JP3083040B2 - Pid調整器 - Google Patents

Pid調整器

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JP3083040B2
JP3083040B2 JP06049953A JP4995394A JP3083040B2 JP 3083040 B2 JP3083040 B2 JP 3083040B2 JP 06049953 A JP06049953 A JP 06049953A JP 4995394 A JP4995394 A JP 4995394A JP 3083040 B2 JP3083040 B2 JP 3083040B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、精密工作機械、光学測
定器、半導体露光装置などに使用するXYステージや情
報機器例えばハードディスクなどのヘッド等の位置決め
装置を構成する閉ループ制御系に使用されるPID制御
手段のPID調整器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のPID制御による閉ループ制御系
を有する位置決め装置におけるゲイン調整を行なう方法
は、通常、特開平1−158502、特開平1−205
202、特開平5−91775等に記載されているよう
に、制御対象のステップ応答波形を測定し、その出力波
形の行き過ぎ量や減衰比、無駄時間等からPIDのパラ
メータの調整を行なうものである。
【0003】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、一定量のステップ波形を加えなければな
らないため、それに応じて移動するだけのストロークが
必要であること、ステップ波形に多くの振動周波数が表
われるとその周波数を特定できないこと、減衰比も正確
に解らないこと等のため、特徴が把握しにくく、ゲイン
調整に時間がかかるという欠点があった。
【0004】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、短時間でPID制御手段のゲイン調整が行
なえるPID調整器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】この目的を達
成するため本発明のPID調整器は、目標値と制御対象
の被制御量の検出値との偏差に基づきPID制御手段を
介して制御対象に対し操作量を与える閉ループ制御系の
PID制御手段におけるPIDパラメータを調整するP
ID調整器であって、前記閉ループ制御系の周波数応答
特性を得るために前記目標値の代わりに制御対象を加振
するためのノイズ信号を付与するノイズ発生器と、前記
ノイズ信号と前記被制御量の検出値とに基づき前記周波
数応答特性を求める手段と、制御の対象となる全周波数
領域を複数の周波数帯域に分割し、各々の前記周波数帯
域における周波数応答特性に基づいてPIDパラメータ
を調整する調整手段とを具備し、前記調整手段はファジ
ー推論器を有するものであり、各々の前記周波数帯域に
おける周波数応答特性の波形の形の特徴を表す量を前記
ファジー推論器の入力とし、そのファジー推論の出力結
果として各周波数帯域毎にしきい値関数を有し、それに
基づきPIDパラメータを調整するものであることを特
徴とする。
【0006】これによれば、従来のようにステップ波形
を加える必要がないため、ほとんど制御対象を移動させ
るストロークが必要なく、多くの振動が存在しても短時
間でゲイン調整を行なうことが出来る。以下、本発明の
他の特徴や利点をも含め、本発明の実施例を説明する。
【0007】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係るPID調整器
を用いた閉ループ制御系を示すブロック図であり、本発
明の特徴を最も良く表わすものである。図中、1は制御
対象であり、2はPID制御系、3は閉ループ制御系に
加えるノイズを発生するノイズ発生器、4はノイズ発生
器3が発する信号n(t)と制御対象1の出力値x
(t)とに基き周波数応答を計算する計算手段、5は計
算手段4における計算結果に基きPID制御系2におけ
るPIDのパラメータの増減値を計算するためのファジ
ーコントローラである。
【0008】通常、ゲイン調整をしない場合は、ノイズ
発生器3の出力n(t)は零であり、目標値xr (t)
にしたがって、制御対象1の出力x(t)がPID制御
系2を介して閉ループ制御される。
【0009】ゲイン調整する場合は、目標値xr (t)
を零とし、その代わりにノイズ発生器3よりノイズ信号
n(t)を閉ループ制御系に与え、制御対象1の出力x
(t)を測定する。このノイズ信号n(t)と制御対象
の出力x(t)を各々周波数応答計算手段4(FFT)
に入力させ、計算手段4において、{制御対象の出力X
(s)/ノイズ信号N(s)}を計算する。この計算で
求めた閉ループ制御系の周波数応答特性に基きファジー
コントローラ5において、PID制御系2におけるPI
