JP4274046B2 - Control device, control parameter adjustment device, control parameter adjustment method, program, and recording medium - Google Patents
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Description
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、その制御パラメータを調整する装置および方法、それらに用いられるプログラム並びにプログラムを記録した記録媒体に関する。 The present invention relates to a control device that controls a physical state such as temperature and pressure to be controlled, an apparatus and method for adjusting control parameters thereof, a program used for them, and a recording medium on which the program is recorded.
従来の制御装置、例えば、ＰＩＤ制御装置では、ステップ応答法やリミットサイクル法などを用いてオートチューニングを行って、ＰＩＤ制御パラメータを調整して制御を行っており（例えば、特許文献１参照）、システムの変動に対しては、システムを同定し、その同定結果に応じてＰＩＤ制御パラメータを変更することにより対応している。
しかしながら、このような従来例では、特に、非線形性の強いシステムでは、その同定の信頼性が十分でなく、所望の制御特性が得られない場合があるという課題がある。 However, in such a conventional example, particularly in a system with strong nonlinearity, there is a problem that reliability of identification is not sufficient and desired control characteristics may not be obtained.
本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、システムに応じてより精度の高い制御特性が得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to obtain more accurate control characteristics according to the system.
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
すなわち、本発明の制御装置は、設定値および制御対象からの制御量に基づいて、前記制御対象に対して操作量を出力して前記制御対象を制御する制御装置であって、制御パラメータを用いて前記操作量を演算する制御手段と、制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御手段の前記制御パラメータを調整する調整手段とを備え、制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、 前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、生成した特性パラメータに基づいて前記制御手段の前記制御パラメータを調整するものである。 That is, the control device of the present invention is a control device that controls the control target by outputting an operation amount to the control target based on a set value and a control amount from the control target, and uses the control parameter. Based on the information vector and the characteristic parameter of the database in which the control means for calculating the manipulated variable and the vector of the characteristic quantity of the control system are accumulated as an information vector and the characteristic parameter of the control system is accumulated, and an adjustment means for adjusting the control parameter of the control means, the feature amount of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount, the control system The characteristic parameters of the control means are the control parameter of the control means, the coefficient of the transfer function of the controlled object, the time constant of the controlled object, the steady gain and the dead time. The adjustment unit generates a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database when the new information vector is given. Including a characteristic parameter generation unit and a correction unit that corrects the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced, and corrects the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit by the correction unit; While accumulating in the database together with the new information vector, the control parameter of the control means is adjusted based on the generated characteristic parameter.
ここで、制御系の特徴量とは、制御系の特徴を表す量をいい、制御対象、制御装置および環境で構成される制御系において、制御対象、制御装置または環境の特徴を表す量をいい、例えば、制御量、操作量、制御誤差、周囲温度、外乱の大きさなどをいう。 Here, the characteristic amount of the control system refers to an amount representing the characteristic of the control system, and refers to an amount representing the characteristic of the control target, the control device, or the environment in the control system including the control target, the control device, and the environment. For example, the control amount, the operation amount, the control error, the ambient temperature, the magnitude of disturbance, and the like.
この特徴量として、少なくとも制御量の時系列データおよび操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含むものである。 As the feature amount, it is intended to include at least one of the time series data of the time-series data and the operation amount of at least the controlled variable.
また、制御系の特性パラメータとは、制御系の特性を表すパラメータをいい、制御対象、制御装置および環境で構成される制御系において、制御対象、制御装置または環境の特性を表すパラメータをいい、例えば、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、むだ時間、定常ゲイン、あるいは、制御パラメータなどをいう。 Also, the characteristic parameters of the control system, means a parameter representing the characteristics of the control system, the control target, the control system including the control device and the environment, refers to a parameter representing the characteristics of the controlled object, the control device or environment For example, it refers to a coefficient of a transfer function to be controlled, a time constant of the control object, a dead time, a steady gain, or a control parameter.
情報ベクトルとは、制御系の特徴量をベクトルで表現するものをいう。 An information vector refers to a vector that represents a control system feature value.
制御系の特徴量と制御系との特性パラメータとは、対応させてデータベースに蓄積するのが好ましい。 It is preferable to store the characteristic quantities of the control system and the characteristic parameters of the control system in correspondence with each other.
特性パラメータ生成部は、データベースの情報ベクトルに基づいて、重み付き線形平均法または重み付き局所回帰法を用いて特性パラメータを、局所モデルとして構成するのが好ましい。 Preferably, the characteristic parameter generation unit configures the characteristic parameter as a local model using a weighted linear average method or a weighted local regression method based on an information vector of the database.
調整手段は、データベースを含むものであってもよいし、含まないものであってもよい。 The adjusting means may include a database or may not include a database.
本発明によると、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな要求点が与えられると、蓄積されたデータベースの情報ベクトルに基づいて、局所モデルとして要求点に対応する特性パラメータを生成する、いわゆる、Ｊust‐Ｉn‐Ｔime（ＪＩＴ）法あるいはＭodel‐on‐Ｄemand（ＭＯＤ）法に基づいて、制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、従来例に比べて、精度の高い制御特性が得られる。 According to the present invention, characteristic quantities and characteristic parameters of a control system are accumulated in a database, and when a new request point is given, a characteristic parameter corresponding to the request point as a local model based on the stored database information vector. Control parameters are adjusted based on the so-called Just-In-Time (JIT) method or Model-on-Demand (MOD) method. Thus, highly accurate control characteristics can be obtained.
また、本発明の制御装置は、設定値および制御対象からの制御量に基づいて、前記制御対象に対して操作量を出力して前記制御対象を制御する制御装置であって、制御パラメータを用いて前記操作量を演算する制御手段と、制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御手段の前記制御パラメータを調整する調整手段とを備え、制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータを含み、前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータとして、前記制御手段の前記制御パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した前記制御パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した前記制御パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、生成した前記制御パラメータによって前記制御手段の前記制御パラメータを調整するものである。 Further, the control device of the present invention is a control device that controls the control target by outputting an operation amount to the control target based on a set value and a control amount from the control target, and uses the control parameter. Based on the information vector and the characteristic parameter of the database in which the control means for calculating the manipulated variable and the vector of the characteristic quantity of the control system are accumulated as an information vector and the characteristic parameter of the control system is accumulated, and an adjustment means for adjusting the control parameter of the control means, the feature amount of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount, the control system The characteristic parameter includes the control parameter of the control means, and the adjustment means is provided with the new information vector, so that A characteristic parameter generator for generating the control parameter of the control means as a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the database information vector and the characteristic parameter; The control parameter generated by the characteristic parameter generation unit is corrected by the correction unit and stored in the database together with the new information vector. The control parameter of the control means is adjusted by the control parameter.
