JP2017062798A - 高次元多重制約条件を伴う高度な多変数制御のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高次元多重制約条件を伴う物理プラントの多変数制御のための方法および装置を提供する。、【解決手段】物理プラントの主制御出力を互いに数学的に非干渉化し複数の偽入力／制御出力の所望プラント動特性を成形し、主制御参照を追跡して選択のための所望の主出力追跡によって生成される複数の偽入力を提供し、制約条件を互いに数学的に非干渉化し、制御された物理プラントのトレードオフが図られない主制御出力から制約条件を数学的に非干渉化し、複数の偽入力／制約条件出力の所望プラント動特性を成形し、制約条件制御限界を追跡し、選択のための所望の制約条件出力追跡によって生成される複数の偽入力を提供し、最も制限の強い制約条件を選択し非干渉化された主制御のための円滑な複数の偽入力を提供し、非干渉化されたトレードオフが図られない主制御出力および非干渉化された選択された最も制限の強い制約条件を用いて物理プラントを制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、制御対象が多重制約条件を伴う多重制御目標を含む場合の制御システム設計および動作に関する。

多重主制御目標のために制御される、例えば推力、ファン運転可能性、コア運転可能性などの（例えばジェットエンジンのための）２つ以上の主目標を有する制御システムでは、制御システムは、制御するために多入力および多出力を有する。特に主制御目標が高度に過渡的で動的な要件を有する場合には、このような制御システムは多重制約条件を伴う多変数制御の挑戦的な課題に対処しなければならない。挑戦的な課題は、基本的に、潜在的にアクティブな全ての制約条件を満たすことができるアクティブな制約条件の選択された組を実施する間に、可能な限り主制御目標を維持する協調制御である。

伝統的に、１入力１出力（ＳＩＳＯ）制御は、例えばガスタービンエンジンではファンスピードだけのように、１つの主制御目標のために用いられる。関係する制約条件は制御アクチュエータ率すなわち燃料率に変換され、最も多くの燃料率を要求する制約条件は最も制限の強い制約条件として選択され、実施される。ここで、燃料率は常にファンスピード変化に比例すると仮定している。そして、ファンスピード変化は常に上へ整列して、推力応答および運転可能性を支配する。これは、多くの動作条件においては真であり得るが、しかし、例えば動力リフト動作などの非従来型エンジン応用はいうまでもなく、例えば従来のエンジン応用のための超音速動作領域などの特定の動作条件においては真でない。

多重制約条件は１つの部分集合だけにあってもよい、すなわち、同時に、１つの主制御出力だけにトレードオフが図られることを必要とする。しかし、多重制約条件が２つ以上の主制御出力にトレードオフが図られることを必要とする２つ以上の部分集合にある場合がある。確かに、多くても、部分集合の数は、主制御ハンドルの数に等しくなければならない。例えばガスタービンエンジンの例では、「最大コアスピード」および「最大排気温度」制約条件の両方がアクティブである場合には、より良好な推力および運転可能性性能のために、「最大コアスピード」および「最大排気温度」制約条件の両方を実施すると共に、両方の主制御出力、すなわち「ファンスピード」および「圧力比」のトレードオフが図られることが必要であり得る。より高い次元の多重制約条件を伴う多変数を制御することは、挑戦的な課題である。

この問題を解決するための以前のアプローチは、問題を非常に単純化しすぎたか、あるいは実質的な複雑さを追加した。単純化しすぎたアプローチは、制御されたプラント入力と性能とのトレードオフの関係および成されなければならない制御モード選択決定の基本的な交絡を無視した。これは、その適用可能性を特定の２×２多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムに限定し、より高い次元のＭＩＭＯシステムのための堅牢な解を表現しない。複雑すぎるアプローチは、制約条件制御を主制御と結合し、通常、予想される制御目標優先権を失い、制御解の物理的意味、堅牢性、決定性および保全性を犠牲にした。

米国特許出願公開第２００７／１６２１６１号明細書

本開示は、プラント物理（例えば、エンジンまたは応用対象に応じた他のプラント特性）に基づいて、トレードオフ調整が行われる主制御出力が予め定められる高次元多重制約条件問題を用いて、高度な多変数制御のための明示的な物理意味を有する簡素で決定論的で堅牢で系統的な解法を組み込む制御システム設計方法論を提供する。開示される方法論は、基本解を多重制約条件および／または多重高次元制約条件を伴うＭＩＭＯ制御の問題に対する基本的解法を提供し、結果として得られる解法は、制約されない場合には、主多変数制御が設計されたその最適化された性能を有するように、制約される場合には、適切な最も制限の強いアクティブな制約条件が正しく選択され、所定のトレードオフ調整が行われる主制御出力を置き換えることによって自然に強制されるように、選択された多重アクティブ制約条件強制を伴う多変数制御をよく調整することになる。最も制限の強い制約条件が強制される場合には、残りの制約条件は自動的に満たされ得る。合わせて、それらは、強制された制約条件の下で動作しながら、システム全体が所望の主制御性能を依然として有するようにさせる。そして、トレードオフ調整が行われる主制御出力は、自然に放棄される。

多重制約条件を伴う多変数制御を全空間と考える。１つの部分空間は、アクティブになる制約条件のただ１つの部分集合およびトレードオフ調整が行われるただ１つの主制御出力を有するクラスであって、これは単一次元多重制約条件の場合である。残りの空間は、アクティブになる制約条件の２つ以上の部分集合およびトレードオフ調整が行われる２つ以上の主制御を有し、これは高次元多重制約条件の場合である。この開示によって提供される制御システム設計方法論は、単一次元多重制約条件の場合だけでなく高次元多重制約条件の場合にも対応する。

この開示によって提供される制御システム設計方法論は、結果として簡素な物理を基礎とする選択ロジック、および非干渉化された制約条件制御を用いて数学的に非干渉化された主制御をもたらす。すなわち、主制御出力は互いに数学的に非干渉化され、制御の選択された制約条件は互いに数学的に非干渉化され、選択された制約条件は主制御出力から数学的に非干渉化される。各非干渉化された制御目標は、その具体的な性能要件について、１入力１出力（ＳＩＳＯ）制御アプローチを介して設計することができることになる。

