JP2517616B2 - ファジイフィ―ドバック制御におけるパラメ―タ適応方法 - Google Patents
ファジイフィ―ドバック制御におけるパラメ―タ適応方法Info
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- JP2517616B2 JP2517616B2 JP62232327A JP23232787A JP2517616B2 JP 2517616 B2 JP2517616 B2 JP 2517616B2 JP 62232327 A JP62232327 A JP 62232327A JP 23232787 A JP23232787 A JP 23232787A JP 2517616 B2 JP2517616 B2 JP 2517616B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、検出されたプロセス変数の設定値に対する
制御偏差と該制御偏差の前回値に対する変化量と、を用
いてファジイ演算によりプロセス制御出力の前回値に対
する変化量を求め、この値を前回の制御出力値に加算し
て行うファジイフィードバック制御において、プロセス
・パラメータの変動があるとき、それに対する制御パラ
メータの適応を行うパラメータ適応方法に関するもので
ある。
制御偏差と該制御偏差の前回値に対する変化量と、を用
いてファジイ演算によりプロセス制御出力の前回値に対
する変化量を求め、この値を前回の制御出力値に加算し
て行うファジイフィードバック制御において、プロセス
・パラメータの変動があるとき、それに対する制御パラ
メータの適応を行うパラメータ適応方法に関するもので
ある。
一般にファジイ制御はPI（比例、積分）制御に比較す
ると、良い制御性をもつが、最良の状態で用いようとす
ると、調整すべきパラメータの数が多く、プロセス・パ
ラメータの変動に対しての制御パラメータの適応も複雑
なものとなる。またその適応方法もケース・バイ・ケー
スという方法で従来対処していたために一般的なパラメ
ータ適応方法というものは確立されていないという状況
にあった。
ると、良い制御性をもつが、最良の状態で用いようとす
ると、調整すべきパラメータの数が多く、プロセス・パ
ラメータの変動に対しての制御パラメータの適応も複雑
なものとなる。またその適応方法もケース・バイ・ケー
スという方法で従来対処していたために一般的なパラメ
ータ適応方法というものは確立されていないという状況
にあった。
そこで従来のファジイ制御における制御パラメータの
適応の複雑さ、一般的なパラメータ適応方法の未確立と
いう問題を本発明では解決しようとする。
適応の複雑さ、一般的なパラメータ適応方法の未確立と
いう問題を本発明では解決しようとする。
従って本発明の目的は、ファジイ制御における制御パ
ラメータの適応を簡易なものとし、かつ一般性のあるフ
ァイジイフィードバック制御におけるパラメータ適応方
法を提供することにある。
ラメータの適応を簡易なものとし、かつ一般性のあるフ
ァイジイフィードバック制御におけるパラメータ適応方
法を提供することにある。
上記目的達成のため本発明では、検出されたプロセス
変数の設定値に対する制御偏差ｅ（ｉ）（但し、ｉは何
回目のサンプリングであるかというサンプリング回数を
表し、ｉ＝1,2,3,…である）と該制御偏差の前回値に対
する変化量（以下、単に偏差の変化量とい）Δｅ（ｉ）
と、を用いてファジイ演算によりプロセス制御出力の前
回値に対する変化量（以下、単に制御出力の変化量とい
う）Δｕ（ｉ）を求め、この値を前回の制御出力値ｕ
（ｉ）に加算して行うファジイフィードバック制御にお
いて、 プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数TTOTALとの同定手
段によって該プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数TTOTAL
