JP2682060B2 - Controller and method of determining output range of controller - Google Patents
Controller and method of determining output range of controllerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、種々の制御対象を制御するのに、汎用的
に使用し得るファジイコントローラ等のコントローラ、
及びその出力範囲の決定方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a controller such as a fuzzy controller which can be used for general purpose to control various controlled objects,
And a method of determining its output range.
（ロ）従来の技術 近年、制御対象であるプラントをファジイコントロー
ラを用いて制御するいわゆるファジイ制御が注目され検
討されている。この種のファジイ制御は、第２図に示す
ように、目標値ｒと制御対象出力ynの偏差enと、１サン
プリング時間単位の偏差変化量でΔen（＝（en−en-1）
/t）をファジイコントローラ１に入力し、これらen及び
Δenを入力パラメータとして、そのメンバシップ関数を
用いてファジイコントローラ１で所定のルールにしたが
って推論を行い、操作の変化量unを出力し、制御対象２
に制御対象入力ucnを与えるものであった。そして従来
は、制御対象１が異なる場合でも、同じファジイコント
ローラを使用していた。すなわち制御対象２を速く制御
する場合でも、遅く制御する場合でも、コントローラ１
の出力は同一であった。(B) Conventional Technology In recent years, so-called fuzzy control for controlling a plant to be controlled using a fuzzy controller has been noticed and studied. This type of fuzzy control, as shown in FIG. 2, the target value r and the deviation e n of the controlled object output y n, .DELTA.e n in deviation change amount of one sampling time unit (= (e n -e n- 1 )
/ t) inputted to the fuzzy controller 1, these e n and .DELTA.e n as input parameters, performs inference according to a predetermined rule in the fuzzy controller 1 using the membership functions, output variation u n operations Control target 2
Was given the controlled object input uc n . Conventionally, the same fuzzy controller is used even when the controlled object 1 is different. That is, whether the controlled object 2 is controlled quickly or slowly, the controller 1
Output was the same.
（ハ）発明が解決しようとする課題 ファジイ制御の制御対象であるプラントとしては、例
えば浄化システムの各種浄化剤の注入量制御、自動車の
速度制御、エアコンの温度制御など種々ある。これらプ
ラントの制御周期は、プラントの目的によって規定され
ることが多い。したがって、制御対象であるプラントが
相違すれば、同じファジイコントローラで制御する場合
でも、制御周期は相違することになる。しかし、従来は
同じファジイコントローラを制御周期の異なるプラント
に使用する場合、同一の出力レンジで行っていた。しか
しながら、同一出力レンジで制御周期を速くすると、オ
ーバシュートが生じたり、制定時間が長くなり、起動制
御特性が悪くなるという問題がある。(C) Problems to be Solved by the Invention As plants to be controlled by fuzzy control, there are various kinds such as injection amount control of various purifying agents in a purification system, vehicle speed control, air conditioner temperature control, and the like. The control cycle of these plants is often defined by the purpose of the plant. Therefore, if the plants to be controlled are different, the control cycles will be different even if they are controlled by the same fuzzy controller. However, conventionally, when the same fuzzy controller was used in plants having different control cycles, the same output range was used. However, if the control cycle is shortened in the same output range, there are problems that overshoot occurs, settling time becomes long, and the start control characteristic deteriorates.
例えば、出力レンジ一定（±1.0）のもとで、制御周
期を10msから50msに変化させた場合の、ステップ応答に
よる立上がり特性を示すと、第３図（Ａ）、第３図
（Ｂ）の通りであり、明らかに、制御周期の速い方が立
上がり特性が悪い。したがって、従来のファジイコント
ローラを制御周期の異なる種々の制御対象に使用すると
速い制御周期では、目標に対して許容できないオーバシ
ュートが発生することがあり、使用に限界がある。For example, when the control cycle is changed from 10 ms to 50 ms under a constant output range (± 1.0), the rising characteristics due to the step response are shown in FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B). Obviously, the faster the control cycle, the worse the rising characteristics. Therefore, if the conventional fuzzy controller is used for various controlled objects having different control cycles, an unacceptable overshoot may occur with respect to the target in a fast control cycle, and there is a limit in use.
