチュエ
ータ9が作動中の場合は、アクチュエータ11の出力が
0となるようにする。When the actuator 9 returns from saturation,
When the fault is repaired and the specified output is output again
In this case, the output signal 28 of the suppression compensator 14 and the controller 8
V ~22 output signals 27 are balanced
8 stops. However, the controllers 7 and 8 have integrators.
In this case, the output distribution of the two actuators 9 and 11
From the balance compensator 15
When the actuator 9 is operating, the output of the actuator 11 is
Set to 0.
【0068】以下、このような動作は、数式により詳細
に記述される。双方ともに飽和領域に入らない場合は、Hereinafter, such an operation will be described in detail by mathematical expressions. If neither of them is in the saturation region,
【数37】 ここで、U〜、V〜は、Cの既約分解である。これは、
次のように変換することができる。(37) Here, U ~, V ~ is an irreducible decomposition of C. this is,
It can be converted as follows:
【0069】[0069]
【数38】 (38)
【数39】 とすれば、[Equation 39] given that,
【数40】 となり、eからu2までの伝達関数はみかけ上0とな
る。また、eからC2までの伝達関数はCとなる。但
し、V〜+F1で極零相殺しているので、このモードが
安定になるようにF1が選ばれている。u1が飽和領域
に入った場合は、(Equation 40) And the transfer function from e to u 2 is apparently 0. Further, the transfer function from e to C 2 becomes C. However, since the pole-zero cancellation in V ~ + F 1, it is selected F 1 so that the mode becomes stable. When u 1 enters the saturation region,
【0070】[0070]
【数41】 [Equation 41]
【数42】 これより、r、yを消去すると、(Equation 42) Thus, when r and y are deleted,
【数43】 このように、制御入力が不足する分を補う形でu∧ 2の
制御入力が決まることがわかる。即ち、飽和領域に入っ
ていない場合は0となり、飽和領域に入ると動作が開始
することがわかる。また、制御器7に関する操作端が故
障しu∧ 1が0となった場合は、[Equation 43] Thus, it can be seen that the control input of u ∧ 2 is determined in a manner to compensate for the amount that the control input is insufficient. That is, it is understood that the value is 0 when the pixel is not in the saturation region, and that the operation starts when the pixel is in the saturation region. Further, when the operation ends to a control unit 7 becomes faulty u ∧ 1 is 0,
【数44】 このように、コントローラ8を単独で使用した場合に等
しい。[Equation 44] In this way, this is equivalent to the case where the controller 8 is used alone.
【0071】実施の形態4の制御系:図6は、本発明に
よる複数駆動系が内在する物理的制御系の実施の形態4
を示し、水中航走体のy/ψの制御系を示している。y
方向(機体横向き方向)を前後のサイドスラスタで制御
し、ψ方向(船首方向)を垂直舵で制御する。垂直舵が
故障した場合は、ψの制御もサイドスラスタで行う制御
系とする。FIG. 6 shows a physical control system according to a fourth embodiment of the present invention in which a plurality of drive systems are present.
And a control system for y / ψ of the underwater vehicle. y
The direction (horizontal direction) is controlled by the front and rear side thrusters, and the ψ direction (bow direction) is controlled by the vertical rudder. If the vertical rudder breaks down, the control in (1) shall be performed by the side thruster.
【0072】機体(船体)の制御量(y,ψ)は、機体
に加わる力FyとモーメントMzにより決まる。機体に
加わる力FyとモーメントMzは、サイドスラスタが発
生する力、モーメントと、垂直舵が発生する力、モーメ
ントを合成したものである。サイドスラスタが発生する
力は、TFy+TAyで与えられ、モーメントはTF y
・xF+TAy・xA(xA、xFは取り付け位置)で
与えられる。舵が発生する力、モーメントは、それぞ
れ、KR1δR、KR2δrで与えられる。但し、T
Fy、TAy、δrは、飽和要素があるため上・下限が
ある。The control amount (y, ψ) of the body (hull) is determined by the force Fy and the moment Mz applied to the body. The force Fy and the moment Mz applied to the airframe are obtained by combining the force and moment generated by the side thruster with the force and moment generated by the vertical rudder. The force generated by the side thruster is given by T Fy + T Ay , and the moment is T F y
· X F + T Ay · x A (x A, x F is the mounting position) is given by. Force steering occurs, moment, respectively, is given by K R1 δ R, K R2 δ r. Where T
Fy , T Ay , and δ r have upper and lower limits due to a saturation factor.