とを同定した後、同定された該プロセス・ゲインKpと総
遅れ時定数TTOTALを用いて、前記制御偏差ｅ（ｉ）に対
するメンバシップ関数をそれの関数として変化させ、制
御出力の変化量Δｕ（ｉ）はプロセス・ゲインKpに反比
例した値として修正することにより適応させることとし
た。
変数の設定値に対する制御偏差ｅ（ｉ）（但し、ｉは何
回目のサンプリングであるかというサンプリング回数を
表し、ｉ＝1,2,3,…である）と該制御偏差の前回値に対
する変化量（以下、単に偏差の変化量とい）Δｅ（ｉ）
と、を用いてファジイ演算によりプロセス制御出力の前
回値に対する変化量（以下、単に制御出力の変化量とい
う）Δｕ（ｉ）を求め、この値を前回の制御出力値ｕ
（ｉ）に加算して行うファジイフィードバック制御にお
いて、 プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数TTOTALとの同定手
段によって該プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数TTOTAL
とを同定した後、同定された該プロセス・ゲインKpと総
遅れ時定数TTOTALを用いて、前記制御偏差ｅ（ｉ）に対
するメンバシップ関数をそれの関数として変化させ、制
御出力の変化量Δｕ（ｉ）はプロセス・ゲインKpに反比
例した値として修正することにより適応させることとし
た。
以下、本発明による適応方法としてのよって立つべき
動作原理について、従来のPI制御におけるパラメータ適
応方法を参照しながら具体的に説明する。
動作原理について、従来のPI制御におけるパラメータ適
応方法を参照しながら具体的に説明する。
一般に、プラントの伝達関数が、 Kp・e-LS/（１＋Ｔ・ｓ） と与えられた場合（但し、Kpはプロセス・ゲイン、Ｌは
プロセス無駄時間、Ｔはプロセス時定数、ｓはラプラス
演算子、を表し、TTOTAL＝Ｌ＋Ｔを総遅れ時定数と呼
ぶ。）、PI制御方式による場合の適応方法は、PI制御式 ｕ（ｔ）＝Kc｛ｅ（ｔ）＋（1/Ti）∫ｅ（ｔ）dt｝ …
（１） において（但し、Kcはコントローラ・ゲイン、Tiはコン
トローラ積分時間、ｕ（ｔ）は制御出力、ｅ（ｔ）は制
御偏差を表す）、 （ｉ）プロセス・パラメータとしてのプロセス・ゲイン
Kpの変動時には、（L/T）をパラメータとしてKp・Kcが
一定となるようにコントローラ・ゲインKcを適応させ
る。
プロセス無駄時間、Ｔはプロセス時定数、ｓはラプラス
演算子、を表し、TTOTAL＝Ｌ＋Ｔを総遅れ時定数と呼
ぶ。）、PI制御方式による場合の適応方法は、PI制御式 ｕ（ｔ）＝Kc｛ｅ（ｔ）＋（1/Ti）∫ｅ（ｔ）dt｝ …
（１） において（但し、Kcはコントローラ・ゲイン、Tiはコン
トローラ積分時間、ｕ（ｔ）は制御出力、ｅ（ｔ）は制
御偏差を表す）、 （ｉ）プロセス・パラメータとしてのプロセス・ゲイン
Kpの変動時には、（L/T）をパラメータとしてKp・Kcが
一定となるようにコントローラ・ゲインKcを適応させ
る。
（ii）プロセス・パラメータとしてのプロセス遅れ時定
数Ｔが変動した時には、（L/T）をパラメータとしてTi/
（Ｌ＋Ｔ）が一定となるように積分時間Tiを適応させ
る。
数Ｔが変動した時には、（L/T）をパラメータとしてTi/
（Ｌ＋Ｔ）が一定となるように積分時間Tiを適応させ
る。
一方、ｅ（ｔ）が既に述べたようにプロセス観測量の
時刻ｔにおける設定値からの偏差（制御偏差）であり、
ｒを設定値、ｘ（ｔ）を時刻ｔにおけるプロセス観測値
とすると、ｅ（ｔ）は次の式で求められる。
時刻ｔにおける設定値からの偏差（制御偏差）であり、
ｒを設定値、ｘ（ｔ）を時刻ｔにおけるプロセス観測値
とすると、ｅ（ｔ）は次の式で求められる。
ｅ（ｔ）＝ｒ−ｘ（ｔ） …（２） ここでファジイ制御方式では、プロセス観測量の偏差
ｅ（ｉ）及び該偏差の変化量Δｅ（ｉ）を用い（但し、
ｉは何回目のサンプリングであるかというサンプリング
