JP2002189501A - Method for deciding control rule of automatic control system - Google Patents

Method for deciding control rule of automatic control system

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JP2002189501A
JP2002189501A JP2000386801A JP2000386801A JP2002189501A JP 2002189501 A JP2002189501 A JP 2002189501A JP 2000386801 A JP2000386801 A JP 2000386801A JP 2000386801 A JP2000386801 A JP 2000386801A JP 2002189501 A JP2002189501 A JP 2002189501A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the trade-off of robust stability and stability margin by preventing the deterioration of control performance due to the saturation of an actuator. SOLUTION: In method for searching a robust stabilization controller C whose robust stability margin is maximized with respect to an extension control object Pw=W1×P×W2 including an object to be controlled P which is given an object to be really controlled through a state equation and an output equation and a pre-compensator W1 and a post-compensator W2 for shaping open loop frequency characteristics, the PID gain of the robust stabilization controller C is expressed with the linear connection of the components of a right inverse graph, and an inequality whose upper limit or lower limit is at least designated is solved simultaneously with a linear matrix inequality minimizing the H∞ norm of the closed loop system so that it is possible to decide a control rule capable of realizing the well-balanced trade-off robust stability and stability margin.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば回転翼航
空機の安定増大装置などに備えられるアクチュエータの
制御器を設計するために好適に実施することができる自
動制御システムの制御則決定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for determining a control law of an automatic control system which can be suitably implemented to design a controller of an actuator provided in, for example, a device for increasing the stability of a rotary wing aircraft.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、油圧シリンダなどによって実
現されるアクチュエータの制御装置に対するPID(比
例・積分・微分)制御器の設計手法の1つとして、LM
Iループシェイピング法がある。これはPID制御器を
H∞制御理論の枠組みで、ロバスト安定性を持たせた設
計を可能にするものであり、また多入力系のPIDフィ
ードバック制御則を理論的に設計することができる手法
の一つとして有用な制御器設計手法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of the design methods of a PID (proportional / integral / derivative) controller for an actuator control device realized by a hydraulic cylinder or the like, LM
There is an I-loop shaping method. This makes it possible to design a PID controller with robust stability in the framework of H∞ control theory, and a method that can theoretically design a PID feedback control law for a multi-input system. This is a useful controller design technique.

【0003】上記設計手法によって得られるロバスト安
定性を持たせた制御器は、フィードバックゲインが大き
くなり、ストロークの小さなアクチュエータを用いた制
御装置に適用すると、アクチュエータの飽和を引き起こ
して、所望の制御性能が得られない場合がある。前記ス
トロークの小さなアクチュエータを用いた制御装置の例
として、航空機の安定増大装置(stability augmentati
on system;略称SAS)がある。
A controller having robust stability obtained by the above-described design method has a large feedback gain and, when applied to a control device using an actuator having a small stroke, causes saturation of the actuator, resulting in a desired control performance. May not be obtained. As an example of the control device using the small stroke actuator, a stability augmentati
on system; abbreviated SAS).

【0004】この安定増大装置は、たとえばヘリコプタ
などの回転翼航空機の操縦系統に、飛行高度および速度
の増大などに伴って、すべての飛行領域で安定性を得る
ために、機体の運動を感知して、舵面を制御する操舵シ
ステムの一つとして搭載されている。その制御対象は、
ブレードのピッチ角などを角変位駆動するための小スト
ロークのアクチュエータであり、機体に設けられるセン
サによって検出された機体の姿勢などを観測量として入
力し、この観測量が目標値に一致するように、操作量を
出力する。
[0004] This stability increasing device senses the motion of the airframe in a control system of a rotary wing aircraft such as a helicopter in order to obtain stability in all flight areas with an increase in flying altitude and speed. It is mounted as one of the steering systems for controlling the control surface. The controlled object is
This is a small-stroke actuator that drives the blade pitch angle and other angular displacements.The attitude of the aircraft detected by sensors provided on the aircraft is input as an observation amount, and the observation amount is adjusted to match the target value. , Output the manipulated variable.