【0073】従来の制御系は、図7に示されるように、
制御量y,ψと速度Vy,ω’z’を次のようにフィー
ドバックする制御器Cを有する。Cはブロック対角と
し、r y−y、y、VyT〜 Fを決定し、rψ、ψ、ω
zからモーメントMzを決定する。The conventional control system, as shown in FIG.
The control amounts y and ψ and the speeds Vy and ω'z 'are calculated as follows.
It has a controller C that performs feedback. C is the block diagonal
Then r y-Y, y, VyT~ FAnd rψ, Ψ, ω
zFrom moment MzTo determine.
【数45】 [Equation 45]
【0074】C1、C2は、それぞれ積分要素をlつ有
する。C1,C2をつぎのように既約分解し、Each of C 1 and C 2 has one integral element. C 1 , C 2 are irreducibly decomposed as follows,
【数46】 [Equation 46]
【0075】U〜 1、V〜 1、U〜 2、V〜 2を決定す
る。抑制補償器F2は垂直舵δrが作動中にサイドスラ
スタTFy、TAyが作動しなくするための補償器で、
次のように設定する。The values of U - 1 , V - 1 , U - 2 , and V - 2 are determined. Side thrusters T Fy suppression compensator F 2 is a vertical rudder [delta] r during operation, with compensator for T Ay is not working,
Set as follows.
【数47】 [Equation 47]
【0076】平衡補償器F1は垂直舵を使用している時
にサイドスラスタによるモーメント制御を0にするため
のものであり、V〜 2+F1が極、零点とも安定になる
ように選ぶ。コントローラ内のKT −1は必要なモーメ
ントを生成するために各サイドスラスタの推力にどのよ
うに配分すればよいかを計算するための行列であり,K
R2 −1は必要なモーメントを生成するためにどれだけ
舵角をとればよいか計算するためのゲインである。[0076] Equilibrium compensator F 1 is for the moment control by the side thruster to 0 when using vertical rudders, V ~ 2 + F 1 is very, selected such that the both zero point stability. K T -1 in the controller is a matrix for calculating how to allocate the thrust of each side thruster to generate a necessary moment, and
R2 -1 is the gain for calculating how much should take the steering angle in order to generate the required moment.
【0077】垂直舵が作動中は抑制補償器(F2)が働
き、サイドスラスタのモーメント指令を打ち消す。垂直
舵で所定のモーメントを出していない場合は抑制補償器
10の出力信号と要求モーメントM〜がつり合わず、サ
イドスラスタによるモーメント発生動作を開始する。垂
直舵が飽和から戻った場合や故障が修復され、所定の出
力を再び出すようになった場合は抑制補償器(F2)と
M〜 zの信号がつり合い、サイドスラスタによるモーメ
ントは0に戻る。但し、コントローラCに積分特性があ
る場合は2つのアクチュエータの出力配分に関しては定
まらないので平衡補償器8より、垂直舵が作動中の場合
はサイドスラスタの出力が0となるようにする。During the operation of the vertical rudder, the suppression compensator (F 2 ) operates to cancel the momentary command of the side thruster. If the vertical rudder not emitting predetermined moment the output signal suppression compensator 10 requests moment M ~ is not balanced, it starts the moment generating operation by the side thruster. When the vertical rudder returns from saturation or when the fault is repaired and the predetermined output is output again, the suppression compensator (F 2 ) and the signals of M to z balance, and the moment by the side thruster returns to zero. . However, if the controller C has an integral characteristic, the output distribution of the two actuators is not determined, so the balance compensator 8 sets the output of the side thruster to 0 when the vertical rudder is operating.
【0078】以下,さらに詳細に数式を用いて説明す
る。Hereinafter, a more detailed description will be given using mathematical expressions.
