JP2002258905A - Control rule deciding method for automatic controller - Google Patents

Control rule deciding method for automatic controller

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JP2002258905A JP2001057227A JP2001057227A JP2002258905A JP 2002258905 A JP2002258905 A JP 2002258905A JP 2001057227 A JP2001057227 A JP 2001057227A JP 2001057227 A JP2001057227 A JP 2001057227A JP 2002258905 A JP2002258905 A JP 2002258905A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the control rule deciding method of an automatic controller capable of simultaneously realizing robust stability and desired response characteristics. SOLUTION: This device is provided with a controller 26 for controlling an object 28 to be controlled so that a follow-up error based on a difference between a norm output from a norm model 23 corresponding to a command value u and an observed output from the object 28 to be controlled can be reduced, and an object to be enlarged and an enlargement controller are formulated based on the object 28 to be controlled and the controller 26, and the parameter of the enlargement controller capable of maximizing a robust stable margin is decided for the object to be enlarged so that the control rule of the controller 26 can be decided. Thus, it is possible to simultaneously realize the robust stability and desired response characteristics, and to realize the control rule of the controller in a simple constitution with a few parameters.

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、航空機、船舶およ
びロボットなどを制御する自動制御装置のロバスト安定
性と希望応答特性とを同時に実現する制御則決定方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control rule determining method for simultaneously realizing robust stability and desired response characteristics of an automatic control device for controlling an aircraft, a ship, a robot, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来の技術であるロバスト安定
性と希望応答特性とを同時に実現する制御装置1の構成
を示すブロック図である。制御装置1は、フィードフォ
ワードコントローラ2、ロバストフィードバックコント
ローラ3および加算器4で構成される。フィードフォワ
ードコントローラ2は、制御対象5が指令値に対して観
測出力が望ましい応答となるように、指令値を加工して
加算器4に出力する。ロバストフィードバックコントロ
ーラ3は、制御対象5からの観測出力を入力して、系に
作用する外乱などを抑制し、系のロバスト安定化を達成
するような信号を出力する。加算器4は、フィードフォ
ワードコントローラ2によって加工された指令値と、ロ
バストフィードバックコントローラ3からの信号が有す
る値とを加算した操作量を制御対象5に入力する。H∞
制御理論を用いてロバストフィードバックコントローラ
3を設計し、応答特性を確認しながらフィードフォワー
ドコントローラ2を調整して別個に設計される。このよ
うにして、ロバスト安定性と希望応答特性とを同時に実
現することができる。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a control device 1 according to the prior art for realizing both robust stability and desired response characteristics. The control device 1 includes a feedforward controller 2, a robust feedback controller 3, and an adder 4. The feedforward controller 2 processes the command value and outputs the command value to the adder 4 so that the control target 5 has a desirable response to the command value. The robust feedback controller 3 receives an observation output from the control target 5 and outputs a signal that suppresses disturbance acting on the system and achieves robust stabilization of the system. The adder 4 inputs to the control target 5 an operation amount obtained by adding the command value processed by the feedforward controller 2 and the value of the signal from the robust feedback controller 3. H∞
The robust feedback controller 3 is designed using the control theory, and the feed forward controller 2 is adjusted while confirming the response characteristics, and is separately designed. In this way, robust stability and desired response characteristics can be simultaneously realized.

【0003】図9は、特開平5−147589号公報に
開示されるロバスト飛行制御装置11の構成を示すブロ
ック図である。ロバスト飛行制御装置11は、第1定数
ゲイン器12、第2定数ゲイン器13、状態推定器14
および加算器15で構成される。定数ゲイン器12,1
3は、制御対象16の状態フィードバックによる閉ルー
プ系の伝達特性が、希望応答特性となる伝達関数に一致
するように「ExactModel Matching法」によって設計さ
れる。第1定数ゲイン器12は、指令値を加工して加算
器15に出力する。状態推定器14はH∞制御理論を用
いて設計され、制御対象16に入力される操作量と制御
対象16の観測出力とに基づいて、制御対象16の状態
と制御対象16に加わる外乱とを同時に推定して、第2
定数ゲイン器13に出力する。加算器15は、第1定数
ゲイン器12から出力される信号が有する値と第2定数
ゲイン器13から出力される信号が有する値とを加算し
て、制御対象16および状態推定器14に出力する。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a robust flight control device 11 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-147589. The robust flight control device 11 includes a first constant gain unit 12, a second constant gain unit 13, a state estimator 14,
And an adder 15. Constant gain unit 12, 1
3 is designed by the “ExactModel Matching method” so that the transfer characteristic of the closed loop system by the state feedback of the controlled object 16 matches the transfer function that becomes the desired response characteristic. The first constant gain unit 12 processes the command value and outputs it to the adder 15. The state estimator 14 is designed using H∞ control theory, and determines the state of the controlled object 16 and the disturbance applied to the controlled object 16 based on the operation amount input to the controlled object 16 and the observation output of the controlled object 16. Simultaneously estimate the second
Output to the constant gain unit 13. The adder 15 adds the value of the signal output from the first constant gain unit 12 and the value of the signal output from the second constant gain unit 13 and outputs the result to the control target 16 and the state estimator 14. I do.

【0004】このようにして、状態推定器14が状態フ
ィードバックと等価の信号を第2定数ゲイン器13に出
力して希望応答特性を実現するとともに、外乱を相殺し
てロバスト安定性を高めることができる。
In this way, the state estimator 14 outputs a signal equivalent to the state feedback to the second constant gain unit 13 to realize a desired response characteristic, and cancels disturbance to improve robust stability. it can.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述の制御装置1にお
けるロバストフィードバックコントローラ3は、H∞制
御理論で設計されるので制御則が非常に複雑であり、フ
ィードフォワードコントローラ2は、制御対象5および
ロバストフィードバックコントローラ3の双方を考慮し
て設計しなければならないので、制御則がさらに複雑と
なる。また上述のロバスト飛行制御装置11における状
態推定器14も、H∞制御理論で設計されるので、制御
則が非常に複雑である。
The robust feedback controller 3 in the control device 1 described above is designed based on the H∞ control theory, so that the control law is very complicated, and the feedforward controller 2 includes the control target 5 and the robust Since the design must be made in consideration of both of the feedback controller 3, the control law is further complicated. Also, the state estimator 14 in the above-described robust flight control device 11 is designed based on the H∞ control theory, so that the control law is very complicated.

【0006】このように従来の技術において、ロバスト
安定性と希望応答特性とを同時に実現しようとする場
合、制御則が複雑になり、これによって制御器を制御装
置に実装する場合には、高度な計算機能力が必要とされ
るだけでなく、制御則のパラメータと制御性能との対応
付けが難しく、設計の最終工程におけるパラメータの微
調整が困難になる。
As described above, in the prior art, when the robust stability and the desired response characteristic are to be realized at the same time, the control law becomes complicated. Therefore, when the controller is mounted on the control device, a high degree of control is required. Not only is computational capability required, but also it is difficult to associate control law parameters with control performance, making it difficult to fine-tune parameters in the final process of design.