【0005】このような安定増大装置では、アクチュエ
ータのストロークを小さく設定しておくことによって、
装置の故障時に、パイロットの操縦への影響を最小限に
止めることができる。また、飛行制御則の重要な評価指
標の一つである安定余裕は、一般にゲインを大きくする
と小さくなる傾向にあるため、ロバスト安定性とは相反
する要求となって、トレードオフが必要であるにも拘わ
らず、上記のLMIループシェイピング法を用いた設計
手法では、この安定余裕のトレードオフを実現する手段
を備えていないという問題がある。
In such a device for increasing stability, by setting the stroke of the actuator small,
In case of equipment failure, the effect on pilot control can be minimized. In addition, the stability margin, which is one of the important evaluation indices of the flight control law, generally tends to decrease as the gain is increased, so it is a demand that conflicts with robust stability and requires a trade-off. Nevertheless, the above-described design method using the LMI loop shaping method has a problem that means for realizing a trade-off of the stability margin is not provided.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アク
チュエータの飽和による制御性能の低下を防ぎ、ロバス
ト安定性および安定余裕のトレードオフを可能にする制
御装置の制御則決定方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for determining a control law of a control device which prevents a decrease in control performance due to actuator saturation and enables a trade-off between robust stability and stability margin. It is.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、状態方程式と出力方程式とによって与えられる制御
対象Pと、開ループ周波数特性を整形するための前置補
償器W1と後置補償器W2とを含む拡張制御対象Pw=
W1・P・W2に対して、ロバスト安定余裕が最大とな
るロバスト安定化制御器Cを求める方法に関し、前記ロ
バスト安定化制御器CのPIDゲインを右逆グラフの成
分の線形結合で表し、上限および下限のうち少なくとも
一方を指定した不等式を、閉ループ系のH∞ノルムを最
小化する線形行列不等式に連立させて解くことによっ
て、最適化された制御則を決定することを特徴とする自
動制御システムの制御則決定方法である。
According to the present invention, a control target P given by a state equation and an output equation, a pre-compensator W1 for shaping an open-loop frequency characteristic and a post-compensation are provided. Extended control target Pw =
A method for obtaining a robust stabilization controller C having a maximum robust stability margin with respect to W1, P, and W2, wherein a PID gain of the robust stabilization controller C is represented by a linear combination of components of a right inverse graph, And determining an optimized control law by solving an inequality specifying at least one of a lower limit and a lower limit simultaneously with a linear matrix inequality that minimizes the H∞ norm of the closed loop system. Is a method of determining the control law.

【0008】本発明に従えば、拡張制御対象Pwとロバ
スト安定化制御器Cからなる閉ループ系のH∞ノルムを
最小化する線形行列不等式と、CのPIDゲインを右逆
グラフの成分の線形結合で表してゲインの範囲を指定し
た不等式とを連立させて解くことにより、ゲインの範囲
を指定した不等式によって安定余裕が不足する原因とな
る過大なゲインを防いで、その範囲内でロバスト安定性
を最大化するゲインを決定し、アクチュエータの飽和な
どに起因する制御性能の劣化を防止することができる。
According to the present invention, a linear matrix inequality that minimizes the H∞ norm of a closed loop system composed of the extended control object Pw and the robust stabilization controller C, and a linear combination of the PID gain of C and the component of the right inverse graph By solving the inequality with the specified gain range as a simultaneous expression, it is possible to prevent the excessive gain that causes the stability margin to be insufficient due to the inequality with the specified gain range, and to achieve robust stability within that range. By determining the gain to be maximized, it is possible to prevent the control performance from deteriorating due to actuator saturation or the like.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態の
自動制御システムの制御則決定方法が適用されるヘリコ
プタの安定増大装置1の概略的構成を示すブロック図で
ある。本実施の形態では、本発明の制御則決定方法によ
って設計された制御器を備える自動制御システムの一例
として、制御対象であるヘリコプタGの操縦制御装置に
搭載される安定増大装置1について説明する。この安定
増大装置(SAS;stabilityaugmentation system)1
は、機体固有の安定性を増大させるための装置であっ
て、姿勢角および高度などを設定どおりに保持するオー
トパイロット(autopilot)と区別され、ヘリコプタG
に搭載されるレートジャイロによって、ピッチ、ロー
ル、ヨーの3軸まわりの角速度を検出し、この信号を、
補償回路2の比例ゲイン設定回路3を介して加算器4に
導出するとともに、微分器5および微分ゲイン設定回路
6を介して前記加算器4に導出する。ヘリコプタGには
また、慣性基準装置等によって実現される姿勢検出手段
が搭載され、この姿勢検出手段からの機体の姿勢角を示
す姿勢信号は角速度の積分値に相当し、前記補償回路2
の積分ゲイン設定回路7を介して前記加算器4に導出さ
れる。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a helicopter stability increasing device 1 to which a control law determining method of an automatic control system according to an embodiment of the present invention is applied. In the present embodiment, as an example of an automatic control system including a controller designed by the control law determination method of the present invention, a stability increasing device 1 mounted on a steering control device of a helicopter G to be controlled will be described. This stability augmentation system (SAS) 1
Is a device for increasing the stability inherent in the airframe, which is distinguished from an autopilot that maintains an attitude angle and an altitude as set, and a helicopter G.
The rate gyro mounted on the sensor detects the angular velocities around the three axes of pitch, roll, and yaw.
It is derived to the adder 4 via the proportional gain setting circuit 3 of the compensation circuit 2 and to the adder 4 via the differentiator 5 and the differential gain setting circuit 6. The helicopter G is also provided with attitude detecting means implemented by an inertial reference device or the like. The attitude signal indicating the attitude angle of the aircraft from the attitude detecting means corresponds to an integral value of the angular velocity.
Is output to the adder 4 via the integral gain setting circuit 7 of the above.