【数48】 となる。ここで,U〜 1,V〜 1はC1の既約分解、U
〜 2,V〜 2は、C2の既約分解である。[Equation 48] Becomes Here, U ~ 1, V ~ 1 irreducible decomposition of C 1, U
~ 2, V ~ 2 is an irreducible decomposition of C 2.
【0079】Tyは、横力に関する制御であり、以降特
に考える必要がないのでM〜 zのみを考える。サイドス
ラスタ、垂直舵に対するモーメント指令u1、u2は次
のように与えられる。[0079] T y is a control on the lateral force, because there is no particular need to consider later think the only M ~ z. Moment commands u 1 and u 2 for the side thrusters and the vertical rudder are given as follows.
【数49】 但し、[Equation 49] However,
【数50】 とする。TFy、TAyが飽和領域に入っていないと
き、u1、u2は、[Equation 50] And When T Fy and T Ay are not in the saturation region, u 1 and u 2 are:
【数51】 の関係を満足するので、次のようになる。(Equation 51) Is satisfied, the following is obtained.
【0080】[0080]
【数52】 これより(Equation 52) Than this
【数53】 とすれば、(Equation 53) given that,
【数54】 となり、Mzからu1までの伝達関数はみかけ上0とな
る。但し、V〜 2+F1で極零相殺しているのでこのモ
ードが安定になるようにF1を選ぶ必要がある。(Equation 54) And the transfer function from Mz to u 1 is apparently 0. However, this mode it is necessary to select the F 1 so as to stabilize because it pole-zero cancellation in V ~ 2 + F 1.
【0081】u2が飽和領域に入った場合は、When u 2 enters the saturation region,
【数55】 となり、制御入力が不足する分を補う形でu2の制御入
力が決まることがわかる。即ち、飽和領域に入っていな
い場合は0となり、飽和領域に入ると動作が開始するこ
とがわかる。[Equation 55] It can be seen that the control input of u 2 is determined in a manner to compensate for the lack of the control input. That is, it is understood that the value is 0 when the pixel is not in the saturation region, and that the operation starts when the pixel is in the saturation region.
【0082】また、垂直舵に関する操作端が故障しu2
が0となった場合は、Further, the operation end relating to the vertical rudder is out of order and u 2
If becomes 0,
【数56】 となり、C1を単独で使用した場合に等しい。 実施例の数値例:図6の制御器はたとえばつぎのように
表現できる。[Equation 56] It becomes equal to the case of using the C 1 alone. Numerical Example of Embodiment: The controller in FIG. 6 can be expressed, for example, as follows.
【数57】 [Equation 57]
【0083】Kiy,Kpy,Kvy,Kiψ,
Kpψ,Kvψは、制御ゲインである。Anti−wi
ndup制御器は、CをV〜−1U〜と既約分解し、I
−V〜のマイナーループを作ればよいが、ここでは、飽
和領域でない場合のT〜 y、M〜 zからTy、Mzまで
の伝達関数もCとなるので、K iy , K py , K vy , K iψ ,
K pψ and K vψ are control gains. Anti-wi
ndup controller, and coprime factorization V ~-1 U ~ and the C, I
Although it make a -V ~ minor loop, where, T ~ y when not saturated region, T y from M ~ z, since also a C a transfer function of a M z,
【0084】[0084]
【数58】 と分解し、Anti−windup制御系を構成する。
γは正数である(設計パラメータ)。ただし、Ty、M
zは実際には測定できないのでTFy、TAyにKFを
乗じフィードバックすることとする。図7のU〜 1、V
〜 1、V〜 2を例えば以下のように選ぶ。[Equation 58] And construct an Anti-windup control system.
γ is a positive number (design parameter). Where T y , M
Since z cannot be actually measured, T Fy and T Ay are multiplied by K F and fed back. U - 1 and V in FIG.
To 1, choose the V ~ 2 for example as follows.
【数59】 F1、F2をつぎのように選ぶ。[Equation 59] F 1 and F 2 are selected as follows.
