JP2014191736A - Control parameter determination device, method, and program, and controller, and optimization control system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control parameter determination device, method, and program capable of achieving feedback control having high robustness to a variation in characteristics of a control object without adopting a complicated control algorithm, and to provide a controller and an optimization control system.SOLUTION: A control parameter is determined such that a closed-loop transfer function of a control system 12 or 46 does not depend on any of coefficients {a} and b of identification for identifying a transfer function of a preliminarily identified control object 16. The control system 12 (a controller 18) or a control system 46 (a controller 48) is operated according to a determined control parameter.

Description

この発明は、制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置、方法、及びプログラム、並びに、制御器及び最適化制御システムに関する。   The present invention relates to a control parameter determination apparatus, method, and method for determining a control parameter of a control system having a control object and a controller that executes feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control object, and The present invention relates to a program, a controller, and an optimization control system.

従来から、フィードバック制御の1つとして、P(比例)動作、I(積分)動作、D(微分)動作を種々組み合わせたPID制御が広く適用されている。例えば、PID制御に供される各種パラメータ(以下、制御パラメータ)を調整する方法が種々提案されている。   Conventionally, as one of feedback controls, PID control in which various combinations of P (proportional) operation, I (integral) operation, and D (differential) operation have been widely applied. For example, various methods for adjusting various parameters (hereinafter referred to as control parameters) used for PID control have been proposed.

特許文献1では、時定数が小さくなってむだ時間に近づくにつれて、制御パラメータとしての積分時間及び微分時間を小さい値に設定する方法等が提案されている。   Patent Document 1 proposes a method of setting integration time and differentiation time as control parameters to smaller values as the time constant becomes smaller and approaches the dead time.

特許文献2では、フィードバック制御系における実際の制御量が参照モデルの出力に追従するように、状態ベクトル(状態値の時系列)の重み付け総和の各係数を調整する方法等が提案されている。   Patent Document 2 proposes a method for adjusting each coefficient of the weighted sum of state vectors (time series of state values) so that the actual control amount in the feedback control system follows the output of the reference model.

特開2005−284828号公報JP 2005-284828 A 特開2012−190364号公報JP 2012-190364 A

ところで、制御対象の特性によっては、その伝達関数の形状(例えば、係数や最高次数等)を完全に同定できない場合や、当該形状が経時的に変動する場合がある。   By the way, depending on the characteristics of the controlled object, the shape of the transfer function (for example, the coefficient, the highest order, etc.) may not be identified completely, or the shape may vary over time.

しかしながら、特許文献1及び2に記載された方法等を用いて制御パラメータを調整しようと試みると、それだけ追従精度を高める必要があり、その結果、制御アルゴリズムの複雑化、あるいは装置の大型化を招くという問題があった。   However, if it is attempted to adjust the control parameter using the methods described in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to increase the tracking accuracy accordingly, and as a result, the control algorithm becomes complicated or the apparatus becomes large. There was a problem.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、複雑な制御アルゴリズムを採用することなく、制御対象の特性の変動に対するロバスト性が高いフィードバック制御を実現可能な制御パラメータ決定装置、方法、及びプログラム、並びに、制御器及び最適化制御システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and a control parameter determination apparatus, method, and method capable of realizing feedback control with high robustness against fluctuations in characteristics of a controlled object without employing a complicated control algorithm, And a program, and a controller and an optimized control system.

本発明に係る制御パラメータ決定装置は、制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定する装置であって、前記制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された前記制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、前記制御パラメータを決定するパラメータ決定部を備えることを特徴とする。   A control parameter determination device according to the present invention is a device that determines a control parameter of a control system having a control target and a controller that performs feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control target. A parameter determining unit that determines the control parameter so that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any of the identification coefficients that specify the transfer function to be controlled that has been identified in advance. And

このように、制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、制御パラメータを決定するようにしたので、伝達関数の形状のうち同定係数が変動した場合であっても、制御系の閉ループ伝達関数に与える影響が少なくなる。これにより、複雑な制御アルゴリズムを採用することなく、制御対象の特性の変動に対するロバスト性が高いフィードバック制御を実現できる。   As described above, the control parameter is determined so that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any of the identification coefficients that specify the transfer function to be controlled that has been identified in advance. Even when the identification coefficient fluctuates, the influence on the closed loop transfer function of the control system is reduced. Thereby, it is possible to realize feedback control with high robustness against fluctuations in the characteristics of the controlled object without employing a complicated control algorithm.

また、前記パラメータ決定部は、前記制御対象を同定することで前記伝達関数を算出する伝達関数算出部と、前記同定係数のいずれにも依存しないゲイン行列を用いて前記制御系の状態空間モデルを記述し、所定の評価関数に基づいて最適化された前記ゲイン行列である最適ゲイン行列を算出する最適ゲイン行列算出部とを有し、前記パラメータ決定部は、前記伝達関数算出部での算出により得た前記伝達関数の前記同定係数と、前記最適ゲイン行列算出部での算出により得た前記最適ゲイン行列の行列係数とを用いて前記制御パラメータを決定することが好ましい。   Further, the parameter determination unit uses a transfer function calculation unit that calculates the transfer function by identifying the control object, and a gain matrix that does not depend on any of the identification coefficients, to calculate a state space model of the control system. An optimal gain matrix calculation unit that calculates and calculates an optimal gain matrix that is the gain matrix optimized based on a predetermined evaluation function, and the parameter determination unit is calculated by the transfer function calculation unit. It is preferable that the control parameter is determined using the obtained identification coefficient of the transfer function and the matrix coefficient of the optimum gain matrix obtained by calculation by the optimum gain matrix calculating unit.

また、前記伝達関数算出部は、分母が多項式であり且つ分子が定数である有理関数を前記伝達関数として算出し、前記パラメータ決定部は、算出された前記定数を、該定数に反比例する前記操作量を得るための前記制御パラメータの1つとして決定することが好ましい。   In addition, the transfer function calculation unit calculates a rational function having a denominator of a polynomial and a numerator of a constant as the transfer function, and the parameter determination unit calculates the operation that is inversely proportional to the calculated constant. Preferably, it is determined as one of the control parameters for obtaining the quantity.

また、可制御正準系に対して、前記目標値に依存する1つの状態値を導入すると共に、スイッチング動作を表現するスイッチング関数に基づく1つの拘束条件を付与することで、前記状態空間モデルが構築されることが好ましい。   In addition, by introducing one state value depending on the target value to the controllable canonical system and giving one constraint condition based on a switching function expressing a switching operation, the state space model is Preferably constructed.

