JP6727744B2 - 機械の動作を制御するモデル予測制御システム及び方法 - Google Patents
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Description
1つの例示の実施形態では、MPCは、ホライズン[t,t+T]に対して予測モデルを解くことによって現在の制御入力u(t)を求める。全体的な枠組みの開始点として、この実施形態は、予測モデルの変更された変形を検討する。ここで、制御u(τ)及びパラメーターベクトルpは、性能インデックスJ(u,p)を最小化する。すなわち、
及びCg=β−1Iの形の共分散行列を用いる。ただしα=1であり、適切なスカラーはβ>0であり、Iは恒等行列である。
いくつかの実施形態は、冗長レーザー加工機械の動作を制御するシステム及び方法を提供する。いくつかの実施形態は、追跡誤差の限界によって規定された誤差で基準軌道を追跡する実現可能性を保証する制約を条件として、最適化に基づく後退ホライズン制御を用いて機械を制御する。後退ホライズン制御の非限定的な一例は、モデル予測制御(MPC)である。
Claims (20)
- 機械動特性のモデルに従って機械の動作を制御するモデル予測制御(MPC)システムであって、
前記MPCの目的によって規定される第1の項と、前記機械の状態の、前記機械の動特性の方程式を満たす値からの逸脱にペナルティを課す第2の項とを含むコスト関数を記憶するメモリと、
制約を条件として時間ホライズンにわたって前記コスト関数を最適化して、該時間ホライズンにわたる前記機械の前記状態を制御する制御入力のシーケンスを生成するプロセッサと、
前記シーケンスにおける最初の前記制御入力に従って前記機械を制御するコントローラーと、
を備える、システム。 - 前記第2の項は、前記プロセッサによって実行される前記コスト関数の前記最適化が、前記機械の動特性の前記方程式を真にする前記機械の前記状態を求めることを促すように求められる前記機械の動特性の前記方程式の要素を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記コスト関数は、前記状態の、軟制約からの逸脱にペナルティを課す前記状態の第3の項を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記軟制約は、前記状態の構造に対する制約、及び前記状態の挙動に対する制約のうちの一方又は組み合わせを含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記軟制約は、前記状態のスパース性に対する制約、前記状態の対称性に対する制約、前記状態の安定性に対する制約、前記状態の平滑性に対する制約、前記状態の時間における変化率に対する制約のうちの1つ又は組み合わせを含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記コスト関数は、前記時間ホライズン内の前記状態のデータ同化を実行する第3の項を含むことで、前記プロセッサが前記同化された状態に従って前記機械の前記状態を移行させる前記制御入力のシーケンスを生成するようになっている、請求項1に記載のシステム。
- 前記データ同化は、前記状態の以前の値に基づいて、前記時間ホライズン内の、前記機械の前記動特性の前記方程式を用いて求められる前記状態の値を調整する、請求項6に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、カルマンフィルターの変形を用いて前記コスト関数を最適化する、請求項6に記載のシステム。
- 前記カルマンフィルターの変形は、古典的カルマンフィルター(KF)、拡張カルマンフィルター(EKF)、無香カルマンフィルター(UKF)、アンサンブルカルマンフィルター(EnKF)、アンサンブルカルマンスムーザー(EnKS)、4D変分モデル(4DVAR)のうちの1つ又は組み合わせを含む、請求項8に記載のシステム。
- 前記コスト関数は、重み付き最小2乗方法を用いて前記制御入力のシーケンスを探索することにおいて、前記第1の項の重み及び前記第2の項の重みの均衡を取り、該重みは、前記MPCシステムの前記メモリに記憶される、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記制御入力のための最適化と前記状態の最適化とを繰り返し交互に行うことによって前記コスト関数を最適化する、請求項1に記載のシステム。
- 前記機械は、冗長レーザー加工機械である、請求項1に記載のシステム。
- 機械動特性のモデルに従ってモデル予測制御(MPC)を用いて機械の動作を制御する方法であって、該方法は、該方法を実施する、記憶された命令と結合されたプロセッサを使用し、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、該方法の少なくともいくつかのステップを実行し、該少なくともいくつかのステップは、
前記MPCの目的によって規定される第1の項と、前記機械の状態の、前記機械の動特性の方程式を満たす値からの逸脱にペナルティを課す第2の項とを含むコスト関数をメモリから索出するステップと、
硬制約を条件として時間ホライズンにわたって前記コスト関数を最適化して、該時間ホライズンにわたる前記機械の前記状態を制御する制御入力のシーケンスを生成するステップと、
前記シーケンスにおける最初の前記制御入力に従って前記機械を制御するステップと、
を含む、方法。 - 前記第2の項は、前記プロセッサによって実行される前記コスト関数の前記最適化が、前記機械の動特性の前記方程式を真にする前記機械の前記状態を求めることを促すように求められる前記機械の動特性の前記方程式の要素を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記コスト関数は、前記状態の、軟制約からの逸脱にペナルティを課す前記状態の第3の項を含み、前記軟制約は、前記状態の構造に対する制約、及び前記状態の挙動に対する制約のうちの一方又は組み合わせを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記コスト関数は、前記時間ホライズン内の前記状態のデータ同化を実行する第3の項を含むことで、前記プロセッサが前記同化された状態に従って前記機械の前記状態を移行させる前記制御入力のシーケンスを生成するようになっている、請求項13に記載の方法。
- 前記データ同化は、前記状態の以前の値に基づいて、前記時間ホライズン内の、前記機械の前記動特性の前記方程式を用いて求められる前記状態の値を調整する、請求項16に記載の方法。
- 前記プロセッサは、カルマンフィルターの変形を用いて前記コスト関数を最適化する、請求項16に記載の方法。
- 前記機械は、冗長レーザー加工機械である、請求項13に記載の方法。
- 機械動特性のモデルに従ってモデル予測制御(MPC)を用いて機械の動作を制御する方法を実行するプロセッサによって実行可能なプログラムを具現化した非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、前記方法は、
前記MPCの目的によって規定される第1の項と、前記機械の状態の、前記機械の動特性の方程式を満たす値からの逸脱にペナルティを課す第2の項とを含むコスト関数をメモリから索出することと、
硬制約を条件として時間ホライズンにわたって前記コスト関数を最適化して、該時間ホライズンにわたる前記機械の前記状態を制御する制御入力のシーケンスを生成することと、
前記シーケンスにおける最初の前記制御入力に従って前記機械を制御することと、
を含む、非一時的コンピューター可読記憶媒体。
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