JP2005293434A - Parameter determination device, controller with the same, parameter determination method, program and recording medium with the program recorded thereon - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PID制御における制御パラメータの決定に関する。特に、制御対象が非線形システムである場合の制御パラメータの決定に関する。 The present invention relates to determination of control parameters in PID control. In particular, the present invention relates to determination of control parameters when the controlled object is a nonlinear system.
近年、デジタル計算機の発達により、制御性能の向上を目指して、より高次の補償器をもった制御系の設計法が考えられている。しかしながら、化学プロセスに代表されるプロセス制御系においては、現在でもPID制御が主流として用いられている。このように、プロセス制御系においてPID制御が用いられている理由としては、以下の2点が挙げられる。1点目は、PID制御における制御パラメータ(以下、PIDパラメータとも称する)が、比例動作、積分動作、および、微分動作で表され、制御パラメータの物理的な意味が明確であるためである。2点目としては、PID制御の制御構造が簡易であり、実装化が容易に行なえるためである。 In recent years, with the development of digital computers, a control system design method having higher-order compensators has been considered with the aim of improving control performance. However, PID control is still used as a mainstream in process control systems represented by chemical processes. As described above, the reason why PID control is used in the process control system includes the following two points. The first point is that a control parameter in PID control (hereinafter also referred to as a PID parameter) is represented by a proportional operation, an integral operation, and a differential operation, and the physical meaning of the control parameter is clear. The second point is that the control structure of PID control is simple and can be easily implemented.
しかしながら、プロセス制御系においては、不確かさのあるシステム(制御対象)や非線形性の特性を有するシステムが数多く存在するため、適切にPIDゲインを調整することが難しい場合もある。 However, in a process control system, since there are many uncertain systems (control targets) and systems having nonlinear characteristics, it may be difficult to adjust the PID gain appropriately.
このような状況に鑑み、非特許文献1には、特性が未知なシステムに対して、最小2乗法を用いたセルフチューニングPID制御法が開示されている。しかしながら、上記制御法は最小2乗法を用いる構成であるため、最小2乗法を用いることのできないシステムには適用できない。
In view of such a situation, Non-Patent
さらに、非線形性の特性をもつシステムにPID制御を適用する場合、非線形特性に応じて、PIDパラメータを調整することが必要となる場合もある。 Furthermore, when applying PID control to a system having nonlinear characteristics, it may be necessary to adjust the PID parameters according to the nonlinear characteristics.
そこで、実際の制御現場では、図14に示すとおり、非線形システムに対して、複数の局所線形モデルを構築し、各局所線形モデルに対応したPIDパラメータをそれぞれに求めておき、平衡点(同図中のA,Bで示す点)に対応して利用するPIDパラメータを切替えるという方法が採られている。なお、同図の横軸は制御入力ベクトルを、縦軸はシステム出力ベクトルを示している。
しかしながら、上記従来の構成では、PIDパラメータの適切な切替えについての基準をユーザが把握し難く、その結果、PIDパラメータの切替えは試行錯誤しながら行わざるを得ない。また、局所線形モデルを構築していない範囲がある場合には、PIDパラメータの算出は困難である。 However, in the above-described conventional configuration, it is difficult for the user to grasp the criteria for appropriate switching of the PID parameters, and as a result, switching of the PID parameters must be performed through trial and error. In addition, when there is a range in which a local linear model is not constructed, it is difficult to calculate the PID parameter.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非線形の特性を有する制御対象に対して最適なPID制御の制御パラメータを決定できるパラメータ決定装置、それを備えた制御装置、プログラム、および、プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a parameter determination device capable of determining an optimal PID control parameter for a control target having nonlinear characteristics, and a control including the parameter determination device. To provide an apparatus, a program, and a recording medium on which the program is recorded.
本発明に係るパラメータ決定装置は、上記の課題を解決するため、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定装置であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築手段と、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出手段と、制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出手段とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above problem, a parameter determination device according to the present invention is a parameter determination device that determines a control parameter for PID control, and a plurality of local linear models are applied to a control target having nonlinear characteristics. Local linear model construction means to construct, first parameter calculation means for computing a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model, and output output from the control object in response to an input to the control object Based on the magnitude of the difference between the value and the output value of each local linear model with respect to the input when each control parameter calculated by the first parameter calculation unit is used, the first parameter calculation unit The control parameters calculated in
上記の構成によれば、第2パラメータ算出手段により、制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出手段で算出された制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータに各差の大きさに応じた重み付けが行われ、重み付けが行われた各制御パラメータからPID制御の制御パラメータが算出される。 According to the above configuration, when the second parameter calculation unit uses the output value output from the control target with respect to the input to the control target and the control parameter calculated by the first parameter calculation unit. The control parameters calculated by the first parameter calculation means are weighted according to the magnitude of each difference based on the magnitude of the difference between the input and the output value in each local linear model. A control parameter for PID control is calculated from each control parameter for which the control is performed.
ここで、制御対象から出力される出力値と、局所線形モデルでの出力値との差の大きさが大きいほど、前記第1パラメータ算出手段で算出された制御パラメータを、PID制御の制御パラメータとして用いることは適当でないといえる。一方、前記差の大きさが小さいほど、前記第1パラメータ算出手段で算出された制御パラメータを、PID制御の制御パラメータとして用いることが好ましい。 Here, as the magnitude of the difference between the output value output from the control target and the output value in the local linear model is larger, the control parameter calculated by the first parameter calculation unit is used as the control parameter for PID control. It can be said that it is not appropriate to use. On the other hand, as the magnitude of the difference is smaller, it is preferable to use the control parameter calculated by the first parameter calculation means as a control parameter for PID control.
したがって、前記各差の大きさに基づいて、第1パラメータ算出手段で算出した各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出することにより、非線形の特性を有する制御対象に対して最適なPID制御の制御パラメータを得ることができるという効果を奏する。 Therefore, based on the magnitude of each difference, the control parameters calculated by the first parameter calculation means are weighted corresponding to the differences, and the control parameters for PID control are calculated from the weighted control parameters. By doing so, it is possible to obtain an optimal control parameter for PID control with respect to a controlled object having nonlinear characteristics.
また、従来、ユーザによって行われていた、制御対象への入力に応じた制御パラメータの切替えを、ユーザ自身が行わずに済む。 In addition, the user himself / herself does not have to switch the control parameter according to the input to the control target, which has been conventionally performed by the user.
また、本発明に係るパラメータ決定装置は、上記のパラメータ決定装置において、前記第1パラメータ算出手段は、各局所線形モデルに含まれているパラメータを用いて、各制御パラメータを算出することを特徴としている。 Further, the parameter determination device according to the present invention is characterized in that, in the parameter determination device, the first parameter calculation means calculates each control parameter using a parameter included in each local linear model. Yes.
上記の構成によれば、局所線形モデルを用いて、該局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出することができる。 According to said structure, the control parameter corresponding to this local linear model can be calculated for every local linear model using a local linear model.
したがって、容易に、局所線形モデルに対応する制御パラメータを算出できるという効果を奏する。 Therefore, it is possible to easily calculate a control parameter corresponding to the local linear model.
本発明に係るパラメータ決定装置は、上記の課題を解決するため、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定装置であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築手段と、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出手段と、前記第1パラメータ算出手段で算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出手段とを備えることを特徴としている。 In order to solve the above problem, a parameter determination device according to the present invention is a parameter determination device that determines a control parameter for PID control, and a plurality of local linear models are applied to a control target having nonlinear characteristics. Local linear model construction means to be constructed, first parameter calculation means for computing a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model, and control of each local linear model calculated by the first parameter calculation means A control parameter for PID control using a neural network constructed with a parameter as a teacher signal and an input to a control object corresponding to each local linear model and an output from the control object corresponding to the input as learning data And a second parameter calculating means for calculating.
上記の構成によれば、ニューラルネットワークは、前記第1パラメータ算出手段で算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されている。 According to the above configuration, the neural network uses the control parameter of each local linear model calculated by the first parameter calculating unit as a teacher signal, and inputs to the control target corresponding to each local linear model, and The output from the controlled object corresponding to the input is constructed as learning data.
したがって、第2パラメータ算出手段が、制御対象への入力と該入力に対する制御対象からの出力とをニューラルネットワークへ入力することにより、該ューラルネットワークからの出力として、非線形の特性を有する制御対象に対して最適なPID制御の制御パラメータを得ることができるという効果を奏する。 Therefore, the second parameter calculation means inputs the input to the controlled object and the output from the controlled object with respect to the input to the neural network, so that the controlled object having nonlinear characteristics as the output from the modular network. As a result, it is possible to obtain an optimal PID control parameter.
また、従来、ユーザによって行われていた、制御対象への入力に応じた制御パラメータの切替えを、ユーザ自身が行わずに済む。 In addition, the user himself / herself does not have to switch the control parameter according to the input to the control target, which has been conventionally performed by the user.