本開示によれば、物理プラント（例えば、ガスタービンエンジン制御、飛行制御、衛星制御、ロケット制御、自動車制御、工業プロセス制御などであるがこれらに限定されない）のための制御システムの実施形態は、一組の制御基準信号と、物理プラントからの一組の制御出力フィードバック信号と、積分動作に対して、制御コマンド導関数を提供する（および、主制御出力の所望の堅牢な制御の成形を可能にする）多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器と、非干渉化された主ＳＩＳＯループのバンド幅をそれぞれ拡張することができる一組のＳＩＳＯ進み／遅れ制御器と、複数の主制御出力追跡エラーを受信し、複数の所望の偽入力をそれぞれ提供する、制御出力追跡のための一組の非干渉化されたＳＩＳＯ制御器と、制約条件を互いに非干渉化し、トレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を非干渉化し、選択ロジック（以下に導入される）のための所望の制約条件応答に基づいて複数の偽入力を提供する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器と、複数の制約条件出力追跡エラーを受信し、所望の制約条件応答をそれぞれ成形する、制約条件出力追跡のための一組の非干渉化されたＳＩＳＯ制御器と、制約条件の各部分集合によって生成される複数の偽入力とその部分集合と関係する主制御出力によって生成される複数の偽入力とを比較し、その部分集合について最も制限の強い制約条件を選択し、ＳＩＳＯ進み／遅れおよびＭＩＭＯ主非干渉化制御器に入る複数の最終偽入力を決定する選択ロジック部と、を含む。このようなアーキテクチャについては、積分動作は、主制御および制約条件制御によって共有される一組の共通ＳＩＳＯ積分器になる。

本開示によれば、物理プラントのための制御システムは、制御信号を物理プラントに提供する積分動作制御ユニットと、積分動作制御ユニットに制御コマンド導関数を提供し、それによって少なくとも新規の制御されたプラントを形成する多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器と、制約条件出力を物理プラントから非干渉化し、複数の偽入力を上記の非干渉化された制御されたプラントに提供する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器と、を含む。より詳細な実施形態では、主非干渉化制御器のための複数の偽入力を選択するための選択ロジック部は、以下によって計算されるそれらの複数の偽入力から選択する。１）ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器および制約条件追跡制御器、２）主ＭＩＭＯ非干渉化制御器および出力追跡制御器。さらに詳細な実施形態では、制御システムは、制御出力追跡誤差信号を受信し、非干渉化された制御されたプラントに複数の偽入力信号を提供する一組の非干渉化された１入力１出力制御（ＳＩＳＯ）出力追跡制御器をさらに含む。さらに詳細な実施形態では、選択ロジック部は、ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器からの複数の偽入力とＳＩＳＯ制御出力追跡制御器からの複数の偽入力信号とを比較し、（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器への複数の偽入力を決定するために、少なくとも１つの最も制限の強い制約条件を選択する。あるいは、またはさらに、選択ロジック部は、ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器からの複数の偽入力とＳＩＳＯ制御出力追跡制御器からの複数の偽入力信号とを比較し、（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器への複数の偽入力を決定するために、少なくとも１つの最も制限の強い制約条件を選択する。

一実施形態では、制御システムは、非干渉化された主ＳＩＳＯ制御ループのバンド幅を拡張し、主非干渉化制御器にｖドットスターを提供するための、一組の１入力１出力（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器をさらに含む。あるいは、またはさらに、ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器は、トレードオフ調整が行われない主制御出力を既知の外乱入力として拒絶することによって、トレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を非干渉化する。あるいは、またはさらに、ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器は、制約条件出力を互いに非干渉化し、トレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を非干渉化する。あるいは、またはさらに、制御システムは、物理プラントから複数の制約条件出力追跡エラーを受信し、ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器に基づいて所望の制約条件応答を成形する一組の１入力１出力（ＳＩＳＯ）制約条件出力追跡制御器をさらに含む。このような複数の制約条件出力追跡エラーは、少なくとも部分的には、複数の所定の制約条件の限界と複数の制約条件出力との差に基づいて決定され得る。

本開示によれば、多入力多出力だけでなく高次元多重制約条件も伴う物理プラントの多変数制御のための方法は、多主制御出力を互いに非干渉化するステップであり、多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器を用いるステップと、多重制約条件を互いに非干渉化し、多重制約条件をトレードオフ調整が行われない主制御出力から非干渉化するステップであり、多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器に関係するステップと、制約条件によって生成される擬似出力が主制御出力によって生成される擬似出力と同等の場合に、ＭＩＭＯ主非干渉化制御器に対して複数の偽入力を提供するステップと、を含む。本方法は、ＭＩＭＯ主非干渉化制御器について最も制限の強い制約条件を選択するステップをさらに含み、最も制限の強い制約条件を選択するステップは、制約条件の所与の部分集合によって生成される複数の偽入力とその部分集合と関係する主制御出力によって生成される偽入力とを比較し、少なくとも部分的には、それらの比較に基づいて最も制限の強い制約条件を選択するステップを含む。ＭＩＭＯ主非干渉化制御器は、ダイナミックインバージョンを用いる非干渉化された制御を提供することができる。本方法は、ＭＩＭＯ主非干渉化制御器の上流で一組の１入力１出力（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器を用いる、非干渉化された主制御ループのバンド幅を拡張するステップをさらに含むことができる。トレードオフ調整が行われない主制御出力から多重制約条件を非干渉化するステップは、トレードオフ調整が行われない主制御出力を既知の外乱入力として拒絶するステップを含む。

本開示によれば、多入力多出力だけでなく高次元多重制約条件も伴う物理プラントの多変数制御のための方法は、制御された物理プラントの主制御出力を互いに数学的に非干渉化するステップと、制約条件を互いに数学的に非干渉化するステップと、制御された物理プラントのトレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を数学的に非干渉化するステップと、非干渉化された主制御出力および／またはトレードオフ調整が行われない主制御出力から非干渉化される非干渉化された選択された制約条件を用いて、物理プラントを制御するステップと、を含む。このような方法は、１つまたは複数の最も制限の強い制約条件を選択するステップをさらに含む。

高次元多重制約条件を伴う高度な多変数制御の開発について、ここで導入され議論される。

本開示による高次元多重制約条件を伴う多変数制御または単一次元多重制約条件を伴う単一変数制御の実施形態であり得る制御システムアーキテクチャのブロック図表現である。 本開示による例示的制御システムアーキテクチャの例示的実装のブロック図表現である。 本実施形態で用いられる例示的な共通１入力１出力（ＳＩＳＯ）積分器のブロック図表現である。 最小／最大選択原理に従う１次元制約条件集合のための選択ロジックのダイアグラム表現である。 異なる最小／最大選択原理に従う１次元制約条件集合のための選択ロジックのダイアグラム表現である。 本開示による高次元制約条件集合のための例示的な選択ロジックプロセスのフローチャート表現である。

