JP6511483B2 - 学習能力のある誤差補償を有する制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、
制御装置が、前方ノード、後方ノード、前記前方ノードと前記後方ノードとの間に配置された外部タップ、調節器および補償回路を有し、
前記補償回路が、内部ノード、周波数フィルタ、前方バッファメモリおよび後方バッファメモリを有し、
前記前方ノードが、制御対象の出力側で測定装置により検出された実際値と、これに対応する目標値とを受け取って、それらの差を形成することによって制御偏差を求め、
前記後方ノードが、前記制御偏差と補償信号とを受け取って、前記調節器に前記制御偏差と前記補償信号との加算によって形成した外部和信号を供給し、
前記調節器が、前記外部和信号に基づいて制御対象のための操作信号を求めて制御対象に出力し、
前記内部ノードが、前記外部タップから取り出されて第１の重み係数により重み付けされた制御偏差と、第２の重み係数により重み付けされたフィードバック信号との加算によって内部和信号を形成し、これを前記周波数フィルタに供給し、
前記周波数フィルタが周波数フィルタ処理を行い、そのフィルタ処理された信号を前記前方バッフメモリに供給し、
前記前方バッファメモリが、そのフィルタ処理された信号を第１の動作時間遅延だけ遅延し、その相応に遅延された信号を出力信号として出力し、
前記後方バッファメモリが、前記補償信号を第２の動作時間遅延だけ遅延し、その相応に遅延された信号をフィードバック信号として出力し、
制御装置の通常運転時には前記前方バッファメモリの出力信号が補償信号として使用される、
制御対象をフィードバック制御するための制御装置に関する。

さらに、本発明は、機械コードを含むソフトウェアモジュールであって、ソフトウェアプログラマブル制御装置による前記機械コードの実行が、制御装置が相応に構成されていることを生じさせるソフトウェアモジュールに関する。

この種の制御装置およびそれに付属したソフトウェアモジュールは、一般に知られている。その制御装置は、しばしば学習能力のある制御装置とも呼ばれている。この種の制御装置は、例えば特許文献１から公知である。この公知の制御装置では、補償回路のパラメータ調整が使用者によって行われる。

フィードバック制御される多くの技術的量、特に回転軸における位置値の場合に、周期的な外乱が発生する。この種の外乱は、例えば工作機械又はその他の生産機械における慣性力又は加工力によって発生する。誤差補償を有する学習能力のあるフィードバック制御によるこの種の外乱の抑制は、フィードバック制御の質を著しく改善し、時には１桁よりも大きく改善する。

学習能力のあるフィードバック制御のパラメータ調整は、特に、フィードバック制御される設備が複雑であるとしばしば困難である。特に閉ループ制御回路の伝達関数が確実に測定できない場合には、学習能力のあるフィードバック制御のパラメータを決定するための実用的な方法が知られていない。

欧州特許出願公開第２９８８１８１号明細書

本発明の課題は、閉ループ制御回路の伝達関数が測定できるか否かに関係なく、学習能力のあるフィードバック制御の安定したパラメータ調整を可能にすることにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載されている特徴事項を有する制御装置によって解決される。その制御装置の有利な実施形態は請求項２乃至９に記載されている。

本発明によれば、冒頭に述べた如き制御装置が次のように構成されている。即ち、制御装置が調整装置を有し、その調整装置が、制御装置の調整動作時には自動的に、
前記前方バッファメモリの出力信号を補償信号として使用することを抑制し、
その代わりに前記後方バッファメモリと前記後方ノードとに補償信号として励起信号を供給し、
前記励起信号によって生じた結果信号を取得し、その結果信号は、前記制御偏差、前記内部和信号、前記周波数フィルタの出力信号、又は前記前方バッファメモリの出力信号であり、
前記励起信号および前記結果信号の評価に基づいて、少なくとも、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータと第２の動作時間遅延とを調整する。

当該調整が、制御装置の後続の通常動作時に、前記周波数フィルタおよび前記後方バッファメモリの適切な調整として使用される。

前記周波数フィルタのパラメータとしては、特に遮断周波数が使用される。しかし、代替又は追加として、個々の具体的な事例では、前記周波数フィルタの次数もパラメータ化することができる。

前記調整装置が、前記励起信号および前記結果信号の評価の際に、閉ループ制御回路の伝達関数を求め、前記調整装置が、その閉ループ制御回路の伝達関数の評価に基づいて、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータと第２の動作時間遅延とを調整するとよい。この方法は、特に閉ループ制御回路の伝達関数が十分な精度で求め得る場合に有利である。

その伝達関数を利用する場合には、次の構成とすることが好ましい。即ち、
前記調整装置が複数個のベクトルを求め、それらの複数個のベクトルは、それぞれベクトル成分として少なくとも、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータと前記第２の動作時間遅延とを含んでおり、
前記調整装置が、前記伝達関数を利用して、それらの複数個のベクトルについてそれぞれ、前記前方バッファメモリの出力信号と前記励起信号との比を周波数の関数として求め、
前記調整装置が、予め定められた最適化基準に従って最適であると評価されたベクトルに応じて、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータと前記第２の動作時間遅延とを調整し、
その最適化基準が、満足すべき境界条件として、周波数の関数としての前記前方バッファメモリの出力信号と前記励起信号との比が１よりも小さい予め定められた閾値以下にとどまることを含んでおり、
さらに、前記周波数フィルタの遮断周波数が高ければ高いほどいっそう良好に前記ベクトルが評価される。