また、本発明に係るパラメータ決定装置は、上記のパラメータ決定装置において、前記局所線形モデルは、前記制御対象への入力の範囲を、複数の範囲に分割して構築されると共に、各範囲における前記制御対象への入力と、前記入力に対する前記制御対象からの出力とに基づいて構築されるものであって、各範囲における、前記学習データとしての制御対象への入力として、局所線形モデルを構築する際に用いた制御対象への入力を用いることを特徴としている。 In the parameter determination device according to the present invention, in the parameter determination device, the local linear model is constructed by dividing a range of input to the control target into a plurality of ranges, and the range in each range A local linear model is constructed as an input to the control object as the learning data in each range, which is constructed based on an input to the control object and an output from the control object with respect to the input. It is characterized by using the input to the control object used at the time.
上記の構成によれば、局所線形モデルを構築する際に用いた入力と同じものを、学習データとして制御対象へ入力できる。 According to said structure, the same input used when constructing | assembling a local linear model can be input into control object as learning data.
それゆえ、ニューラルネットワークを構築する際に、ニューラルネットワークに対して正確な学習をさせることができる。したがって、精度の高い制御パラメータを得ることができるという効果を奏する。 Therefore, when the neural network is constructed, the neural network can be made to learn accurately. Therefore, there is an effect that a highly accurate control parameter can be obtained.
また、本発明に係るパラメータ決定装置は、上記のパラメータ決定装置において、前記ニューラルネットワークを構築するニューラルネットワーク構築手段を備えることを特徴としている。 The parameter determination device according to the present invention is characterized in that the parameter determination device includes a neural network construction means for constructing the neural network.
上記の構成によれば、パラメータ決定装置は、前記ニューラルネットワークを構築するニューラルネットワーク構築手段を備えている。 According to said structure, the parameter determination apparatus is equipped with the neural network construction means to construct | assemble the said neural network.
したがって、パラメータ決定装置内で、ニューラルネットワークを構築することができるという効果を奏する。また、別途、ニューラルネットワークを構築する装置を設ける必要がなくなる。 Therefore, there is an effect that a neural network can be constructed in the parameter determination device. Further, it is not necessary to provide a separate device for constructing the neural network.
本発明に係る制御装置は、上記の課題を解決するために、上記パラメータ決定装置を備えると共に、前記第2パラメータ算出手段が算出したPID制御の制御パラメータを用いて、前記制御対象を制御することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a control device according to the present invention includes the parameter determination device and controls the control target using a control parameter for PID control calculated by the second parameter calculation unit. It is characterized by.
上記の構成によれば、制御装置が、上記パラメータ決定装置を備えと共に、前記第2パラメータ算出手段が算出したPID制御の制御パラメータを用いて、前記制御対象を制御する。 According to said structure, a control apparatus is equipped with the said parameter determination apparatus, and controls the said control object using the control parameter of PID control which the said 2nd parameter calculation means calculated.
したがって、パラメータ決定装置が決定した、最適なPID制御の制御パラメータを用いて、制御対象が制御可能となるという効果を奏する。 Therefore, the control target can be controlled using the optimum PID control parameters determined by the parameter determination device.
本発明に係るパラメータ決定方法は、上記の課題を解決すために、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定方法であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築ステップと、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出ステップと、制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出ステップとを備えることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a parameter determination method according to the present invention is a parameter determination method for determining a control parameter for PID control, and a plurality of local linear models for a control target having nonlinear characteristics. A local linear model constructing step for constructing, a first parameter calculating step for computing a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model, and an output to the control target being output from the control target Based on the magnitude of each difference between the output value and the output value in each local linear model for the input when using each control parameter calculated in the first parameter calculating step, the first parameter calculation is performed. Each control parameter calculated in step is weighted corresponding to each difference, and each weighted control parameter is used. It is characterized in that it comprises a second parameter calculating step of calculating a control parameter of the ID control.
上記の方法によれば、第2パラメータ算出ステップにより、制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出ステップで算出された制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータに各差の大きさに応じた重み付けが行われ、重み付けが行われた各制御パラメータからPID制御の制御パラメータが算出される。 According to the above method, when the second parameter calculation step uses the output value output from the control target with respect to the input to the control target and the control parameter calculated in the first parameter calculation step The control parameters calculated in the first parameter calculation step are weighted according to the magnitude of each difference based on the magnitude of the difference between the input and the output value in each local linear model. A control parameter for PID control is calculated from each control parameter for which the control is performed.
ここで、制御対象から出力される出力値と、局所線形モデルでの出力値との差の大きさが大きいほど、前記第1パラメータ算出ステップで算出された制御パラメータを、PID制御の制御パラメータとして用いることは適当でないといえる。一方、前記差の大きさが小さいほど、前記第1パラメータ算出ステップで算出された制御パラメータを、PID制御の制御パラメータとして用いることが好ましい。 Here, as the magnitude of the difference between the output value output from the control target and the output value in the local linear model is larger, the control parameter calculated in the first parameter calculation step is used as a control parameter for PID control. It can be said that it is not appropriate to use. On the other hand, it is preferable that the control parameter calculated in the first parameter calculation step is used as a control parameter for PID control as the difference is smaller.
したがって、前記各差の大きさに基づいて、第1パラメータ算出ステップで算出した各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出することにより、非線形の特性を有する制御対象に対して最適なPID制御の制御パラメータを得ることができるという効果を奏する。 Therefore, based on the magnitude of each difference, the control parameters calculated in the first parameter calculation step are weighted corresponding to the differences, and the control parameters for PID control are calculated from the weighted control parameters. By doing so, it is possible to obtain an optimal control parameter for PID control with respect to a controlled object having nonlinear characteristics.
また、従来、ユーザによって行われていた、制御対象への入力に応じた制御パラメータの切替えを、ユーザ自身が行わずに済む。 In addition, the user himself / herself does not have to switch the control parameter according to the input to the control target, which has been conventionally performed by the user.
本発明に係るパラメータ決定方法は、上記の課題を解決するために、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定方法であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築ステップと、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出ステップと、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出ステップとを備えることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a parameter determination method according to the present invention is a parameter determination method for determining a control parameter for PID control, and a plurality of local linear models for a control target having nonlinear characteristics. A local linear model constructing step for constructing, a first parameter calculating step for calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model, and each of the local linear models calculated in the first parameter calculating step Control of PID control using a neural network constructed with control parameters as teacher signals and inputs to the control objects corresponding to the local linear models and outputs from the control objects corresponding to the inputs as learning data And a second parameter calculating step for calculating a parameter.
上記の方法によれば、ニューラルネットワークは、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されている。 According to the above method, the neural network uses the control parameter of each local linear model calculated in the first parameter calculating step as a teacher signal, and inputs to the control target corresponding to each local linear model, and The output from the controlled object corresponding to the input is constructed as learning data.
したがって、第2パラメータ算出ステップにて、制御対象への入力と該入力に対する制御対象からの出力とをニューラルネットワークへ入力することにより、該ューラルネットワークからの出力として、非線形の特性を有する制御対象に対して最適なPID制御の制御パラメータを得ることができるという効果を奏する。 Therefore, in the second parameter calculation step, by inputting an input to the control object and an output from the control object with respect to the input to the neural network, a control having nonlinear characteristics as an output from the neural network. There is an effect that it is possible to obtain an optimal control parameter of PID control for the target.
また、従来、ユーザによって行われていた、制御対象への入力に応じた制御パラメータの切替えを、ユーザ自身が行わずに済む。 In addition, the user himself / herself does not have to switch the control parameter according to the input to the control target, which has been conventionally performed by the user.
本発明に係るプログラムは、以上のように、前記パラメータ決定装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのものである。 As described above, the program according to the present invention is for causing a computer to function as each means of the parameter determination device.
前記プログラムをコンピュータシステムにロードすることによって、上記パラメータ決定装置を提供することが可能となるという効果を奏する。 By loading the program into the computer system, the parameter determining device can be provided.
本発明に係るプログラムは、以上のように、上記パラメータ決定方法をコンピュータに実行させるためのものである。 The program according to the present invention is for causing a computer to execute the parameter determination method as described above.
前記プログラムをコンピュータシステムにロードすることによって、上記パラメータ決定方法を提供することが可能となるという効果を奏する。 By loading the program into a computer system, the parameter determining method can be provided.
本発明に係るプログラムを記録した記録媒体は、以上のように、前記プログラムを記録しているものである。 The recording medium recording the program according to the present invention records the program as described above.
前記記録媒体に記録されているプログラムをコンピュータシステムにロードすることによって、上記パラメータ決定装置、制御装置、パラメータ決定方法を提供することが可能となるという効果を奏する。 By loading the program recorded on the recording medium into the computer system, the parameter determining device, the control device, and the parameter determining method can be provided.