本開示は、プラント物理および性能要件（例えば、エンジンまたは応用対象に応じた他のプラント特性）に基づいてトレードオフトレードオフ調整が行われる主制御出力が予め定められる高次元多重制約条件問題を用いて、高度な多変数制御のための明示的な物理意味を有する簡素で決定論的で堅牢で系統的な解法を組み込む制御システム設計方法論を提供する。その解法は、制約されない場合には、主多変数制御が設計されたその最適化された性能を有するように、制約される場合には、適切な最も制限の強いアクティブな制約条件が正しく選択され、所定のトレードオフ調整が行われる主制御出力を置き換えることによって自然に強制されるように、選択された多重アクティブ制約条件強制を伴う多変数制御をよく調整する。最も制限の強い制約条件が強制される場合には、残りの制約条件は自動的に満たされ得る。合わせて、それらは、強制された制約条件の下で動作しながら、システム全体が所望の主制御性能を依然として有するようにさせる。そして、トレードオフ調整が行われる主制御出力は、自然に放棄される。

主多変数制御が制約されない場合には、それは所望の性能で動作しなければならない。主制御が制約される場合には、制約条件制御は最も制限の強い制約条件をそれらの限界内にとどまらせ続けなければならない。そして同時に、制約条件制御は、いくつかのまたは全ての主制御ハンドルを用いるので、主制御は、主制御の意図されたトレードオフ調整が行われない部分が最も制限の強い制約条件を強制することにより影響を受けてはならない間に、許容できる方法でトレードオフが図られなければならない。

上記の制御設計目標に基づいて、最初に、主多変数は、非干渉化された入力／出力マッピングを有するように設計される。それから、多重制約条件制御は、制約条件制御が互いに制約条件を非干渉化し、トレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を非干渉化するだけでなく、主制御出力によって生成される複数の偽入力と同等な複数の偽入力も提供するように、主制御設計から生じた新規の制御されたプラントに基づいて設計される。このようなアーキテクチャおよび複数の偽入力を重要なリンクとして用いて、ＭＩＭＯ主制御およびＭＩＭＯ制約条件制御の両方は、結果として簡素な決定論的ＳＩＳＯループ設計に導く。

多重制約条件問題を伴う高度な多変数制御のための、明示的な物理的意味を有する簡素で決定論的で堅牢で系統的な解法を取得するメカニズムは、以下を含む。（１）制約条件候補を特定の部分集合に分類する。各制約条件部分集合は、主制御出力の１つのトレードオフ目標に対応する。（２）制約条件部分集合の数は、主制御ハンドルの数と等しいかそれより小さくなければならない。（３）高次元多重制約条件、すなわち同時にアクティブとなる異なる部分集合からの制約条件について、各部分集合のＳＩＳＯ制約条件制御器を構築する前に、それらは非干渉化されなければならない。（４）各制約条件部分集合は、この制約条件部分集合の制約条件調整器の各々に基づいて、そのトレードオフ目標すなわち特定の１つの偽入力を計算している。（５）ＭＩＭＯ主制御は、主制御出力を非干渉化しなければならない。（６）したがって、多次元制約条件は、別の次元から非干渉化された１次元でなければならず、トレードオフ制御が適用されない主制御出力から非干渉化されなければならない。上記の制約条件制御器は、その相対次数に関して制約条件ＭＩＭＯダイナミックインバージョンに基づく所望の動特性を用いる非干渉化されたＳＩＳＯ調整器であるということになる。（７）最も制限の強い制約条件は、各部分集合の制約条件によって生成される複数の偽入力と所定の選択ロジックに基づく関係する主制御出力とを比較することから生じなければならない。（８）トレードオフ制御が適用されるように予め定められた主制御を置き換えるために、最も制限の強い制約条件制御器によって生成された前記１つの偽入力が適用される。（９）最も制限の強い制約条件のアクティブ／非アクティブ移行は、選択ロジックによって円滑に管理される（例を図６に示す）。

高次元多重制約条件を伴う高度な多変数制御の設計手順およびアプローチについて、以下に述べる。

原初の制御されたプラント
一般性を失わずに、原初の制御されたプラントを以下のように仮定する。

試料

において、システム状態

入力

および外乱

は既知である。したがって、偏差変数は、この現行の動作条件すなわち

について表される。

これらの条件から偏差変数を定義する。

偏差変数によるシステムの局所的線形化モデルを導出することができる。

と近似し、それを試料ｋにおける

に対する既知の初期条件として、あるいは任意の制御動作更新から自由な１つの制御試料の上のシステム状態の自主的な応答、すなわち

として扱う。

プラント動特性部分に基づく一般的な摂動モデルを、以下に示す（例えば、それはサイクル研究からのエンジン動特性に基づくことができる）。

ここで、

である。

近似：

一般性を失わずに、設計プロセスの明白な定式化のために、主制御が３つの制御入力および３つの出力すなわち

制御を有すると仮定する。

そして、

は相対次数３を有し、

および

は共に相対次数２を有し、

は相対次数３を有し、

および

は共に相対次数２を有すると仮定する。

原初の制御されたプラントに基づく主制御
相対次数概念およびダイナミックインバージョンアプローチを用いて、主制御出力応答は以下のように導出される。

に対する

の相対次数は

であると仮定すると、主制御出力応答は以下のようになる。

ここで、

である。

一般には現行の制御出力応答は、以下のように記述される。

ここで、

である。

さらに、制御出力

の動特性は、参照

を追跡することが望ましい、すなわち、

とすると、所望の制御追跡性能は、以下のように成形される。

以下の多項式

（式１３０）
が単位円内でその固有値を全て有するように、

を適切に選択すると、主制御動特性は漸近的に安定である。

通常、

は時間によって変化し、近似された

は外挿法（例えば直線フォーマット、指数フォーマットなど）を用いて取得することができる。

とする。

・・・と近似する。

所望の制御出力追跡応答は、以下のようになる。

ここで、

である。

が定数である場合には、

となる。

自由応答

が

に依存せず、

および

にのみ依存することに注意されたい。さらに、簡潔な方法で所望の制御出力応答は、

となる。
ここで、

である。

偽入力を以下のように定義する。

上記の所望の制御出力応答を現行の制御出力応答と比較して、ダイナミックインバージョンに基づく主非干渉化制御は以下のように得られる。

結果として生じる制御はＳＩＳＯループ

からＳＩＳＯループ

を非干渉化する。したがって、各出力はそれ自身の参照を追跡している、すなわちそれ自身の参照だけによって制御される。

制約条件制御のための主制御に基づく新規の制御されたプラント
原初の制御されたプラントに主非干渉化制御規則を代入し、非干渉化された新規の制御されたプラントを得る。

主出力追跡が最も影響を受けないままにしながら、同じコントロールハンドル

が特定の選択されたアクティブな制約条件を強制するために必要である場合に、その参照を

に

を追加することによって変えることができる代わりに、主出力追跡の特定のものは、選択された最も制限の強い制御モードにスイッチングによってトレードオフが図られる。新規の制御されたプラントでは、制御入力は