また、前記制御器は、I−PD制御器であり、前記1つの状態値は、前記目標値及び前記制御量の間の偏差の時間積分量であることが好ましい。   Further, it is preferable that the controller is an I-PD controller, and the one state value is a time integration amount of a deviation between the target value and the control amount.

また、前記パラメータ決定部により決定された前記制御パラメータを、前記制御器に対して設定するパラメータ設定部を更に備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable to further include a parameter setting unit that sets the control parameter determined by the parameter determination unit to the controller.

本発明に係る制御パラメータ決定方法は、制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定する方法であって、前記制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された前記制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、前記制御パラメータを決定する決定ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。   The control parameter determination method according to the present invention is a method for determining a control parameter of a control system having a control target and a controller that performs feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control target. And causing the computer to execute a determination step of determining the control parameter such that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any of the identification coefficients that specify the transfer function to be controlled that has been identified in advance. It is characterized by.

本発明に係る制御パラメータ決定プログラムは、制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定するためのプログラムであって、前記制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された前記制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、前記制御パラメータを決定する決定ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。   A control parameter determination program according to the present invention is for determining a control parameter of a control system having a control target and a controller that executes feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control target. The computer executes a determination step for determining the control parameter such that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any of the identification coefficients that specify the transfer function of the control target identified in advance. It is characterized by making it.

本発明に係る制御器は、上記したいずれかの制御パラメータ決定装置により決定した前記制御パラメータが設定されることを特徴とする。   The controller according to the present invention is characterized in that the control parameter determined by any one of the control parameter determination devices described above is set.

本発明に係る最適化制御システムは、上記したいずれかの制御パラメータ決定装置と、前記制御パラメータ決定装置により決定された前記制御パラメータに従って作動する前記制御系とを備えることを特徴とする。   An optimization control system according to the present invention includes any one of the control parameter determination devices described above, and the control system that operates according to the control parameters determined by the control parameter determination device.

本発明に係る制御パラメータ決定装置、方法、及びプログラム、並びに、制御器及び最適化制御システムによれば、制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、制御パラメータを決定するようにしたので、伝達関数の形状のうち同定係数が変動した場合であっても、制御系の閉ループ伝達関数に与える影響が少なくなる。これにより、複雑な制御アルゴリズムを採用することなく、制御対象の特性の変動に対するロバスト性が高いフィードバック制御を実現できる。   According to the control parameter determining apparatus, method, and program, and the controller and the optimization control system according to the present invention, the closed loop transfer function of the control system has an identification coefficient that specifies the transfer function of the control target that has been identified in advance. Since the control parameters are determined so as not to depend on either, even if the identification coefficient of the shape of the transfer function varies, the influence on the closed-loop transfer function of the control system is reduced. Thereby, it is possible to realize feedback control with high robustness against fluctuations in the characteristics of the controlled object without employing a complicated control algorithm.

第1及び第2実施形態に共通する制御パラメータ決定装置が組み込まれた最適化制御システムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the optimization control system incorporating the control parameter determination apparatus common to 1st and 2nd embodiment. 図1に示す最適化制御システムの動作説明に供されるフローチャートである。It is a flowchart with which it uses for operation | movement description of the optimization control system shown in FIG. 第1実施形態に係る制御系のブロック図である。It is a block diagram of a control system concerning a 1st embodiment. 図4Aは、比較例に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第1のグラフである。図4Bは、第1実施形態に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第1のグラフである。FIG. 4A is a first graph illustrating an output waveform when a square wave is input to a control system in which control parameters obtained by the determination method according to the comparative example are set. FIG. 4B is a first graph illustrating an output waveform when a square wave is input to the control system in which the control parameters obtained by the determination method according to the first embodiment are set. 図5Aは、比較例に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第2のグラフである。図5Bは、第1実施形態に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第2のグラフである。FIG. 5A is a second graph showing an output waveform when a square wave is input to the control system in which the control parameter obtained by the determination method according to the comparative example is set. FIG. 5B is a second graph illustrating an output waveform when a square wave is input to the control system in which the control parameter obtained by the determination method according to the first embodiment is set. 第2実施形態に係る制御系のブロック図である。It is a block diagram of a control system concerning a 2nd embodiment.

以下、本発明に係る制御パラメータ決定方法について、制御パラメータ決定装置及び制御器との関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a control parameter determination method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings by giving preferred embodiments in relation to a control parameter determination device and a controller.

[最適化制御システム10の全体構成]
図1は、第1及び第2実施形態に共通する制御パラメータ決定装置14が組み込まれた最適化制御システム10の全体構成図である。
[Overall Configuration of Optimization Control System 10]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optimization control system 10 in which a control parameter determination device 14 common to the first and second embodiments is incorporated.

最適化制御システム10は、入力された目標値rに基づいて制御量yを出力する制御系12と、制御系12の制御動作に供される制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置14とから構成される。   The optimization control system 10 includes a control system 12 that outputs a control amount y based on an input target value r, and a control parameter determination device 14 that determines a control parameter used for a control operation of the control system 12. Is done.

制御系12は、操作量uに基づいて制御量yを出力する制御対象16と、外部から入力された目標値rに基づいて操作量uを出力する制御器18とを備える。   The control system 12 includes a control object 16 that outputs a control amount y based on an operation amount u, and a controller 18 that outputs an operation amount u based on a target value r input from the outside.

制御器18は、制御対象16に対して目標値r、操作量u及び制御量yに基づくフィードバック制御を実行するフィードバック制御器である。例えば、PID制御の一形態であるI−PD、PI−D等を含む制御アルゴリズムを適用してもよい。   The controller 18 is a feedback controller that performs feedback control on the control target 16 based on the target value r, the operation amount u, and the control amount y. For example, a control algorithm including I-PD, PI-D, etc., which is a form of PID control, may be applied.

制御パラメータ決定装置14は、CPU(Central Processing Unit)、ハードディスクやメモリを含む記憶装置等を備えるコンピュータである。図示しないCPUは、メモリ等に格納されたプログラムを読み出し実行することで、制御対象16の特性に基づいて制御パラメータを決定するパラメータ決定部20と、決定された制御パラメータを制御系12(制御器18)に設定するパラメータ設定部22として機能する。   The control parameter determination device 14 is a computer including a CPU (Central Processing Unit), a storage device including a hard disk and a memory, and the like. A CPU (not shown) reads out and executes a program stored in a memory or the like, thereby determining a control parameter based on the characteristics of the control target 16, and the determined control parameter as a control system 12 (controller It functions as the parameter setting unit 22 set in 18).