本発明に係るパラメータ決定装置は、以上のように、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定装置であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築手段と、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出手段と、制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出手段とを備える構成である。 As described above, the parameter determination apparatus according to the present invention is a parameter determination apparatus that determines a control parameter for PID control, and is configured to construct a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics. A linear model construction means; a first parameter calculation means for calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model; an output value output from the control object in response to an input to the control object; When each control parameter calculated by the first parameter calculation unit is used, the first parameter calculation unit calculates the difference between the input value and the output value of each local linear model with respect to the input. The control parameters are weighted corresponding to the differences, and the control parameters for PID control are determined from the weighted control parameters. A configuration and a second parameter calculation means for output.
また、本発明に係るパラメータ決定装置は、以上のように、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定装置であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築手段と、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出手段と、前記第1パラメータ算出手段で算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出手段とを備える構成である。 The parameter determination device according to the present invention is a parameter determination device that determines control parameters for PID control as described above, and constructs a plurality of local linear models for a control target having nonlinear characteristics. Local linear model constructing means, first parameter calculating means for calculating for each local linear model a control parameter corresponding to the local linear model, and control parameters for each local linear model calculated by the first parameter calculating means And a control parameter for PID control using a neural network constructed with the input to the controlled object corresponding to each local linear model and the output from the controlled object corresponding to the input as learning data And a second parameter calculating means for calculating.
本発明に係るパラメータ決定方法は、以上のように、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定方法であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築ステップと、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出ステップと、制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出ステップとを備える方法である。 As described above, the parameter determination method according to the present invention is a parameter determination method for determining a control parameter for PID control, and is a method for constructing a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics. A linear model construction step; a first parameter calculation step for calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model; an output value output from the control target with respect to an input to the control target; When the control parameters calculated in the first parameter calculation step are used, the control parameters are calculated in the first parameter calculation step based on the magnitudes of the differences between the input values and the output values in the local linear models. Each control parameter is weighted corresponding to each difference, and PID control is performed from each weighted control parameter. A method and a second parameter calculating step of calculating a control parameter.
また、本発明に係るパラメータ決定方法は、以上のように、PID制御の制御パラメータを決定するパラメータ決定方法であって、非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築ステップと、前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出ステップと、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出ステップとを備える方法である。 The parameter determination method according to the present invention is a parameter determination method for determining a control parameter for PID control as described above, and constructs a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics. A local linear model construction step, a first parameter calculation step for calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model, and a control parameter for each local linear model calculated in the first parameter calculation step And a control parameter for PID control using a neural network constructed with the input to the controlled object corresponding to each local linear model and the output from the controlled object corresponding to the input as learning data And a second parameter calculating step for calculating.
したがって、上記パラメータ決定装置、または、パラメータ決定方法を用いることにより、非線形の特性を有する制御対象に対して最適なPID制御の制御パラメータを決定できる
本発明に係る制御装置は、上記パラメータ決定装置を備えると共に、前記制御対象を制御することを特徴としている。
Therefore, by using the parameter determination device or the parameter determination method, the optimal control parameter for PID control can be determined for a control target having nonlinear characteristics. The control device according to the present invention includes the parameter determination device. And controlling the object to be controlled.
したがって、パラメータ決定装置が決定した、最適なPID制御の制御パラメータを用いて、制御対象を制御可能となる。 Therefore, the control target can be controlled using the optimal PID control parameters determined by the parameter determination device.
本発明に係るプログラムは、以上のように、前記パラメータ決定装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのものであるため、前記プログラムをコンピュータシステムにロードすることによって、上記パラメータ決定装置を提供することが可能となるという効果を奏する。 As described above, the program according to the present invention is for causing a computer to function as each unit of the parameter determination device. Therefore, the parameter determination device is provided by loading the program into a computer system. There is an effect that becomes possible.
本発明に係るプログラムは、以上のように、上記パラメータ決定方法をコンピュータに実行させるためのものであるため、前記プログラムをコンピュータシステムにロードすることによって、上記パラメータ決定方法を提供することが可能となるという効果を奏する。 Since the program according to the present invention is for causing a computer to execute the parameter determination method as described above, the parameter determination method can be provided by loading the program into a computer system. The effect of becoming.
本発明に係るプログラムを記録した記録媒体は、以上のように、前記プログラムを記録しているものであるため、前記記録媒体に記録されているプログラムをコンピュータシステムにロードすることによって、上記パラメータ決定装置、制御装置、パラメータ決定方法を提供することが可能となるという効果を奏する。 Since the recording medium recording the program according to the present invention records the program as described above, the parameter determination is performed by loading the program recorded on the recording medium into a computer system. There is an effect that it is possible to provide a device, a control device, and a parameter determination method.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1ないし図8に基づいて説明すると以下のとおりである。
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS.
まず、PID制御について説明する。なお、制御とは、一般に、ある目的に適合するように、対象となっているものに所要の操作を加えることである。また、対象となる機械・プロセス・システム等を制御対象、それに組み合わされて制御を行う装置を制御装置、制御対象・制御装置などを系統的に組み合わせた全体を制御系と称する。 First, PID control will be described. In general, the control is to apply a required operation to a target object so as to meet a certain purpose. A target machine, process, system, or the like is a control target, a device that performs control in combination with the target machine, process, system, or the like is referred to as a control device, and an entire system that combines control targets / control devices is referred to as a control system.
図2は、PID制御系の構成を示したブロック線図である。同図の構成では、制御対象の出力である制御量zが、与えられた目標値rに一致するように、制御装置によって、操作量uが決定される。このとき、操作量には外乱wが入ったり、また制御量をセンサ等を用いて観測した観測量y にもノイズvが混入したりすることがあるので、制御装置は、これら要因にも対応して適切な制御を実現することが求められる。なお、以下では、操作量を制御対象への入力と、観測量を前記入力に対する制御対象からの出力として記載する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the PID control system. In the configuration shown in the figure, the operation amount u is determined by the control device so that the control amount z that is the output of the control object matches the given target value r. At this time, disturbance w may be included in the manipulated variable, or noise v may be mixed into the observed
同図における制御装置は、PIDコントローラ(controller)からなっており、このPIDコントローラは、その名称のとおり、P(Proportional・比例)動作・I(Integral・積分)動作・D動作(Derivative・微分)を行うものである。 The control device in the figure is made up of a PID controller. As the name suggests, this PID controller is P (Proportional, proportional) operation, I (Integral, integration) operation, D operation (Derivative, differentiation). Is to do.
P動作では、動作制御における目標値と観測量の差を偏差(制御偏差)と呼び、この偏差に基づいて操作量が決定される。偏差が小さければ操作量も小さく、偏差が大きくなれば、それに応じて操作量を大きくするのが適当であるから、制御則には偏差に比例する項を含める。 In the P operation, the difference between the target value and the observation amount in the operation control is called a deviation (control deviation), and the operation amount is determined based on this deviation. If the deviation is small, the manipulated value is small, and if the deviation is large, it is appropriate to increase the manipulated value accordingly. Therefore, the control law includes a term proportional to the deviation.
ただし、制御対象が自己平衡性(動作操作量を一定値に保つとき制御量が最終的に一定値に落ち着く性質)をもつ場合、P動作(比例制御)のみを行うと、目標値や外乱のステップ状変化に対して最終的に一定の偏差(定常偏差)が残ってしまうので、これを除去するために、偏差の積分に比例する項を制御則に含める。これがI動作である。 However, if the controlled object has self-balance (the property that the controlled variable finally settles to a constant value when the operation manipulated variable is maintained at a constant value), if only the P action (proportional control) is performed, the target value and disturbance Since a constant deviation (steady deviation) remains with respect to the step-like change, a term proportional to the integral of the deviation is included in the control law in order to remove this deviation. This is the I operation.
また、上記P動作、I動作に加え、偏差の増減の動向を操作量の決定に反映して,制御
特性の改善を図るために偏差の微分に比例する項も制御側に含める。これが、D動作であって、一種の予見動作に相当する。
Further, in addition to the P action and I action, the control side also includes a term proportional to the derivative of the deviation in order to improve the control characteristics by reflecting the increase / decrease trend of the deviation in the determination of the operation amount. This is the D operation and corresponds to a kind of foreseeing operation.