更に、本発明の制御装置は、設定値および制御対象からの制御量に基づいて、前記制御対象に対して操作量を出力して前記制御対象を制御する制御装置であって、制御パラメータを用いて前記操作量を演算する制御手段と、制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御手段の前記制御パラメータを調整する調整手段とを備え、制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、制御系の特性パラメータは、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した特性パラメータに基づいて、前記制御手段の制御パラメータを演算する演算部と、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、前記演算部で演算した前記制御パラメータによって前記制御手段の前記制御パラメータを調整するものである。 Furthermore, the control device of the present invention is a control device that controls the control target by outputting an operation amount to the control target based on a set value and a control amount from the control target, and uses the control parameter. Based on the information vector and the characteristic parameter of the database in which the control means for calculating the manipulated variable and the vector of the characteristic quantity of the control system are accumulated as an information vector and the characteristic parameter of the control system is accumulated, and an adjustment means for adjusting the control parameter of the control means, the feature amount of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount, the control system The characteristic parameter includes at least one of a coefficient of a transfer function of a controlled object, a time constant of the controlled object, a steady gain, and a dead time, and the adjustment The stage is provided with the new information vector, and based on the information vector and the characteristic parameter of the database, the characteristic parameter generation unit that generates the characteristic parameter corresponding to the new information vector, and the generated characteristic parameter Based on the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit, including a calculation unit that calculates the control parameter of the control means, and a correction unit that corrects the generated characteristic parameter in a direction in which the control error or the model error is reduced. and to correct by the correcting unit, while stored in the database along with the new information vectors, also of a is adjusting the control parameter of the control means by said control parameter calculated in the calculation unit.
本発明の好ましい実施態様においては、前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、該新たな情報ベクトルにベクトルの距離が近い情報ベクトルを、前記データベースから選択する選択部を含み、前記特性パラメータ生成部は、前記選択部で選択された情報ベクトルおよび該情報ベクトルに対応する特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成するものである。 In a preferred embodiment of the present invention, the adjustment means, by new the information vector is given, the selection unit distance vector to the new information vectors near ERROR report vector is selected from the database And the characteristic parameter generation unit generates a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector selected by the selection unit and the characteristic parameter corresponding to the information vector.
ここで、新たな情報ベクトルに近い情報ベクトルとは、新たな情報ベクトルとのベクトルの距離が近い情報ベクトルをいう。この距離は、重み付き距離またはマハラノビス距離であるのが好ましい。 Here, the information vector close to the new information vector, refers to a short distance information vector of a vector with the new information vectors. This distance is preferably a weighted distance or a Mahalanobis distance.
この実施態様によると、選択された新たな情報ベクトルに近い情報ベクトルに基づいて、新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを局所モデルとして生成することができる。 According to this embodiment, the characteristic parameter corresponding to the new information vector can be generated as a local model based on the information vector close to the selected new information vector.
本発明では、前記調整手段は、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部を含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して前記データベースに蓄積するものである。 In the present invention, the adjustment unit includes a correction unit that corrects the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit in a direction in which a control error or a model error is reduced, and the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit is The data is corrected by the correction unit and stored in the database.
ここで、モデル誤差とは、局所モデルを用いて予測した制御量と、実際の制御量との差をいう。 Here, the model error means a difference between a control amount predicted using a local model and an actual control amount.
また、修正部における修正は、最急勾配法(山登り法)によって制御誤差またはモデル誤差を減少させる方向に修正するものであるのが好ましい。 Further, it is preferable that the correction in the correction unit is performed so as to reduce the control error or the model error by the steepest gradient method (hill climbing method).
また、修正後の特性パラメータをデータベースに蓄積するので、修正前の特性パラメータをデータベースに蓄積する必要はないが、蓄積するようにしてもよい。 Further, since the characteristic parameter after correction is stored in the database, it is not necessary to store the characteristic parameter before correction in the database, but it may be stored.
本発明によると、新しい特性パラメータが生成される度に、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向に修正してデータベースに蓄積できるので、制御誤差またはモデル誤差を小さくするように学習してより精度の高い制御特性を得ることができる。 According to the present invention, each time a new characteristic parameter is generated, the control error or model error can be corrected in the direction of decreasing and accumulated in the database. High control characteristics can be obtained.
本発明の好ましい実施態様においては、前記制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータを含み、前記制御パラメータが、ＰＩＤ制御パラメータである。 In a preferred embodiment of the present invention, the characteristic parameter of the control system includes the control parameter of the control means, and the control parameter is a PID control parameter.
ここで、ＰＩＤ制御パラメータは、少なくともいずれか一つのＰＩＤ制御パラメータを含むものであればよい。 Here, the PID control parameter only needs to include at least one PID control parameter.
この実施態様によると、要求点に対応する特性パラメータとしてＰＩＤ制御パラメータを生成するので、この生成したＰＩＤ制御パラメータを、ＰＩＤ制御手段に設定してＰＩＤ制御パラメータを調整することができる。 According to this embodiment, since the PID control parameter is generated as the characteristic parameter corresponding to the request point, the generated PID control parameter can be set in the PID control means to adjust the PID control parameter.
本発明では、前記制御系の特性パラメータは、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、前記調整手段は、前記特性パラメータ生成部で生成された特性パラメータに基づいて、制御パラメータを演算する演算部を含むものである。 In the present invention, the characteristic parameter of the control system includes at least one of a time constant, a steady gain, and a dead time of a control target, and the adjustment unit is based on the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit. And a calculation unit for calculating the control parameter.
本発明によると、新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータとして、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを生成するので、演算部では、生成された時定数、定常ゲインおよびむだ時間のいずれか一つに基づいて、制御パラメータを演算して調整することができる。 According to the present invention, as the characteristic parameter corresponding to the new information vector, at least one of the time constant, the steady gain, and the dead time to be controlled is generated. Therefore, the calculation unit generates the generated time constant and the steady gain. The control parameter can be calculated and adjusted based on any one of the dead time.
本発明では、前記制御系の特性パラメータは、少なくとも制御対象の伝達関数の係数を含み、前記調整手段は、前記特性パラメータ生成部で生成された特性パラメータに基づいて、制御パラメータを演算する演算部を含むものである。 In the present invention, the characteristic parameter of the control system includes at least a coefficient of a transfer function to be controlled, and the adjustment unit calculates the control parameter based on the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit Is included.
本発明によると、新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータとして、制御対象の伝達関数の係数を生成するので、演算部では、生成された係数を用いて制御対象の伝達関数を演算し、更に制御パラメータを演算して制御手段の制御パラメータを調整することができる。 According to the present invention, since the coefficient of the transfer function to be controlled is generated as the characteristic parameter corresponding to the new information vector, the calculation unit calculates the transfer function of the control object using the generated coefficient, and further performs control. The parameter can be calculated and the control parameter of the control means can be adjusted.
本発明の更に他の実施態様においては、前記データベースのデータが、既定のデータ量となるように古いデータを削除してもよい。 In still another embodiment of the present invention, old data may be deleted so that the database data has a predetermined data amount.