パラメータ決定部20は、制御対象16を同定することで伝達関数F(s)を算出する伝達関数算出部24と、所定の状態空間モデルにおける最適ゲイン行列Goを算出する最適ゲイン行列算出部26とを備える。   The parameter determination unit 20 identifies a control object 16 and calculates a transfer function F (s) by calculating a transfer function F (s), an optimal gain matrix calculation unit 26 that calculates an optimal gain matrix Go in a predetermined state space model, Is provided.

[最適化制御システム10の動作(第1実施形態)]
続いて、図1に示す最適化制御システム10の動作について、図2のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。第1実施形態では、制御系12が連続時間系である場合を想定する。
[Operation of Optimization Control System 10 (First Embodiment)]
Next, the operation of the optimization control system 10 shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. In the first embodiment, it is assumed that the control system 12 is a continuous time system.

ステップS1において、伝達関数算出部24は、制御対象16を同定することで、ラプラス演算子(以下、s演算子という)を引数とする伝達関数F(s)を算出する。ここで、伝達関数F(s)は、(1)式に示す関数形を有すると仮定する。   In step S <b> 1, the transfer function calculation unit 24 identifies the control object 16 and calculates a transfer function F (s) having a Laplace operator (hereinafter referred to as “s operator”) as an argument. Here, it is assumed that the transfer function F (s) has the function form shown in the equation (1).

Figure 2014191736
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なお、U(s)は操作量uのラプラス変換関数であり、Y(s)は制御量yのラプラス変換関数である。ここで、伝達関数F(s)は有理関数であり、分母関数がs演算子の(n−1)次多項式であり、分子関数が定数(すなわち、s演算子の0次式)であることに留意する。以下、伝達関数F(s)を特定する{ai}(i=1〜n−1)及びbを「同定係数」と称する。 U (s) is a Laplace transform function of the manipulated variable u, and Y (s) is a Laplace transform function of the control amount y. Here, the transfer function F (s) is a rational function, the denominator function is an (n-1) th order polynomial of the s operator, and the numerator function is a constant (that is, the 0th order expression of the s operator). Keep in mind. Hereinafter, {a i } (i = 1 to n−1) and b specifying the transfer function F (s) are referred to as “identification coefficients”.

なお、伝達関数F(s)の同定手法として、ブースティング法、SVM(Support Vector machine)、ニューラルネットワーク、EM(Expectation Maximization)アルゴリズム等の公知の手法を種々適用してもよい。   As a method for identifying the transfer function F (s), various known methods such as a boosting method, an SVM (Support Vector machine), a neural network, and an EM (Expectation Maximization) algorithm may be applied.

ステップS2において、最適ゲイン行列算出部26は、制御系12の状態空間モデルを記述する状態方程式に含まれる、最適ゲイン行列Goを算出する。ここで取り扱う状態方程式は、(2)〜(5)式で表現される。   In step S <b> 2, the optimum gain matrix calculation unit 26 calculates the optimum gain matrix Go included in the state equation describing the state space model of the control system 12. The equation of state handled here is expressed by equations (2) to (5).

Figure 2014191736
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Figure 2014191736
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ここで、(5)式の{ci}(i=1〜n−1)及びKIは、ゲイン行列Gを決定するn個のパラメータであり、以下「行列係数」を称する。また、(4)式のzは、目標値r及び制御量yの間の偏差{以下、入出力偏差(r−y)}の時間積分量に相当し、以下「偏差積分量」と称する。また、(3)式のXは、状態ベクトル{xi}(i=1〜n−1)に偏差積分量zを追加した量であり、以下「拡張状態ベクトル」と称する。 Here, {c i } (i = 1 to n−1) and K I in the equation (5) are n parameters for determining the gain matrix G, and are hereinafter referred to as “matrix coefficients”. Further, z in the equation (4) corresponds to a time integration amount of a deviation between the target value r and the control amount y (hereinafter, input / output deviation (ry)), and is hereinafter referred to as “deviation integration amount”. Further, X in the equation (3) is an amount obtained by adding the deviation integral amount z to the state vector {x i } (i = 1 to n−1), and is hereinafter referred to as “extended state vector”.

そして、最適ゲイン行列算出部26は、(2)式に示すn個の連立1次微分方程式を解くため、(6)式に示す評価関数Jを導入し、このJが最小になるゲイン行列Gを算出する。   Then, in order to solve the n simultaneous first-order differential equations shown in the equation (2), the optimum gain matrix calculation unit 26 introduces the evaluation function J shown in the equation (6), and the gain matrix G that minimizes the J is obtained. Is calculated.

Figure 2014191736
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ここで、重み係数Qは準正定行列であり、重み係数Rは正定行列である。この場合、最適ゲイン行列Goは、リカッチ形の微分方程式の解(P)を用いて、(7)式で決定される。   Here, the weighting factor Q is a quasi-positive definite matrix, and the weighting factor R is a positive definite matrix. In this case, the optimum gain matrix Go is determined by Equation (7) using the solution (P) of the Riccati-type differential equation.

Figure 2014191736
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この最適ゲイン行列Goから、未知数としての行列係数{ci}、KIがそれぞれ決定される。ところで、(2)〜(5)式から理解されるように、行列Aは定行列であり、ベクトルB及びEは定ベクトルである。すなわち、最適ゲイン行列Goは、上記した同定係数{ai}、bのいずれにも依存しない定行列である点に留意する。 From this optimum gain matrix Go, matrix coefficients {c i } and K I are determined as unknowns. By the way, as understood from the equations (2) to (5), the matrix A is a constant matrix, and the vectors B and E are constant vectors. That is, it should be noted that the optimum gain matrix Go is a constant matrix that does not depend on any of the identification coefficients {a i } and b described above.

このように、パラメータ決定部20は、伝達関数算出部24での算出(ステップS1)により得た同定係数{ai}、b、及び、最適ゲイン行列算出部26での算出(ステップS2)により得た行列係数{ci}、KIを用いて、制御系12(制御器18)の制御パラメータを決定する。 Thus, the parameter determination unit 20 performs the identification coefficients {a i } and b obtained by the calculation by the transfer function calculation unit 24 (step S1) and the calculation by the optimum gain matrix calculation unit 26 (step S2). Control parameters of the control system 12 (controller 18) are determined using the obtained matrix coefficients {c i } and K I.

ステップS3において、パラメータ設定部22は、ステップS1、S2で算出された制御パラメータを制御系12側に供給することで、制御器18に対するパラメータ設定を行う。   In step S3, the parameter setting unit 22 performs parameter setting for the controller 18 by supplying the control parameter calculated in steps S1 and S2 to the control system 12 side.