である。

新規の制御されたプラントに基づく制約条件非干渉化制御
新規の制御されたプラントは、以下のようになる。

現行の制約条件出力応答は、それぞれ以下のようになる。

なぜなら、

だからである。

ここで、

である。

一般に、所望の制約条件応答は追跡エラーを保証するものであり、その複数の導関数（制約条件の相対次数まで）はゼロになる。

以下の多項式

の固有値が全て単位円内にあるように、上記の係数

を適切に選択すると、制約条件出力追跡動特性は漸近的に安定である。

所望の制約条件出力追跡応答は、以下のようになる。

ここで、制約条件参照を定数と考えると、

となる。

さらに、簡潔な方法で所望の制御出力応答は、

となり、
ここで、

である。

上記の所望の制御出力応答を現行の制御出力応答と比較して、以下を得る。

と偽入力

との間の非干渉化マトリックス

は、以下の一般的な形式を用いて、主制御によって成形される制約条件に制御されたプラントに基づいて導出される。

制約条件部分集合分類に基づく物理
サイクル部分研究および試験から学習したプラント（例えば、エンジン）動特性知識に基づいて、実効的制御モードに基づいて、関係する制約条件のための２つの部分集合があり、トレードオフ調整が行われる２つの主制御出力にそれぞれ対応すると仮定する。

上記の定義された問題に基づいて、トレードオフ調整が行われない制御出力ｙ₃から制約条件を非干渉化する制約条件制御は、以下の通りである。

制約条件部分集合により決定される制約条件制御器集合
上記の制約条件の物理を基礎とする分類は、制約条件制御器部分集合だけでなく、部分集合ごとに主制御トレードオフ目標も決定する。詳細は、以下の通りである。（ａ）制約条件分類は、物理を基礎としなければならない。すなわち、所与の主制御出力について、主制御出力次元（または方向）に沿ったその関連する制約条件部分集合における各制約条件の投影は、制約条件の支配的な部分でなければならない。素人の言い方では、所与の主制御参照に関して、（ｂ）制約条件部分集合の合計数は、主制御ハンドルの数以下である。（ｃ）各部分集合の制約条件は、１つの指定された主制御トレードオフ目標にマップされるだけである。

非干渉化されたＳＩＳＯ制約条件制御器
一般性および明白な定式化を損なわずに、関係する制約条件が単一の部分集合において、または同時に２つの部分集合において、アクティブであると仮定する。そして、それらは以下のように分類される。

全ての可能性がある場合は、以下の通りであり得る。

同時に、以下の制約条件制御器が並行して働くことを必要とすることになる。

２つの部分集合の場合についての制約条件制御器は、以下のように導出される。

以下のように、定義する。

それから、２つの部分集合の場合について、互いに制約条件をさらに非干渉化する制約条件制御器は、以下の通りである。

ここで、

である。

単一の部分集合の場合の制約条件制御器は、以下のように導出される。

それから、単一の部分集合の場合の制約条件制御器は、以下の通りである。

ここで、

である。

上記の２つの制約条件部分集合について示したＭＩＭＯ制約条件制御設計方法は一般的であり、制約条件部分集合が２より多い場合に容易に適用することができる。

制約条件制御選択ロジック
多重制約条件を伴う多変数制御の問題については、一般に、多重制約条件は２つ以上の次元に分布させることができる。すなわち、制約条件の２つ以上の部分集合がある。
さらに、アクティブになる制約条件は、時には１つの部分集合だけにあってもよく、また時には同時に２つ以上の部分集合にあってもよい。

したがって、選択ロジックは、各ステップの全ての部分集合および複数部分集合と単一部分集合との移行を処理しなければならないように要求される。具体的には、各部分集合で、選択ロジックは、２つ以上の部分集合のアクティブな場合から生じた複数の偽入力から複数部分集合の最も制限の強い制約条件と、単一部分集合のアクティブな場合から生じた複数の偽入力から単一部分集合の最も制限の強い制約条件と、を選択する。それから、選択ロジックは、最も制限の強い制約条件を複数部分集合の最も制限の強い制約条件、単一部分集合の最も制限の強い制約条件、および所定の選択ロジックに基づいてトレードオフが図られた制御出力によって生成される偽入力から選択する。所定の選択ロジックは、最大／最小制約条件とトレードオフが図られた制御出力との間の物理的関係により決定される。それから、システムレベルで、すなわち、全ての部分集合からの結果を考慮して、選択ロジック部は、どの複数の偽入力を複数の偽入力エントリに配置するべきかという最終決定をするために、統合化された選択を行う。

所与の制約条件について考慮すると、単一部分集合の場合および複数部分集合の場合は、同時にそれに起こることができないが、しかし、それは一方から他方に移行することができる。したがって、所与の部分集合で、単一部分集合の場合および複数部分集合の場合は別々の選択プロセスを行うことを必要とし、移行はシステムレベルの統合化された選択からの選択結果によって当然に行われる。

選択ロジックを実証する例を以下に示す。この例は、

および

とそれぞれ関係し、各部分集合は以下のように２つの制約条件を有する。

関係する制約条件の２つの部分集合があり、トレードオフ調整が行われる２つの主制御出力にそれぞれ対応すると仮定する。

すなわち

そして、

および

の場合を考える。

一般性および明白な定式化を損なわずに、関係する制約条件が単一の部分集合のみにおいて、または同時に２つの部分集合において、アクティブであると仮定すると、全ての可能な場合は以下のように与えられる。