この実施態様によると、データベースのデータ容量に応じて蓄積するデータ量を制限することができ、古いデータを削除することにより、制御対象が経時変化するような場合に、制御対象の新しい状態に応じたデータによって制御パラメータが調整されることになる。 According to this embodiment, it is possible to limit the amount of data to be accumulated according to the data capacity of the database, and according to the new state of the control target when the control target changes with time by deleting old data. The control parameters are adjusted according to the data.
なお、データベースのデータは、指定された期間のデータを蓄積し、指定された期間以外のデータを削除するようにしてもよく、あるいは、要求点である新しい情報ベクトルから既定の距離内に存在するデータが、既定数以下になるように古い順にデータを削除するようにしてもよい。さらに、新しい情報ベクトルから既定の距離内に存在するデータが、既定数以下になるように、新しい情報ベクトルから距離の近い順にデータを削除するようにしてもよい。このように新しい情報ベクトルに近いデータを、削除することによって、殆んど同じ情報ベクトルが多量に蓄積されるという状態を回避してデータベースのデータ容量を有効に利用することができる。 Note that the data in the database may be accumulated for a specified period, and data outside the specified period may be deleted, or may exist within a predetermined distance from a new information vector that is a request point. You may make it delete data in order of old so that data may become below a predetermined number. Furthermore, the data may be deleted in order of increasing distance from the new information vector so that the data existing within the predetermined distance from the new information vector is less than the predetermined number. By deleting data close to a new information vector in this way, it is possible to avoid the state where almost the same information vector is accumulated in large quantities and effectively use the data capacity of the database.
本発明の他の実施態様においては、前記制御対象の温度を制御するものである。 In another embodiment of the present invention, the temperature of the controlled object is controlled.
この実施態様によると、制御対象の温度を制御する温度調節器に好適である。 According to this embodiment, it is suitable for the temperature regulator which controls the temperature of a control object.
本発明の制御パラメータの調整装置は、設定値および制御対象からの制御量に基づいて、制御パラメータを用いて操作量を演算し、前記制御対象に対して前記操作量を出力して前記制御対象を制御する制御装置の前記制御パラメータを調整する装置であって、制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御装置の制御パラメータを調整する調整手段を備え、制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、 制御系の特性パラメータは、前記制御装置の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、生成した特性パラメータに基づいて前記制御装置の前記制御パラメータを調整するものである。 The control parameter adjusting device according to the present invention calculates an operation amount using a control parameter based on a set value and a control amount from the control target, and outputs the operation amount to the control target to output the control target. The control parameter of the control device for controlling the control system, wherein the vector of the characteristic quantity of the control system is stored as an information vector, and the information vector and the characteristic of the database in which the characteristic parameter of the control system is stored based on the parameters, an adjustment means for adjusting a control parameter of the control device, the feature quantity of the control system, at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount Including the control parameter of the control device, the coefficient of the transfer function of the control target, the time constant of the control target, the steady state Including at least one of a gain and a dead time, and the adjusting means is provided with the new information vector, and based on the information vector and the characteristic parameter of the database, the characteristic corresponding to the new information vector A characteristic parameter generation unit that generates a parameter; and a correction unit that corrects the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced. The characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit is It is modified and stored in the database together with the new information vector, while the control parameter of the control device is adjusted based on the generated characteristic parameter.
本発明によると、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな情報ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの情報ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御装置の制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、従来例に比べて、精度の高い制御特性が得られる。 According to the present invention, feature quantities and characteristic parameters of a control system are stored in a database, and when a new information vector is given, the new information vector is handled as a local model based on the stored database information vector. Since the characteristic parameter is generated and the control parameter of the control device is adjusted, even a highly nonlinear system can obtain a control characteristic with higher accuracy than the conventional example.
本発明の好ましい実施態様においては、前記調整手段は、前記新たな情報ベクトルが与えられることにより、該新たな情報ベクトルに近い情報ベクトルを前記データベースから選択する選択部を含み、前記特性パラメータ生成部は、前記選択部で選択された情報ベクトルおよび該情報ベクトルに対応する特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成するようにしてもよい。 In a preferred embodiment of the present invention, the adjustment means includes a selection unit that selects an information vector close to the new information vector from the database when the new information vector is given, and the characteristic parameter generation unit May generate a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector selected by the selection unit and the characteristic parameter corresponding to the information vector.
この実施態様によると、選択された新たな情報ベクトルに近い情報ベクトルに基づいて、新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを局所モデルとして生成することができる。 According to this embodiment, the characteristic parameter corresponding to the new information vector can be generated as a local model based on the information vector close to the selected new information vector.
本発明の制御パラメータの調整方法は、設定値および制御対象からの制御量に基づいて、制御パラメータを用いて操作量を演算し、前記制御対象に対して前記操作量を出力して前記制御対象を制御する制御装置の前記制御パラメータを調整する方法であって、制御系の特徴量のベクトルを情報ベクトルとしてデータベースに蓄積するステップと、新たな情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成するステップと、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正するステップと、修正した特性パラメータを、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積するステップと、生成した特性パラメータに基づいて、前記制御装置の前記制御パラメータを調整するステップとを含み、制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含むものである。 The control parameter adjustment method of the present invention calculates an operation amount using a control parameter based on a set value and a control amount from a control target, and outputs the operation amount to the control target to output the control target. The method of adjusting the control parameter of the control device for controlling the control system, the step of accumulating the vector of the feature quantity of the control system in the database as an information vector, and the information vector of the database being given a new information vector And a step of generating a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the characteristic parameter, a step of correcting the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced, and a corrected characteristic parameter, Storing in the database together with the new information vector; generation And on the basis of the characteristic parameter, and a step of adjusting the control parameters of the controller, the feature quantity of the control system, at least one of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount include hand, the characteristic parameters of the control system, the control parameter of the control means, coefficients of the transfer function of the controlled object, the time constant of the controlled system, is intended to include at least one of the constant gain and dead time.
本発明によると、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな情報ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの情報ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御装置の制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、従来例に比べて、精度の高い制御特性が得られる。 According to the present invention, feature quantities and characteristic parameters of a control system are stored in a database, and when a new information vector is given, the new information vector is handled as a local model based on the stored database information vector. Since the characteristic parameter is generated and the control parameter of the control device is adjusted, even a highly nonlinear system can obtain a control characteristic with higher accuracy than the conventional example.
本発明の好ましい実施態様においては、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する前記ステップは、新たな情報ベクトルが与えられることにより、該新たな情報ベクトルに、ベクトルの距離が近い情報ベクトルを、前記データベースから選択する選択ステップと、選択した情報ベクトルおよび該情報ベクトルに対応する特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する生成ステップとを含むものである。 In a preferred embodiment of the present invention, the step of generating the characteristic parameters corresponding to the new information vectors, by new information vector is given, the new information vectors, the distance of the vector near ERROR A selection step of selecting an information vector from the database; and a generation step of generating a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the selected information vector and the characteristic parameter corresponding to the information vector.
