JP3553264B2

JP3553264B2 - Feedback control device

Info

Publication number: JP3553264B2
Application number: JP08515896A
Authority: JP
Inventors: 野毅夫星
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-04-08
Also published as: JPH09274501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィ−ドバック制御装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、サーボ機構の駆動を制御する２自由度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、圧延機などのロ−ルを回転駆動するロ−ル駆動装置の速度制御系においては、一般に、駆動用の電動機に取り付けた速度検出器からの速度信号と、目標速度とを比較した結果に応じて、電動機の駆動状態を制御することにより実施されている。
【０００３】
ところが、この種の装置は、鋼板の噛み込み時や鋼板張力の変動等の負荷外乱をうけると、速度変動が発生し、目標速度からはずれてしまう。安定した操業を行うためには速度制御器の働きを強めて、このような負荷外乱の影響を低減し、変動した速度を速やかに目標速度に復帰させること（リカバリータイムの短縮）が重要である。しかし、このリカバリータイムを短縮するために制御器のゲインを上げると、目標値の変化に追従する目標値応答時のオーバーシュート量が大きくなってしまい、安定性がそこなわれる。従って、負荷外乱の影響低減（負荷応答改善）と目標値応答の安定化を同時に満たす２自由度制御器が必要となる。
【０００４】
例えば、一般的に知られているＰＩＤ制御系は調整法が確立されており調整が容易である反面、１自由度系であるので、負荷応答と目標値応答をそれぞれ独立に制御することができない。フィ−ドバック信号を目標値に追従させる制御系の代表例であるＰＩＤ制御系を図１０の（ａ）に示す。このＰＩＤ制御系において、目標値ｒｅｆの入力側から被制御量ｙの出力側までの伝達関数Ｇｒｅｆ−ｙは、次のように表される。
【０００５】
Ｇｒｅｆ−ｙ＝Ｋｃａ・Ｇａ／（１＋Ｋｃａ・Ｇａ・Ｈａ）
図１０の（ａ）に示すＰＩＤ制御は、フィ−ドバック制御器２２の伝達関数を規定するパラメ−タの調整法が確立されており、多くの産業界で広く利用されているものの、負荷応答改善と目標値応答改善とを各々独立に最適調整できない１自由度制御系であるという欠点がある。すなわち、フィ−ドバック信号を目標値に追従させる制御系において負荷外乱が存在する場合、制御出力への外乱の影響を低減すること（負荷応答の改善）と、フィ−ドバック信号の目標値への追従性を向上させること（目標値応答の改善）を同時に満足させることが難かしい。
【０００６】
例えば、制御対象機器１０が圧延機であってフィ−ドバック制御器２２がＰＩ制御演算にて、圧延速度（圧延ロ−ルの回転速度Ｎ）ｙを目標値（目標速度）ｒｅｆとするための速度指令を圧延機に与えるものである場合、目標速度（ｒｅｆ）をステップ状に与え、その後負荷外乱τｄを与えると、圧延ロ−ルの回転速度Ｎは図１１あるいは図１２に示すように変化する。図１１はフィ−ドバック制御器２２のＰＩ制御の時定数を大きく設定した場合のもので、目標値応答はよいが、負荷応答は時間がかかり過ぎている。図１２は制御器２２のＰＩ制御の時定数を小さく設定した場合のものであり、負荷応答に関しては図１１の場合よりも改善されているが、目標値応答のオ−バ−シュ−トが大き過ぎ、振動的である。このように通常のＰＩ制御では目標値応答と負荷応答を同時に満足させることは難しい。
【０００７】
負荷応答改善と目標値応答改善を同時に達成するためには、フィ−ドバック制御装置を２自由度化しなければならないが、一般に２自由度制御系の制御パラメ−タ調整は簡単ではない。例えば図１０の（ｂ）に示す２自由度系のフィ−ドバック制御装置では、フィ−ドバック制御器２３のパラメ−タを調整することにより負荷応答を最適化した後、補償器３０’によって負荷応答を変えることなく目標値応答を改善することが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フィ−ドバック制御器２３および補償器３０’の調整法にＰＩＤ制御（制御器２２）のような一般的に良く知られたノウハウがないため調整が難かしく、かつ負荷応答改善のために制御器２３のパラメ−タを調整し直すと、目標値応答を悪化させてしまうことが多いため、再度補償器３０’も調整し直さなければならないという欠点がある。