JP7256327B1 - Control parameter adjustment method and adjustment device for digital control system - Google Patents

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Abstract

【課題】制御対象が飽和の非線形性を有する非線形性システムにおいて、制御器の制御パラメータのデータ駆動型制御による調整において、線形性システムに用いられる最小二乗法を適用を可能とする。【解決手段】本発明は、制御対象からフィードバックされる出力データyを制御器に入力し、伝達関数C(z;θ)を経て得られる制御器の出力信号を制御対象の入力データuとし、伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離することにより、制御器の制御パラメータのデータ駆動型制御による調整において、非線形性システムに対する最小二乗法の適用を可能とし、更に、最小二乗法を適用した制御パラメータの調整において、飽和の非線形性を解消するアンチワインドアップ補償の適用を可能とする。【選択図】図1Kind Code: A1 In a nonlinear system in which a controlled object has saturated nonlinearity, it is possible to apply the least-squares method used in a linear system in adjusting the control parameters of a controller by data-driven control. In the present invention, output data y fed back from a controlled object is input to a controller, and an output signal of the controller obtained through a transfer function C(z; θ) is used as input data u of the controlled object, By linearly separating the transfer function C(z; Anti-windup compensation that eliminates non-linearity of saturation can be applied in multiplicative control parameter adjustment. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、ディジタル制御系の制御パラメータを調整する方法、及び制御系の制御パラメータを調整する装置に関する。 The present invention relates to a method for adjusting control parameters of a digital control system and a device for adjusting control parameters of a control system.

DC/DCコンバータ等のディジタル制御器において、出力電圧を安定化させるフィードバック(帰還)制御として、帰還ループを介して出力電圧を帰還する制御の他に、出力電圧を帰還する電圧帰還ループに加えてマイナーループとしてインダクタ電流やコンデンサ電流の帰還ループを用い、出力電圧誤差信号と帰還電流とをPWM変調器に入力するディジタル制御が知られている。 In digital controllers such as DC/DC converters, in addition to control that feeds back the output voltage via a feedback loop, as feedback control to stabilize the output voltage, in addition to the voltage feedback loop that feeds back the output voltage Digital control is known in which a feedback loop of an inductor current or a capacitor current is used as a minor loop, and an output voltage error signal and a feedback current are input to a PWM modulator.

ディジタル制御系では、一般に広く使われているPID制御やPI制御による制御器を設計することが望まれるが、制御器のPIDゲインあるいはPIゲインは制御器に含まれる非線形性により容易に調整することが難しいという問題が指摘されている。本発明は、ディジタル制御系で制御する制御器の制御パラメータの調整に関する。 In a digital control system, it is desirable to design a controller based on widely used PID control or PI control, but the PID gain or PI gain of the controller should be easily adjusted by the nonlinearity contained in the controller. It has been pointed out that it is difficult to The present invention relates to adjustment of control parameters of a controller controlled by a digital control system.

反復実験を必要とせずに制御系の設計にかかる負担が軽減される手法として、制御対象の入出力データである実験データを直接に用いて制御器の制御パラメータを調整するデータ駆動型制御が知られている。このデータ駆動型制御は、一回または複数回の実験により獲得される入出力データに基づいて、制御器のPIDゲインあるいはPIゲイン等の制御パラメータを閉ループ系で最適化し、これにより制御器が参照モデルに近づくように調整する手法である。 Data-driven control, which adjusts the control parameters of the controller by directly using the experimental data, which is the input/output data of the controlled object, is known as a method that reduces the burden of control system design without the need for repeated experiments. It is This data-driven control optimizes the control parameters such as the PID gain or PI gain of the controller in a closed loop system based on input/output data obtained by one or more experiments. This is a method of adjusting so as to approach the model.

データ駆動型制御の一つとしてVRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)法が知られている。VRFTは、実験で取得した入出力データに基づいて、出力データと参照モデルから仮想入力データを求め、入力データと仮想入力データの入力に関するデータを用いて制御器の制御パラメータを調整する制御方法である。 A VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning) method is known as one of the data-driven controls. VRFT is a control method that obtains virtual input data from output data and a reference model based on input/output data obtained in an experiment, and adjusts the control parameters of the controller using the input data and data related to the virtual input data. be.

VRFT法では、通常、制御系の参照モデルとして線形性システムが設定される。制御系が線形性である場合には、入力データと仮想入力データとの差分に対して最小二乗法を適用することにより、制御器の制御パラメータの調整が可能であることが知られている。 In the VRFT method, a linear system is usually set as a reference model of the control system. It is known that if the control system is linear, it is possible to adjust the control parameters of the controller by applying the method of least squares to the difference between the input data and the virtual input data.

しかしながら、制御系が非線形性である場合には、制御系の閉ループ系を線形性システムとして扱うには限界があるため、最小二乗法を用いた制御パラメータの調整は困難である。 However, when the control system is nonlinear, there is a limit to treating the closed loop system of the control system as a linear system, so it is difficult to adjust the control parameters using the least squares method.

ディジタル制御系の非線形性として飽和による非線形性がある。飽和による非線形性として、制御系の制御特性に依る飽和、あるいは制御対象自体の物理的特性に依る飽和の非線形性がある。物理的要因による非線形性としては、例えばDC-DCコンバータのインダクタの磁気飽和で生じる非線形性がある。 Nonlinearity due to saturation is one of the nonlinearities of digital control systems. Nonlinearity due to saturation includes saturation due to the control characteristics of the control system, or saturation nonlinearity due to the physical characteristics of the controlled object itself. Nonlinearity caused by physical factors includes, for example, nonlinearity caused by magnetic saturation of an inductor of a DC-DC converter.

また、制御系に依る飽和の非線形性は、例えばPWM制御において出力が規定値に制限される等の制御特性によるものであり、ディジタル制御系において制御対象をPWM制御(パルス幅変調制御)で制御する際、PWM制御で用いられるパルス幅は0と1との間に制限されている。そのため、PWM制御のDuty指令値が0未満あるいは1を超えると、パルス幅は飽和状態となり下限値は0に制限され、上限値は1に制限される。このPWM制御の飽和の非線形性により、制御対象のディジタル制御に用いられるPWM制御のパルス幅はDuty指令値を正確に反映した値とはならない。このことから、VRFTを用いたPIゲインの調整(チューニング)では、飽和の非線形性により制御器の性能が劣化するという問題が指摘されている。 In addition, the nonlinearity of saturation due to the control system is due to control characteristics such as the output being limited to a specified value in PWM control, for example, and the controlled object is controlled by PWM control (pulse width modulation control) in the digital control system In doing so, the pulse width used in PWM control is limited between 0 and 1. Therefore, when the duty command value of PWM control is less than 0 or exceeds 1, the pulse width becomes saturated, the lower limit is limited to 0, and the upper limit is limited to 1. Due to the saturation nonlinearity of PWM control, the pulse width of PWM control used for digital control of the controlled object does not accurately reflect the Duty command value. For this reason, it has been pointed out that the PI gain adjustment (tuning) using VRFT degrades the performance of the controller due to the nonlinearity of saturation.

ディジタル制御系が飽和の非線形性を有している場合には、制御器は非線形性システムを扱うことになるため最小二乗法を用いて制御器の制御パラメータを調整することができない。 If the digital control system has saturated nonlinearity, the control parameters of the controller cannot be adjusted using the least-squares method because the controller deals with a nonlinear system.

従来、最小二乗法を適用することなく飽和の非線形性を解消する手法として、
(a)データ駆動型制御において、非線形性を補償する関数を非線形性補償器として制御器内に導入する手法(非特許文献1)。
(b)アンチワインドアップ補償により非線形性に伴うフィードバックを制限する手法(特許文献1,非特許文献2)。
(c)演算を複数回繰り返す数値的最適化法によって制御パラメータを漸近的に求める手法(非特許文献3)。
が提案されている。
Conventionally, as a method to eliminate saturation nonlinearity without applying the least squares method,
(a) In data-driven control, a method of introducing a nonlinearity compensating function into a controller as a nonlinearity compensator (Non-Patent Document 1).
(b) A method of limiting feedback associated with nonlinearity by anti-windup compensation (Patent Document 1, Non-Patent Document 2).
(c) A method of asymptotically obtaining control parameters by a numerical optimization method in which operations are repeated multiple times (Non-Patent Document 3).
is proposed.

特開2007-252114号公報JP 2007-252114 A

「データ駆動型制御における非線形補償と最適化手法」 計測と制御 第52巻 第10号 P872-877"Nonlinear Compensation and Optimization Techniques in Data Driven Control" Instrumentation and Control Vol.52 No.10 P872-877 「Conditioning Technique, a General Anti-Windup and Bumpless Transformer Method」Automatica, Vol.23,No.6,pp.729-739,1987 R.HANUS, M.KINNAERT and J.-L. HENROTTE"Conditioning Technique, a General Anti-Windup and Bumpless Transformer Method" Automatica, Vol.23, No.6, pp.729-739, 1987 R.HANUS, M.KINNAERT and J.-L. HENROTTE 「入力飽和システムのAnti-windup制御」 システム/制御/情報、Vol。46、No.2,pp.1-7,2002"Anti-windup Control of Input Saturated Systems." Systems/Control/Information, Vol. 46, No.2, pp.1-7, 2002

従来提案される飽和の非線形性を解消する(a)非線形性補償器、(b)アンチワインドアップ補償、及び(c)数値的最適化の各手法は、制御器の制御パラメータの調整において、制御系が飽和の非線形性を有している場合には制御パラメータの調整に最小二乗法を適用することが困難であるという課題がある。 (a) Non-linearity compensator, (b) Anti-windup compensation, and (c) Numerical optimization methods for eliminating saturation non-linearity, which have been proposed in the past, are When the system has saturated nonlinearity, it is difficult to apply the least-squares method to adjust the control parameters.

(a)非線形性補償器
非線形性補償器の関数を制御器内に導入することによって飽和の非線形性を補償する手法では、制御パラメータと制御器の伝達関数との線形分離が困難であるため、制御系が飽和の非線形性を有している場合には、制御器の制御パラメータの調整において最小二乗法の適用することができない。
(a) Nonlinearity Compensator In the method of compensating for saturation nonlinearity by introducing a nonlinearity compensator function into the controller, linear separation between the control parameter and the transfer function of the controller is difficult. If the control system has saturation nonlinearity, the least squares method cannot be applied in adjusting the control parameters of the controller.

(b)アンチワインドアップ補償
アンチワインドアップ補償では、フィードバック値に乗じる制御パラメータのゲインKIを“0”に設定する積分停止型、ゲインKを“1/K”に置き換える自動整合型は、共に最小二乗法を適用して制御パラメータを調整するものではないため、制御器の制御の高性能化の点で課題がある。
(b) Anti-windup compensation In the anti-windup compensation, there are two types of anti-windup compensation: the integration stop type that sets the gain K I of the control parameter to be multiplied by the feedback value to "0", and the automatic matching type that replaces the gain K A with "1/K P ". , the method of least squares is not applied to adjust the control parameters, so there is a problem in improving the control performance of the controller.

(c)数値的最適化
非特許文献3の数値的最適化法は最小二乗法を適用する手法ではなく、安定条件を要件としていることから、制御性能の最大化するための適正化が別途必要であること、演算処理を複数回繰り返すことによって漸近的に求めることから、制御パラメータの調整に時間を要することなどの課題も有している。
(c) Numerical optimization The numerical optimization method of Non-Patent Document 3 is not a method that applies the least squares method, but requires a stable condition, so optimization for maximizing control performance is required separately. In addition, since it is determined asymptotically by repeating the arithmetic processing a plurality of times, there is also a problem that it takes time to adjust the control parameters.

本発明は前記した従来の課題を解決して、制御系が飽和の非線形性を有する非線形性システムにおいて、制御器の制御パラメータのデータ駆動型制御による調整に関して、非線形性システムに対する最小二乗法を適用を可能とすることを目的とする。
更に、本発明は、最小二乗法を適用した制御パラメータの調整において、飽和の非線形性を解消するアンチワインドアップ補償の適用を可能とすることを目的とする。
The present invention solves the above-described conventional problems by applying the least-squares method to the nonlinear system for adjusting the control parameters of the controller by data-driven control in the nonlinear system whose control system has saturated nonlinearity. The purpose is to enable
A further object of the present invention is to enable the application of anti-windup compensation that eliminates the nonlinearity of saturation in the adjustment of control parameters using the least squares method.

本発明は、ディジタル制御器において、制御対象の入出力データを用いてデータ駆動型制御を行うディジタル制御系の制御パラメータθを調整する方法、及び制御パラメータθを調整する装置である。 The present invention is a method and apparatus for adjusting the control parameter .theta. of a digital control system that performs data-driven control using input/output data of a controlled object in a digital controller.

本発明のディジタル制御系は、制御対象と制御器とからなる閉ループにおいて、制御器の伝達関数Cに初期制御パラメータθを設定し、この伝達関数C(z;θ)を経て得られる制御器の出力信号を制御対象の入力データuとし、制御対象からフィードバックされる制御器への入力信号を出力データyとする。 In the digital control system of the present invention, in a closed loop consisting of a controlled object and a controller, an initial control parameter θ 0 is set in the transfer function C of the controller, and the controller obtained through this transfer function C (z; θ) is the input data u of the controlled object, and the input signal fed back from the controlled object to the controller is the output data y.

本発明は、データ駆動型制御で行う制御器の制御パラメータθの調整において、制御器の伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離し、線形性成分と非線形性成分とを線形分離することにより、伝達関数Cの演算処理において線形性成分と非線形性成分とを分離して調整可能とし、非線形性システムに対する最小二乗法の適用を可能とする。更に、最小二乗法を適用した制御パラメータの調整において、飽和の非線形性を解消するアンチワインドアップ補償の適用を可能とする。 The present invention linearly separates the transfer function C(z; θ) of the controller by the control parameter θ in the adjustment of the control parameter θ of the controller performed by data-driven control, and linearly separates the linear component and the nonlinear component. By separating them, the linearity component and the nonlinearity component can be separately adjusted in the calculation process of the transfer function C, and the least squares method can be applied to the nonlinear system. Furthermore, it is possible to apply anti-windup compensation that eliminates the nonlinearity of saturation in adjusting the control parameters using the least squares method.

本発明の制御器の伝達関数C(z;θ)は、演算項C とパラメータ項θとの積(C ・θ)で表される。演算項C は線形性成分C0-linearと非線形性成分C0-nonlinearとを有し、パラメータ項θは線形性成分θ-linearと非線形性成分θ-nonlinearとを有し、演算項C とパラメータ項θとの間、及び各項の線形性成分と非線形性成分はそれぞれ線形分離した形態となっている。 The transfer function C(z; θ) of the controller of the present invention is represented by the product (C 0 T ·θ) of the operational term C 0 T and the parameter term θ. The operational term C 0 T has a linear component C 0 -linear and a nonlinear component C 0 -nonlinear , the parameter term θ has a linear component θ -linear and a nonlinear component θ -nonlinear , and the operational term Between C 0 T and the parameter term θ, and between the linearity component and the nonlinearity component of each term, are linearly separated.