【数60】 [Equation 60]
【0085】γは5とした。前に示したシミュレーショ
ンで時間150secで垂直舵が0で動作不能になった
とする。この時、(2)の制御系ではヨー角の偏差が残
ったままになるが図7の制御系では偏差を0にすること
ができる。その応答をを図9〜13に示す。Γ was set to 5. It is assumed that the vertical rudder becomes 0 and becomes inoperable at the time 150 sec in the simulation shown earlier. At this time, in the control system of (2), the deviation of the yaw angle remains, but in the control system of FIG. 7, the deviation can be set to zero. The response is shown in FIGS.
【0086】参考文献: [1]S. Miyamoto and G. Vinnicombe: Robust Contro
l of Plants with Saturation Nonlinearrities based
on Coprime Factor Representations, Proc. ofIEEE CD
C, 2338/2040 (1996) [2]S. Miyamoto: Robust Control Design - A Coprim
e Factorization and LMI Approach, PhD thesis, Univ
ersity of Cambridge (1997)References: [1] S. Miyamoto and G. Vinnicombe: Robust Contro
l of Plants with Saturation Nonlinearrities based
on Coprime Factor Representations, Proc. of IEEE CD
C, 2338/2040 (1996) [2] S. Miyamoto: Robust Control Design-A Coprim
e Factorization and LMI Approach, PhD thesis, Univ
ersity of Cambridge (1997)
【0087】[0087]
【発明の効果】本発明による複数駆動系が内在する物理
的制御系は、アクチュエータの状態から故障を検知し、
故障の際の切り換えロジックをプログラミングしたり、
スイッチを設ける必要がなく、外見上は単一であるかの
ような数学・物理複合制御系により円滑な制御の移行が
実現し、高いバックアップ制御性能が得られている。According to the present invention, the physical control system including a plurality of drive systems detects a failure from the state of the actuator,
Program switching logic in case of failure,
There is no need to provide a switch, and smooth control transfer is realized by a mathematically / physical hybrid control system as if it were a single unit, and high backup control performance is obtained.
【図1】図1は、本発明による複数駆動系が内在する物
理的制御系の実施の形態を示す関数関係概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a functional relationship showing an embodiment of a physical control system having a plurality of drive systems according to the present invention.
【図2】図2は、実現されるステップ応答を示すグラフ
である。FIG. 2 is a graph showing a realized step response.
【図3】図3は、公知装置のステップ応答を示すグラフ
である。FIG. 3 is a graph showing a step response of a known device.
【図4】図4は、本発明による複数駆動系が内在する物
理的制御系の実施の他の形態を示す関数関係概念図であ
る。FIG. 4 is a functional relationship conceptual diagram showing another embodiment of the physical control system in which a plurality of drive systems are present according to the present invention.
【図5】図5は、本発明による複数駆動系が内在する物
理的制御系の実施の更に他の形態を示す関数関係概念図
である。FIG. 5 is a conceptual diagram of a functional relationship showing still another embodiment of the physical control system having a plurality of drive systems according to the present invention.
【図6】図6は、本発明による複数駆動系が内在する物
理的制御系の実施の更に他の形態を示す関数関係概念図
である。FIG. 6 is a conceptual diagram of a functional relationship showing still another embodiment of the physical control system including a plurality of drive systems according to the present invention.
【図7】図7は、公知装置を示す関数関係概念図であ
る。FIG. 7 is a conceptual diagram of a functional relationship showing a known device.
【図8】図8は、シミュレーション結果を示すグラフで
ある。FIG. 8 is a graph showing a simulation result.
【図9】図9は、他のシミュレーション結果を示すグラ
フである。FIG. 9 is a graph showing another simulation result.
【図10】図10は、更に他のシミュレーション結果を
示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing still another simulation result.
【図11】図11は、更に他のシミュレーション結果を
示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing still another simulation result.
【図12】図12は、更に他のシミュレーション結果を
示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing still another simulation result.
【図13】図13は、公知装置を示す関数関係概念図で
ある。FIG. 13 is a conceptual diagram of a functional relationship showing a known device.