この発明は、上記問題点に着目してなされたもので、
制御周期の相違する種々の制御対象にも適用でき、適正
に制御し得る汎用性の高いファジイコントローラを提供
することを目的としている。The present invention has been made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a highly versatile fuzzy controller that can be appropriately controlled and can be applied to various control objects having different control cycles.
（ニ）課題を解決するための手段及び作用 上記第３図（Ａ）の場合と制御周期は変えずに、出力
レンジを±0.1に変化させた場合のステップ応答の立上
がり特性は、第３図（Ｃ）に示すようになった。第３図
（Ａ）、第３図（Ｂ）、第３図（Ｃ）の例示よりある出
力レンジでは、それに適する制御周期があること、また
出力レンジの大きさと制御周期の関係がおよそ逆比例の
関係にあることがわかる。(D) Means and Actions for Solving the Problem The rising characteristics of the step response when the output range is changed to ± 0.1 without changing the control cycle as in the case of FIG. 3 (A) are shown in FIG. As shown in (C). 3A, 3B, and 3C, there is a control cycle suitable for the output range, and the relationship between the output range and the control cycle is approximately inversely proportional. It turns out that there is a relationship.
上記の点に注目し、この出願の請求項１に係るコント
ローラは、いくつかの入力パラメータを用いて、所定の
制御周期で演算を行い、演算結果に基づいた出力を出す
ものにおいて、前記制御周期を設定する制御周期設定手
段と、設定された制御周期に応じて前記出力の範囲を決
定する手段とを備えている。Paying attention to the above point, the controller according to claim 1 of the present application performs calculation in a predetermined control cycle using some input parameters, and outputs an output based on the calculation result. And a means for determining the range of the output according to the set control cycle.
また、請求項２に係るファジイコントローラは、いく
つかの入力パラメータのメンバシップ関数を用いて、所
定の制御周期で所定のルールを適用して推論を行い、推
論結果に基づいた出力を出すファジイコントローラにお
いて、前記制御周期を設定する制御周期設定手段と、設
定された制御周期に応じて前記出力の範囲を決定する手
段とを備えている。The fuzzy controller according to claim 2 uses a membership function of several input parameters to apply a predetermined rule at a predetermined control cycle to perform inference, and outputs an output based on the inference result. In the above, a control cycle setting means for setting the control cycle and a means for determining the output range in accordance with the set control cycle are provided.
また、請求項３に係る方法は、いくつかの入力パラメ
ータを用いて、所定の制御周期で演算を行い、演算結果
に基づいた出力を出すコントローラの出力範囲の決定方
法であって、前記制御周期を設定し、その設定値に応じ
て、前記出力操作量の上限値を決定するようにしてい
る。The method according to claim 3 is a method of determining an output range of a controller that performs an operation in a predetermined control cycle using some input parameters and outputs an output based on the operation result. Is set, and the upper limit value of the output manipulated variable is determined according to the set value.
また、請求項４に係る方法は、いくつかの入力パラメ
ータのメンバシップ関数を用いて、所定の制御周期で所
定のルールを適用して推論を行い、推論結果に基づいた
出力を出すファジイコントローラの出力範囲の決定方法
であって、前記制御周期を設定し、この制御周期の設定
値に応じて、前記出力の範囲を決定するようにしてい
る。Further, the method according to claim 4 uses a membership function of some input parameters to apply a predetermined rule at a predetermined control cycle to perform inference, and to output an output based on the inference result of a fuzzy controller. This is a method of determining the output range, in which the control cycle is set and the output range is determined according to the set value of the control cycle.