【0010】加算器4は、比例ゲイン設定回路3、微分
ゲイン設定回路6および積分ゲイン設定回路7からの各
出力の総和を求め、その値はウォッシュアウト回路8に
よって徐々に中立に静定させながら安定増大装置1のア
クチュエータの制御信号を出力して前記アクチュエータ
を作動させ、これによって外乱などによる応答に対して
自動的に操舵角を修正し、3軸まわりの揺動が抑制さ
れ、ヘリコプタGの動的安定性を改善するものである。
The adder 4 calculates the sum of the outputs from the proportional gain setting circuit 3, the differential gain setting circuit 6, and the integral gain setting circuit 7, and the value is gradually and neutrally settled by the washout circuit 8 while being neutralized. The control signal of the actuator of the stability increasing device 1 is output to operate the actuator, whereby the steering angle is automatically corrected in response to a disturbance or the like, the swing around three axes is suppressed, and the helicopter G It is to improve the dynamic stability.

【0011】LMIループシェイピング法に基づいたP
ID制御器の設計手順について説明する。まず、後述の
図2に示されるように、制御対象Pに開ループ周波数特
性を整形するための前置補償器W1および後置補償器W
2を付加した拡張制御対象Pw=W2・P・W1の左グ
ラフを、
P based on the LMI loop shaping method
The design procedure of the ID controller will be described. First, as shown in FIG. 2 to be described later, a pre-compensator W1 and a post-compensator W for shaping the open-loop frequency characteristic of the control target P.
The left graph of the extended control object Pw = W2 · P · W1 to which

【0012】[0012]

【数1】 (Equation 1)

【0013】とおく。ここで、G〜,M〜,N〜は動的
システムを示し、上記の式1は、動的システムG〜が次
式2,3の線形微分方程式で表されることを示す。
[0013] Here, G〜, M〜, and N〜 indicate a dynamic system, and the above equation 1 indicates that the dynamic system G〜 is expressed by the following linear differential equations (2) and (3).

【0014】[0014]

【数2】 (Equation 2)

【0015】前置補償器W1および後置補償器W2は、
H∞ループ整形法では任意の動的システムまたは静的シ
ステムの形をとることができるが、この方法では後述の
式17のように、形が決められる。上記と同様の表記を
用いて求める制御則C=NCC -1の右逆グラフを、
The pre-compensator W1 and the post-compensator W2 are
The H∞ loop shaping method can take the form of any dynamic or static system, but in this method the shape is determined as in equation 17 below. The right inverse graph of the control rule C = N C M C −1 obtained using the same notation as the above,

【0016】[0016]

【数3】 (Equation 3)

【0017】とおく。ここで、PID制御の場合は、P
IDゲインの調整によって極は変化しないことを考慮し
て、制御則Cの特性のうち極は予め与えられているもの
とする。このことは、上記の式3において、不定な要素
はCK2およびDK2の2つであることを意味する。また、
Cの正規化右逆グラフKNを用いてQを次のように定義
する。
[0017] Here, in the case of PID control, P
Taking into account that the pole does not change due to the adjustment of the ID gain, it is assumed that the pole among the characteristics of the control law C is given in advance. This means that in Equation 3 above, two indeterminate elements are C K2 and D K2 . Also,
Using the normalized right inverse graph K N of C, Q is defined as follows.

