JP2013050767A - 適応制御装置および適応制御方法ならびに射出成形機の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 制御対象2から出力される制御値yに並列フィードフォワード補償器4から出力される補償値yfを加えた帰還値yaと指令値rに基づいて操作値uを出力するようにしてフィードバック制御を行う適応制御装置であって、並列フィードフォワード補償器4は、制御対象2の周波数応答特性を逐次推定する同定機構6と、当該周波数応答特性に基づいて補償値yfを調整する調整機構7とを備えている。
【選択図】 図1
Description
図1は本発明の一実施形態に係る適応制御装置の概略構成例を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態の適応制御装置1は、制御対象2に操作値uを出力する制御器3と、制御対象2から出力される制御値yの帰還値yaを補償するための補償値yfを操作値uに基づいて出力する並列フィードフォワード補償器(以下、PFCとも略称する)4とを備えている。制御器3は、制御対象2から出力される制御値yにPFC4から出力される補償値yfを加えた帰還値yaと指令値rとに基づいて操作値uを出力するようにしてフィードバック制御を行うよう構成されている。制御器3およびPFC4は、例えば制御対象2の内部または外部に設けられるマイクロコントローラなどのコンピュータにおいて所定のデジタル演算を行うようにプログラミングされることにより構成されてもよいし、アナログまたはデジタル回路により構成されてもよいし、これらを組み合わせてもよい。
以下、PFC4における補償値の調整方法について説明する。図3は本実施形態において図1に示す適応制御装置におけるPFCの調整の流れを示すフローチャートである。図3に示すように、PFC4の同定機構6には、制御対象2の入力データである操作値uと制御対象2の出力データである制御値yとが入力される。入力された操作値uおよび制御値yは、ノイズ成分などの所定の周波数領域外の成分をバンドパスフィルタ(図示せず。ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを含む)により除去し(ステップS1)、当該フィルタリング後の操作値duおよびフィルタリング後の制御値dyに対してリサンプリングを行う(ステップS2)。
次に、本実施形態における制御器3について説明する。図4は図1に示す適応制御装置における制御器に単純適応制御を用いた場合の概略構成例を示すブロック図である。図4に示すように、制御器3は、所定の(理想的な)応答を与えるように設計された規範モデルに制御対象2が出力する制御値yが追従するように複数の適応ゲインが調整される単純適応制御(SAC)機構を備えている。複数の適応ゲインは、指令値rに対する第1フィードフォワードゲインKuと、規範モデルの状態量xmに対する第2フィードフォワードゲインKxと、規範モデルの出力(規範出力)ymと帰還値yaとの偏差に対するフィードバックゲインKeとを含む。具体的には、SAC機構は、入力される指令値rに対して規範モデルを適用して制御対象2の出力が追従すべき規範出力ymを出力する規範モデル適用部31と、指令値rに対して第1の適応ゲイン(第1のフィードフォワードゲイン)Kuを乗算する第1乗算器32と、規範モデルの状態量xm(後述)に対して第2の適応ゲイン(第2のフィードフォワードゲイン)Kxを乗算する第2乗算器33と、規範出力ymと制御値yにPFC4から出力される補償値yfを加えた拡大制御系の出力(帰還値)yaとの誤差を演算する第1減算器35と、第1減算器35の出力eaに対して第3の適応ゲイン(フィードバックゲイン)Keを乗算する第3乗算器34と、第1乗算器32の出力と第2乗算器33の出力とを加算する第1加算器36と、第1加算器36の出力usと第3乗算器34の出力ueとを加算して操作値uを出力する第2加算器37とを備えている。
ここで、上記PFC4の調整方法における考え方を説明する。図8はある制御対象の周波数応答特性およびそれに応じて設計したPFCの周波数応答特性を示すグラフである。図8においては、制御対象2として油圧機器を想定した周波数応答特性が示されている。図8に示されるように、この制御対象2においては、周波数が約13Hz以上で位相遅れが約180°以上生じる。フィードバック制御においては、位相遅れが180°以上となる周波数領域が存在すると、一定以上の大きさのゲインでフィードバックを行ったときに制御系が不安定になる可能性がある。