このコントローラ、ファジイコントローラでは、制御
すべき制御対象が決まると、制御周期設定手段により、
その制御対象に相当の制御周期が設定される。そして、
この設定された制御周期に応じて、対応する適正な出力
範囲が決定される。以後、設定された制御周期と決定さ
れた出力範囲で、各周期毎に制御動作が実行される。In this controller and fuzzy controller, when the control target to be controlled is determined, the control cycle setting means
A considerable control cycle is set for the controlled object. And
A corresponding appropriate output range is determined according to the set control cycle. Thereafter, the control operation is executed in each cycle within the set control cycle and the determined output range.
（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明す
る。(E) Examples Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
第２図は、この発明が実施されるファジイ制御システ
ムの基本構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the basic configuration of a fuzzy control system in which the present invention is implemented.
このシステムでは、偏差量ｒと制御対象出力ynの偏差
enがファジイコントローラ１に入力されている。また、
１サンプリング時間単位の偏差の変化量であるΔenも同
様にファジイコントローラ１に入力されている。ファジ
イコントローラ１は、偏差enと偏差の変化量Δenを入力
量として、所定のルールに従いファジイ推論を行い、そ
の結果値を操作の変化量unとして出力し、制御対象２に
制御対象入力ucnを入力している。In this system, the deviation between the deviation amount r and the controlled object output y n
e n is input to the fuzzy controller 1. Also,
Similarly, the variation amount Δe n of the deviation of one sampling time unit is also input to the fuzzy controller 1. The fuzzy controller 1 performs a fuzzy inference according to a predetermined rule using the deviation e n and the deviation change amount Δe n as input amounts, outputs the result value as an operation change amount u n , and inputs the control target to the control target 2. You have entered uc n .
ファジイコントローラ１で実行される推論のルール
は、第４図のテーブルに示す通りであり、このテーブル
で必要な偏差enと偏差の変化量Δenのメンバシップ関数
は第６図に示す通りである。また、推論の結果出力され
る操作の変化量unのメンバシップ関数も第６図の態様と
なる。ここで、NL、NM、NS、ZR、PS、PM及びPLは、ファ
ジイラベルであり、その意味は第５図に示す通りであ
り、例えば入力信号の場合、NLは負で非常に大きい。NM
は負でかなり大きい。NSは負でやや大きい。ZRは０。PS
は正でやや大きい。PMは正でかなり大きい。PLは正で非
常に大きい。をそれぞれ示している。The inference rules executed by the fuzzy controller 1 are as shown in the table of FIG. 4, and the membership function of the deviation e n and the deviation change Δe n required in this table is as shown in FIG. is there. Further, the membership function of the change amount u n of the operation output as a result of the inference also has the form of FIG. Here, NL, NM, NS, ZR, PS, PM and PL are fuzzy labels, and their meanings are as shown in FIG. 5. For example, in the case of an input signal, NL is negative and very large. NM
Is negative and quite large. NS is negative and somewhat large. ZR is 0. PS
Is positive and somewhat large. PM is positive and quite large. PL is positive and very large. Are shown respectively.
第４図のテーブルでは、横方向に偏差enのファジイラ
ベルNL、NM、…、PLを配列し、縦方向に偏差の変化量Δ
enのファジイラベルNL、NM、…、PLを配列している。各
配列の交差する欄に操作出力量の各ラベルが示されてい
る。このテーブルにおける表現は、自然表現で示すと、
例えば「もし（IF）、en＝PL＆Δen＝PL、THEN 操作量
un＝PL」となるものである。すなわちこのファジイコン
トローラでは、入力される操作量enがPLで、つまり正で
非常に大きく、また偏差の変化量ΔenでPLで、正で非常
に大きい場合、操作量unの変化量も正の方に大きく変化
させることを意味している。In the table of FIG. 4, fuzzy labels NL, NM, ..., PL having deviations e n are arranged in the horizontal direction, and the deviation variation Δ in the vertical direction.