このような問題に対して、制御系の基本的な応答調整は調整ノウハウのよく知られたＰＩＤ制御系で行ない、ＰＩＤ制御だけでは不十分な系の特性改善を補償器５０’，３０’で行うことによって、高い制御性能を達成しながら調整を容易とした２自由度Ｈ∞制御法を適用したフィ−ドバック制御装置を提案した（特願平６−１５９９１７号）。その概要を図１０の（ｃ）に示す。しかしこれでも、ＰＩＤ制御器２４あるいは補償器５０’を調整した場合、補償器３０’を再調整する必要があることについては、通常の２自由度制御系と同様である。
【０００９】
本発明は、高度な２自由度制御系でありながら、調整法のよく知られたＰＩＤ等のフィ−ドバック制御系と同様に、制御特性の調整が容易なフィ−ドバック制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のフィ−ドバック制御装置（図１のＰＩＮ）は、
被制御量ｙの、目標値ｒｅｆに対する偏差を零にするための出力値を発生するフィ−ドバック制御器（２２）；
目標値ｒｅｆに対する、第３補正値の偏差を零にするための第１補正値を発生する、前記フィ−ドック制御器（２２）と伝達関数が実質上同一の補正制御器（３２），この第１補正値より第２補正値を算出する、制御対象機器の被制御量ｙのフィ−ドバック伝達関数と伝達関数が実質上同一の第１補正演算器（３３）、および、第２補正値より第３補正値を算出する、制御対象機器と伝達関数が実質上同一の第２補正演算器（３４）、を含む第１補償器（３０）；
前記フィ−ドバック制御器（２２）が発生する出力値に対する第１補正値の偏差に補正を与えた第４補正値を発生する第２補償器（５０）；および、
前記フィ−ドバック制御器（２２）が発生する出力値と第４補正値の和を、制御対象機器に指令値として与える手段（６０）；
を備える。なお、理解を容易にするためにカッコ内に、図面に示し後述する実施形態でブロックで示した機能要素の符号を、参考までに付記した。なお、・・・器なる要素表現ならびに図面に示すフィ−ドバック制御装置内各ブロックは、ハ−ドウェア上の演算素子のみならず、演算プログラムに基づいて実行される演算機能をも意味するものである。すなわち、「・・・器」は、「・・・機能」をも意味する。
【００１１】
上記本発明のフィ−ドバック制御装置（図１のＰＩＮ）は、図１０の（ｂ）に示す一般的な２自由度制御系において制御器２３を、図１に示すように調整法のよく知られたフィ−ドバック制御器２２に変更することによって、制御系の目標値応答調整は、調整法のよく知られたフィ−ドバック制御器２２で行ないながら、第２補償器５０によって目標値応答を悪化させることなく、負荷応答改善が行なえるようにしたものである。第１補償器３０は、目標値ｒｅｆの入力側から見て、第２補償器５０が存在しないかのように見なせる補償を行なうものであり、１つのフィ−ドバックル−プを構成しており、目標値ｒｅｆに対する、第３補正値の偏差を零にするための第１補正値を発生する。第１補償器３０の伝達関数Ｃ２は、Ｃ２＝Ｋｃｉ／（１＋ＫｃｉＧｉＨｉ）で示される。なお、補正制御器３２は、フィ−ドック制御器２２と伝達関数が実質上同一（Ｋｃｉ＝Ｋｃａ）であり、第１補正値より第２補正値を算出する第１補正演算器３３は、制御対象機器１０の被制御量ｙのフィ−ドバック伝達関数と伝達関数が実質上同一（Ｈｉ＝Ｈａ）であり、また、第２補正値より第３補正値を算出する第２補正演算器３４は、制御対象機器１０の動作の伝達関数と伝達関数が実質上同一（Ｇｉ＝Ｇａ）である。
【００１２】
図１３の（ａ）に、上述の本発明のフィードバック制御装置（図１のＰＩＮ）を含めた、目標値ｒｅｆの入力側から対象機器１０のｙの出力側までの主要構成ブロック（図１：第１補償器３０、減算器４０、第２補償器５０、加算器６０、対象機器１０伝達関数１１，１２に対応）と同構成のブロック線図を示す。これは、図１０の（ａ）に示したＰＩＤ制御系に補償器（３０，５０に対応）を付加したものである。ところで、この伝達関数Ｇ’ｒｅｆ−ｙを求めるには、まず図１３の（ａ）に示したブロック線図を等価変換し、図１４の（ｇ）の形に簡略化する。この変換工程の一例を図１３および図１４に（ｂ）〜（ｆ）の順で示す。図１４の（ｇ）の形に等価変換されたブロック図より、本発明のフィードバック制御装置ＰＩＮを含めた、図１に示す制御系の目標値ｒｅｆの入力側から被制御量ｙを出力する対象機器１０の出力側までの伝達関数Ｇ’ｒｅｆ−ｙを求めると、次の通りである。
【００１３】
【数１】