以上、P・I・Dの3動作からなるPID制御系の制御則は、偏差をeとすれば、式1のとおりである。
As described above, the control law of the PID control system including the three operations of P, I, and D is as shown in
式1において、kc、KI、KDは、比例定数である。なお、式1は、式2のように表現することが慣習となっている。
In
式2において、kcは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間と呼ばれる。したがって、PID制御系の設計は、比例ゲイン、積分時間、および、微分時間の3つのパラメータ(制御パラメータ)を決定することに集約される。なお、以下では、上記3つのパラメータをPIDパラメータと記載する。
In
また、本実施の形態では、制御対象として、非線形の特性を有するシステム、具体的には、式3で表される非線形離散時間システム(以下、非線形システムと称する)を例に挙げて説明する。
In the present embodiment, a system having nonlinear characteristics, specifically, a nonlinear discrete-time system (hereinafter referred to as a nonlinear system) represented by
式3において、Gは非線形関数である。また、Uは制御入力ベクトルを、Yは該制御入力ベクトルに対応したシステム出力ベクトルを表しており、式4で与えられる。なお、式4におけるkは、むだ時間である。
In
図1は、本実施の形態に係るパラメータ決定装置の機能ブロック図である。つまり、同図は、上記パラメータ決定装置の果たす機能をブロック化して示した図である。なお、同図は、パラメータ決定装置が、制御装置内に備えられている構成を示している。ただし、この構成に限定されず、パラメータ決定装置が、制御装置の外部に備えられ、かつ、制御装置との間でデータ交換が行える構成(例えば、通信可能に接続された構成)であればよい。 FIG. 1 is a functional block diagram of the parameter determination apparatus according to the present embodiment. That is, this figure is a block diagram showing the function performed by the parameter determination device. In addition, the figure has shown the structure with which the parameter determination apparatus is provided in the control apparatus. However, the configuration is not limited to this configuration, and the parameter determination device may be any configuration that is provided outside the control device and can exchange data with the control device (for example, a configuration that is communicably connected). .
同図に示すとおり、パラメータ決定装置1は、局所線形モデル構築部10、第1パラメータ算出部11、および、第2パラメータ算出部12を備えている。
As shown in FIG. 1, the
上記局所線形モデル構築部10は、非線形システムに対して、複数の局所線形モデルを構築する機能ブロックである。以下、局所線形モデル構築部10で行われる処理について、具体的に説明する。
The local linear
制御対象であるシステムの同定を行う場合、非線形関数Gの構造が既知であれば、直接的に同定が可能な場合もある。しかしながら、非線形関数Gの構造が未知の場合、直接的に同定することは困難である。また、制御系の設計を考えると、複雑な数式モデルを用いて同定を行うことは、制御装置の構造も複雑になるため好ましくない。 When identifying the system to be controlled, if the structure of the nonlinear function G is known, the identification may be possible directly. However, when the structure of the nonlinear function G is unknown, it is difficult to identify it directly. Considering the design of the control system, it is not preferable to perform identification using a complicated mathematical model because the structure of the control device becomes complicated.
そこで、本実施の形態では、式5で表される、線形の特性を有する同定モデルを用いる。 Therefore, in the present embodiment, an identification model having linear characteristics represented by Expression 5 is used.
式5において、u(t)、y(t)、および、kmは、それぞれ、システムへの制御入力、システムからの出力、および、むだ時間の最小推定値を示している。なお、むだ時間について何ら情報が得られていない場合には、km=0とする。また、ξ(t)は、平均がゼロ、かつ、分散がσ2のガウス性白色雑音である。さらに、A(z−1)、および、B(z−1)は、以下の式6で示される多項式である。なお、式6において、z−1は時間遅れ作用素を示しており、例えば、z−1 y(t)は、y(t−1)を意味している。 In Equation 5, u (t), y (t), and, k m, respectively, the control inputs to the system, the output from the system, and shows a minimum estimate of the dead time. Incidentally, if no any information is available about the dead time, and k m = 0. Ξ (t) is Gaussian white noise having an average of zero and a variance of σ 2 . Further, A (z −1 ) and B (z −1 ) are polynomials represented by the following Expression 6. In Equation 6, z −1 represents a time delay operator, and for example, z −1 y (t) means y (t−1).
ところで、式3で示された非線形システムに対して、式5で示した線形の同定モデルを用いて同定を行った場合、ある平衡点周りでの局所モデルとなり、非線形システムに対して大域的な特性を表現することができない。そこで、本実施の形態では、局所的に複数の線形モデル(局所線形モデル)を用意して、これらの局所線形モデルを用いて、非線形システムの特性を近似的に表現する。
By the way, when identification is performed using the linear identification model shown in Equation 5 for the nonlinear system shown in
具体的には、まず、使用する制御入力(u)の範囲をn個の領域に分割する。また、各領域の中心値が平均となる入力信号系列を作成し、これらを、U1,U2,U3,・・・,Unとする。そして、U1,U2,U3,・・・,Unを、式3で示した非線形システムに入力することにより、それぞれに対応する出力系列Y1,Y2,Y3,・・・,Ynを得る。なお、UiおよびYi(1≦i≦n)は、それぞれ、制御入力ベクトルおよびシステム出力ベクトルである。
Specifically, first, the range of the control input (u) to be used is divided into n areas. Further, it creates an input signal series center values of the respective regions is average, they, U 1, U 2, U 3, ···, and U n. Then, U 1 , U 2 , U 3 ,..., U n are input to the nonlinear system shown in
そして、以上のようにして得たUiおよびYiを用いて、一括型最小2乗法によるシステムの同定を行い、局所線形モデルyi(t)を得る(1≦i≦n)。つまり、y1(t),y2(t),y3(t),・・・,yn(t)を得る。 Then, using U i and Y i obtained as described above, the system is identified by the collective least square method to obtain a local linear model y i (t) (1 ≦ i ≦ n). That is, y 1 (t), y 2 (t), y 3 (t),..., Y n (t) are obtained.
以上により、局所線形モデル構築部10により、複数の局所線形モデルが構築される。
As described above, the local linear
第1パラメータ算出部11は、局所線形モデル構築部10で構築した複数の局所線形モデルに対応するPIDパラメータを局所線形モデル毎に算出する。以下、第1パラメータ算出部11で行われる処理について、具体的に説明する。
The first
まず、式3で示した非線形システムに対して、以下の式7で示されるPID制御法を適用する。ここで、式7のe(t)は、以下の式8で示すとおり、制御誤差信号を示している。なお、式8において、r(t)は目標値、kcは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間、TSはサンプリング時間である。
First, the PID control method represented by the following Expression 7 is applied to the nonlinear system represented by
また、ここでのPIDパラメータの算出にあたっては、一例として、一般化最小分散制御(GMVC)法に基づくPIDパラメータの調整法を用いる。なお、PIDパラメータの算出は、上記の調整法に限定されるものではない。以下、一般化最小分散制御法に基づくPIDパラメータの調整法について説明する。 In calculating the PID parameter here, as an example, a PID parameter adjustment method based on the generalized minimum variance control (GMVC) method is used. Note that the calculation of the PID parameter is not limited to the adjustment method described above. Hereinafter, a method for adjusting the PID parameter based on the generalized minimum variance control method will be described.
まず、以下の式9に示す評価規範の最小化に基づいて、GMVC則を導出する。なお、GMVC則とは、セルフチューニング制御法の1つの方法であって、詳細については、D.W. Clarke and P.J. Gawthrop: ”Self-Tuning Control ”,Proc. IEE, Vol.126D, No.6, pp.633-640(1979)に開示されている。なお、式9においては、E[・]は空間平均をあらわしている。また、φ(t+km+1)は一般化出力であって、以下の式10により与えられる。
First, the GMVC rule is derived based on the minimization of the evaluation criterion shown in the following Expression 9. The GMVC rule is one of the self-tuning control methods. For details, see DW Clarke and PJ Gawthrop: “Self-Tuning Control”, Proc. IEE, Vol. 126D, No. 6, pp. 633-640 (1979). In Equation 9, E [•] represents a spatial average. Also, φ (t + k m +1 ) is a generalized output, given by
ここで、λは制御重み係数を表す設計パラメータであって、制御系の安定性に大きく関係するパラメータである。また、P(z−1)は、以下の式11により与えられる設計多項式である。さらに、式10におけるP(1)は、P(Z−1)の静的ゲインであり、以下の式12で示される。
Here, λ is a design parameter representing a control weight coefficient, and is a parameter greatly related to the stability of the control system. P (z −1 ) is a design polynomial given by the following
また、式8の最小化に基づく制御則は、以下の式13を満足するu(t)として与えられる。ここで、式13におけるE(z−1)とF(z−1)とは、以下の式14の Diophantine 方程式を解くことで得られる。 A control law based on the minimization of Expression 8 is given as u (t) that satisfies Expression 13 below. Here, E (z −1 ) and F (z −1 ) in Equation 13 are obtained by solving the following Diophantine equation in Equation 14.
ただし、E(z−1)およびF(z−1)は、以下の式15で示される。 However, E (z −1 ) and F (z −1 ) are represented by the following Expression 15.
つまり、式14の Diophantine 方程式を解くということは、式15の係数eiとfiとを、式14の両辺を係数比較することによって計算することである。 In other words, solving the Diophantine equation of Equation 14 means calculating the coefficients ei and fi of Equation 15 by comparing both sides of Equation 14.
ここで、式7を以下の式16として書き換える。ただし、式16のC(z−1)は、以下の式17により定義される。 Here, Equation 7 is rewritten as Equation 16 below. However, C (z −1 ) in Expression 16 is defined by Expression 17 below.