The fuzzy labels NL, NM, ..., PL of e n are arranged. Each label of the operation output amount is shown in the intersecting column of each array. The expression in this table is
For example, "if (IF), e n = PL & Δe n = PL, THEN operation amount
u n = PL ”. That is, in this fuzzy controller, when the input operation amount e n is PL, that is, positive and very large, and when the deviation change amount Δe n is PL and is positive and very large, the change amount of the operation amount u n is also It means making a big change to the positive side.
以上のファジイ制御システムの基本構成及び推論動作
は特に従来のシステムと変わるところはない。しかし、
従来の制御システムでは、ファジイコントローラ１より
出力される操作量の範囲は、例えば第６図に示す上限値
PMAX、下限値NMAXは固定であった。これに対し、この実
施例のファジイコントローラでは、ファジイ制御に入る
以前にシステムの周期に応じて、出力範囲が決定される
ように構成されており、この点に本発明の特徴がある。The basic configuration and inference operation of the above fuzzy control system are not different from those of the conventional system. But,
In the conventional control system, the range of the manipulated variable output from the fuzzy controller 1 is, for example, the upper limit value shown in FIG.
PMAX and lower limit NMAX were fixed. On the other hand, in the fuzzy controller of this embodiment, the output range is determined according to the cycle of the system before the fuzzy control is started, and this is a feature of the present invention.
次に、第１図に示すフロー図を参照して、上記実施例
システムにおいて、ファジイ制御に入る以前の出力操作
範囲の決定手順について説明する。Next, with reference to the flow chart shown in FIG. 1, a procedure for determining the output operation range before entering the fuzzy control in the system of the above embodiment will be described.
実施例制御システムにおいて、ファジイコントローラ
１によって、制御すべき制御対象２が決定されると、制
御対象２に応じた制御周期がファジイコントローラ１に
設定される。ファジイコントローラ１では、制御動作の
初期において、先ずその設定された制御周期を取り込む
（ステップST1）。そして、この取り込まれた制御周期
が、非常に速いか否か判定する（ステップST2）。この
周期が非常に速いか否かの具体的判断は、例えば第７図
に示す制御周期が100μｓ以内であるか否かの判定によ
り行われる。制御周期が100μｓ以内であると、ステッ
プST2の判定がYESとなり、これに応じて出力操作量の範
囲、つまり上限値PMAX、下限値NMAXを非常に小さくする
（ステップST3）。具体的には、100μｓ以内の制御周期
に対しては、第７図に示すように±0.005の範囲内の出
力量に設定される。In the embodiment control system, when the fuzzy controller 1 determines the control target 2 to be controlled, the fuzzy controller 1 is set with a control cycle corresponding to the control target 2. The fuzzy controller 1 first takes in the set control cycle at the initial stage of the control operation (step ST1). Then, it is determined whether or not the fetched control cycle is very fast (step ST2). The specific judgment as to whether or not this cycle is extremely fast is made by, for example, the judgment as to whether or not the control cycle shown in FIG. 7 is within 100 μs. If the control cycle is within 100 μs, the determination in step ST2 becomes YES, and accordingly the range of the output manipulated variable, that is, the upper limit value PMAX and the lower limit value NMAX is made extremely small (step ST3). Specifically, for a control cycle within 100 μs, the output amount is set within a range of ± 0.005 as shown in FIG.