(伝達関数Cの演算処理)
データ駆動型制御の評価関数において、伝達関数Cの演算処理は、
(1)制御演算Cの演算項及び制御パラメータθのパラメータ項を線形性成分及び非線形性成分に線形分離し、
(2)制御対象の出力データyと(1)で線形分離して得られる線形性成分とによって行う線形性の演算と、
(3)ディジタル制御系の非線形性を補償する補償信号と(1)で線形分離して得られる非線形性成分とによって行う非線形の演算
とを行い、
(4)(2)の線形性の演算と(3)の非線形の演算とを個々に行い、最小二乗法により評価関数を最小化する制御パラメータθを調整する。
(Calculation processing of transfer function C)
In the data-driven control evaluation function, the calculation processing of the transfer function C is as follows:
(1) linearly separating the operational term of the control operation C0 and the parameter term of the control parameter θ into a linear component and a nonlinear component;
(2) a linearity calculation performed using the output data y of the controlled object and the linearity component obtained by linear separation in (1);
(3) performing a nonlinear operation using a compensating signal for compensating for the nonlinearity of the digital control system and the nonlinear component obtained by linear separation in (1);
(4) The linear calculation of (2) and the nonlinear calculation of (3) are individually performed, and the control parameter θ that minimizes the evaluation function is adjusted by the least squares method.

(VRFT法の評価関数JVR
データ駆動型制御の評価関数として、制御対象の入力データuと仮想入力uv0とを用いたVRFT法の評価関数JVRを用いる。VRFT法では、伝達関数Cの演算処理により仮想入力uv0を算出し、算出した仮想入力uv0をモデル関数として最小二乗法により評価関数JVRを最小化する制御パラメータθを調整する。なお、モデル関数は、最小二乗法において線形回帰モデルの予測値を表す関数である。
(VRFT method evaluation function J VR )
As an evaluation function for data-driven control, the evaluation function J VR of the VRFT method using the input data u of the controlled object and the virtual input u v0 is used. In the VRFT method, the virtual input u v0 is calculated by computation processing of the transfer function C, and the control parameter θ that minimizes the evaluation function J VR is adjusted by the least squares method using the calculated virtual input u v0 as a model function. Note that the model function is a function representing the predicted value of the linear regression model in the method of least squares.

制御対象の出力データy(k;θ)は以下の式(1)で表される。出力データy(k;θ)は、出力電圧V、スイッチング電流のインダクタ電流i、及びアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uの各出力要素を備える。ここで、V及びiは線形性成分であり、uは非線形性成分である。以下の式(1)はフィードバック信号uが初期値0の例を示しており、フィードバック信号uが初期値0であることから、このときの出力データy(k;θ)は線形性成分である。

Figure 0007256327000002
…(1) Output data y(k; θ 0 ) of the controlled object is represented by the following equation (1). The output data y(k; θ 0 ) comprises the output components of the output voltage V C , the inductor current i L of the switching current, and the feedback signal u A of the anti-windup compensation. where V C and i L are the linear components and u A is the non-linear component. The following equation (1) shows an example in which the feedback signal u A has an initial value of 0. Since the feedback signal u A has an initial value of 0, the output data y(k; θ 0 ) at this time has linearity is an ingredient.
Figure 0007256327000002
…(1)

制御パラメータθのパラメータ項において、線形性システムに係るゲインは、出力データyに対応して、出力電圧Vに対するゲインK、K、インダクタ電流iに対するフィードバックゲインKである。一方、非線形性システムに係るゲインは、アンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するアンチワインドアップゲインKである。 In the parameter term of the control parameter θ, the gains related to the linearity system are the gains K P and KI for the output voltage VC and the feedback gain KL for the inductor current i L corresponding to the output data y. On the other hand, the gain associated with the nonlinear system is the anti-windup gain KA with respect to the anti-windup compensation feedback signal uA .

(非線形性を補償する補償信号)
ディジタル制御系の非線形性は飽和要素による非線形性である。飽和要素による非線形性として、制御系の制御特性に依る飽和、あるいは制御対象自体の物理的特性に依る飽和の非線形性がある。制御系に依る飽和の非線形性として、例えばPWM制御において出力が規定値に制限される等の制御特性によるものであり、物理的要因による飽和の非線形性として、例えばDC-DCコンバータを制御対象とする場合に、DC-DCコンバータが備えるインダクタの磁気飽和により生じる非線形性がある。
(Compensation signal that compensates for nonlinearity)
The nonlinearity of the digital control system is the nonlinearity due to the saturation element. The nonlinearity due to the saturation element includes saturation due to the control characteristics of the control system, or saturation nonlinearity due to the physical characteristics of the controlled object itself. Nonlinearity of saturation due to the control system is due to control characteristics such as the output being limited to a specified value in PWM control, for example. , there is nonlinearity caused by magnetic saturation of the inductor provided in the DC-DC converter.

非線形性を補償する補償信号は、飽和の非線形性をアンチワインドアップ補償するフィードバック信号uであり、以下の式(2)で表される。式(2)で表されるフィードバック信号uは、飽和状態となるリミット値ulimにより制限される場合である。リミット値ulimは飽和によって制限される制限値であり、本発明は、制御系の飽和による制御リミットに限らず、物理的要因の飽和による物理リミットについても補償の対象としている。

Figure 0007256327000003
…(2)
ここで、uは制御器から制御対象へ入力する指令入力値であり、入力データuの条件に応じて次式(3)で表される。
Figure 0007256327000004

ただし、
Figure 0007256327000005

…(3) A compensation signal that compensates for nonlinearity is a feedback signal u A that anti-windup compensates for saturation nonlinearity, and is expressed by the following equation (2). The feedback signal u A represented by the equation (2) is limited by the limit value u lim that is saturated. The limit value u lim is a limit value limited by saturation, and the present invention compensates for not only the control limit due to the saturation of the control system but also the physical limit due to the saturation of physical factors.
Figure 0007256327000003
…(2)
Here, ur is a command input value input from the controller to the controlled object, and is represented by the following equation (3) according to the conditions of the input data u.
Figure 0007256327000004

however,
Figure 0007256327000005

…(3)

PWM制御の場合には次式(3)は次式(4)で表される。

Figure 0007256327000006
…(4)
なお、PWM制御はDutyの範囲を0~1の範囲で使用するが、リミット値がulimの場合のDuty範囲は0~ulimに制限される場合がある。 In the case of PWM control, the following formula (3) is represented by the following formula (4).
Figure 0007256327000006
…(4)
PWM control uses a duty range of 0 to 1, but the duty range may be limited to 0 to u lim when the limit value is u lim .

式(2)のアンチワインドアップ補償するフィードバック信号uにおいて、PWM制御では飽和状態となるリミット値ulimの上限値は1であり下限値は0となり、以下の式(5)で表される。

Figure 0007256327000007
…(5) In the feedback signal u A for anti-windup compensation in equation (2), the upper limit value of the limit value u lim that becomes saturated in PWM control is 1 and the lower limit value is 0, and is expressed by the following equation (5) .
Figure 0007256327000007
…(5)

(仮想入力uv0
仮想入力uv0において、線形性の演算は、出力データyと規範モデルの伝達関数Mの逆関数M-1との演算で得られる仮想的な入力信号と出力データyとの差分に、制御演算Cの演算項の線形性成分を施すことで行う。一方、非線形性の演算は、補償信号に制御演算Cの演算項の非線形性成分を施すことで行う。
したがって、仮想入力uv0は下式(6)の演算により求められる。

Figure 0007256327000008
…(6) (virtual input u v0 )
In the virtual input u v0 , the linearity calculation is performed on the difference between the virtual input signal and the output data y obtained by calculating the output data y and the inverse function M −1 of the transfer function M of the reference model. This is done by applying the linearity component of the operand of C0 . On the other hand, the nonlinearity calculation is performed by applying the nonlinearity component of the operational term of the control calculation C0 to the compensation signal.
Therefore, the virtual input u v0 is calculated by the following equation (6).
Figure 0007256327000008
… (6)

(非線形性システムに対する最小二乗法の適用)
本発明は、ディジタル制御系の伝達関数C(z;θ)を、制御演算Cの演算項と制御パラメータθのパラメータ項の積C=C (z)・θの形態とし、ディジタル制御系の伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離することにより、非線形性システムに対するVRFT法のデータ駆動型制御の適用を可能とすると共に、非線形性を補償するアンチワインドアップ補償の補償信号uを、VRFT法によるデータ駆動型制御に用いる制御対象の出力データyとして扱う。アンチワインドアップ補償の補償信号uを出力データyとして扱うことで制御演算Cの演算項を施すことにより、仮想入力uv0に非線形性を補償する補償信号uを含ませた形態として最小二乗法の適用を可能とし、仮想入力uv0に基づいて非線形性システムのディジタル制御系の制御パラメータθを調整する。
(Application of least squares method to nonlinear system)
In the present invention, the transfer function C(z; θ) of the digital control system is in the form of the product C=C 0 T (z) θ of the operational term of the control operation C 0 and the parameter term of the control parameter θ, and digital control By linearly separating the system transfer function C(z; The compensation signal uA is treated as the output data y of the controlled object used for data-driven control by the VRFT method. By treating the compensation signal uA for anti-windup compensation as the output data y and applying the operand of the control operation C0 , the minimum form in which the compensation signal uA for compensating for nonlinearity is included in the virtual input uv0 It enables the application of the square method and adjusts the control parameter θ of the digital control system of the nonlinear system based on the virtual input u v0 .

VRFT法によるデータ駆動型制御では、制御対象への入力データuと、制御対象の規範(参照)モデルの伝達関数Mおよび制御対象の出力データyを用いて得られる仮想的な入力uとに基づく評価関数JVRを最小化することにより、ディジタル制御系の制御パラメータθのチューニングを行う。 In data-driven control based on the VRFT method, the input data u to the controlled object and the virtual input u v obtained using the transfer function M of the reference (reference) model of the controlled object and the output data y of the controlled object The control parameter θ of the digital control system is tuned by minimizing the based evaluation function JVR .

制御パラメータθの調整において、ディジタル制御系が非線形性を有している場合には、入力データと仮想入力データとの差分に対して最小二乗法を適用したディジタル制御系の制御パラメータθの調整ができない。本発明は、非線形性システムにおいてディジタル制御系の伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離することにより、入出力データと制御パラメータθとの関係を線形化し、最小二乗法による制御パラメータθの調整を可能とする。 In the adjustment of the control parameter θ, if the digital control system has nonlinearity, the control parameter θ of the digital control system can be adjusted by applying the least squares method to the difference between the input data and the virtual input data. Can not. The present invention linearizes the relationship between the input/output data and the control parameter θ by linearly separating the transfer function C(z; θ) of the digital control system in the nonlinear system with the control parameter θ, and controls by the method of least squares. Allows adjustment of the parameter θ.

本発明は、伝達関数C(z;θ)の制御項を演算項とパラメータ項とに線形分離し、さらに演算項及びパラメータ項において、線形成分と非線形成分とに線形分離する。演算項とパラメータ項は、線形性の成分と、ディジタル制御系の非線形性を補償する成分をそれぞれ備える。パラメータ項を構成する制御パラメータθは、ディジタル制御系の非線形性をフィードバック系で補償する成分としてアンチワインドアップゲインKを有している。 The present invention linearly separates the control term of the transfer function C(z; θ) into an operating term and a parameter term, and further linearly separates the operating term and the parameter term into a linear component and a nonlinear component. The operational and parametric terms each have a linearity component and a component that compensates for the nonlinearity of the digital control system. The control parameter θ forming the parameter term has an anti-windup gain KA as a component for compensating the nonlinearity of the digital control system with the feedback system.

本発明は、制御項において、演算項と制御パラメータθを含むパラメータ項とを線形分離し、各項において線形成分と非線形成分とに線形分離することにより、線形性の演算と非線形性の演算とに分けた処理を可能とする。 In the control term, the present invention linearly separates the operation term and the parameter term including the control parameter θ, and linearly separates each term into a linear component and a nonlinear component, thereby performing a linear calculation and a nonlinear calculation. It enables processing divided into

PI制御において、フィードバックされたアンチワインドアップ信号に対して行う演算は、アンチワインドアップゲインKと積分ゲインKとの積(K・K)による演算であり、(K・K)は非線形関数である。これにより、パラメータ項において。制御パラメータθを非線形関数で表される非線形性成分と線形性成分とを線形分離され、この線形分離により最小二乗法による制御パラメータθの調整が可能となる。 In PI control, the calculation to be performed on the feedback anti-windup signal is a calculation based on the product ( KA · KI ) of the anti-windup gain KA and the integral gain KI. ) is a nonlinear function. Thus, in the parameter term. A nonlinear component and a linear component representing the control parameter θ by a nonlinear function are linearly separated, and this linear separation enables adjustment of the control parameter θ by the least-squares method.

(制御パラメータθ)
制御パラメータθは最小二乗法を適用して下式(7)の演算で求められる。

Figure 0007256327000009
…(7)
なお、uv0は仮想入力であり、uは実現可能なPWM制御への指令入力値であり、式(3)あるいは式(4)で表される。 (control parameter θ)
The control parameter θ is calculated by the following formula (7) by applying the method of least squares.
Figure 0007256327000009
… (7)
Note that u v0 is a virtual input, and u r is a command input value for realizable PWM control, which is expressed by equation (3) or equation (4).

(PI制御)
本発明は、ディジタル制御系において、スイッチングレギュレータを電流モード制御でPI制御する制御系に適用することができる。
伝達関数Cは、比例項、積分項、及びフィードバック項を備え、目標電圧と制御対象の出力電圧との差分を比例項、及び積分項に入力してPI制御(比例積分制御)を行い、スイッチングレギュレータのスイッチング電流をフィードバック項に入力して電流帰還することにより電流モード制御を行い、補償信号を積分項に入力する。
(PI control)
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a control system in which a switching regulator is PI-controlled by current mode control in a digital control system.
The transfer function C has a proportional term, an integral term, and a feedback term, and performs PI control (proportional integral control) by inputting the difference between the target voltage and the output voltage of the controlled object into the proportional term and the integral term to perform switching. Current mode control is performed by inputting the switching current of the regulator into the feedback term and feeding back the current, and inputting the compensation signal into the integration term.

制御パラメータθのパラメータ項において、線形性システムに係るゲインは、目標電圧と出力電圧との差分に対する比例ゲインK、積分ゲインK、フィードバックゲインKである。また、非線形性システムに係るゲインは、アンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するアンチワインドアップゲインKである。 In the parameter term of the control parameter θ, the gains related to the linearity system are the proportional gain K P , the integral gain KI and the feedback gain KL with respect to the difference between the target voltage and the output voltage . Also, the gain associated with the nonlinear system is the anti-windup gain KA with respect to the anti-windup compensation feedback signal uA .

(PID制御)
本発明は、ディジタル制御系において、スイッチングレギュレータを電流モード制御でPID制御する制御系に適用することができる。
伝達関数Cは、比例項、積分項、微分項、及びフィードバック項を備え、目標電圧と制御対象の出力電圧との差分を比例項、積分項、及び微分項に入力してPID制御(比例積分微分制御)を行い、スイッチングレギュレータのスイッチング電流をフィードバック項に入力して電流帰還することにより電流モード制御を行い、補償信号を積分項に入力する。
(PID control)
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a control system in which a switching regulator is PID-controlled by current mode control in a digital control system.
The transfer function C has a proportional term, an integral term, a differential term, and a feedback term, and inputs the difference between the target voltage and the output voltage of the controlled object into the proportional term, integral term, and differential term to perform PID control (proportional integral term). Differential control) is performed, the switching current of the switching regulator is input to the feedback term and current is fed back to perform current mode control, and the compensation signal is input to the integral term.

制御パラメータθのパラメータ項において、線形性システムに係るゲインは、目標電圧と出力電圧との差分に対する比例ゲインK、積分ゲインK、フィードバックゲインKである。また、非線形性システムに係るゲインは、アンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するアンチワインドアップゲインKである。 In the parameter term of the control parameter θ, the gains related to the linearity system are the proportional gain K P , the integral gain KI and the feedback gain KL with respect to the difference between the target voltage and the output voltage . Also, the gain associated with the nonlinear system is the anti-windup gain KA with respect to the anti-windup compensation feedback signal uA .