【0018】[0018]

【数4】 (Equation 4)

【0019】ここで、記号右肩の*は共役転置を表す。
正規化右逆グラフは次のように求める。
Here, * on the right shoulder of the symbol indicates conjugate transposition.
The normalized right inverse graph is obtained as follows.

【0020】[0020]

【数5】 (Equation 5)

【0021】ここで、Here,

【数6】 (Equation 6)

【0022】である。また、記号右肩のTは転置行列を
表す。Xは次のリッカチ(Riccati)方程式の対称正定
解である。
## EQU1 ## Further, T at the right shoulder of the symbol represents a transposed matrix. X is a symmetric positive definite solution of the following Riccati equation:

【0023】[0023]

【数7】 (Equation 7)

【0024】ここで、Here,

【数8】 である。(Equation 8) It is.

【0025】上記の式1、式4、式5の要素を用いて、
次の4つの行列を定義する。
Using the elements of the above equations 1, 4 and 5,
The following four matrices are defined.

【数9】 (Equation 9)

【0026】これらを用いると、次式16−1の線形行
列不等式で表された凸最適化問題と次式16−2の代数
式を交互に解いてQとKを求め、最適な制御則の要素C
K2 K2を求めることができる。
When these are used, the linear line of the following equation 16-1 is obtained.
Convex optimization problem expressed by column inequality and algebra of the following equation 16-2
Equations are solved alternately to find Q and K, and the optimal control law element C
K2D K2Can be requested.

【0027】[0027]

【数10】 Q=(GKN*for fixedKN …(16−2)(Equation 10) Q = (GK N ) * for fixed K N ... (16-2)

【0028】PID制御則の具体的な形は、次式17に
よって示される。
The specific form of the PID control law is expressed by the following equation (17).

【数11】 [Equation 11]

【0029】ここで、sはラプラス演算子、τは擬似微
分の時定数、KPは比例ゲイン、KIは積分ゲイン、KD
は微分ゲインを示す。前記擬似微分の時定数τは、充分
小さい値(|τ|≪1)を設定する。LMIループシェ
イピング法で設計することを考慮して、制御則を前置補
償器W1、上記の方法で設計する部分C、後置補償器W
2に分割する。
Here, s is a Laplace operator, τ is a time constant of pseudo differentiation, K P is a proportional gain, K I is an integral gain, and K D
Indicates a differential gain. The time constant τ of the pseudo differentiation is set to a sufficiently small value (| τ | ≪1). In consideration of designing by the LMI loop shaping method, the control law is pre-compensator W1, the part C designed by the above method, the post-compensator W
Divide into two.

【0030】[0030]

【数12】 (Equation 12)

【0031】ここでTWは、開ループの交差周波数を調
整するパラメータである。また、KP W,KIW,KDWはそ
れぞれKP,KI,KDをw1×w2で割ったものである。
Here, T W is a parameter for adjusting the open-loop crossover frequency. Moreover, those K P W, K IW, K DW where each K P, K I, and K D divided by w 1 × w 2.

【0032】図2は、制御器Cを実現する手順を示すブ
ロック図であり、図2(1)は設計時における閉ループ
の数学モデルの構成を示し、図2(2)は実装時におけ
る閉ループの数学モデルの構成を示す。上記の比例ゲイ
ンKP、積分ゲインKI、微分ゲインPDの範囲を決定す
るにあたって、上記の設計する部分Cは、次式で示され
る。
FIG. 2 is a block diagram showing a procedure for realizing the controller C. FIG. 2A shows the configuration of a closed-loop mathematical model at the time of design, and FIG. 2 shows the configuration of a mathematical model. In determining the ranges of the above-mentioned proportional gain K P , integral gain K I , and differential gain P D , the part C to be designed is expressed by the following equation.

【0033】[0033]

【数13】 (Equation 13)

【0034】ここで、設計する部分Cと式4との間に、
次式、
Here, between the part C to be designed and Equation 4,
The following formula,

【数14】 によって示される関係があることを利用すると、PID
制御器の右逆グラフの各要素は、次のように表すことが
できる。
[Equation 14] Utilizing that there is a relationship indicated by PID
Each element of the right inverse graph of the controller can be represented as follows.