における制約条件

を考慮して、以下のように仮定する。

を満たすためには、

を減少させる、すなわち

である必要があり、

が満たされない場合には、それは

または

を生成し、したがって、

を満たすことができる

および

から最小値を選択する。

を満たすためには、

を増加させる、すなわち

である必要があり、

が満たされない場合には、それは

または

を生成する。

を満たすためには、

を増加させる、すなわち

である必要があり、

が満たされない場合には、それは

または

を生成する。したがって、

および

の両方を満たすことができる

および

から最大値を選択する。また、最大制約条件は最小制約条件を覆すと仮定する。

図４は、

についての仮定した

選択ロジックを示す。単一部分集合の場合では、

および

は、

および

をそれぞれ生成する。

は、

を生成する。上述した

についての仮定した関係を適用すると、単一部分集合の最も制限の強い制約条件は、

である。複数部分集合の場合では、

は

および

を生成し、

は

および

を生成し、

は

および

を生成する。上述した仮定した関係を適用すると、複数部分集合の最も制限の強い制約条件は

である。

の最も制限の強い制約条件は、

である。

における制約条件

を考慮して、以下のように仮定する。

を満たすためには、

を増加させる、すなわち

である必要があり、

が満たされない場合には、それは

または

を生成する。

を満たすためには、

を増加させる、すなわち

である必要があり、

が満たされない場合には、それは

または

を生成する。したがって、

および

の両方を満たすことができる

および

から最大値を選択する。

を満たすためには、

を減少させる、すなわち

である必要があり、

が満たされない場合には、それは

または

を生成し、したがって、

を満たすことができる

および

から最小値を選択する。また、最大制約条件は最小制約条件を覆すと仮定する。

図５は、

についての仮定した

選択ロジックを示す。単一部分集合の場合では、

および

は、

および

をそれぞれ生成する。

は、

を生成する。上述した

についての仮定した関係を適用すると、単一部分集合の最も制限の強い制約条件は、

である。複数部分集合の場合では、

は

および

を生成し、

は

および

を生成し、

は

および

を生成する。上述した仮定した関係を適用すると、複数部分集合の最も制限の強い制約条件は

である。

の最も制限の強い制約条件は、

である。

システムレベルでは、部分集合

および

が同時にアクティブであると考えて、それらのうちの１つは、別の時および移行の時にアクティブであり、統合化された選択は、２つの部分集合

からの結果に基づいて決定し、円滑な移行を行うことを要求する。

図６は、統合化された選択ロジックを示す。チェック条件は、２つの部分集合

からの結果により決定される。

ステップ１：両方の部分集合がアクティブである場合、すなわち最初の条件が真である場合には、

および

の両方にトレードオフ制御が図られることを必要とし、

は

と置換され、

は

と置換されることになる。

ステップ２：両方の部分集合がアクティブでない場合には、

部分集合のみがアクティブであるかという条件２をチェックする。条件２が真である場合には、これは単一部分集合の場合であり、

はトレードオフ調整が行われることを必要とし、

はそのままであることを必要とし、

は

と置換され、

は保持されることになる。

ステップ３：条件２が真でない場合には、

部分集合のみがアクティブであるかという条件３をチェックする。条件３が真である場合には、これは単一部分集合の場合であり、

はトレードオフ調整が行われることを必要とし、

はそのままであることを必要とし、

は

と置換され、

は保持されることになる。

ステップ４：条件３が真でない場合には、両方の部分集合にはアクティブな制約条件が存在せず、

および

はそのままであり、いかなる主制御出力もトレードオフが図られないことになる。

より具体的には、図６に示すように、アルゴリズムはステップ２０から始まってステップ２２へ進む。ステップ２２で、

である場合には、ステップ２４へ進む。

ステップ２４では、

それから、ステップ２６の終了に進む。

さもなければ、アルゴリズムはステップ２８へ進む。ステップ２８で、

である場合には、ステップ３０へ進む。

ステップ３０では、

それから、ステップ２６の終了に進む。

さもなければ、アルゴリズムはステップ３２へ進む。ステップ３２で、

である場合には、ステップ３４へ進む。

ステップ３４では、

それから、ステップ２６の終了に進む。

さもなければ、アルゴリズムはステップ３６へ進み、

ステップ２６で終了する。

高次元多重制約条件を伴う一般的な高度な多変数制御のアーキテクチャは、図１に示される。それは、以下に述べるように働く。

（１）多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器４０は、（ａ）積分動作４２に対して、制御コマンド導関数

を生成し、（ｂ）非干渉化された制御（ダイナミックインバージョンまたはいくつかの他の既知の方法を用いて）を

から

へ提供する。非干渉化された制御されたプラント（

から

へ）の動特性は、主制御出力の所望のロバスト制御を可能にするために成形される。

と

と間の結合されたＩ／Ｏマッピングは、

と

と間の非干渉化された新規なＩ／Ｏマッピングとなる。そして、複数の偽入力エントリ

は、制約条件制御器によって生成される複数の偽入力は、選択ロジック部５０に従って主制御出力によって生成される複数の偽入力と比較することができるという、共通の同等な特徴を提供する。

（２）一組のＳＩＳＯ進み／遅れ制御器５２は、非干渉化された主ＳＩＳＯ制御ループのバンド幅を拡張するために、主ＭＩＭＯ主非干渉化制御器４０の上流にインストールすることができ、主ＭＩＭＯ主非干渉化制御器４０に

を提供する。これは主制御および制約条件制御に影響を及ぼす共通要素であるので、制約条件に向けて動作する際に、これはＳＩＳＯ閉ループバンド幅も拡張する。

（３）制御出力追跡のための一組の非干渉化されたＳＩＳＯ制御器５６は、複数の主制御出力追跡エラー（複数の制御参照（５８）から複数の制御出力（４８）を差し引いたもの）を受信し、所望の主制御出力に基づく複数の偽入力

をそれぞれ提供する。主制御ループを制約条件出力とは独立に調整し、そうして制約条件制御の特性に影響を与えずに、それらを最適化することができる。

（４）多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器６０は、ＭＩＭＯ主非干渉化制御器４０および物理プラント６２によって形成される新規の制御されたプラントを制御する。ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器６０は、（ａ）選択ロジックのための所望の制約条件応答に基づいて、複数の偽入力

を生成し、（ｂ）

に対して新規に成形された制御プラント

に基づいて、互いに制約条件を非干渉化し、（ｃ）既知の外乱入力

としてトレードオフ調整が行われない主制御出力を拒絶することによって、トレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を非干渉化する。

（５）制御制約条件出力追跡のための一組の非干渉化されたＳＩＳＯ制御器６４は、複数の制約条件出力追跡エラー（複数の制約条件の限界から複数の制約条件出力を差し引いたもの）を受信し、複数の所望の制約条件で制御された偽入力

をそれぞれ提供する。制約条件制御ループを主出力とは独立に調整し、そうして主制御の特性に影響を与えずに、それらを最適化することができる。

（６）選択ロジック部５０は、制約条件のあらゆる所与の部分集合によって生成される複数の偽入力と、その部分集合と関係する主制御出力によって生成される１つの偽入力と、を比較し、部分集合ごとに最も制限の強い制約条件を選択し、ＳＩＳＯ進み／遅れおよびＭＩＭＯ主非干渉化制御器に入る複数の最終的な偽入力を決定するために、システムレベル選択統合化を実行する。

（７）積分動作４２は、主制御および制約条件制御の両方に共通する一組の積分器を含む。積分動作は、対応する

に
各

を積分し、そうしてアクチュエータ内側ループごとに参照を形成する。各積分器は、対応するアクチュエータ動作限界を考慮に入れるために、動的に制限することができる。積分器を図３に示す。

実装例として、２組の制約条件を伴う３×３高度な多変数制御のアーキテクチャを図２に示す（直接または間接に図１の要素に対応する図２の要素は同じ符号を有するが、１００を加えている）。それは、以下に述べるように働く。