回数を表し、ｉ＝1,2,3,…である）、次の式により制御
出力を決定している。
ｅ（ｉ）及び該偏差の変化量Δｅ（ｉ）を用い（但し、
ｉは何回目のサンプリングであるかというサンプリング
回数を表し、ｉ＝1,2,3,…である）、次の式により制御
出力を決定している。
Δｕ（ｉ）＝Ｆ（ｅ（ｉ），Δｅ（ｉ）） …（３） ｕ（ｉ＋１）＝ｕ（ｉ）＋Δｕ（ｉ） …（４） ここでｅ（ｉ）は偏差、Δｅ（ｉ）は偏差の変化量、
ｕ（ｉ＋１）は制御出力、Δｕ（ｉ）は制御出力の変化
量、Ｆはファジイ演算の関数、であることは勿論であ
る。
ｕ（ｉ＋１）は制御出力、Δｕ（ｉ）は制御出力の変化
量、Ｆはファジイ演算の関数、であることは勿論であ
る。
そこでPI制御方式における適応方法を基に考えると、
プロセス・ゲイン変動に対しては、上記（ｉ）に照らし
て制御出力を変えれば良く、プロセス遅れ時定数Ｔの変
化に対しては上気（ii）に照らして偏差の項（積分項）
の大きさを変えれば良いことが分かる。
プロセス・ゲイン変動に対しては、上記（ｉ）に照らし
て制御出力を変えれば良く、プロセス遅れ時定数Ｔの変
化に対しては上気（ii）に照らして偏差の項（積分項）
の大きさを変えれば良いことが分かる。
よって上記（ｉ），（ii）を基に本発明では次のよう
な適応を行う。
な適応を行う。
プロセス・ゲインKpの変動に対しては、前記（４）
式において、 ｕ（ｉ＋１）＝ｕ（ｉ）＋α・Δｕ（ｉ） …（4A） とすることにより適応を行う。
式において、 ｕ（ｉ＋１）＝ｕ（ｉ）＋α・Δｕ（ｉ） …（4A） とすることにより適応を行う。
ここでKp′を変動後のプロセス・ゲインとするとα＝
Kp/Kp′の関係がある。
Kp/Kp′の関係がある。
プロセス遅れ時定数Ｔの変動に対しては偏差に対す
るメンバシップ関数をτ／（Ｌ＋Ｔ）の関数として変化
させることにより適応を行う。
るメンバシップ関数をτ／（Ｌ＋Ｔ）の関数として変化
させることにより適応を行う。
なおPI制御方式では、（L/T）をパラメータとしてコ
ントローラ・ゲイン、コントローラ積分時間を適応させ
たが、本発明によるファジイ制御方式では、（L/T）の
変動による影響は少ないため、（L/T）に対する適応は
不要である。また前記（4A）式において、αは（Kp/K
p′）としているが、これは本来、（L/T）の関数でもあ
る。よって （L/T）が未知の場合には、 α＝Kp/Kp′ …（５） とすれば良く、（L/T）が既知の場合には、 α＝（Kp/Kp′）・ｇ（L/T） …（5A） として適応させれば良いと言える（但し、ここでｇは関
数を表す）。
ントローラ・ゲイン、コントローラ積分時間を適応させ
たが、本発明によるファジイ制御方式では、（L/T）の
変動による影響は少ないため、（L/T）に対する適応は
不要である。また前記（4A）式において、αは（Kp/K
p′）としているが、これは本来、（L/T）の関数でもあ
る。よって （L/T）が未知の場合には、 α＝Kp/Kp′ …（５） とすれば良く、（L/T）が既知の場合には、 α＝（Kp/Kp′）・ｇ（L/T） …（5A） として適応させれば良いと言える（但し、ここでｇは関
数を表す）。
以上をまとめ、本発明によるファジイフィードバック
制御では、結局、プロセス・ゲインKpがα倍になったと
きは、制御出力の変化量Δｕ（ｉ）の算出値をそれまで
の値の1/α倍とし、総遅れ時時定数TTOTALが変化したと
きは、偏差に関するメンバシップ関数を遅れ時定数Ｔの
関数に従って時間軸（横軸）に沿って拡大、縮小するも
の、と言える。
制御では、結局、プロセス・ゲインKpがα倍になったと
きは、制御出力の変化量Δｕ（ｉ）の算出値をそれまで
の値の1/α倍とし、総遅れ時時定数TTOTALが変化したと
きは、偏差に関するメンバシップ関数を遅れ時定数Ｔの
関数に従って時間軸（横軸）に沿って拡大、縮小するも
の、と言える。
次に本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
