JP2017027570A - 制御システム、制御システムの設計方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態において用いられる外乱フィードバック制御系のブロック図を図1に示す。図1に示されるように、本実施形態における制御系は、制御対象1(伝達関数G)、コントローラ2(伝達関数K)及び直結フィードバックループを含むフィードバック制御系に、外乱フィードバック要素4(伝達関数L)が付加されている。
図1で示される外乱フィードバック制御系にロバスト制御理論を導入する。前述したとおり、ロバスト制御理論はモデルに不確かさΔを導入するところ、かかる不確かさΔには乗法的又は加法的、入力系又は出力系など、制御対象や制御目的にあわせて様々な表現方法がある。ここでは、乗法的不確かさ且つ、出力系の不確かさを持つロバスト外乱フィードバック制御を用いることとするが、本発明における不確かさΔの表現方法に制限はない。
以上のようにロバスト外乱フィードバック制御構造を整理したことで、図2の閉ループ系は、不確かさΔ、外乱フィードバック要素L以外の要素を一括してPで表すと、図3(b)に示されるΔPL構造のように書き換えることができる。そして、図3(b)に基づき、(式4)、(式7)、(式8)、(式11)から、次の関係式を得る。
以上の結果を用いて、ロバスト安定性、ノミナル性能、ロバスト性能の条件を導出する。
図4−図8を参照して、外乱フィードバック要素Lの探索アルゴリズムについて説明する。図4は、L探索アルゴリズムのコンセプトを示す図である。図5は、周波数領域におけるロバスト安定(RS)、ノミナル性能(NP)、ロバスト性能(RP)の一例を示す図である。図6は、L探索手順を示すフローチャートである。図7は、図6における一次遅れ要素としてのLを探索する手順の詳細を示す。図8は、L探索アルゴリズムの調整結果の一例を示す図である。
第1ステップでは、初期設定が行われる。例えば、ノミナルプラントモデルGn、不確かさを含めたモデルg、コントローラK、評価する周波数領域が設定される。ここで、不確かさを含めたモデルgは、例えば下記により表される。
第2ステップでは、カットオフ周波数が設定される。また、第1ステップで設定された各種パラメータに基づいて、下記二つの重み関数Wo、Wpの分子、分母に含まれるパラメータa0、a1、・・・、an、b0、b1が決定される。
第3ステップでは、L=0におけるRPの最大ゲインLmax0を計算する。そして、この最大ゲインLmax0を、Lゲイン探索の初期値として設定する。
第4ステップでは、Lをゲインと定義して探索を実行する。つまり、RP < 1を満たすか、あるいは、設定された繰返し回数lmaxに到達するまで、Lゲインを徐々に大きくして繰り返し計算する。
本実施形態における第5ステップでは、伝達関数を下記により定義される一次遅れ要素L(s)として探索を実行する。なお、伝達関数L(s)は、積分要素または微分要素として定義されてもよい。
12 コントローラ
14 外乱フィードバック要素
18 不確かさ
19、21 重み関数
Claims (8)
- 制御対象からの出力と所定の目標値との偏差に基づいて前記制御対象のフィードバック制御を行うフィードバック制御器と、
前記制御対象をモデル化したノミナルプラントモデルの出力と、前記制御対象からの出力と、の偏差が入力されるとともに、出力が前記フィードバック制御器の出力と加算されて前記制御対象に入力される外乱フィードバック要素と、
を備え、
前記外乱フィードバック要素のパラメータは、前記制御対象に導入された不確かさの下で所定の安定性及び制御性能を有するように決定される
ことを特徴とする制御システム。 - 前記外乱フィードバック要素は係数ゲイン、一次時間遅れ要素、積分要素、又は微分要素の伝達関数として定義される
ことを特徴とする請求項1に記載の制御システム。 - 前記外乱フィードバック要素の前記パラメータは、前記制御システムのロバスト性能を表す関係式によって示されるピーク値に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御システム。 - 制御対象からの出力と所定の目標値との偏差に基づいて前記制御対象のフィードバック制御を行うフィードバック制御器を含む制御システムの設計方法であって、
前記制御対象をモデル化したノミナルプラントモデルと、前記ノミナルプラントモデルの出力と前記制御対象からの出力との偏差が入力されるとともに、出力が前記フィードバック制御器の出力と加算されて前記制御対象に入力される外乱フィードバック要素と、を導入し、
前記制御対象に不確かさを導入し、
前記制御システムが前記不確かさの下で所定の安定性及び制御性能を有するように、前記外乱フィードバック要素のパラメータを決定する
ことを特徴とする制御システムの設計方法。 - 前記不確かさと前記外乱フィードバック要素とを除く残りの前記制御システムを所定のモデルで表し、
前記不確かさ、前記外乱フィードバック要素、及び前記所定のモデルに基づいて、前記外乱フィードバック要素の前記パラメータを決定する
ことを特徴とする請求項4に記載の制御システムの設計方法。 - 前記外乱フィードバック要素が係数ゲイン、一次時間遅れ要素、積分要素、又は微分要素の伝達関数として定義されるように、前記外乱フィードバック要素の前記パラメータを決定する
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の制御システムの設計方法。 - 前記制御システムのロバスト性能を表す関係式によって示されるピーク値に基づいて前記外乱フィードバック要素の前記パラメータを決定する
ことを特徴とする請求項4−6のいずれか1項に記載の制御システムの設計方法。 - 制御対象からの出力と所定の目標値との偏差に基づいて前記制御対象のフィードバック制御を行うフィードバック制御器を含む制御システムを設計するためのプログラムであって、
前記制御対象をモデル化したノミナルプラントモデルと、前記ノミナルプラントモデルの出力と前記制御対象からの出力との偏差が入力されるとともに、出力が前記フィードバック制御器の出力と加算されて前記制御対象に入力される外乱フィードバック要素と、を導入する手順と、
前記制御対象に不確かさを導入する手順と、
前記制御システムが前記不確かさの下で所定の安定性及び制御性能を有するように、前記外乱フィードバック要素のパラメータを決定する手順と
をコンピュータに実行させるプログラム。
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