(PI-D制御)
本発明は、ディジタル制御系において、スイッチングレギュレータを電流モード制御でPI-D制御(微分先行型PID制御)する制御系に適用することができる。
伝達関数Cは、比例項、積分項、微分項、及びフィードバック項を備え、目標電圧と制御対象の出力電圧との差分を比例項、及び積分項に入力してPI制御を行い、制御対象の出力電圧を微分項に入力してD制御を行い、スイッチングレギュレータのスイッチング電流をフィードバック項に入力して電流帰還することにより電流モード制御を行い、補償信号を積分項に入力する。
(PI-D control)
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a digital control system in which a switching regulator is PI-D controlled (differential leading type PID control) by current mode control.
The transfer function C has a proportional term, an integral term, a differential term, and a feedback term, and performs PI control by inputting the difference between the target voltage and the output voltage of the controlled object into the proportional term and the integral term. D control is performed by inputting the output voltage to the differential term, current mode control is performed by inputting the switching current of the switching regulator to the feedback term and current feedback, and the compensation signal is input to the integral term.

制御パラメータθのパラメータ項において、線形性システムに係るゲインは、目標電圧と出力電圧との差分に対する比例ゲインK、積分ゲインK、出力電圧に対する微分ゲインK、フィードバックゲインKである。また、非線形性システムに係るゲインは、アンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するアンチワインドアップゲインKである。 In the parameter term of the control parameter θ, the gains related to the linearity system are the proportional gain K P for the difference between the target voltage and the output voltage, the integral gain K I , the differential gain K D for the output voltage, and the feedback gain KL . Also, the gain associated with the nonlinear system is the anti-windup gain KA with respect to the anti-windup compensation feedback signal uA .

上記、PI制御、PID制御、PI-D制御それぞれにおいて、スイッチング電流のフィードバック項のない電圧モード制御においても成立する。 In each of the above PI control, PID control, and PI-D control, voltage mode control without a switching current feedback term is also established.

(ディジタル制御系における制御器の制御パラメータ調整装置)
本発明のディジタル制御系における制御器の制御パラメータ調整装置は、制御対象に対する制御をディジタル制御系で行う制御器の制御パラメータθを調整する。
(Control parameter adjustment device for controller in digital control system)
A control parameter adjusting apparatus for a controller in a digital control system according to the present invention adjusts a control parameter θ of a controller that controls a controlled object in a digital control system.

ディジタル制御系において制御器の伝達関数C(z;θ)は、制御演算Cの演算項と制御パラメータθのパラメータ項の積の形態として制御パラメータθで線形分離される。演算項は、線形性システムに係る演算及び非線形性システムに係る演算を有し、パラメータ項は、線形性システムに係るゲイン及び非線形性システムに係るゲインを有する。 In a digital control system, the transfer function C(z; .theta.) of the controller is linearly separated by the control parameter .theta. in the form of the product of the operational term of the control operation C0 and the parameter term of the control parameter .theta. The operational term comprises an operation for a linear system and an operation for a non-linear system, and the parameter term comprises a gain for a linear system and a gain for a non-linear system.

データ駆動型制御の評価関数は、入力データuと、制御対象の規範(参照)モデルの伝達関数Mの逆関数M-1により得られる仮想的な入力uとの差分(u-u)に基づいて得られ、この評価関数の最小化が図られる。 The evaluation function of data-driven control is the difference (u−u v ) between the input data u and the virtual input u v obtained by the inverse function M −1 of the transfer function M of the reference (reference) model of the controlled object. and minimization of this evaluation function is attempted.

ディジタル制御系において制御器は、出力データyに対して制御演算Cの演算項の内で線形性システムに係る演算を施して得られる線形性の入力成分と、非線形性を補償する補償信号とを加算した信号により仮想入力uv0を求め、この仮想入力uv0を用いて最小二乗法により非線形性システムの制御器の制御パラメータθを調整する。飽和の非線形性を補償する補償信号はアンチワインドアップ補償の補償信号である。 In a digital control system, a controller has a linearity input component obtained by performing a linear system-related operation among the operational terms of the control operation C0 on the output data y, and a compensation signal that compensates for the nonlinearity. A virtual input u v0 is obtained from the signal obtained by adding , and this virtual input u v0 is used to adjust the control parameter θ of the controller of the nonlinear system by the least-squares method. The compensation signal that compensates for saturation non-linearity is the anti-windup compensation signal.

(VRFT法の評価関数JVR
データ駆動型制御の評価関数として、制御対象の入力データuと仮想入力uv0とを用いたVRFT法の評価関数JVRを用いる。VRFT法では、伝達関数Cの演算処理により仮想入力uv0を算出し、算出した仮想入力uv0をモデル関数として最小二乗法により評価関数JVRを最小化する制御パラメータθを調整する。なお、モデル関数は、最小二乗法において線形回帰モデルの予測値を表す関数である。
本発明のディジタル制御系の制御パラメータの調整は、制御入力の誤差に注目するVRFT法データ駆動型制御の他、制御出力の誤差に注目するFRIT法のデータ駆動型制御も適用対象とする。
(VRFT method evaluation function J VR )
As an evaluation function for data-driven control, the evaluation function J VR of the VRFT method using the input data u of the controlled object and the virtual input u v0 is used. In the VRFT method, the virtual input u v0 is calculated by computation processing of the transfer function C, and the control parameter θ that minimizes the evaluation function J VR is adjusted by the least squares method using the calculated virtual input u v0 as a model function. Note that the model function is a function representing the predicted value of the linear regression model in the method of least squares.
The adjustment of the control parameters of the digital control system of the present invention is applicable not only to VRFT method data-driven control focusing on control input errors, but also to FRIT method data-driven control focusing on control output errors.

以上説明したように、本発明によれば、制御対象が飽和の非線形性を有する非線形性システムにおいて、ディジタル制御系の制御パラメータのVRFTのデータ駆動型制御による調整において、線形性システムに用いられる最小二乗法の適用を可能とすることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, in a nonlinear system in which the controlled object has saturated nonlinearity, the minimum It may be possible to apply the square method.

本発明の制御器の制御パラメータ調整の概略構成を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of control parameter adjustment of the controller of the present invention; 制御パラメータ調整装置で行われる制御パラメータ調整の各処理のブロック線図である。4 is a block diagram of each process of control parameter adjustment performed by the control parameter adjustment device; FIG. 制御パラメータ調整装置で行われる制御パラメータ調整の各処理のフローチャートである。4 is a flowchart of each process of control parameter adjustment performed by the control parameter adjustment device; PI制御を初期値で行う制御器2の構成例を示す図である。2 is a diagram showing a configuration example of a controller 2 that performs PI control with initial values; FIG. 実験による入出力データの取得をDC-DCコンバータを用いた場合の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of obtaining input/output data by experiment using a DC-DC converter; 伝達関数C(z;θ)の線形分離による演算処理の概要を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an outline of arithmetic processing by linear separation of a transfer function C(z;θ); 評価関数JVRと制御パラメータθとの関係、及び制御パラメータθの算出を説明するためのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram for explaining the relationship between the evaluation function J VR and the control parameter θ, and the calculation of the control parameter θ; PI制御を行う制御器2Aの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of 2 A of controllers which perform PI control. PID制御を行う制御器2Bの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the controller 2B which performs PID control. PI-D制御を行う制御器2Cの構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a controller 2C that performs PI-D control;

ディジタル制御系の出力電圧を安定化させるフィードバック(帰還)制御として、帰還ループを介して出力電圧を帰還する電圧モード制御、及び出力電圧の帰還ループに加え回路のスイッチング電流を帰還する電流モード制御が知られている。電圧モード制御及び電流モード制御それぞれPI制御、PID制御及びPI-D制御を適用することができる。 As feedback control for stabilizing the output voltage of a digital control system, there are voltage mode control that feeds back the output voltage via a feedback loop, and current mode control that feeds back the switching current of the circuit in addition to the feedback loop of the output voltage. Are known. PI control, PID control and PI-D control can be applied for voltage mode control and current mode control, respectively.

電流モード制御において、PI制御は、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(e=(V-V))を比例項、及び積分項に入力して比例積分制御を行うと共に、インダクタ電流iをフィードバック項に入力する。また、PID制御は、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(e=(V-V))を比例項、積分項、及び微分項に入力して比例積分微分制御を行うと共に、インダクタ電流iをフィードバックする。さらに、PI-D制御は、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(e=(V-V))を比例項、及び積分項に入力して比例積分制御を行い、出力電圧Vを微分項にフィードバックして微分制御を行うと共に、インダクタ電流iをフィードバック項に入力する。 In current mode control, PI control performs proportional integral control by inputting the difference between target voltage V r and output voltage V c (e=(V r −V c )) into a proportional term and an integral term, Inductor current iL is input to the feedback term. In PID control, the difference between the target voltage V r and the output voltage V c (e=(V r −V c )) is input to the proportional term, the integral term, and the differential term to perform proportional-integral-derivative control. , feed back the inductor current iL . Furthermore, in the PI-D control, the difference between the target voltage V r and the output voltage V c (e = (V r - V c )) is input to the proportional term and the integral term to perform proportional integral control, and the output voltage Differential control is performed by feeding back Vc to the differential term, and the inductor current iL is input to the feedback term.

本発明による線形分離による制御パラメータθの調整は、電流モード制御及び電圧モード制御の何れの制御モードにも適用することができる。電流モード制御におけるフィードバック要素はインダクタ電流のほか、コンデンサ電流にも適用することができる。 The adjustment of the control parameter θ by linear separation according to the present invention can be applied to both current mode control and voltage mode control. The feedback element in current mode control can be applied to inductor current as well as capacitor current.

以下、制御パラメータ調整装置の概略構成について図1を用いて説明する。この構成は、電圧モード制御及び電流モード制御に共通して適用することができる。 A schematic configuration of the control parameter adjustment device will be described below with reference to FIG. This configuration can be commonly applied to voltage mode control and current mode control.

(制御パラメータ調整の概略構成)
本発明によるディジタル制御系の制御パラメータ調整の概略構成について図1を用いて説明する。図1の構成図は、制御対象3、制御対象3を制御する制御器2、及び制御器2の制御パラメータθを調整する制御パラメータ調整装置1からなる制御系を示している。
(Schematic configuration of control parameter adjustment)
A schematic configuration of control parameter adjustment of a digital control system according to the present invention will be described with reference to FIG. The block diagram of FIG. 1 shows a control system comprising a controlled object 3 , a controller 2 that controls the controlled object 3 , and a control parameter adjusting device 1 that adjusts a control parameter θ of the controller 2 .

(ディジタル制御系の構成)
本発明は、電源装置のディジタル制御系の他、任意のディジタル制御系に適用することができる。電源装置のディジタル制御系では、電源装置の主回路であるDC-DCコンバータを制御対象3とし、制御器2により目標電圧に基づいてDC-DCコンバータの出力電圧を電圧制御する。
(Configuration of digital control system)
The present invention can be applied to any digital control system other than the digital control system of the power supply. In the digital control system of the power supply, the DC-DC converter, which is the main circuit of the power supply, is the object of control 3, and the controller 2 controls the output voltage of the DC-DC converter based on the target voltage.

図1において、ディジタル制御系は、参照信号rと制御対象3からフィードバックされる出力信号yとの差分信号eを制御器2に入力して制御信号を生成する。この制御信号は制御対象3に入力信号uとして入力され、制御対象3の出力信号yは制御器2の入力端にフィードバックされる。制御器2及び制御対象3の閉回路はフィードバック系を形成する。 In FIG. 1, the digital control system inputs a difference signal e between a reference signal r and an output signal y fed back from a controlled object 3 to a controller 2 to generate a control signal. This control signal is input to the controlled object 3 as an input signal u, and the output signal y of the controlled object 3 is fed back to the input end of the controller 2 . A closed circuit of the controller 2 and the controlled object 3 forms a feedback system.

本発明の制御パラメータ調整装置1は、制御対象3の入力データuと出力データyの入出力データを用いてVRFT法のデータ駆動型制御を行い、制御器2の制御パラメータθを調整(チューニング)する。なお、ここでは、入力信号uを入力データuとし出力信号yを出力データyとして、ディジタル制御のデータ駆動型制御を行う。 The control parameter adjusting device 1 of the present invention performs data-driven control of the VRFT method using input data u and output data y of the controlled object 3, and adjusts (tuning) the control parameter θ of the controller 2. do. Here, data-driven control of digital control is performed with input signal u as input data u and output signal y as output data y.

本発明の制御器2は、制御パラメータθを線形分離することにより、最小二乗法による制御パラメータθの設定を可能とし、設定された制御パラメータθを用いて制御を行う。 The controller 2 of the present invention linearly separates the control parameter .theta. to enable setting of the control parameter .theta. by the method of least squares, and performs control using the set control parameter .theta.

制御器2は、設定された制御パラメータθにより制御対象3をディジタル制御する。ディジタル制御において、非線形要素によって制御的な制限が加わり制御の操作値に飽和状態が発生すると、制御出力に非線形性が生じる。ここで、制御的な制限は、ディジタル制御の制御動作に伴って制御量に加わる制限の意である。図1のブロック4は飽和による非線形性の非線形要素を示し、入力データuは非線形要素4によって非線形性が付加された指令入力値uとなる。指令入力値uは制御対象3を制御する入力信号である。 The controller 2 digitally controls the controlled object 3 according to the set control parameter θ. In digital control, nonlinearity occurs in the control output when a nonlinear element imposes control restrictions and a saturation state occurs in the control manipulated value. Here, the control limit means a limit imposed on the control amount due to the control operation of digital control. A block 4 in FIG. 1 indicates a nonlinear element of nonlinearity due to saturation, and input data u becomes a command input value u r to which nonlinearity is added by the nonlinear element 4 . The command input value u r is an input signal for controlling the controlled object 3 .

ディジタル制御としてPWM制御(パルス幅変調制御)を行う場合には、PWM制御により形成されるパルス幅は所定幅内に制限される。これによりパルス幅が飽和状態となると、入出力間に非線形性が生じる。PWM制御では、形成されるパルス幅が0と1との間に物理的に制限される。そのため、PWM制御のDuty指令値が0未満あるいは1を超えると、パルス幅は0と1の間に物理的に制限される。この物理的な制限により出力が飽和状態となると入出力間に非線形性が発生する。非線形性を含むPWM制御のパルス幅はDuty指令値を正確に反映した値とはならない。これは制御器の性能の劣化の一要因となる。 When PWM control (pulse width modulation control) is performed as digital control, the pulse width formed by PWM control is limited within a predetermined width. When the pulse width becomes saturated due to this, non-linearity occurs between the input and output. PWM control physically limits the width of the pulses to be formed between 0 and 1. Therefore, when the duty command value of PWM control is less than 0 or exceeds 1, the pulse width is physically limited between 0 and 1. Due to this physical limitation, nonlinearity occurs between the input and output when the output becomes saturated. The pulse width of PWM control including nonlinearity does not become a value that accurately reflects the Duty command value. This is one factor that degrades the performance of the controller.

本発明の制御パラメータ調整は、飽和の非線形性に対してアンチワインドアップ補償を適用させることにより非線形性を解消する。一方、VRFT法のデータ駆動型制御と制御系の非線形性との関係において、VRFT法のデータ駆動型制御では、制御系が非線形性を有している場合には最小二乗法を適用して制御器の制御パラメータθを調整することができない。そのため、VRFT法のデータ駆動型制御では、最小二乗法を適用した制御器の制御パラメータθの調整に対して、単にアンチワインドアップ補償を適用するだけでは飽和の非線形性を解消することはできない。 The control parameter adjustment of the present invention eliminates nonlinearities by applying anti-windup compensation to saturation nonlinearities. On the other hand, regarding the relationship between the data-driven control of the VRFT method and the nonlinearity of the control system, in the data-driven control of the VRFT method, if the control system has nonlinearity, the control is performed by applying the least squares method. cannot adjust the control parameter θ of the device. Therefore, in the data-driven control of the VRFT method, the saturation nonlinearity cannot be eliminated simply by applying anti-windup compensation to the adjustment of the control parameter θ of the controller to which the least-squares method is applied.