【００１４】
ここで、Ｃ２は第１補償器３０の伝達関数であるので、Ｃ２＝Ｋｃｉ／（１＋ＫｃｉＧｉＨｉ）を代入すると、
【００１５】
【数２】

【００１６】
となる。さらに、補正制御器３２はフィ−ドック制御器２２と伝達関数が実質上同一であり、第１補正演算器３３は制御対象機器１０の被制御量ｙのフィ−ドバック伝達関数と伝達関数が実質上同一であり、第２補正演算器３４は制御対象機器１０の動作の伝達関数と伝達関数が実質上同一であるので、（１）式において、Ｋｃｉ＝Ｋｃａ，Ｈｉ＝Ｈａ，Ｇｉ＝Ｇａを代入すれば、
【００１７】
【数３】

【００１８】
となり、最終的には前述した図１０の（ａ）に示すＰＩＤ制御系の伝達関数Ｇｒｅｆ−ｙと同一となる。
【００１９】
以上のように、本発明によりフィ−ドバック制御装置ＰＩＮを図１に示すように構成し、かつ、Ｋｃｉ＝Ｋｃａ，Ｈｉ＝Ｈａ＆Ｇｉ＝Ｇａとすることにより、すなわち、第１補償器３０の伝達関数Ｃ２を、
Ｋｃａ／（１＋Ｋｃａ・Ｇａ・Ｈａ）
とすることにより、フィ−ドバック制御器２２および補正制御器３２の伝達関数のパラメ−タを、所望の目標値応答のものに同時に同一値に調整し、第２補償器５０の伝達関数のパラメ−タを負荷応答のよいものに調整して、目標値応答および負荷応答共に最適に調整しうる。第２補償器５０の調整によってフィ−ドバック制御装置２２による目標値応答特性が悪化しないので、この負荷応答の調整が容易である。
【００２０】
フィ−ドバック制御器２２（Ｋｃａ）は、ＰＩ制御器あるいはＰＩＤ制御器である必要もなく、比例（Ｐ）制御器，積分（Ｉ）制御器，微分（Ｄ）制御器あるいは比例微分（ＰＤ）制御器であってもよいし、第２補償器５０（Ｃ１）は、比例演算（Ｐ），微分演算（Ｄ），位相進み遅れ演算，１次遅れ演算，多項式演算のいずれでも、本発明を適用できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施形態を示す。図１に示すフィ−ドバック制御器２２は、次の表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．６のいずれの態様であっても、本発明を実現しうる。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の各態様の演算器（制御器２２）の構成を図２に、１．〜３．として示し、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の各態様の演算器（制御器２２）の構成を図３に、３．〜６．として示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
フィ−ドバック制御装置ＰＩＮの指令値から対象機器１０の被制御量ｙまでの伝達関数をブロック１１（Ｇａ）で示し、被制御量ｙをフィ−ドバック制御装置ＰＩＮに与えるフィ−ドバックル−プの伝達関数をブロック１２（Ｈａ）で示す。
【００２４】
対象機器１０を図８の（ａ）に示すロール駆動装置とした場合、通板ロールという負荷は、モ−タに連結されており、このロール駆動装置のモータ軸まわりの全慣性モ−メントの合計をＪとすると、図８の（ｂ）に示す系に模擬できる。この圧延機の伝達関数Ｇａを図４の（ａ）に示す。伝達関数Ｇａの成分である、伝達関数Ｇｅは、速度指令（ＰＩＮの出力）に応答してモ−タの通電レベルを変更するモ−タドライバのもの、伝達関数Ｇｍはモ−タのもの、伝達関数Ｇｐはモ−タによって駆動される機械系のものである。
【００２５】
この圧延機の、圧延ロ−ラの回転速度（被制御量ｙ）をフィ−ドバック制御器２２に与えるフィ−ドバックル−プの伝達関数Ｈａを図５の（ａ）に示す。
【００２６】
この圧延機に適用する態様において、フィ−ドバック制御器２２（Ｋｃａ）は、ＰＩ制御器（図３の４．）又はＰＩＤ制御器（図３の５．）とする。これに対応して、第１補償器３０の補正制御器３２（Ｋｃｉ）は、フィ−ドバック制御器２２（Ｋｃａ）と同一の伝達特性のもの（Ｋｃｉ＝Ｋｃａ）とする。すなわち、補正制御器３２の伝達関数Ｋｃｉはフィ−ドバック制御器２２の伝達関数Ｋｃａと同一とし、フィ−ドバック制御器２２の伝達関数Ｋｃａのパラメ−タ値と補正制御器３２の伝達関数Ｋｃｉのパラメ−タ値も同一とする。すなわち、目標値応答を調整するためにフィ−ドバック制御器２２の伝達関数Ｋｃａのパラメ−タ値を調整（変更）するときには、補正制御器３２の伝達関数Ｋｃｉの対応パラメ−タ値も同じ値に調整（変更）する。
【００２７】
上述の圧延機に適用する態様において、第１補償器３０の第１補正演算器３３（Ｈｉ）は、圧延機（１０）のフィ−ドバック伝達関数Ｈａと同一の伝達特性のものとする。すなわち、第２補正演算器３４の伝達関数Ｈｉは、図５の（ｂ）に示すように、図５の（ａ）に示す伝達関数Ｈａと同一とする。
【００２８】
上述の圧延機に適用する態様において、補償器３０の第２補正演算器３４（Ｇｉ）は、図４の（ｂ）に示すように、図４の（ａ）に示す圧延機伝達関数Ｇａと同一の伝達特性のものとする。
【００２９】
第２補償器５０（Ｃ１）は、次の表２に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．５のいずれの態様も用いうる。図６の（ａ）〜（ｄ）に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の態様すなわち、比例演算（Ｐ），微分演算（Ｄ），１次遅れ演算および位相進み遅れ演算、のそれぞれの構成を示し、図７に、Ｎｏ．５の多項式演算の構成を示す。
【００３０】
【表２】