この実施態様によると、選択された新たな情報ベクトルに近い情報ベクトルに基づいて、新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを局所モデルとして生成することができる。 According to this embodiment, the characteristic parameter corresponding to the new information vector can be generated as a local model based on the information vector close to the selected new information vector.
本発明のプログラムは、設定値および制御対象からの制御量に基づいて、制御パラメータを用いて操作量を演算し、前記制御対象に対して前記操作量を出力して前記制御対象を制御する制御装置の前記制御パラメータを調整するプログラムであって、制御系の特徴量のベクトルを情報ベクトルとしてデータベースに蓄積するステップと、新たな情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成するステップと、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正するステップと、修正した特性パラメータを、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積するステップと、生成した特性パラメータに基づいて、前記制御装置の前記制御パラメータを調整するステップとを、コンピュータに実行させるものであって、制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含むものである。 The program of the present invention calculates a manipulated variable using a control parameter based on a set value and a controlled variable from a controlled object, and outputs the manipulated variable to the controlled object to control the controlled object. A program for adjusting the control parameter of the apparatus, the step of accumulating a vector of feature quantity of the control system in the database as an information vector, and a new information vector being given, whereby the information vector and characteristic parameter of the database are And generating a characteristic parameter corresponding to the new information vector, correcting the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced, and adjusting the corrected characteristic parameter to the new information. Accumulating in the database together with the vector, and the generated properties Based on the parameters, and adjusting the control parameter of the control device, there is to be executed by a computer, the feature quantity of the control system when the time-series data and the operation amount of the control amount sequence includes at least one hand of the data, the characteristic parameters of the control system, the control parameter of the control means, coefficients of the transfer function of the controlled object, the time constant of the controlled object, at least any one of the constant gain and dead time one Including one.
ここで、コンピュータは、制御対象を制御する前記制御装置のコンピュータであるのが好ましい。 Here, the computer is preferably a computer of the control device that controls a control target.
本発明によると、プログラムを、コンピュータに実行させることにより、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな情報ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの情報ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御装置の制御パラメータを調整することができるので、非線形性の強いシステムであっても、従来例に比べて、精度の高い制御特性が得られる。 According to the present invention, by causing a computer to execute a program, the control system characteristic amount and characteristic parameters are accumulated in a database, and when a new information vector is given, based on the accumulated information vector of the database, Control parameters of the control device can be adjusted by generating characteristic parameters corresponding to new information vectors as a local model, so that even highly nonlinear systems have higher control characteristics than conventional examples Is obtained.
本発明の好ましい実施態様においては、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する前記ステップは、新たな情報ベクトルが与えられることにより、該新たな情報ベクトルに、ベクトルの距離が近い情報ベクトルを、前記データベースから選択する選択ステップと、選択した情報ベクトルおよび該情報ベクトルに対応する特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する生成ステップとを含むものである。 In a preferred embodiment of the present invention, the step of generating the characteristic parameters corresponding to the new information vectors, by new information vector is given, the new information vectors, the distance of the vector near ERROR A selection step of selecting an information vector from the database; and a generation step of generating a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the selected information vector and the characteristic parameter corresponding to the information vector.
この実施態様によると、選択された新たな情報ベクトルに近い情報ベクトルに基づいて、新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを局所モデルとして生成することができる。 According to this embodiment, the characteristic parameter corresponding to the new information vector can be generated as a local model based on the information vector close to the selected new information vector.
本発明の記録媒体は、本発明に係るプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記録媒体である。 The recording medium of the present invention is a computer-readable recording medium that records the program according to the present invention.
ここで、記録媒体 としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。 Here, as the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
本発明によると、記録媒体に記録されているプログラムをコンピュータで読み取って実行させることにより、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな情報ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、局所モデルとして新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御装置の制御パラメータを調整することができるので、非線形性の強いシステムであっても、従来例に比べて、精度の高い制御特性が得られる。 According to the present invention, by reading and executing a program recorded on a recording medium by a computer, the control system feature quantity and characteristic parameters are accumulated in a database, and when a new information vector is given, the program is accumulated. Based on the information vector and the characteristic parameter of the database, the characteristic parameter corresponding to the new information vector can be generated as a local model and the control parameter of the control device can be adjusted. Compared to the conventional example, a control characteristic with higher accuracy can be obtained.
本発明によれば、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな要求点である情報ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、局所モデルとして要求点に対応する特性パラメータを生成する、いわゆる、Ｊust‐Ｉn‐Ｔime（ＪＩＴ）法あるいはＭodel‐on‐Ｄemand（ＭＯＤ）法に基づいて、制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、従来例に比べて、精度の高い制御特性が得られる。 According to the present invention, when the feature quantity and characteristic parameter of the control system are accumulated in the database and an information vector that is a new request point is given, the local model is based on the accumulated information vector and characteristic parameter of the database. As the control parameters are adjusted based on the so-called Just-In-Time (JIT) method or Model-on-Demand (MOD) method, the characteristic parameters corresponding to the required points are generated. Even if it exists, compared with a prior art example, a highly accurate control characteristic is acquired.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る制御装置としての温度調節器のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a temperature regulator as a control device according to one embodiment of the present invention.
この実施の形態の温度調節器１は、熱処理装置などの制御対象２の温度制御を行うものであり、図示しない上位機器や設定部から設定された設定温度ｒと、制御対象２に配設された図示しない温度センサからの検出温度ｙとの偏差ｅに基づいて、操作量ｕを演算算出する制御手段としてのＰＩＤ制御器３を備えるとともに、このＰＩＤ制御器３におけるＰＩＤ制御パラメータを調整する調整手段４を備えている。
The
この実施の形態の温度調節器１では、従来のＰＩＤ制御よりも精度の高い制御特性が得られるようにするために、次のようにしている。
In the
すなわち、新しいデータが得られる度にデータベースに保存し、必要性が生じた場合には、過去に蓄積された大量のデータベースから要求点に類似したものを近傍として取り出し、局所モデルを作る方法、いわゆる、Ｊust‐Ｉn‐Ｔime（ＪＩＴ）法に基づいて、ＰＩＤ制御器３のＰＩＤ制御パラメータを調整するものである。
That is, each time new data is obtained, it is stored in a database, and when a need arises, a method similar to a request point is extracted as a neighborhood from a large amount of databases accumulated in the past, and a local model is created, so-called The PID control parameter of the
ここで、先ず、ＪＩＴモデリング法について説明する。 First, the JIT modeling method will be described.
今、次式で表される離散時間非線形システムを考える。 Consider a discrete-time nonlinear system expressed by the following equation.
上式は、ＮＡＲＭＡＸ（Ｎonlinear ＡＲＭＡＸ）モデルと呼ばれ、ダイナミクスを持つ大域的な非線形システムを表すモデル表現として広く使用されている。ここで、ｙ（ｔ）はシステム出力、ｆ（・）は非線形関数、ｅ（ｔ）は観測雑音、φ（ｔ）はシステムの時刻ｔより前の状態を表しており、情報ベクトルと呼ぶこととする。情報ベクトルφ（ｔ）は次式で定義される。 The above equation is called a NARMAX (Nonlinear ARMAX) model, and is widely used as a model expression representing a global nonlinear system having dynamics. Here, y (t) is a system output, f (•) is a nonlinear function, e (t) is observation noise, φ (t) is a state before time t of the system, and is called an information vector. And The information vector φ (t) is defined by the following equation.