本発明は、制御器2の伝達関数C(z;θ)を、制御演算Cの演算項と制御パラメータθのパラメータ項との積の形態とし、制御器2の伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離することにより、制御器2及び制御パラメータ調整装置1の制御系を線形性システムとする。 According to the present invention, the transfer function C(z; ) is linearly separated by the control parameter θ, the control system of the controller 2 and the control parameter adjusting device 1 is made into a linear system.

本発明は、VRFT法のデータ駆動型制御を適用させることにより制御対象の個体差に寄らず一様で高速な応答を実現すると共に、アンチワインドアップ補償を適用させることにより過渡応答を改善する。 The present invention realizes a uniform and high-speed response regardless of individual differences of controlled objects by applying data-driven control of the VRFT method, and improves transient response by applying anti-windup compensation.

図1の制御器2の伝達関数C(z;θ)を制御演算Cの演算項と制御パラメータθのパラメータ項との積の形態とする。これにより、制御パラメータ調整装置1において、最小二乗法による制御パラメータθの演算が可能となる。制御パラメータ調整装置1の演算で取得した制御パラメータθを制御器2の制御パラメータθの各ゲインを設定することにより、データ駆動型制御により得られた好適なゲインの伝達関数Cで制御器2を動作させることができる。 Let the transfer function C(z; θ) of the controller 2 of FIG. This enables the control parameter adjusting device 1 to calculate the control parameter θ by the method of least squares. By setting each gain of the control parameter θ of the controller 2 to the control parameter θ acquired by the calculation of the control parameter adjusting device 1, the controller 2 is operated with the transfer function C of the suitable gain obtained by the data-driven control. can be operated.

制御演算Cの演算項は、線形性システムに係る演算項、及び非線形性システムに係る演算項を有する。一方、制御パラメータθのパラメータ項は、線形性システムに係るゲイン、及び非線形性システムに係るゲインを有する。このように、演算項とパラメータ項は、それぞれ線形性システムの項と非線形性システムの項とに区分して表される。このことは、伝達関数Cが制御パラメータθで線形分離されていることを示している。 The terms of the control operation C0 include terms for linear systems and terms for non-linear systems. On the other hand, the parameter term of the control parameter θ has a gain associated with the linear system and a gain associated with the nonlinear system. Thus, the operational terms and the parameter terms are divided into linear system terms and nonlinear system terms, respectively. This indicates that the transfer function C is linearly separated with the control parameter θ.

非線形要素4は、制御器2の出力を制御的に制限することにより入出力間に非線形性を生じさせる。非線形要素4は、制御器2の内部に含まれる内部要素として扱う他、制御器2の外部に付加される外部要素として扱うことができる。 The nonlinear element 4 controls the output of the controller 2 to produce nonlinearity between the input and output. The nonlinear element 4 can be treated as an internal element included inside the controller 2 or as an external element added to the outside of the controller 2 .

非線形要素4の例としてDuty制御による飽和要素がある。PWM制御においてDuty制御のDuty指令値が0未満あるいは1を超える場合には、得られるパルス幅は0と1の間に物理的に制限される。このDuty制御による飽和要素は、制御器2の内部要素として扱う他、外部要素として扱うこともできる。 An example of the nonlinear element 4 is a saturation element by duty control. When the duty command value of duty control is less than 0 or exceeds 1 in PWM control, the pulse width obtained is physically limited between 0 and 1. The saturation element by this duty control can be treated as an internal element of the controller 2 as well as an external element.

また、制御器2と制御対象3との間に接続されるアンプや遅延器等の回路素子は、非線形要素4の外部要素となり得る。回路素子の電気的特性等によって制御器2の出力に制御的な制限が生じる場合には、飽和要素として作用する。
内部要素及び外部要素のいずれの形態であっても、制御系においては同様に扱うことができるため、図1では非線形要素4を制御器2の外部要素として示している。
Circuit elements such as amplifiers and delay devices connected between the controller 2 and the controlled object 3 can be external elements of the nonlinear element 4 . When the output of the controller 2 is restricted due to the electrical characteristics of circuit elements, etc., it acts as a saturation element.
The nonlinear element 4 is shown as an external element of the controller 2 in FIG.

図1において、u(k;θ)は制御器2の出力信号であり、u(k;θ)は非線形要素4を経た後に制御対象3に対して入力される指令信号である。なお、ここでは非線形要素4は制御系の非線形要素を示し、制御器2内や入力データuをPWM制御する際に生じる非線形要素を示している。u(k;θ)は非線形要素4の非線形性を含んでいる。 In FIG. 1 , u(k; θ 0 ) is the output signal of the controller 2 and u r (k; θ 0 ) is the command signal input to the controlled object 3 after passing through the nonlinear element 4 . Here, the nonlinear element 4 indicates a nonlinear element of the control system, and indicates a nonlinear element generated in the controller 2 or when the input data u is PWM-controlled. u r (k; θ 0 ) contains the nonlinearity of the nonlinear element 4 .

本発明の制御パラメータ調整装置1は、アンチワインドアップ補償のフィードバック信号uを制御器2に帰還することにより非線形要素4の非線形性を補償する。アンチワインドアップ補償のフィードバック信号uは、非線形要素4に対する入力信号であるu(k;θ)と、非線形要素4の出力信号であるu(k;θ)との差分信号e(={u(k;θ)-u(k;θ)})である。 The control parameter adjusting device 1 of the present invention compensates for the nonlinearity of the nonlinear element 4 by feeding back the anti-windup compensation feedback signal u A to the controller 2 . A feedback signal u A for anti - windup compensation is a difference signal e( ={u r (k; θ 0 )−u(k; θ 0 )}).

本発明の制御パラメータ調整装置1は、制御器2から出力される信号u(k;θ)と、制御対象3の出力データy、及びアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uを入力して制御パラメータθを調整し、得られたθを用いて制御器2の制御パラメータθを設定する。 The control parameter adjusting device 1 of the present invention receives the signal u(k; θ 0 ) output from the controller 2, the output data y of the controlled object 3, and the feedback signal u A for anti-windup compensation to control. The parameter .theta. is adjusted, and the obtained .theta. is used to set the control parameter .theta.

制御パラメータ調整装置1は、線形分離により、制御対象3の出力データyを伝達関数C(z;θ)の線形性システムに係る演算項とパラメータ項とに個々に対応させることができる。また、飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uについても、線形分離により、非線形性システムに係る演算項とパラメータ項とに個別に対応させることができ、最小二乗法を適用した制御器の制御パラメータθの調整を可能とする。 The control parameter adjustment device 1 can individually correspond the output data y of the controlled object 3 to the operational terms and parameter terms related to the linearity system of the transfer function C(z; θ) by linear separation. Also, the feedback signal u A for anti-windup compensation that compensates for the nonlinearity of saturation can be individually corresponded to the operational terms and parameter terms related to the nonlinear system by linear separation, and the least squares method is applied. It is possible to adjust the control parameter .theta.

(制御パラメータ調整)
制御パラメータ調整装置1で行われるディジタル制御系の制御パラメータ調整の各動作について、図2のブロック線図、及び図3のフローチャートを用いて説明する。図3に示すフローチャートは、制御パラメータ調整装置1による制御パラメータθの取得の概略手順について符号Sを用いて示している。
(control parameter adjustment)
Each operation of the control parameter adjustment of the digital control system performed by the control parameter adjustment device 1 will be described with reference to the block diagram of FIG. 2 and the flow chart of FIG. The flowchart shown in FIG. 3 uses reference symbol S to indicate a schematic procedure for obtaining the control parameter θ by the control parameter adjusting device 1 .

図2のブロック線図は、ブロックA,B,C,D,E,Fの各動作を示し、VRFT法によるデータ駆動型制御において、評価関数JVRの最小化、制御パラメータθの調整、及び調整した制御パラメータθを用いた制御対象の制御等の各動作を行う。 The block diagram of FIG. 2 shows the operations of blocks A, B, C, D, E, and F. In data-driven control by the VRFT method, minimization of evaluation function J VR , adjustment of control parameter θ, and Each operation such as control of the controlled object is performed using the adjusted control parameter θ.

(ブロックA)
ブロックAは、制御パラメータθを最適化する処理のために必要な入出力データ(入力データu、出力データy)を実験により取得する。制御パラメータθの初期値である初期パラメータθを用いて、制御器2と制御対象3を含むフィードバック系でデータ取得実験を行い、制御対象3に対する入力データu、及び出力データyを取得する。
(Block A)
Block A acquires input/output data (input data u, output data y) necessary for the process of optimizing the control parameter θ through experiments. A data acquisition experiment is performed in a feedback system including the controller 2 and the controlled object 3 using the initial parameter θ 0 which is the initial value of the control parameter θ, and input data u and output data y for the controlled object 3 are acquired.

なお、ここで、実験とは、入出力データを取得するために初期制御パラメータが設定されたディジタル制御系を駆動する動作を意味し、パラメータ調整により得られた制御パラメータによるディジタル制御系の実動作とは異なるものである。 Here, the term "experiment" means the operation of driving a digital control system with initial control parameters set to obtain input/output data. is different from

制御器2は参照信号rを入力して、制御対象3を制御するための信号u(k;θ)を取得する。信号u(k;θ)は、非線形要素4により非線形性を有した制御対象3に対する入力信号u(k;θ)となる。非線形要素4が飽和要素である場合には、入力信号u(k;θ)はリミット値ulimに制限される。PWM制御の場合には、リミット値ulimは上限値が1で下限値が0となり、入力信号ur(k;θ)は0と1の間に制限される。 The controller 2 receives the reference signal r and acquires the signal u(k; θ 0 ) for controlling the controlled object 3 . The signal u(k; θ 0 ) becomes an input signal u r (k; θ 0 ) to the controlled object 3 having nonlinearity due to the nonlinear element 4 . If the nonlinear element 4 is a saturation element, the input signal u r (k; θ 0 ) is limited to the limit value u lim . In the case of PWM control, the limit value u lim has an upper limit value of 1 and a lower limit value of 0, and the input signal ur(k; θ 0 ) is limited between 0 and 1.

制御対象3は、入力信号u(k;θ)を入力して出力データy(k;θ)を出力する。これにより、ブロックAは、データ取得実験により、入力データu(k;θ)と出力データy(k;θ)を取得する。このブロックAは(S2)のステップに相当する。 The controlled object 3 receives an input signal u r (k; θ 0 ) and outputs output data y(k; θ 0 ). Thus, the block A acquires the input data u r (k; θ 0 ) and the output data y(k; θ 0 ) through the data acquisition experiment. This block A corresponds to step (S2).

(ブロックB)
ブロックBは、制御器2の伝達関数C、及び制御対象3の規範(参照)モデル5の伝達関数Mの逆関数M-1を備え、仮想参照信号r(k;θ)を演算する。伝達関数Mは、制御対象3において規範となる所望特性を有する規範(参照)モデルの伝達関数である。制御パラメータ調整装置1は、制御対象3の伝達関数がこの規範(参照)モデルの伝達関数となるように制御器2の制御パラメータθを調整する。
(Block B)
Block B comprises transfer function C of controller 2 and inverse function M −1 of transfer function M of reference (reference) model 5 of controlled object 3, and computes virtual reference signal r v (k; θ 0 ). . A transfer function M is a transfer function of a reference (reference) model having a desired characteristic that serves as a reference in the controlled object 3 . The control parameter adjusting device 1 adjusts the control parameter θ of the controller 2 so that the transfer function of the controlled object 3 becomes the transfer function of this normative (reference) model.

ブロックBにおいて、逆関数M-1は制御対象3の出力データy(k;θ)を入力し、演算により仮想参照信号r(k;θ)を取得する。仮想参照信号r(k;θ)は、規範(参照)モデルの制御対象3が出力データyを出力したと想定したときの参照信号である。 In block B, the inverse function M −1 inputs the output data y(k; θ 0 ) of the controlled object 3 and obtains the virtual reference signal r v (k; θ 0 ) by calculation. The virtual reference signal r v (k; θ) is a reference signal when it is assumed that the controlled object 3 of the standard (reference) model outputs the output data y.

仮想参照信号r(k;θ)と出力データy(k;θ)との差分信号{r(k;θ)-y(z;θ)}を仮想偏差e(k;θ)として求め、この仮想偏差e(k;θ)を制御器2に入力すると、仮想的な入力u(k;θ)が取得される。この仮想的な入力u(k;θ)は、制御器2の伝達関数C(z;θ)が線形分離した形式ではないため、最小二乗法が適用できる形式となっていない。そこで、ブロックCにおいて、最小二乗法が適用可能な形式の仮想入力uv0(k;θ)を求める。ここでは、仮想した入力について、線形分離していない形式の入力を仮想的な入力u(k;θ)で表し、線形分離した形式の入力を仮想入力uv0(k;θ)で表している。このブロックBは(S3)のステップに相当する。 The difference signal {r v (k; θ 0 )−y(z; θ 0 )} between the virtual reference signal r v (k; θ 0 ) and the output data y (k; θ 0 ) is the virtual deviation e v (k) ; θ 0 ), and inputting this virtual deviation ev (k; θ 0 ) to the controller 2, a virtual input u v (k; θ) is obtained. Since this virtual input u v (k; θ) is not in a form in which the transfer function C(z; θ) of the controller 2 is linearly separated, it is not in a form to which the method of least squares can be applied. Therefore, in block C, a virtual input u v0 (k; θ 0 ) in a format to which the method of least squares can be applied is obtained. Here, for virtual inputs, an input in a form that is not linearly separated is represented by a virtual input u v (k; θ), and an input in a form that is linearly separated is represented by a virtual input u v0 (k; θ 0 ). ing. This block B corresponds to step (S3).

(ブロックC)
ブロックCは、制御対象3からフィードバックされる出力データy(k;θ)と、飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号u(k;θ)とに基づいて仮想入力uv0(k;θ)を演算する。仮想的な入力u(k;θ)は最小二乗法に不適な形式であるのに対して、ブロックCで求める仮想入力データuv0(k;θ)は最小二乗法に適した形式である。
(Block C)
A block C is a virtual input based on the output data y(k; θ 0 ) fed back from the controlled object 3 and the anti-windup compensation feedback signal u A (k; θ 0 ) that compensates for the nonlinearity of saturation. Compute u v0 (k; θ 0 ). The virtual input u v (k; θ) is in a form unsuitable for the least squares method, whereas the virtual input data u v0 (k; θ 0 ) obtained in block C is in a form suitable for the least squares method. be.

仮想入力uv0(k;θ)の演算は、線形分離した制御器2の伝達関数C(z)を用いて行う。伝達関数C(z)に対して、非線形要素4の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号u(k;θ)と、ブロックBで取得された仮想偏差e(k;θ)とを入力する。仮想偏差e(k;θ)は、仮想参照信号r(k;θ)と出力データy(k;θ)との差分信号{r(k;θ)-y(z;θ)}であり、出力データy(k;θ)に依存した値である。 The computation of the virtual input u v0 (k; θ 0 ) is performed using the linearly separated transfer function C 0 (z) of the controller 2 . For the transfer function C 0 (z), the anti-windup compensation feedback signal u A ( k ; θ 0 ). The virtual deviation e v (k; θ 0 ) is the difference signal {r v (k; θ 0 )−y( z ; θ 0 )}, which is a value dependent on the output data y(k; θ 0 ).

