JP2001255905A - モデル最適化適応制御方法 - Google Patents
モデル最適化適応制御方法Info
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- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
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Abstract
長系とするためのハードウエアの増加を招くことなく、
いかなる状態変化が生じても制御対象を同定した制御他
対象状態下で、依然正常な機能を用いた際の最も制御目
的に応じた制御方法を提供する。 【解決手段】 制御対象状態を検出し、その検出した状
態を初期値として、自身の制御系を表現する内部モデル
を用いて、予め定めた評価基準を最適化する計算法によ
り制御対象を制御する制御則、制御ゲイン、指令信号値
をパラメータとするシュミレーションを順次行うことに
より、上記評価基準を最適化する上記制御則、制御ゲイ
ン、指令信号値を求めて制御対象を制御する。
Description
て、特に制御系に予測されていない故障や制御系特性の
変動が発生しても、制御系を安定させることができる適
応型の自動制御方法に関するものである。
誤操作に対応するためにフェイルセーフシステムが採用
されている。その従来のフェイルセーフシステムとし
て、例えばコントローラ、アクチュエータ、センサ等を
2重、3重、あるいはそれ以上設けた冗長系のものや、
制御系内に想定される故障等の制御対象モデルに対応す
る内部モデルを格納し、制御対象モデルを同定して、そ
れに対応する内部モデルにより制御則を再形成するよう
にしたものが知られている。
系では、コントローラ、アクチュエータ、センサ等を多
重に設けるため、ハードウエアが増加し、価格、重量、
容積がかさむことが懸念される。
ステムでは、同定した制御対象モデルに応じて予め用意
した内部モデルにより制御則を再形成するので、ハード
ウエアを増加させることはないが、従来は、内部モデル
の集合が有限であるために、同定された制御対象モデル
が、想定した内部モデルの集合の範疇を越えた場合に
は、制御則を再形成することが困難になることが懸念さ
れる。
の目的は、ハードウエアの増加を招くことなく、いかな
る状態変化が生じても同定した制御対象状態下で、依然
正常な機能を用いた際の最も制御目的に応じたモデル最
適化適応制御方法を提供することにある。
項1に記載のモデル最適化適応制御方法の発明は、制御
対象状態を検出し、その検出した制御対象状態を初期値
として、自身の制御系を表現する内部モデルを用いて、
予め定めた評価基準を最適化する計算法により制御対象
を制御する制御則、制御ゲイン、指令信号値をパラメー
タとするシュミレーションを順次行うことにより、上記
評価基準を最適化する上記制御則、制御ゲイン、指令信
号値を求めて制御対象を制御することを特徴とする。
制御する制御則、制御ゲイン、指令信号値は、自身の制
御系を表現する内部モデルを用い、検出された現在の制
御対象状態を初期値として予め定めた評価基準を最適化
する計算法によりシュミレーションして求められるの
で、ハードウエアの増加を招くことなく、いかなる状態
変化が生じても制御対象を同定した制御対象状態下で、
依然正常な機能を用いた際の最も制御目的に応じた制御
をすることが可能となる。
適応制御方法を宇宙機の姿勢制御を例に評価基準最適化
法を遺伝的アルゴリズム(GA:genetic algorithm )
とした形態について図1乃至図7により説明する。
の姿勢を制御するもので、図1は宇宙機の模式的な外観
斜視図、図2は本発明による姿勢制御装置の構成を示す
ブロック図、図3は図2の機体部分を回転運動方程式
で、コントローラ部分をひとつの式で示した図である。
図4は図3の3軸姿勢制御の内の1軸のみを簡素化して
取り出して詳細を示すブロック図、図5乃至図7は実験
結果を示すグラフである。
軸及びZ軸で表される三次元空間で回転運動するもの
で、機体1にはアクチュエータとして、各軸回りにそれ
ぞれ正負の回転モーメントを発生させるためのスラスタ
(図示せず)が合計6個取り付けられている。
ントローラ11によりアクチュエータ12を駆動して機
体1の状態を制御し、その機体1の状態量(姿勢、角速
度)をセンサ13で検出して、その検出信号をコントロ
ーラ11に供給してフィードバック制御すると共に、モ
デル同定器14に供給して制御系モデルを同定し、その
同定されたモデルに基づいて再形成器15により、予め
定めた評価基準を最適化するようにコントローラ11の
制御側、制御ゲイン、指令信号値を求めて、これを可変
コントローラ11に指令してコントローラ11の制御
側、制御ゲイン、指令信号値を制御することによりコン
トローラ11をオンラインで再構成して機体1を目標姿
勢及び目標角速度となるように制御する。
1からのX、Y、Zの各軸に関する回転モーメントベク
トル(L、M、N)による回転運動方程式に従って対応
するアクチュエータ(図示せず)を介して機体1の姿勢
を制御し、その機体1の各軸に関する姿勢角(φ、θ、
ψ)及び角速度(P、Q、R)を対応するセンサ(図示
せず)で検出してコントローラ11及びモデル同定器1
4に供給し、モデル同定器14により同定されたモデル
に基づいて再形成器15からコントローラ11に、予め
定めた評価基準を最適化するように目標姿勢ベクトル
(θr=0)、目標角速度ベクトル(ωr=0)及びフ
ィードバックゲインの実数値行列Fを供給することによ