Dのパラメータ調整を行うためのPIDのパラメータの
増減値の計算が次のようにして行なわれる。
【0010】図2は閉ループ制御系の閉ループ周波数応
答の1例を示す。この周波数特性を低い周波数から4つ
の周波数帯域に分割する。第1の周波数域は10Hz
〜70Hz、第2の周波数域は70Hz〜110H
z、第3の周波数域は110Hz〜160Hz、第4
の周波数域は160Hz〜1KHzとする。
【0011】第1の周波数域において、図3に拡大し
て示すように、10Hzのゲイン特性の値をa[d
B]、70Hzのゲイン特性の値をc[dB]、10H
z〜70Hzの間のゲイン特性に最大ピーク値があれば
その値をb[dB]、10Hz〜70Hzの間のゲイン
特性にピーク値がなければ10Hz〜70Hzの中心周
波数40Hzのゲイン特性の値をb[dB]とする。図
4に示すように、波形の形の特徴を表すメンバーシップ
関数を与える。ここでは波形の傾を表わす(b−a)
[dB]と(c−b)[dB]、およびゲインの値を表
わすa[dB]を、それぞれ変数X1 ,X2 ,X3 とす
る関数を与える。また、X1 ,X2 ,X3 の状態に対す
るファジー推論規則の例を図5に示す。PIDパラメー
タの増減値を求めるためのファジーしきい値関数は、例
えば積分ゲインを例にとると、fI1(X1 ,X2 ,X
3 )は値域[−1,1]をとり、次の関数となる。
【0012】fI1=fI1(X1 ,X2 ,X3 )=PL・
μS (X1 )・μS (X2 )・μS (X3 )+PS・μ
M (X1 )・μS (X2 )・μS (X3 )+…+NM・
μLL(X1 )・μLL(X2 )・μLL(X3 ) ここで、メンバーシップ関数μS (X1 )等は、図4に
おいて、例えばX1 =2[dB]の場合はμS (X1
=0.5,μM (X1 )=0.5,μL (X1)=0,
μLL(X1 )=0となる。また、図5のファジー推論規
則表内のPLやPM等は定数とし、例えばPL=1,P
M=0.66,PS=0.33,ZR=0,NS=−
0.33,NM=−0.66,NL=−1とする。その
他の比例ゲイン、微分ゲインも積分ゲインと同様に求め
る。それらのファジーしきい値関数をfPi、fDiとす
る。
【0013】この操作を第2の周波数域、第3の周波
域、第4の周波数領域においても同様に行い、フ
ァジーしきい値関数fP2、fP3等を求める。
【0014】以上の計算結果から、全体のファジーしき
い値関数を次の数2式のようにして求める。
【0015】
【数2】 ここで、ui ,vi ,wi は各周波数帯域別の重みであ
り、数3式で示される。
【0016】
【数3】 次に、実際のPIDのパラメータの増減値を求める。増
減値を表す関数を例えば積分ゲインの場合、ΨI とする
と積分ゲインの増減値ΔIは次のようになる。 ΔI=ΨI (fI ) 同様に比例ゲイン、微分ゲインの増減値ΔP、ΔDは次
のようになる。
【0017】ΔP=Ψ(fP )、 ΔD=ΨD (fD ) ここで関数ΨI ,ΨP ,ΨD は、例えば次のような関数
となる。
【0018】ΨI =k1 ・fI 、または ΨI =k2
I 3 (k1 ,k2 は定数) このようにしてPIDのパラメータの増減値を求め、P
ID制御手段2のパラメータを変更し、再びノイズ発生
器3からノイズ信号を出力して閉ループ制御系の周波数
を測定し、PIDのパラメータの増減値が収束するまで
繰返す。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、閉ループ制御系に
ノイズを加え、ノイズ信号と制御対象の出力値から閉ル
ープ制御系の周波数応答特性を求め、その閉ループ制御
系の周波数応答特性に基づいてPIDのパラメータを調
整するようにしたため、制御対象の移動可能領域がほと
んど必要なく、多くの周波数成分を持つ制御対象の出力
値であっても、ゲイン調整を短時間で行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るPID調整器を用いた
閉ループ制御系を示すブロック図である。
【図2】 図1の装置における閉ループ制御系の閉ルー
プ周波数応答の1例を示すグラフである。
【図3】 図2の周波数応答特性の一部を拡大したグラ
フである。
【図4】 図1の装置において適用し得るメンバーシッ
プ関数の1例を示すグラフである。
【図5】 図1の装置において適用し得るファジー推論
規則表の1例を示す図である。
【符号の説明】
1:制御対象、2:PID制御系、3:ノイズ発生器、