ここで、ｕ（ｔ）はシステム入力、ｄはむだ時間、ｎｙ，ｎｕはそれぞれ出力と入力の次数である。ＪＩＴモデリングでは、（２）式の情報ベクトルの形式でデータベースへの蓄積が行われる。また、出力ｙ（ｔ）の予測値を得るために必要な情報ベクトルφ（ｔ）を要求点ｑと呼ぶ。ＪＩＴモデリング法とは、この要求点に類似した情報ベクトルをデータベースから近傍として抽出し、局所モデルを構成する方法である。 Here, u (t) is a system input, d is a dead time, and n y and n u are output and input orders, respectively. In JIT modeling, data is stored in a database in the information vector format of equation (2). Further, an information vector φ (t) necessary for obtaining a predicted value of the output y (t) is called a request point q. The JIT modeling method is a method of constructing a local model by extracting information vectors similar to this requirement point as neighbors from a database.
この実施の形態では、以上のようなＪＩＴ法に基づいて、図１のブロック図におけるＰＩＤ制御器３のＰＩＤ制御パラメータを調整するものである。
In this embodiment, the PID control parameter of the
ここでは、次式のような速度型Ｉ‐ＰＤ制御則を適用する。 Here, a speed type I-PD control law as shown below is applied.
但し、ｅ(ｔ)は制御誤差信号であり、ｒ(ｔ)を目標値とすると、以下で定義される。 However, e (t) is a control error signal, and is defined below, where r (t) is a target value.
また、ｋｃ、ＴＩ、およびＴＤはそれぞれ比例ゲイン、積分時間、微分時間を、Ｔｓはサンプリング時間を表しており、(４)式では、簡単のために、Ｋｐ＝ｋｃ、ＫＩ＝ｋｃＴｓ／ＴＩ、ＫＤ＝ｋｃＴＤ／Ｔｓと置き換えている。さらに、Δ(：＝１−ｚ−１)は差分演算子を表している。 Further, kc, T I , and T D represent proportional gain, integration time, and derivative time, respectively, and Ts represents sampling time. In the equation (4), for simplicity, Kp = kc, K I = kcTs / T I , K D = kcT D / Ts Further, Δ (: = 1−z −1 ) represents a difference operator.
本手法の基本的な考え方は、ＪＩＴ法により、次式のような逆モデルとしてＰＩＤ制御パラメータを得ることである。 The basic idea of this method is to obtain PID control parameters as an inverse model such as the following equation by the JIT method.
但し、ｙｒは参照モデルの出力を示しており、次式のように設計される。 However, y r denotes the output of the reference model is designed as follows.
上式に含まれるＴ(ｚ−１)については、Ｔ．Ｙamamoto and Ｓ．Ｌ．Ｓhah： Ｄesign and Ｅxperimental Ｅvaluation of ａ Ｍultivariable Ｓelf-Ｔuning ＰＩＤ Ｃontroller,Ｐroc.of ＩＥＥＥ Ｃonference on Ｃontrol Ａpplications,Ｔrieste,pp.1230-1234(1998)に基づいて設計する。 Regarding T (z −1 ) included in the above equation, T.W. Yamamoto and S. L. Shah: Designed based on Design and Experimental Evaluation of a Multivariable Self-Tuning PID Controller, Proc. Of IEEE Conference on Control Applications, Trieste, pp. 1230-1234 (1998).
以下に、ＪＩＴ‐ＰＩＤコントローラのアルゴリズムを示す。
［ＳＴＥＰ１］ 初期データベースの作成
ＪＩＴ法では、過去の蓄積データがない場合、原理的に同定が行えないため、本手法においては、ある平衡点周りでＣＨＲ（Ｃhien，Ｈrones＆Ｒeswick）法を用いて初期データベースを作成する。
［ＳＴＥＰ２］ 距離の計算、近傍の選択
時刻ｔにおけるＰＩＤパラメータＫ（ｔ）の予測値を得るために必要な情報ベクトルを要求点ｑと呼ぶ。その要求点ｑとデータベースに蓄えられている情報ベクトルとの距離を、次式の重みつきＬ１ノルムにより求める。
The JIT-PID controller algorithm is shown below.
[STEP 1] Creation of initial database In the JIT method, if there is no past accumulated data, the identification cannot be performed in principle. Therefore, in this method, an initial database is used around a certain equilibrium point by using the CHR (Chien, Hrones & Reswick) method. Create
[STEP2] Distance calculation, neighborhood selection An information vector necessary for obtaining a predicted value of the PID parameter K (t) at time t is called a request point q. The distance between the request point q and the information vector stored in the database is obtained by the weighted L1 norm of the following equation.
この距離が小さいものからｋ個のベクトルを近傍として選択する。
［ＳＴＥＰ３］ 局所モデルの構成
続いて、ＳＴＥＰ２において選択された近傍に対して、以下で示される、重みつき局所線形平均法（ＬＷＡ）により局所モデルを構成する。
K vectors having the smallest distance are selected as neighbors.
[STEP 3] Configuration of Local Model Next, a local model is configured for the neighborhood selected in
ここで、ｗｉは、近傍の第ｉサンプルに対応する重みであり、次式で与える。 Here, wi is a weight corresponding to the i-th sample in the vicinity, and is given by the following equation.
［ＳＴＥＰ４］ データ修正
ＳＴＥＰ３において、局所モデルとして得られるＰＩＤ制御パラメータＫｏｌｄは、制御誤差（ε：＝ｙｒ−ｙ）を考慮していないため、ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ３を繰り返し行い、ＰＩＤ制御パラメータを逐次抽出したとしても、システムの状態に応じてＰＩＤ制御パラメータが適切に調整されない恐れがある。そこで、ＳＴＥＰ２で得られたＰＩＤ制御パラメータＫｏｌｄに対して制御偏差εにより修正を行ない、その修正されたデータＫｎｅｗをデータベースに蓄えるものとする。
[STEP 4] Data correction In
その修正方法は、次式のように与える。 The correction method is given by the following equation.
ここで、ηは学習係数、Ｊは以下で定義される誤差の評価規範を表している。 Here, η represents a learning coefficient, and J represents an error evaluation standard defined below.
また、（１３）式、右辺第２項のそれぞれの偏微分は、以下のように展開される。 Further, the partial differentials of the expression (13) and the second term on the right side are expanded as follows.