飽和の非線形性をアンチワインドアップ補償するフィードバック信号u(k;θ)は以下の式(2)で表される。式(2)で表されるフィードバック信号u(k;θ)は、飽和状態となるリミット値がulimの場合を示している。なお、式(2)は転置行列u (k;θ)で表記している。

Figure 0007256327000010
…(2) A feedback signal u A (k; θ 0 ) for anti-windup compensation of saturation nonlinearity is expressed by the following equation (2). The feedback signal u A (k; θ 0 ) represented by Equation (2) indicates a case where the limit value for saturation is u lim . Note that Equation (2) is expressed as a transposed matrix u AT ( k; θ 0 ).
Figure 0007256327000010
…(2)

式(2)のu(k;θ)のリミット値ulimは制御形態により異なるが、PWM制御ではリミット値ulimの上限値は1であり下限値は0となり、以下の式(5)で表される。

Figure 0007256327000011
…(5)
したがって、仮想入力uv0は下式(6)の演算により求められる。
Figure 0007256327000012
…(6) The limit value u lim of u A (k; θ 0 ) in equation (2) varies depending on the control mode. ).
Figure 0007256327000011
…(5)
Therefore, the virtual input u v0 is calculated by the following equation (6).
Figure 0007256327000012
… (6)

ブロックBで得られる仮想的な入力u(k;θ)は、飽和の非線形性に係るデータを含まないデータである。これに対して、ブロックCで得られる仮想入力uv0(k;θ)はアンチワインドアップ補償のフィードバック信号u(k;θ)を導入することにより飽和の非線形性を加味したデータとなっている。このブロックCの仮想入力uv0(k;θ)の演算は(S4)のステップに相当する。 The virtual input u v (k; θ) obtained in block B is data that does not include data related to saturation nonlinearity. On the other hand, the virtual input u v0 (k; θ 0 ) obtained in block C is the data with saturation nonlinearity added by introducing the anti-windup compensation feedback signal u A (k; θ 0 ). It's becoming The calculation of the virtual input u v0 (k; θ 0 ) in this block C corresponds to step (S4).

(ブロックD)
ブロックDは、ブロックAで入力信号u(k;θ)を取得する。評価関数JVRは、ブロックAで得られた入力信号u(k;θ)とブロックCで得られた仮想入力uv0(k;θ)との差分{uv0(k;θ)-u(k;θ)}に基づいて得られる。入力信号u(k;θ)の取得は(S5)のステップに相当する。
(Block D)
Block D obtains the input signal u r (k; θ 0 ) in block A. The evaluation function J VR is the difference {u v0 (k; θ 0 ) between the input signal u r (k; θ 0 ) obtained in block A and the virtual input u v0 (k; θ 0 ) obtained in block C. )−u r (k; θ 0 )}. Acquisition of the input signal u r (k; θ 0 ) corresponds to step (S5).

(ブロックE)
ブロックEは、VRFT法によるデータ駆動型制御において、評価関数JVRを最小化することにより、最適な制御パラメータθを求める。仮想入力uv0(k;θ)には、飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号u(k;θ)が加味されている。そのため、ブロックEで得られる制御パラメータθは、線形性のゲインに加えて飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップゲインを含むことになる。このブロックEの評価関数JVRの最小化,及び制御パラメータθの演算は(S6)のステップに相当する。
(Block E)
Block E obtains the optimum control parameter θ by minimizing the evaluation function JVR in data-driven control by the VRFT method. A feedback signal u A ( k ; θ 0 ) for anti-windup compensation that compensates for saturation nonlinearity is added to the virtual input u v0 (k; θ 0 ). Therefore, the control parameter θ obtained in block E will include an anti-windup gain to compensate for saturation non-linearity in addition to linearity gain. The minimization of the evaluation function JVR and the calculation of the control parameter θ in this block E correspond to step (S6).

(ブロックF)
ブロックFは、ブロックEの演算で得られた制御パラメータθに基づいて制御器2の制御パラメータθを設定し、制御対象3を制御する。このブロックFの制御は(S7)のステップに相当する。
(Block F)
A block F sets a control parameter .theta. of the controller 2 based on the control parameter .theta. The control of this block F corresponds to step (S7).

ディジタル制御器の出力電圧を安定化させるフィードバック(帰還)制御として、帰還ループを介して出力電圧を帰還する電圧モード制御の他に、出力電圧を帰還する電圧帰還ループに加えてスイッチング電流の帰還ループを用いた電流モード制御の構成に対して、フィードバック制御においてPI制御、PID制御、PI-D制御を適用することができる。 As feedback control for stabilizing the output voltage of a digital controller, in addition to voltage mode control that feeds back the output voltage via a feedback loop, there is a voltage feedback loop that feeds back the output voltage and a switching current feedback loop. PI control, PID control, and PI-D control can be applied in feedback control to the configuration of current mode control using .

本発明による制御器の伝達関数C(z;θ)中の制御パラメータθの線形分離は、以下に一例を示す何れの制御モードにも適用することができる。
以下では、主にマイナーループにインダクタ電流iLをフィードバックする電流モード制御における(a)PI制御について、図3のフローチャート、及び図4~図8のブロック図を用いて説明する。図3のフローチャートは(S1)~(S6)の各ステップを示し、図4~図8のブロック図は制御器の構成及び最適化された制御パラメータθの設定を示している。
The linear separation of the control parameter θ in the transfer function C(z; θ) of the controller according to the invention can be applied to any control mode, an example of which follows.
In the following, (a) PI control in current mode control that feeds back the inductor current i L mainly to the minor loop will be described using the flowchart of FIG. 3 and the block diagrams of FIGS. 4 to 8. FIG. The flowchart in FIG. 3 shows steps (S1) to (S6), and the block diagrams in FIGS. 4 to 8 show the configuration of the controller and the setting of the optimized control parameter θ.

(b)PID制御、及び(c)PI-D制御は、線形分離による制御パラメータθの設定において(a)PI制御と類似した制御を適用することができる。そのため、PID制御(b)、及びPI-D制御(c)は、図9,10を用いて各制御器の構成についてのみを説明し、制御パラメータθの設定の説明は省略する。
また、電圧モード制御におけるPI制御、PID制御及びPI-D制御についても、電流フィードバック要素の除去により同様の構成となるため図の説明は省略する。
(b) PID control and (c) PI-D control can apply control similar to (a) PI control in setting the control parameter θ by linear separation. Therefore, for PID control (b) and PI-D control (c), only the configuration of each controller will be described using FIGS. 9 and 10, and the description of setting the control parameter θ will be omitted.
Further, the PI control, PID control and PI-D control in the voltage mode control have the same configuration by removing the current feedback element, so the explanation of the figures is omitted.

(a)PI制御
以下、マイナーループにインダクタ電流iをフィードバックする電流モード制御におけるPI制御について図3のフローチャートを用いて(S1)~(S6)の各ステップを説明し、図4~図8のブロック図を用いて制御器の構成及び最適化された制御パラメータθの設定を説明する。
(a) PI control Hereinafter, steps (S1) to (S6) will be described with reference to the flow chart of FIG. The configuration of the controller and the setting of the optimized control parameter θ will be described using the block diagram of FIG.

(S1:初期パラメータの決定)
制御パラメータθの調整は、制御対象の入出力データ(入力データu、出力データy)を用いて行う。この入出力データの取得には制御対象が駆動されることが必要であり、そのために制御パラメータθとして何らかの値が設定されていることが必要である。
(S1: Determination of initial parameters)
Adjustment of the control parameter θ is performed using the input/output data (input data u, output data y) of the controlled object. Acquisition of this input/output data requires that the object to be controlled be driven, and for this reason it is necessary that some value be set as the control parameter θ.

本発明では、ステップ(S2)で制御パラメータθの初期値を初期パラメータθとして定め、ステップ(S3~S6)で好適な制御パラメータθを取得し、得られた制御パラメータθを設定した制御器2により制御対象3を駆動する。これにより、制御対象3の応答結果である出力データyは規範(参照)モデル5の応答結果に近づいたものとなる。 In the present invention, the initial value of the control parameter θ is determined as the initial parameter θ 0 in step (S2), a suitable control parameter θ is obtained in steps (S3 to S6), and the obtained control parameter θ is set to the controller 2 drives the controlled object 3 . As a result, the output data y, which is the response result of the controlled object 3, approaches the response result of the normative (reference) model 5. FIG.

そこで、最初のステップとして初期パラメータθを決定する。この初期パラメータθは、例えば極配置法により決定することができる。本発明は制御パラメータθの初期パラメータθとしてθ =[KP0、KI0,-KL0,KA0]を設定する。 Therefore, the initial parameter θ 0 is determined as the first step. This initial parameter θ 0 can be determined, for example, by the pole placement method. The present invention sets θ 0 T =[K P0 , K I0 , -K L0 , K A0 ] as the initial parameter θ 0 of the control parameter θ.

(S2:入出力データの取得)
ステップ(S1)で決定した初期パラメータθを設定した制御器2により制御対象3を駆動する実験を行い、制御対象3に対する入力データu(k;θ)及び出力データy(k;θ)を取得する。得られた入出力データは制御器2の制御パラメータθとして初期パラメータθに基づいて得られるデータであるため、適切な制御パラメータθにより得られる入出力データと比較するとずれがある。
(S2: Acquisition of input/output data)
An experiment was conducted in which the controlled object 3 was driven by the controller 2 with the initial parameter θ 0 determined in step (S1). ). Since the obtained input/output data is data obtained based on the initial parameter θ0 as the control parameter θ of the controller 2, there is a deviation when compared with the input/output data obtained by the appropriate control parameter θ.

図4は、インダクタ電流をマイナーループとしてのフィードバックに加えた場合における、PI制御を行う制御器2の構成例を示している。PI制御は、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(e=(V-V))を比例項、及び積分項に入力して比例積分制御を行うと共に、制御対象3の出力であるインダクタ電流iをフィードバック項に入力する。 FIG. 4 shows a configuration example of the controller 2 that performs PI control when the inductor current is added to feedback as a minor loop. In PI control, the difference between the target voltage V r and the output voltage V c (e = (V r - V c )) is input to the proportional term and the integral term to perform proportional integral control, and the output of the controlled object 3 The inductor current i L is input to the feedback term.

比例項、積分項、及びインダクタ電流フィードバック項は、制御パラメータθとして、それぞれ比例ゲインK、積分ゲインK、及びフィードバックゲインKを備え、これらの各項の出力を加算した加算出力を制御対象の入力データuとして出力する。入力データuは飽和要素によりPWMの指令入力uとなる。指令入力uは飽和要素により非線形性を有した信号となる。 The proportional term, the integral term, and the inductor current feedback term have proportional gain K P , integral gain KI, and feedback gain KL , respectively, as control parameters θ, and control the added output obtained by adding the outputs of these terms. Output as target input data u. The input data u becomes the PWM command input ur due to the saturation factor. The command input ur becomes a signal having nonlinearity due to the saturation element.

指令入力uから入力データuを減算された信号は、飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uとして制御器2にフィードバックされる。フィードバック信号uはアンチワインドアップゲインKを経て積分項に入力される。 A signal obtained by subtracting the input data u from the command input ur is fed back to the controller 2 as a feedback signal uA for anti-windup compensation that compensates for saturation nonlinearity. Feedback signal u A is input to the integral term through anti-windup gain K A .

初期パラメータθを用いた実験では、比例ゲインK、積分ゲインK、フィードバックゲインKの線形性のゲイン、及びアンチワインドアップゲインKに初期パラメータθの初期値[KP0、KI0,-KL0,KA0]を設定し、出力データyを取得する。なお、図4では、非線形要素4と制御対象3との間に単位ステップ遅れによる遅延項の1/zを導入している。 In experiments using the initial parameter θ 0 , the proportional gain K P , the integral gain KI , the linearity gain of the feedback gain KL , and the anti-windup gain KA are set to the initial values of the initial parameter θ 0 [K P0 , K I0 , -K L0 , K A0 ] to obtain the output data y. In FIG. 4, a delay term of 1/z due to a unit step delay is introduced between the nonlinear element 4 and the controlled object 3 .

図5は、実験による入出力データの取得について、制御対象3としてDC-DCコンバータ3Aを用いた例を示している。DC-DCコンバータ3Aは、入力電圧Vinに対して直列接続されたスイッチSW1、並列接続されたスイッチSW2、負荷Rに対して直列接続されたインダクタL、及び並列接続されたコンデンサCのLC回路から構成され、スイッチSW1、SW2は制御器2のPWM信号によりスイッチングされる。 FIG. 5 shows an example in which a DC-DC converter 3A is used as the controlled object 3 for acquisition of input/output data by experiment. The DC-DC converter 3A includes a switch SW1 connected in series to the input voltage Vin , a switch SW2 connected in parallel, an inductor L connected in series to the load R, and a capacitor Ca connected in parallel. The switches SW 1 and SW 2 are switched by the PWM signal of the controller 2 .

制御器2からDC-DCコンバータ3Aに入力される入力データuは、PWM信号によりスイッチSW1、SW2をオン/オフ制御して入力電圧Vinを制御する。一方、DC-DCコンバータ3Aから出力される出力データyは、コンデンサCのキャパシタ電圧V、及びインダクタLのインダクタ電流iの出力信号、並びに制御器2のPWM制御の非線形要素により発生する飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uである。 The input data u input from the controller 2 to the DC-DC converter 3A controls the ON/OFF of the switches SW1 and SW2 by the PWM signal to control the input voltage Vin . On the other hand, the output data y output from the DC-DC converter 3A is generated by the output signals of the capacitor voltage V C of the capacitor C a , the inductor current i L of the inductor L, and the nonlinear elements of the PWM control of the controller 2. Anti-windup compensation feedback signal u A that compensates for saturation non-linearity.

以下の式(8)~(11)は、図5に示したDC-DCコンバータ3Aの回路例について、極配置法により決定される初期パラメータθ =[KP0、KI0,-KL0,KA0]の例を示している。なお、ωは共振周波数1/√LCである。 The following equations ( 8) to (11 ) are for the circuit example of the DC-DC converter 3A shown in FIG . , K A0 ]. Note that ω 0 is the resonance frequency 1/√LC.

Figure 0007256327000013
…(8)
Figure 0007256327000014
…(9)
Figure 0007256327000015
…(10)
Figure 0007256327000016
…(11)
ここで、アンチワインドアップゲインKの初期値は0としている。
Figure 0007256327000013
... (8)
Figure 0007256327000014
... (9)
Figure 0007256327000015
... (10)
Figure 0007256327000016
…(11)
Here, the initial value of the anti-windup gain KA is set to zero.