【0007】また制御対象の特性が制御対象の運用条件
によって変化する場合、このような従来の技術ではH∞
制御器のロバスト安定性によって特性変動に対するある
程度の安定性は保証されるが、複数の特性に対しては明
確に性能を規定する設計が難しく、ノミナル点以外での
制御性能については設計後の解析に頼るしかなく、設計
の試行錯誤の回数が増加する要因となっていた。
In the case where the characteristics of the controlled object change depending on the operating conditions of the controlled object, such a conventional technique requires H∞.
Although the controller's robust stability guarantees a certain degree of stability against characteristic fluctuations, it is difficult to design the performance clearly for multiple characteristics, and post-design analysis of control performance at points other than the nominal point. And increase the number of trial and error of the design.

【0008】したがって本発明の目的は、単純な制御則
を用いて、複数の特性に対してもロバスト安定性と希望
応答特性とを同時に実現することができる自動制御装置
の制御則決定方法を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for determining a control law of an automatic control device which can simultaneously realize robust stability and desired response characteristics for a plurality of characteristics using a simple control law. It is to be.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、ロバスト安定性と希望応答特性とを同時に実現する
制御器の制御則を求める方法に関し、前記制御器は、制
御対象Pの指令値に対する希望応答特性が規定される規
範モデルから出力される規範応答と、制御対象Pから実
際に出力される応答との差に基づく追従誤差を小さくす
るように制御対象Pを制御する制御器Cwとし、制御対
象Pに基づいて拡大制御対象Pwを定式化するととも
に、制御器Cwに基づいて拡大制御器Cを定式化して、
拡大制御対象Pwに対してロバスト安定余裕が最大とな
る拡大制御器Cのパラメータを決定して制御器Cwの制
御則を求めることを特徴とする自動制御装置の制御則決
定方法である。
The present invention according to claim 1 relates to a method for obtaining a control law of a controller which simultaneously realizes a robust stability and a desired response characteristic. A controller Cw that controls the control target P so as to reduce a tracking error based on a difference between a reference response output from a reference model defining a desired response characteristic with respect to the value and a response actually output from the control target P. Formulation of the expansion control target Pw based on the control target P, and formulation of the expansion controller C based on the controller Cw,
This is a control law determination method for an automatic control device, characterized in that a parameter of the expansion controller C that maximizes a robust stability margin with respect to the expansion control target Pw is determined to obtain a control law of the controller Cw.

【0010】本発明に従えば、指令値に対して規範モデ
ルから出力される規範応答と制御対象Pから実際に出力
される応答との差に基づく追従誤差を小さくするように
制御対象Pを制御するような制御器Cwを設け、制御対
象Pに基づいて拡大制御対象Pwを定式化するととも
に、制御器Cwに基づいて拡大制御器Cを定式化して、
拡大制御対象Pwに対してロバスト安定余裕が最大とな
る拡大制御器Cのパラメータを決定して制御器Cwの制
御則を求める。これによって、指令値と制御器Cwから
の出力との追従誤差に対する伝達特性がロバスト安定余
裕に関連づけられて、ロバスト安定余裕を大きくするこ
とによって前記伝達特性を小さくすることができるの
で、ロバスト安定性の向上と希望応答特性とを同時に実
現することができるとともに、制御器Cwの制御則をパ
ラメータの少ない簡単な構成にすることができる。
According to the present invention, the control target P is controlled so as to reduce a tracking error based on the difference between the reference response output from the reference model and the response actually output from the control target P with respect to the command value. Is provided, and the enlarged control object Pw is formulated based on the control object P, and the enlarged controller C is formulated based on the controller Cw,
The parameter of the expansion controller C that maximizes the robust stability margin with respect to the expansion control target Pw is determined, and the control law of the controller Cw is obtained. Accordingly, the transfer characteristic with respect to the tracking error between the command value and the output from the controller Cw is related to the robust stability margin, and the transfer characteristic can be reduced by increasing the robust stability margin. And the desired response characteristics can be realized at the same time, and the control law of the controller Cw can be simplified with a small number of parameters.

【0011】請求項2記載の本発明は、ロバスト安定性
と希望応答特性とを同時に実現する制御器の制御則を求
める方法に関し、前記制御器は、複数の特性を有する制
御対象Pの指令値に対する希望応答特性が規定される規
範モデルから出力される規範応答と、制御対象Pから実
際に出力される応答との差に基づく追従誤差を小さくす
るように制御対象Pを制御する共通制御器Cwとし、制
御対象Pに基づいて複数の拡大制御対象Pwを定式化す
るとともに、共通制御器Cwに基づいて拡大共通制御器
Cを定式化して、拡大制御対象Pwに対してロバスト安
定余裕が最大となる拡大共通制御器Cのパラメータを決
定して共通制御器Cwの制御則を求めることを特徴とす
る自動制御装置の制御則決定方法である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for obtaining a control law of a controller which simultaneously realizes a robust stability and a desired response characteristic, wherein the controller has a command value of a control target P having a plurality of characteristics. A common controller Cw that controls the control target P so as to reduce a tracking error based on a difference between a reference response output from a reference model in which a desired response characteristic is specified and a response actually output from the control target P Formulating a plurality of extended control objects Pw based on the control object P, and formulating the extended common controller C based on the common controller Cw, so that the robust stability margin for the enlarged control object Pw is maximized. This is a control law determination method for an automatic control device, characterized in that parameters of an extended common controller C are determined to obtain a control law of the common controller Cw.

【0012】本発明に従えば、指令値に対して規範モデ
ルから出力される規範応答と制御対象Pから実際に出力
される応答との差に基づく追従誤差を小さくするように
制御対象Pを制御するような共通制御器Cwを設け、複
数の特性を有する制御対象Pに基づいて複数の拡大制御
対象Pwを定式化するとともに、共通制御器Cwに基づ
いて拡大共通制御器Cを定式化して、拡大制御対象Pw
に対してロバスト安定余裕が最大となる拡大共通制御器
Cのパラメータを決定して共通制御器Cwの制御則を求
める。これによって、指令値と共通制御器Cwからの出
力との追従誤差に対する伝達特性がロバスト安定余裕に
関連づけられて、ロバスト安定余裕を大きくすることに
よって前記伝達特性を小さくすることができるので、ロ
バスト安定性の向上と希望応答特性とを同時に実現する
ことができるとともに、共通制御器Cwの制御則をパラ
メータの少ない簡単な構成にすることができる。
According to the present invention, the control target P is controlled so as to reduce a tracking error based on the difference between the reference response output from the reference model and the response actually output from the control target P with respect to the command value. A common controller Cw is provided, and a plurality of extended control objects Pw are formulated based on a control object P having a plurality of characteristics, and an extended common controller C is formulated based on the common controller Cw, Expansion control target Pw
, The parameter of the expanded common controller C that maximizes the robust stability margin is determined, and the control rule of the common controller Cw is obtained. As a result, the transfer characteristic with respect to the tracking error between the command value and the output from the common controller Cw is related to the robust stability margin, and the transfer characteristic can be reduced by increasing the robust stability margin. It is possible to simultaneously improve the performance and the desired response characteristics, and to make the control law of the common controller Cw a simple configuration with few parameters.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】線形行列不等式(linear matrix
inequality;略称:LMI)ループシェイピング法に基
づいたロバスト制御器の設計手順について説明する。理
解を容易にするために、制御対象および制御装置の制御
則などの伝達特性を表す記号を、前記制御対象および制
御則などに付して用いる。先ず拡大制御対象Pwを次式
1で表す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Linear matrix inequalities
inequality; abbreviated name: LMI) A design procedure of a robust controller based on a loop shaping method will be described. In order to facilitate understanding, a symbol representing a transfer characteristic such as a control law of the control target and the control device is used by attaching to the control target and the control law. First, the enlargement control target Pw is represented by the following equation 1.