図3は、図1に示す制御系12のブロック図であり、制御器18の詳細を示している。制御器18は、いわゆるI−PD制御器であり、減算器30と、積分器32と、乗算器34と、減算器36と、乗算器38と、状態オブザーバ40と、重み付け加算器42とを備える。   FIG. 3 is a block diagram of the control system 12 shown in FIG. 1 and shows details of the controller 18. The controller 18 is a so-called I-PD controller, and includes a subtracter 30, an integrator 32, a multiplier 34, a subtractor 36, a multiplier 38, a state observer 40, and a weighted adder 42. Prepare.

減算器30は、プラス側の入力信号(目標値r)からマイナス側の入力信号(現在値x1)を減算し、(r−x1)に相当する信号を出力する。積分器32は、減算器30からの入力信号に対して時間領域で積分し、∫(r−x1)dtに相当する信号を出力する。乗算器34は、入力信号に対して定数c1Iを乗算し、c1I∫(r−x1)dtに相当する信号を出力する。 The subtracter 30 subtracts the negative input signal (current value x 1 ) from the positive input signal (target value r), and outputs a signal corresponding to (r−x 1 ). The integrator 32 integrates the input signal from the subtractor 30 in the time domain, and outputs a signal corresponding to ∫ (r−x 1 ) dt. The multiplier 34 multiplies the input signal by a constant c 1 K I and outputs a signal corresponding to c 1 K I r (r−x 1 ) dt.

減算器36は、プラス側の入力信号{c1I∫(r−x1)dt}からマイナス側の入力信号{Σ(ci−ai)xi}を減算し、信号を出力する。乗算器38は、減算器36からの入力信号に対して定数(1/b)を乗算し、操作量uに相当する信号を出力する。 The subtracter 36 subtracts the negative input signal {Σ (c i −a i ) x i } from the positive input signal {c 1 K I (r−x 1 ) dt} and outputs a signal. . The multiplier 38 multiplies the input signal from the subtracter 36 by a constant (1 / b) and outputs a signal corresponding to the manipulated variable u.

状態オブザーバ40は、カルマンフィルタを含む公知の推定手法を適用することで、入力された操作量u及び現在値x1に基づき、状態ベクトル{xi}を出力する。重み付け加算器42は、入力された状態ベクトル{xi}に定数{ci−ai}をそれぞれ乗算した後、加算することで、Σ(ci−ai)xiに相当する信号を出力する。 The state observer 40 outputs a state vector {x i } based on the input operation amount u and the current value x 1 by applying a known estimation method including a Kalman filter. The weighting adder 42 multiplies the input state vector {x i } by a constant {c i −a i } and then adds the signal to obtain a signal corresponding to Σ (c i −a i ) x i. Output.

すなわち、この構成において、制御対象16に与えられる操作量uは、(8)式で算出される。   That is, in this configuration, the operation amount u given to the control object 16 is calculated by the equation (8).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ここで、操作量uは、伝達関数F(s)の分子(すなわち、定数b)に反比例する点に留意する。   Here, it should be noted that the manipulated variable u is inversely proportional to the numerator (that is, the constant b) of the transfer function F (s).

ステップS4において、制御系12は、ステップS3で設定された制御パラメータに従って作動する。より詳細には、制御器18は、外部から入力された目標値rに対して所定の演算処理を実行し、操作量uを出力する。そして、制御対象16は、制御器18から入力された操作量uに基づいて制御量yを出力すると共に、この出力(制御量y)を現在値x1として制御器18側に供給する。この動作を逐次繰り返すことで、制御対象16は適切にフィードバック制御される。 In step S4, the control system 12 operates according to the control parameter set in step S3. More specifically, the controller 18 performs a predetermined calculation process on the target value r input from the outside, and outputs an operation amount u. Then, the control target 16 outputs the control amount y based on the operation amount u which is input from the controller 18, and supplies to the controller 18 side output (control amount y) as the current value x 1. By sequentially repeating this operation, the controlled object 16 is appropriately feedback controlled.

[この制御動作の特徴]
続いて、この制御動作の特徴を説明するために、制御系12の閉ループ伝達関数を算出する。制御量yのラプラス変換関数Y(s)は、(1)式を変形して得た(9)式によって求められる。
[Features of this control action]
Subsequently, in order to explain the characteristics of this control operation, a closed-loop transfer function of the control system 12 is calculated. The Laplace transform function Y (s) of the control amount y is obtained by the equation (9) obtained by modifying the equation (1).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

一方、操作量uのラプラス変換関数U(s)は、(8)式の両辺にラプラス変換を施して得た、(10)式によって求められる。   On the other hand, the Laplace conversion function U (s) of the manipulated variable u is obtained by Expression (10) obtained by performing Laplace conversion on both sides of Expression (8).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

{xi}のラプラス変換関数である{Xi(s)}は、(2)式の両辺にラプラス変換を施して得た、(11)式によって求められる。 {X i (s)}, which is a Laplace transform function of {x i }, is obtained by Equation (11) obtained by performing Laplace transform on both sides of Equation (2).

Figure 2014191736
そうすると、X1(s)は、(9)式に(10)、(11)式をそれぞれ代入することで得た、(12)式によって求められる。
Figure 2014191736
Then, X 1 (s) is obtained by Expression (12) obtained by substituting Expressions (10) and (11) into Expression (9).

Figure 2014191736
以上より、閉ループ伝達関数は、(12)式を変形して得た(13)式によって求められる。
Figure 2014191736
From the above, the closed-loop transfer function is obtained by equation (13) obtained by modifying equation (12).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

この(13)式から理解されるように、閉ループ伝達関数は、行列係数{ci}、KIのみで表現されており、同定係数{ai}、bのいずれにも依存しない。すなわち、伝達関数F(s)の形状のうち同定係数{ai}、bが変動した場合であっても、理論的には、制御系12の閉ループ伝達関数に影響を与えない。 As understood from the equation (13), the closed-loop transfer function is expressed only by matrix coefficients {c i } and K I and does not depend on any of the identification coefficients {a i } and b. That is, even if the identification coefficients {a i } and b in the shape of the transfer function F (s) fluctuate, theoretically, the closed loop transfer function of the control system 12 is not affected.

[結果]
続いて、この制御パラメータを用いた場合での制御動作の結果について、図4A〜図5Bを参照しながら説明する。以下、拡大系の状態方程式に基づき設計されたI−PD制御器を「比較例」として挙げ、両者の制御動作を対比する。
[result]
Next, the result of the control operation when this control parameter is used will be described with reference to FIGS. 4A to 5B. Hereinafter, an I-PD controller designed based on the state equation of the expanded system is cited as a “comparative example”, and the control operations of both are compared.

