JP2009294879A - モデル予測制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】目標値生成器10、モデル予測制御器(MPC)20、切替器100、下位制御器(LC)30、および、制御対象(P)40から構成される。通常では、切替信号FLG_LCはフラグが0の状態に置かれてMPC20による最適化処理が実行される。しかし、MPC20内の最適化処理が重くなり、たとえば実行時間が制御周期内に収まらない事態が発生したと判断された場合には、MPC20は切替信号FLG_LCのフラグを1に切り替える。このフラグ“1”は切替器100に伝えられ、切替器100はMPC20利用の状態から下位制御系のみの状態へ滑らかに移行する。
【選択図】図1
Description
前記上位のモデル予測制御系は、モデル予測制御器を備え、通常では、目標値生成器が生成した目標値を入力として前記モデル予測制御器の出力を切替器を介して前記下位の制御が施された系の目標値として出力するとともに、前記モデル予測制御器になんらかの制御計算上の不具合が発生した場合には、切替信号を前記切替器に出力するよう構成し、
前記切替器は、前記切替信号をトリガに、前記上位のモデル予測制御系を切り離し、当該切替器から前記下位制御系への出力を、切り離される直前の前記モデル予測制御器の出力値から、所定の関数にしたがって連続的に前記目標値生成器が生成した目標値に切替えることを特徴とする。
また、本発明の実施態様の一つとして、前記指数関数的な出力をさらにランプ関数的に変化させることで、前記指数関数的な出力の変化率を制限し、かつ所定時間に前記目標値生成器が生成した目標値へ切替えることを特徴とする。
前記所定の関数を指数関数とするとともに該指数関数の時定数を設定し、
この指数関数的に変化する出力と前記ランプ関数発生器の出力との積を、前記目標値生成器が生成した目標値に加算した信号を当該切替器から前記下位制御系へ出力することで、連続的かつ所定の切替時間で切替を完了することを特徴とする。
前記上位のモデル予測制御系は、モデル予測制御器を備え、通常では、目標値生成器が生成した目標値を入力として前記モデル予測制御器の出力を切替器を介して前記下位の制御が施された系の目標値として出力するとともに、前記モデル予測制御器になんらかの制御計算上の不具合が発生した場合には、切替信号を前記切替器に出力するよう構成し、
前記切替器は、当該切替器から前記下位制御系への出力を、切り離される直前の前記モデル予測制御器の出力値から、前記目標値生成器が生成した目標値へ連続的に切替えるための閉ループからなる漸近回路を有し、
前記漸近回路は、前記上位のモデル予測制御系が前記切替器で切り離される以前および切り離されたときは1サンプル前の前記モデル予測制御器の出力値と前記目標値生成器が生成した目標値との偏差を保持し、前記切替信号のトリガにより当該漸近回路へ切り替えられた以降は1サンプル前の当該漸近回路の出力値を保持する、1サンプル遅延要素を有し、
前記切替器は、前記切替信号をトリガとして前記上位のモデル予測制御系が切り離されるとともに前記漸近回路が接続されたときは、当該切替器から前記下位制御系への出力を、前記1サンプル遅延要素に保持された値から、前記目標値生成器が生成した目標値へ連続的に切替えることを特徴とする。
また、本発明の実施態様の一つとして、前記1サンプル遅延要素に保持された値を減衰係数掛算器へ入力して得られた値を、前記漸近回路の出力とすることを特徴とする。
前記1サンプル遅延要素に保持された値を減衰係数掛算器へ入力して得られた値と前記1サンプル遅延要素に保持された値との差を、制限値が設定されたリミッタへ入力して得られた値と、
を加算した値を、前記漸近回路の出力とすることを特徴とする。
前記1サンプル遅延要素に保持された値を減衰係数掛算器へ入力して得られた値を、前記漸近回路の出力とし、
前記漸近回路の出力と前記ランプ関数発生器の出力との積と、前記目標値生成器が生成した目標値とを加算した信号を当該切替器から前記下位制御系へ出力することで、連続的に、かつ所定の切替時間で切替を完了することを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係るモデル予測制御装置の基本的構成を示すブロック図である。
さらに、制御量を切替先の操作量に滑らかに漸近させ、かつ、制御の切替を特定の切替時間で完了させたい場合には、切り替える操作量間の偏差を指数関数的に減少させ、切替と同じタイミングで起動するランプ関数発生器の出力と操作量間の偏差との積をとることで、容易に、滑らかな漸近的切替、かつ、特定の切替時間での切替完了を実現できる。
20 モデル予測制御器(MPC)
30 下位制御器(LC)
40 制御対象(P)
100 切替器
101 スイッチ
102 減算器
103 加算器
104 1サンプル遅延要素(メモリ)
105 上下限リミッタ
106 減算器
108 漸近回路
111 スイッチ
112 減算器
113 加算器
114 1サンプル遅延要素(メモリ)
115 減衰係数掛算器
118 漸近回路
121 スイッチ
122 減算器
123 乗算器
124 加算器
125 1サンプル遅延要素(メモリ)
126 減衰係数掛算器
128 漸近回路
131 スイッチ
132 減算器
133 加算器
134 1サンプル遅延要素(メモリ)
135 上下限リミッタ
136 加算器
137 減衰係数掛算器
138 漸近回路
139 減算器
200 ランプ関数発生器
201 スイッチ
202 1サンプル遅延要素(メモリ)
203 上限リミッタ
204 減算器
Claims (14)
- 上位のモデル予測制御系が下位の制御が施された系を制御対象とするモデル予測制御装置において、