りコントローラ11を再構成して、機体1の回転モーメ
ントベクトル(L、M、N)を制御する。
用いて、モデルの集合を限定することなくコントローラ
11をオンラインで再構成するもので、図4に示すよう
に、初期個体群発生回路21、コード化回路22、適合
度計算回路23、適合度定義メモリ24、選択回路2
5、交差回路26及び突然変異回路27を有している。
50個体)は、最初の1回だけコード化回路22を経て
適合度計算回路23へ供給させる。その各個体について
当該個体が表現する実数値行列Fを用いてモデル同定器
14で同定されたモデルによる制御シュミレーションを
行わせ、その制御シュミレーションの結果により、適合
度定義メモリ24に格納されている適合度定義(例え
ば、評価関数1/T、Tはシュミレーション空間におい
て機体モデルが評価基準‖θr−θ+‖+‖ωr−ω‖
≦δとなるまでの制御時間)を用いて適合度計算回路2
3で各個体をシミュレーションして評価し、その評価関
数値を最適化する個体を選択する。
及び突然変異回路27で遺伝的処理を行って世代交代を
重ねて進化させて、コントローラ11の制御則、制御ゲ
イン、指令信号値を望ましい解へ接近させる。
角速度ゲイン調整器32及び姿勢角ゲイン調整器33を
有しており、減算器31に供給される制御目標値に基づ
いてアクチュエータ12を駆動する。
調整器32によりゲインを調整して減算器31に供給
し、姿勢角センサ39の出力は姿勢角ゲイン調整器33
でゲインを調整して減算器31に供給する。角速度ゲイ
ン調整器32及び姿勢角ゲイン調整器33のそれぞれの
ゲインは、再形成器15の適合度計算回路23から出力
される対応する制御ゲインによって制御する。また、適
合度計算回路23から出力される指令信号値は減算器3
1に供給する。このようにして、減算器31において、
制御目標値から角速度ゲイン調整器32の出力、姿勢角
ゲイン調整器33の出力、及び適合度計算回路23から
の指令信号値を減算して、その減算出力によりアクチュ
エータ12を駆動する。
13を構成する角速度センサ38及び姿勢角センサ39
の出力を、スイッチ回路41を経てモデル同定器14に
供給し、また、再形成器15の適合度計算回路23から
出力される制御ゲイン、指令信号値をスイッチ回路42
を経てコントローラ11に供給する。スイッチ回路41
及び42は、所定の周期、例えば50ms周期でオンさ
せる。
度センサ38及び姿勢角センサ39の出力をサンプリン
グし、それらの出力に基づいて次のサンプリングまでの
間に再形成器15でGAにおける次世代の個体を生成す
るようにして、その世代の最良個体が表現するコントロ
ーラ(ここでは、図3に示す実数値行列F)により、次
世代が生成されるまでの間機体1を制御する。
グした角速度センサ38及び姿勢角センサ39の出力に
基づいて制御対象モデルを同定して、その同定されたモ
デルを用いて上述したように各個体毎に、当該個体が表
現する実数値行列Fを用いて制御シュミレーションを行
い、その制御シュミレーションの結果により、適合度計
算回路23において各個体を評価する。なお、モデルの
初期状態は、角速度センサ38及び姿勢角センサ39か
ら得られる機体1の状態量で設定する。
より、制御対象を望ましい状態へ収束させる。
結果を示すもので、図5及び図6は機体の姿勢及び角速
度の安定状態からの変位をそれぞれ表し、図7はGAに
おける各世代の評価値(1/T)の最大値(Max)及
び平均値(Ave)を示している。この実験結果は、+
X軸回りの回転モーメントを発生するスラスタが、t=
0.30sec に故障した場合のもので、図6及び図7か
ら、t=0.44secの後にコントローラ11はオンラ
インGAによって再構成され、その後は図5乃至図7が
示すように機体1は安定状態へ収束し、評価値も時間と
ともに上昇していることが分かる。
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変更可能である。例えば、本発明は宇宙機に限らず、航
空機等の飛行体の他各種自動制御系に広く適用すること
ができる。また、コントローラの再構成は、GAに限ら
ず、他の公知の最適化法、例えばニュートンラフソン法
やモンテカルロ法を用いることもできる。
制御する制御則、制御ゲイン、指令信号値を、自身の制
御系を表現する内部モデルを用い、検出された現在の制
御対象状態を初期値として予め定めた評価基準を最適化
する計算法によりシュミレーションして求めるので、ハ
ードウエアの増加を招くことなく、いかなる状態変化が
生じても同定した制御対象状態下で、依然正常な機能を
用いた際の最も制御目的に応じた制御することができ、
故障が起きた場合での耐故障性を高めることができる。
機の模式的外観斜視図である。
の構成を示すブロック図である。
機体部分を回転運動方程式、コントローラ部分をひとつ
の式の例で示した図である。
て取り出すと共に、再形成器の処理手順を示した図であ
る。
タイムヒストリである。
び平均値を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 制御対象状態を検出し、その検出した制
御対象状態を初期値として、自身の制御系を表現する内
部モデルを用いて、予め定めた評価基準を最適化する計
算法により制御対象を制御する制御則、制御ゲイン、指
令信号値をパラメータとするシュミレーションを順次行
うことにより、上記評価基準を最適化する上記制御則、
制御ゲイン、指令信号値を求めて制御対象を制御するこ