同図において、１はプラント、２はファジイ演算装置、
３は制御規則（ファジイ規則）やメンバシップ関数の記
録装置、４は設定値記憶回路、５は操作部、６は同定演
算装置、７は乗算器、８は加算器、９は関数演算器、で
ある。
同図において、１はプラント、２はファジイ演算装置、
３は制御規則（ファジイ規則）やメンバシップ関数の記
録装置、４は設定値記憶回路、５は操作部、６は同定演
算装置、７は乗算器、８は加算器、９は関数演算器、で
ある。
第１図において、プラント１のプロセス変数はファジ
イ演算装置２へ送られる。また同定演算装置６（例えば
カルマン・フイルタ）では、プラント・パラメータτ／
（Ｌ＋Ｔ）,Kp/Kp′（＝α）の同定演算を行い、演算結
果を関数演算器９、乗算器７へ送る。
イ演算装置２へ送られる。また同定演算装置６（例えば
カルマン・フイルタ）では、プラント・パラメータτ／
（Ｌ＋Ｔ）,Kp/Kp′（＝α）の同定演算を行い、演算結
果を関数演算器９、乗算器７へ送る。
関数演算器９では、与えられたプロセス・パラメータ
τ／（Ｌ＋Ｔ）の同定値を値い、記憶装置３に記憶され
ているメンバシップ関数の適応を行う。ファジイ演算装
置２では、プラント１から与えられたプロセス変数の、
記憶回路４から読み出された設定値に対する偏差ｅ
（ｉ）及び偏差の変化量Δｅ（ｉ）に対応するファジイ
関数の値を所定の演算により算出する。更にファジイ関
数に対して集合演算を行い制御出力の変化量Δｕ（ｉ）
を算出する。
τ／（Ｌ＋Ｔ）の同定値を値い、記憶装置３に記憶され
ているメンバシップ関数の適応を行う。ファジイ演算装
置２では、プラント１から与えられたプロセス変数の、
記憶回路４から読み出された設定値に対する偏差ｅ
（ｉ）及び偏差の変化量Δｅ（ｉ）に対応するファジイ
関数の値を所定の演算により算出する。更にファジイ関
数に対して集合演算を行い制御出力の変化量Δｕ（ｉ）
を算出する。
ファジイ演算装置２により算出された制御出力の変化
量Δｕ（ｉ）は乗算器７へ送られる。乗算器７では、制
御出力の変化量Δｕ（ｉ）に対し、同定演算装置６から
与えられたプロセス・パラメータ（Kp/Kp′）の同定結
果を用い、（Kp/Kp′）・Δｕ（ｉ）なる乗算を行うこ
とにより適応を行い、適応後の制御出力の変化量（Kp/K
p′）・Δｕ（ｉ）を加算器８へ送る。
量Δｕ（ｉ）は乗算器７へ送られる。乗算器７では、制
御出力の変化量Δｕ（ｉ）に対し、同定演算装置６から
与えられたプロセス・パラメータ（Kp/Kp′）の同定結
果を用い、（Kp/Kp′）・Δｕ（ｉ）なる乗算を行うこ
とにより適応を行い、適応後の制御出力の変化量（Kp/K
p′）・Δｕ（ｉ）を加算器８へ送る。
加算器８では、ｕ（ｉ＋１）＝ｕ（ｉ）＋（Kp＋K
p′）・Δｕ（ｉ）なる演算を行い、その結果であるｕ
（ｉ＋１）を操作部５へ送る。操作部５では、制御出力
ｕ（ｉ＋１）に対応する操作を行うことによりプラント
１の制御を行う。
p′）・Δｕ（ｉ）なる演算を行い、その結果であるｕ
（ｉ＋１）を操作部５へ送る。操作部５では、制御出力
ｕ（ｉ＋１）に対応する操作を行うことによりプラント
１の制御を行う。
以上は本発明に係るファジイフィードバック制御の全
般的説明であるが、以下、繰り返しになるかも知れない
が、本発明に特に関係した関数演算器９と乗算器７にお
ける演算について若干説明を追加する。
般的説明であるが、以下、繰り返しになるかも知れない
が、本発明に特に関係した関数演算器９と乗算器７にお
ける演算について若干説明を追加する。
関数演算器９では、同定演算装置６における演算結果
としてのプロセス・パラメータτ／（Ｌ＋Ｔ）を与えら
れ、記憶装置３に記憶されている偏差のメンバシップ関
数を〔｛τ／（Ｌ＋Ｔ）｝′／｛τ／（Ｌ＋Ｔ）｝〕倍
することにより、当該プロセス遅れ定数に対するメンバ
シップ関数の適応を行う。ここで｛τ／（Ｌ＋Ｔ）｝′
を変動後のプロセス・パラメータとする。
としてのプロセス・パラメータτ／（Ｌ＋Ｔ）を与えら