以下、上記実施形態で説明した適応制御装置1を射出成形機に適用した例について説明する。図11は図1に示す適応制御装置が適用された射出成形機の圧力制御に関する概略構成例を示す模式図である。また、図12は図11に示す射出成形機の流量制御に関する概略構成例を示す模式図である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
2 制御対象
3 制御器
3B 適応PID制御器
3C スライディングモードコントローラ
4,22 PFC
5 PFC演算部
6 同定機構
7 調整機構
10 射出成形機
11 ノズル
12 射出シリンダ
13 ヒータ
14 ホッパ
15 スクリュー
16 ピストン
17 油圧シリンダ
18 油圧ポンプ
19 サーボモータ(モータ)
20 圧力制御器
21 モータ駆動装置
31 規範モデル適用部
32 第1乗算器
33 第2乗算器
34 第3乗算器
35 第1減算器
36 第1加算器
37 第2加算器
38 動的補償器
39 第3加算器
41 第4加算器
Claims (24)
- 制御対象に操作値を出力する制御器と、前記制御対象から出力される制御値の帰還値を補償するための補償値を前記操作値に基づいて出力する並列フィードフォワード補償器とを備え、前記制御器が前記制御対象から出力される制御値に並列フィードフォワード補償器から出力される補償値を加えた帰還値と指令値とに基づいて前記操作値を出力するようにしてフィードバック制御を行う適応制御装置であって、
前記並列フィードフォワード補償器は、前記制御対象の周波数応答特性を逐次推定する同定機構と、当該周波数応答特性に基づいて前記補償値を調整する調整機構とを備えている、適応制御装置。 - 前記同定機構は、前記制御対象のモデルを逐次同定して前記制御対象の伝達関数を推定し、推定した伝達関数に基づいて前記制御対象の周波数応答特性を逐次推定する、請求項1に記載の適応制御装置。
- 前記同定機構は、線形ブラックボックスモデルを適用する、請求項2に記載の適応制御装置。
- 前記同定機構は、前記線形ブラックボックスモデルの多項式表現における各係数を、カルマンフィルタを用いて推定するよう構成されている、請求項3に記載の適応制御装置。
- 前記同定機構は、前記制御対象の物理モデルを適用する、請求項2に記載の適応制御装置。
- 前記同定機構は、前記制御対象の前記物理モデルの未知定数を、カルマンフィルタを用いて推定するよう構成されている、請求項5に記載の適応制御装置。
- 前記調整機構は、前記周波数応答特性から前記制御対象の位相遅れが所定値以上となる周波数およびゲインに所定の係数を掛けることにより前記補償値を調整するよう構成されている、請求項1〜6のいずれかに記載の適応制御装置。
- 前記並列フィードフォワード補償器は、一次遅れ系の伝達関数を有している、請求項1〜7のいずれかに記載の適応制御装置。
- 前記制御器は、所定の応答を与えるように設計された規範モデルに前記制御対象が出力する制御値が追従するように複数の適応ゲインが調整される単純適応制御機構を備え、前記複数の適応ゲインは、前記指令値に対する第1フィードフォワードゲインと、前記規範モデルの状態量に対する第2フィードフォワードゲインと、前記規範モデルの出力と前記帰還値との偏差に対するフィードバックゲインとを含むよう構成されている、請求項1〜8のいずれかに記載の適応制御装置。
- 射出成形機の油圧シリンダ内の圧力を調整するモータに圧力操作値を出力する圧力制御器と、前記油圧シリンダ内の圧力に基づく帰還値を補償するための圧力補償値を前記圧力操作値に基づいて出力する並列フィードフォワード補償器とを備え、前記圧力制御器が前記油圧シリンダ内の圧力に前記並列フィードフォワード補償器から出力される圧力補償値を加えた帰還値と指令値とに基づいて前記圧力操作値を出力するようにしてフィードバック制御を行う射出成形機の制御装置であって、
前記並列フィードフォワード補償器は、前記射出成形機の周波数応答特性を逐次推定する同定機構と、当該周波数応答特性に基づいて前記圧力補償値を調整する調整機構とを備えている、射出成形機の制御装置。 - 前記調整機構は、前記同定機構により逐次推定された前記射出成形機の周波数応答特性、および、予め定められた周波数応答特性または過去に前記同定機構により推定された周波数応答特性の何れかを選択し、当該周波数応答特性に基づいて前記圧力補償値を調整するよう構成されている、請求項10に記載の射出成形機の制御装置。
- 前記油圧シリンダ内への作動油の流量を制御する流量制御器を備え、