【0014】[0014]

【数1】 (Equation 1)

【0015】拡大制御対象Pwの左グラフをThe left graph of the enlargement control object Pw

【数2】 とおく。ここでG〜,M〜,N〜は、動的システムを示
し、式2は動的システムG〜が次の式3、式4の線形微
分方程式で表されることを示す。
(Equation 2) far. Here, G〜, M〜, and N〜 indicate a dynamic system, and Equation 2 indicates that the dynamic system G〜 is expressed by the following linear differential equations of Equations 3 and 4.

【0016】[0016]

【数3】 (Equation 3)

【0017】同様の表記を用いて、拡大制御則Cは次式
5で表される。
Using the same notation, the enlargement control rule C is expressed by the following equation (5).

【数4】 (Equation 4)

【0018】拡大制御則Cの右逆グラフKを、The right inverse graph K of the expansion control law C is

【数5】 とおく。ここで拡大制御則Cの右逆グラフKの要素A
K ,BK は、予め与えられているとする。式6の拡大制
御則Cの右逆グラフKにおいて不定な要素はCK1
K2,DK1,DK2の4つである。また、拡大制御則Cの
正規化右逆グラフKN を用いてQを次式7のように定義
する。
(Equation 5) far. Here, element A of right inverse graph K of enlargement control law C
K, B K is a given in advance. The indefinite elements in the right inverse graph K of the expansion control law C of Equation 6 are C K1 ,
C K2 , D K1 , and D K2 . Further, Q is defined as in the following Expression 7 using the normalized right inverse graph K N of the expansion control law C.

【0019】[0019]

【数6】 ここで記号右肩の*は、共役転置を表す。拡大制御則C
の正規化右逆グラフK Nは、次式8のように求める。
(Equation 6)Here, * on the right shoulder of the symbol indicates conjugate transposition. Expansion control law C
Right inverse graph K NIs obtained as in the following Expression 8.

【0020】[0020]

【数7】 (Equation 7)

【0021】ここで、Here,

【数8】 である。また、記号右肩のTは行列の転置を表す。式1
0におけるXは次式11のリッカチ(Riccati)方程式
の対称正定解である。
(Equation 8) It is. T at the right shoulder of the symbol indicates transposition of the matrix. Equation 1
X at 0 is a symmetric positive definite solution of the Riccati equation of the following equation (11).

【0022】[0022]

【数9】 (Equation 9)

【0023】ここで、式11におけるRはWhere R in equation 11 is

【数10】 である。(Equation 10) It is.

【0024】上記の式2、式6、式7の要素を用いて、
次の式13〜式16の行列AGK,B GK,CGK,DGKを定
義する。
Using the elements of Equations 2, 6, and 7 above,
Matrix A of the following Expressions 13 to 16GK, B GK, CGK, DGKSet
Justify.

【0025】[0025]

【数11】 [Equation 11]

【0026】行列AGK,BGK,CGK,DGKを用いると、
次式17の線形行列不等式で表された凸最適化問題と、
次式18の代数式とを交互に解いてQおよびKを求め、
最適な拡大制御則Cの右逆グラフKの不定要素CK1,C
K2,DK1,DK2を求めることができる。
Using the matrices A GK , B GK , C GK , and D GK ,
A convex optimization problem expressed by a linear matrix inequality of the following equation 17;
Q and K are obtained by solving the algebraic expression of the following expression 18 alternately,
Indefinite elements C K1 , C of right inverse graph K of optimal expansion control law C
K2, it is possible to obtain the D K1, D K2.

【0027】[0027]

【数12】 (Equation 12)

【0028】式17でγを最小化することは、設計した
拡大制御則Cを含む閉ループのロバスト安定余裕bPwC
を最大化することに等価なことが知られており、以上に
説明したLMIループシェイピング法によってロバスト
安定性を最適化する拡大制御則Cの右逆グラフKの不定
要素CK1,CK2,DK1,DK2を求めることができる。ロ
バスト安定余裕bPwC は次式19で定義される。
Minimizing γ in equation (17) is equivalent to a closed loop robust stability margin b PwC including the designed expansion control law C.
Is known to be maximized, and the indefinite elements C K1 , C K2 , D of the right inverse graph K of the extended control law C that optimizes robust stability by the LMI loop shaping method described above. K1 and DK2 can be obtained. The robust stability margin b PwC is defined by the following equation (19).

【0029】[0029]

【数13】 (Equation 13)

【0030】実際に用いる拡大制御則Cは、予め与えら
れている要素AK ,BK および上記の方法によって求め
た拡大制御則Cの右逆グラフKの要素CK1,CK2
K1,D K2を用いて、次式20で求めることができる。
The enlargement control law C actually used is given in advance.
Element AK , BK And determined by the above method
Element C of right inverse graph K of expanded control law CK1, CK2,
DK1, D K2And can be obtained by the following equation (20).

【0031】[0031]

【数14】 [Equation 14]

【0032】図1は、上述のLMIループシェイピング
法による拡大制御則Cのパラメータの決定手順を示すフ
ローチャートである。ステップs0で前記手順が開始さ
れて、ステップs1に進む。ステップs1では、拡大制
御対象Pwおよび拡大制御則Cの初期値を準備し、ステ
ップs2に進む。ステップs2では、拡大制御対象Pw
の左グラフG〜および拡大制御則Cの右逆グラフKを求
め、ステップs3に進む。ステップs3では、式8〜式
12から拡大制御則Cの正規化右逆グラフKNを求め、
式7からQを求め、ステップs4に進む。
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure for determining parameters of the expansion control law C by the above-described LMI loop shaping method. The procedure is started in step s0, and proceeds to step s1. In step s1, initial values of the enlargement control target Pw and the enlargement control rule C are prepared, and the process proceeds to step s2. In step s2, the enlargement control target Pw
And the right inverse graph K of the enlargement control law C is obtained, and the process proceeds to step s3. In step s3, a normalized right inverse graph K N of the enlargement control law C is obtained from Expressions 8 to 12, and
Q is obtained from Expression 7, and the process proceeds to Step s4.

【0033】ステップs4では、Qを固定して、式13
〜式16を用いて式17を解いて、最適なKの不定要素
K1,CK2,DK1,DK2およびγを求め、ステップs5
に進む。ステップs5では、Kを固定して、式8〜式1
2、式20を用いて式18を解いてQを求め、ステップ
s6に進む。ステップs6では、γが収束したか否かを
判断し、γが収束したと判断されるとステップs7に進
み、γが収束していないと判断されるとステップs4に
戻る。ステップs7では、γが収束したときに得られた
Kの要素を用いて、式20から拡大制御則Cの要素を求
め、ステップs8に進み、全ての手順を終了する。
In step s4, Q is fixed, and
Equation 17 is solved using Equations (16) to (16) to determine optimal indefinite elements C K1 , C K2 , D K1 , D K2, and γ of K, and obtains step s5
Proceed to. In step s5, K is fixed, and equations 8 to 1 are set.
2. Q is obtained by solving Expression 18 using Expression 20, and the process proceeds to Step s6. In step s6, it is determined whether or not γ has converged. If it is determined that γ has converged, the process proceeds to step s7. If it is determined that γ has not converged, the process returns to step s4. In step s7, an element of the expansion control law C is obtained from Expression 20 using the element of K obtained when γ has converged, the process proceeds to step s8, and all procedures are ended.