（１）３×３ＭＩＭＯ主非干渉化制御器１４０は、積分動作に対して制御コマンド導関数

および

を生成するだけでなく、

に対する主制御出力

のダイナミックインバージョン、および状態フィードバックを介して非干渉化された主ＳＩＳＯの所望のプラント動特性に基づいて、共通の複数の偽入力エントリ

および

を成形する。そのようにして、

と

と間の結合されたＩ／Ｏマッピングは、所望のプラント動特性を有する

と

と間の非干渉化された新規なＩ／Ｏマッピングになり、複数の偽入力エントリ

は、制約条件制御によって生成される複数の偽入力は、選択ロジックに従って主制御によって生成される複数の偽入力と比較することができるという、共通の同等な特徴を提供する。

（２）この例では、３つの制御ハンドルだけがあり、それは多くても制約条件の３つの部分集合があることを意味する。この場合、

および

とそれぞれ関係する制約条件の２つの部分集合を仮定し、各部分集合は２つの制約条件

を有する。

（３）非干渉化された主ＳＩＳＯ制御ループのバンド幅をそれぞれ拡張するように意図された３つのＳＩＳＯ進み／遅れ制御器１５２は、また同じ目的のために選択された制約条件によって共に用いられる。ＳＩＳＯ進み／遅れが必要でない場合には、それらはそれぞれ１にセットされ得る。

（４）制御出力追跡のための３つの非干渉化されたＳＩＳＯ比例制御器１５６は、複数の主制御出力追跡エラー（複数の制御参照から複数の制御出力を差し引いたもの）を受信し、所望の主制御出力に基づく複数の偽入力

および

をそれぞれ提供する。仮定された

はトレードオフが図られることはなく、

は制約条件制御の既知の外乱入力として用いられる。

および

は、選択ロジック部１５０に入り、制約条件制御器によって生成される複数の偽入力と比較される。

（５）一組の２×２ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器１６０は、制約条件の２つの部分集合を制御するように示される（２×２はこの例では仮定された場合であり、任意の数のこのような制約条件制御器を利用することができ、それは実際の制御システムに依存する）。この例の制約条件非干渉化制御器は、部分集合２の制約条件から部分集合１の制約条件をそれぞれ非干渉化する。すなわち、

に対する制約条件

のダイナミックインバージョンおよび状態フィードバックを介した非干渉化された制約条件ＳＩＳＯの所望の動特性に基づいて、

から

を、

から

を、

から

を、

から

を非干渉化し、既知の外乱入力

を拒絶することによってトレードオフ調整が行われない主制御出力

から制約条件を非干渉化する。結果として、

と比較される部分集合１のための複数の偽入力

を生成するための４つの非干渉化されたＳＩＳＯ制約条件制御器

および

と比較される部分集合２のための複数の偽入力

を生成するための４つの非干渉化されたＳＩＳＯ制約条件制御器

となる。制約条件が２つの限界を有する場合には、同じ非干渉化されたＳＩＳＯ制約条件制御器は２つの出力を生成する、すなわち２つの偽入力は各々１つの限界入力に対応する。制約条件が１つの限界を有する場合には、非干渉化されたＳＩＳＯ制約条件制御器は１出力、すなわち１つの偽入力を生成する。この場合の制約条件上の仮定に基づいて、以下の生成された複数の偽入力がある。すなわち、

と比較される部分集合１の

および

と比較される部分集合２の

である。

（６）それぞれ複数の制約条件出力追跡エラー

を受信し、複数の所望の制約条件追跡応答を成形する、制約条件出力追跡のための４つの非干渉化されたＳＩＳＯ制御器１６４。参照入力としての異なる限界を有する同じ制約条件は、同じ制約条件で非干渉化されたＳＩＳＯ制御器を用いる。

（７）部分集合１のための１つの選択ロジック部１５０および部分集合２のための１つの選択ロジック部１５０。各々は、制約条件の所与の部分集合によって生成される複数の偽入力とその部分集合と関係する主制御出力によって生成される偽入力とを比較し、部分集合ごとに最も制限の強い制約条件を選択し、ＳＩＳＯ進み／遅れ制御器１５２およびＭＩＭＯ主非干渉化制御器１４０に入る最終的な偽入力を決定する。

（８）限られたスペースのために図２に個々に示されていない３つの共通ＳＩＳＯ積分器１４２。各積分器は、非干渉化された主ＳＩＳＯループごとに動作し、各

から、各

を生成し、各制御ハンドル、したがって入力コマンド参照としてのアクチュエータ内側ループにそれを渡す。各積分器は、所与のアクチュエータの最大／最小動作範囲で動的に飽和する。積分器１４２を図３に示す。

共通ＳＩＳＯ積分器１４２を、図３に示す。（１）摂動定義に従って、

を計算する。（２）最大／最小動作速度の限界を

に適用する。（３）現行のステップコマンド変化

を計算する。ここで、

はサンプリング時間である。（４）現行のステップコマンド

を計算する。（５）図４に示すように、最大／最小動作の限界

を適用する。

技術的には、現行のアプローチは、結合された複雑なプラント処理（例えば典型的なガスタービンエンジン処理）と関係する入力変数の結合し混乱した組による、制御モードの複数の組の間の選択についての基本的な長期のＭＩＭＯモード選択の挑戦的な課題を克服する。主制御から生じる新規の制御プラントからの複数の偽入力は、所定の規則に従って、所与の制約条件から特定の性能トレードオフ決定への直接的な一対一対応を有するＭＩＭＯモード選択基準を提供する。この解法は、高次元制約条件システムであっても、ＳＩＳＯ型モード選択の簡潔さを維持する。それは、多重制約条件から選択される、簡素なＳＩＳＯ制約条件制御器または特定の簡素なＳＩＳＯ制約条件制御器を可能にし、それらは、単一の部分集合がアクティブである場合にトレードオフ調整が行われた出力を選択された制約条件に置き換えることによって、あるいは複数部分集合がアクティブである場合にトレードオフ調整が行われた出力を選択された制約条件に置き換えることによって、オンラインで既存の主ＭＩＭＯ制御を再構成する。結果として生じる設計は、明示的な物理的意味を有し、簡素で決定論的で基本的に堅牢であり、保守が容易である。

本明細書に開示された制御システムアーキテクチャは、ソフトウェアソリューション、ハードウェアまたはファームウェアソリューション、およびこのようなものの組み合せを含む、当業者に知られた任意の方法で提供することができることを理解すべきである。このようなソリューションは、当業者には周知のように、適切なプロセッサ、メモリ（そして本明細書に記載した任意のアルゴリズムを具現化するソフトウェアは非一時的メモリの任意のタイプに常駐させることができる）、回路、および他の構成要素の使用を取り入れる。