【0035】[0035]

【数15】 (Equation 15)

【0036】式24、式26からPID制御器のパラメ
ータKP,KI,KDは、いずれも式27〜式29のとお
り、右逆グラフの成分の線形結合で表される。
From Equations 24 and 26, the parameters K P , K I , and K D of the PID controller are all expressed by linear combinations of the components of the right inverse graph as shown in Equations 27 to 29.

【0037】 KP=w1×{−τCK21}×w2 …(27) KI=w1×{CK22+CK2/τ+CK21}×w2 …(28) KD=w1×{τDK2+τ2K21}×w2 …(29)[0037] K P = w 1 × {-τC K21} × w 2 ... (27) K I = w 1 × {C K22 + C K2 / τ + C K21} × w 2 ... (28) K D = w 1 × { τD K2 + τ 2 C K21 } × w 2 … (29)

【0038】したがってそれぞれのゲインの上限値K
P(UPPER),KI(UPPER),KD(UPPER)と下限値
P(LOWER),KI(LOWER),KD(LOWER)が与えられたと
き、次の式30、式31、式32の3つの不等式を式1
6−1と連立させて解くことによって、PIDゲインは
指定した範囲内で最適化することができる。
Therefore, the upper limit value K of each gain
When P (UPPER) , KI (UPPER) , KD (UPPER) and the lower limit values KP (LOWER) , KI (LOWER) , KD (LOWER) are given, the following equations (30 ) , ( 31 ) are obtained. The three inequalities of Equation 32 are expressed by Equation 1
The PID gain can be optimized within a specified range by solving it simultaneously with 6-1.

【0039】[0039]

【数16】 (Equation 16)

【0040】なお、式30〜式32は、ゲインKP
I,KDの上限および下限を両方とも指定した形になっ
ているが、必要に応じて上限のみ、あるいは下限のみを
指定してもよい。また式30〜式32のうちの任意の1
本のみ、または2本の式を組合せて使用してもよい。
Equations (30) to (32) represent the gains K P ,
K I, although in the form specified both upper and lower limits of K D, may specify an upper limit only, or lower only when necessary. Any one of Expressions 30 to 32
Only books or a combination of two equations may be used.

【0041】図3は、安定増大装置1に備えられる制御
器Cの設計手順を説明するためのフローチャートであ
る。まず、ステップa1で、拡張された制御対象Pwの
開ループ周波数特定の概形が望ましい形になるように、
制御器Cの両側に接続される前置補償器W1および後置
補償器W2を決定する。具体的には、Pw=W2・P・W
1のボード線図等の周波数特性を表す線図を確認しなが
ら、スカラ量W1,W2,TWを調整する。次に、ステッ
プa2で、擬似微分の時定数τを決定し、式21〜式2
3、式25から制御則の固定要素AK,BK,CK1,DK1
を求める。
FIG. 3 shows the control provided in the stability increasing device 1.
6 is a flowchart for explaining a design procedure of the container C.
You. First, in step a1, the expanded control target Pw
So that the specific shape of the open loop frequency is the desired shape,
Pre-compensator W1 connected to both sides of controller C and post-compensator
Determine the compensator W2. Specifically, Pw= WTwo・ P ・ W
1Check the diagram representing the frequency characteristics, such as the Bode diagram of
Scalar amount W1, WTwo, TWTo adjust. Next,
In step a2, the time constant τ of the pseudo differentiation is determined,
3. From Equation 25, the fixed element A of the control lawK, BK, CK1, DK1
Ask for.