(1.安定系)
第1例では、制御対象16が安定系である場合を想定する。より詳細には、(1)式において、n=3、a1=0、a2=10.78、b=339.9とした。そして、伝達関数F(s)の変動を擬似的に発生させるべく、a2を3つの値、50%増加(「+50%」に相当)、そのまま(「ノミナル」に相当)、50%減少(「−50%」に相当)としてそれぞれ設定した。
(1. Stable system)
In the first example, it is assumed that the controlled object 16 is a stable system. More specifically, in the formula (1), n = 3, a 1 = 0, a 2 = 10.778, and b = 339.9. Then, in order to artificially generate a change in the transfer function F (s), a 2 is increased by three values, 50% increase (corresponding to “+ 50%”), as it is (corresponding to “nominal”), and 50% decrease ( Corresponding to “−50%”).

図4Aは、比較例に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示すグラフである。グラフの横軸は時間(単位:s)であり、グラフの縦軸は出力値(制御量y)である。なお、グラフの定義は、後述する図4B、図5A及び図5Bについても同じである。   FIG. 4A is a graph showing an output waveform when a square wave is input to a control system in which control parameters obtained by the determination method according to the comparative example are set. The horizontal axis of the graph is time (unit: s), and the vertical axis of the graph is an output value (control amount y). The definition of the graph is the same for FIGS. 4B, 5A, and 5B described later.

本図から理解されるように、a2の設定に応じて出力波形が大きく変化している。特に、グラフ「+50%」の1.5(s)付近において、過度のオーバーシュートが発生する。 As can be understood from the figure, the output waveform changes greatly according to the setting of a 2 . In particular, an excessive overshoot occurs in the vicinity of 1.5 (s) in the graph “+ 50%”.

図4Bは、第1実施形態に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第1のグラフである。本図から理解されるように、a2の設定によらず略同一であり、しかも制御上望ましい出力波形が得られる。 FIG. 4B is a first graph illustrating an output waveform when a square wave is input to the control system in which the control parameters obtained by the determination method according to the first embodiment are set. As can be understood from this figure, an output waveform that is substantially the same regardless of the setting of a 2 and that is desirable for control can be obtained.

(2.不安定系)
第2例では、制御対象16が不安定系である場合を想定する。より詳細には、(1)式において、n=3、a1=0、a2=−10.78、b=339.9とした。そして、第1例と同様に、|a2|を3つの値、「+50%」、「ノミナル」、「−50%」としてそれぞれ設定した。
(2. Unstable system)
In the second example, it is assumed that the controlled object 16 is an unstable system. More specifically, in the formula (1), n = 3, a 1 = 0, a 2 = −10.78, and b = 339.9. Similarly to the first example, | a 2 | was set as three values, “+ 50%”, “nominal”, and “−50%”.

図5Aは、比較例に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第2のグラフである。本図から理解されるように、a2の設定に応じて出力波形が大きく変化している。特に、グラフ「−50%」の1.5(s)付近において、過度のオーバーシュートが発生する。 FIG. 5A is a second graph showing an output waveform when a square wave is input to the control system in which the control parameter obtained by the determination method according to the comparative example is set. As can be understood from the figure, the output waveform changes greatly according to the setting of a 2 . In particular, an excessive overshoot occurs in the vicinity of 1.5 (s) in the graph “−50%”.

図5Bは、第1実施形態に係る決定方法にて得た制御パラメータが設定された制御系に、方形波を入力した際の出力波形を示す第2のグラフである。本図から理解されるように、a2の設定によらず略同一であり、しかも制御上望ましい出力波形が得られる。 FIG. 5B is a second graph illustrating an output waveform when a square wave is input to the control system in which the control parameter obtained by the determination method according to the first embodiment is set. As can be understood from this figure, an output waveform that is substantially the same regardless of the setting of a 2 and that is desirable for control can be obtained.

このように、上記した決定方法を用いることで、安定系/不安定系を問わず、制御対象16の特性の変動に対するロバスト性が高いフィードバック制御を実現できる。   As described above, by using the above-described determination method, it is possible to realize feedback control having high robustness with respect to fluctuations in characteristics of the controlled object 16 regardless of whether the system is stable or unstable.

[状態方程式の導出方法]
続いて、(2)〜(5)式に示す状態方程式の導出方法について詳述する。
[Derivation method of state equation]
Next, a method for deriving the state equations shown in the equations (2) to (5) will be described in detail.

先ず、1入力1出力である可制御正準系の状態方程式は、(14)〜(16)式で表現される。   First, a state equation of a controllable canonical system having one input and one output is expressed by equations (14) to (16).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

Figure 2014191736
Figure 2014191736

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ここで、Acは同定係数{ai}に依存する行列であると共に、Bcは同定係数bに依存するベクトルである。(16)式において、厳密な定義によれば、ベクトルBc、Ccにおける非0の要素(b、1)を置換した場合(1、b)を可制御正準系という。本明細書では、説明の便宜のため、(16)式を「可制御正準系」と称する。 Here, Ac is a matrix that depends on the identification coefficient {a i }, and Bc is a vector that depends on the identification coefficient b. In the expression (16), according to a strict definition, a case where the non-zero element (b, 1) in the vectors Bc, Cc is replaced (1, b) is called a controllable canonical system. In this specification, for convenience of explanation, the expression (16) is referred to as “controllable canonical system”.

以下、2つの特徴に基づきこれらの式を変形することで、同定係数{ai}、bに依存しない状態空間モデルが構築される。 Hereinafter, by transforming these equations based on two characteristics, a state space model independent of the identification coefficients {a i } and b is constructed.

第1の特徴として、(4)式に示すように、目標値rに依存する1つの状態量、I−PD制御の例では、入出力偏差(r−y)の時間積分量である偏差積分量zを導入する。   As a first feature, as shown in the equation (4), one state quantity that depends on the target value r, in the example of I-PD control, a deviation integral that is a time integral quantity of the input / output deviation (ry) The quantity z is introduced.

第2の特徴として、スイッチング動作を表現するスイッチング関数σに基づく1つの拘束条件を付与する。スイッチング関数σは、(17)式に従って定義される。   As a second feature, one constraint condition based on the switching function σ expressing the switching operation is given. The switching function σ is defined according to the equation (17).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ここで、状態値xnを求めるためにσ=0を代入すると、状態値xnは、(18)式で与えられる。 Here, substituting sigma = 0 to determine the status value x n, the state values x n, is given by (18).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

上記した(14)〜(16)式に(4)式及び(18)式を代入すると、この状態方程式は、(19)式に従って書き直すことができる。   If the equations (4) and (18) are substituted into the above equations (14) to (16), this equation of state can be rewritten according to the equation (19).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

(19)式を行列形式で表現すると、制御系12の状態空間モデルを記述する状態方程式は、上述した(2)〜(5)式で与えられる。このようにして、同定係数{ai}、bのいずれにも依存しないゲイン行列G(最適ゲイン行列Go)が得られる。 When the equation (19) is expressed in a matrix form, the state equation describing the state space model of the control system 12 is given by the above-described equations (2) to (5). In this way, a gain matrix G (optimum gain matrix Go) that does not depend on any of the identification coefficients {a i } and b is obtained.