2…数学的入力点 7…第1数学的制御系 8…第2数学的制御系 9…第1アクチュエータ 11…第2アクチュエータ 12…物理的入力点 U1、V1…第1既約分解表現 U2、V2…第2既約分解表現 C1,C2…伝達関数 F1,F2…作用関数 e…偏差 u1…第1アクチュエータの出力(添字〜がつく場合が
ある) u2…第2アクチュエータ(添字〜がつく場合がある)2 Mathematical input point 7 First mathematical control system 8 Second mathematical control system 9 First actuator 11 Second actuator 12 Physical input points U 1 , V 1 First irreducible decomposition expression U 2 , V 2 ... second irreducible decomposition expression C 1 , C 2 ... transfer function F 1 , F 2 ... action function e ... deviation u 1 ... output of the first actuator (subscript may be attached) u 2 ... Second actuator (subscript ~ may be attached)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G05B 9/02 G05B 9/02 D 11/36 507 11/36 507H G05D 3/00 G05D 3/00 Q 3/12 305 3/12 305Z Fターム(参考) 5H004 GA11 GA29 GB14 HA07 HB07 KA01 KA52 KA66 LA19 LB03 LB09 5H209 AA09 BB08 CC01 DD05 GG04 GG05 HH13 JJ07 SS01 SS05 SS07 5H303 AA11 BB01 BB06 BB14 CC10 DD20 EE03 EE07 FF03 KK01 KK18 MM05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) G05B 9/02 G05B 9/02 D 11/36 507 11/36 507H G05D 3/00 G05D 3/00 Q 3 / 12 305 3/12 305Z F-term (reference) 5H004 GA11 GA29 GB14 HA07 HB07 KA01 KA52 KA66 LA19 LB03 LB09 5H209 AA09 BB08 CC01 DD05 GG04 GG05 HH13 JJ07 SS01 SS05 SS07 5H303 AA11 BB01 BB06 BB03 CC10 DD03 KK03 BB03 CC10 DD01
Claims (9)
制御するための物理的制御系であり、 前記物理的制御系は、前記物理的制御系へ目標制御力を
入力するための数学的入力点と前記物理的制御対象へ制
御力を入力するための物理的入力点との間に介設される
数学・物理的複合制御系を備え、 前記数学・物理的複合制御系は、 第1アクチュエータと第2アクチュエータからなる複数
・物理的制御系と、 第1数学的制御系と第2数学的制御系からなる複数・数
学的制御系とを備え、 前記第1数学的制御系は、第1既約分解表現を形成する
組となるU〜 1、V〜 1を有し、 前記第2数学的制御系は、第2既約分解表現を形成する
組となるU〜 2、V〜 2を有し、 前記制御対象から出力される出力と前記数学的入力点へ
入力される入力とから規定される偏差をeで表し、前記
第1数学的制御系の伝達関数をC1で表し、前記第2数
学的制御系の伝達関数をC2で表し、前記第1アクチュ
エータの出力u 1を関数変換して前記第2数学的制御系
に入力する時のその作用関数をF2で表し、前記第2ア
クチュエータの出力値u2を関数変換して前記第2数学
的制御系に入力する時のその作用関数をF1で表し、出
力値u1,u2と偏差との関係は、下記行列関数式: 【数1】 で表され、前記変数、F1,F2,V〜 1,V〜 2が適
正に設定されて前記eからu2までの前記第2伝達関数
が零になるような解が必ず存在して、前記式は下記式: 【数2】 で表される複数駆動系が内在する物理的制御系。An output of a drive system for driving a physical control object is provided.
A physical control system for controlling, wherein the physical control system provides a target control force to the physical control system.
A mathematical input point for input and control over the physical control object.
Interposed between a physical input point for inputting power
A complex mathematical / physical control system, wherein the complex mathematical / physical control system comprises a first actuator and a second actuator
・ Physical control system, plural / number consisting of first mathematical control system and second mathematical control system
And the first mathematical control system forms a first irreducible decomposition expression.