取り込まれた制御周期が、具体的に100μｓ以上であ
ると、ステップST2の判定がNOとなり、次に周期が速い
か否か判定される（ステップST4）。この周期が速いか
否かは、具体的には、第７図に示す100μｓより大き
く、1ms以内であるかによって判定され、1ms以内である
とこの判定がYESとなり、操作量の上限値及び下限値を
小さくする（ステップST5）。この小さくする具体的な
値は、第７図に示す±0.01となる。ステップST4で周期
が速いかの判定で、周期が1msより大きい場合、この判
定はNOとなり、次に、ステップST6で周期がやや速いか
否か判定される。この判定は具体的に制御周期が1msよ
り大きく、10ms以内であるかによって判定される。10ms
以内であると、出力操作量の上限値PMAX、下限値NMAXを
やや小さくする。具体的には第７図に示す±0.1と決定
する。ステップST6でも、なお、周期が10msより大であ
る場合にはこの判定はNOとなり、ステップST8に移り、
周期がやや遅いか、つまり100ms以内かについて判定す
る。この場合100ms以内であると、判定はYESであり、ス
テップST9で上限値PMAX、下限値NMAXやや大きく、つま
り±1.0に決定する。制御周期が100msより大であり、1s
以内の場合にステップST8の判定がNOとなり、出力操作
量の上限値PMAX、下限値NMAXを±5.0に決定する。以上
の制御周期に対する出力操作量の上限値及び下限値を設
定すると、後はステップST10に移り、通常のファジイ制
御に移り、プラントの運転を継続することになる。If the fetched control cycle is specifically 100 μs or more, the determination in step ST2 is NO, and it is determined whether or not the cycle is next fast (step ST4). Whether or not this cycle is fast is specifically determined by whether it is larger than 100 μs shown in FIG. 7 and is within 1 ms. If it is within 1 ms, this determination becomes YES, and the upper limit value and the lower limit value of the operation amount are set. Decrease the value (step ST5). The specific value to be reduced is ± 0.01 shown in FIG. If it is determined in step ST4 whether the cycle is fast, if the cycle is longer than 1 ms, this determination is NO, and then in step ST6 it is determined whether the cycle is slightly fast. This determination is specifically made based on whether the control cycle is larger than 1 ms and is within 10 ms. 10ms
If it is within the range, the upper limit value PMAX and the lower limit value NMAX of the output operation amount are made slightly smaller. Specifically, it is determined to be ± 0.1 shown in FIG. Even in step ST6, if the cycle is longer than 10 ms, this determination is NO, and the process proceeds to step ST8.
It is judged whether the cycle is slightly slower, that is, within 100 ms. In this case, if it is within 100 ms, the determination is YES, and in step ST9, the upper limit value PMAX and the lower limit value NMAX are slightly larger, that is, ± 1.0 is determined. Control cycle is greater than 100ms, 1s
If NO, the determination in step ST8 is NO, and the upper limit value PMAX and the lower limit value NMAX of the output manipulated variable are determined to be ± 5.0. When the upper limit value and the lower limit value of the output manipulated variable for the above control cycle are set, the process proceeds to step ST10, the normal fuzzy control is performed, and the plant operation is continued.
（ヘ）発明の効果 この発明によれば、制御周期を設定する手段と、設定
された制御周期に応じて、出力範囲を決定する手段を備
え、それぞれ構成する制御対象の相違により、出力範囲
を調整して、適正な制御を行うことができるので、如何
なる制御対象をも同一のコントローラで制御でき、汎用
性のあるファジイコントローラを得ることができる。(F) Effect of the Invention According to the present invention, the output range is set by the means for setting the control cycle and the means for determining the output range in accordance with the set control cycle, and the output range is set according to the difference in the controlled objects respectively configured. Since the adjustment can be performed and appropriate control can be performed, any control target can be controlled by the same controller, and a versatile fuzzy controller can be obtained.