次に、式13の左辺第2項のE(z−1)B(z−1)を定常ゲインE(1)B(1)に置き換えた式18を考える。 Next, consider Equation 18 in which E (z −1 ) B (z −1 ) in the second term on the left side of Equation 13 is replaced with steady gain E (1) B (1).
さらに、式19によるνを用いると、式13は式20として書ける。
Furthermore, using ν according to Equation 19, Equation 13 can be written as
したがって、式16と式20とを比較すると、式21に示すようにC(z−1)を設計すれば、近似的であるがGMVC則とPID制御則とが等価となる。このとき、式16と式20との関係から、PIDパラメータ(つまり、kc,TI,およびTD)は、以下の式22として計算される。
Therefore, comparing Equation 16 and
以上により、GMVC則に基づいてPIDパラメータを調整することができる。 As described above, the PID parameter can be adjusted based on the GMVC rule.
このように、一般化最小分散制御法に基づくPIDパラメータの調整法では、PIDパラメータの算出の際に、制御対象(非線形システム)の線形近似モデルのパラメータ(式6における、a1,a2,b0,b1,・・・,bm)を必要としている。そこで、第1パラメータ算出部11では、局所線形モデルyi(t)に含まれるパラメータを用いて、PIDパラメータ(制御パラメータ)を算出する。
As described above, in the PID parameter adjustment method based on the generalized minimum variance control method, the parameters of the linear approximation model of the controlled object (nonlinear system) (a 1 , a 2 , b 0 , b 1 ,..., b m ). Therefore, the first
これにより、局所線形モデルy1(t),y2(t),y3(t),・・・,yn(t)のそれぞれに対して、PIDパラメータ(つまり、kc,TI,およびTDの組み合わせ)を得ることができる。 Thus, for each of the local linear models y 1 (t), y 2 (t), y 3 (t),..., Y n (t), PID parameters (ie, k c , T I , And a combination of T D ).
なお、以下では、局所線形モデルyi(t)に含まれるパラメータを用いて算出したPIDパラメータを、PIDパラメータ(i)として記載する。 Hereinafter, a PID parameter calculated using parameters included in the local linear model y i (t) will be described as a PID parameter (i).
第2パラメータ算出部12は、非線形システムへの入力に対して該非線形システムから出力される出力値と、前記第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータを算出する。
The second
以下、第2パラメータ算出部12で行われる処理について、具体的に説明する。なお、以下の処理内容は一例であって、これに限定されるものではない。
Hereinafter, the process performed in the 2nd
まず、第2パラメータ算出部12は、図3に示すとおり、局所線形モデルyi(t)に、第1パラメータ算出部11で算出したPIDパラメータ(i)を対応させる。なお、同図においては、PIDパラメータ(i)をPIDiと、局所線形モデルyi(t)を局所線形モデルiとして記載している。そして、第2パラメータ算出部12は、同図に示すとおり、上記非線形システムへの入力(u(t))に対して該非線形システムから出力される実際の出力値と、上記PIDパラメータ(i)(つまり第1パラメータ算出部11で算出したPIDパラメータ)を用いた場合における前記入力に対する局所線形モデルyi(t)からの出力値(推定出力値)との差(εi(t):推定誤差)を、局所線形モデル毎に算出する。
First, the second
次に、第2パラメータ算出部12は、式23により、ηi(t)を算出する。そして、算出したηi(t)を用いて、式24により、ωi(重み)を計算する。ただし、ωiは、式25を満たすものとする。
Next, the second
ここで、局所線形モデルyi(t)に対応したPIDパラメータ(i)をkci,TIi,およびTDiとして記載すると、第2パラメータ算出部12により算出されるPIDパラメータ(kc(t),TI(t),TD(t))は、式26で示される。 Here, if the PID parameter (i) corresponding to the local linear model y i (t) is described as k ci , T Ii , and T Di , the PID parameter (k c (t ) , T I (t) , T D (t) ) are expressed by Equation 26.
以上により、非線形システムに対して用いる、最適なPIDパラメータが決定(調整)される。 As described above, the optimum PID parameter used for the nonlinear system is determined (adjusted).
そして、式26で示されたPIDパラメータ(kc(t),TI(t),TD(t))を、式7に代入することにより、Δu(t)が得られる。したがって、u(t−1)にΔu(t)を加算することにより、最適な制御入力(u(t))が得られることとなる。 Then, by substituting the PID parameters (k c (t) , T I (t) , T D (t) ) shown in Expression 26 into Expression 7, Δu (t) is obtained. Therefore, an optimal control input (u (t)) can be obtained by adding Δu (t) to u (t−1).
また、上記では、式23に示すとおり、(εi(t))2からωiを計算したが、例えば、|εi(t)|からωiを計算してもよい。あくまでも、推定誤差(εi(t))の大きさに基づいて、重み(ωi)を計算する構成であればよい。 In the above description, ω i is calculated from (ε i (t)) 2 as shown in Expression 23. However, for example, ω i may be calculated from | ε i (t) |. Any configuration that calculates the weight (ω i ) based on the size of the estimation error (ε i (t)) may be used.
さらに、上記の説明においては、上記実際の出力値と上記推定出力値との差を直接的に求め、この差の大きさに基づいて重みを計算したが、これに限定されるものではない。あくまでも、実際の出力値と推定出力値と差の大きさに基づいて、重みを計算する構成であればよい。 Furthermore, in the above description, the difference between the actual output value and the estimated output value is directly obtained, and the weight is calculated based on the magnitude of the difference. However, the present invention is not limited to this. Any configuration may be used as long as the weight is calculated based on the difference between the actual output value and the estimated output value.
ここで、実際の出力値と推定出力値と差の大きさに基づいて重みを計算するとは、実際の出力値と推定出力値とを要素とする2次元テーブルであって、かつ、実際の出力値と推定出力値と差に応じて予め重みが決められているテーブルを利用して上記重みを決める場合も含んでいる。また、2次元テーブルだけではなく、実際の出力値と推定出力値とをパラメータとする関数を利用する場合であっても同様である。 Here, calculating the weight based on the magnitude of the difference between the actual output value and the estimated output value is a two-dimensional table having the actual output value and the estimated output value as elements, and the actual output value. This includes the case where the weight is determined using a table in which the weight is determined in advance according to the difference between the value and the estimated output value. The same applies to a case where not only a two-dimensional table but also a function using actual output values and estimated output values as parameters is used.
以上のように、パラメータ決定装置1は、PID制御のPIDパラメータ(制御パラメータ)を決定するパラメータ決定装置であって、非線形システム(非線形性の特性を有する制御対象)に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築部(局所線形モデル構築手段)10と、局所線形モデルに対応するPIDパラメータ(制御パラメータ)を、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出部(第1パラメータ算出手段)11と、非線形システムへの入力に対して該非線形システムから出力される出力値と、第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータを算出する第2パラメータ算出部(第2パラメータ算出手段)12とを備える構成である。
As described above, the
上記の構成によれば、第2パラメータ算出部12により、非線形システムへの入力に対して該非線形システムから出力される出力値と、前記第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータに前記各差に対応させた重み付けが行われ、重み付けが行われた各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータが算出される。
According to the above configuration, the second
ここで、非線形システムから出力される出力値と、局所線形モデルでの出力値との差の大きさが大きいほど、前記第1パラメータ算出部11で算出されたPIDパラメータを、PID制御のPIDパラメータとして用いることは適当でないといえる。一方、前記差の大きさが小さいほど、前記第1パラメータ算出部11で算出されたPIDパラメータを、PID制御のPIDパラメータとして用いることが好ましい。
Here, as the difference between the output value output from the nonlinear system and the output value in the local linear model is larger, the PID parameter calculated by the first
したがって、前記差の大きさに基づいて、第1パラメータ算出部11で算出した各PIDパラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータを算出することにより、非線形の特性を有するシステムに対して最適なPID制御のPIDパラメータを得ることができる。
Therefore, based on the magnitude of the difference, each PID parameter calculated by the first
また、従来、ユーザによって行われていた、非線形システムへの入力に応じたPIDパラメータの切替えを、ユーザ自身が行わずに済む。 In addition, the user himself / herself does not have to switch the PID parameter according to the input to the nonlinear system, which is conventionally performed by the user.
また、第2パラメータ算出部12が、非線形システムへの入力に対して該非線形システムから出力される出力値と、前記第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差を算出する差分算出部を備え、第2パラメータ算出部12が、前記差分算出部で算出された各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータを算出する構成としてもよい。
Further, when the second
次に、上記パラメータ決定装置1におけるPIDパラメータの決定方法のフローを、図4に基づいて説明する。
Next, the flow of the PID parameter determination method in the
まず、局所線形モデル構築部10が、非線形システムに対して、複数の局所線形モデルを構築する(S1)。S1の後は、第1パラメータ算出部11が、局所線形モデルに対応するPIDパラメータを、局所線形モデル毎に算出する(S2)。そして、S2の後は、第2パラメータ算出部12が、非線形システムへの入力に対して該非線形システムから出力される出力値と、第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差(推定誤差)の大きさに基づいて、第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータを算出する(S3)。
First, the local linear
このようなステップ(S1〜S3)を経ることにより、最適なPIDパラメータを決定することができる。 Through these steps (S1 to S3), the optimum PID parameter can be determined.