前記流量制御器を用いた流量制御の開始後、前記油圧シリンダ内の圧力、前記油圧シリンダ内を摺動するピストンのストローク、および、前記流量制御器を用いた流量制御が開始されてからの時間のうちの少なくとも1つを検出し、検出した値が予め設定された所定のしきい値を超えた場合に、前記流量制御器に代えて前記圧力制御器を用いた圧力制御を開始する、請求項10または11に記載の射出成形機の制御装置。 - 制御対象に並列フィードフォワード補償器を付加して構成される制御系を用いた適応制御方法であって、
前記制御対象に操作値を出力する操作値出力ステップと、
前記制御対象から出力される制御値の帰還値を補償するための補償値を前記操作値に基づいて出力する補償値出力ステップと、
前記制御対象から出力される制御値に前記補償値を加えた前記帰還値と指令値とに基づいて前記操作値を出力するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御ステップと、を含み、
前記補償値出力ステップは、
前記制御対象の周波数応答特性を逐次推定する同定ステップと、当該周波数応答特性に基づいて前記補償値を調整する調整ステップとを含んでいる、適応制御方法。 - 前記同定ステップは、前記制御対象のモデルを逐次同定して前記制御対象の伝達関数を推定し、推定した伝達関数に基づいて前記制御対象の周波数応答特性を逐次推定する、請求項13に記載の適応制御方法。
- 前記同定ステップは、線形ブラックボックスモデルを適用する、請求項14に記載の適応制御方法。
- 前記同定ステップは、前記線形ブラックボックスモデルの多項式表現における各係数を、カルマンフィルタを用いて推定する、請求項15に記載の適応制御方法。
- 前記同定ステップは、前記制御対象の物理モデルを適用する、請求項14に記載の適応制御方法。
- 前記同定ステップは、前記制御対象の前記物理モデルの未知定数を、カルマンフィルタを用いて推定する、請求項17に記載の適応制御方法。
- 前記調整ステップは、前記周波数応答特性から前記制御対象の位相遅れが所定値以上となる周波数およびゲインに所定の係数を掛けることにより前記補償値を調整する、請求項13〜18のいずれかに記載の適応制御方法。
- 前記並列フィードフォワード補償器は、一次遅れ系の伝達関数を有している、請求項13から19のいずれかに記載の適応制御方法。
- 前記操作値出力ステップは、所定の応答を与えるように設計された規範モデルに前記制御対象が出力する制御値が追従するように複数の適応ゲインを調整するステップを含み、前記複数の適応ゲインは、前記指令値に対する第1フィードフォワードゲインと、前記規範モデルの状態量に対する第2フィードフォワードゲインと、前記規範モデルの出力と前記帰還値との偏差に対するフィードバックゲインとを含んでいる、請求項13〜20のいずれかに記載の適応制御方法。
- 射出成形機の油圧シリンダ内の圧力に並列フィードフォワード補償器を付加して構成される制御系を用いた射出成形機の制御方法であって、
前記射出成形機の油圧シリンダの圧力を調整するモータに圧力操作値を出力する操作値出力ステップと、
前記油圧シリンダ内の圧力に基づく帰還値を補償するための圧力補償値を前記圧力操作値に基づいて出力する補償値出力ステップと、
前記油圧シリンダ内の圧力に前記圧力補償値を加えた前記帰還値と指令値とに基づいて前記圧力操作値を出力するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御ステップと、を含み、
前記補償値出力ステップは、前記射出成形機の周波数応答特性を逐次推定する同定ステップと、当該周波数応答特性に基づいて前記圧力補償値を調整する調整ステップとを含んでいる、射出成形機の制御方法。 - 前記調整ステップは、前記同定ステップにより逐次推定された前記射出成形機の周波数応答特性、および、予め定められた周波数応答特性または過去に前記同定ステップにより推定された周波数応答特性の何れかを選択し、当該周波数応答特性に基づいて前記圧力補償値を調整する、請求項22に記載の射出成形機の制御方法。
- 前記油圧シリンダ内への作動油の流量を制御する流量制御ステップを備え、
前記流量制御ステップの開始後、前記油圧シリンダ内の圧力、前記油圧シリンダ内を摺動するピストンのストローク、および、前記流量制御ステップが開始されてからの時間のうちの少なくとも1つが予め設定された所定のしきい値を超えた場合に、前記流量制御ステップに代えて前記操作値出力ステップ、前記補償値出力ステップおよび前記フィードバック制御ステップを含む圧力制御ステップを開始する、請求項22または23に記載の射出成形機の制御方法。
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