とを特徴とするモデル最適化適応制御方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000063508A JP2001255905A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | モデル最適化適応制御方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105404150A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-16 | 中国矿业大学 | 一种软测量下采用压电陶瓷片的柔性机械臂振动主动控制方法 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4003733B2 (ja) * | 2003-10-22 | 2007-11-07 | 株式会社日立製作所 | プラントシステム,制御装置及び制御方法 |
CN103019239A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-04-03 | 江苏大学 | 用于喷药移动机器人的轨迹跟踪滑模控制系统和控制方法 |
CN106586033B (zh) * | 2017-01-13 | 2019-01-18 | 北京航空航天大学 | 自适应分段的多段线性伪谱广义标控脱靶量再入制导方法 |
CN111409869A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-07-14 | 湖南云顶智能科技有限公司 | 可重复使用运载火箭一子级回收容错控制方法 |
CN111674573B (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-10 | 北京控制与电子技术研究所 | 基于比例导引的非平行引力场深空撞击控制方法及系统 |
CN115339653A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-15 | 上海卫星工程研究所 | 卫星慢旋姿态下停旋保测控时机预报方法及系统 |
CN115675942B (zh) * | 2022-11-07 | 2024-08-27 | 哈尔滨工业大学 | 考虑输入饱和及运动约束的跟踪控制方法、装置及介质 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09131087A (ja) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Yaskawa Electric Corp | サーボ系の制御ゲイン調整装置およびその調整方法 |
JPH10250888A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-09-22 | Yaskawa Electric Corp | 張力制御方法及び装置 |
JPH10307805A (ja) * | 1997-05-09 | 1998-11-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自律進化型システム |
JPH11507454A (ja) * | 1995-06-07 | 1999-06-29 | オーロラ フライト サイエンシズ コーポレーション | 解析上の冗長性を利用する故障許容自動制御システム |
-
2000
- 2000-03-08 JP JP2000063508A patent/JP2001255905A/ja active Pending
- 2000-09-07 US US09/656,734 patent/US6625586B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11507454A (ja) * | 1995-06-07 | 1999-06-29 | オーロラ フライト サイエンシズ コーポレーション | 解析上の冗長性を利用する故障許容自動制御システム |
JPH09131087A (ja) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Yaskawa Electric Corp | サーボ系の制御ゲイン調整装置およびその調整方法 |
JPH10250888A (ja) * | 1997-03-14 | 1998-09-22 | Yaskawa Electric Corp | 張力制御方法及び装置 |
JPH10307805A (ja) * | 1997-05-09 | 1998-11-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自律進化型システム |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105404150A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-16 | 中国矿业大学 | 一种软测量下采用压电陶瓷片的柔性机械臂振动主动控制方法 |
CN105404150B (zh) * | 2015-12-08 | 2017-12-01 | 中国矿业大学 | 一种软测量下采用压电陶瓷片的柔性机械臂振动主动控制方法 |
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US6625586B1 (en) | 2003-09-23 |
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