次に、上記パラメータ決定装置1で得られた最適なPIDパラメータを用いた場合における、効果について確認した。ここでは、非線形システムとしては、以下の式27で示されるHammersteinモデルを用いた。また、式27におけるξ(t)は、平均がゼロであり、かつ、分散が0.0001であるガウス性白色雑音である。
Next, the effect in the case of using the optimum PID parameter obtained by the
さらに、式27で示される非線形システムに対して、以下の式28で示す線形モデルを用いた。 Further, for the nonlinear system represented by Expression 27, a linear model represented by Expression 28 below was used.
まず、比較対照として、制御入力の範囲を分割せず(つまり、局所線形モデルを作成せず)に、1つの同定モデル(線形ノミナルモデル)を作成した。図5に、式27で示される非線形システム、および、上記線形ノミナルモデルの静特性を示す。なお、同図においては、実線が非線形システムの静特性、破線が線形ノミナルモデルの静特性である。同図に示すとおり、式28で示す線形モデルは、u(t)=1.0付近において、上記Hammersteinモデルを線形化したものとなっている。 First, as a comparison, one identification model (linear nominal model) was created without dividing the control input range (that is, without creating a local linear model). FIG. 5 shows the static characteristics of the nonlinear system represented by Expression 27 and the linear nominal model. In the figure, the solid line is the static characteristic of the nonlinear system, and the broken line is the static characteristic of the linear nominal model. As shown in the figure, the linear model represented by Expression 28 is a linearized version of the Hammerstein model near u (t) = 1.0.
ここで、線形ノミナルモデルの固定パラメータ(式28における、a1,a2,b0,b1)を用いたPID制御結果y(t)およびu(t)を、それぞれ、図6(a)(b)に示す。なお、このときのPIDパラメータは、以下の式29で示される。 Here, the PID control results y (t) and u (t) using the fixed parameters of the linear nominal model (a 1 , a 2 , b 0 , b 1 in Equation 28) are respectively shown in FIG. Shown in (b). The PID parameter at this time is expressed by the following equation 29.
次に、上記最適なパラメータを用いた制御装置での制御結果について説明する。 Next, the control result in the control apparatus using the optimum parameters will be described.
まず、局所線形モデル構築部10により、式27で示されるシステムを4つに分割した。つまり、使用する制御入力の範囲を4個の領域に分割した。そして、局所線形モデル構築部10により、式28の線形モデルに対して、一括最小2乗法を適用して、4つの局所線形モデル(yi(t))を作成した。なお、制御入力(u(t))として白色雑音を用いると共に、この白色雑音の分散を各領域とも0.09とし、かつ、白色雑音の平均を各領域でそれぞれ0.5,1.0,1.5,および2.0とした。
First, the local linear
そして、第1パラメータ算出部11により、作成された4つの局所線形モデルに対応する、PIDパラメータを局所線形モデル毎に算出した。さらに、第2パラメータ算出部12により、上記各推定誤差(e(t))(各差)の大きさに基づいて、第1パラメータ算出部11で算出された各PIDパラメータに前記各推定誤差(各差)に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各PIDパラメータからPID制御のPIDパラメータを算出した。そして、この第2パラメータ算出部12で算出した最適なPIDパラメータを用い、式7に基づき、最適な制御入力u(t)を求めた。
And the 1st
ここで、上記最適なPIDパラメータを用いた制御装置によるPID制御結果y(t)およびu(t)を、それぞれ、図7(a)(b)に示す。また、図8(a)(b)(c)に、このときのPIDゲインの計算結果(kc,TI,TD)を示す。 Here, PID control results y (t) and u (t) by the control device using the optimum PID parameters are shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. 8A, 8B, and 8C show the calculation results (k c , T I , T D ) of the PID gain at this time.
比較対照である固定パラメータを用いた場合には、図5(a)(b)に示すとおり、システムの非線形性のため、目標値が大きくなるにつれて、制御結果が劣化している。これに対して、上記制御装置を用いた場合には、図7(a)(b)に示すとおり、目標値が大きくなっても制御結果が劣化せず、かつ、図8(a)(b)(c)に示すとおり、PIDゲインがシステムの非線形性に対して適切に調整されていることがわかる。 When a fixed parameter, which is a comparative control, is used, as shown in FIGS. 5A and 5B, the control result deteriorates as the target value increases due to the nonlinearity of the system. On the other hand, when the control device is used, as shown in FIGS. 7A and 7B, the control result does not deteriorate even when the target value increases, and FIGS. ) As shown in (c), it can be seen that the PID gain is appropriately adjusted with respect to the nonlinearity of the system.
以上の結果、上記制御装置を用いることにより、従来よりも、精度の高い制御を行うことが可能となる。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の一形態について図9〜図13に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
As a result, by using the control device, it is possible to perform control with higher accuracy than in the past.
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図9は、本実施の形態に係るパラメータ決定装置の機能ブロック図である。なお、同図は、パラメータ決定装置が、制御装置内に備えられている構成を示している。ただし、この構成に限定されず、パラメータ決定装置が、制御装置の外部に備えられ、かつ、制御装置との間でデータ交換が行える構成(例えば、通信可能に接続された構成)であればよい。 FIG. 9 is a functional block diagram of the parameter determination device according to the present embodiment. In addition, the figure has shown the structure with which the parameter determination apparatus is provided in the control apparatus. However, the configuration is not limited to this configuration, and the parameter determination device may be any configuration that is provided outside the control device and can exchange data with the control device (for example, a configuration that is communicably connected). .
同図に示すとおり、パラメータ決定装置1′は、局所線形モデル構築部10、第1パラメータ算出部11、ニューラルネットワーク構築部13、および、第2パラメータ算出部12′を備えている。なお、ニューラルネットワーク構築部13は、必ずしも、パラメータ決定装置1′内に備えられる必要はなく、外部に備えられる構成であってもよい。
As shown in the figure, the parameter determination apparatus 1 'includes a local linear
つまり、上記パラメータ決定装置1′は、実施の形態1のパラメータ決定装置1と比べると、新たにニューラルネットワーク構築部13を備え、第2パラメータ算出部12の代わりに第2パラメータ算出部12′を備えた構成となっている。他の構成はパラメータ決定装置1と同様である。したがって、以下では、実施の形態1のパラメータ決定装置1と異なる点について説明する。
That is, the
ニューラルネットワーク構築部13は、第1パラメータ算出部11で算出された、局所線形モデル毎のPIDパラメータを用いて、ニューラルネットワークを構築する。具体的には、ニューラルネットワーク構築部13は、第1パラメータ算出部11で算出された各局所線形モデルのPIDパラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応するシステムへの入力、および、該入力に対するシステムからの出力を学習データとしてニューラルネットワークを構築する。
The neural network construction unit 13 constructs a neural network using the PID parameters for each local linear model calculated by the first
本実施の形態では、図10に示すとおり、ニューラルネットワークとして、Radial Basis Function(RBF)ネットワークを用いる。RBFネットワークは、同図に示すとおり、入力層、中間層、および、出力層からなるネットワークである。なお、RBFネットワークは、ニューラルネットワークの一例であって、これに限定されるものではない。 In this embodiment, as shown in FIG. 10, a radial basis function (RBF) network is used as the neural network. The RBF network is a network composed of an input layer, an intermediate layer, and an output layer as shown in FIG. The RBF network is an example of a neural network and is not limited to this.
まず、RBFネットワークについて説明する。同図の上からj番目の中間層は、以下の式30で示す基底関数と呼ばれる出力hjを有する。 First, the RBF network will be described. The j-th intermediate layer from the top in the figure has an output h j called a basis function represented by the following Expression 30.
ただし、式30において、xおよびcjは、それぞれ、RBFネットワークへの入力、および、中間層における中間値を指している。さらに、σは基底関数の裾の広がりを示すパラメータである。一方、同図の上からk番目の出力層からの出力Okは、以下の式31で与えられる。 However, in Expression 30, x and c j indicate the input to the RBF network and the intermediate value in the intermediate layer, respectively. Furthermore, σ is a parameter indicating the spread of the base function. On the other hand, the output O k from k-th output layer from the top of the figure is given by Equation 31 below.