このようにして、学習能力のあるフィードバック制御の最適なパラメータ調整を自動化して達成することができる。

前記調整装置が、付加的にその他の値も決定するこができる。特に、前記調整装置が、付加的に第１の重み係数および第２の重み係数を決定することができる。しかし、それ代えて、前記調整装置が、第１の重み係数および第２の重み係数を予め定められた値に、つまり求められた伝達関数に依存しない値に設定することもできる。

しかし、伝達関数を求めることができないか又は不十分な精度でしか求めることができない場合に、本発明は十分な強みを発揮する。というのは、この場合にも、前記調整装置が、前記励起信号および前記結果信号に基づいて、閉ループ制御回路の最も低いダンパ周波数（Tilgerfrequenz）を求めることができるからである。この場合に特に、前記調整装置が、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータを、前記周波数フィルタの遮断周波数が前記ダンパ周波数の予め定められたパーセンテージに相当するように決定するとよい。

さらに、この場合（前記周波数フィルタの遮断周波数を決定するために前記ダンパ周波数を使用する場合）には、前記調整装置が、前記ダンパ周波数に基づいて求められた前記周波数フィルタの遮断周波数よりも小さい補助周波数において、その補助周波数について制御回路動作時間を求め、該制御回路動作時間とは前記前方ノードに供給される信号が前記実際値の変化を生じさせるまでに経過する時間のことであり、前記第２の動作時間遅延を当該制御回路動作時間に調整するとよい。

前記周波数フィルタの遮断周波数を決定するために前記ダンパ周波数を使用する場合には、さらに前記調整装置が、第１の重み係数および第２の重み係数を予め定められた値に設定するとよい。

その上さらに、次のことすら可能である。即ち、
前記調整装置が、前記後方バッファメモリおよび前記後方ノードへの前記励起信号の供給前又は供給後に、
前記前方バッファメモリの出力信号を補償信号として使用することを抑制し、
前記後方バッファメモリおよび前記後方ノードに補償信号として少なくとも１つの他の励起信号を供給し、
それによって生じた結果信号を取得し、この今や生じた結果信号は、今や生じた前記制御偏差、今や生じた前記内部和信号、前記周波数フィルタの今や生じた出力信号又は前記前方バッファメモリの今や生じた出力信号であり、
一方では励起信号および結果信号の評価に基づいて、他方では他の励起信号およびそれによって生じた結果信号の評価に基づいて、前記調整装置が、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータおよび前記動作時間遅延の調整を、一方の方法に従って行うか、又は他方の方法に従って行うかを決定する。

それによって、制御装置は、自動的に、
制御装置が伝達関数を確実に算定できる場合には、最適なパラメータ調整をすることができ、また一方、
制御装置が伝達関数を算定できないか、又は不確実にしか算定できない場合には、学習能力のあるフィードバック制御が確かに最適ではないにしても、しかし安定にとどまるようにパラメータ調整をすることができる。

前記補償回路は閉ループ制御回路内で動作する。従って、前記補償回路は、個々の具体的事例では不安定であることがあり得る。前記補償回路の最初のパラメータ調整は、学習能力のあるフィードバック制御が（補償回路を含めて）安定であるように選択されるが、しかし複雑な機械の場合には閉ループ制御回路の伝達関数がやがて変化することが起こり得る。まさにこのような場合に不安定性が生じ得る。このような不安定性が生じる場合、制御される装置の損傷を回避するためには、次の如き構成とすることが好ましい。即ち、
制御装置が監視装置を有し、
前記監視装置が、制御装置の通常動作時には自動的に前記補償信号の時間的経過を監視し、
前記補償信号の時間的経過の監視が前記補償回路の不安定性を示すや否や、前記監視装置が、前記前方バッファメモリの出力信号を前記補償信号として使用することを抑制するか、前記周波数フィルタの少なくとも１つのパラメータおよび／又は前記第２の動作時間遅延を異なる値に調整するか、それらのうち少なくとも一方を行う。

多くの場合には、制御装置がソフトウェアプログラマブル制御装置として構成されて、ソフトウェアモジュールによりプログラミングされており、そのソフトウェアモジュールによるプログラミングに基づいて、制御装置が本発明に従って構成されている。

制御装置の格別に好ましい使用法は、印刷機の１つの軸を制御するために使用することにある。

本発明の課題は、さらに請求項１１の特徴事項を有するソフトウェアモジュールによって解決される。本発明によれば、ソフトウェアプログラマブル制御装置によるソフトウェアモジュールの機械コードの実行が、本発明に従って制御装置が構成されていることをもたらす。そのソフトウェアモジュールは、特にデータ媒体に機械読取可能な形態で記憶されているとよい。

図面を参照して詳細に説明する実施例の以下の記載に基づいて、本発明の上述の特性、特徴および利点ならびにこれらを達成する方法をさらに分りやすく明確にする。図面には概略図が示されている。

図１は制御対象をフィードバック制御するための制御装置を示すブロック図である。 図２は外乱を示すタイムチャートである。 図３は補償回路がオープン状態にある図１の制御装置を示すブロック図である。 図４はフローチャートである。 図５はフローチャートである。 図６は周波数応答を示す特性図である。 図７はフローチャートである。 図８はフローチャートである。 図９は補償信号を示すタイムチャートである。 図１０はフローチャートである。 図１１は制御対象をフィードバック制御するための制御装置を示すブロック図である。

図１によれば、制御対象１をフィードバック制御するための制御装置が、前方ノード２と、後方ノード３と、調節器４と、補償回路５とを有する。この制御装置は、特に印刷機の１つの軸、特にいわゆる回転軸（Rundachse）の制御に使用することができる。しかし、この制御装置は、そのほかにも使用することができ、つまり回転軸制御用であろうが、直線軸制御用であろうが、あるいはその他の用途であろうが使用することができる。