【0034】上述のLMIループシェイピング法は、複
数の制御対象、および複数の特性を有する制御対象に対
する共通制御則の設計にも有効である。たとえば第1拡
大制御対象Pw1および第2拡大制御対象Pw2に対す
る拡大共通制御則Cを設計する場合について説明する。
この2つの拡大制御対象Pw1,Pw2の左グラフを、
式2と同様にそれぞれ
The above-described LMI loop shaping method is also effective for designing a common control law for a plurality of controlled objects and a controlled object having a plurality of characteristics. For example, a case will be described in which an enlarged common control rule C for the first enlarged controlled object Pw1 and the second enlarged controlled object Pw2 is designed.
The left graph of these two enlarged control objects Pw1 and Pw2 is
As in Equation 2,

【数15】 とおく。この2つの拡大制御対象Pw1,Pw2に対す
る拡大共通制御則CおよびCの右逆グラフKは、これま
での説明と同様に式5および式6で表される。また各拡
大制御対象Pw1,Pw2の左グラフG1〜 ,G2〜 お
よび拡大共通制御則Cの正規化右逆グラフKN を用い
て、Q1 ,Q2 を式7と同様に次の式23、式24のよ
うに定義する。
(Equation 15) far. The right inverse graph K of the enlarged common control rules C and C for the two enlarged controlled objects Pw1 and Pw2 is expressed by Expressions 5 and 6 in the same manner as described above. Also, using the left graphs G 1 to G 2の of the enlarged control objects Pw 1 and Pw 2 and the normalized right inverse graph K N of the enlarged common control law C, Q 1 and Q 2 are calculated by 23 and Equation 24.

【0035】[0035]

【数16】 (Equation 16)

【0036】式6および式21〜式24の要素を用い
て、次の式25〜式32の行列AG1K,BG1K ,C
G1K ,DG1K ,AG2K ,BG2K ,CG2K ,DG2K を定義
する。
Using the elements of Equation 6 and Equations 21 to 24, the matrices A G1K , B G1K , C of the following Equations 25 to 32 are used.
G1K, D G1K, A G2K, B G2K, C G2K, defines a D G2K.

【0037】[0037]

【数17】 [Equation 17]

【0038】行列AG1K ,BG1K ,CG1K ,DG1K ,A
G2K ,BG2K ,CG2K ,DG2K を用いると、次式33の
線形行列不等式で表された凸最適化問題と次式34の代
数式とを交互に解いて、Q1 ,Q2 ,Kを求め、最適な
共通拡大制御則Cの不定要素CK1,CK2,DK1,DK2
求めることができる。
Matrices A G1K , B G1K , C G1K , D G1K , A
G2K, B G2K, C G2K, the use of D G2K, by solving the algebraic expression of the formula 33 of LMI convex optimization problems and the following equation 34 is represented by alternately to Q 1, Q 2, K Thus, the optimum indefinite elements C K1 , C K2 , D K1 , and D K2 of the common expansion control law C can be obtained.

【0039】[0039]

【数18】 (Equation 18)

【0040】上述の共通制御則を求める方法は、制御対
象が2つの場合であったが、制御対象が3つ以上の場合
でも全く同様にして共通制御則を求めることができる。
上述のように、LMIループシェイピング法を用いるこ
とによって、ロバスト安定性を最適化する制御則を得る
ことができるが、このままでは制御則設計のもう一つの
目的である希望応答特性が実現できない。
Although the above-described method for obtaining the common control rule is for the case where there are two control targets, the common control rule can be obtained in exactly the same manner when there are three or more control targets.
As described above, by using the LMI loop shaping method, a control law for optimizing robust stability can be obtained, but the desired response characteristic, which is another object of control law design, cannot be realized as it is.

【0041】そこでLMIループシェイピング法を用い
て、ロバスト安定性を最適化するとともに、希望応答特
性を実現する制御則を求める方法について説明する。
A method for optimizing robust stability and obtaining a control law for realizing desired response characteristics by using the LMI loop shaping method will be described.

【0042】図2は、本発明の制御則決定方法が適用さ
れる制御装置21の構成を示すブロック図である。制御
装置21は、入力手段22、規範モデル23、減算器2
4、調整ゲイン器25、コントローラ26および加算器
27で構成され、制御対象28を制御する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control device 21 to which the control law determining method of the present invention is applied. The control device 21 includes an input unit 22, a reference model 23, a subtractor 2
4. It comprises an adjustment gain unit 25, a controller 26 and an adder 27, and controls a control target 28.

【0043】入力手段22は、制御装置21の操作者に
よって操作されて指令値uを有する信号を出力する。規
範モデル23は、ある指令値uに対する制御対象28の
望ましい観測出力である規範出力を出力する信号処理器
である。たとえば航空機において、入力手段22は操縦
装置であり、指令値uは操縦士の操縦装置への入力であ
り、指令値uはコントローラ出力vと加算されて制御対
象28に入力されるとともに、規範モデル23にも入力
される。規範モデル23から出力される規範出力は、た
とえば航空機において、機体のセンサによって計測され
た姿勢角変化および姿勢角などの指令値に対する望まし
い値である。
The input means 22 is operated by an operator of the control device 21 to output a signal having a command value u. The reference model 23 is a signal processor that outputs a reference output that is a desired observation output of the control target 28 for a certain command value u. For example, in an aircraft, the input means 22 is a pilot device, the command value u is an input to the pilot device of the pilot, the command value u is added to the controller output v and input to the control object 28, and the reference model 23 is also input. The reference output output from the reference model 23 is a desirable value for a command value such as an attitude angle change and an attitude angle measured by a sensor of an airframe in an aircraft, for example.

【0044】減算器24は、規範モデル23から出力さ
れる規範出力と制御対象28から出力される観測出力と
の差を出力する演算器である。調整ゲイン器25は、望
ましい応答特性の実現の度合いを調整するためのゲイン
で、減算器24から出力される規範出力と観測出力との
差に所定の定数を乗算した追従誤差eを出力する。コン
トローラ26は、本発明の制御則決定方法が適用される
制御器であって、調整ゲイン器25から出力される追従
誤差eに基づいて、制御装置21をロバスト安定化する
とともに、観測出力を規範出力に一致させる指令値であ
るコントローラ出力vを有する修正信号を出力する。加
算器27は、指令値uとコントローラ出力vとを加算し
て制御対象28に出力する演算器である。
The subtractor 24 is a computing unit that outputs a difference between the reference output output from the reference model 23 and the observation output output from the control object 28. The adjustment gain unit 25 is a gain for adjusting the degree of realization of a desired response characteristic, and outputs a tracking error e obtained by multiplying a difference between the reference output output from the subtractor 24 and the observation output by a predetermined constant. The controller 26 is a controller to which the control law determination method of the present invention is applied. The controller 26 robustly stabilizes the control device 21 based on the tracking error e output from the adjustment gain unit 25, and sets the observation output as a standard. A correction signal having a controller output v which is a command value to be matched with the output is output. The adder 27 is an arithmetic unit that adds the command value u and the controller output v and outputs the result to the control target 28.