この実施の形態では、上述のようにＪＩＴ法に基づいて、ＰＩＤ制御器３のＰＩＤ制御パラメータを調整するために、調整手段４は、参照モデル５と、データベース６と、ＰＩＤチューニング部７とを備えている。
In this embodiment, in order to adjust the PID control parameter of the
この実施の形態では、データベース６には、図２に示されるように、制御系の特徴量を含むベクトルである情報ベクトルと、この情報ベクトルに対応するＰＩＤ制御パラメータとからなるデータが、蓄積される。すなわち、１組の情報ベクトルに、１組のＰＩＤ制御パラメータが対応している。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
この実施の形態では、情報ベクトルは、図３に示されるように、参照モデル５の出力ｙｒと、制御量である制御対象２の検出温度ｙの時系列データとからなり、ＰＩＤ制御パラメータは、上述のＫｐ＝ｋｃ、ＫＩ＝ｋｃＴｓ／ＴＩ、ＫＤ＝ｋｃＴＤ／Ｔｓからなる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the information vector is composed of the output yr of the
この実施の形態のＰＩＤチューニング部７は、図４の機能ブロック図に示されるように、近傍選択部８と、ＰＩＤ制御パラメータ生成部としての局所モデル生成部９と、データ修正部１０とを備えている。
The
近傍選択部８では、上述の要求点が与えられる度に、すなわち、最新の時刻ｔにおける情報ベクトルが与えられる度に、この情報ベクトルと、データベース６に蓄積されている情報ベクトルとの距離を、上述の(１０)式の重みつきＬ１ノルムにより求め、この距離の小さいものからｋ個の情報ベクトルを近傍として選択する。
In the
局所モデル生成部９では、選択された近傍の情報ベクトルに対して、重みつき局所線形平均法により、ＰＩＤ制御パラメータＫｏｌｄを求める。すなわち、選択された近傍のｋ個の情報ベクトルを用いて上述の(１２)式に従って重みを決定し、この重みを、上述の(１１)式に従って前記ｋ個の情報ベクトルに対応するＰＩＤ制御パラメータに乗じて(加重平均して) ＰＩＤ制御パラメータＫｏｌｄを求めるのである。 The local model generation unit 9 obtains the PID control parameter K old by the weighted local linear average method for the selected neighboring information vector. That is, using the selected k information vectors in the vicinity, the weight is determined according to the above equation (12), and this weight is set to the PID control parameter corresponding to the k information vectors according to the above equation (11). Is multiplied (by weighted average) to obtain the PID control parameter K old .
この局所モデル生成部９で生成されたＰＩＤ制御パラメータＫｏｌｄを、ＰＩＤ制御器３に設定するものである。
The PID control parameter K old generated by the local model generation unit 9 is set in the
データ修正部１０では、局所モデル生成部９で生成されたＰＩＤ制御パラメータＫｏｌｄに対して、上述の(１３)〜(１７)式に示されるように、制御誤差が小さくなる方向に修正を行い、この修正したＰＩＤ制御パラメータＫｎｅｗを、情報ベクトルに対応させてデータベース６に蓄積するものである。
The
このデータ修正部１０では、制御誤差に基づいて修正するために、参照モデル５の出力ｙｒおよび制御量である検出温度ｙが与えられている。
In this
この実施の形態では、ＰＩＤ制御器３および調整手段４は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、このマイクロコンピュータのＲＯＭに格納されている本発明に係るプログラムを実行することにより、ＪＩＴ法に基づいてＰＩＤ制御パラメータの調整を行うものであり、上述のデータベース６は、マイクロコンピュータのＲＡＭ上に構成される。
In this embodiment, the
この実施の形態では、データベース６に蓄積できるデータ量に限りがあり、また、制御対象２が経時変化する場合には、古いデータは削除した方が好ましいことから、既定のデータ量に達した後には、古いデータから削除するようにしている。
In this embodiment, the amount of data that can be stored in the
以上のようにＪＩＴ法に基づいて、ＰＩＤ制御器３のＰＩＤ制御パラメータを調整する温度調節器１の有効性を評価するために数値例を以下に示す。
As described above, numerical examples are shown below to evaluate the effectiveness of the
ここでは、制御対象として、ポリスチレン重合反応器を考える。その反応器におけるジャケットの温度ｕ(ｔ)と反応温度ｙ(ｔ)との間の関係式は、次式で与えられる(中西，花熊：プロセス制御の基礎と実践，朝倉出版，(１９９２))。 Here, a polystyrene polymerization reactor is considered as a control target. The relational expression between the jacket temperature u (t) and the reaction temperature y (t) in the reactor is given by the following equation (Nakanishi, Hanakuma: Process Control Basics and Practice, Asakura Publishing, (1992) ).
ここで、Ｅａ＝２４０、Ｒ＝０．０１９８６である。このシステムは、目標値が高くなる(約７５度以上)につれ非線形性が著しく強くなるという特徴を持っている。 Here, Ea = 240 and R = 0.01986. This system has a feature that the nonlinearity becomes remarkably stronger as the target value becomes higher (about 75 degrees or more).
このシステムに対して、ＪＩＴ法に基づくＰＩＤ制御パラメータの調整の手法を適用する。 A PID control parameter adjustment method based on the JIT method is applied to this system.
ここで、参照モデルに含まれている設計多項式Ｔ(ｚ−１)を以下のように設計する。 Here, the design polynomial T (z −1 ) included in the reference model is designed as follows.
ここで、Ｔ(ｚ−１)は、上述の文献Ｔ．Ｙamamoto and Ｓ．Ｌ．Ｓhah： Ｄesign and Ｅxperimental Ｅvaluation of ａ Ｍultivariable Ｓelf-Ｔuning ＰＩＤ Ｃontroller,Ｐroc.of ＩＥＥＥ Ｃonference on Ｃontrol Ａpplications,Ｔrieste,pp.1230-1234(1998)を参考にして設計した。 Here, T (z −1 ) is the above-mentioned document T.I. Yamamoto and S. L. Shah: Designed with reference to Design and Expert Evaluation of a Multivariable Self-Tuning PID Controller, Proc. Of IEEE Conference on Control Applications, Trieste, pp. 1230-1234 (1998).
このときの制御結果を、図５に、また、ＰＩＤ制御パラメータの時間的変化を、図６に示す。 FIG. 5 shows the control result at this time, and FIG. 6 shows the temporal change of the PID control parameter.
これらの図に示されるように、システムの非線形性に応じて、ＰＩＤ制御パラメータが適切にオンライン調整されており、良好な制御結果が得られていることが分かる。 As shown in these figures, it can be seen that the PID control parameters are appropriately adjusted online according to the nonlinearity of the system, and a good control result is obtained.
(実施の形態２)
図７は、本発明の他の実施の形態に係る制御パラメータの調整装置を備えるシステムの構成図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a configuration diagram of a system including a control parameter adjusting device according to another embodiment of the present invention, and parts corresponding to the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals.