4:周波数応答計算手段、5:ファジーコントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−80705(JP,A) 特開 平4−84304(JP,A) 特開 平3−217901(JP,A) 特開 平3−282718(JP,A) 飯野譲、外2名、「フィルタリング操 作を用いた連続時間システムの同定」、 第61回制御理論シンポジウム資料、社団 法人計測自動制御学会、昭和62年6月4 日、P.193−196 野村政英、外4名、「ファジィ推論を 応用したPIDコントローラ用オートチ ューニングシステム」、日立評論、株式 会社日立製作所、平成元年8月、第71 巻、第8号、P.115−122 田中一男、外2名、「周波数特性に着 目したファジィ制御器の構成とδルール による自己調整」、計測自動制御学会論 文集、社団法人計測自動制御学会、平成 5年7月、第29巻、第7号、P.826− 832、特に第2章の記載を参照 雨宮好文、外1名著、「図解メカトロ ニクス入門シリーズロボット制御入門」 第1版、株式会社オーム社、昭和59年3 月25日、P.133−151,第8章「周波数 応答法による過渡特性の評価と設計」 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 13/00 - 13/04 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標値と制御対象の被制御量の検出値と
    の偏差に基づきPID制御手段を介して制御対象に対し
    操作量を与える閉ループ制御系のPID制御手段におけ
    るPIDパラメータを調整するPID調整器であって、 前記閉ループ制御系の周波数応答特性を得るために前記
    目標値の代わりに制御対象を加振するためのノイズ信号
    を付与するノイズ発生器と、前記ノイズ信号と前記被制
    御量の検出値とに基づき前記周波数応答特性を求める手
    段と、制御の対象となる全周波数領域を複数の周波数帯
    域に分割し、各々の前記周波数帯域における周波数応答
    特性に基づいてPIDパラメータを調整する調整手段と
    を具備し、前記調整手段はファジー推論器を有するもの
    であり、各々の前記周波数帯域における周波数応答特性
    の波形の形の特徴を表す量を前記ファジー推論器の入力
    とし、そのファジー推論の出力結果として各周波数帯域
    毎にしきい値関数を有し、それに基づきPIDパラメー
    タを調整するものであることを特徴とするPID調整
    器。
  2. 【請求項2】 調整手段は、前記ファジーしきい値関数
    に対して各周波数帯域毎に重みをもたせ、下記数1式に
    したがった計算により、全体のファジーしきい値関数を
    求め、それに基きPIDパラメータを調整するものであ
    ることを特徴とする請求項記載のPID調整器。 【数1】 P :比例ゲイン(P)の増減値を求めるための全体の
    ファジーしきい値関数 fI :積分ゲイン(I)の 〃 fD :微分ゲイン(D)の 〃 fPi:i番目の周波数帯域での比例ゲインの増減値を求
    めるためのファジーしきい値関数 fIi:i番目の周波数帯域での積分ゲインの増減値を求
    めるためのファジーしきい値関数 fDi:i番目の周波数帯域での積分ゲインの増減値を求
    めるためのファジーしきい値関数 ui ,vi ,wi :重み
  3. 【請求項3】 調整手段は、前記全体のファジーしきい
    値関数より、実際のPIDの各パラメータの増減値を求
    め、それに基きPIDパラメータを調整するものである
    ことを特徴とする請求項記載のPID調整器。
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CN103034249B (zh) * 2012-12-27 2015-01-21 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种基于模糊决策的双轴光电转台复合控制系统和控制方法
CN110572097A (zh) * 2019-09-18 2019-12-13 广东工业大学 基于模糊pid控制的同步发电机励磁系统和调压方法
CN114911280A (zh) * 2022-05-30 2022-08-16 西门子(中国)有限公司 湿度控制方法和装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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田中一男、外2名、「周波数特性に着目したファジィ制御器の構成とδルールによる自己調整」、計測自動制御学会論文集、社団法人計測自動制御学会、平成5年7月、第29巻、第7号、P.826−832、特に第2章の記載を参照
野村政英、外4名、「ファジィ推論を応用したPIDコントローラ用オートチューニングシステム」、日立評論、株式会社日立製作所、平成元年8月、第71巻、第8号、P.115−122
雨宮好文、外1名著、「図解メカトロニクス入門シリーズロボット制御入門」第1版、株式会社オーム社、昭和59年3月25日、P.133−151,第8章「周波数応答法による過渡特性の評価と設計」
飯野譲、外2名、「フィルタリング操作を用いた連続時間システムの同定」、第61回制御理論シンポジウム資料、社団法人計測自動制御学会、昭和62年6月4日、P.193−196

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