制御装置の通常動作時には、前方ノード２が実際値ｘおよびそれに対応する目標値ｘ^＊を受け取る。実際値ｘは、制御対象１の出力側において、測定装置６により測定技術的に検出される。前方ノード２は、目標値ｘ^＊と実際値ｘとの差を形成することによって、制御偏差δｘを求める。後方ノード３は、制御偏差δｘと補償信号Ｋとを受け取る。後方ノード３は、制御偏差δｘと補償信号Ｋとを加算し、それによって和信号ｓ１を形成する。この和信号は以下において外部和信号ｓ１と呼ぶ。後方ノード３はその外部和信号ｓ１を調節器４に供給する。調節器４は、該調節器に供給された外部和信号ｓ１に基づいて、制御対象１のための操作信号Ｓを求める。調節器４は操作信号Ｓを制御対象１に出力する。調節器４は、例えばＰＩ調節器として構成することができる。しかし、調節器４は、それとは異なった調節器特性を有してもよい。

検出された実際値ｘは外乱ｚに影響されている。外乱ｚは、図２の描写によれば、時間ｔの周期関数である。従って、外乱ｚは周期Ｔを有する。外乱ｚの補償に、補償回路５と、その補償回路５によって求められた補償信号Ｋとが役立つ。

補償信号Ｋの算定を可能にするために、制御装置は前方ノード２と後方ノード３との間に配置されている外部タップ７を有する。外部タップ７から制御偏差δｘが取り出され、補償回路５に供給される。補償回路５は補償信号Ｋを求めて、これを後方ノード３に供給する。

補償回路５は、内部ノード８、周波数フィルタ９、前方バッファメモリ１０および後方バッファメモリ１１を有する。内部ノード８には、２つの乗算器１２，１３が前置されている。乗算器１２には制御偏差δｘが供給され、乗算器１３にはフィードバック信号Ｒが供給される。乗算器１２，１３は、それぞれに供給される信号δｘ，Ｒとそれぞれの重み係数γ，βとを乗算し、それらの積を内部ノード８に供給する。内部ノード８は、それらの積を受け取る。内部ノード８は、重み係数γで重み付けされた制御偏差δｘと、重み係数βで重み付けされたフィードバック信号Ｒとを加算して、別の和信号ｓ２を形成する。この和信号は以下において内部和信号ｓ２と呼ぶ。その内部和信号ｓ２を内部ノード８が周波数フィルタ９に供給する。

周波数フィルタ９は周波数フィルタ処理を行う。この目的のために、周波数フィルタ９は、例えば非再帰型ディジタルフィルタとして、特にローパスフィルタとして構成されているとよい。周波数フィルタ９のフィルタ次数は、適切なパラメータＰの調整によって調整可能である。同様のことが周波数フィルタ９の遮断周波数ｆＧにも当てはまる。周波数フィルタ９は、相応にフィルタ処理された信号ｓＦ（以下において、フィルタ信号ｓＦとも呼ぶ。）を前方バッファメモリ１０に供給する。

前方バッファメモリ１０は周波数フィルタ９のフィルタ信号ｓＦを第１の動作時間遅延Ｔ１だけ遅延させ、それを出力信号ｓｖとして出力する。通常動作時には、前方バッファメモリ１０は、その出力信号ｓｖを後方バッファメモリ１１に供給する。同様にして、後方バッファメモリ１１は出力信号ｓｖを第２の動作時間遅延Ｔ２だけ遅延させる。後方バッファメモリ１１は、相応に遅延された信号をフィードバック信号Ｒとして出力する。

前方バッファメモリ１０と後方バッファメモリ１１との間には、内部タップ１４が配置されている。内部タップ１４から補償信号Ｋが取り出されて後方ノード３に供給される。その補償信号Ｋは、通常動作時には出力信号ｓｖと一致している。従って、制御装置の通常動作時には、前方バッファメモリ１０の出力信号ｓｖが補償信号Ｋとして使用される。

周波数フィルタ９は、既に述べたように、フィルタ次数を有する。そのフィルタ次数は遅延時間ＴＦに対応する。一般に、周波数フィルタ９および両バッファメモリ１０，１１は、
ＴＦ＋Ｔ１＋Ｔ２＝ｎ・Ｔ （１）
なる関係が当てはまるように設計されている。ｎは整数である。一般に数値ｎはできるだけ小さい値である。しばしば数値ｎは値１又は値２を有する。

制御対象１は、通常のフィードバック制御（即ち、補償回路５なし）との関連で、制御回路動作時間ＴＬを有する。

制御回路動作時間ＴＬは、前方ノード２に供給される信号が実際値ｘの変化を生じさせるまでに経過する時間である。後方バッファメモリ１１は、
Ｔ２＝ＴＬ （２）
なる関係が当てはまるように設計されているべきである。従って、周波数フィルタ９および前方バッファメモリ１０の遅延時間ＴＦ，Ｔ１の和は、外乱ｚの周期Ｔの整数倍から制御回路動作時間ＴＬを差し引いた時間である。

制御装置はさらに調整装置１５を有する。調整装置１５は制御装置の調整動作時に作用する。この場合に調整装置１５の作用は自動的である。

調整動作時に調整装置１５は、図３および図４からわかるように、ステップ１において周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続を分離する。その分離は、前方バッファメモリ１０の手前ではなくて、前方バッファメモリ１０内で行われてもよいし、又は前方バッファメモリ１０の後方で行われてもよい。その接続の分離によって、前方バッファメモリ１０の出力信号ｓｖを補償信号Ｋとして使用することが抑制される。その代わりに調整装置１５は、ステップＳ２において、後方バッファメモリ１１および後方ノード３に補償信号Ｋとして励起信号ｕを供給する。さらに、調整装置１５は、ステップＳ３において、励起信号ｕによって生じる結果信号ｅを取得する。結果信号ｅは、図３に示すようにフィルタ信号ｓＦであり、従って周波数フィルタ９の出力信号である。その代わりに、結果信号ｅは、制御偏差δｘ、内部和信号ｓ２、又は前方バッファメモリ１０の出力信号ｓｖであってもよい。最後に挙げた形態は、周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続の分離が前方バッファメモリ１０の後方で行われる場合にのみ可能である。