例示的実施形態を参照して本明細書に記載した本発明を開示したが、本明細書に記載した本発明の範囲を逸脱することなく、代替的構成および実施形態を実施することができることは、当業者にとって明らかであろう。開示されていない、または予期しない利点が存在し得るので、本明細書で述べた本発明の目的および利点のいずれも本発明の範囲内であることは必要ではないことが理解されよう。

本発明は、以下の実施形態を含む。
［実施形態１］
物理プラント（６２）のための制御システムであって、
物理プラント（６２）のための制御信号を提供する積分動作制御ユニット（４２）と、
制御出力（４８）を互いに非干渉化し、複数の偽入力／制御出力の所望プラント動特性を成形し、前記積分動作制御ユニット（４２）に制御コマンド導関数を提供し、それによって新規の制御されたプラントの少なくとも一部を形成する多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器（４０）と、
制約条件出力を互いにおよび前記トレードオフ調整が行われない制御出力（４８）から非干渉化し、複数の偽入力／制約条件出力の所望プラント動特性を成形し、前記新規の制御されたプラントに複数の偽入力を提供する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器（６０）と、を含む制御システム。
［実施形態２］
前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）によって計算された前記複数の偽入力および主非干渉化制御に基づいて前記制御出力追跡制御器によって計算された前記複数の偽入力から、前記主非干渉化制御器（４０）のための複数の偽入力を選択するための選択ロジック部（５０）をさらに含む、実施形態１に記載の制御システム。
［実施形態３］
制御出力追跡エラー信号を受信し、前記新規の制御されたプラントに偽入力信号を提供する、一組の非干渉化１入力１出力（ＳＩＳＯ）制御出力追跡制御器をさらに含む、実施形態２に記載の制御システム。
［実施形態４］
前記選択ロジック部（５０）は、前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）からの前記複数の偽入力と前記ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器からの前記複数の偽入力とを比較し、主ＳＩＳＯ制御ループごとに最も制限の強い制約条件を選択し、（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器（５２）にそれらを提供する、実施形態３に記載の制御システム。
［実施形態５］
非干渉化主ＳＩＳＯ制御ループのバンド幅を拡張し、前記主非干渉化制御器（４０）にｖドットスターを提供するための、一組の１入力１出力（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器（５２）をさらに含む、実施形態１に記載の制御システム。
［実施形態６］
前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）は、トレードオフ調整が行われない主制御出力を既知の外乱入力として拒絶することによって、前記トレードオフ調整が行われない主制御出力から前記制約条件を非干渉化する、実施形態１に記載の制御システム。
［実施形態７］
前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）は、制約条件出力を互いに非干渉化し、前記トレードオフ調整が行われない主制御出力から前記制約条件を非干渉化する、実施形態１に記載の制御システム。
［実施形態８］
前記物理プラント（６２）から制約条件出力追跡エラーを受け取り、所望の制約条件応答を成形し、前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）に前記入力を提供する、一組の１入力１出力（ＳＩＳＯ）制約条件出力追跡制御器をさらに含む、実施形態１に記載の制御システム。
［実施形態９］
前記制約条件出力追跡エラーは、少なくとも部分的には、所定の制約条件限界と制約条件出力との差に基づいて決定される、実施形態８に記載の制御システム。
［実施形態１０］
高次元多重制約条件を伴う物理プラント（６２）の多変数制御のための方法であって、
多入力および多主制御出力および高次元多重制約条件を有する物理プラント（６２）を制御するステップと、
前記多主制御出力を互いに非干渉化して、複数の偽入力／制御出力の所望プラント動特性を成形するステップと、
前記多重制約条件を互いに非干渉化するステップと、
前記多重制約条件をトレードオフ調整が行われない主制御出力から非干渉化するステップと、
複数の偽入力／制御出力の所望プラント動特性を成形するステップと、
前記複数の偽入力のエントリについて前記最も制限の強い制約条件を選択するステップと、を含む方法。
［実施形態１１］
前記多制御出力を非干渉化する前記ステップは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器（４０）に関係する、実施形態１０に記載の方法。
［実施形態１２］
前記多重制約条件を非干渉化する前記ステップは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器（６０）に関係する、実施形態１０に記載の方法。
［実施形態１３］
前記最も制限の強い制約条件を選択する前記ステップは、選択ロジック部（５０）に関係する、実施形態１０に記載の方法。
［実施形態１４］
前記選択ロジック部（５０）は、制約条件の所与の部分集合によって生成される前記複数の偽入力とそれらの部分集合と関係する前記主制御出力によってそれぞれ生成される前記複数の偽入力とを比較し、少なくとも部分的には、それらの比較に基づいて、部分集合ごとに前記最も制限の強い制約条件を選択する、実施形態１３に記載の方法。
［実施形態１５］
前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）は、ダイナミックインバージョンを用いる非干渉化された制御を提供する、実施形態１０に記載の方法。
［実施形態１６］
前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）の上流で一組の１入力１出力（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器（５２）を用いて、非干渉化された主制御ループのバンド幅を拡張するステップをさらに含む、実施形態１０に記載の方法。
［実施形態１７］
トレードオフ調整が行われない主制御出力から前記多重制約条件を非干渉化する前記ステップは、前記トレードオフ調整が行われない主制御出力を既知の外乱入力として拒絶するステップを含む、実施形態１０に記載の方法。
［実施形態１８］
高次元多重制約条件を伴う物理プラント（６２）の多変数制御のための方法であって、
制御された物理プラント（６２）の主制御出力を互いに数学的に非干渉化するステップと、
制約条件を互いに数学的に非干渉化するステップと、
トレードオフ調整が行われない主制御出力から制約条件を数学的に非干渉化するステップと、
前記非干渉化されたトレードオフ調整が行われない主制御出力および前記非干渉化された選択された最も制限の強い制約条件を用いて前記物理プラント（６２）を制御するステップと、を含む方法。
［実施形態１９］
１つまたは複数の最も制限の強い制約条件を選択するステップをさらに含む、実施形態１８に記載の方法。
［実施形態２０］
前記選択ロジック部（５０）は、所定の規則に基づいて部分集合ごとに前記最も制限の強い制約条件を決定し、部分集合を横切る前記制約条件アクティブ／非アクティブ移行を管理し、前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）への円滑な複数の偽入力を提供する、実施形態１０に記載の方法。

４０ 多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器
４２ 積分動作
４８ 制御出力
５０ 選択ロジック部
５２ ＳＩＳＯ進み／遅れ制御器
５６ 非干渉化されたＳＩＳＯ制御器
５８ 制御参照
６０ 多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器
６２ 物理プラント
６４ 非干渉化されたＳＩＳＯ制御器
１４０ 多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器
１４２ 共通ＳＩＳＯ積分器
１５０ 選択ロジック部
１５２ ＳＩＳＯ進み／遅れ制御器
１５６ 非干渉化されたＳＩＳＯ比例制御器
１６０ 多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器
１６４ 非干渉化されたＳＩＳＯ制御器