ただし、α,α及びαは、目標電圧値から出力電圧値までのパルス伝達関数の分母多項式D(z)の係数であり、それぞれ以下の式(12)~(14)で表される。

Figure 0007256327000017
…(12)
Figure 0007256327000018
…(13)
Figure 0007256327000019
…(14) However, α 1 , α 2 and α 3 are the coefficients of the denominator polynomial D(z) of the pulse transfer function from the target voltage value to the output voltage value, and are represented by the following equations (12) to (14) respectively. be.
Figure 0007256327000017
…(12)
Figure 0007256327000018
…(13)
Figure 0007256327000019
…(14)

さらに、cosωTのマクローリン展開の高次項を無視することで、pとpは次の関係を持つ。

Figure 0007256327000020
…(15)
安定条件を満たすために必要なpの条件は、pが実数の場合には次のようになる。
Figure 0007256327000021
…(16) Furthermore, ignoring higher terms of the Maclaurin expansion of cos ω 0 T, p 1 and p 4 have the following relationship.
Figure 0007256327000020
…(15)
The condition of p1 necessary to satisfy the stability condition is as follows when p1 is a real number.
Figure 0007256327000021
…(16)

さらに、p=pとなる場合には、p*=p=pを用いて次の式が得られる。

Figure 0007256327000022
…(17)
0<x<1を満たすxとp*を用いることで、次のようにしてモデルベースでの制御パラメータのチューニングを行うことができる。
Figure 0007256327000023
…(18) Furthermore, if p 1 =p 4 , the following equation is obtained using p * =p 1 =p 4 .
Figure 0007256327000022
…(17)
By using x and p * that satisfy 0<x<1, model-based tuning of control parameters can be performed as follows.
Figure 0007256327000023
…(18)

(S3:規範(参照)モデルの決定)
制御対象3について、規範(参照)モデル5の伝達関数Mを決定する。規範(参照)モデル5は、制御対象3の入出力が所望の特性となる制御対象モデルであり、所望とする入出力特性は規範(参照)モデルの伝達関数Mにより設定することができる。
(S3: Determination of normative (reference) model)
A transfer function M of a normative (reference) model 5 is determined for the controlled object 3 . The reference (reference) model 5 is a controlled object model in which the input and output of the controlled object 3 have desired characteristics, and the desired input/output characteristics can be set by the transfer function M of the reference (reference) model.

制御対象の規範(参照)モデル5の伝達関数Mの一例として、

Figure 0007256327000024
…(19)
を設定して用いる。 As an example of the transfer function M of the reference (reference) model 5 of the controlled object,
Figure 0007256327000024
…(19)
is set and used.

所望の入出力特性を呈する伝達関数Mの制御対象の規範(参照)モデル5について、その逆システムの逆関数Minv(z)を以下の式(20)で定める。

Figure 0007256327000025
…(20)
なお、diag[ ]は対角行列を表し、M -1は制御対象をDC-DCコンバータとしたときの規範(参照)モデルの出力電圧V(k)である。 For the reference (reference) model 5 of the controlled object of the transfer function M exhibiting the desired input/output characteristics, the inverse function M inv (z) of the inverse system is defined by the following equation (20).
Figure 0007256327000025
... (20)
Note that diag[ ] represents a diagonal matrix, and M v −1 is the output voltage V c (k) of the normative (reference) model when the controlled object is a DC-DC converter.

ブロックBで示したように、制御対象3の出力データy(k;θ)を逆関数M-1に入力して、仮想参照信号r(k;θ)を取得する。仮想参照信号r(k;θ)は、制御対象3が伝達関数Mの規範(参照)モデルであるときに出力データyを出力する際の参照信号である。仮想参照信号r(k;θ)と出力データy(k;θ)との差分{r(k;θ)-y(z;θ)}を仮想偏差e(k;θ)として求め、ステップ(S4)の仮想入力uv0の演算に用いる。 As shown in block B, the output data y(k; θ 0 ) of the controlled object 3 is input to the inverse function M −1 to obtain the virtual reference signal r v (k; θ 0 ). The virtual reference signal r v (k; θ) is a reference signal for outputting the output data y when the controlled object 3 is a reference (reference) model of the transfer function M. The difference {r v (k; θ 0 )−y(z; θ 0 )} between the virtual reference signal r v (k; θ 0 ) and the output data y (k; θ 0 ) is the virtual deviation e v (k; θ 0 ) and used for the calculation of the virtual input u v0 in step (S4).

(S4:仮想入力uv0の演算)
VRFT法によるデータ駆動型制御では、最適な制御パラメータθは最小二乗法により以下の式(7)により解析的に求めることができる。

Figure 0007256327000026
…(7) (S4: Calculation of virtual input u v0 )
In the data-driven control based on the VRFT method, the optimum control parameter θ can be analytically determined by the following equation (7) using the least squares method.
Figure 0007256327000026
… (7)

式(7)で得られる制御パラメータθは、PI制御である場合には比例ゲインK、積分ゲインK、フィードバックゲインKの線形性のゲイン、及びアンチワインドアップゲインKの非線形性のゲインであり、θ=[KP,,-K,K]で表される。制御パラメータθの電流項であるフィードバックゲインKの符号がマイナスとなっているのは、式(1)で表される出力データy(k;θ)の電流項i(k;θ)が制御器に対して負で入力されるためである。式(7)中のNはデータのサンプル数である。 The control parameter θ obtained by Equation (7) is proportional gain K P , integral gain KI , feedback gain KL linearity gain, and anti-windup gain KA nonlinearity gain in the case of PI control. is the gain and is expressed by θ T =[K P, KI , -KL , KI KA ]. The sign of the feedback gain K L , which is the current term of the control parameter θ, is negative because the current term i L (k; θ 0 ) of the output data y(k; θ 0 ) expressed by Equation (1) ) is input to the controller as a negative value. N in Equation (7) is the number of data samples.

上記の制御パラメータθの式(16)において、uv0(k;θ)は仮想入力であり、u(k;θ)は実現可能なPWM制御への指令入力値である。
なお、指令入力値のu(k;θ)は以下の式(4)で表される。

Figure 0007256327000027
…(4) In the above equation (16) for the control parameter θ, u v0 (k; θ 0 ) is a virtual input, and u r (k; θ 0 ) is a command input value to realizable PWM control.
Note that u r (k; θ 0 ) of the command input value is represented by the following equation (4).
Figure 0007256327000027
…(4)

制御器の伝達関数C(z;θ)は以下の式(21)で示され、演算項のC とパラメータ項のθ(=[K、K,-K,K])との積で表され、線形分離が行われる。
電流モード制御におけるPI制御では、入力[V-V]に対して、制御器2Aの伝達関数Cは以下の式で表される。

Figure 0007256327000028
Figure 0007256327000029

…(21) The transfer function C(z; θ) of the controller is represented by the following equation (21), where the operational term C 0 T and the parameter term θ T (=[K P , KI , -KL , KI K A ]), and linear separation is performed.
In the PI control in the current mode control, the transfer function C of the controller 2A is represented by the following formula with respect to the input [V r -V c i L u A ].
Figure 0007256327000028
Figure 0007256327000029

…(21)

演算項のC は線形性システムに係る演算項の部分と、非線形性システムに係る演算項の部分と、を備える。パラメータ項のθは、PI制御では、線形性システムに係るパラメータ項の部分[K、K,-K]と、非線形性システムに係るパラメータ項の部分[K・K]とを備える。 The operand C 0 T comprises an operand portion for a linear system and an operand portion for a nonlinear system. In PI control , the parameter term ? Prepare.

図6は、伝達関数C(z;θ)の線形分離による演算処理の概要を示している。制御器入力項100は制御器に対する入力信号Inに相当する信号項であり、参照信号rと制御対象からフィードバックされた出力データyにより得られる偏差e(=r―y)の線形性成分100a、及び飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uの非線形性成分100bを含んでいる。 FIG. 6 shows an outline of arithmetic processing by linear separation of the transfer function C(z; θ). The controller input term 100 is a signal term corresponding to the input signal In to the controller, and the linearity component 100a of the deviation e (=ry) obtained from the reference signal r and the output data y fed back from the controlled object, and a nonlinearity component 100b of the anti-windup compensation feedback signal uA that compensates for saturation nonlinearity.

制御器項101は、伝達関数Cの演算を行う演算項であり、制御器入力項100に対して伝達関数C(z;θ)の演算を施す。入力データ項102は制御対象に対する入力データのデータ項であり、制御器入力項100と制御器項101との演算結果により得られる入力データu(=In・C)を示している。 The controller term 101 is an operational term for calculating the transfer function C, and performs the calculation of the transfer function C(z; θ) on the controller input term 100 . An input data term 102 is a data term of input data for the controlled object, and indicates input data u (=In·C) obtained by the operation result of the controller input term 100 and the controller term 101 .

入力信号Inは線形性成分100aと非線形性成分100bとを含んでいる。
参照信号rと出力データyから得られる偏差e(=r-y)は、参照信号rは目標電圧Vであり出力データyはコンデンサ電圧Vc及びインダクタ電流iであって共に線形性の出力信号であることから、[Vr-Vc,-i]は線形性成分100aである。一方、入力信号Inの他の成分であるフィードバック信号の[u]は、飽和による非線形性を補償する信号であるため、非線形性成分100bである。したがって、[V-V、-i、u]の入力信号Inのうち、線形性成分100aの[V-V、-i]は線形性入力In-linearであり、非線形性成分100bの[u]は非線形性入力In-nonlinearである。
The input signal In includes a linear component 100a and a nonlinear component 100b.
The deviation e (=ry) obtained from the reference signal r and the output data y is a linear Since it is the output signal, [Vr-V c , -i L ] is the linearity component 100a. On the other hand, [u A ] of the feedback signal, which is another component of the input signal In, is a nonlinear component 100b because it is a signal that compensates for nonlinearity due to saturation. Therefore, of the input signal In of [V r −V c , −i L , u A ], [V r −V c , −i L ] of the linearity component 100a is the linearity input In −linear and nonlinear [u A ] of the linear component 100b is the nonlinear input In -nonlinear .

制御器項101の伝達関数C(z;θ)は、演算項C とパラメータ項θとの積で表される。演算項C は線形性成分101aのC0-linearと非線形性成分101bのC0-nonlinearとを有し、パラメータ項θは線形性成分101cのθ-linearと非線形性成分101dのθ-nonlinearとを有している。線形性成分101cのθ-linearは[K、K、-Kであり、非線形性成分101dのθ-nonlinearは[K・Kである。 The transfer function C(z; θ) of the controller term 101 is represented by the product of the operational term C 0 T and the parameter term θ. The operational term C 0 T has C 0 -linear for the linear component 101a and C 0 -nonlinear for the nonlinear component 101b, and the parameter term θ is θ −linear for the linear component 101c and θ for the nonlinear component 101d. nonlinear . The θ -linear of the linear component 101c is [K P , K I , −K L ] T , and the θ -nonlinear of the nonlinear component 101d is [K A ·K I ] T.

制御器入力項100と制御器項101との演算結果で入力データu(=In・C)は、線形性成分100a、101a、及び101cの演算で得られる線形性成分102aのu-linearと、非線形性成分100b、101b、及び101cの演算で得られる非線形性成分102bのu-nonlinearとの和で得られる。 The input data u (=In C) resulting from the operation of the controller input term 100 and the controller term 101 is u -linear of the linearity component 102a obtained by the operation of the linearity components 100a, 101a, and 101c, It is obtained by adding u -nonlinear to the nonlinear component 102b obtained by computing the nonlinear components 100b, 101b, and 101c.

制御器項101は、演算項C とパラメータ項θとが線形分離されているため、線形性成分の演算と非線形性成分の演算とを個別に行うことができる。
線形性成分102aのu-linearは、入力信号Inの線形性成分100aの[V-V、-i]と演算項C の線形性成分101aのC0-linearとパラメータ項θの線形性成分101cのθ-linearとによる線形成分同士の演算{K+K(T/(z-1))}・(V-V)-KI・iにより得られる。
In the controller term 101, the operation term C 0 T and the parameter term θ are linearly separated, so that the calculation of the linear component and the calculation of the nonlinear component can be performed separately.
u −linear of the linearity component 102a is the sum of [V r −V c , −i L ] of the linearity component 100a of the input signal In and C 0 -linear of the linearity component 101a of the operational term C 0 T and the parameter term θ is obtained by calculation {K P +K I (T/(z−1))}·(V r −V c )−KI·i L between linear components by θ −linear of the linearity component 101c of .

一方、非線形性成分102bのu-nonlinearは、非線形性成分100bの入力信号の[u]と非線形性成分101bのC0-nonlinearと非線形性成分101dのθ-nonlinearとによる非線形成分同士の演算[K・K・(T/(z-1))・u]により得られる。 On the other hand, u -nonlinear of the nonlinear component 102b is a calculation of nonlinear components by [u A ] of the input signal of the nonlinear component 100b, C 0 -nonlinear of the nonlinear component 101b, and θ -nonlinear of the nonlinear component 101d. It is obtained by [K A ·K I ·(T/(z−1))·u A ].

換言すると、入力信号Inのうち線形性成分100aのIn-linearである[V-V、-i]を、伝達関数C(z;θ)の線形性成分101aの演算項C0-linearと線形性成分101cのパラメータ項θ-linearに対応させて線形性システムに係る演算を行う。 In other words, [V r −V c , −i L ], which is In −linear of the linearity component 100a of the input signal In, is the operator term C 0− of the linearity component 101a of the transfer function C(z;θ). Calculations related to the linearity system are performed in correspondence with linear and the parameter term θ -linear of the linearity component 101c.

一方、入力信号Inのうち非線形性成分100bのIn-nonlinearである飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号[u]を、伝達関数C(z;θ)の非線形性成分101bの演算項C0-nonlinearと非線形性成分101dのパラメータ項θ-nonlinearに対応させて非線形性システムに係る演算を行う。
飽和のアンチワインドアップの非線形性分を線形性成分から線形分離することにより最小二乗法の適用を可能とし、制御器の制御パラメータθの調整を可能とする。
On the other hand, the feedback signal [u A ] for anti-windup compensation that compensates for the saturation nonlinearity, which is In −nonlinear , of the nonlinear component 100b of the input signal In is the nonlinear component 101b of the transfer function C(z; θ). , and the parameter term θ -nonlinear of the nonlinear component 101d are associated with each other to perform calculations related to the nonlinear system.
By linearly separating the saturation anti-windup nonlinearity component from the linearity component, the least squares method can be applied and the control parameter θ of the controller can be adjusted.

上記したように、伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離されることにより、制御パラメータθを表す式(7)で用いられる仮想入力uv0は以下の式(6)で計算することができる。

Figure 0007256327000030
…(6) As described above, by linearly separating the transfer function C (z; θ) with the control parameter θ, the virtual input u v0 used in the equation (7) representing the control parameter θ is calculated by the following equation (6) can do.
Figure 0007256327000030
… (6)

式(6)において、1項目は仮想参照信号r(k;θ)であり、2項目は出力データy(k;θ)であり、3項目はアンチワインドアップ補償のフィードバック信号u(k;θ)である。仮想入力uv0は、仮想参照信号r(k;θ)と出力データy(k;θ)との差分信号{r(k;θ)-y(z;θ)}である仮想偏差e(k;θ)にアンチワインドアップ補償のフィードバック信号u(k;θ)との和にCを乗じて得られることを示している。 In equation (6), the first term is the virtual reference signal r v (k; θ 0 ), the second term is the output data y(k; θ 0 ), and the third term is the feedback signal u A for anti-windup compensation. (k; θ 0 ). The virtual input u v0 is the difference signal {r v (k; θ 0 )−y(z; θ 0 )} between the virtual reference signal rv (k; θ 0 ) and the output data y (k; θ 0 ). It shows that the sum of a virtual deviation e v (k; θ 0 ) and the anti-windup compensation feedback signal u A (k; θ 0 ) is multiplied by C 0 .

(S5:指令入力uの取得)
指令入力uは非線形要素4の出力信号であり、リミット値をulimとしたとき、u(k;θ)は以下の式(3)で表される。

Figure 0007256327000031
ただし、
Figure 0007256327000032

…(3) (S5: Acquisition of command input ur )
The command input u r is the output signal of the nonlinear element 4, and u r (k; θ 0 ) is expressed by the following equation (3), where u lim is the limit value.
Figure 0007256327000031
however,
Figure 0007256327000032

…(3)

したがって、仮想入力uv0は下式(6)の演算により求められる。

Figure 0007256327000033
…(6)
PWM制御ではリミット値ulimが1となるため、このときの指令入力値u(k;θ)は以下の式(4)で表される。
Figure 0007256327000034
…(4) Therefore, the virtual input u v0 is calculated by the following equation (6).
Figure 0007256327000033
… (6)
Since the limit value u lim is 1 in PWM control, the command input value u r (k; θ 0 ) at this time is represented by the following equation (4).
Figure 0007256327000034
…(4)

(S6:制御パラメータθの演算)
前記した制御パラメータθの式(7)に、式(6)の仮想入力uv0、及び式(4)の指令入力値uを適用することにより、最小二乗法による演算によって最適な制御パラメータθが求められる。
(S6: Calculation of control parameter θ)
By applying the virtual input u v0 of the equation (6) and the command input value u r of the equation (4) to the equation (7) of the control parameter θ described above, the optimum control parameter θ is required.