それから調整装置１５は、ステップＳ４において、周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２を調整する。少なくとも１つのパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２の調整は、励起信号ｕおよび結果信号ｅに基づいて行われる。それに続いて調整装置１５は、ステップＳ５において、周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続を再び形成する。従って、前方バッファメモリ１０の出力信号ｓｖが再び補償信号Ｋとして使用される。補償信号Ｋを元通りに戻すことにより調整動作が終了する。

周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続の分離と、これに伴う上述の通常動作時との相違点とを除けば、制御装置の動作は調整動作時に変わらないままである。

本発明のこの方法は、調整動作時に制御偏差δｘ、内部和信号ｓ１、フィルタ信号ｓＦおよび前方バッファメモリ１０の出力信号ｓｖについて、
δｘ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）・ｕ（ｓ） （３）
ｓ２（ｓ）＝（γＧ（ｓ）＋βｅ^−ｓＴ２）・ｕ（ｓ） （４）
ｓＦ（ｓ）＝Ｈ（ｓ）・（γＧ（ｓ）＋βｅ^−ｓＴ２）・ｕ（ｓ） （５）
ｓｖ（ｓ）＝ｅ^−ｓＴ１・Ｈ（ｓ）・（γＧ（ｓ）＋βｅ^−ｓＴ２）・ｕ（ｓ） （６）
なる関係が当てはまることに基づいている。式（３）〜（６）において、ｓはラプラス演算子、Ｇは閉ループ制御回路の伝達関数、Ｈは周波数フィルタ９のフィルタ関数である。式（３）〜（６）において基本的には伝達関数Ｇのみが既知でない。従って、伝達関数Ｇは式（３）〜（６）に基づいて決定することができる。

従って、図４のステップＳ４の可能な実施例において、図５によれば（ここでは式（３）を使用する場合について参照）、調整装置１５は、励起信号ｕおよび結果信号ｅを評価する際に、ステップＳ１１において、閉ループ制御回路の伝達関数Ｇ（s）を求めることができる。調整装置１５は、この例では周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰと第２の動作時間遅延Ｔ２とを伝達関数Ｇの評価に基づいて調整する。特に、調整装置１５は、この例ではステップＳ１２においてベクトルＶｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）を求める。そのベクトルＶｉは、ベクトル成分として一組の被調整量、即ち、少なくとも、周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰと第２の動作時間遅延Ｔ２とを含み、場合によってはさらに、例えば第１の重み係数γおよび／又は第２の重み係数βのような他の量も含む。それに代えて、重み係数γ，βは固定設定してもよい。特に、重み係数γ，βは値１に固定設定してよい。

ステップＳ１３において、算定装置１５が、この例では当該ベクトルＶｉについて付属の増幅度Ａｉを周波数ｆの関数として求める。従って、算定装置１５は、周波数ｆの関数として、前方バッファメモリ１０の出力端における信号ｓｖと励起信号ｕとの比を形成する。図６は、単に例示として、生じる増幅度Ａｉを実線で示す。算定装置１５は、信号ｓｖを求める際に伝達関数Ｇを使用する。

ステップＳ１４において、算定装置１５は、増幅度Ａｉの最大値Ａｉｍを求める。ステップＳ１５において、算定装置１５は、その最大値Ａｉｍが予め定められた閾値ＡＭＡＸを下回っているかどうかを検査する。その閾値ＡＭＡＸは図６の描写によれば１よりも小さい。

その最大値Ａｉｍが予め定められた閾値ＡＭＡＸを下回っていない場合には、当該ベクトルＶｉはステップＳ１６において捨て去られる。その最大値Ａｉｍが予め定められた閾値ＡＭＡＸを下回る場合には、当該ベクトルＶｉは、ステップＳ１７において、後で有効なベクトルＶｉのための候補として予め選択される。ステップＳ１８において、算定装置１５は、必要な全てのベクトルＶｉについてステップＳ１２〜Ｓ１７を既に実行したかどうか、即ちインデックスｉがそれの最終値に達したかどうかをチェックする。そうでない場合には、算定装置１５はステップＳ１２に戻り、そこで新たなベクトルＶｉを指定する。インデックスｉがそれの最終値に達した場合には、算定装置１５はステップＳ１９に移行する。

ステップＳ１９において、調整装置１５は、ステップＳ１７で予め選択されたベクトルＶｉに基づいて、周波数フィルタ９の遮断周波数ｆＧが最大であるベクトルＶｉを求める。このベクトルＶｉに従って、ステップＳ２０において、周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２の調整が行われる。

そそれにより結局、調整装置は、複数のベクトルＶｉを最適化基準に従って評価する。その最適化基準は、（強制的に）満足すべき境界条件として、周波数ｆの関数としての増幅度Ａｉが予め定められた閾値ＡＭＡＸを下回ったままであることと、さらに周波数フィルタ９の遮断周波数ｆＧが高ければ高いほどベクトルＶｉがいっそう良好に評価されることとを含んでいる。