[最適化制御システム10の動作(第2実施形態)]
続いて、図1に示す最適化制御システム10の動作について、図2のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。第2実施形態では、制御系46が離散時間系である場合を想定する。
[Operation of Optimization Control System 10 (Second Embodiment)]
Next, the operation of the optimization control system 10 shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. In the second embodiment, it is assumed that the control system 46 is a discrete time system.

ステップS1において、伝達関数算出部24は、制御対象16を同定することで、Z変換演算子(以下、z演算子という)を引数とする伝達関数F(z)を算出する。例えば、分母関数が2次式である場合、連続時間系の伝達関数F(s)は、(20)式で表される。   In step S <b> 1, the transfer function calculation unit 24 identifies the control object 16 and calculates a transfer function F (z) having a Z conversion operator (hereinafter referred to as a “z operator”) as an argument. For example, when the denominator function is a quadratic expression, the transfer function F (s) of the continuous time system is expressed by the expression (20).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

また、離散時間系の伝達関数F(z)は、既知のサンプリング間隔Tを用いて、(21)式で表される。   Further, the transfer function F (z) of the discrete time system is expressed by the equation (21) using a known sampling interval T.

Figure 2014191736
Figure 2014191736

なお、連続時間系モデルを適宜変更することで、離散時間系にも略そのまま適用できる。例えば、状態値xi(t)の時間微分量は、サンプリング間隔Tが1次の微小量であるとして、(22)式に従って近似される。 It should be noted that the present invention can be applied almost directly to a discrete time system by appropriately changing the continuous time system model. For example, the time differential amount of the state value x i (t) is approximated according to the equation (22), assuming that the sampling interval T is a primary minute amount.

Figure 2014191736
Figure 2014191736

また、k番目のステップでは、時間t=kTに相当する。以下、便宜のため、(23)式に示すように括弧内のTを省略して表記する。   The k-th step corresponds to time t = kT. Hereinafter, for convenience, T in the parentheses is omitted as shown in the equation (23).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ステップS2において、最適ゲイン行列算出部26は、制御系46の状態空間モデルを記述する状態方程式に含まれる、最適ゲイン行列Goを算出する。ここで取り扱う状態方程式は、(24)〜(26)式で表現される。   In step S <b> 2, the optimum gain matrix calculation unit 26 calculates the optimum gain matrix Go included in the state equation describing the state space model of the control system 46. The equation of state handled here is expressed by equations (24) to (26).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

Figure 2014191736
Figure 2014191736

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ここで、(26)式の{ci}(i=1〜n−1)及びKIは、ゲイン行列Gを決定するn個のパラメータであり、「行列係数」に相当する。また、(25)式のz(k)は、入出力偏差(r−y(k))の時間積分量に相当し、「偏差積分量」に相当する。また、(24)式及び(25)式のX(k)は、状態ベクトル{xi(k)}に偏差積分量z(k)を追加した量であり、「拡張状態ベクトル」に相当する。 Here, {c i } (i = 1 to n−1) and K I in the equation (26) are n parameters for determining the gain matrix G and correspond to “matrix coefficients”. Further, z (k) in the equation (25) corresponds to the time integration amount of the input / output deviation (r−y (k)) and corresponds to “deviation integration amount”. Further, X (k) in the equations (24) and (25) is an amount obtained by adding the deviation integral amount z (k) to the state vector {x i (k)}, and corresponds to an “extended state vector”. .

そして、最適ゲイン行列算出部26は、(24)式に示すn個の連立1次微分方程式を解くため、(27)式に示す評価関数Jを導入し、このJが最小になるゲイン行列Gを算出する。   Then, in order to solve the n simultaneous first-order differential equations shown in the equation (24), the optimum gain matrix calculation unit 26 introduces the evaluation function J shown in the equation (27), and the gain matrix G that minimizes J is obtained. Is calculated.

Figure 2014191736
Figure 2014191736

なお、重み係数Q、Rは、第1実施形態の場合と同様に定義される。最適ゲイン行列Goは、リカッチ形の微分方程式の解(P)を用いて、(28)式で決定される。   The weighting factors Q and R are defined in the same manner as in the first embodiment. The optimum gain matrix Go is determined by the equation (28) using the solution (P) of the Riccati-type differential equation.

Figure 2014191736
Figure 2014191736

この最適ゲイン行列Goから、未知数としての行列係数{ci}、KIがそれぞれ決定される。第1実施形態の場合と同様に、最適ゲイン行列Goは、上記した同定係数{ai}、bのいずれにも依存しない定行列である。 From this optimum gain matrix Go, matrix coefficients {c i } and K I are determined as unknowns. As in the case of the first embodiment, the optimum gain matrix Go is a constant matrix that does not depend on any of the identification coefficients {a i } and b described above.

このように、パラメータ決定部20は、伝達関数算出部24での算出(ステップS1)により得た同定係数{ai}、b、及び、最適ゲイン行列算出部26での算出(ステップS2)により得た行列係数{ci}、KIを用いて、制御系46(制御器48)の制御パラメータを決定する。 Thus, the parameter determination unit 20 performs the identification coefficients {a i } and b obtained by the calculation by the transfer function calculation unit 24 (step S1) and the calculation by the optimum gain matrix calculation unit 26 (step S2). Control parameters of the control system 46 (controller 48) are determined using the obtained matrix coefficients {c i } and K I.

ところで、上記した(26)〜(28)式は、第1実施形態と同様に、可制御正準系の状態方程式を変形することで導出される。このとき、スイッチング関数σ(k)は、(29)式に従って定義される。   By the way, the above equations (26) to (28) are derived by modifying the state equation of the controllable canonical system, as in the first embodiment. At this time, the switching function σ (k) is defined according to the equation (29).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ここで、状態値xn(k)を求めるためにσ(k)=0を代入すると、状態値xn(k)は(30)式で与えられる。これを用いることで、(26)〜(28)式に示す状態方程式が得られる。 Here, substituting sigma (k) = 0 in order to obtain the state value x n (k), the state value x n (k) is given by equation (30). By using this, the state equations shown in the equations (26) to (28) are obtained.