【0042】ステップa3で、PIDゲインの初期値を
決め、式24および式26から制御則の調整要素CK2
K2を求める。ステップa4で、式6〜式11から制御
則の正規化右逆グラフKNを求め、式16−2からQを
求める。次に、ステップa5で、式16−1と式30〜
式32とを連立させて、最適な調整要素CK2,DK2を求
める。ステップa6で、式16−1のγが収束すれば、
ステップa7で、式27〜式29からPIDゲインを求
める。また収束しない場合は前記ステップa4に戻り、
再び正規化右逆グラフKnおよびQを求め、前記ステッ
プa5で最適な調整要素CK2,DK2を求めるという操作
を収束するまで繰り返し、ステップa7でPIDゲイン
P,KI,KDを決定する。
In step a3, the initial value of the PID gain is determined, and the adjustment factors C K2 ,
Find D K2 . In step a4, a normalized right inverse graph K N of the control law is obtained from Expressions 6 to 11, and Q is obtained from Expression 16-2. Next, in Step a5, Expressions 16-1 and 30 to
The optimal adjustment factors C K2 and D K2 are obtained by simultaneously combining Expression 32. In step a6, if γ in Expression 16-1 converges,
In step a7, a PID gain is obtained from Expressions 27 to 29. If it does not converge, the process returns to step a4,
The operation of obtaining the normalized right inverse graphs Kn and Q again and repeating the operation of obtaining the optimum adjustment elements C K2 and D K2 in the step a5 until the convergence is reached, and determining the PID gains K P , K I and K D in the step a7. I do.

【0043】このようにしてLMIループシェイピング
法によるPID制御則設計法に、ゲインの範囲を指定す
る不等式を連立させて解くことによって、ゲインが過大
になることを防ぎ、アクチュエータの飽和による制御性
能の低下を防ぎ、ロバスト安定性と安定余裕とのトレー
ドオフを可能にすることができる。
By solving the inequalities for designating the gain range simultaneously with the PID control law design method based on the LMI loop shaping method in this manner, the gain is prevented from becoming excessive, and the control performance due to the saturation of the actuator is reduced. It is possible to prevent a drop and to make a trade-off between robust stability and stability margin.

【0044】特に、上記の実施の形態においては、航空
機の安定増大装置に補償回路のPIDゲインの範囲とし
て、ゲイン上限値KP(UPPER),KI(UPPER),KD(UPPER)
およびゲイン下限値KP(LOWER),KI(LOWER),K
D(LOWER)が設定された結果、フィードバック信号による
アクチュエータ操作入力の大きさが抑制されるので、図
4(1)に示されるように、外乱[inch]が入力されて
も、アクチュエータの作動量[inch]は,図4(2)の
実線で示されるように、飽和状態に達するのを回避で
き、ゲインの範囲が拘束されていない破線に比べて、過
剰な反応が抑制されている。また図4(3)に示される
ピッチレート[deg/sec]に対しても、ゲインを拘束し
ない破線に比べて、ゲインを拘束した実線が安定してお
り、さらに図4(4)に示されるピッチ姿勢角[deg]
に関しても同様に、ゲインを拘束しない破線に比べて、
ゲインを拘束した実線が安定することが、本件発明者に
よって確認されている。
In particular, in the above-described embodiment, the upper limit values K P (UPPER) , K I (UPPER) , and K D (UPPER) are set as the range of the PID gain of the compensation circuit in the aircraft stability increasing device.
And gain lower limit values K P (LOWER) , K I (LOWER) , K
As a result of the setting of D (LOWER) , the magnitude of the actuator operation input by the feedback signal is suppressed. Therefore, as shown in FIG. As shown by the solid line in FIG. 4 (2), [inch] can avoid reaching the saturated state, and suppresses an excessive reaction as compared with the broken line where the range of the gain is not restricted. Also, for the pitch rate [deg / sec] shown in FIG. 4 (3), the gain-constrained solid line is more stable than the dashed line where the gain is not constrained, and is further shown in FIG. 4 (4). Pitch attitude angle [deg]
Similarly, compared to the dashed line that does not constrain the gain,
It has been confirmed by the present inventor that the solid line with the gain restricted is stabilized.

【0045】上記の実施の形態では、回転翼航空機であ
るヘリコプタの安定増大装置を適用例とし、比例・積分
・微分のすべての要素を用いるPID制御による制御則
の決定方法について述べたけれども、本発明の実施の他
の形態では、上記の比例・積分・微分の3つの要素のう
ちのいずれか1つ、または任意の2つの組み合わせにつ
いても、上記と同様に、本発明に従う制御則決定方法を
適用することができる。
In the above embodiment, a method of determining a control law by PID control using all elements of proportional, integral, and differential is described as an application example of a helicopter stability increasing device as a rotary wing aircraft. In another embodiment of the present invention, the control law determination method according to the present invention is applied to any one of the three elements of the above-described proportional, integral, and derivative or a combination of any two of them. Can be applied.