U to be paired~ 1, V~ 1Wherein the second mathematical control system forms a second irreducible decomposition expression
U to be paired~ 2, V~ 2To the output output from the controlled object and the mathematical input point
The deviation specified from the input to be input is represented by e,
Let the transfer function of the first mathematical control system be C1And the second number
The transfer function of the chemical control system is C2And the first actuated
Eta output u 1To the second mathematical control system
The action function when input to2And the second
Output value u of the actuator2To the second mathematical
The action function when input to the dynamic control system is F1And out
Force value u1, U2The relationship between the deviation and the deviation is expressed by the following matrix function formula:And the variable, F1, F2, V~ 1, V~ 2Suitable
It is set to be positive and u2The second transfer function up to
There is always a solution such that is zero. (Equation 2)Physical control system with multiple drive systems represented by
チュエータに入力されることを特徴とする複数駆動系が
内在する物理的制御系。2. The method of claim 1, {U ~ 1 e + (1-V 1) u 1 + F 1 u 2} physical control multiple drive system, characterized in that input to the first actuator is inherent system.
V〜 2)U2、F2=−V2C2/C1として設定され
ることを特徴とする複数駆動系が内在する物理的制御
系。3. The method according to claim 2, further comprising: C 1 = (1 / V - 1 ) U 1 , C 2 = (1/1)
V ~ 2) U 2, F 2 = -V physical control system in which a plurality drive system inherent, characterized in that it is configured as a 2 C 2 / C 1.
制御するための物理的制御系であり、 前記物理的制御系は、前記物理的制御系へ目標制御力を
入力するための数学的入力点と前記物理的制御対象へ制
御力を入力するための物理的入力点との間に介設される
数学・物理的複合制御系を備え、 前記数学・物理的複合制御系は、 第1アクチュエータと第2アクチュエータと第3アクチ
ュエータからなる複数・物理的制御系と、 第1数学的制御系と第2数学的制御系と第3数学的制御
系からなる複数・数学的制御系とを備え、 前記第1数学的制御系は、第1既約分解表現を形成する
組となるU〜 1、V〜 1を有し、 前記第2数学的制御系は、第2既約分解表現を形成する
組となるU〜 2、V〜 2を有し、 前記第3数学的制御系は、第3既約分解表現を形成する
組となるU〜 3、V〜 3を有し、 前記制御対象から出力される出力と前記数学的入力点へ
入力される入力とから規定される偏差をeで表し、前記
第1数学的制御系の伝達関数をC1で表し、前記第2数
学的制御系の伝達関数をC2で表し、前記第3数学的制
御系の伝達関数をC3で表し、前記第1アクチュエータ
の出力u1を関数変換して前記第2,3数学的制御系に
入力する時のその作用関数をそれぞれにF21,F31
で表し、前記第2アクチュエータの出力値u2を関数変
換して前記第3数学的制御系に入力する時のその作用関
数をF32で表し、出力値u1,u2と偏差との関係
は、下記行列関数式: 【数3】 で表され、前記変数F21,F31,F32,V〜 1,
V〜 2,V〜 3が適正に設定されてrからu2,u3ま
での伝達関数が零になるような解が必ず存在して、前記
式は下記式: 【数4】 で表される複数駆動系が内在する物理的制御系。4. An output of a drive system for driving a physical control object.
A physical control system for controlling, wherein the physical control system provides a target control force to the physical control system.
A mathematical input point for input and control over the physical control object.
Interposed between a physical input point for inputting power
A complex mathematical / physical control system, wherein the complex mathematical / physical control system includes a first actuator, a second actuator, and a third actuator.