れ、記憶装置３に記憶されている偏差のメンバシップ関
数を〔｛τ／（Ｌ＋Ｔ）｝′／｛τ／（Ｌ＋Ｔ）｝〕倍
することにより、当該プロセス遅れ定数に対するメンバ
シップ関数の適応を行う。ここで｛τ／（Ｌ＋Ｔ）｝′
を変動後のプロセス・パラメータとする。
また乗算器７では、同定演算装置６における演算結果
としてのプロセス・ゲインの比率（Kp/Kp′）を与えら
れ、制御出力の変化量Δｕ（ｉ）に対して、それを（Kp
/Kp′）倍する演算を行うことにより、プロセス・ゲイ
ンの変動に対する適応る行う。
としてのプロセス・ゲインの比率（Kp/Kp′）を与えら
れ、制御出力の変化量Δｕ（ｉ）に対して、それを（Kp
/Kp′）倍する演算を行うことにより、プロセス・ゲイ
ンの変動に対する適応る行う。
第２図は本発明によるパラメータ適応方法のシミュレ
ーション結果を示した特性図である。
ーション結果を示した特性図である。
第２図（イ）は、最適調整時のプロセス応答を表した
特性図である。この状態において、プロセス・ゲインを
４倍に変化させた場合、そのときの本発明による制御パ
ラメータの適応として制御出力値（観測量）を４倍した
ものが第２図（ロ）に示す如く得られた。また最適調整
時の状態において、プロセス総遅れ時定数（Ｌ＋Ｔ）を
３倍に変化させた場合、そのときの本発明による制御パ
ラメータの適応として偏差のメンバシップ関数を〔｛τ
／（Ｌ＋Ｔ）｝′／｛τ（Ｌ＋Ｔ）｝〕倍した場合の観
測量が第２図（ハ）に示す特性である。
特性図である。この状態において、プロセス・ゲインを
４倍に変化させた場合、そのときの本発明による制御パ
ラメータの適応として制御出力値（観測量）を４倍した
ものが第２図（ロ）に示す如く得られた。また最適調整
時の状態において、プロセス総遅れ時定数（Ｌ＋Ｔ）を
３倍に変化させた場合、そのときの本発明による制御パ
ラメータの適応として偏差のメンバシップ関数を〔｛τ
／（Ｌ＋Ｔ）｝′／｛τ（Ｌ＋Ｔ）｝〕倍した場合の観
測量が第２図（ハ）に示す特性である。
以上、第２図（イ），（ロ），（ハ）のプロセス応答
特性より、 （ａ）プロセス・ゲイン変動時には、制御出力の変化量
を（Kp/Kp′）倍して適応を行う、 （ｂ）プロセス遅れ時定数変動に対しては、偏差のメン
バシップ関数を、（Ｌ＋Ｔ）の関数Ｆ｛τ／（Ｌ＋
Ｔ）｝倍して適応を行う、 という適応方法が充分な効果を与えていることが分るで
あろう。
特性より、 （ａ）プロセス・ゲイン変動時には、制御出力の変化量
を（Kp/Kp′）倍して適応を行う、 （ｂ）プロセス遅れ時定数変動に対しては、偏差のメン
バシップ関数を、（Ｌ＋Ｔ）の関数Ｆ｛τ／（Ｌ＋
Ｔ）｝倍して適応を行う、 という適応方法が充分な効果を与えていることが分るで
あろう。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明によるパラメータ適応方法のシミュレーション結
果を示した特性図、である。 符号の説明 １……プラント、２……ファジイ演算装置、３……制御
規則（ファジイ規則）やメンバシップ関数の記憶装置、
４……設定値記憶回路、５……操作部、６……同定演算
装置、７……乗算器、８……加算器、９……関数演算
器。
本発明によるパラメータ適応方法のシミュレーション結
果を示した特性図、である。 符号の説明 １……プラント、２……ファジイ演算装置、３……制御
規則（ファジイ規則）やメンバシップ関数の記憶装置、
４……設定値記憶回路、５……操作部、６……同定演算
装置、７……乗算器、８……加算器、９……関数演算
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳下 修 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 庄林 直樹 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 篠田 正紀 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−247801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−241006（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】検出されたプロセス変数の設定値に対する