ただし、wjkは、j番目の中間層からk番目の出力層での結合加重である。なお、結合加重の学習については、中間層の個数と、用いるデータの組数が同じであれば、以下の式32に示す演算で行うことができる。 Here, w jk is a connection weight from the jth intermediate layer to the kth output layer. Note that the learning of the connection weight can be performed by the calculation shown in the following Expression 32 if the number of intermediate layers is the same as the number of sets of data to be used.
ただし、式32においてWkおよびTは、それぞれ、k番目の出力層に入力される重みベクトル、および、k番目の出力層に対する教師信号ベクトルである。さらに、Hは、以下の式33で示されるような、中間層の出力全てを要素に持つ行列である。 In Equation 32, W k and T are a weight vector input to the k-th output layer and a teacher signal vector for the k-th output layer, respectively. Furthermore, H is a matrix having all the outputs of the intermediate layer as elements, as represented by the following Expression 33.
ここで、上記ニューラルネットワーク構築部13では、入力層を2層と、中間層を4層と、出力層を3層としたRBFネットワークを用いる。 Here, the neural network construction unit 13 uses an RBF network having two input layers, four intermediate layers, and three output layers.
ニューラルネットワークを構築する際の学習データとしては、上記入力信号系列(つまり、局所線形モデル構築部10により複数の局所線形モデルを構築する際に用いた(U1,U2,U3,・・・,Un))および該入力に対する上記出力系列(つまり、上記入力信号系列に対応する(Y1,Y2,Y3,・・・,Yn))を用いる。そして、UiおよびYi(1≦i≦n)を、それぞれ1番目および2番目の入力層へ学習データとして入力する。
As the learning data for constructing the neural network, the input signal series (that is, the local linear
また、UiおよびYiを学習データとして入力する場合には、教師信号として、第1パラメータ算出部11で算出した局所線形モデルyi(t)に対応するPIDパラメータを用いる。
When Ui and Yi are input as learning data, the PID parameter corresponding to the local linear model y i (t) calculated by the first
そして、例えば、1番目の出力層からの出力とkcの教師信号とを、2番目の出力層からの出力とTIの教師信号とを、3番目の出力層からの出力とTDの教師信号とを、それぞれに比較してRBFネットワークを構築する。 Then, for example, the teacher signal output and k c from the first output layer and a teacher signal output and T I from the second output layer, the output and T D from the third output layer An RBF network is constructed by comparing the teacher signals with each other.
第2パラメータ算出部12′は、構築されたRBFネットワークを用いて、PID制御のPIDパラメータを算出する。具体的には、非線形システムへの入力(u(t−1))と、出力(y(t−1))とを、入力層へ入力し、最適なPIDパラメータ(kc(t)、TI(t)、TD(t))を算出する。
The second
以上のように、上記パラメータ決定装置1′は、PID制御のPIDパラメータ(制御パラメータ)を決定するパラメータ決定装置であって、非線形システム(非線形性の特性を有する制御対象)に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築部(局所線形モデル構築手段)10と、前記局所線形モデルに対応するPIDパラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出部(第1パラメータ算出手段)11と、前記第1パラメータ算出部11で算出された各局所線形モデルのPIDパラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する非線形システムへの入力、および、該入力に対する非線形システムからの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御のPIDパラメータを算出する第2パラメータ算出部(第2パラメータ算出手段)12とを備える構成である。
As described above, the
上記の構成によれば、ニューラルネットワークは、前記第1パラメータ算出部11で算出された各局所線形モデルのPIDパラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する非線形システムへの入力、および、該入力に対する非線形システムからの出力を学習データとして構築されている。
According to the above configuration, the neural network uses the PID parameter of each local linear model calculated by the first
したがって、第2パラメータ算出部12が、非線形システムへの入力と該入力に対する非線形システムからの出力とをニューラルネットワークへ入力することにより、該ニューラルネットワークからの出力として、非線形システムに対して最適なPID制御のPIDパラメータを得ることができるという効果を奏する。
Therefore, the second
また、従来、ユーザによって行われていた、非線形システムへの入力に応じたPIDパラメータの切替えを、ユーザ自身が行わずに済む。 In addition, the user himself / herself does not have to switch the PID parameter according to the input to the nonlinear system, which is conventionally performed by the user.
また、上記パラメータ決定装置1′は、上記局所線形モデルが、非線形システムへの入力の範囲を、複数の範囲に分割して構築されると共に、各範囲における非線形システムへの入力と、前記入力に対する非線形システムからの出力とに基づいて構築されるものであって、各範囲における、前記学習データとしての非線形システムへの入力として、局所線形モデルを構築する際に用いた非線形システムへの入力を用いる構成である。
Further, the
上記の構成によれば、局所線形モデルを構築する際に用いた入力と同じものを、学習データとしてシステムへ入力できる。 According to said structure, the same input used when constructing | assembling a local linear model can be input into a system as learning data.
したがって、ニューラルネットワークを構築する際に、ニューラルネットワークに対して正確な学習をさせることができ、精度の高いPIDパラメータを得ることができる。 Therefore, when the neural network is constructed, the neural network can be accurately learned, and a highly accurate PID parameter can be obtained.
さらに、上記パラメータ決定装置1′は、前記ニューラルネットワークを構築するニューラルネットワーク構築部13を備える構成でもある。
Further, the
上記の構成によれば、パラメータ決定装置1′内で、ニューラルネットワークを構築することができるという効果を奏する。また、別途、ニューラルネットワークを構築する装置を設ける必要がなくなる。 According to said structure, there exists an effect that a neural network can be constructed | assembled within parameter determination apparatus 1 '. Further, it is not necessary to provide a separate device for constructing the neural network.
次に、上記パラメータ決定装置1′におけるPIDパラメータの決定方法のフローを、図11に基づいて説明する。
Next, the flow of the PID parameter determination method in the
まず、局所線形モデル構築部10が、非線形性の特性を有するシステムに対して、複数の局所線形モデルを構築する(S11)。S11の後は、第1パラメータ算出部11が、局所線形モデルに対応するPIDパラメータを、局所線形モデル毎に算出する(S12)。そして、S12の後は、ニューラルネットワーク構築部13が、第1パラメータ算出部11で算出された各局所線形モデルのPIDパラメータを教師信号とし、かつ、各局所線形モデルに対応する非線形システムへの入力、および、該入力に対する非線形システムからの出力を学習データととして、ニューラルネットワークを構築する(S13)。S13の後は、第2パラメータ算出部12′が、上記ニューラルネットワークを用いて、PID制御のPIDパラメータを算出する(S14)。
First, the local linear
このようなステップ(S11〜S14)を経ることにより、最適なPIDパラメータを決定することができる。 Through such steps (S11 to S14), an optimum PID parameter can be determined.
次に、上記パラメータ決定装置1′で得られた最適なPIDパラメータを用いた場合における、効果について確認した。ここでは、非線形システムとしては、実施の形態1と同様、上記式27で示されるHammersteinモデルを用いた。
Next, the effect in the case of using the optimum PID parameter obtained by the
また、実施の形態1と同様、局所線形モデル構築部10により、式27で示される非線形システムを4つに分割した。そして、局所線形モデル構築部10により、式28の線形モデルに対して、一括最小2乗法を適用して、4つの局所線形モデル(yi(t))を作成した。なお、制御入力(u(t))も実施の形態1と同様の白色雑音を用いた。そして、第1パラメータ算出部11により、作成された4つの局所線形モデルに対応する、PIDパラメータを局所線形モデル毎に算出した。ここまでは、実施の形態1と同様である。
As in the first embodiment, the local linear
次に、第2パラメータ算出部12′により、ニューラルネットワーク構築部13で構築したニューラルネットワークを用いて、PID制御のPIDパラメータを算出した。なお、ニューラルネットワーク構築時においては、学習データとしてのシステムへの入力の分散を、0.4とした。
Next, the PID parameter of PID control was calculated by the second
ここで、上記最適なPIDパラメータを用いた制御装置での制御結果y(t)およびu(t)を、それぞれ、図12(a)(b)に示す。また、図13(a)(b)(c)に、このときのPIDゲインの計算結果(kc,TI,TD)を示す。 Here, control results y (t) and u (t) in the control apparatus using the optimum PID parameter are shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), respectively. FIGS. 13A, 13B, and 13C show the calculation results (k c , T I , T D ) of the PID gain at this time.
実施の形態1で示したとおり、比較対照である固定パラメータを用いた場合には、図5(a)(b)に示すとおり、システムの非線形性のため、目標値が大きくなるにつれて、制御結果が劣化している。これに対して、上記制御装置を用いた場合には、図12(a)(b)に示すとおり、目標値が大きくなっても制御結果が劣化せず、かつ、図13(a)(b)(c)に示すとおり、PIDゲインがシステムの非線形性に対して適切に調整されていることがわかる。 As shown in the first embodiment, when using a fixed parameter as a comparative control, as shown in FIGS. 5A and 5B, the control result increases as the target value increases due to the nonlinearity of the system. Has deteriorated. On the other hand, when the control device is used, as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), the control result does not deteriorate even when the target value increases, and FIGS. ) As shown in (c), it can be seen that the PID gain is appropriately adjusted with respect to the nonlinearity of the system.