【００３１】
上述の圧延機に適用する態様において、第２補償器５０（Ｃ１）は、Ｎｏ．３（図６の（ｃ））の１次遅れ演算，Ｎｏ．４（図６の（ｄ））の位相進み遅れ演算あるいはＮｏ．５の多項式演算のものを用いる。Ｎｏ．３（図６の（ｃ））の１次遅れ演算のものが、構成および調整が簡単であるので、これを用いるのが好ましい。例えば、１次遅れ演算（表２のＮｏ．４のＫ４／（Ｔ３・ｓ＋１））のものを用いる場合、図１１に示した目標値応答が良い場合のＰＩ制御器（２２）の時定数をＴ_１１とし、この伝達特性にＰＩ制御器２２および補正制御器３２が設定されているときに、図１２に示した負荷応答に調整するときには、図１２に示した負荷応答が良い場合のＰＩ制御器（２２）の時定数をＴ_１２とすると、第２補償器５０の伝達関数Ｃ１：Ｋ４／（Ｔ３・ｓ＋１）を、
Ｋ４／（Ｔ３・ｓ＋１）＝（Ｔ_１１−Ｔ_１２）／（Ｔ_１１・Ｔ_１２・ｓ＋Ｔ_１２）
＝〔（Ｔ_１１−Ｔ_１２）／Ｔ_１２〕／（Ｔ_１１・ｓ＋１）
したがって、Ｋ４＝〔（Ｔ_１１−Ｔ_１２）／Ｔ_１２〕、Ｔ３＝Ｔ_１１、と調整することにより、図１１に示した目標値応答と図１２に示した負荷応答を同時に満たす、例えば図９に示す応答特性に調整しうる。
【００３２】
以上の通り、本発明によれば、基本的な目標値応答調整はフィ−ドバック制御器２２で調整しこれと同じく第１補償器３０の補正制御器３２を調整し、この目標値応答を変えることなく第２補償器５０により負荷応答を調整しうる。制御器２２，３２ならびに第２補償器５０の伝達関数は、第１表および第２表に示すように各種のものであって良く、汎用性が高い。したがって産業上の応用範囲としても、上述のモ−タ速度制御系のみならず負荷外乱があり得るあらゆる制御対象機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィ−ドバック制御装置ＰＩＮの機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すフィ−ドバック制御器２２および補正制御器３２の構成の３種を示すブロック図である。
【図３】図１に示すフィ−ドバック制御器２２および補正制御器３２の構成の他の３種を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は図１に示す対象機器１０の動作の伝達関数を示すブロック図、（ｂ）は図１に示す第２補正演算器３４の伝達関数を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は図１に示す対象機器１０の被制御量ｙのフィ−ドバック伝達関数を示すブロック図、（ｂ）は図１に示す第２補正演算器３３の伝達関数を示すブロック図である。
【図６】図１に示す第２補償器５０の構成の４種を示すブロック図である。
【図７】図１に示す第２補償器５０の構成の他の１種を示すブロック図である。
【図８】（ａ）は図１に示す対象機器１０の圧延機の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の圧延機の等価モデルを示すブロック図である。
【図９】図１に示すフィ−ドバック制御装置ＰＩＮで実現しうる圧延機のロ−ル回転速度Ｎの変化特性を示すタイムチャ−トである。
【図１０】（ａ）は、従来の一般的なフィ−ドバック制御系を示すブロック図、（ｂ）は従来の２自由度制御系の１つを示すブロック図、（ｃ）は従来の２自由度Ｈ∞制御系を示すブロック図である。
【図１１】図１０の（ａ）に示す一般的なフィ−ドバック制御系で実現しうる圧延機のロ−ル回転速度Ｎの変化特性の１つを示すタイムチャ−トである。
【図１２】図１０の（ａ）に示す一般的なフィ−ドバック制御系で実現しうる圧延機のロ−ル回転速度Ｎの変化特性のもう１つを示すタイムチャ−トである。
【図１３】（ａ）は図１に示すフィ−ドバック制御装置の制御ブロックと同構成のブロック図であり、（ｂ）は（ａ）を等価変換したブロック図であり、（ｃ）は（ｂ）を等価変換したブロック図である。
【図１４】（ｄ）は図１３の（ｃ）を等価変換したブロック図であり、（ｅ）は（ｄ）を等価変換したブロック図であり、（ｆ）は（ｅ）を等価変換したブロック図である。（ｇ）は（ｆ）を等価変換したブロック図である。
【符号の説明】
１０：対象機器１１：対象機器１０の動作の伝達関数
１２：対象機器１０の被制御量ｙのフィ−ドバック伝達関数
２０：フィ−ドバック制御器２１：減算器
２２：制御器３０：第１補償器
３１：減算器３２：補正制御器
３３：第１補正演算器３４：第２補正演算器
４０：減算器５０：第２補償器
６０：加算器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a feedback control device, and more particularly, but not exclusively, to a two-degree-of-freedom control device for controlling driving of a servo mechanism.
[0002]
[Prior art]
For example, in a speed control system of a roll driving device for rotating a roll such as a rolling mill, generally, a result obtained by comparing a speed signal from a speed detector attached to a driving motor with a target speed. The control is performed by controlling the driving state of the electric motor according to.
[0003]
However, in this type of apparatus, when a load disturbance such as a bite of a steel sheet or a change in the tension of the steel sheet is applied, a speed fluctuation occurs, and the target speed deviates. In order to perform a stable operation, it is important to enhance the function of the speed controller to reduce the influence of such load disturbance and quickly return the fluctuated speed to the target speed (reduction of recovery time). . However, if the gain of the controller is increased in order to shorten the recovery time, the amount of overshoot at the time of responding to the target value following the change in the target value increases, and the stability is impaired. Therefore, a two-degree-of-freedom controller that simultaneously satisfies the effect of reducing load disturbance (improving load response) and stabilizing target value response is required.
[0004]
For example, a generally known PID control system has an established adjustment method and is easy to adjust. On the other hand, since it is a single-degree-of-freedom system, the load response and the target value response cannot be independently controlled. . FIG. 10A shows a PID control system which is a typical example of a control system that causes a feedback signal to follow a target value. In this PID control system, a transfer function Gref-y from the input side of the target value ref to the output side of the controlled variable y is expressed as follows.