Multi-physical control system consisting of an estimator, first mathematical control system, second mathematical control system, and third mathematical control
A plurality of mathematical control systems, wherein the first mathematical control system forms a first irreducible decomposition expression
U to be paired~ 1, V~ 1Wherein the second mathematical control system forms a second irreducible decomposition expression
U to be paired~ 2, V~ 2And the third mathematical control system forms a third irreducible decomposition expression
U to be paired~ 3, V~ 3To the output output from the controlled object and the mathematical input point
The deviation specified from the input to be input is represented by e,
Let the transfer function of the first mathematical control system be C1And the second number
The transfer function of the chemical control system is C2And the third mathematical system
Let the transfer function of your system be C3The first actuator
Output u1Into the second and third mathematical control systems
The action function when inputting is F21, F31
And the output value u of the second actuator2Function
In other words, the function of inputting the data to the third mathematical control system
Number F32And the output value u1, U2And deviation
Is the following matrix function:And the variable F21, F31, F32, V~ 1,
V~ 2, V~ 3Is set properly and r to u2, U3Ma
There always exists a solution such that the transfer function at
The formula is as follows:Physical control system with multiple drive systems represented by
3,F21,F31,F32,V〜 1,V〜 2,V〜 3
は、前記関数の添字がサイクリックに、且つ、数学的帰
納的に増大され、前記作用関数の数列は、部分列{F
n1、F(n−1 )1、Fn(n−2)1、・・・、F
21}を含むことを特徴とする数駆動系が内在する物理
的制御系。5. The method according to claim 4, wherein the functions u 1 , u 2 , u 3 and the functions C 1 , C 2 , C 3
3, F 21, F 31, F 32, V ~ 1, V ~ 2, V ~ 3
Is that the subscript of the function is cyclically and mathematically recursively increased, and the sequence of the action function is
n1 , F (n-1 ) 1 , Fn (n-2) 1 ,..., F
21. A physical control system in which a number drive system is included, wherein
制御するための物理的制御系であり、 前記物理的制御系は、前記物理的制御系へ目標制御力を
入力するための数学的入力点と前記物理的制御対象へ制
御力を入力するための物理的入力点との間に介設される
数学・物理的複合制御系を備え、 前記数学・物理的複合制御系は、 複数の異種アクチュエータと、 第1数学的制御系と第2数学的制御系からなる複数・数
学的制御系とを備え、 前記異種アクチュエータは、第1アクチュエータと第2
アクチュエータとを備え、 前記第1数学的制御系は、第1既約分解表現の組を形成
するV〜 1を有し、 前記第2数学的制御系は、第2既約分解表現の組を形成
するV〜 2を有し、 前記第1アクチュエータの出力を関数変換して前記第2
数学的制御系に入力する時のその作用関数をF2で表
し、前記第2アクチュエータの出力を関数変換して前記
第1数学的制御系に入力する時のその作用関数をF1で
表し、前記物理的制御対象に対する要求モーメントをM
で表し、前記複数の異種アクチュエータに対するモーメ
ント指令をそれぞれにu1,u2で表せば、物理事象と
して下記式: 【数5】 が得られ、且つ、前記式が下記式: 【数6】 になるように前記変数F1,F2,V〜 1,V〜 2の間
の関係が設定されている複数駆動系が内在する物理的制
御系。6. A physical control system for controlling an output of a drive system for driving a physical control object, wherein the physical control system is a mathematical system for inputting a target control force to the physical control system. A complex mathematical / physical control system interposed between a physical input point and a physical input point for inputting a control force to the physical control target; And a plurality of mathematical control systems including a first mathematical control system and a second mathematical control system, wherein the heterogeneous actuator comprises a first actuator and a second mathematical control system.
An actuator, wherein the first mathematical control system has V - 1 forming a first irreducible decomposition expression set, and the second mathematical control system has a second irreducible decomposition expression set. V - 2 to be formed, and the function of the output of the first actuator is converted into a function of the second actuator.
Represents the action function when inputting mathematical control system in F 2, it represents the action function when converting function output of the second actuator is inputted to said first mathematical control system in F 1, The required moment for the physical control object is M
When the moment commands for the plurality of different types of actuators are respectively represented by u 1 and u 2 , the physical event is represented by the following equation: Is obtained, and the above equation is obtained by the following equation: The variables F 1, F 2, V ~ 1, physical control system in which a plurality drive system relationship is set between the V ~ 2 is inherent to become.
複数駆動系が内在する物理的制御系。7. The physical control system according to claim 6, wherein the relation setting is F 2 = −V 2 .
ことを特徴とする複数駆動系が内在する物理的制御系。8. The physical control system according to claim 7, wherein the different types of actuators are a side thruster and a rudder.
とする複数駆動系が内在する物理的制御系。9. The physical control system according to claim 8, wherein the physical control target is a vehicle in a fluid.
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