以上の結果、上記制御装置を用いることにより、従来よりも、精度の高い制御を行うことが可能となる。 As a result, by using the control device, it is possible to perform control with higher accuracy than in the past.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
なお、上記実施形態のパラメータ決定装置やこの装置を備えた制御装置の各部や各処理ステップは、CPUなどの演算手段が、ROM(Read Only Memory)やRAMなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行し、キーボードなどの入力手段、ディスプレイなどの出力手段、あるいは、インターフェース回路などの通信手段を制御することにより実現することができる。したがって、これらの手段を有するコンピュータが、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行するだけで、本実施形態のパラメータ決定装置やこの装置を備えた制御装置の各種機能および各種処理を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、任意のコンピュータ上で上記の各種機能および各種処理を実現することができる。 Note that each unit and each processing step of the parameter determination device of the above embodiment and the control device provided with this device has a program stored in a storage unit such as a ROM (Read Only Memory) or RAM by a calculation unit such as a CPU. This can be realized by controlling input means such as a keyboard, output means such as a display, or communication means such as an interface circuit. Therefore, the computer having these means simply reads the recording medium in which the program is recorded, and executes the program, thereby performing the various functions and various processes of the parameter determination device of the present embodiment and the control device including the device. Can be realized. In addition, by recording the program on a removable recording medium, the various functions and various processes described above can be realized on an arbitrary computer.
この記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばROMのようなものがプログラムメディアであっても良いし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであっても良い。 As this recording medium, a program medium such as a memory (not shown) such as a ROM may be used for processing by the microcomputer, or a program reader is provided as an external storage device (not shown). It may be a program medium that can be read by inserting a recording medium therein.
また、何れの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。 In any case, the stored program is preferably configured to be accessed and executed by the microprocessor. Furthermore, it is preferable that the program is read out, and the read program is downloaded to a program storage area of the microcomputer and the program is executed. It is assumed that this download program is stored in advance in the main unit.
また、上記プログラムメディアとしては、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクやCD/MO/MD/DVD等のディスクのディスク系、ICカード(メモリカードを含む)等のカード系、あるいはマスクROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュROM等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する記録媒体等がある。 The program medium is a recording medium configured to be separable from the main body, such as a tape system such as a magnetic tape or a cassette tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, or a disk such as a CD / MO / MD / DVD. Fixed disk system, card system such as IC card (including memory card), or semiconductor memory such as mask ROM, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), flash ROM, etc. In particular, there are recording media that carry programs.
また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。 Further, if the system configuration is capable of connecting to a communication network including the Internet, the recording medium is preferably a recording medium that fluidly carries the program so as to download the program from the communication network.
さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。 Further, when the program is downloaded from the communication network as described above, it is preferable that the download program is stored in the main device in advance or installed from another recording medium.
非線形の特性を有する制御対象に対しても、最適な制御パラメータを決定することができるため、構造が未知の制御対象を含め、様々な制御対象に対して適用可能である。 Since an optimal control parameter can be determined even for a controlled object having a non-linear characteristic, it can be applied to various controlled objects including a controlled object whose structure is unknown.
1・1′ パラメータ決定装置
10 局所線形モデル構築部(局所線形モデル構築手段)
11 第1パラメータ算出部(第1パラメータ算出手段)
12・12′ 第2パラメータ算出部(第2パラメータ算出手段)
13 ニューラルネットワーク構築部(ニューラルネットワーク構築手段)
1.1 '
11 First parameter calculation unit (first parameter calculation means)
12.12 '2nd parameter calculation part (2nd parameter calculation means)
13 Neural network construction part (Neural network construction means)
Claims (11)
非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築手段と、
前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出手段と、
制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出手段で算出された各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出手段とを備えることを特徴とするパラメータ決定装置。 A parameter determination device for determining a control parameter for PID control,
A local linear model construction means for constructing a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics,
First parameter calculation means for calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model;
An output value output from the control object in response to an input to the control object, and an output value in each local linear model for the input when each control parameter calculated by the first parameter calculation unit is used; Based on the magnitude of each difference, the control parameters calculated by the first parameter calculation means are weighted corresponding to the differences, and the control parameters for PID control are calculated from the weighted control parameters. And a second parameter calculating means.
非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築手段と、
前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出手段と、
前記第1パラメータ算出手段で算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出手段とを備えることを特徴とするパラメータ決定装置。 A parameter determination device for determining a control parameter for PID control,
A local linear model construction means for constructing a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics,
First parameter calculating means for calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model;
The control parameter of each local linear model calculated by the first parameter calculation means is used as a teacher signal, and the input to the control target corresponding to each local linear model and the output from the control target corresponding to the input are learned A parameter determination device comprising: second parameter calculation means for calculating a control parameter for PID control using a neural network constructed as data.
各範囲における、前記学習データとしての制御対象への入力として、局所線形モデルを構築する際に用いた制御対象への入力を用いることを特徴とする請求項3記載のパラメータ決定装置。 The local linear model is constructed by dividing the range of the input to the controlled object into a plurality of ranges, and the input to the controlled object in each range and the output from the controlled object to the input Built on the basis of
4. The parameter determination apparatus according to claim 3, wherein an input to the control object used when constructing a local linear model is used as an input to the control object as the learning data in each range.
非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築ステップと、
前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出ステップと、
制御対象への入力に対して該制御対象から出力される出力値と、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータを用いた場合における、前記入力に対する各局所線形モデルでの出力値との各差の大きさに基づいて、前記第1パラメータ算出ステップで算出された各制御パラメータに前記各差に対応させた重み付けを行い、重み付けを行った各制御パラメータからPID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出ステップとを備えることを特徴とするパラメータ決定方法。 A parameter determination method for determining a control parameter for PID control,
A local linear model construction step for constructing a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics;
A first parameter calculation step of calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model;
An output value output from the control object in response to an input to the control object, and an output value in each local linear model for the input when using each control parameter calculated in the first parameter calculation step; Based on the magnitude of each difference, the control parameters calculated in the first parameter calculating step are weighted corresponding to the differences, and the control parameters for PID control are calculated from the weighted control parameters. A parameter determining method comprising: a second parameter calculating step.
非線形性の特性を有する制御対象に対して、複数の局所線形モデルを構築する局所線形モデル構築ステップと、
前記局所線形モデルに対応する制御パラメータを、局所線形モデル毎に算出する第1パラメータ算出ステップと、
前記第1パラメータ算出ステップで算出された各局所線形モデルの制御パラメータを教師信号とし、かつ、前記各局所線形モデルに対応する制御対象への入力、および、該入力に対する制御対象からの出力を学習データとして構築されたニューラルネットワークを用いて、PID制御の制御パラメータを算出する第2パラメータ算出ステップとを備えることを特徴とするパラメータ決定方法。 A parameter determination method for determining a control parameter for PID control,
A local linear model construction step for constructing a plurality of local linear models for a controlled object having nonlinear characteristics;
A first parameter calculation step of calculating a control parameter corresponding to the local linear model for each local linear model;
The control parameter of each local linear model calculated in the first parameter calculating step is used as a teacher signal, and the input to the control target corresponding to each local linear model and the output from the control target corresponding to the input are learned. A parameter determination method comprising: a second parameter calculation step of calculating a control parameter for PID control using a neural network constructed as data.
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KR100975139B1 (en) | 2008-10-31 | 2010-08-11 | 한국전력공사 | Controller |
CN103092075A (en) * | 2012-12-31 | 2013-05-08 | 上海师范大学 | Parameter determination method of machine driven system model with backlash characteristics |
CN104834330A (en) * | 2015-04-27 | 2015-08-12 | 北京控制工程研究所 | Liquid floated pendulum type accelerometer temperature control model parameter identification method |
CN113534663A (en) * | 2021-07-14 | 2021-10-22 | 江南大学 | Design method of generalized minimum variance controller for CSTR temperature control |
-
2004
- 2004-04-05 JP JP2004110600A patent/JP2005293434A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100975139B1 (en) | 2008-10-31 | 2010-08-11 | 한국전력공사 | Controller |
CN103092075A (en) * | 2012-12-31 | 2013-05-08 | 上海师范大学 | Parameter determination method of machine driven system model with backlash characteristics |
CN104834330A (en) * | 2015-04-27 | 2015-08-12 | 北京控制工程研究所 | Liquid floated pendulum type accelerometer temperature control model parameter identification method |
CN104834330B (en) * | 2015-04-27 | 2017-05-03 | 北京控制工程研究所 | Liquid floated pendulum type accelerometer temperature control model parameter identification method |
CN113534663A (en) * | 2021-07-14 | 2021-10-22 | 江南大学 | Design method of generalized minimum variance controller for CSTR temperature control |
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