[0005]
Gref-y = Kca.Ga / (1 + Kca.Ga.Ha)
In the PID control shown in FIG. 10A, a method of adjusting parameters for defining the transfer function of the feedback controller 22 has been established, and although it is widely used in many industries, the load response is large. There is a drawback in that it is a one-degree-of-freedom control system in which the improvement and the target value response improvement cannot be independently and optimally adjusted. That is, when there is a load disturbance in the control system that causes the feedback signal to follow the target value, it is necessary to reduce the influence of the disturbance on the control output (improve the load response) and to reduce the influence of the feedback signal on the target value. It is difficult to simultaneously satisfy the improvement of the followability (improvement of the target value response).
[0006]
For example, the control target device 10 is a rolling mill, and the feedback controller 22 performs a PI control operation to set a rolling speed (rotational speed N of the rolling roll) y to a target value (target speed) ref. When a speed command is given to a rolling mill, a target speed (ref) is given in a step-like manner, and then a load disturbance τd is given, the rotation speed N of the rolling roll changes as shown in FIG. 11 or FIG. I do. FIG. 11 shows a case where the time constant of the PI control of the feedback controller 22 is set to be large. The target value response is good, but the load response takes too much time. FIG. 12 shows a case where the time constant of the PI control of the controller 22 is set to be small. The load response is improved as compared with the case of FIG. 11, but the overshoot of the target value response is reduced. Too large and vibrating. As described above, it is difficult for the normal PI control to simultaneously satisfy the target value response and the load response.
[0007]
In order to simultaneously improve the load response and the target value response, the feedback control device must have two degrees of freedom. However, generally, it is not easy to adjust the control parameters of the two degree of freedom control system. For example, in the feedback system of the two-degree-of-freedom system shown in FIG. 10B, the load response is optimized by adjusting the parameters of the feedback controller 23, and then the load is adjusted by the compensator 30 '. It is possible to improve the target value response without changing the response.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the adjustment method of the feedback controller 23 and the compensator 30 'does not have generally well-known know-how such as the PID control (controller 22), so that the adjustment is difficult and the load response is improved. Re-adjustment of the parameters of the controller 23 often deteriorates the target value response, and thus has the disadvantage that the compensator 30 'must be adjusted again. To cope with such a problem, the basic response adjustment of the control system is performed by a PID control system with well-known adjustment know-how, and the compensators 50 'and 30' improve the characteristic of the system which is not sufficient only by the PID control. By doing so, a feedback control device to which a two-degree-of-freedom H∞ control method that facilitates adjustment while achieving high control performance has been proposed (Japanese Patent Application No. 6-159917). The outline is shown in FIG. However, even in this case, when the PID controller 24 or the compensator 50 'is adjusted, it is necessary to readjust the compensator 30', as in the ordinary two-degree-of-freedom control system.
[0009]