実験によれば、第２の動作時間遅延Ｔ２が臨界的であること、即ち第２の動作時間遅延Ｔ２がほんの僅かに異なっただけでも既に、周波数ｆの関数として生じる増幅度Ａｉの明確な変化が起こり得ることが判明した。従って、図５の方法を次のように変更することが好ましい。即ち、各ベクトルＶｉについて、ステップＳ１２の範囲内で或る特定の（補足するならば：唯一の、固定の）第２の動作時間遅延Ｔ２を決定するが、しかし、ステップＳ１３の範囲内でその都度繰り返して第２の動作時間遅延Ｔ２の複数の値についてそれぞれ付属の増幅度Ａｉを周波数ｆの関数として求めるというように変更することである。これらの値は、ベクトルＶｉによって定義される第２の動作時間遅延Ｔ２の周辺の間隔を定義する。この間隔の境界Ｔ２ｕ，Ｔ２ｏに関しては、
（Ｔ２−Ｔ２ｕ）／Ｔ２＝ｋ１ （７）
（Ｔ２ｏ−Ｔ２）／Ｔ２＝ｋ２ （８）
なる関係か、
Ｔ２−Ｔ２ｕ＝ｋ３ （９）
Ｔ２ｏ−Ｔ２＝ｋ４ （１０）
なる関係かのいずれかが当てはまる。ｋ１〜ｋ４は０よりも大きい定数である。しかし、定数ｋ１およびｋ２は、同じ値を有してよいが、しかしそうである必要はない。同様に、定数ｋ３およびｋ４は、同じ値を有してよいが、しかしそうである必要はない。例えば、式（７）および（８）を適用する場合に、定数ｋ１およびｋ２は、特に０．１５と０．２５との間の値を有するとよい。

ステップＳ１３の算定が第２の動作時間遅延Ｔ２の複数の値について行われる場合に、算定装置１５は、ステップＳ１４において、それぞれのステップＳ１３の実行時に求められた全ての増幅度Ａｉに関して動作時間を支配する増幅度Ａｉの最大値Ａｉｍを求める。

図４〜図６を参照して説明した方法により、補償回路５の安定した頑強なかつ最適もしくはほぼ最適なパラメータ調整が自動的な方法で可能である。しかし、この方法は、伝達関数Ｇが確実に算定できることを前提とする。しかし、これは常にそうであるとは限らない。例えば、印刷機の場合には、しかし多くの他の生産機械の場合にも、また一部の工作機械の場合にも、伝達関数Ｇが時間的変化性および／又は非線形性であり、即ち励起信号ｕの振幅に依存する。このような場合に、今まで説明した方法は、しばしば不十分な結果しかもたらさない。このような場合には、以下に図７を参照して詳しく説明する代替方法のほうが得策である。

図７は、図５と同様に、図４のステップＳ４の可能な実施例を示す。図７によれば、調整装置１５は、ステップＳ２１において閉ループ制御回路の最も低いダンパ周波数ｆＴを算定する。このステップＳ２１の算定は、励起信号ｕおよび結果信号ｅの評価に基づく。この場合に調整装置１５は、ステップＳ２２において、周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰを、周波数フィルタ９の遮断周波数ｆＧがダンパ周波数ｆＴの予め定められた第１のパーセンテージα１に相当するように決定する。この第１のパーセンテージα１は、例えば３０％と７０％との間、特に４０％と６０％との間にある。実際面では、特に約５０％の値が有利であることがわかった。さらに調整装置１５はステップＳ２２において補助周波数ｆＨを決定する。補助周波数ｆＨは遮断周波数ｆＧを下回る。例えば、補助周波数ｆＨは遮断周波数ｆＧの第２のパーセンテージα２に等しい。第２のパーセンテージα２は、例えば３０％と７０％との間、特に４０％と６０％との間にある。特に、実際面では、特に約５０％の値が有利であることがわかった。さらに調整装置１５は、ステップＳ２３において、補助周波数ｆＨに対して付属の制御回路動作時間ＴＬを決定し、第２の動作時間遅延Ｔ２を制御回路動作時間ＴＬに調整する。最後に調整装置１５は、ステップＳ２４において第１の重み係数γおよび第２の重み係数βを確定する。両重み係数β，γは、例えば両者とも１に設定するとよい。

これらの２つの原理的な方法は、即ち図４および図５の方法と図７の方法とは、互いに組み合わせることさえも可能である。この場合に、先ず、図４および図５の方法により、周波数フィルタ９のパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２の有効かつ確実な調整ができるかどうかが試される。これができない場合には、周波数フィルタ９のパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２の調整は、図７の方法に従って行われる。これを以下において図８を参照して詳しく説明する。

図８によれば、調整装置１５は、先ずステップＳ３１において周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続を分離する。さらに調整装置１５は、ステップＳ３２において、その代わりに後方バッファメモリ１１および後方ノード３に補償信号Ｋとして励起信号ｕを供給する。さらに調整装置１５は、ステップＳ３３において、励起信号ｕによって生じた結果信号ｅを取得する。ステップＳ３４において、調整装置１５は、励起信号ｕおよび結果信号ｅを評価することによって閉ループ制御回路の伝達関数Ｇ（ｓ）を算定する。ステップＳ３１〜Ｓ３３およびＳ３４は、図４のステップＳ１〜Ｓ３と、図５のＳ１１に対応する。

さらに調整装置１５はステップＳ３５およびＳ３６を実行する。ステップＳ３５およびＳ３６はステップＳ３２およびＳ３３と内容的に対応している。しかし、ステップＳ３２の励起信号ｕの代わりに、異なる励起信号ｕ’が使用され、以下においてこれを他の励起信号ｕ’と呼ぶ。それゆえ異なる結果信号ｅ’が生じ、以下においてこれを他の結果信号ｅ’と呼ぶ。ステップＳ３７において、調整装置１５は、他の励起信号ｕ’および他の結果信号ｅ’を評価することによって、閉ループ制御回路の伝達関数Ｇ’（ｓ）を算定し、以下においてこれを他の伝達関数Ｇ’（ｓ）と呼ぶ。