上述の実施の形態では、ＪＩＴ法に基づいて、ＰＩＤ制御パラメータを調整する調整手段４を、温度調節器１に内蔵したけれども、この実施の形態では、上述の調整手段を、ＰＬＣやパソコンなど外部装置に内蔵させて制御パラメータの調整装置１１を構成し、この調整装置１１によって、ＰＩＤ制御器３を備える汎用の温度調節器１ａのＰＩＤ制御パラメータを調整するものである。
In the above-described embodiment, the adjusting means 4 for adjusting the PID control parameter is incorporated in the
調整装置１１には、温度調節器１ａからの設定値ｒおよび制御対象２からの検出温度ｙのデータが、通信やＡ／Ｄ変換によって逐次与えられる一方、温度調節器１ａには、調整装置１１からのＰＩＤ制御パラメータが、通信によって逐次与えられて調整されるように構成されている。
The
調整装置１１によるＪＩＴ法に基づくＰＩＤ制御パラメータの調整動作は、上述の実施の形態と同様である。
The adjustment operation of the PID control parameter based on the JIT method by the
(実施の形態３)
図８は、本発明の更に他の実施の形態の温度調節器のブロック図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a block diagram of a temperature controller according to still another embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 1 described above.
この実施の形態では、参照モデル５を省略しており、情報ベクトルとして、参照モデル５の出力に代えて設定値ｒを用いている。
In this embodiment, the
その他の構成および動作は、上述の実施の形態１と同様である。 Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
なお、上述の実施の形態２と同様に、図８の調整手段４ａを外部装置に内蔵して制御パラメータの調整装置１１ａを構成し、図９に示されるように、この調整装置１１ａによって、汎用の温度調節器１ａのＰＩＤ制御パラメータを調整するようにしてもよい。
As in the second embodiment described above, the
(実施の形態４)
図１０は、本発明の更に他の実施の形態の図１に対応するブロック図である。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a block diagram corresponding to FIG. 1 of still another embodiment of the present invention.
この実施の形態では、参照モデル５を、ＰＩＤ制御器３の前段に設け、参照モデル５の出力ｙｒと検出温度ｙとの偏差ｅをＰＩＤ制御器３に与えるように構成している。
In this embodiment, the
この実施の形態によれば、例えば、設定値ｒがステップ状に変化したような場合でも、参照モデル５によって、変化を緩やかにすることにより、ＰＩＤ制御器３の操作量が飽和するのを防止することができる。
According to this embodiment, for example, even when the set value r changes stepwise, the operation amount of the
その他の構成および動作は、上述の実施の形態１と同様である。 Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
(その他の実施の形態)
上述の各実施の形態では、ＰＩＤ制御パラメータを、局所モデルとして生成したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、情報ベクトルを、操作量の時系列データおよび制御量の時系列データとし、制御対象の特性である時定数、定常ゲイン、むだ時間を局所モデルとして生成し、あるいは、制御対象の伝達関数の係数を局所モデルとして生成するようにしてもよい。
(Other embodiments)
In each of the above-described embodiments, the PID control parameter is generated as a local model. However, as another embodiment of the present invention, for example, the information vector is set as time series data of an operation amount and time series data of a control amount. The time constant, steady gain, and dead time that are the characteristics of the controlled object may be generated as a local model, or the coefficient of the transfer function of the controlled object may be generated as a local model.
この場合には、図１１に示されるように、ＰＩＤチューニング部７ａでは、データベースの情報ベクトルの内から要求点に近い情報ベクトルを、近傍選択部８ａで選択し、選択した情報ベクトルに基づいて、例えば、制御対象の時定数、定常ゲイン、むだ時間を、局所モデル生成部９ａで局所モデルとして生成し、演算部１２で調整則に応じて、ＰＩＤ制御パラメータを演算してＰＩＤ制御器３に設定する一方、データ修正部１０ａでモデル誤差が小さくなるように、時定数、定常ゲイン、むだ時間を修正してデータベースに蓄積すればよい。
In this case, as shown in FIG. 11, in the PID tuning unit 7a, an information vector close to the request point is selected from the information vectors in the database by the
ここで、モデル誤差とは、制御対象の特性を局所モデルとした場合に、局所モデルを用いて予測した制御装置と実際の制御量との差をいう。 Here, the model error means a difference between the control device predicted using the local model and the actual control amount when the characteristic of the controlled object is a local model.
上述の各実施の形態では、ＰＩＤ制御に適用して説明したけれども、本発明は、ＰＩＤ制御に限らず、例えば、ＧＰＣ(一般化予測制御)などの他の制御パラメータの調整に適用できるのは勿論である。 In each of the above-described embodiments, description has been made by applying to PID control. However, the present invention is not limited to PID control, but can be applied to adjustment of other control parameters such as GPC (Generalized Predictive Control), for example. Of course.
上述の実施の形態では、温度制御を行う温度調節器に適用して説明したけれども、本発明は、温度調節器に限るものではなく、制御対象の圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理状態を制御する制御装置に適用できるものである。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by applying to a temperature controller that performs temperature control. However, the present invention is not limited to a temperature controller, and various pressures, flow rates, speeds, liquid levels, and the like to be controlled are described. The present invention can be applied to a control device that controls a physical state.
上述の実施の形態では、マイクロコンピュータのＲＯＭに格納されたプログラムを読み取って実行したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ等に記録しておき、必要に応じてこれら記録媒体から読み取って実行するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the program stored in the ROM of the microcomputer is read and executed. However, as another embodiment of the present invention, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic It may be recorded on a tape or the like, and read from these recording media and executed as necessary.
上述の各実施の形態では、近傍選択部によって要求点に近い情報ベクトルを選択したけれども、本発明の他の実施の形態として、近傍選択部を省略し、データベースの全ての情報ベクトルに基づいて、特性パラメータを生成してもよい。 In each of the above-described embodiments, the information vector close to the request point is selected by the neighborhood selection unit.However, as another embodiment of the present invention, the neighborhood selection unit is omitted and based on all the information vectors in the database, A characteristic parameter may be generated.
本発明は、温度調節器などの制御装置に有用である。 The present invention is useful for a control device such as a temperature controller.
１ 温度調節器 ２ 制御対象
３ ＰＩＤ制御器 ４ 調整手段
５ 参照モデル ６ データベース
７ ＰＩＤチューニング部
1
3 PID controller 4 Adjustment means 5
Claims (12)
制御パラメータを用いて前記操作量を演算する制御手段と、
制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御手段の前記制御パラメータを調整する調整手段とを備え、
制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、
制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、
前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、生成した特性パラメータに基づいて前記制御手段の前記制御パラメータを調整することを特徴とする制御装置。 A control device for controlling the control target by outputting an operation amount to the control target based on a set value and a control amount from the control target;
Control means for calculating the manipulated variable using control parameters;
With vectors of the feature quantity of the control system is stored as the information vector, on the basis of the information vector and the characteristic parameters of the database stored characteristic parameters of the control system adjusts the control parameter of the control means adjusting means And
The feature quantity of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount,
The characteristic parameter of the control system includes at least one of the control parameter of the control means, the coefficient of the transfer function of the control target, the time constant of the control target, the steady gain, and the dead time,
The adjustment unit is configured to generate a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database when the new information vector is given, and the generated characteristic A correction unit that corrects a parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced, and the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit is corrected by the correction unit and is stored in the database together with the new information vector. A control device that adjusts the control parameter of the control means based on the generated characteristic parameter while accumulating.