An object of the present invention is to provide a feedback control device which is easy to adjust the control characteristics as well as a feedback control system such as a PID which has a well-known adjustment method, although it is an advanced two-degree-of-freedom control system. With the goal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The feedback control device (PIN in FIG. 1) of the present invention
A feedback controller (22) for generating an output value for making the deviation of the controlled variable y from the target value ref zero;
A correction controller (32) having a transfer function substantially the same as that of the feed dock controller (22) for generating a first correction value for making a deviation of the third correction value from the target value ref zero; A first correction calculator for calculating a second correction value from the first correction value, the transfer function of the controlled variable y of the controlled device being substantially the same as the transfer function of the feedback amount, and the second correction value A first compensator (30) including a second correction calculator (34) having a transfer function substantially the same as that of the device to be controlled, which calculates a third correction value;
A second compensator (50) for generating a fourth correction value by correcting a deviation of the first correction value from an output value generated by the feedback controller (22);
Means (60) for giving the sum of the output value generated by the feedback controller (22) and the fourth correction value as a command value to the device to be controlled;
Is provided. To facilitate understanding, reference numerals in parentheses indicate functional elements shown in the drawings and shown in blocks in the embodiments described later. It should be noted that each element in the device control and each block in the feedback control device shown in the drawing means not only an arithmetic element on hardware but also an arithmetic function executed based on an arithmetic program. is there. In other words, “... Device” also means “... Function”.
[0011]
The feedback control device of the present invention (PIN in FIG. 1) is a well-known adjustment method for the controller 23 in the general two-degree-of-freedom control system shown in FIG. 10B, as shown in FIG. By adjusting the feedback value to the feedback controller 22, the target value response of the control system is adjusted by the second compensator 50 while the feedback value of the feedback controller 22 is well known. The load response can be improved without deterioration. The first compensator 30 performs compensation such that it can be regarded that the second compensator 50 does not exist when viewed from the input side of the target value ref, and constitutes one feedback loop. A first correction value for reducing the deviation of the third correction value from the target value ref to zero is generated. The transfer function C2 of the first compensator 30 is represented by C2 = Kci / (1 + KciGiHi). The correction controller 32 has substantially the same transfer function (Kci = Kca) as the feed dock controller 22, and the first correction calculator 33 for calculating the second correction value from the first correction value has a control function. The feedback transfer function and the transfer function of the controlled variable y of the target device 10 are substantially the same (Hi = Ha), and the second correction calculator 34 for calculating the third correction value from the second correction value is And the transfer function of the operation of the controlled device 10 is substantially the same (Gi = Ga).
[0012]
FIG. 13A shows main constituent blocks from the input side of the target value ref to the output side of y of the target device 10 (FIG. 1: including the feedback control device of the present invention (PIN in FIG. 1)). A block diagram having the same configuration as the first compensator 30, the subtractor 40, the second compensator 50, the adder 60, and the