Claims (8)

1. プラント物理要件および性能要件に基づいてトレードオフ調整が行われる複数の主制御出力が予め定められる、多重の制約条件を有する物理プラントのための制御システムであって、
   物理プラントのための制御信号を提供する積分動作制御ユニット（４２）と、
   前記積分動作制御ユニット（４２）に複数の制御コマンド導関数を提供する、多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器（４０）と、
   主制御ループを制約条件出力とは独立に調整する、制御出力追跡のための複数の非干渉化１入力１出力（ＳＩＳＯ）制御出力追跡制御器（５６）と、
   制約条件ループを制御出力とは独立に調整する、制約条件出力追跡のための複数の非干渉化１入力１出力（ＳＩＳＯ）制約条件出力追跡制御器（６４）と、
   多入力多出力（ＭＩＭＯ）制約条件非干渉化制御器（６０）と、
   前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）に入る最終的な複数の偽入力を決定する、選択ロジック部（５０）と、
   前記選択ロジック部（５０）と前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）との間に設けられた複数の１入力１出力（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器（５２）と
   を備え、
   前記複数の非干渉化ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器（５６）は、それぞれ、前記物理プラントからの複数の制御出力（４８）を対応する複数の制御参照（５８）からそれぞれ差し引いた複数の主制御出力追跡エラーを受信し、前記トレードオフ調整が行われる複数の主制御出力に各々が基づく複数の第１の偽入力を前記選択ロジック部（５０）に提供し、
   前記複数のＳＩＳＯ制約条件出力追跡制御器（６４）は、各々、前記物理プラントからの前記複数の制約条件に関する複数の出力を、対応する複数の制約条件に関する複数の限界からそれぞれ差し引いた、複数の制約条件に関する複数の出力追跡エラーを受け取り、対応する該制約条件出力追跡エラーに各々が基づく複数の制約条件応答を前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）に提供し、
   前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）は、前記複数の制約条件応答を互いに非干渉化し、前記複数の非干渉化ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器（５６）からのトレードオフ調整が行われない複数の主制御出力から前記複数の制約条件応答を非干渉化し、該複数の制約条件応答に基づく複数の第２の偽入力を前記選択ロジック部（５０）に提供し、
   前記選択ロジック（５０）は、前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）からの前記複数の第２の偽入力の各々を前記複数の非干渉化ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器（５６）からの対応する前記第１の偽入力と比較し、前記主制御ループごとに最も制限の強い制約条件を選択し前記最終的な複数の偽入力を決定して、前記複数のＳＩＳＯ進み／遅れ制御器（５２）を介して前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）に提供し、
   前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）は、前記最終的な複数の偽入力に基づく複数の制御コマンド導関数を生成して非干渉化された制御を前記積分動作制御ユニット（４２）に提供する
   制御システム。
2. 前記積分動作制御ユニット（４２）は、前記物理プラントの複数のアクチュエータ内部ループに対応する複数の積分器を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の積分器は各々、対応する前記制御コマンド導関数を積分し、前記アクチュエータ内部ループごとの参照値を生成する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）は、ダイナミックインバージョンを用いて前記複数の制御コマンド導関数を生成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. プラント物理要件および性能要件に基づいてトレードオフ調整が行われる複数の主制御出力が予め定められる、多重の制約条件を有する物理プラントのための制御方法であって、
   積分動作制御ユニット（４２）により、物理プラントのための制御信号を提供するステップと、
   多入力多出力（ＭＩＭＯ）主非干渉化制御器（４０）により、前記積分動作制御ユニット（４２）に複数の制御コマンド導関数を提供するステップと、
   制御出力追跡のための複数の非干渉化１入力１出力（ＳＩＳＯ）制御出力追跡制御器（５６）により、主制御ループを制約条件出力とは独立に調整するステップと、
   制約条件出力追跡のための複数の非干渉化１入力１出力（ＳＩＳＯ）制約条件出力追跡制御器（６４）により、制約条件ループを制御出力とは独立に調整するステップと、
   選択ロジック部（５０）により、前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）に入る最終的な複数の偽入力を決定するステップと
   を含み、
   前記複数の非干渉化ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器（５６）のそれぞれによって、前記物理プラントからの複数の制御出力（４８）を対応する複数の制御参照（５８）からそれぞれ差し引いた複数の主制御出力追跡エラーを受信し、前記トレードオフ調整が行われる複数の主制御出力に各々が基づく複数の第１の偽入力を前記選択ロジック部（５０）に提供し、
   前記複数のＳＩＳＯ制約条件出力追跡制御器（６４）の各々によって、前記物理プラントからの前記複数の制約条件に関する複数の出力を、対応する複数の制約条件に関する複数の限界からそれぞれ差し引いた、複数の制約条件に関する複数の出力追跡エラーを受け取り、対応する該制約条件出力追跡エラーに各々が基づく複数の制約条件応答をＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）に提供し、
   前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）によって、前記複数の制約条件応答を互いに非干渉化し、前記複数の非干渉化ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器（５６）からのトレードオフ調整が行われない複数の主制御出力から前記複数の制約条件応答を非干渉化し、該複数の制約条件応答に基づく複数の第２の偽入力を前記選択ロジック部（５０）に提供し、
   前記選択ロジック（５０）によって、前記ＭＩＭＯ制約条件非干渉化制御器（６０）からの前記複数の第２の偽入力の各々を前記複数の非干渉化ＳＩＳＯ制御出力追跡制御器（５６）からの対応する前記第１の偽入力と比較し、前記主制御ループごとに最も制限の強い制約条件を選択し前記最終的な複数の偽入力を決定して、前記選択ロジック部（５０）と前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）との間に複数の１入力１出力（ＳＩＳＯ）進み／遅れ制御器（５２）を介して前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）に提供し、
   前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）によって、前記最終的な複数の偽入力に基づく制御コマンド導関数を生成して非干渉化された制御を前記積分動作制御ユニット（４２）に提供する
   ことを特徴とする、方法。
6. 前記積分動作制御ユニット（４２）が、前記物理プラントの複数のアクチュエータ内部ループに対応する複数の積分器を含む、請求項５記載の方法。
7. 前記複数の積分器の各々によって、対応する前記制御コマンド導関数を積分し、前記アクチュエータ内部ループごとの参照値を生成する、請求項６に記載の方法。
8. 前記ＭＩＭＯ主非干渉化制御器（４０）は、ダイナミックインバージョンを用いて前記複数の制御コマンド導関数を生成する、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の方法。