ステップＳ３７はステップＳ３４に対応するが、しかし他の励起信号ｕ’および他の結果信号ｅ’に基づいている。

理想的には両伝達関数Ｇ，Ｇ’は一致する。現実には両者は互いに相違する。従って、算定装置１５はステップＳ３８において、両伝達関数Ｇ，Ｇ’が一致するかどうか、もしくは少なくとも十分に一致するかどうかをチェックする。そうである場合には、ステップＳ３９において、周波数フィルタ９のパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２ならびに場合によって他の量の調整が、伝達関数Ｇ又は他の伝達関数Ｇ’に基づいて行われる。ステップＳ３９は、内容的に図５のステップＳ１２〜Ｓ２０に対応する。そうでない場合には、ステップＳ４０において、周波数フィルタ９のパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２ならびに場合によって他の量の調整が、ダンパ周波数ｆＴに基づいて行われる。ステップＳ４０は内容的に図７のステップＳ２１〜Ｓ２４に対応する。さらに調整装置１５はステップＳ４１において、図４のステップＳ５と同様に、周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続を再び形成する。

どの方法で周波数フィルタ９のパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２の調整が行われるかに関係なく、その調整は制御装置が安定に動作するように行われる。しかし、制御対象１の動作進行中に閉ループ制御回路の伝達関数Ｇ（ｓ）が変化する場合には、図９に示されているように、補償回路５が不安定になることが起こり得る。この場合には補償信号Ｋが徐々に絶えず増大する。このことは、（制御対象１を含む）制御される設備もしくは機械に損傷を生じさせ得る。このような損傷を回避するためには、制御装置が監視装置１６を有することが好ましい（図１参照）。制御装置の通常動作時には、この監視装置１６が自動的に補償信号Ｋの時間的経過を監視する。特に、監視装置１６は、通常動作時には、図１０に従ってステップＳ５１において補償信号Ｋを取り出して、これをステップＳ５２において評価する。例えば、補償信号Ｋの大きさが予め定められた閾値を上回っているかどうかを監視装置１６が確認するか、又は補償信号Ｋが外乱ｚの複数の周期にわたって常にその都度直前の周期よりも大きくなっているかどうかを監視装置１６が確認するとよい。周期の適切な個数は、例えば４から１０までの間にある。補償回路５が休止状態に切り換えられているときに、最大限に発生する制御偏差δｘを求めてもよい。この場合に、上記の予め定められた閾値は、例えばこの最大値と或る係数との乗算によって決定するとよい。

ステップＳ５３において、監視装置１６は、補償信号Ｋがそのような不安定な状況にあるかどうかをチェックする。補償信号Ｋが不安定な状況にある場合には、監視装置１６はステップＳ５４に移行する。調整装置１５は、ステップＳ５４において、図４のステップＳ１と同様に周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続を分離する。従って、調節器４による制御対象１のフィードバック制御がさらに続行されるが、しかしその接続を分離した結果として、制御偏差δｘに対する補償信号Ｋの作用が抑制される。

それにより図１０の方法は終了してよい。この場合に監視装置１６は、ステップＳ５４の範囲内で前方バッファメモリ１０の出力信号ｓｖを後方バッファメモリ１１と後方ノード３とに供給して補償信号Ｋとして使用することを抑制するだけである。それに代えて、追加的にステップＳ５５およびＳ５６が存在していてよい。ステップＳ５５において、監視装置１６は、周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰおよび／又は第２の動作時間遅延Ｔ２を異なる値に調整する。特に、監視装置１６が調整装置１５の相応の制御を生じさせてもよいし、監視装置１６が調整装置１５と共に１つの共通な装置を構成していてもよい。ステップＳ５６において、調整装置１５は、図４のステップＳ５と同様に、周波数フィルタ９と後方バッファメモリ１１との接続を再び形成する。従って、補償信号Ｋが再び制御偏差δｘに作用するように切り換えられる。

ステップＳ５５およびＳ５６を実現する際には、例えば、監視装置１６が次のチェックをするとよい。即ち、周波数フィルタ９のパラメータＰおよび／又は第２の動作時間遅延Ｔ２を伝達関数Ｇ（ｓ）に基づいて決定したか、それともダンパ周波数ｆＴに基づいて決定したかのチェックである。監視装置１６は、前者の場合にはいわば逃げ道としてステップＳ５５においてダンパ周波数ｆＴに基づいて算定を実行するかもしくは作動させ、後者の場合にはステップＳ５５およびＳ５６を実行しなくてよい。周波数フィルタ９のパラメータＰおよび第２の動作時間遅延Ｔ２のために、さらに別の反復法であろうが直接かつ即座的な方法であろうが、本発明による方法で求められる値の代わりに、予め定められた値を使用することもできる。この場合に事情によってはさらに誤差補償が行われるとよい。この誤差補償は、最適に動作するという状態には及ばないにしても、確実に安定な状態を維持する。

制御装置は、図１１の描写に従って、ソフトウェアプログラマブル制御装置として構成されていることが好ましい。従って、制御装置はマイクロプロセッサ１７を含む。制御装置は、この例ではソフトウェアモジュール１８によりプログラミングされている。そのソフトウェアモジュール１８によるプログラミングに基づいて、制御装置が本発明に従って構成されている。ソフトウェアモジュール１８は機械コード１９を含む。従って、制御装置による機械コード１９の実行は、制御装置が本発明に従って構成されていることもたらし、即ち、制御装置が、前方ノード２、後方ノード３、調節器４、補償回路５（構成要素８〜１４を含む）、タップ７、そして少なくとも調整装置１５（場合によっては監視装置１６も）ならびにそれらの上述の動作態様を実現することをもたらす。