図7は、評価関数JVRと制御パラメータθとの関係、及び制御パラメータθの算出を説明するためのブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram for explaining the relationship between the evaluation function J VR and the control parameter θ, and the calculation of the control parameter θ.

(A)評価関数JVR
出力データy(k;θ)が理想的な応答y(k;θ)となるように制御パラメータθを調整する処理は、VRFT法によるデータ駆動型制御において評価関数JVRを最小化することに相当する。
(A) Evaluation function J VR
The process of adjusting the control parameter θ so that the output data y(k; θ) becomes the ideal response y d (k; θ) is to minimize the evaluation function JVR in data-driven control by the VRFT method. corresponds to

図7のブロック20は評価関数JVR(θ)を取得する処理、及び制御パラメータθを最適化する処理を表している。
なお、評価関数JVR(θ)は以下の式(22)で表される。

Figure 0007256327000035
…(22) Block 20 in FIG. 7 represents the process of obtaining the evaluation function JVR ([theta]) and the process of optimizing the control parameter [theta].
Note that the evaluation function J VR (θ) is represented by the following equation (22).
Figure 0007256327000035
…(22)

評価関数JVR(θ)の式(22)において、uは収集された入力データであり、uは仮想的な入力である。 In equation (22) of the evaluation function J VR (θ), u is the collected input data and u v is the virtual input.

仮想的な入力uは以下の式(23)で表され、出力データyに対して制御対象の規範(参照)モデルの逆関数M-1の処理と制御器の伝達関数Cの処理を施すことにより得られる。

Figure 0007256327000036
…(23)
式(23)で表される仮想的な入力uはθで線形分離されていないため最小二乗法に適用できる形式ではなく、アンチワインドアップ補償uを考慮していない。 The virtual input u v is represented by the following equation (23), and the inverse function M −1 of the reference (reference) model of the controlled object and the transfer function C of the controller are processed for the output data y obtained by
Figure 0007256327000036
…(23)
Since the virtual input u v represented by Equation (23) is not linearly separated by θ, it is not in a form applicable to the least squares method, and anti-windup compensation u A is not considered.

これに対して、伝達関数Cに代えて線形分離した伝達関数の制御演算Cを用いて最小二乗法に適用できる形式に変換すると共にアンチワインドアップ補償uを付加した仮想入力uv0を用いる。

Figure 0007256327000037
…(6) On the other hand, instead of the transfer function C, the control operation C 0 of the linearly separated transfer function is used to convert to a form applicable to the least squares method, and the virtual input u v0 to which the anti-windup compensation u A is added is used. .
Figure 0007256327000037
… (6)

式(6)で表される仮想入力uv0は、出力データyに対して制御対象の規範(参照)モデルの逆関数M-1の処理21と制御器の伝達関数Cの制御演算Cの処理22を施して得られる線形性の成分とアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uの非線形性成分とにより演算される。 The virtual input u v0 represented by Equation (6) is a process 21 of the inverse function M −1 of the reference (reference) model of the controlled object and the control operation C 0 of the transfer function C of the controller for the output data y. It is calculated from the linear component obtained by applying the processing 22 and the nonlinear component of the anti-windup compensation feedback signal uA .

(B)非線形性制御系の制御パラメータθの調整
アンチワインドアップ補償を適用した制御パラメータθは、式(6)の仮想入力uv0と式(3)又は式(4)の実現可能なPWM制御への指令入力値uとを用いた式(7)により演算される。
(B) Adjustment of control parameter θ of nonlinear control system The control parameter θ to which anti-windup compensation is applied is the virtual input u v0 of formula (6) and the realizable PWM control of formula (3) or formula (4) It is calculated by Equation (7) using the command input value ur to .

ここで、一般に、理想的な応答に対するパラメータチューニングに用いる評価関数JMRの最小化がVRFT法による評価関数JVR(θ)の最小化と等価であるとは限らないため、周波数帯域への変換による得られるフィルタL(z)を指令入力値uと仮想入力uv0に用いる。 Here, in general, minimization of the evaluation function J MR used for parameter tuning for an ideal response is not necessarily equivalent to minimization of the evaluation function J VR (θ) by the VRFT method. The filter L(z) obtained by is used for the command input value u r and the virtual input u v0 .

閉ループでは、フィルタL(z)は以下の式(24)で表される。

Figure 0007256327000038
…(24) In the closed loop, the filter L(z) is represented by Equation (24) below.
Figure 0007256327000038
…(24)

図7では、指令入力値uに対してフィルタL(z)の処理23を施し、仮想入力uv0に対してフィルタL(z)の処理24を施す例を示している。なお、フィルタL(z)の処理は必須ではなく、フィルタL(z)の処理を行うことなく指令入力値u及び仮想入力uv0を式(6)に適用して制御パラメータθを求めてもよい。 FIG. 7 shows an example in which the processing 23 of the filter L(z) is applied to the command input value u r , and the processing 24 of the filter L(z) is applied to the virtual input u v0 . Note that the processing of the filter L(z) is not essential, and the control parameter θ can be obtained by applying the command input value u r and the virtual input u v0 to the equation (6) without performing the processing of the filter L(z). good too.

(C)制御パラメータθの設定
制御パラメータθの処理20で調整された制御パラメータθを制御器の制御パラメータに設定する。
(C) Setting the control parameter θ The control parameter θ adjusted in the control parameter θ process 20 is set as the control parameter of the controller.

(S7:制御パラメータθによる制御)
S6の演算ステップで求めた制御パラメータθの値を用いて制御器2の制御パラメータを設定し、制御器2の出力信号を制御対象3に入力して制御を行う。
(S7: Control by control parameter θ)
The value of the control parameter θ obtained in the calculation step of S6 is used to set the control parameter of the controller 2, and the output signal of the controller 2 is input to the controlled object 3 to perform control.

このとき、制御器2には参照信号となる目標電圧Vが入力され、制御対象3からは出力信号y、及び飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uがフィードバックされる。 At this time, a target voltage Vr as a reference signal is input to the controller 2, and an output signal y and a feedback signal uA for anti-windup compensation for compensating nonlinearity of saturation are fed back from the controlled object 3. .

(制御器の構成例)
図8は、電流モード制御におけるPI制御による制御器を示すブロック図である。制御器2AはPI制御の例を示し、比例ゲインK、積分ゲインK、フィードバックゲイン-K、及びアンチワインドアップゲインKの各ゲインを備える。
(Example of controller configuration)
FIG. 8 is a block diagram showing a controller using PI control in current mode control. The controller 2A shows an example of PI control and has gains of proportional gain K P , integral gain K I , feedback gain −K L , and anti-windup gain K A .

比例ゲインKは目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)に対するゲインであり、積分ゲインKは目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)にアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uを加えた信号に対するゲインである。フィードバックゲインK,KiCは、インダクタ電流i及びコンデンサ電流iに対するゲインである。アンチワインドアップゲインKはアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するゲインである。これらの各ゲインK,K,K,Kは、前記した制御パラメータの調整により得られた制御パラメータθを用いて設定される。図8では、フィードバックゲインKの構成を実線で示し、フィードバックゲインKiCの構成を一点鎖線で示している。マイナーループ制御はこれらのフィードバックゲインK,KiCの何れかを用いて行われる。 The proportional gain K P is the gain for the difference ( V r −V C ) between the target voltage V r and the output voltage V C , and the integral gain K I is the difference (V r − V C ) plus the feedback signal u A for anti-windup compensation. Feedback gains K L and K iC are gains for inductor current iL and capacitor current iC . The anti-windup gain KA is the gain for the anti-windup compensation feedback signal uA . These gains K P , KI , KL , and KA are set using the control parameter θ obtained by adjusting the control parameters described above. In FIG. 8, the configuration of the feedback gain K L is indicated by a solid line, and the configuration of the feedback gain K iC is indicated by a chain line. Minor loop control is performed using either of these feedback gains K L and K iC .

制御器2Aには、目標電圧V、制御対象3から得られる出力電圧Vc、マイナーループでフィードバックされるインダクタ電流i、コンデンサ電流iの何れかのフィードバック信号、及び飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uが入力され、制御対象3に対する入力信号uを出力する。制御対象3がDC-DCコンバータの場合には入力信号uをPWM信号に変換し、DC-DCコンバータのスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。 The controller 2A includes a target voltage Vr , an output voltage Vc obtained from the controlled object 3, a feedback signal of any one of the inductor current iL and the capacitor current iC fed back in the minor loop, and a saturation nonlinearity compensation signal. A feedback signal uA for anti-windup compensation is input, and an input signal u for the controlled object 3 is output. When the controlled object 3 is a DC-DC converter, it converts the input signal u into a PWM signal to control the switching operation of the switching elements of the DC-DC converter.

また、PWM信号を生成する際には、PWM信号の振幅が0と1との範囲に制限されていることから飽和による非線形性が発生する。この飽和の非線形性を補償するために、飽和要素の入出力間の差分によりアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uを形成し、制御器2Aに入力する。 Moreover, when generating the PWM signal, nonlinearity due to saturation occurs because the amplitude of the PWM signal is limited to a range between 0 and 1. To compensate for this non-linearity of saturation, the difference between the input and output of the saturation element forms the anti-windup compensation feedback signal uA which is input to the controller 2A.

制御器2Aの制御パラメータθは、制御パラメータ調整装置1で調整された各ゲイン値に設定されるため、制御器2Aは規範(参照)モデルの伝達制御Mで定められた応答特性に沿った制御を行う。 Since the control parameter θ of the controller 2A is set to each gain value adjusted by the control parameter adjusting device 1, the controller 2A performs control along the response characteristics determined by the transmission control M of the reference (reference) model. I do.

(b)PID制御
以下、PID制御について図9のブロック図を用いて制御器の構成を説明する。
図9は、電流モード制御におけるPID制御を行う制御器2Bの構成例を示している。また、図9は、PID制御による制御器を示すブロック図である。
(b) PID Control Hereinafter, the configuration of the controller will be described with reference to the block diagram of FIG. 9 for PID control.
FIG. 9 shows a configuration example of a controller 2B that performs PID control in current mode control. Also, FIG. 9 is a block diagram showing a controller based on PID control.

制御器2Bの比例項、積分項、微分項、及びフィードバック項は、制御パラメータθとして、それぞれ比例ゲインK、積分ゲインK、微分ゲインK、及びフィードバックゲインKを備え、これらの加算出力を制御対象の入力データuとして出力する。 The proportional term, integral term, differential term, and feedback term of the controller 2B have proportional gain K P , integral gain KI, differential gain K D , and feedback gain KL as control parameters θ. The output is output as the input data u to be controlled.

比例ゲインKは目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)に対するゲインであり、積分ゲインKは目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)にアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uを加えた信号に対するゲインである。微分ゲインKは目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)に対するゲインであり、フィードバックゲインK,KiCは、インダクタ電流i及びコンデンサ電流iに対するゲインである。アンチワインドアップゲインKはアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するゲインである。これらの各ゲインK,K,K,Kは、前記した制御パラメータの調整により得られた制御パラメータθを用いて設定される。図9では、フィードバックゲインKの構成を実線で示し、フィードバックゲインKiCの構成を一点鎖線で示している。マイナーループ制御はこれらのフィードバックゲインK,KiCの何れかを用いて行われる。 The proportional gain K P is the gain for the difference ( V r −V C ) between the target voltage V r and the output voltage V C , and the integral gain K I is the difference (V r − V C ) plus the feedback signal u A for anti-windup compensation. Differential gain K D is the gain for the difference (V r −V C ) between target voltage V r and output voltage V C , and feedback gains K L and K iC are the gains for inductor current i L and capacitor current i C. be. The anti-windup gain KA is the gain for the anti-windup compensation feedback signal uA . These gains K P , KI , KL , and KA are set using the control parameter θ obtained by adjusting the control parameters described above. In FIG. 9, the configuration of the feedback gain K L is indicated by a solid line, and the configuration of the feedback gain K iC is indicated by a chain line. Minor loop control is performed using either of these feedback gains K L and K iC .

PID制御は、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(e=(V-V))を比例項、積分項、及び微分項に入力して比例積分微分制御を行うと共に、マイナーループでフィードバックされるインダクタ電流i、コンデンサ電流iの何れかのフィードバック信号をフィードバック項に入力する。 In PID control, the difference between the target voltage V r and the output voltage V c (e=(V r −V c )) is input to the proportional term, the integral term, and the differential term to perform proportional-integral-derivative control. A feedback signal of either the inductor current i L or the capacitor current i C fed back in the loop is input to the feedback term.

アンチワインドアップ補償については図4に示したPI制御と同様とすることができる。入力データuは飽和要素を介してPWMの指令入力uであり、指令入力uは飽和要素により非線形性を有した信号である。 Anti-windup compensation can be similar to the PI control shown in FIG. The input data u is a PWM command input ur via a saturation element, and the command input ur is a signal having nonlinearity due to the saturation element.

指令入力uから入力データuを減算された信号は、飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uとして制御器にフィードバックされる。フィードバック信号uはアンチワインドアップゲインKを経て積分項に入力される。 A signal obtained by subtracting the input data u from the command input u r is fed back to the controller as an anti-windup compensation feedback signal u A that compensates for the nonlinearity of saturation. Feedback signal u A is input to the integral term through anti-windup gain K A .

初期パラメータθを用いた実験では、比例ゲインK、積分ゲインK、微分ゲインK、フィードバックゲインKの線形性のゲイン、及びアンチワインドアップゲインKに初期パラメータθの初期値[KP0、KI0,KD0,-KL0,KA0]を設定し、出力データyを取得する。 In the experiment using the initial parameter θ 0 , the initial value of the initial parameter θ 0 was set to Set [K P0 , K I0 , K D0 , -K L0 , K A0 ] and acquire the output data y.

電流モード制御におけるPID制御では、入力[V-V]に対して、制御器2Bの伝達関数Cは以下の式(25)で表される。

Figure 0007256327000039
…(25) In PID control in current mode control, the transfer function C of the controller 2B is represented by the following equation (25) with respect to the input [V r -V C i L u A ].
Figure 0007256327000039
…(25)

(c)PI-D制御
以下、PI-D制御について図10のブロック図を用いて制御器の構成を説明する。
図10は、PI-D制御を行う制御器2Cの構成例を示している。また、図10は、電流モード制御におけるPI-D制御による制御器の制御時の状態を示すブロック図である。
(c) PI-D Control The configuration of the controller for PI-D control will be described below with reference to the block diagram of FIG.
FIG. 10 shows a configuration example of a controller 2C that performs PI-D control. FIG. 10 is a block diagram showing the state of the controller during control by PI-D control in current mode control.

PI-D制御は、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(e=(V-V))を比例項、積分項に入力して比例積分制御を行い、出力電圧Vを微分項に入力して微分制御を行うと共に、マイナーループでフィードバックされるインダクタ電流iあるいはコンデンサ電流iをフィードバック項に入力する。 In PI-D control, the difference between the target voltage V r and the output voltage V c (e=(V r −V c )) is input to the proportional term and the integral term to perform proportional integral control, and the output voltage V c is It is input to the differential term to perform differential control, and the inductor current iL or the capacitor current iC fed back in the minor loop is input to the feedback term.