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ステップS3において、パラメータ設定部22は、ステップS1、S2で算出された制御パラメータを制御系46側に供給することで、制御器48に対するパラメータ設定を行う。   In step S3, the parameter setting unit 22 performs parameter setting for the controller 48 by supplying the control parameters calculated in steps S1 and S2 to the control system 46 side.

図6は、第2実施形態に係る図1に示す制御系46(図1)のブロック図であり、制御器48の詳細を示している。制御器48は、いわゆるI−PD制御器であり、減算器50と、積分器52と、乗算器54と、減算器56と、乗算器58と、状態オブザーバ60と、重み付け加算器62とを備える。   FIG. 6 is a block diagram of the control system 46 (FIG. 1) shown in FIG. 1 according to the second embodiment, and shows details of the controller 48. The controller 48 is a so-called I-PD controller, and includes a subtracter 50, an integrator 52, a multiplier 54, a subtractor 56, a multiplier 58, a state observer 60, and a weighted adder 62. Prepare.

減算器50は、プラス側の入力信号(目標値r)からマイナス側の入力信号{現在値x1(k)}を減算し、{r−x1(k)}に相当する信号を出力する。積分器52は、減算器50からの入力信号に対して時間領域で積分し、ΣT{r−x1(j)}に相当する信号を出力する。乗算器54は、入力信号に対して定数c1Iを乗算し、c1IΣT{r−x1(j)}に相当する信号を出力する。 The subtracter 50 subtracts the negative input signal {current value x 1 (k)} from the positive input signal (target value r), and outputs a signal corresponding to {r−x 1 (k)}. . The integrator 52 integrates the input signal from the subtractor 50 in the time domain, and outputs a signal corresponding to ΣT {r−x 1 (j)}. The multiplier 54 multiplies the input signal by a constant c 1 K I and outputs a signal corresponding to c 1 K I ΣT {r−x 1 (j)}.

減算器56は、プラス側の入力信号c1I[ΣT{r−x1(j)}]からマイナス側の入力信号{Σ(ci−ai)xi(k)}を減算し、信号を出力する。乗算器58は、減算器56からの入力信号に対して定数(1/b)を乗算し、操作量u(k)に相当する信号を出力する。 The subtractor 56 subtracts the negative input signal {Σ (c i −a i ) x i (k)} from the positive input signal c 1 K I [ΣT {r−x 1 (j)}]. , Output a signal. The multiplier 58 multiplies the input signal from the subtractor 56 by a constant (1 / b), and outputs a signal corresponding to the manipulated variable u (k).

状態オブザーバ60は、カルマンフィルタを含む公知の推定手法を適用することで、入力された操作量u及び現在値x1(k)に基づき、状態ベクトル{xi(k)}を出力する。重み付け加算器62は、入力された状態ベクトル{xi(k)}に定数{ci−ai}をそれぞれ乗算した後、加算することで、Σ(ci−ai)xi(k)に相当する信号を出力する。 The state observer 60 outputs a state vector {x i (k)} based on the input operation amount u and the current value x 1 (k) by applying a known estimation method including a Kalman filter. The weighting adder 62 multiplies the input state vector {x i (k)} by a constant {c i −a i } and then adds them, thereby adding Σ (c i −a i ) x i (k ) Is output.

すなわち、この構成において、制御対象16に与えられる操作量u(k)は、(31)式で算出される。   That is, in this configuration, the operation amount u (k) given to the control object 16 is calculated by the equation (31).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

ここで、操作量u(k)は、伝達関数F(z)の分子(すなわち、定数b)に反比例する点に留意する。   Here, it should be noted that the manipulated variable u (k) is inversely proportional to the numerator (that is, the constant b) of the transfer function F (z).

ステップS4において、制御系46は、ステップS3で設定された制御パラメータに従って作動する。より詳細には、制御器48は、外部から入力された目標値rに対して所定の演算処理を実行し、操作量u(k)を出力する。そして、制御対象16は、制御器48から入力された操作量u(k)に基づいて制御量y(k)を出力すると共に、この出力{制御量y(k)}を現在値x1(k)として制御器48側に供給する。この動作を逐次繰り返すことで、制御対象16は適切にフィードバック制御される。 In step S4, the control system 46 operates according to the control parameter set in step S3. More specifically, the controller 48 performs a predetermined calculation process on the target value r input from the outside, and outputs an operation amount u (k). Then, the control object 16 outputs a control amount y (k) based on the operation amount u (k) input from the controller 48 and outputs the output {control amount y (k)} to the current value x 1 ( k) to the controller 48 side. By sequentially repeating this operation, the controlled object 16 is appropriately feedback controlled.

操作量u(k)のZ変換関数U(z)は、(31)式の両辺にZ変換を施して得た、(32)式によって求められる。   The Z conversion function U (z) of the manipulated variable u (k) is obtained by Expression (32) obtained by performing Z conversion on both sides of Expression (31).

Figure 2014191736
Figure 2014191736

以下、(32)式等を用いて、第1実施形態の場合と同様の計算を行うことで、例えば、制御対象16が2次系である場合に、閉ループ伝達関数は(33)式によって求められる。   Hereinafter, by performing the same calculation as in the first embodiment using Equation (32) and the like, for example, when the controlled object 16 is a quadratic system, the closed-loop transfer function is obtained by Equation (33). It is done.

Figure 2014191736
Figure 2014191736

この(33)式から理解されるように、閉ループ伝達関数は、行列係数{ci}、KIのみで表現されており、同定係数{ai}、bのいずれにも依存しない。すなわち、伝達関数F(z)の形状のうち同定係数{ai}、bが変動した場合であっても、理論的には、制御系46の閉ループ伝達関数に影響を与えない。 As understood from the equation (33), the closed-loop transfer function is expressed only by matrix coefficients {c i } and K I , and does not depend on any of the identification coefficients {a i } and b. That is, even if the identification coefficients {a i } and b in the shape of the transfer function F (z) fluctuate, theoretically, the closed loop transfer function of the control system 46 is not affected.