【0045】指令値uおよびコントローラ出力vから追
従誤差eへの閉ループ伝達特性は、制御対象28の伝達
特性をP、規範モデル23の伝達特性をH、調整ゲイン
器25の値をWとおくと、次式35で表される。
The closed loop transfer characteristics from the command value u and the controller output v to the following error e are as follows: P is the transfer characteristic of the controlled object 28, H is the transfer characteristic of the reference model 23, and W is the value of the adjustment gain unit 25. , 35.

【0046】[0046]

【数19】 [Equation 19]

【0047】またコントローラ26の伝達特性をCwと
おくと、次式36が成立する。
If the transfer characteristic of the controller 26 is Cw, the following equation 36 is established.

【数20】 (Equation 20)

【0048】式35、式36の右辺をそれぞれThe right sides of Equations 35 and 36 are respectively

【数21】 とおくと、指令値uおよびコントローラ出力vから追従
誤差eへの閉ループ伝達特性は、次式39で表される。
(Equation 21) In other words, the closed loop transfer characteristic from the command value u and the controller output v to the following error e is expressed by the following equation 39.

【0049】[0049]

【数22】 (Equation 22)

【0050】式39で表される伝達特性(I−PwC)
-1Pwを小さくすることは、追従誤差eを小さくするこ
とである。すなわち伝達特性(I−PwC)-1Pwを小
さくすることによって、規範モデル23で表される応答
特性を実現することができる。また式39で表される伝
達特性(I−PwC)-1Pwは、式19の右辺の右上の
要素に含まれるので、式19のロバスト安定余裕bPwC
を最大化することによって、式19の右辺のH∞ノルム
は小さくなるので、式39の伝達特性(I−PwC)-1
Pwを小さくすることができる。すなわち制御対象28
の伝達特性Pと設計するコントローラ26の伝達特性C
wとを用いて、拡大制御対象の伝達特性Pwおよび拡大
コントローラの伝達特性Cを式37、式38のように定
義することによって、LMIループシェイピング法を適
用してロバスト安定性を最適化するとともに、望ましい
応答特性を実現するコントローラ26を求めることがで
きる。
The transfer characteristic (I-PwC) expressed by equation 39
Reducing -1 Pw is to reduce the tracking error e. That is, the response characteristic represented by the reference model 23 can be realized by reducing the transfer characteristic (I-PwC) -1 Pw. Further, since the transfer characteristic (I-PwC) -1 Pw expressed by Expression 39 is included in the upper right element on the right side of Expression 19, the robust stability margin b PwC of Expression 19
Is maximized, the H∞ norm on the right-hand side of Equation 19 becomes smaller, so that the transfer characteristic (I-PwC) -1 of Equation 39 is obtained.
Pw can be reduced. That is, the control target 28
Transfer characteristic P of the controller 26 to be designed
By defining the transfer characteristic Pw of the enlargement control object and the transfer characteristic C of the enlargement controller as Expressions 37 and 38 using w, the robust stability is optimized by applying the LMI loop shaping method. The controller 26 that achieves the desired response characteristics can be determined.

【0051】図3は、本発明の制御則決定方法が適用さ
れる制御装置31の構成を示すブロック図である。制御
装置31は、入力手段32、規範モデル33、減算器3
4、調整ゲイン器35およびコントローラ36で構成さ
れ、制御対象37を制御する。入力手段32、規範モデ
ル33、減算器34、調整ゲイン器35およびコントロ
ーラ36は、前述の制御装置21における入力手段2
2、規範モデル23、減算器24、調整ゲイン器25お
よびコントローラ26とそれぞれ同様である。制御装置
31において、入力手段32から出力される指令値u
は、規範モデル33にだけ入力され、制御対象37に
は、コントローラ36からのコントローラ出力vだけが
入力される。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control device 31 to which the control law determining method of the present invention is applied. The control device 31 includes an input unit 32, a reference model 33, a subtractor 3
4. It is composed of an adjustment gain unit 35 and a controller 36, and controls a control target 37. The input unit 32, the reference model 33, the subtractor 34, the adjustment gain unit 35, and the controller 36 are the input unit 2 in the control device 21 described above.
2, the same as the reference model 23, the subtractor 24, the adjustment gain unit 25, and the controller 26, respectively. In control device 31, command value u output from input means 32
Is input only to the reference model 33, and only the controller output v from the controller 36 is input to the control target 37.

【0052】指令値uおよびコントローラ出力vから追
従誤差eへの閉ループ伝達特性は、制御対象37の伝達
特性をP、規範モデル33の伝達特性をH、調整ゲイン
器35の値をWとおくと、次式40で表される。
The closed loop transfer characteristics from the command value u and the controller output v to the following error e are as follows: P is the transfer characteristic of the controlled object 37, H is the transfer characteristic of the reference model 33, and W is the value of the adjustment gain unit 35. , Expressed by the following equation (40).

【0053】[0053]

【数23】 コントローラ36の伝達特性をCwとおくと、式36が
成立する。
(Equation 23) Assuming that the transfer characteristic of the controller 36 is Cw, Expression 36 is established.

【0054】式40の右辺をThe right side of Equation 40 is

【数24】 とおき、式36の右辺を式38とおくと、制御対象37
の伝達特性Pと設計するコントローラ36の伝達特性C
wとを用いて、拡大制御対象の伝達特性Pwおよび拡大
コントローラの伝達特性Cをそれぞれ式41、式38の
ように定義することによって、LMIループシェイピン
グ法を適用して、ロバスト安定性を最適化するととも
に、望ましい応答特性を実現するコントローラ36を求
めることができる。
(Equation 24) If the right side of Expression 36 is expressed by Expression 38, the controlled object 37
Characteristics P of the controller 36 to be designed
By defining the transfer characteristic Pw of the enlargement control object and the transfer characteristic C of the enlargement controller using Expression w and Expression 41 and Expression 38, respectively, the LMI loop shaping method is applied to optimize the robust stability. In addition, it is possible to find a controller 36 that achieves a desired response characteristic.

【0055】上述の制御装置21,31において、式3
7、式41の拡大制御対象Pwに含まれる調整ゲイン器
25,35の値Wを大きくすると、コントローラ26,
36に入力される追従誤差eが増幅され、このように設
計されたコントローラ26,36は、追従性能を重視し
たコントローラになるが、ロバスト安定性は劣化する。
また調整ゲイン器25,35の値Wを小さくすると、追
従性能は劣化するが、ロバスト安定性を重視したコント
ローラになる。
In the control devices 21 and 31 described above, the expression 3
7. When the value W of the adjustment gain devices 25 and 35 included in the enlargement control target Pw of Expression 41 is increased, the controller 26,
The tracking error e input to 36 is amplified, and the controllers 26 and 36 designed in this way are controllers that place importance on tracking performance, but the robust stability is degraded.
Further, when the value W of the adjustment gain units 25 and 35 is reduced, the tracking performance is degraded, but the controller is focused on robust stability.