制御器2Cの比例項、積分項、微分項、及びフィードバック項は、制御パラメータθとして、それぞれ比例ゲインK、積分ゲインK、微分ゲインK、及びフィードバックゲインKを備え、これらの加算出力を制御対象の入力データuとして出力する。 The proportional term, integral term, differential term, and feedback term of the controller 2C have proportional gain K P , integral gain KI , differential gain K D , and feedback gain KL as control parameters θ. The output is output as the input data u to be controlled.

比例ゲインKは、目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)に対するゲインであり、積分ゲインKは目標電圧Vと出力電圧Vとの差分(V-V)にアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uを加えた信号に対するゲインである。微分ゲインKは出力電圧Vに対するゲインであり、フィードバックゲインK,KiCは、インダクタ電流i及びコンデンサ電流iに対するゲインである。アンチワインドアップゲインKはアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uに対するゲインである。これらの各ゲインK,K,K,K,K,KiCは、前記した制御パラメータの調整により得られた制御パラメータθを用いて設定される。図10では、フィードバックゲインKの構成を実線で示し、フィードバックゲインKiCの構成を一点鎖線で示している。マイナーループ制御はこれらのフィードバックゲインK,KiCの何れかを用いて行われる。 The proportional gain K P is the gain for the difference ( V r −V C ) between the target voltage V r and the output voltage V C , and the integral gain K I is the difference (V r −V C ) plus the feedback signal u A for anti-windup compensation. Differential gain KD is a gain for output voltage VC , and feedback gains KL and KiC are gains for inductor current iL and capacitor current iC . The anti-windup gain KA is the gain for the anti-windup compensation feedback signal uA . These gains K P , KI , K D , KL , KA and K iC are set using the control parameter θ obtained by adjusting the control parameters described above. In FIG. 10, the configuration of the feedback gain K L is indicated by a solid line, and the configuration of the feedback gain K iC is indicated by a chain line. Minor loop control is performed using either of these feedback gains K L and K iC .

アンチワインドアップ補償については図4に示したPI制御と同様とすることができる。入力データuは、飽和要素を介してPWMの指令入力uであり、指令入力uは、飽和要素により非線形性を有した信号である。 Anti-windup compensation can be similar to the PI control shown in FIG. The input data u is a PWM command input ur via a saturation element, and the command input ur is a signal having nonlinearity due to the saturation element.

指令入力uから入力データuを減算された信号は、飽和の非線形性を補償するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uとして制御器にフィードバックされる。フィードバック信号uはアンチワインドアップゲインKを経て積分項に入力される。 A signal obtained by subtracting the input data u from the command input u r is fed back to the controller as an anti-windup compensation feedback signal u A that compensates for the nonlinearity of saturation. Feedback signal u A is input to the integral term through anti-windup gain K A .

初期パラメータθを用いた実験では、比例ゲインK、積分ゲインK、微分ゲインK、フィードバックゲインKの線形性のゲイン、及びアンチワインドアップゲインKに初期パラメータθの初期値[KP0,KI0,KD0,-KL0,KA0]を設定し、出力データyを取得する。 In the experiment using the initial parameter θ 0 , the initial value of the initial parameter θ 0 was set to [K P0 , K I0 , K D0 , -K L0 , K A0 ] are set and the output data y is acquired.

電流モード制御におけるPI-D制御では、入力[V-V]に対して、制御器2Cの伝達関数Cは以下の式(26)で表される。

Figure 0007256327000040
…(26) In the PI-D control in the current mode control, the transfer function C of the controller 2C is expressed by the following equation (26) with respect to the input [ Vr - VCVCiLuA ].
Figure 0007256327000040
…(26)

電圧モード制御に対して、PI制御、PID制御、PI-D制御のそれぞれが適用することができる。一例としてPI制御では入力[V-V]に対して、制御器2Aの伝達関数Cは以下の式(27)で表される。

Figure 0007256327000041
…(27) Each of PI control, PID control, and PI-D control can be applied to voltage mode control. As an example, in PI control, the transfer function C of the controller 2A is expressed by the following equation (27) with respect to the input [V r -V Cu A ].
Figure 0007256327000041
…(27)

(実験例)
以下、本発明の実験例について説明する。実験結果例を以下の表1に記載する。

Figure 0007256327000042
(Experimental example)
Experimental examples of the present invention will be described below. Example experimental results are set forth in Table 1 below.
Figure 0007256327000042

本発明のアンチワインドアップ補償を含むVRFT法を適用した本発明と、アンチワインドアップ補償を含まないVRFT法を適用した従来手法とを比較すると、本発明によれば、評価関数JMRが小さくなり、5%整定時間が短縮されることが確認される。なお、サンプリング周期及びPWM周期を10μsとし実験時間を1msとすると、一回の実験で100サンプル分の入出力データ(入力データu、出力データy(出力電圧V、インダクタ電流i))が収集される。 Comparing the present invention applying the VRFT method including the anti-windup compensation of the present invention with the conventional method applying the VRFT method not including the anti-windup compensation, according to the present invention, the evaluation function J MR becomes smaller. , 5% is confirmed to reduce the settling time. Assuming that the sampling period and PWM period are 10 μs and the experiment time is 1 ms, 100 samples of input/output data (input data u, output data y (output voltage V C , inductor current i L )) for one experiment are obtained. Collected.

本発明の制御器の制御パラメータの調整方法及び調整装置は、インダクタ電流iのマイナーループフィードバックを用いた電流モード制御におけるPI制御を行う制御系に適用することができる。また、PID制御およびPI-D制御にも適用できるとともに、マイナーループフィードバックとしてコンデンサ電流を用いる電流モード制御の他、電圧モードに適用することができる。 The control parameter adjustment method and adjustment device of the controller of the present invention can be applied to a control system that performs PI control in current mode control using minor loop feedback of inductor current iL . Further, it can be applied to PID control and PI-D control, and can be applied to voltage mode control in addition to current mode control using capacitor current as minor loop feedback.

1 制御パラメータ調整装置
2,2A,2B,2C 制御器
3 制御対象
4 非線形要素
100 制御器入力項
101 制御器項
102 入力データ項
In 入力信号
u 入力データ(入力信号)
y 出力データ(出力信号)
e 差分信号
アンチワインドアップ補償のフィードバック信号
仮想的な入力
v0 仮想入力
指令入力値
r 参照信号
目標電圧
出力電圧
インダクタ電流
in 入力電圧
θ 制御パラメータ
θ 初期パラメータ
C 制御器の伝達関数
制御演算
M 制御対象の規範(参照)モデルの伝達関数
VR 評価関数
比例ゲイン
積分ゲイン
フィードバックゲイン
ic フィードバックゲイン
アンチワインドアップゲイン
コンデンサ
L インダクタ
SW1,SW2 スイッチ
1 control parameter adjustment devices 2, 2A, 2B, 2C controller 3 controlled object 4 nonlinear element 100 controller input term 101 controller term 102 input data term In input signal u input data (input signal)
y Output data (output signal)
e Differential signal u A Feedback signal for anti-windup compensation u v Virtual input u v0 Virtual input u r Command input value r Reference signal V r Target voltage V C Output voltage i L Inductor current V in Input voltage
θ control parameter θ 0 initial parameter C transfer function of controller C 0 control operation M transfer function of reference (reference) model of controlled object J VR evaluation function K P proportional gain KI integral gain KL feedback gain K ic feedback gain K A Anti-windup gain C a Capacitor L Inductor SW1, SW2 Switch

Claims (10)

制御対象の入出力データを用いたデータ駆動型制御によるディジタル制御系の制御パラメータθを調整する方法であって、
(a)前記ディジタル制御系の伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離して制御演算Cの演算項と制御パラメータθのパラメータ項の積とし、
(b)前記データ駆動型制御の評価関数において、
前記伝達関数Cの演算処理は、
(b1)前記制御演算Cの演算項及び前記制御パラメータθのパラメータ項を線形性成分及び非線形性成分に線形分離し、
(b2)制御対象の出力データyと前記線形性成分とによる線形性の演算と、
(b3)ディジタル制御系の非線形性を補償する補償信号と前記非線形性成分とによる非線形の演算を行い、
(c)最小二乗法により前記データ駆動型制御の評価関数を最小化する制御パラメータθを調整する、
ディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
A method for adjusting a control parameter θ of a digital control system by data-driven control using input/output data of a controlled object, comprising:
(a) the transfer function C(z; θ) of the digital control system is linearly separated by the control parameter θ to obtain the product of the operational term of the control calculation C0 and the parameter term of the control parameter θ;
(b) in the data-driven control evaluation function,
The arithmetic processing of the transfer function C is
(b1) linearly separating the operational term of the control operation C0 and the parameter term of the control parameter θ into a linear component and a nonlinear component;
(b2) a linearity calculation using the output data y of the controlled object and the linearity component;
(b3) performing a nonlinear calculation using a compensation signal for compensating the nonlinearity of the digital control system and the nonlinearity component;
(c) adjusting a control parameter θ that minimizes the evaluation function of the data-driven control by the method of least squares;
Control parameter adjustment method for digital control system.
前記データ駆動型制御の評価関数は、前記制御対象の入力データuと仮想入力uv0とを用いたVRFT法の評価関数JVRであり、
前記伝達関数Cの演算処理により前記仮想入力uv0を算出し、
算出した前記仮想入力uv0をモデル関数とする最小二乗法により前記評価関数JVRを最小化する制御パラメータθを調整する、
請求項1に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
The evaluation function of the data-driven control is a VRFT method evaluation function J VR using the input data u of the controlled object and the virtual input u v0 ,
Calculate the virtual input u v0 by arithmetic processing of the transfer function C,
Adjust the control parameter θ that minimizes the evaluation function J VR by the least squares method using the calculated virtual input u v0 as a model function,
2. The control parameter adjusting method for a digital control system according to claim 1.
前記入力データu及び出力データyは、前記制御対象と制御器とからなる閉ループにおいて、
前記制御器の伝達関数Cに初期制御パラメータθを設定して得られる制御対象の入力信号及び出力信号である、
請求項に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
The input data u and the output data y are, in a closed loop consisting of the controlled object and the controller,
An input signal and an output signal of the controlled object obtained by setting the initial control parameter θ 0 to the transfer function C of the controller,
3. The control parameter adjusting method for a digital control system according to claim 2 .
前記ディジタル制御系の非線形性は飽和要素による非線形性であり、
前記補償信号は、ulimを飽和状態となるリミット値としたとき、前記入力データuの飽和の非線形性をアンチワインドアップ補償するフィードバック信号uであって、

Figure 0007256327000043
である、
請求項に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
The nonlinearity of the digital control system is nonlinearity due to a saturation element,
The compensation signal is a feedback signal u A that anti-windup compensates for saturation nonlinearity of the input data u when u lim is a limit value for saturation,

Figure 0007256327000043
is
3. The control parameter adjusting method for a digital control system according to claim 2 .
前記仮想入力uv0において、
前記線形性の演算は、出力データyと規範モデルの伝達関数Mの逆関数M-1との演算で得られる仮想的な入力信号と前記出力データyとの差分に、前記制御演算Cの演算項の線形性成分を施し、
前記非線形性の演算は、前記補償信号に前記制御演算Cの演算項の非線形性成分を施し、
前記仮想入力uv0は下式の演算で求める、

Figure 0007256327000044

請求項4に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
At the virtual input u v0 ,
The linearity calculation is performed by calculating the difference between a virtual input signal obtained by calculation of the output data y and the inverse function M −1 of the transfer function M of the reference model and the output data y, the control calculation C 0 Apply the linearity components of the operands,
The non-linearity calculation is performed by subjecting the compensation signal to the non-linearity component of the operational term of the control calculation C0 ,
The virtual input u v0 is calculated by the following formula,

Figure 0007256327000044

5. The control parameter adjustment method for a digital control system according to claim 4.
前記制御パラメータθは下式の演算で表され、

Figure 0007256327000045

は、実現可能なPWM制御への指令入力値であり、入力データuの条件に応じて次式で表される

Figure 0007256327000046
ただし、
Figure 0007256327000047

請求項5に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
The control parameter θ is expressed by the following formula,

Figure 0007256327000045

u r is a command input value to the PWM control that can be realized, and is represented by the following equation according to the conditions of the input data u

Figure 0007256327000046
however,
Figure 0007256327000047

6. The control parameter adjusting method for a digital control system according to claim 5.
前記ディジタル制御系は、PI制御、PID制御、PI-D制御の何れかのフィードバック制御系であり、
前記出力データyは、制御対象の出力電圧及びマイナーループ要素であり、
非線形性を補償する補償信号は、飽和の非線形性に対するアンチワインドアップ補償のフィードバック信号uである、
請求項1又は2に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
The digital control system is any feedback control system of PI control, PID control, and PI-D control,
The output data y is an output voltage to be controlled and a minor loop element,
The compensation signal that compensates for the nonlinearity is the feedback signal u A of the anti-windup compensation for saturation nonlinearity.
3. The control parameter adjustment method for a digital control system according to claim 1 or 2.
前記マイナーループ要素は、インダクタ電流、コンデンサ電流の何れか一つである、
請求項7に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整方法。
The minor loop element is either an inductor current or a capacitor current,
8. The control parameter adjusting method for a digital control system according to claim 7.
制御対象に対する制御をディジタル制御系で行う制御器の制御パラメータθを調整する装置であって、
前記制御器は、
(a)伝達関数C(z;θ)を制御パラメータθで線形分離して制御演算Cの演算項と制御パラメータθのパラメータ項の積として備え、
(b)データ駆動型制御の評価関数において、
前記伝達関数Cの演算処理は、
(b1)前記制御演算Cの演算項及び前記制御パラメータθのパラメータ項を線形性成分及び非線形性成分に線形分離し、
(b2)制御対象の出力データyと前記線形性成分とによる線形性の演算と、
(b3)ディジタル制御系の非線形性を補償する補償信号と前記非線形性成分とによる非線形の演算を行い、
(c)最小二乗法により前記データ駆動型制御の評価関数を最小化する制御パラメータθを調整する、
ディジタル制御系の制御パラメータ調整装置。
A device for adjusting a control parameter θ of a controller that controls a controlled object with a digital control system,
The controller is
(a) The transfer function C (z; θ) is linearly separated by the control parameter θ and provided as the product of the operational term of the control operation C 0 and the parameter term of the control parameter θ,
(b ) In the data- driven control evaluation function,
The arithmetic processing of the transfer function C is
(b1) linearly separating the operational term of the control operation C0 and the parameter term of the control parameter θ into a linear component and a nonlinear component;
(b2) a linearity calculation using the output data y of the controlled object and the linearity component;
(b3) performing a nonlinear calculation using a compensation signal for compensating the nonlinearity of the digital control system and the nonlinearity component;
(c) adjusting a control parameter θ that minimizes the evaluation function of the data-driven control by the method of least squares;
Control parameter adjuster for digital control system.
前記データ駆動型制御の評価関数は、前記制御対象の入力データuと仮想入力uv0とを用いたVRFT法の評価関数JVRであり、
前記伝達関数Cの演算処理により前記仮想入力uv0を算出し、
算出した前記仮想入力uv0をモデル関数とする前記最小二乗法により前記評価関数JVRを最小化する制御パラメータθを調整する、
請求項9に記載のディジタル制御系の制御パラメータ調整装置。
The evaluation function of the data-driven control is a VRFT method evaluation function J VR using the input data u of the controlled object and the virtual input u v0 ,
Calculate the virtual input u v0 by arithmetic processing of the transfer function C,
Adjusting the control parameter θ that minimizes the evaluation function J VR by the least squares method using the calculated virtual input u v0 as a model function,
10. A control parameter adjustment device for a digital control system according to claim 9.
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