制御偏差ｅ（ｉ）（但し、ｉは何回目のサンプリングで
あるかというサンプリング回数を表し、ｉ＝1,2,3,…で
ある）と該制御偏差の前回値に対する変化量Δｅ（ｉ）
と、を用いてファジイ演算によりプロセス制御出力の前
回値に対する変化量Δｕ（ｉ）を求め、この値を前回の
制御出力値ｕ（ｉ）に加算して行うファジイフィードバ
ック制御において、 プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数TTOTAL（但し、T
TOTAL＝プロセス無駄時間Ｌ＋プロセス時定数Ｔ）との
同定手段によって該プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数
TTOTALとを同定した後、同定された該プロセス・ゲイン
Kpと総遅れ時定数TTOTALを用い、 前記制御偏差ｅ（ｉ）に対するメンバシップ関数は（τ
/TTOTAL）の変化率に反比例して変化させ（但し、τは
サンプリング周期を表す）、前記Δｕ（ｉ）はプロセス
・ゲインKpの変化率に反比例した値とすることにより、
プロセス・ゲインKpと総遅れ時定数TTOTALとの変化に対
する適応を行うことを特徴とするファジイフィードバッ
ク制御におけるパラメータ適応方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62232327A JP2517616B2 (ja) | 1987-09-18 | 1987-09-18 | ファジイフィ―ドバック制御におけるパラメ―タ適応方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62232327A JP2517616B2 (ja) | 1987-09-18 | 1987-09-18 | ファジイフィ―ドバック制御におけるパラメ―タ適応方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6476203A JPS6476203A (en) | 1989-03-22 |
| JP2517616B2 true JP2517616B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=16937456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62232327A Expired - Lifetime JP2517616B2 (ja) | 1987-09-18 | 1987-09-18 | ファジイフィ―ドバック制御におけるパラメ―タ適応方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517616B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02132502A (ja) * | 1988-07-28 | 1990-05-22 | Omron Tateisi Electron Co | ファジィ制御装置における動作方法および調整装置 |
-
1987
- 1987-09-18 JP JP62232327A patent/JP2517616B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6476203A (en) | 1989-03-22 |
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