【0056】上述の制御装置21,31において、複数
の制御対象に対して共通制御則を設計する場合は、各制
御対象について拡大制御対象の伝達特性Pwを、式37
または式40で定義して、LMIループシェイピング法
を用いてコントローラを求めることができる。
When a common control law is designed for a plurality of control objects in the above-described control devices 21 and 31, the transfer characteristic Pw of the enlarged control object for each control object is calculated by the following equation (37).
Alternatively, the controller can be determined using the LMI loop shaping method, as defined in Equation 40.

【0057】図4は、本発明の制御則決定方法が適用さ
れるコントローラを含む飛行制御装置41の構成を示す
ブロック図である。飛行制御装置41の制御目的は、小
形航空機の高速設計点(高度3048m(10000f
t)、音速に対する飛行速度の比であるマッハM=0.
9)および低速設計点(高度6096m(20000f
t)、マッハM=0.45)の双方で機体Paを安定化
し、かつロール操縦に対するロールレート応答およびヨ
ー操縦に対する横滑り角応答を規範応答に追従させるこ
とである。またロール操縦に対する横滑り角応答および
ヨー操縦に対するロールレート応答は、できるかぎり抑
えるものとする。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a flight control device 41 including a controller to which the control law determination method of the present invention is applied. The control purpose of the flight control device 41 is a high-speed design point (altitude 3048 m (10000 f
t), the ratio of flight speed to sound speed, Mach M = 0.
9) and a low speed design point (altitude 6096m (20,000f)
t) and Mach M = 0.45) to stabilize the body Pa, and make the roll rate response to the roll operation and the skid angle response to the yaw operation follow the reference response. Also, the sideslip angle response to roll maneuver and the roll rate response to yaw maneuver shall be minimized.

【0058】飛行制御装置41は、入力手段42、第1
規範モデルHroll、第2規範モデルHyaw 、第1フィル
タLp 、第2フィルタLβ 、ウォッシュアウトフィル
タLr、第1〜第5調整ゲイン器W1 ,W2 ,W3 ,W4
,W5 、ロール軸コントローラCp 、ヨー軸コントロ
ーラCβ 、エルロンサーボコントローラCδa、ヨーレ
ートコントローラCr 、ラダーサーボコントローラC
δr、第1減算器43、第2減算器44、第1加算器4
5および第2加算器46で構成される。入力手段42
は、飛行制御装置41の操作者である操縦士によって操
作されて指令値を有する信号を出力する。
The flight control device 41 includes an input means 42, a first
Reference model H roll , second reference model H yaw , first filter L p , second filter L β , washout filter L r , first to fifth adjustment gain units W 1 , W 2 , W 3 , W 4.
, W 5, the roll axis controller C p, yaw controller C beta, aileron servo controller C .delta.a, yaw rate controller C r, rudder servo controller C
δr , first subtractor 43, second subtractor 44, first adder 4
5 and a second adder 46. Input means 42
Is operated by a pilot who is an operator of the flight control device 41 to output a signal having a command value.

【0059】第1規範モデルHrollは、操縦士によって
入力手段42が操作されて、入力手段42から出力され
るロール操縦up に対する、機体Paの望ましいロール
レート応答であるロールレート規範応答を出力する。第
1規範モデルHrollの伝達特性は、次式42で定義す
る。
[0059] The first reference model H roll, the input unit 42 is operated by the pilot, for the role maneuver u p which is output from the input unit 42, the roll rate nominal response is desirable roll rate response of the airframe Pa Output I do. The transfer characteristic of the first reference model H roll is defined by the following equation 42.

【0060】[0060]

【数25】 ここでsはラプラス演算子を示す。(Equation 25) Here, s indicates a Laplace operator.

【0061】第1減算器43は、第1規範モデルHroll
から出力されるロールレート規範応答と、機体Paに取
付けられたセンサから出力されるロールレート信号pの
有する値との差であるロールレート追従誤差ep を算出
して第1フィルタLp に出力する。第1フィルタLp
は、閉ループ系の位相特性を改善する。第1調整ゲイン
器W1 は、第1フィルタLp を通過したロールレート追
従誤差ep に定数W1 を乗算してロール軸コントローラ
p に出力する。
The first subtractor 43 has a first reference model H roll
Of the roll rate reference error e p , which is the difference between the roll rate reference response output from the controller and the value of the roll rate signal p output from the sensor attached to the body Pa, and outputs the result to the first filter L p I do. First filter L p
Improves the phase characteristics of the closed loop system. The first adjustment gain unit W 1 multiplies the roll rate following error e p passed through the first filter L p by a constant W 1 and outputs the result to the roll axis controller C p .

【0062】第2規範モデルHyaw は、操縦士によって
入力手段42が操作されて、入力手段42から出力され
るヨー操縦uβ に対する、機体Paの望ましい横滑り
角応答である横滑り角規範応答を出力する。第2規範モ
デルHyaw の伝達特性は、次式43で定義する。
The second reference model H yaw outputs a side slip angle reference response, which is a desired side slip angle response of the body Pa, to the yaw maneuver u β output from the input means 42 when the input means 42 is operated by the pilot. I do. Transfer characteristic of the second reference model H yaw is defined by the following equation 43.

【0063】[0063]

【数26】 (Equation 26)

【0064】第2減算器44は、第2規範モデルHyaw
から出力される横滑り角規範応答と、機体Paに取付け
られたセンサから出力される横滑り信号βの有する値と
の差である横滑り角追従誤差eβ を算出して第2フィ
ルタLβ に出力する。第2フィルタLβ は、閉ループ
系の位相特性を改善する。第2調整ゲイン器W2 は、第
2フィルタLβ を通過した横滑り角追従誤差eβ に定
数W2 を乗算してヨー軸コントローラCβ に出力す
る。
The second subtractor 44 generates a second reference model H yaw
Outputs the sideslip angle standard response outputted, the second filter L beta to calculate the sideslip angle tracking error e beta which is the difference between the value included in the side slip signal beta output from the sensor attached to the machine body Pa from . The second filter L beta, to improve the phase characteristic of the closed loop system. The second adjustment gain unit W 2 multiplies the side slip angle tracking error e β passed through the second filter L β by a constant W 2 and outputs the result to the yaw axis controller C β .

【0065】ウォッシュアウトフィルタLr は、機体P
aに取付けられたセンサから出力されるヨーレート信号
rの定常成分を除去する。第3調整ゲイン器W3 は、ウ
ォッシュアウトフィルタLr を通過した機体Paに取付
けられたセンサから出力されるヨーレート信号rに、定
数W3 を乗算してヨーレートコントローラCr に出力す
る。
The washout filter Lr is connected to the body P
The stationary component of the yaw rate signal r output from the sensor attached to a is removed. Third adjustment gain device W 3 being a yaw rate signal r output from the sensor attached to the airframe Pa passing through the washout filter L r, and outputs the yaw rate controller C r is multiplied by a constant W 3.

【0066】第4調整ゲイン器W4 は、機体Paに取付
けられたセンサから出力されるエルロン舵面の変位を検
知した信号δa に、定数W4 を乗算してエルロンサーボ
コントローラCδaに出力する。第5調整ゲイン器W5
は、機体Paに取付けられたセンサから出力されるラダ
ー舵面の変位を検知した信号δr に、定数W5 を乗算し
てラダーサーボコントローラCδrに出力する。
The fourth adjustment gain device W 4 multiplies a signal δ a for detecting displacement of the aileron control surface output from a sensor attached to the body Pa by a constant W 4 and outputs the result to the aileron servo controller C δa . I do. Fifth adjustment gain unit W 5
Is the signal [delta] r of the displacement detected in the ladder control surface which is output from the sensor attached to the body Pa, and outputs the ladder servo controller C [delta] r is multiplied by a constant W 5.