第１図は、この発明の実施例コントローラの処理手順を
示すフロー図、第２図は、この発明が実施されるファジ
イ制御システムの基本構成を示すブロック図、第３図
（Ａ）、第３図（Ｂ）、第３図（Ｃ）は、制御周期及び
出力量の範囲によって、ステップ応答の変化する状態を
示す特性図、第４図は、上記実施例システムのファジイ
コントローラに使用されるルールテーブルを示す図、第
５図は、ファジイラベルの意味を説明する図、第６図
は、入力量及び出力量のメンバシップ関数を示す図、第
７図は、第１図のフロー図における具体的な制御周期と
スケールの関係を示す図である。 1:ファジイコントローラ、2:制御対象。FIG. 1 is a flow chart showing a processing procedure of an embodiment controller of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of a fuzzy control system in which the present invention is implemented, FIG. 3 (A), and FIG. FIGS. 4B and 3C are characteristic diagrams showing a state in which the step response changes depending on the control cycle and the range of the output amount, and FIG. 4 is a rule used in the fuzzy controller of the system of the above embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a table, FIG. 5 is a diagram explaining the meaning of a fuzzy label, FIG. 6 is a diagram showing a membership function of an input amount and an output amount, and FIG. 7 is a concrete example in the flow chart of FIG. It is a figure which shows the relationship between a typical control period and a scale. 1: Fuzzy controller, 2: Control target.
Claims (4)
の制御周期で演算を行い、演算結果に基づいた出力を出
すコントローラにおいて、 前記制御周期を設定する制御周期設定手段と、設定され
た制御周期に応じて前記出力の範囲を決定する手段とを
備えたことを特徴とするコントローラ。1. A controller for performing an operation in a predetermined control cycle using some input parameters and outputting an output based on the operation result, and a control cycle setting means for setting the control cycle, and the set control. And a means for determining the range of the output according to a cycle.
関数を用いて、所定の制御周期で所定のルールを適用し
て推論を行い、推論結果に基づいた出力を出すファジイ
コントローラにおいて、 前記制御周期を設定する制御周期設定手段と、設定され
た制御周期に応じて前記出力の範囲を決定する手段とを
備えたことを特徴とするファジイコントローラ。2. A fuzzy controller that performs inference by applying a predetermined rule at a predetermined control cycle using membership functions of several input parameters and outputs an output based on the inference result, A fuzzy controller comprising a control cycle setting means for setting and a means for determining the output range according to the set control cycle.
の制御周期で演算を行い、演算結果に基づいた出力を出
すコントローラの出力範囲の決定方法であって、 前記制御周期を設定し、その設定値に応じて、前記出力
操作量の上限値を決定するようにしたことを特徴とする
コントローラの出力範囲の決定方法。3. A method for determining an output range of a controller that performs an operation in a predetermined control cycle using some input parameters and outputs an output based on the operation result, wherein the control cycle is set, A method of determining an output range of a controller, wherein an upper limit value of the output operation amount is determined according to a set value.
関数を用いて、所定の制御周期で所定のルールを適用し
て推論を行い、推論結果に基づいた出力を出すファジイ
コントローラの出力範囲の決定方法であって、 前記制御周期を設定し、この制御周期の設定値に応じ
て、前記出力の範囲を決定するようにしたことを特徴と
するファジイコントローラの出力範囲の決定方法。4. A method for determining an output range of a fuzzy controller that uses a membership function of some input parameters to apply a predetermined rule at a predetermined control cycle to perform inference and output an output based on the inference result. A method for determining an output range of a fuzzy controller, wherein the control cycle is set, and the output range is determined according to a set value of the control cycle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63245123A JP2682060B2 (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | Controller and method of determining output range of controller |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0291701A JPH0291701A (en) | 1990-03-30 |
| JP2682060B2 true JP2682060B2 (en) | 1997-11-26 |
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ID=17128964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP63245123A Expired - Lifetime JP2682060B2 (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | Controller and method of determining output range of controller |
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| Country | Link |
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|---|---|---|---|---|
| WO1991014226A1 (en) * | 1990-03-12 | 1991-09-19 | Fujitsu Limited | Neuro-fuzzy fusion data processing system |
| JP3077000B2 (en) * | 1991-11-06 | 2000-08-14 | 株式会社山武 | Tuning method of fuzzy controller |
-
1988
- 1988-09-29 JP JP63245123A patent/JP2682060B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0291701A (en) | 1990-03-30 |
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