[各実施形態の効果]
以上のように、制御系12、46の閉ループ伝達関数が、予め同定された制御対象16の伝達関数F(s)、F(z)を特定する同定係数{ai}、bのいずれにも依存しないように、制御パラメータを決定するパラメータ決定部20を設けたので、伝達関数F(s)、F(z)の形状のうち同定係数{ai}、bが変動した場合であっても、制御系12、46の閉ループ伝達関数に与える影響が少なくなる。これにより、複雑な制御アルゴリズムを採用することなく、制御対象16の特性の変動に対するロバスト性が高いフィードバック制御を実現できる。
[Effect of each embodiment]
As described above, the closed-loop transfer function of the control systems 12 and 46 can be applied to any of the identification coefficients {a i } and b that specify the transfer functions F (s) and F (z) of the control target 16 identified in advance. Since the parameter determining unit 20 for determining the control parameter is provided so as not to depend on the identification coefficients {a i } and b among the shapes of the transfer functions F (s) and F (z), The influence on the closed loop transfer function of the control systems 12 and 46 is reduced. Thereby, it is possible to realize feedback control having high robustness against fluctuations in the characteristics of the controlled object 16 without employing a complicated control algorithm.

なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change freely in the range which does not deviate from the main point of this invention.

10…最適化制御システム 12、46…制御系
14…制御パラメータ決定装置 16…制御対象
18、48…制御器 20…パラメータ決定部
22…パラメータ設定部 24…伝達関数算出部
30、36、50、56…減算器 32、52…積分器
34、38、54、58…乗算器 40、60…状態オブザーバ
42、62…重み付け加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optimization control system 12, 46 ... Control system 14 ... Control parameter determination apparatus 16 ... Control object 18, 48 ... Controller 20 ... Parameter determination part 22 ... Parameter setting part 24 ... Transfer function calculation part 30, 36, 50, 56 ... Subtractor 32, 52 ... Integrator 34, 38, 54, 58 ... Multiplier 40, 60 ... State observer 42, 62 ... Weighted adder

Claims (10)

制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定する装置であって、
前記制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された前記制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、前記制御パラメータを決定するパラメータ決定部を備えることを特徴とする制御パラメータ決定装置。
An apparatus for determining a control parameter of a control system having a control object and a controller that executes feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control object,
Control comprising a parameter determination unit that determines the control parameter so that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any identification coefficient that identifies the transfer function to be controlled that has been identified in advance. Parameter determination device.
請求項1記載の装置において、
前記パラメータ決定部は、
前記制御対象を同定することで前記伝達関数を算出する伝達関数算出部と、
前記同定係数のいずれにも依存しないゲイン行列を用いて前記制御系の状態空間モデルを記述し、所定の評価関数に基づいて最適化された前記ゲイン行列である最適ゲイン行列を算出する最適ゲイン行列算出部と
を有し、
前記パラメータ決定部は、前記伝達関数算出部での算出により得た前記伝達関数の前記同定係数と、前記最適ゲイン行列算出部での算出により得た前記最適ゲイン行列の行列係数とを用いて前記制御パラメータを決定する
ことを特徴とする制御パラメータ決定装置。
The apparatus of claim 1.
The parameter determination unit
A transfer function calculation unit that calculates the transfer function by identifying the control object;
An optimal gain matrix that describes a state space model of the control system using a gain matrix that does not depend on any of the identification coefficients, and calculates an optimal gain matrix that is the gain matrix optimized based on a predetermined evaluation function And a calculation unit
The parameter determination unit uses the identification coefficient of the transfer function obtained by calculation in the transfer function calculation unit and the matrix coefficient of the optimum gain matrix obtained by calculation in the optimum gain matrix calculation unit. A control parameter determination device characterized by determining a control parameter.
請求項2記載の装置において、
前記伝達関数算出部は、分母が多項式であり且つ分子が定数である有理関数を前記伝達関数として算出し、
前記パラメータ決定部は、算出された前記定数を、該定数に反比例する前記操作量を得るための前記制御パラメータの1つとして決定する
ことを特徴とする制御パラメータ決定装置。
The apparatus of claim 2.
The transfer function calculation unit calculates, as the transfer function, a rational function whose denominator is a polynomial and whose numerator is a constant,
The parameter determination unit determines the calculated constant as one of the control parameters for obtaining the operation amount inversely proportional to the constant.
請求項2又は3に記載の装置において、
可制御正準系に対して、前記目標値に依存する1つの状態値を導入すると共に、スイッチング動作を表現するスイッチング関数に基づく1つの拘束条件を付与することで、前記状態空間モデルが構築されることを特徴とする制御パラメータ決定装置。
The apparatus according to claim 2 or 3,
The state space model is constructed by introducing one state value depending on the target value to the controllable canonical system and giving one constraint condition based on a switching function expressing the switching operation. A control parameter determination device characterized by that.
請求項4記載の装置において、
前記制御器は、I−PD制御器であり、
前記1つの状態値は、前記目標値及び前記制御量の間の偏差の時間積分量である
ことを特徴とする制御パラメータ決定装置。
The apparatus of claim 4.
The controller is an I-PD controller;
The one state value is a time integration amount of a deviation between the target value and the control amount.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置において、
前記パラメータ決定部により決定された前記制御パラメータを、前記制御器に対して設定するパラメータ設定部を更に備えることを特徴とする制御パラメータ決定装置。
In the apparatus of any one of Claims 1-5,
A control parameter determination device, further comprising: a parameter setting unit that sets the control parameter determined by the parameter determination unit to the controller.
制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定する方法であって、
前記制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された前記制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、前記制御パラメータを決定する決定ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする制御パラメータ決定方法。
A method for determining a control parameter of a control system having a control object and a controller that executes feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control object,
The computer is caused to execute a determination step for determining the control parameter so that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any identification coefficient that specifies the transfer function to be controlled that has been identified in advance. Control parameter determination method.
制御対象と、該制御対象に対して目標値、操作量及び制御量に基づくフィードバック制御を実行する制御器とを有する制御系の制御パラメータを決定するためのプログラムであって、
前記制御系の閉ループ伝達関数が、予め同定された前記制御対象の伝達関数を特定する同定係数のいずれにも依存しないように、前記制御パラメータを決定する決定ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする制御パラメータ決定プログラム。
A program for determining a control parameter of a control system having a control target and a controller that executes feedback control based on a target value, an operation amount, and a control amount for the control target,
The computer is caused to execute a determination step for determining the control parameter so that the closed-loop transfer function of the control system does not depend on any identification coefficient that specifies the transfer function to be controlled that has been identified in advance. Control parameter determination program to perform.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の制御パラメータ決定装置により決定した前記制御パラメータが設定されることを特徴とする制御器。   The control parameter determined by the control parameter determination device according to claim 1 is set. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の制御パラメータ決定装置と、
前記制御パラメータ決定装置により決定された前記制御パラメータに従って作動する前記制御系と
を備えることを特徴とする最適化制御システム。
The control parameter determination device according to any one of claims 1 to 6,
An optimization control system comprising: the control system that operates according to the control parameter determined by the control parameter determination device.
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