【0067】第1加算器45は、ロール軸コントローラ
p からの出力と、エルロンサーボコントローラCδa
からの出力とを加算したエルロン作動指令値δacを機体
Paに出力する。第2加算器46は、ヨー軸コントロー
ラCβ からの出力と、ヨーレートコントローラCr
らの出力と、ラダーサーボコントローラCδrからの出
力とを加算したラダー作動指令値δrcを機体Paに出力
する。エルロン作動指令値δacは、エルロン舵面を作動
させるアクチュエータに対する作動指令値であり、ラダ
ー作動指令値δrcは、ラダー舵面を作動させるアクチュ
エータに対する作動指令値である。
The first adder 45 outputs the output from the roll axis controller C p and the aileron servo controller C δa
And outputs the aileron operation command value δac to the body Pa. The second adder 46 outputs the output from the yaw axis controller C beta, the output from the yaw rate controller C r, the rudder servo controller C ladder operation command value [delta] rc of an output obtained by adding from δr to the fuselage Pa. The aileron operation command value δ ac is an operation command value for an actuator that operates the aileron control surface, and the rudder operation command value δ rc is an operation command value for an actuator that operates the rudder control surface.

【0068】機体Paは、各作動指令値δac,δrcに基
づいて作動した各舵面の動きに応じて運動し、機体Pa
に取付けられたセンサは、その運動を検知する。
The body Pa moves according to the movement of each control surface operated based on the operation command values δ ac and δ rc , and the body Pa
A sensor attached to the sensor detects the movement.

【0069】位相特性を改善する第1フィルタLp 、第
2フィルタLβ およびウォッシュアウトフィルタLr
は、次の式44〜式46のように定める。
The first filter L p , the second filter L β and the washout filter L r for improving the phase characteristics
Is determined as in the following Expressions 44 to 46.

【0070】[0070]

【数27】 [Equation 27]

【0071】飛行制御装置41における拡大制御対象P
wおよび拡大コントローラCは、それぞれ次の式47、
式48のようになる。
Enlarged control object P in flight control device 41
w and the expansion controller C are given by
Equation 48 is obtained.

【0072】[0072]

【数28】 [Equation 28]

【0073】式47において、右辺の下側に示される
W,H,Pは、式41の左辺のW,H,Pに対応してい
る。また式47の右辺のP1 は、機体Paの運動特性の
うちロールレートと横滑り角とに関する要素であり、P
2 は、機体Paの運動特性のうちヨーレートと各アクチ
ュエータの応答に関する要素である。
In Equation 47, W, H, and P shown on the lower side of the right side correspond to W, H, and P on the left side of Equation 41. The P 1 of the right side of expression 47 is an element relating to the roll rate and the side slip angle of the motion characteristics of the aircraft Pa, P
Reference numeral 2 denotes an element relating to the yaw rate and the response of each actuator in the motion characteristics of the body Pa.

【0074】式47の定式化を機体Paの高速設計点お
よび低速設計点の双方に対して施した後に、LMIルー
プシェイピング法に沿って高速設計点および低速設計点
の共通のコントローラCp ,Cβ ,Cr ,Cδa,C
δrを計算すると、次の式49〜式53のように求めら
れる。
After the formula 47 is applied to both the high-speed design point and the low-speed design point of the airframe Pa, the common controllers C p and C of the high-speed design point and the low-speed design point are formed according to the LMI loop shaping method. β, C r, C δa, C
When δr is calculated, it is obtained as in the following Expressions 49 to 53.

【0075】[0075]

【数29】 ここでjは虚数単位を表す。(Equation 29) Here, j represents an imaginary unit.

【0076】図5は、従来のロバスト設計方法が適用さ
れるコントローラを含む小形航空機の飛行制御装置51
の構成を示すブロック図である。従来の方法による制御
則の計算結果は、計測自動制御学会論文集第30巻第7
号767頁〜775頁に記載される次の式54〜式67
である。この従来のロバスト設計方法では、高速設計点
での機体Paを制御対象としてコントローラを設計し、
低速設計点はコントローラのロバスト安定性でカバーし
ている。
FIG. 5 shows a flight control device 51 for a small aircraft including a controller to which a conventional robust design method is applied.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of FIG. The calculation result of the control law by the conventional method is described in the Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 30, No. 7,
Nos. 54 to 67 described on pages 767 to 775
It is. In this conventional robust design method, a controller is designed with the body Pa at the high-speed design point as a control target,
The low-speed design point is covered by the robust stability of the controller.

【0077】[0077]

【数30】 [Equation 30]

【0078】[0078]

【数31】 (Equation 31)

【0079】[0079]

【数32】 (Equation 32)

【0080】このような従来のロバスト設計方法では、
図5に示されるように飛行制御装置51に明確な構成を
持たせることが難しく、また式54〜式67に示される
コントローラの伝達特性は、式49〜式53に示される
本発明を用いたコントローラに比べて高次で複雑であ
る。コントローラの伝達特性が高次で複雑であると、航
空機に搭載されるコントローラの制御則を計算するため
の飛行制御計算機に高い計算能力が必要になるだけでな
く、調整すべきパラメータが多数存在することになり、
パラメータの微調整による制御則のチューニングは困難
になる。本発明を用いた飛行制御装置41は、従来の飛
行制御装置51に比べて、構成が明確、かつパラメータ
の数が少ないので、計算能力の低い飛行制御用計算機を
用いても計算が可能であるとともに、パラメータの微調
整によるチューニングが容易である。
In such a conventional robust design method,
As shown in FIG. 5, it is difficult to provide the flight control device 51 with a clear configuration, and the transfer characteristics of the controller shown in Expressions 54 to 67 use the present invention shown in Expressions 49 to 53. Higher order and more complex than controllers. When the transfer characteristics of the controller are high-order and complicated, not only does the flight control computer for calculating the control law of the controller mounted on the aircraft require high computational power, but also there are many parameters to be adjusted. That means
Tuning the control law by fine-tuning the parameters becomes difficult. Since the flight control device 41 using the present invention has a clear configuration and a small number of parameters as compared with the conventional flight control device 51, calculations can be performed using a flight control computer having a low calculation capability. At the same time, tuning by fine adjustment of parameters is easy.

【0081】図6は、本発明を用いて設計した飛行制御
装置41において、操縦士によって入力されるロール操
縦up およびヨー操縦uβ をステップ入力としたとき
の応答のシミュレーション結果を示すグラフである。図
7は、従来のロバスト設計方法で設計した飛行制御装置
51において、ロール操縦up およびヨー操縦uβをス
テップ入力としたときの応答のシミュレーション結果を
示すグラフである。本発明を用いて設計した飛行制御装
置41および従来のロバスト設計方法で設計した飛行制
御装置51は、希望応答特性に追従しており、本発明を
用いて設計した制御則は性能的に遜色がないことがわか
る。
[0081] Figure 6, the flight control system 41 designed using the present invention, a graph illustrating a simulation result of the response when a roll maneuver u p and the yaw steering u beta inputted to the step input by pilot is there. 7, the flight control device 51 designed by the conventional robust design method, which is a graph showing simulation results of response when the roll maneuver u p and the yaw steering u beta was step input. The flight control device 41 designed by using the present invention and the flight control device 51 designed by the conventional robust design method follow the desired response characteristics, and the control law designed by using the present invention is comparable in performance. It turns out there is no.