制御パラメータを用いて前記操作量を演算する制御手段と、
制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御手段の前記制御パラメータを調整する調整手段とを備え、
制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、
制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータを含み、
前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータとして、前記制御手段の前記制御パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した前記制御パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した前記制御パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、生成した前記制御パラメータによって前記制御手段の前記制御パラメータを調整することを特徴とする制御装置。 A control device for controlling the control target by outputting an operation amount to the control target based on a set value and a control amount from the control target;
Control means for calculating the manipulated variable using control parameters;
With vectors of the feature quantity of the control system is stored as the information vector, on the basis of the information vector and the characteristic parameters of the database stored characteristic parameters of the control system adjusts the control parameter of the control means adjusting means And
The feature quantity of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount,
The characteristic parameter of the control system includes the control parameter of the control means,
The adjustment unit generates the control parameter of the control unit as a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database when the new information vector is given. A characteristic parameter generation unit; and a correction unit that corrects the generated control parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced. The control parameter generated by the characteristic parameter generation unit is corrected by the correction unit. The control apparatus is characterized in that the control parameter of the control means is adjusted according to the generated control parameter while being stored in the database together with the new information vector.
制御パラメータを用いて前記操作量を演算する制御手段と、
制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御手段の前記制御パラメータを調整する調整手段とを備え、
制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、
制御系の特性パラメータは、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、
前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した特性パラメータに基づいて、前記制御手段の制御パラメータを演算する演算部と、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、前記演算部で演算した前記制御パラメータによって前記制御手段の前記制御パラメータを調整することを特徴とする制御装置。 A control device for controlling the control target by outputting an operation amount to the control target based on a set value and a control amount from the control target;
Control means for calculating the manipulated variable using control parameters;
With vectors of the feature quantity of the control system is stored as the information vector, on the basis of the information vector and the characteristic parameters of the database stored characteristic parameters of the control system adjusts the control parameter of the control means adjusting means And
The feature quantity of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount,
The characteristic parameter of the control system includes at least one of a coefficient of a transfer function to be controlled, a time constant of the control target, a steady gain, and a dead time,
The adjustment unit is configured to generate a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database when the new information vector is given, and the generated characteristic A calculation unit that calculates a control parameter of the control unit based on a parameter, and a correction unit that corrects the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced, and is generated by the characteristic parameter generation unit The characteristic parameter is corrected by the correction unit and stored in the database together with the new information vector, while the control parameter of the control means is adjusted by the control parameter calculated by the calculation unit. Control device.
制御系の特徴量のベクトルが情報ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースの前記情報ベクトルおよび前記特性パラメータに基づいて、前記制御装置の制御パラメータを調整する調整手段を備え、
制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、
制御系の特性パラメータは、前記制御装置の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含み、
前記調整手段は、新たな前記情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正部とを含み、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、前記修正部で修正して、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積する一方、生成した特性パラメータに基づいて前記制御装置の前記制御パラメータを調整することを特徴とする制御パラメータの調整装置。 Based on a set value and a control amount from the control target, an operation amount is calculated using a control parameter, and the control parameter of the control device that outputs the operation amount to the control target and controls the control target is calculated. A device for adjusting,
With vectors of the feature quantity of the control system is stored as the information vector, on the basis of the information vector and the characteristic parameters of the database characteristic parameters of the control system are stored, the adjustment means for adjusting a control parameter of the control device Prepared,
The feature quantity of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount,
The characteristic parameter of the control system includes at least one of the control parameter of the control device, the coefficient of the transfer function of the control target, the time constant of the control target, the steady gain, and the dead time,
The adjustment unit is configured to generate a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database when the new information vector is given, and the generated characteristic A correction unit that corrects a parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced, and the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit is corrected by the correction unit and is stored in the database together with the new information vector. A control parameter adjusting device that adjusts the control parameter of the control device based on the generated characteristic parameter while accumulating.
制御系の特徴量のベクトルを情報ベクトルとしてデータベースに蓄積するステップと、
新たな情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成するステップと、
生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正するステップと、
修正した特性パラメータを、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積するステップと、
生成した特性パラメータに基づいて、前記制御装置の前記制御パラメータを調整するステップとを含み、
制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、
制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする制御パラメータの調整方法。 Based on a set value and a control amount from the control target, an operation amount is calculated using a control parameter, and the control parameter of the control device that outputs the operation amount to the control target and controls the control target is calculated. A method of adjusting,
Storing a vector of feature quantities of the control system in the database as an information vector;
Generating a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database by being given a new information vector;
Correcting the generated characteristic parameter in a direction in which the control error or the model error is reduced;
Storing the modified characteristic parameter in the database together with the new information vector;
Adjusting the control parameter of the control device based on the generated characteristic parameter,
The feature quantity of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount,
The characteristic parameter of the control system includes at least one of the control parameter of the control means, the coefficient of the transfer function of the control target, the time constant of the control target, the steady gain, and the dead time. Adjustment method.
制御系の特徴量のベクトルを情報ベクトルとしてデータベースに蓄積するステップと、
新たな情報ベクトルが与えられることにより、前記データベースの情報ベクトルおよび特性パラメータに基づいて、前記新たな情報ベクトルに対応する特性パラメータを生成するステップと、
生成した特性パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正するステップと、
修正した特性パラメータを、前記新たな情報ベクトルと共に前記データベースに蓄積するステップと、
生成した特性パラメータに基づいて、前記制御装置の前記制御パラメータを調整するステップとを、コンピュータに実行させるものであって、
制御系の前記特徴量は、前記制御量の時系列データおよび前記操作量の時系列データの少なくともいずれか一方を含み、
制御系の特性パラメータは、前記制御手段の前記制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、定常ゲインおよびむだ時間の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とするプログラム。 Based on a set value and a control amount from the control target, an operation amount is calculated using a control parameter, and the control parameter of the control device that outputs the operation amount to the control target and controls the control target is calculated. A program to adjust,
Storing a vector of feature quantities of the control system in the database as an information vector;
Generating a characteristic parameter corresponding to the new information vector based on the information vector and the characteristic parameter of the database by being given a new information vector;
Correcting the generated characteristic parameter in a direction in which the control error or the model error is reduced;
Storing the modified characteristic parameter in the database together with the new information vector;
Adjusting the control parameter of the control device based on the generated characteristic parameter;
The feature quantity of the control system includes at least one hand of the time series data of the time-series data and the operation amount of the control amount,
The characteristic parameter of the control system includes at least one of the control parameter of the control means, a coefficient of a transfer function to be controlled, a time constant of the control target, a steady gain, and a dead time.
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