ソフトウェアモジュール１８は、制御装置に原理的に任意の方法で供給することができる。特に、ソフトウェアモジュール１８は、データ媒体２０に機械読取可能な形態で記憶されているとよい。しかし、データ媒体２０がＵＳＢメモリスティックとして示されている図１１の描写は、まさに例示であって、限定的に解釈するべきではない。

それゆえ、本発明は、要約するならば次のとおりである。

制御装置は、学習能力のあるフィードバック制御の補償回路５の自動的なパラメータ調整のために調整装置１５を有し、この調整装置１５は、制御装置の調整動作時には自動的に補償信号Ｋとして制御回路の１つのタップに励起信号ｕを供給し、その励起信号ｕによって生じる結果信号ｅを取得する。励起信号ｕおよび結果信号ｅの評価に基づいて、調整装置１５が、補償回路５の周波数フィルタ９の少なくとも１つのパラメータＰおよびバッファメモリ１１の第２の動作時間遅延Ｔ２を調整する。そのバッファメモリ１１は、補償回路５内において評価係数で重みづけられてフィードバック結合されている出力信号Ｒを有するバッファメモリである。

本発明は多くの利点を有する。従って、パラメータ調整が自動化できるだけではない。むしろ、多くの場合に、それどころか、周波数フィルタ９の遮断周波数ｆＧが高い２桁のヘルツ範囲、例えば７０Ｈｚ以上のヘルツ範囲にある補償回路５のパラメータ調整さえも達成することができる。監視装置１６によって、伝達関数Ｇが変化する場合にも、制御対象１の損傷を確実に排除することができる。

本発明を細部において好ましい実施例によって詳しく図解して説明したが、本発明は開示した例によって限定されることなく、それから当業者によってその他の変形を、本発明の保護範囲を逸脱することなく導き出すことができる。

１ 制御対象
２ 前方ノード
３ 後方ノード
４ 調節器
５ 補償回路
６ 測定装置
７ 外部タップ
８ 内部ノード
９ 周波数フィルタ
１０ 前方バッファメモリ
１１ 後方バッファメモリ
１２ 乗算器
１３ 乗算器
１４ 内部タップ
１５ 調整装置／算定装置
１６ 監視装置
１７ マイクロプロセッサ
１８ ソフトウェアモジュール
１９ 機械コード
２０ データ媒体
Ａｉ 増幅度
ＡＭＡＸ 閾値
δｘ 制御偏差
Ｇ 伝達関数
Ｈ フィルタ関数
Ｋ 補償信号
ｋ１〜ｋ４ 定数
ｎ 整数
Ｐ パラメータ
Ｒ フィードバック信号
Ｓ 操作信号
ｓ ラプラス演算子
ｓ１ 外部和信号
ｓ２ 内部和信号
ｓＦ フィルタ信号
ｓｖ 出力信号
Ｓ１〜Ｓ５ ステップ
Ｓ１１〜Ｓ２４ ステップ
Ｓ３１〜Ｓ４１ ステップ
Ｓ５１〜Ｓ５６ ステップ
Ｔ 周期
Ｔ１ 第１の動作時間遅延
Ｔ２ 第２の動作時間遅延
ＴＦ 遅延時間
ＴＬ 制御回路動作時間
ｕ 励起信号
Ｖｉ ベクトル
ｘ 実際値
ｘ^＊ 目標値
ｚ 外乱
γ，β 重み係数

Claims (7)