【0046】[0046]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、ロバス
ト安定化制御器CのPIDゲインを右逆グラフの成分の
線形結合で表し、上限および下限のうち少なくとも一方
を指定した不等式を、閉ループ系のH∞ノルムを最小化
する線形行列不等式に連立させて解くことによって、ゲ
インの範囲を指定した不等式によって安定余裕が不足す
る過大なゲインを防いで、その範囲内でロバスト安定性
を最大化するゲインを決定し、アクチュエータの飽和な
どに起因する制御性能の劣化を防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, the PID gain of the robust stabilization controller C is represented by a linear combination of components of a right inverse graph, and an inequality specifying at least one of an upper limit and a lower limit is represented by: Simultaneously solving a linear matrix inequality that minimizes the H∞ norm of the closed-loop system prevents an excessive gain in which the stability margin is insufficient due to the inequality specifying the gain range, and maximizes the robust stability within that range. Thus, it is possible to prevent the deterioration of the control performance due to the saturation of the actuator or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態の安定増大システムの制
御則決定方法が適用されるヘリコプタの安定増大装置1
の概略的構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a helicopter stability increasing device 1 to which a method for determining a control law of a stability increasing system according to one embodiment of the present invention is applied
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the.

【図2】制御器Cを実現する手順を示すブロック図であ
り、図2(1)は設計時における制御器Cの構成を示
し、図2(2)は実装時における制御器Cの構成を示
す。
FIG. 2 is a block diagram showing a procedure for realizing the controller C. FIG. 2A shows a configuration of the controller C at the time of design, and FIG. 2B shows a configuration of the controller C at the time of mounting. Show.

【図3】安定増大装置1に備えられる制御器の設計手順
を説明するためのフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a design procedure of a controller provided in the stability increasing device 1;

【図4】アクチュエータに外乱が入力したときの制御対
象の応答を、ゲインを制限した場合と制限しない場合と
を示す図であり、図4(1)は制御対象に入力される外
乱信号を示し、図4(2)はアクチュエータの作動量を
示し、図4(3)は制御対象に設けられるレートジャイ
ロから出力されるピッチレート信号を示し、図4(4)
は制御対象に設けられるピッチ姿勢角検出器からのピッ
チ姿勢角信号を示す。
4A and 4B are diagrams illustrating a response of a control target when a disturbance is input to an actuator when a gain is limited and when the gain is not limited, and FIG. 4A illustrates a disturbance signal input to the control target; 4 (2) shows an operation amount of the actuator, and FIG. 4 (3) shows a pitch rate signal output from a rate gyro provided to the control object.
Indicates a pitch attitude angle signal from a pitch attitude angle detector provided in the control target.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 安定増大装置 2 補償回路 3 比例ゲイン設定回路 4 比較器 5 微分器 6 微分ゲイン設定回路 7 積分ゲイン設定回路 8 ウォッシュアウト回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stability increasing device 2 Compensation circuit 3 Proportional gain setting circuit 4 Comparator 5 Differentiator 6 Differential gain setting circuit 7 Integral gain setting circuit 8 Washout circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 状態方程式と出力方程式とによって与え
られる制御対象Pと、開ループ周波数特性を整形するた
めの前置補償器W1と後置補償器W2とを含む拡張制御
対象Pw=W1・P・W2に対して、ロバスト安定余裕
が最大となるロバスト安定化制御器Cを求める方法に関
し、 前記ロバスト安定化制御器CのPIDゲインを右逆グラ
フの成分の線形結合で表し、上限および下限のうち少な
くとも一方を指定した不等式を、閉ループ系のH∞ノル
ムを最小化する線形行列不等式に連立させて解くことに
よって、最適化された制御則を決定することを特徴とす
る自動制御システムの制御則決定方法。
1. An extended control object Pw = W1 · P including a control object P given by a state equation and an output equation, and a pre-compensator W1 and a post-compensator W2 for shaping an open-loop frequency characteristic. Regarding a method for obtaining a robust stabilization controller C having a maximum robust stability margin for W2, a PID gain of the robust stabilization controller C is represented by a linear combination of components of a right inverse graph, A control law for an automatic control system characterized in that an optimized control law is determined by simultaneously solving at least one of the specified inequalities with a linear matrix inequality that minimizes the H ム norm of a closed loop system. Decision method.
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