【0082】[0082]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、ロバス
ト安定性の向上と希望応答特性とを同時に実現すること
ができるとともに、制御器Cwの制御則をパラメータの
少ない簡単な構成にすることができる。制御器Cwの制
御則をパラメータの少ない簡単な構成にすることによっ
て、制御対象Pを制御するときの計算量を低減すること
ができるので、計算能力の低い計算機を用いることがで
きるとともに、パラメータの微調整による制御則のチュ
ーニングを容易に行うことができ、設計の試行錯誤の回
数を減らすことができる。
According to the present invention, the improvement of robust stability and the desired response characteristic can be realized at the same time, and the control law of the controller Cw has a simple configuration with few parameters. be able to. By making the control law of the controller Cw a simple configuration with a small number of parameters, the amount of calculation when controlling the control target P can be reduced, so that a computer with low calculation capability can be used, and Tuning of the control law by fine adjustment can be easily performed, and the number of trial and error of design can be reduced.

【0083】請求項2記載の本発明によれば、ロバスト
安定性の向上と希望応答特性とを同時に実現することが
できるとともに、共通制御器Cwの制御則をパラメータ
の少ない簡単な構成にすることができる。共通制御器C
wの制御則をパラメータの少ない簡単な構成にすること
によって、制御対象Pを制御するときの計算量を低減す
ることができるので、計算能力の低い計算機を用いるこ
とができるとともに、パラメータの微調整による制御則
のチューニングを容易に行うことができ、設計の試行錯
誤の回数を減らすことができる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to simultaneously improve the robust stability and the desired response characteristics, and to make the control law of the common controller Cw a simple configuration with few parameters. Can be. Common controller C
By making the control law of w a simple configuration with few parameters, the amount of calculation when controlling the control target P can be reduced, so that a computer with low calculation capability can be used, and fine adjustment of the parameters can be performed. Can easily tune the control law, and the number of trial and error of the design can be reduced.

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

【図1】LMIループシェイピング法による制御則Cの
パラメータの決定手順を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure for determining a parameter of a control law C by an LMI loop shaping method.

【図2】本発明の制御則決定方法が適用されるコントロ
ーラ26を含む制御装置21の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control device 21 including a controller 26 to which a control law determining method of the present invention is applied.

【図3】本発明の制御則決定方法が適用されるコントロ
ーラ36を含む制御装置31の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control device 31 including a controller 36 to which the control law determination method of the present invention is applied.

【図4】本発明の制御則決定方法が適用されるコントロ
ーラを含む飛行制御装置41の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a flight control device 41 including a controller to which the control law determination method of the present invention is applied.

【図5】従来のロバスト設計方法が適用されるコントロ
ーラを含む小形航空機の飛行制御装置51の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a small aircraft flight control device 51 including a controller to which a conventional robust design method is applied.

【図6】本発明を用いて設計した飛行制御装置41にお
いて、ロール操縦up およびヨー操縦uβ をステップ
入力としたときの応答のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
In flight control apparatus 41 designed using the [6] The present invention, it is a graph illustrating a simulation result of the response when a roll maneuver u p and the yaw steering u beta was step input.

【図7】従来のロバスト設計方法で設計した飛行制御装
置51において、ロール操縦u p およびヨー操縦uβ
をステップ入力としたときの応答のシミュレーション結
果を示すグラフである。
FIG. 7 is a flight control device designed by a conventional robust design method.
In the position 51, the roll steering u p And yaw control uβ 
Simulation of the response when
It is a graph which shows a result.

【図8】従来の技術であるロバスト安定性と希望応答特
性とを同時に実現する制御装置1の構成を示すブロック
図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a control device 1 according to the related art that simultaneously realizes robust stability and desired response characteristics.

【図9】特開平5−147589号公報に開示されるロ
バスト飛行制御装置11の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a robust flight control device 11 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-147589.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,31 制御装置 23,33 規範モデル 24,34 減算器 26,36 コントローラ 28,37 制御対象 41 飛行制御装置 43,44 減算器 Hroll,Hyaw 規範モデル Cp ,Cβ ,Cr ,Cδa,Cδr コントローラ Pa 機体21 and 31 the control device 23, 33 the reference model 24 and 34 the subtractor 26 and 36 a controller 28 and 37 controlled object 41 flight control system 43,44 subtractor H roll, H yaw reference model C p, C β, C r , C δa , C δr controller Pa body

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロバスト安定性と希望応答特性とを同時
に実現する制御器の制御則を求める方法に関し、 前記制御器は、制御対象Pの指令値に対する希望応答特
性が規定される規範モデルから出力される規範応答と、
制御対象Pから実際に出力される応答との差に基づく追
従誤差を小さくするように制御対象Pを制御する制御器
Cwとし、 制御対象Pに基づいて拡大制御対象Pwを定式化すると
ともに、制御器Cwに基づいて拡大制御器Cを定式化し
て、拡大制御対象Pwに対してロバスト安定余裕が最大
となる拡大制御器Cのパラメータを決定して制御器Cw
の制御則を求めることを特徴とする自動制御装置の制御
則決定方法。
1. A method for determining a control law of a controller that simultaneously realizes robust stability and a desired response characteristic, wherein the controller outputs an output from a reference model in which a desired response characteristic to a command value of a control target P is defined. Normative response to be
A controller Cw for controlling the controlled object P so as to reduce a tracking error based on a difference between a response actually output from the controlled object P and a control object Pw based on the controlled object P. The expansion controller C is formulated based on the controller Cw, and the parameters of the expansion controller C that maximize the robust stability margin with respect to the expansion control target Pw are determined.
A control rule determination method for an automatic control device, wherein the control rule is determined.
【請求項2】 ロバスト安定性と希望応答特性とを同時
に実現する制御器の制御則を求める方法に関し、 前記制御器は、複数の特性を有する制御対象Pの指令値
に対する希望応答特性が規定される規範モデルから出力
される規範応答と、制御対象Pから実際に出力される応
答との差に基づく追従誤差を小さくするように制御対象
Pを制御する共通制御器Cwとし、 制御対象Pに基づいて複数の拡大制御対象Pwを定式化
するとともに、共通制御器Cwに基づいて拡大共通制御
器Cを定式化して、拡大制御対象Pwに対してロバスト
安定余裕が最大となる拡大共通制御器Cのパラメータを
決定して共通制御器Cwの制御則を求めることを特徴と
する自動制御装置の制御則決定方法。
2. A method for obtaining a control law of a controller which simultaneously realizes robust stability and a desired response characteristic, wherein the controller defines a desired response characteristic for a command value of a control target P having a plurality of characteristics. A common controller Cw for controlling the control target P so as to reduce a tracking error based on a difference between a reference response output from the reference model and a response actually output from the control target P; A plurality of extended control targets Pw are formulated using the common controller Cw, and the extended common controller C is formulated based on the common controller Cw. A method for determining a control law of an automatic control device, wherein a parameter is determined to obtain a control law of a common controller Cw.
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