前記上位のモデル予測制御系は、モデル予測制御器を備え、通常では、目標値生成器が生成した目標値を入力として前記モデル予測制御器の出力を切替器を介して前記下位の制御が施された系の目標値として出力するとともに、前記モデル予測制御器になんらかの制御計算上の不具合が発生した場合には、切替信号を前記切替器に出力するよう構成し、
前記切替器は、前記切替信号をトリガに、前記上位のモデル予測制御系を切り離し、当該切替器から前記下位制御系への出力を、切り離される直前の前記モデル予測制御器の出力値から、所定の関数にしたがって連続的に前記目標値生成器が生成した目標値に切替えることを特徴とするモデル予測制御装置。 - 前記所定の関数をランプ関数とし、該ランプ関数の変化率に制限値を設定することで、所定時間に前記目標値生成器が生成した目標値へ切替えることを特徴とする請求項1に記載のモデル予測制御装置。
- 前記所定の関数を指数関数とし、該指数関数の時定数を設定することを特徴とする請求項1に記載のモデル予測制御装置。
- 前記指数関数的な出力をさらにランプ関数的に変化させることで、前記指数関数的な出力の変化率を制限し、かつ所定時間に前記目標値生成器が生成した目標値へ切替えることを特徴とする請求項3に記載のモデル予測制御装置。
- 前記切替器は、前記切替信号の入力タイミングで起動され、指定された切替時間でその出力を1から0に連続的に減少させるランプ関数発生器および乗算器を有し、
前記所定の関数を指数関数とするとともに該指数関数の時定数を設定し、
この指数関数的に変化する出力と前記ランプ関数発生器の出力との積を、前記目標値生成器が生成した目標値に加算した信号を当該切替器から前記下位制御系へ出力することで、連続的かつ所定の切替時間で切替を完了することを特徴とする請求項1に記載のモデル予測制御装置。 - 上位のモデル予測制御系が下位の制御が施された系を制御対象とするモデル予測制御装置において、
前記上位のモデル予測制御系は、モデル予測制御器を備え、通常では、目標値生成器が生成した目標値を入力として前記モデル予測制御器の出力を切替器を介して前記下位の制御が施された系の目標値として出力するとともに、前記モデル予測制御器になんらかの制御計算上の不具合が発生した場合には、切替信号を前記切替器に出力するよう構成し、
前記切替器は、当該切替器から前記下位制御系への出力を、切り離される直前の前記モデル予測制御器の出力値から、前記目標値生成器が生成した目標値へ連続的に切替えるための閉ループからなる漸近回路を有し、
前記漸近回路は、前記上位のモデル予測制御系が前記切替器で切り離される以前および切り離されたときは1サンプル前の前記モデル予測制御器の出力値と前記目標値生成器が生成した目標値との偏差を保持し、前記切替信号のトリガにより当該漸近回路へ切り替えられた以降は1サンプル前の当該漸近回路の出力値を保持する、1サンプル遅延要素を有し、
前記切替器は、前記切替信号をトリガとして前記上位のモデル予測制御系が切り離されるとともに前記漸近回路が接続されたときは、当該切替器から前記下位制御系への出力を、前記1サンプル遅延要素に保持された値から、前記目標値生成器が生成した目標値へ連続的に切替えることを特徴とするモデル予測制御装置。 - 前記漸近回路は、前記1サンプル遅延要素に保持された値を、所定の関数にしたがって前記目標値生成器が生成した目標値へ連続的に切替えることを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。
- 前記所定の関数をランプ関数とし、該ランプ関数の変化率に制限値を設定することで、所定時間に前記目標値生成器が生成した目標値へ切替えることを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。
- 前記1サンプル遅延要素に保持された値と、前記1サンプル遅延要素保持値を制限値が設定されたリミッタへ入力して得られた値との差を、前記漸近回路の出力とすることを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。
- 前記所定の関数を指数関数とし、該指数関数の時定数を設定することを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。
- 前記1サンプル遅延要素に保持された値を減衰係数掛算器へ入力して得られた値を、前記漸近回路の出力とすることを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。
- 前記指数関数的な出力をさらにランプ関数的に変化させることで、前記指数関数的な出力の変化率を制限し、かつ所定時間に前記目標値生成器が生成した目標値へ切替えることを特徴とする請求項10に記載のモデル予測制御装置。
- 前記1サンプル遅延要素に保持された値と、
前記1サンプル遅延要素に保持された値を減衰係数掛算器へ入力して得られた値と前記1サンプル遅延要素に保持された値との差を、制限値が設定されたリミッタへ入力して得られた値と、
を加算した値を、前記漸近回路の出力とすることを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。 - 前記切替器は、前記切替信号の入力タイミングで起動され、指定された切替時間でその出力を1から0に連続的に減少させるランプ関数発生器および乗算器を有し、
前記1サンプル遅延要素に保持された値を減衰係数掛算器へ入力して得られた値を、前記漸近回路の出力とし、
前記漸近回路の出力と前記ランプ関数発生器の出力との積と、前記目標値生成器が生成した目標値とを加算した信号を当該切替器から前記下位制御系へ出力することで、連続的に、かつ所定の切替時間で切替を完了することを特徴とする請求項6に記載のモデル予測制御装置。
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