transfer functions

11 and 12 of the target device 10 is shown. This is obtained by adding a compensator (corresponding to 30 and 50) to the PID control system shown in FIG. By the way, in order to obtain the transfer function G'ref-y, first, the block diagram shown in FIG. 13A is equivalently transformed and simplified to the form shown in FIG. 14G. One example of this conversion step is shown in FIGS. 13 and 14 in the order of (b) to (f). From the block diagram equivalently converted to the form of FIG. 14G, the target to which the controlled variable y is output from the input side of the target value ref of the control system shown in FIG. 1 including the feedback control device PIN of the present invention is shown. The transfer function G′ref-y to the output side of the device 10 is obtained as follows.
[0013]
(Equation 1)

[0014]
Here, since C2 is a transfer function of the first compensator 30, if C2 = Kci / (1 + KciGiHi) is substituted,
[0015]
(Equation 2)

[0016]
It becomes. Further, the correction controller 32 has substantially the same transfer function as the feedback controller 22, and the first correction calculator 33 has a feedback transfer function and a transfer function of the controlled variable y of the controlled device 10. Since the transfer function and the transfer function of the operation of the controlled device 10 are substantially the same in the second correction calculator 34, Kci = Kca, Hi = Ha, and Gi = Ga in Expression (1). If you substitute
[0017]
(Equation 3)

[0018]
Finally, the transfer function Gref-y of the PID control system shown in FIG.
[0019]
As described above, according to the present invention, the feedback control device PIN is configured as shown in FIG. 1 and Kci = Kca, Hi = Ha & Gi = Ga, ie, the first compensator 30 The transfer function C2 is
Kca / (1 + Kca · Ga · Ha)
Thus, the parameters of the transfer function of the feedback controller 22 and the correction controller 32 are simultaneously adjusted to the same values as those of the desired target value response, and the parameters of the transfer function of the second compensator 50 are adjusted. The load response can be adjusted so that the target value response and the load response are optimally adjusted. The adjustment of the second compensator 50 does not deteriorate the target value response characteristic of the feedback control device 22, so that the adjustment of the load response is easy.
[0020]
The feedback controller 22 (Kca) does not need to be a PI controller or a PID controller, but is a proportional (P) controller, an integral (I) controller, a derivative (D) controller or a proportional derivative (PD). The controller may be a controller, or the second compensator 50 (C1) may perform the present invention in any of proportional operation (P), differential operation (D), phase advance / delay operation, first-order delay operation, and polynomial operation. Applicable.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The feedback controller 22 shown in FIG. 1 to No. The present invention can be realized by any of the six embodiments. No. 1 to No. FIG. 2 shows the configuration of the arithmetic unit (controller 22) in each of the three modes. ~ 3. No. 4-No. FIG. 3 shows the configuration of the arithmetic unit (controller 22) in each mode of FIG. ~ 6. As shown.
[0022]
[Table 1]

[0023]
The transfer function from the command value of the feedback control device PIN to the controlled value y of the target device 10 is indicated by block 11 (Ga), and the feedback loop for providing the controlled value y to the feedback control device PIN is shown. The transfer function is indicated by block 12 (Ha).
[0024]
When the target device 10 is a roll driving device shown in FIG. 8A, a load called a threading roll is connected to a motor, and all the inertia moments around the motor shaft of the roll driving device are used. Assuming that the total is J, a system shown in FIG. 8B can be simulated. The transfer function Ga of this rolling mill is shown in FIG. The transfer function Ge, which is a component of the transfer function Ga, is that of a motor driver that changes the energization level of the motor in response to a speed command (output of a PIN). The transfer function Gm is that of a motor. The function Gp is for a mechanical system driven by a motor.
[0025]
FIG. 5 (a) shows a feedback loop transfer function Ha of this rolling mill, which gives the rotation speed (controlled amount y) of the rolling roller to the feedback controller 22.
[0026]
In an embodiment applied to this rolling mill, the feedback controller 22 (Kca) is a PI controller (4 in FIG. 3) or a PID controller (5 in FIG. 3). Correspondingly, the correction controller 32 (Kci) of the first compensator 30 has the same transfer characteristic (Kci = Kca) as the feedback controller 22 (Kca). That is, the transfer function Kci of the correction controller 32 is the same as the transfer function Kca of the feedback controller 22, and the parameter values of the transfer function Kca of the feedback controller 22 and the transfer function Kci of the correction controller 32 are calculated. The parameter values are also the same. That is, when adjusting (changing) the parameter value of the transfer function Kca of the feedback controller 22 in order to adjust the target value response, the corresponding parameter value of the transfer function Kci of the correction controller 32 is also the same value. Adjust (change) to.
[0027]
In the embodiment applied to the above-mentioned rolling mill, the first correction calculator 33 (Hi) of the first compensator 30 has the same transfer characteristic as the feedback transfer function Ha of the rolling mill (10). That is, as shown in FIG. 5B, the transfer function Hi of the second correction calculator 34 is the same as the transfer function Ha shown in FIG.
[0028]
In the embodiment applied to the above-described rolling mill, the second correction computing unit 34 (Gi) of the compensator 30 is configured to transmit the rolling mill transfer function Ga shown in FIG. They have the same transfer characteristics.
[0029]
The second compensator 50 (C1) has the No. 2 shown in Table 2 below. 1 to No. Any of the five embodiments can be used. 6 (a) to 6 (d) show No. 1 to No. FIG. 7 shows the configuration of proportional operation (P), differential operation (D), first-order lag operation, and phase advance / delay operation. 5 shows a configuration of a polynomial operation of No. 5.
[0030]
[Table 2]