1. 制御装置が、前方ノード（２）、後方ノード（３）、前記前方ノード（２）と前記後方ノード（３）との間に配置された外部タップ（７）、調節器（４）および補償回路（５）を有し、
   前記補償回路（５）が、内部ノード（８）、周波数フィルタ（９）、前方バッファメモリ（１０）および後方バッファメモリ（１１）を有し、
   前記前方ノード（２）が、制御対象（１）の出力側で測定装置（６）により検出された実際値（ｘ）と、これに対応する目標値（ｘ＊）とを受け取って、それらの差を形成することによって制御偏差（δｘ）を求め、
   前記後方ノード（３）が、前記制御偏差（δｘ）と補償信号（Ｋ）とを受け取って、前記制御偏差（δｘ）と前記補償信号（Ｋ）との加算によって形成した外部和信号（ｓ１）を前記調節器（４）に供給し、
   前記調節器（４）が、前記外部和信号（ｓ１）に基づいて制御対象（１）のための操作信号（Ｓ）を求めて制御対象（１）に出力し、
   前記内部ノード（８）が、前記外部タップ（７）から取り出されて第１の重み係数（γ）により重み付けされた前記制御偏差（δｘ）と、第２の重み係数（β）により重み付けされたフィードバック信号（Ｒ）との加算によって内部和信号（ｓ２）を形成し、これを前記周波数フィルタ（９）に供給し、
   前記周波数フィルタ（９）が周波数フィルタ処理を行い、そのフィルタ処理された信号（ｓＦ）を前記前方バッフメモリ（１０）に供給し、
   前記前方バッファメモリ（１０）が、そのフィルタ処理された信号（ｓＦ）を第１の動作時間遅延（Ｔ１）だけ遅延し、その相応に遅延された信号（ｓｖ）を出力信号（ｓｖ）として出力し、
   前記後方バッファメモリ（１１）が、前記補償信号（Ｋ）を第２の動作時間遅延（Ｔ２）だけ遅延させて、その相応に遅延された信号（Ｒ）をフィードバック信号（Ｒ）として出力し、
   通常動作時に、前記前方バッファメモリ（１０）の出力信号（ｓｖ）が補償信号（Ｋ）として使用される、制御対象（１）をフィードバック制御するための制御装置において、
   調整装置（１５）を有し、前記調整装置（１５）が、調整動作時には自動的に、
   前記前方バッファメモリ（１０）の出力信号（ｓｖ）を補償信号（Ｋ）として使用することを抑制し、
   前記後方バッファメモリ（１１）と前記後方ノード（３）とに補償信号（Ｋ）として励起信号（ｕ）を供給し、
   前記励起信号（ｕ）によって生じた結果信号（ｅ）を取得し、前記結果信号（ｅ）は、前記制御偏差（δｘ）、前記内部和信号（ｓ２）、前記周波数フィルタ（９）の出力信号（ｓＦ）、又は前記前方バッファメモリ（１０）の前記出力信号（ｓｖ）であり、
   前記励起信号（ｕ）および前記結果信号（ｅ）の評価に基づいて、少なくとも、前記周波数フィルタ（９）の少なくとも１つのパラメータ（Ｐ）と前記第２の動作時間遅延（Ｔ２）とを調整するとともに、
   前記調整装置（１５）が、前記励起信号（ｕ）および前記結果信号（ｅ）を評価する際に、閉ループ制御回路の伝達関数（Ｇ）を求め、
   前記調整装置（１５）が、その閉ループ制御回路の伝達関数（Ｇ）の評価に基づいて、前記周波数フィルタ（９）の少なくとも１つのパラメータ（Ｐ）および前記第２の動作時間遅延（Ｔ２）を調整し、
   前記調整装置（１５）が複数個のベクトル（Ｖｉ）を求め、これらの複数個のベクトル（Ｖｉ）は、それぞれベクトル成分として少なくとも、前記周波数フィルタ（９）の少なくとも１つのパラメータ（Ｐ）と前記第２の動作時間遅延（Ｔ２）とを含んでおり、
   前記複数個のベクトル（Ｖｉ）のそれぞれの前記伝達関数（Ｇ）を利用して、前記調整装置（１５）が、前記前方バッファメモリ（１０）の出力信号（ｓｖ）と前記励起信号（ｕ）との比を周波数（ｆ）の関数として求め、
   前記調整装置（１５）が、予め定められた最適化基準に従って最適であると評価されたベクトル（Ｖｉ）に応じて、前記周波数フィルタ（９）の少なくとも１つのパラメータ（Ｐ）と前記第２の動作時間遅延（Ｔ２）とを調整し、
   前記最適化基準が、満足すべき境界条件として、周波数（ｆ）の関数としての前記前方バッファメモリ（１０）の出力信号（ｓｖ）と前記励起信号（ｕ）との比（Ａｉ）が１よりも小さい予め定められた閾値（ＡＭＡＸ）以下にとどまることを含んでおり、
   さらに、前記周波数フィルタ（９）の遮断周波数（ｆＧ）が高ければ高いほどいっそう良好に前記ベクトル（Ｖｉ）が評価されることを特徴とする制御装置。
2. 前記後方バッファメモリ（１１）および前記後方ノード（３）への前記励起信号（ｕ）の供給前又は供給後に、
   前記調整装置が、
   前記前方バッファメモリ（１０）の出力信号（ｓｖ）を補償信号（Ｋ）として使用することを抑制し、
   前記後方バッファメモリ（１１）および前記後方ノード（３）に補償信号（Ｋ）として少なくとも１つの他の励起信号（ｕ’）を供給し、
   それによって生じた結果信号（ｅ’）を取得し、前記結果信号（ｅ’）は、前記制御偏差（δｘ）、前記内部和信号（ｓ２）、前記周波数フィルタ（９）の前記信号（ｓＦ）、又は前記前方バッファメモリ（１０）の前記出力信号（ｓｖ）であり、
   一方では前記励起信号（ｕ）および前記結果信号（ｅ）の評価に基づいて、他方では前記他の励起信号（ｕ’）および前記それによって生じた結果信号（ｅ’）の評価に基づいて、前記調整装置が、前記周波数フィルタ（９）の少なくとも１つのパラメータ（Ｐ）および前記動作時間遅延（Ｔ２）の調整を行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 監視装置（１６）を有し、
   通常動作時において、前記監視装置（１６）が、自動的に前記補償信号（Ｋ）の時間的経過を監視し、
   前記補償信号（Ｋ）の時間的経過の監視が前記補償回路の不安定性を示すや否や、前記監視装置（１６）が、前記後方ノード（３）への前記前方バッファメモリ（１０）の出力信号（ｓｖ）の供給を抑制するか、前記周波数フィルタ（９）の少なくとも１つのパラメータ（Ｐ）および前記第２の動作時間遅延（Ｔ２）の少なくとも一方を異なる値に調整するか、またはそれらの両方を行うことを特徴とする請求項１または２記載の制御装置。
4. ソフトウェアプログラマブル制御装置として構成されており、
   ソフトウェアモジュール（１８）によりプログラミングされており、そのソフトウェアモジュール（１８）によるプログラミングに基づいて、請求項１乃至３７の１つに記載のように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の制御装置。
5. 印刷機の１つの軸を制御するために使用されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の制御装置。
6. 機械コード（１９）を含むソフトウェアモジュールであって、
   ソフトウェアプログラマブル制御装置による前記機械コード（１９）の実行によって、請求項１乃至４の１つに記載の制御装置が構成されている、ソフトウェアモジュール。
7. データ媒体（２０）に機械読取可能な形態で記憶されていることを特徴とする請求項６記載のソフトウェアモジュール。