JP2002229605A - フィードバック制御装置 - Google Patents
フィードバック制御装置Info
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Abstract
偏差が生じず、不安定な制御対象に対しても安定な制御
系を構成できるむだ時間補償フィードバック制御装置を
提供する。 【解決手段】 入力あるいは出力にむだ時間が存在する
制御対象3に対して、制御出力を目標入力に追従させる
ようにしたフィードバック制御装置において、前記制御
出力と制御対象の無駄時間要素6の出力との差をオブザ
ーバの補償器8に入力し、このオブザーバの補償器8の
出力と制御入力を加算して前記制御対象の予測モデル5
に入力し、前記制御対象の予測モデル5の出力を、一方
では前記制御対象のむだ時間要素6に入力し、他方では
前記制御出力の予測値とするように前記オブザーバ10
を構成し、前記目標入力から制御出力の予測値を減じて
制御器2に入力し、前記制御器2の出力を前記制御入力
とする。
Description
が存在する制御対象に対してフィードバック制御を行う
制御装置に関する。
において入力あるいは出力にむだ時間が存在する。図4
は従来のフィードバック制御系のブロック線図である。
図4において、2は通常の制御器(例えばPID制御器な
ど)、3はむだ時間を含む制御対象である。このような
制御系では、むだ時間要素の位相が遅れるため、制御器
のゲインを上げられなく、十分な応答特性が得られな
い。ここで、むだ時間に対する補償制御が必要になって
くる。従来、むだ時間に対する補償のために図5のよう
なスミス補償器がよく用いられている。図5において、
5は制御対象の予測モデル、6はむだ時間要素である。
制御入力とフィードバック信号に注目すると、図5の制
御系を等価的に図2のように書き直すことができる。図
2により、フィードバック系の安定性はむだ時間がない
系と同様になり、制御器C(s)のゲインを上げられ、
制御出力yを目標入力rに精度よく追従することができ
る。
外乱除去特性を考察してみる。図6のように制御入力端
に外乱dが存在するとし、外乱dから制御出力yまでの
伝達関数は
をもつならば、ysd≠0となる。すなわち、前記スミス
法では、s=0の極をもつ制御対象に対して、定常偏差
が生じる。また、式(1)より、P(s)が不安定なら
ば、どのような小さな外乱があっても出力は発散してし
まう。この発明は、前記従来技術の有する問題点を解消
するため、s=0の極をもつ制御対象に対して、定常偏
差が生じず、不安定な制御対象に対しても安定な制御系
を構成できるむだ時間補償フィードバック制御装置を提
供することを目的とする。
めに、本発明は、入力あるいは出力にむだ時間が存在す
る制御対象に対して、制御出力を目標入力に追従させる
ようにしたフィードバック制御装置において、前記制御
出力と制御対象の無駄時間要素の出力との差をオブザー
バの補償器に入力し、このオブザーバの補償器の出力と
制御入力を加算して前記制御対象の予測モデルに入力
し、前記制御対象の予測モデルの出力を、一方では前記
制御対象のむだ時間要素に入力し、他方では前記制御出
力の予測値とするように前記オブザーバを構成し、前記
目標入力から前記制御出力の予測値を減じて制御器に入
力し、前記制御器の出力を前記制御入力とすることを特
徴とする。
明する。図1は本発明制御系の構成原理を示すブロック
線図である。図1において、2は制御器、3はむだ時間
を含む制御対象、5は制御対象の予測モデル、6はむだ
時間要素、8はオブザーバ10の補償器である。図1よ
り、制御入力uからフィードバック信号yfまでの伝達
関数は
のように書き直すことができる。図1により、フィード
バック系の安定性はむだ時間がない系と同様になり、制
御器C(s)のゲインを上げることができる。また、目
標入力rから制御出力yまでの伝達関数は
げることにより出力yを目標入力rに精度よく追従する
ことができる。外乱除去特性を考察するため、図3のよ
うに制御入力端に外乱dを入れる。図3より、外乱dか
ら制御出力yまでの伝達関数は
対象に対しても、定常偏差が生じない。また、式(6)
より、P(s)が不安定であっても、C(s)がP
(s)を、Co(s)がP(s)e-Lsを安定すれば、出
力は発散しない。なお、式(5)より、入出力特性はC
o(s)と関係しないので、P(s)e-Lsを安定するよ
うにCo(s)のゲインを低く設定することができる。
ムのオブザーバを構成し、制御出力の予測値をフィード
バック信号とすることにより、フィードバック制御部分
とオブザーバ部分に分離され、フィードバックループの
安定性はむだ時間がない系と同様となり、制御ゲインを
上げられるため、制御系の応答性能をアップすることが
できる。しかも、オブザーバが構成されているので、安
定な対象に限らず、外乱にも強い。
図
線図
線図
Claims (1)
- 【請求項1】 入力あるいは出力にむだ時間が存在する
制御対象に対して、制御出力を目標入力に追従させるよ
うにしたフィードバック制御装置において、前記制御出
力と制御対象の無駄時間要素の出力との差をオブザーバ
の補償器に入力し、このオブザーバの補償器の出力と制
御入力を加算して前記制御対象の予測モデルに入力し、
前記制御対象の予測モデルの出力を、一方では前記制御
対象のむだ時間要素に入力し、他方では前記制御出力の
予測値とするように前記オブザーバを構成し、前記目標
入力から前記制御出力の予測値を減じて制御器に入力
し、前記制御器の出力を前記制御入力とすることを特徴
とするフィードバック制御装置。
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- 2001-02-02 JP JP2001026766A patent/JP3804061B2/ja not_active Expired - Fee Related
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