[0031]
In the embodiment applied to the above-mentioned rolling mill, the second compensator 50 (C1) is No. 3 ((c) in FIG. 6), the first-order lag calculation, 4 ((d) in FIG. 6), 5 is used. No. 3 (FIG. 6 (c)) is preferably used because it has a simple configuration and adjustment. For example, when using the first-order lag calculation (K4 / (T3 · s + 1) of No. 4 in Table 2), the time constant of the PI controller (22) when the target value response shown in FIG. and T _11, when the PI controller 22 and the correction controller 32 is set to this transfer characteristic, when adjusting the load response shown in FIG. 12, the load response PI control when good as shown in FIG. 12 when the time constant of the vessel (22) and _{T 12,} the transmission of the second compensator 50 functions C1: K4 / a (T3 · s + 1),
_{_{K4 / (T3 · s + 1}} ) = (T 11 -T 12) / (T 11 · T 12 · s + T 12)
= _{_{_{[(T 11 -T 12) / T}}} 12 ] _{/ (T 11 · s + 1} )
Therefore, K4 = _{_{_{[(T 11 -T 12) / T}}} 12 ], by adjusting the T3 _{= T 11,,} satisfying at the same time the load response indicated a target value response and 12 shown in FIG. 11, for example, FIG. 9 can be adjusted.
[0032]
As described above, according to the present invention, the basic adjustment of the target value response is adjusted by the feedback controller 22, and similarly, the adjustment controller 32 of the first compensator 30 is adjusted to change the target value response. The load response can be adjusted by the second compensator 50 without the need. The transfer functions of the

controllers

22 and 32 and the second compensator 50 may be various as shown in Tables 1 and 2, and have high versatility. Therefore, the present invention can be applied not only to the above-described motor speed control system but also to any control target device that may have a load disturbance as an industrial application range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a feedback control device PIN of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing three types of configurations of a feedback controller 22 and a correction controller 32 shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing another three types of configurations of the feedback controller 22 and the correction controller 32 shown in FIG.
4A is a block diagram showing a transfer function of the operation of the target device 10 shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a block diagram showing a transfer function of a second correction calculator 34 shown in FIG.
5A is a block diagram showing a feedback transfer function of a controlled variable y of the target device 10 shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a block diagram showing a transfer function of a second correction calculator 33 shown in FIG. It is a block diagram.
FIG. 6 is a block diagram showing four types of configurations of a second compensator 50 shown in FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing another type of the configuration of the second compensator 50 shown in FIG. 1;
8A is a perspective view showing an appearance of a rolling mill of the target device 10 shown in FIG. 1, and FIG. 8B is a block diagram showing an equivalent model of the rolling mill shown in FIG.
9 is a time chart showing a change characteristic of a roll rotation speed N of a rolling mill which can be realized by the feedback control device PIN shown in FIG.
10A is a block diagram showing a conventional general feedback control system, FIG. 10B is a block diagram showing one of the conventional two-degree-of-freedom control systems, and FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a degree of freedom H∞ control system.
FIG. 11 is a time chart showing one of the change characteristics of the roll rotation speed N of the rolling mill which can be realized by the general feedback control system shown in FIG.
FIG. 12 is a time chart showing another change characteristic of the roll rotation speed N of the rolling mill which can be realized by the general feedback control system shown in FIG.
13 (a) is a block diagram having the same configuration as the control block of the feedback control device shown in FIG. 1, (b) is a block diagram obtained by equivalently converting (a), and (c) is ( It is the block diagram which carried out equivalent conversion of b).
14 (d) is a block diagram of FIG. 13 (c) converted equivalently, FIG. 14 (e) is a block diagram equivalently converted of FIG. 13 (d), and FIG. It is a block diagram. (G) is a block diagram equivalently transformed from (f).
[Explanation of symbols]
10: Target device 11: Transfer function of operation of target device 10 12: Feedback transfer function of controlled quantity y of target device 10 20: Feedback controller 21: Subtractor 22: Controller 30: First compensation 31: subtractor 32: correction controller 33: first correction calculator 34: second correction calculator 40: subtractor 50: second compensator 60: adder

Claims

A feedback controller for generating an output value for making the deviation of the controlled variable y from the target value ref zero;
A correction controller for generating a first correction value for reducing the deviation of the third correction value from the target value ref to zero, the transfer controller having substantially the same transfer function as the feed dock controller; (2) calculating a correction value, a first correction calculator having substantially the same transfer function as the feedback transfer function of the controlled variable y of the controlled device, and calculating a third correction value from the second correction value. A first compensator including a second correction calculator having a transfer function substantially the same as that of the controlled device;
A second compensator for generating a fourth correction value by correcting a deviation of the first correction value from an output value generated by the feedback controller;
Means for giving a sum of an output value generated by the feedback controller and a fourth correction value to a device to be controlled as a command value;
A feedback control device comprising: