JP3269648B2 - Adaptive control method - Google Patents

Adaptive control method

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JP3269648B2
JP3269648B2 JP28160791A JP28160791A JP3269648B2 JP 3269648 B2 JP3269648 B2 JP 3269648B2 JP 28160791 A JP28160791 A JP 28160791A JP 28160791 A JP28160791 A JP 28160791A JP 3269648 B2 JP3269648 B2 JP 3269648B2
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basic
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は動特性が複数の基本動
特性の不定期な切り換えにより表現される制御対象の制
御方法に関し、特に、動特性が大きく変化するような制
御対象に適用して好適な適応型制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method for a controlled object whose dynamic characteristic is expressed by irregular switching of a plurality of basic dynamic characteristics, and more particularly, to a method for controlling a controlled object whose dynamic characteristic greatly changes. It relates to a suitable adaptive control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、その動特性が変化する制御対象に
対する適応的な制御方法としては、次に示す2つの方法
が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the following two methods are known as adaptive control methods for a controlled object whose dynamic characteristics change.

【0003】1)オフラインで同定されたシステムパラ
メータを初期値として、オンライン同定法を用いて制御
対象のパラメータを推定し、該推定したパラメータを用
いてリカッチ方程式から最適フィードバックゲインを決
定する方法。
1) A method of estimating a parameter to be controlled using an on-line identification method with a system parameter identified off-line as an initial value, and determining an optimum feedback gain from a Riccati equation using the estimated parameter.

【0004】2)制御対象に対する入出力データを用い
て制御対象に与えられるフィードバックゲインの感度を
直接計算し、この計算した感度を用いて制御対象に与え
られるフィードバックゲインを逐次修正する方法。
2) A method of directly calculating the sensitivity of a feedback gain given to a control target using input / output data for the control target, and sequentially correcting the feedback gain given to the control target using the calculated sensitivity.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、1)の方法
は、基本的には処理の容易な複数のシステム(通常は線
形システム)をモデルとして考え、このモデルの中から
制御対象の動特性を近似的に表すモデルを選択し、この
モデルを用いて制御対象の最適フィードバックゲインを
決定する方法であるので、制御対象に対応する固有の各
々のモデルが有していない動特性の変化の要因となる性
質に対しては適応的な制御が難しく、特に動特性が大き
く変化するような制御対象に適用した場合は満足すべき
制御結果が得られなかった。
However, the method 1) basically considers a plurality of easily processable systems (usually linear systems) as a model, and determines the dynamic characteristics of a control target from this model. Since it is a method of selecting a model that is approximately represented and determining the optimal feedback gain of the controlled object using this model, the factors of the change in dynamic characteristics that each model unique to the controlled object does not have and It is difficult to adaptively control the characteristics, and a satisfactory control result cannot be obtained particularly when applied to a controlled object whose dynamic characteristics change greatly.

【0006】また2)の方法は、システム同定を行わず
に直接最適フィードバックゲインを求めることができる
ので、制御対象の固有の性質に対応した適応的な制御が
可能であるが、この2)の方法は、制御対象の次元数や
フィードバックゲインの初期値等の制御対象に関する事
前情報を必要とするだけでなく状態フィードバックの状
態の情報も必要であるという欠点がある。
In the method 2), the optimum feedback gain can be directly obtained without performing the system identification. Therefore, the adaptive control corresponding to the inherent property of the control target is possible. The method has a drawback in that not only prior information about the controlled object such as the number of dimensions of the controlled object and the initial value of the feedback gain is required, but also information on the state of state feedback is required.

【0007】そこで、この発明は、上記従来の2)の手
法のような制御対象自体の次元数やフィードバックゲイ
ンの初期値等の事前情報を直接必要とせずに、動特性が
大きく変化するような制御対象に適用した場合において
も満足すべき応答速度、精度が得られる適応型制御方法
を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention does not require prior information such as the number of dimensions of the controlled object itself or the initial value of the feedback gain as in the above-mentioned conventional method 2), and the dynamic characteristics are greatly changed. An object of the present invention is to provide an adaptive control method capable of obtaining a satisfactory response speed and accuracy even when applied to a control target.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の適応型制御方法は、複数の基本動特性の
不定期な切り換えにより動特性が表現される制御対象の
制御方法において、前記複数の基本動特性に対応する既
知の複数の基本同定器と該基本同定器に対応する基本状
態フィードバックゲインをそれぞれ予め計算して記憶
し、前記制御対象に対するオンライン入出力データから
オンライン同定法により前記複数の基本同定器の中から
前記制御対象の現在の動特性に対応する基本同定器を判
別して、該基本同定器に対応する基本状態フィードバッ
クゲインを選択すると共に、前記オンライン入出力デー
タから該選択した基本状態フィードバックゲインの感度
を逐次計算し、該感度の計算結果から該選択した基本状
態フィードバックゲインが最適か否かの判定を行い、前
記判定において最適でないと判定された場合は、前記計
算した感度を用いて前記選択した基本状態フィードバッ
クゲインの微調整を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an adaptive control method according to the present invention is directed to a control method of a controlled object in which dynamic characteristics are expressed by irregular switching of a plurality of basic dynamic characteristics. A plurality of known basic identifiers corresponding to a plurality of basic dynamic characteristics and a basic state feedback gain corresponding to the basic identifier are previously calculated and stored, respectively, and the online identification method is used from online input / output data for the control object. A basic identifier corresponding to the current dynamic characteristic of the controlled object is determined from among a plurality of basic identifiers, and a basic state feedback gain corresponding to the basic identifier is selected. The sensitivity of the selected basic state feedback gain is sequentially calculated, and from the calculation result of the sensitivity, the selected basic state feedback gain is calculated. A judgment is whether optimal or not, the case where it is determined not to be optimal in determination, and performs fine adjustment of the basic state feedback gain to the selected with the sensitivity mentioned above calculation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、複数の基本動特性の不定期な切り換え
により動特性が表現される制御対象の制御方法におい
て、前記複数の基本動特性に対応する既知の複数の基本
同定器と該基本同定器に対応する基本状態フィードバッ
クゲインとを予め求めて記憶し、前記制御対象に対する
オンライン入出力データからオンライン同定法により前
記複数の基本同定器の中から前記制御対象の現在の動特
性に対応する基本同定器を判別して、該判別した基本同
定器に対応する基本状態フィードバックゲインを前記記
憶した基本状態フィードバックゲインから選択すると共
に、該選択した基本状態フィードバックゲインの感度を
前記制御対象に対するオンライン入出力データから逐次
計算し、該感度の計算結果から前記選択した基本状態フ
ィードバックゲインが最適か否かの判定を行って、前記
判定において前記選択した基本状態フィードバックゲイ
ンが最適であると判定された場合は、前記選択した基本
状態フィードバックゲインを適用し、最適でないと判定
された場合は、前記計算した感度を用いて前記選択した
基本状態フードバックゲインの微調整を行うことを特徴
とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a control method of a controlled object in which a dynamic characteristic is expressed by irregularly switching a plurality of basic dynamic characteristics. A plurality of known basic identifiers corresponding to and a basic state feedback gain corresponding to the basic identifier are obtained and stored in advance, and the plurality of basic identifiers are identified by an online identification method from online input / output data for the control target. From among the basic identifiers corresponding to the current dynamic characteristic of the controlled object are determined, and a basic state feedback gain corresponding to the determined basic identifier is selected from the stored basic state feedback gains, and the selected one is selected. The sensitivity of the basic state feedback gain is sequentially calculated from online input / output data for the control object, and the sensitivity is calculated. From the result, it is determined whether or not the selected basic state feedback gain is optimal, and when it is determined in the determination that the selected basic state feedback gain is optimal, the selected basic state feedback gain is applied. If it is determined that the sensitivity is not optimal, fine adjustment of the selected basic state feedback gain is performed using the calculated sensitivity.

【0010】そして、制御対象に対するオンライン入出
力データut ,…,ut-N-1,yt,…,yt-N-1(Nは
適当なデータ数)からオンライン同定法により前記複数
の基本同定器Piの中から前記制御対象の現在の動特性
に対応する基本同定器P0を判別して、この基本同定器
P0に対応する基本状態フィードバックゲインK0を選択
する一方、同時に、オンライン入出力データut ,
…,ut-N-1,yt,…,yt-N-1(Nは適当なデータ
数)から、所定の評価関数Vx[0,l]に対する選択した状
態フィードバックゲインの感度dV/dKを逐次計算
し、該感度の計算結果から現在の基本状態フィードバッ
クゲインが最適か否かを判定し、最適でないと判定され
た場合は、計算した感度dV/dKを用いて現在の状態
フィードバックゲインの微調整を行う。
.., Yt-N-1 (N is an appropriate number of data) from the online input / output data ut,..., Ut-N-1, yt,. A basic identifier P0 corresponding to the current dynamic characteristic of the control object is determined from Pi, and a basic state feedback gain K0 corresponding to the basic identifier P0 is selected, and at the same time, online input / output data ut,
, Ut-N-1, yt,..., Yt-N-1 (N is an appropriate number of data), and sequentially calculates the sensitivity dV / dK of the selected state feedback gain to a predetermined evaluation function Vx [0, l]. Calculate and determine from the calculation result of the sensitivity whether the current basic state feedback gain is optimal or not. If it is determined that the current basic state feedback gain is not optimal, fine adjustment of the current state feedback gain using the calculated sensitivity dV / dK. I do.

【0011】[0011]

【実施例】以下、この発明の適応型制御方法の一実施例
を図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the adaptive control method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は、この発明の適応型制御方法を適用
して構成した制御システムの一実施例をブロック図で示
したものである。この図1に示す実施例は、制御対象で
あるプラント等の対象システム10と、この対象システ
ム10に対して制御入力データuを与える制御器20
と、対象システム10の制御入力データuと出力データ
yとを用いて対象システム10のオンラインデータ同定
を行なうオンライン同定器30と、対象システム10の
制御入力データuと出力データyとを用いて制御器20
に現在与えられている状態フィードバックゲインの感度
計算を行うフィードバックゲイン感度計算器40を備え
て構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a control system constituted by applying the adaptive control method of the present invention. The embodiment shown in FIG. 1 includes a target system 10 such as a plant to be controlled and a controller 20 that supplies control input data u to the target system 10.
An online identifier 30 for performing online data identification of the target system 10 using the control input data u and the output data y of the target system 10, and controlling using the control input data u and the output data y of the target system 10 Vessel 20
Is provided with a feedback gain sensitivity calculator 40 for calculating the sensitivity of the state feedback gain that is currently given to the control circuit.

【0013】ここで、制御対象である対象システム10
は、複数の基本動特性の不定期な切り換えによりその動
特性が表現されるものであり、オンライン同定器30
は、上記複数の基本動特性に対応する既知の複数の基本
同定器と該基本同定器に対応する基本状態フィードバッ
クゲインをそれぞれ予め計算して記憶しており、対象シ
ステム10の制御入力データuと出力データyとをそれ
ぞれライン51、52を介して入力して、この制御入力
データuと出力データyとを用いて対象システム10の
現在の振舞いに対応する基本同定器を上記複数の基本同
定器の中から判別することによりオンライン同定を行
い、該判別した基本同定器に対応する最適フィードバッ
クゲインK0をライン53を介して制御器20に与え
る。
Here, the target system 10 to be controlled is
Is a dynamic characteristic expressed by irregular switching of a plurality of basic dynamic characteristics.
Has previously calculated and stored a plurality of known basic identifiers corresponding to the plurality of basic dynamic characteristics and a basic state feedback gain corresponding to the basic identifier, respectively. Output data y is input via lines 51 and 52, respectively, and the control input data u and the output data y are used to determine the basic identifier corresponding to the current behavior of the target system 10 by the plurality of basic identifiers. The online identification is performed by discriminating from among these, and the optimum feedback gain K0 corresponding to the discriminated basic identifier is provided to the controller 20 via the line 53.

【0014】また、フィードバックゲイン感度計算器4
0は、対象システム10の制御入力データuと出力デー
タyとをそれぞれライン54、55を介して入力し、こ
の制御入力データuと出力データyとを用いて現在制御
器20に与えられている状態フィードバックゲインの感
度dV/dKを計算し、これをライン56を介して制御
器20に与える。
The feedback gain sensitivity calculator 4
0 inputs control input data u and output data y of the target system 10 via lines 54 and 55, respectively, and is currently given to the controller 20 using the control input data u and output data y. The state feedback gain sensitivity dV / dK is calculated and provided to controller 20 via line 56.

【0015】ここで、状態フィードバックゲインの感度
dV/dKは後述する説明から明らかになるように状態
フィードバックゲインの最適性を意味づける評価関数V
[0,L]を用いて計算され、状態フィードバックゲインの
変化分dKに対する評価関数V[0,L]の変化分として与
えられる。
Here, the sensitivity dV / dK of the state feedback gain is an evaluation function V that means the optimality of the state feedback gain, as will be apparent from the following description.
It is calculated using [0, L] and is given as a change in the evaluation function V [0, L] with respect to a change dK in the state feedback gain.

【0016】制御器20は、対象システム10の出力デ
ータyをライン57を介して入力し、これに同定器30
から与えられている最適フィードバックゲインK0を適
用して制御入力データuをライン57を介して対象シス
テム10に与えるとともに、フィードバックゲイン感度
計算器40で計算された状態フィードバックゲインの感
度dV/dKが最適か否かの判別を行い、最適でない場
合はオンライン同定器30から与えられている最適フィ
ードバックゲインK0の微調整を行い、この微調整され
た最適フィードバックゲインK0を適用した制御入力デ
ータuをライン58を介して対象システム10に与え
る。
The controller 20 inputs the output data y of the target system 10 via a line 57, and inputs the output data y to the identifier 30.
The control input data u is supplied to the target system 10 via the line 57 by applying the optimum feedback gain K0 given by the control unit 40, and the sensitivity dV / dK of the state feedback gain calculated by the feedback gain sensitivity calculator 40 is optimized. It is determined whether the optimal feedback gain K0 provided by the online identifier 30 is fine. If the optimal feedback gain K0 is finely adjusted, the control input data u to which the finely adjusted optimal feedback gain K0 is applied is sent to a line 58. To the target system 10 via

【0017】なお、この実施例において、対象システム
10はその基本動特性が可制御、可観測1入出力線形シ
ステムで表現されるものとし、状態フィードバックゲイ
ンの最適性を意味づける評価関数V[0,L]は予め与えら
れているものとする。
In this embodiment, it is assumed that the basic dynamic characteristic of the target system 10 is represented by a controllable, observable 1-input / output linear system, and an evaluation function V [0] meaning the optimality of the state feedback gain. , L] are given in advance.

【0018】かかる構成において、まず、オンライン同
定器30の詳細について更に説明する。
In this configuration, first, details of the online identifier 30 will be further described.

【0019】図2は、図1に示す構成においてオンライ
ン同定器30による制御のみを抽出して示したものであ
る。
FIG. 2 shows only the control performed by the online identifier 30 in the configuration shown in FIG.

【0020】オンライン同定器30は、図2に示すよう
に、複数の基本動特性に対応する既知の複数の基本同定
器P1〜Pnと該基本同定器P1〜Pnに対応する基本状態
フィードバックゲインK1〜Knをそれぞれ予め計算して
記憶しており、対象システム10の制御入力データuと
出力データyとを用いて対象システム10の現在の振舞
いを決定づけている基本動特性を表わす基本同定器P0
を上記複数の基本同定器P1〜Pnの中から判別すること
によりオンラインデータ同定を行う。
As shown in FIG. 2, the online identifier 30 includes a plurality of known basic identifiers P1 to Pn corresponding to a plurality of basic dynamic characteristics and a basic state feedback gain K1 corresponding to the basic identifiers P1 to Pn. .. Kn are previously calculated and stored, and a basic identifier P0 representing a basic dynamic characteristic that determines the current behavior of the target system 10 using the control input data u and the output data y of the target system 10.
Is identified from among the plurality of basic identifiers P1 to Pn to perform online data identification.

【0021】このオンライン同定手法は周知であるので
以下にその計算手順だけを簡単に説明する。ここでは、
可制御、可観測である1入出力系の可観測正準系モデル
のパラメータの推定をカルマンフィルタを用いて同定す
る。
Since this on-line identification method is well known, only the calculation procedure will be briefly described below. here,
Estimation of parameters of the observable canonical system model of one input / output system that is controllable and observable is identified using a Kalman filter.

【0022】まず、制御対象である対象システム10を
次のように表わす。
First, the target system 10 to be controlled is represented as follows.

【0023】[0023]

【式1】 ただし、utは対象システム10の入力データ、ytは対
象システム10の入力データ、νtはガウス白色雑音で
あり、aiおよびbjはシステムパラメータである。
(Equation 1) Here, ut is input data of the target system 10, yt is input data of the target system 10, vt is Gaussian white noise, and ai and bj are system parameters.

【0024】いま、Now,

【式2】 とすると、式1は(Equation 2) Then, Equation 1 becomes

【式3】 (Equation 3)

【式4】 (Equation 4)

【式5】 となる。(Equation 5) Becomes

【0025】このシステムに対してカルマンフィルタを
適用すると、
When a Kalman filter is applied to this system,

【式6】 (Equation 6)

【式7】 Equation 7

【式8】 (Equation 8)

【式9】 [Equation 9]

【式10】 となる。(Equation 10) Becomes

【0026】ここで、Here,

【式11】 である。なお、Eは期待値を示す。また肩付きの添字T
は転置行列を示す。
[Equation 11] It is. E indicates an expected value. Subscript T with a shoulder
Indicates a transposed matrix.

【0027】この方法により逐次θの推定値を求め、対
象システム10の現在のシステムパラメータ(a1,
…,an,b1,…,bn)を推定することができる。
With this method, an estimated value of θ is successively obtained, and the current system parameters (a 1,
.., An, b1,..., Bn) can be estimated.

【0028】オンライン同定器30では、この推定した
現在のシステムパラメータ(a1,…,an.,b1,…,
bn)から、対象システム10の現在の振舞いを決定づ
けている基本動特性を表わす基本同定器P0を上記複数
の基本同定器P1〜Pnの中から判別することによりオン
ライン同定を行い、この同定した基本同定器P0に対応
する最適フィードバックゲインK0をライン53を介し
て制御器20に与える。
In the online identifier 30, the estimated current system parameters (a1,..., An., B1,.
bn), on-line identification is performed by discriminating the basic identifier P0 representing the basic dynamic characteristic that determines the current behavior of the target system 10 from among the plurality of basic identifiers P1 to Pn. The optimum feedback gain K0 corresponding to the identifier P0 is provided to the controller 20 via the line 53.

【0029】次に、フィードバックゲイン感度計算器4
0の詳細について更に説明する。
Next, the feedback gain sensitivity calculator 4
0 will be further described.

【0030】フィードバックゲイン感度計算器40は、
対象システム10の入出力データから状態フィードバッ
クゲインの評価関数に対する感度を求めて、勾配法によ
り状態フィードバックゲインの感度を逐次的に得る。
The feedback gain sensitivity calculator 40 calculates
The sensitivity of the state feedback gain to the evaluation function is obtained from the input / output data of the target system 10, and the sensitivity of the state feedback gain is sequentially obtained by the gradient method.

【0031】ここでは、制御対象の入出力データを加工
して状態フィードバックゲインの感度を導出するところ
に特徴があるので、まず、その点に関して主に説明し、
次に、実際の対象システム10の入出力データをどのよ
うにフィードバックゲイン感度計算器40に与えるかに
ついて述べる。
Here, the feature is that the input / output data of the control object is processed to derive the sensitivity of the state feedback gain. First, this point will be mainly described.
Next, how input / output data of the actual target system 10 is given to the feedback gain sensitivity calculator 40 will be described.

【0032】まず、次のようなシステムを考える。First, consider the following system.

【0033】[0033]

【式12】 ただし、xt∈Rnは制御対象の状態データ、ut∈Rm
は制御対象の入力データである。
(Equation 12) However, xt∈R n is the control object state data, ut∈R m
Is input data to be controlled.

【0034】ここで、有限区間[0,L]上での全コス
トを
Here, the total cost on the finite section [0, L] is

【式13】 と表わす。(Equation 13) It is expressed as

【0035】いま、次のような変数を導入する。Now, the following variables are introduced.

【0036】[0036]

【式14】 ここで、Q1/2およびR1/2はそれぞれ非負定行列に対す
る対象な平方根行列とする。
(Equation 14) Here, each of Q 1/2 and R 1/2 is a target square root matrix for a nonnegative definite matrix.

【0037】区間[0,L]上の信号z(t) の全体をz
[0,L]と表わすと、信号z[0,L]と信号z’[0,L]との内
積を次のように定義できる。
The entire signal z (t) on the section [0, L] is represented by z
When expressed as [0, L], the inner product of the signal z [0, L] and the signal z '[0, L] can be defined as follows.

【0038】[0038]

【式15】 ここで、z[0,L]=z’[0,L]のとき、V[0,L]=(z[0,
L],z’[0,L])である。内積(z[0,L],z’[0,L])
は、V[0,L]の一般化である。
(Equation 15) Here, when z [0, L] = z '[0, L], V [0, L] = (z [0, L
L], z '[0, L]). Dot product (z [0, L], z '[0, L])
Is a generalization of V [0, L].

【0039】式12で表わされたシステムに対して、コ
ストV[0,L]を最小にする最適な状態フィードバックゲ
インが存在する。ここでは、最適でない状態フィードバ
ックゲインを逐次最適フィードバックゲインに近づけて
いくことを考える。
For the system described by equation 12, there is an optimal state feedback gain that minimizes the cost V [0, L]. Here, it is considered that the non-optimal state feedback gain is successively approached to the optimal feedback gain.

【0040】時刻t=0においてのみ1の値を持つ単位
インパルス入力をδ0とし、β∈Rmとして追加インパル
スを伴った状態フィードバック入力
The only unit impulse input having a value of 1 at time t = 0 and [delta] 0, state feedback input with additional impulses as Beta∈R m

【式16】 を考え、初期状態x(0) をα∈Rnとするときの応答信
号をz[0,L](α,β,Kk)と表わす。
(Equation 16) And the response signal when the initial state x (0) is α∈R n is represented as z [0, L] (α, β, Kk).

【0041】そして、以下のように、計算手順の第kス
テップでは、フィードバックシステムに対するnk個の
初期応答値とmk個のインパルス応答の観測を行う。た
だし、ベクトルαki(i=1,…,nk)、βki(j=
1,…,mk)はそれぞれRn,Rmの次元を張るものと
する。
Then, as described below, in the k-th step of the calculation procedure, nk initial response values and mk impulse responses to the feedback system are observed. Here, vectors αki (i = 1,..., Nk), βki (j =
, Mk) extend the dimensions of R n and R m , respectively.

【0042】そして、Then,

【式17】 (Equation 17)

【式18】 とし、これらの信号から、以下のようなn×m行列Γk
とm×m行列Hkを計算する。
(Equation 18) From these signals, the following n × m matrix Γk
And an m × m matrix Hk are calculated.

【0043】ここで、Γkは状態フィードバックゲイン
の感度dV/dKkを表わし、Hkは、状態フィードバッ
クゲインの感度d2V/dKk2を表わす。
Here, Δk represents the sensitivity dV / dKk of the state feedback gain, and Hk represents the sensitivity d 2 V / dKk 2 of the state feedback gain.

【0044】[0044]

【式19】 (Equation 19)

【式20】 ただし、(Equation 20) However,

【式21】 (Equation 21)

【式22】 である。(Equation 22) It is.

【0045】このとき、制御器20では次式At this time, the controller 20 uses the following equation:

【式23】 または(Equation 23) Or

【式24】 のように状態フィードバックゲインが修正され、逐次最
適フィードバックゲインに近付く。ここでαは正のスカ
ラー量である。
(Equation 24) And the state feedback gain is corrected as shown in FIG. Here, α is a positive scalar quantity.

【0046】次に、フィードバックゲイン感度計算器4
0に対する対象システム10の入出力データの与え方に
ついて説明する。
Next, the feedback gain sensitivity calculator 4
How to provide input / output data of the target system 10 to 0 will be described.

【0047】フィードバックゲイン感度計算器40に対
する対象システム10の入出力データの与え方にはいろ
いろな方法が考えられるが、ここでは以下に示す計算手
順で与えることにする。
There are various methods for giving the input / output data of the target system 10 to the feedback gain sensitivity calculator 40. Here, the method will be given by the following calculation procedure.

【0048】まず、観測期間をL,データ数をNとす
る。そして、行列Ω(τ)の逐次式により前述したΓお
よびH、すなわち、フィードバックゲイン計算器40で
計算される状態フィードバックゲインの感度dV/dK
(Γ=dV/dK、H=d2V/dK2)は次のようにし
て計算される。
First, let L be the observation period and N be the number of data. Then, Γ and H described above by the sequential expression of the matrix Ω (τ), that is, the sensitivity dV / dK of the state feedback gain calculated by the feedback gain calculator 40.
(Γ = dV / dK, H = d 2 V / dK 2 ) is calculated as follows.

【0049】[0049]

【式25】 (Equation 25)

【式26】 (Equation 26)

【式27】 [Equation 27]

【式28】 (Equation 28)

【式29】 (Equation 29)

【式30】 [Equation 30]

【式31】 (Equation 31)

【式32】 ここで、τ=L−1,…,0、i,j=1,…,N、Ω
(L)=Inmである。
(Equation 32) Here, τ = L−1,..., 0, i, j = 1,.
(L) = Inm.

【0050】このとき、xi(τ),Δui(τ)を以下
のように与える。
At this time, xi (τ) and Δui (τ) are given as follows.

【0051】[0051]

【式33】 (Equation 33)

【式34】 次に、図3に示したフローチャートを参照してこの実施
例の制御器20の動作について説明する。
(Equation 34) Next, the operation of the controller 20 of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0052】まず、制御器20は、オンライン同定器3
0で計算された最適最適フィードバックゲインK0およ
びフィードバックゲイン感度計算器40で計算された状
態フィードバックゲインの感度dV/dKを読み込み
(ステップ201)、フィードバックゲイン感度計算器
40で計算された状態フィードバックゲインの感度dV
/dKが最適か否か、すなわち、dV/dK=0か否か
の判定を行う(ステップ202)。
First, the controller 20 controls the online identifier 3
The optimal feedback gain K0 calculated at 0 and the sensitivity dV / dK of the state feedback gain calculated at the feedback gain sensitivity calculator 40 are read (step 201), and the state feedback gain calculated at the feedback gain sensitivity calculator 40 is read. Sensitivity dV
It is determined whether / dK is optimal, that is, whether dV / dK = 0 (step 202).

【0053】ここで、フィードバックゲイン感度計算器
40で計算された状態フィードバックゲインの感度dV
/dKが最適、すなわち、dV/dK=0であると判定
されると、オンライン同定器30で計算された最適最適
フィードバックゲインK0をそのまま採用し、ライン5
7を介して入力された対象システム10の出力データy
に、同定器30から与えられている最適フィードバック
ゲインK0を適用して対象システム10に対する制御入
力データuを求め、これをライン57を介して対象シス
テム10に与える。
Here, the sensitivity dV of the state feedback gain calculated by the feedback gain sensitivity calculator 40.
/ DK is determined to be optimum, that is, dV / dK = 0, the optimum optimum feedback gain K0 calculated by the online identifier 30 is adopted as it is, and the line 5
7, the output data y of the target system 10
Then, the control input data u for the target system 10 is obtained by applying the optimum feedback gain K0 given from the identifier 30 and is supplied to the target system 10 via the line 57.

【0054】しかし、フィードバックゲイン感度計算器
40で計算された状態フィードバックゲインの感度dV
/dKが最適でない、すなわち、dV/dK=0でない
と判定されと、次に、現在の状態フィードバックゲイン
Kに対応するシステムパラメータθとオンライン同定器
30で得られるシステムパラメータθとが一致している
か、すなわちP=P0かの判断がなされる(ステップ2
03)。
However, the sensitivity dV of the state feedback gain calculated by the feedback gain sensitivity calculator 40
If it is determined that / dK is not optimal, that is, dV / dK = 0, then the system parameter θ corresponding to the current state feedback gain K matches the system parameter θ obtained by the online identifier 30. Is determined, that is, whether P = P0 (step 2)
03).

【0055】ここで、P=P0であると判断されると、
同定器30から与えられている最適フィードバックゲイ
ンK0の修正が行なわれる(ステップ204)。
Here, when it is determined that P = P0,
The optimum feedback gain K0 provided from the identifier 30 is corrected (step 204).

【0056】この最適フィードバックゲインK0の修正
は前掲の式23にしたがった次式によって行われる。
The correction of the optimum feedback gain K0 is performed by the following equation according to the above-mentioned equation (23).

【0057】[0057]

【式35】 また、ステップ203で、P=P0でないと判定された
場合、すなわち、フィードバックゲイン感度計算器40
で計算された状態フィードバックゲインの感度dV/d
Kが最適でなく、かつ現在の状態フィードバックゲイン
Kに対応するシステムパラメータθとオンライン同定器
30で得られるシステムパラメータθとが一致していな
いと判定された場合は、オンライン同定器30による新
たな同定を待って、この同定による新たな最適フィード
バックゲインK0をオンライン同定器30から読み込
み、この新たな最適フィードバックゲインK0を適用し
て対象システム10に対する制御入力データuを求め、
これをライン57を介して対象システム10に与える。
(Equation 35) If it is determined in step 203 that P = P0 is not satisfied, that is, the feedback gain sensitivity calculator 40
The sensitivity dV / d of the state feedback gain calculated by
If it is determined that K is not optimal and the system parameter θ corresponding to the current state feedback gain K does not match the system parameter θ obtained by the online identifier 30, a new parameter is determined by the online identifier 30. After the identification, the new optimal feedback gain K0 based on the identification is read from the online identifier 30 and the control input data u to the target system 10 is obtained by applying the new optimal feedback gain K0,
This is provided to the target system 10 via the line 57.

【0058】次に、この制御が終了か否かの判断を行い
(ステップ206)、終了でないと判断された場合はス
テップ201に戻り上記処理を繰り返し、終了であると
判断された場合はこの処理を終了する。
Next, it is determined whether or not this control is completed (step 206). If it is determined that the control is not completed, the process returns to step 201, and the above processing is repeated. To end.

【0059】このように、この実施例によれば、オンラ
イン同定器30でシステム同定法により最適フィードバ
ックゲインK0を求めて、制御器20に与えるととも
に、フィードバックゲイン感度計算器40で計算した状
態フィードバックゲインの感度dV/dKにしたがって
上記オンライン同定器30で求めた最適フィードバック
ゲインK0を微調整するように構成したので、応答速
度、精度の点で非常に良好な制御特性が実現できる。な
お、1入力系可観測正準系では、対象システムの状態x
は入力系列と出力系列で一意に表現される。
As described above, according to this embodiment, the on-line identifier 30 obtains the optimum feedback gain K0 by the system identification method, supplies it to the controller 20, and obtains the state feedback gain calculated by the feedback gain sensitivity calculator 40. Since the optimum feedback gain K0 obtained by the online identifier 30 is finely adjusted according to the sensitivity dV / dK, very good control characteristics in terms of response speed and accuracy can be realized. In the one-input observable canonical system, the state x of the target system
Is uniquely represented by an input sequence and an output sequence.

【0060】なお、入出力データの与え方を変えること
によって、対象システムのゲイン調整に種々の応用が考
えられる。また、局所的に線形システムで表現される非
線形システム等への応用も可能である。更に、非線形関
数の扱い易い同定法が確立されれば、ゲインの感度は非
線形状態フィードバック関数に対しても計算可能なの
で、適用的非線形システムの制御への応用も考えられ
る。
Various applications can be considered for adjusting the gain of the target system by changing the way of giving input / output data. Further, application to a nonlinear system or the like that is locally represented by a linear system is also possible. Furthermore, if an easy-to-handle identification method of the nonlinear function is established, the sensitivity of the gain can be calculated also for the nonlinear state feedback function, so that application to control of an adaptive nonlinear system can be considered.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
システム同定法により最適フィードバックゲインを求め
るとともに、対象システムの状態フィードバックゲイン
の感度を直接求めて最適フィードバックゲインの微調整
を行うように構成したので、制御対象の次元数やフィー
ドバックゲインの初期値等の制御対象に関する事前情報
を必要とせずに、動特性が大きく変化するような対象シ
ステムに適用した場合においても満足すべき応答速度、
精度が得られる。
As described above, according to the present invention,
The system is designed to determine the optimal feedback gain by the system identification method, and to fine-tune the optimal feedback gain by directly calculating the sensitivity of the state feedback gain of the target system. The response speed that can be satisfied even when applied to a target system in which dynamic characteristics change greatly without the need for prior information on the control target,
Accuracy is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の適応型制御方法を適用して構成した
制御システムの一実施例を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control system configured by applying an adaptive control method of the present invention.

【図2】図1に示したオンライン同定器による制御のみ
を抽出して示したブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing only control performed by an online identifier shown in FIG. 1;

【図3】図1に示した実施例の動作を説明するフローチ
ャート。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 対象システム 20 制御器 30 オンライン同定器 40 フィードバックゲイン感度計算器 10 Target System 20 Controller 30 Online Identifier 40 Feedback Gain Sensitivity Calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−46506(JP,A) 河村嘉あき「入出力データから最適レ ギュレータを構成する基礎アルゴリズ ム」計測自動制御学会論文集、24 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 11/00 - 13/02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-46506 (JP, A) Yoshiaki Kawamura, "Basic Algorithm for Constructing Optimal Regulator from Input / Output Data" Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, 24 ( 58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G05B 11/00-13/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の基本動特性の不定期な切り換えに
より動特性が表現される制御対象の制御方法において、 前記複数の基本動特性に対応する既知の複数の基本同定
器と該基本同定器に対応する基本状態フィードバックゲ
インとを予め求めて記憶し、 前記制御対象に対するオンライン入出力データからオン
ライン同定法により前記複数の基本同定器の中から前記
制御対象の現在の動特性に対応する基本同定器を判別し
て、 該判別した基本同定器に対応する基本状態フィードバッ
クゲインを前記記憶した基本状態フィードバックゲイン
から選択すると共に、 該選択した基本状態フィードバックゲインの感度を前記
制御対象に対するオンライン入出力データから逐次計算
し、 該感度の計算結果から前記選択した基本状態フィードバ
ックゲインが最適か否かの判定を行って、 前記判定において前記選択した基本状態フィードバック
ゲインが最適であると判定された場合は、前記選択した
基本状態フィードバックゲインを適用し、最適でないと
判定された場合は、前記計算した感度を用いて前記選択
した基本状態フードバックゲインの微調整を行うことを
特徴とする適応型制御方法。
1. A control method for a controlled object in which a dynamic characteristic is represented by irregular switching of a plurality of basic dynamic characteristics, comprising: a plurality of known basic identifiers corresponding to the plurality of basic dynamic characteristics; A basic state feedback gain corresponding to the control object is obtained and stored in advance, and a basic identification corresponding to a current dynamic characteristic of the control object from among the plurality of basic identifiers by an online identification method from online input / output data for the control object. And selecting a basic state feedback gain corresponding to the determined basic identifier from the stored basic state feedback gains, and setting the sensitivity of the selected basic state feedback gain to online input / output data for the controlled object. From the calculation result of the sensitivity, and the selected basic state feedback gain from the calculation result of the sensitivity. It is determined whether or not it is optimal.If it is determined in the determination that the selected basic state feedback gain is optimal, the selected basic state feedback gain is applied, and if it is determined that it is not optimal, And a fine adjustment of the selected basic state feedback gain using the calculated sensitivity.
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河村嘉あき「入出力データから最適レギュレータを構成する基礎アルゴリズム」計測自動制御学会論文集、24

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