JP7347291B2 - Controller setting method for 2 degrees of freedom control system - Google Patents

Controller setting method for 2 degrees of freedom control system Download PDF

Info

Publication number
JP7347291B2
JP7347291B2 JP2020056399A JP2020056399A JP7347291B2 JP 7347291 B2 JP7347291 B2 JP 7347291B2 JP 2020056399 A JP2020056399 A JP 2020056399A JP 2020056399 A JP2020056399 A JP 2020056399A JP 7347291 B2 JP7347291 B2 JP 7347291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
closed
loop system
controller
degree
controlled object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020056399A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021157429A (en
Inventor
修一 矢作
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2020056399A priority Critical patent/JP7347291B2/en
Publication of JP2021157429A publication Critical patent/JP2021157429A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7347291B2 publication Critical patent/JP7347291B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Description

本発明は、２自由度制御システムの制御器設定方法に関する。 The present invention relates to a controller setting method for a two-degree-of-freedom control system.

近年、フィードバッグ制御及びフィードフォワード制御の両方を用いて、制御対象を制御する２自由度制御システムが提案されている。２自由度制御システムで制御対象を制御することで、フィードバック制御のみで制御する場合に比べて、速い応答性を実現可能である。 In recent years, a two-degree-of-freedom control system that controls a controlled object using both feedback control and feedforward control has been proposed. By controlling the controlled object with a two-degree-of-freedom control system, faster response can be achieved than when controlling only with feedback control.

特開２００８－３１０６５１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-310651

上記の２自由度制御システムでは、フィードフォワード制御器を構成するために、制御対象のモデルの同定が必要となる。制御対象のモデルは、例えば関数で規定されるが、関数の係数等を正確に規定するのに工数がかかってしまう。
また、２自由度制御システムにおいては、経年変化により制御対象の変動が発生しうる。この場合、２自由度制御システムの安定性が劣化するおそれがある。 In the two-degree-of-freedom control system described above, in order to configure a feedforward controller, it is necessary to identify a model of a controlled object. The model of the controlled object is defined by a function, for example, but it takes a lot of man-hours to accurately define the coefficients of the function.
Furthermore, in a two-degree-of-freedom control system, changes in the controlled object may occur due to aging. In this case, the stability of the two-degree-of-freedom control system may deteriorate.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、迅速に設計した２自由度制御システムの制御の安定性を確保することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to ensure control stability of a rapidly designed two-degree-of-freedom control system.

本発明の第１の態様においては、フィードバック制御器及びフィードフォワード制御器によって制御対象を制御する２自由度制御システムの制御器設定方法であって、前記制御対象を擬似した閉ループ系の伝達特性を、前記閉ループ系の制御パラメータを求めるデータ駆動制御に基づいて設定する特性設定ステップと、設定した前記閉ループ系の伝達特性の逆特性に基づいて、前記フィードフォワード制御器を設定する制御器設定ステップと、前記制御器設定ステップ後に、前記データ駆動制御に基づいて前記閉ループ系の前記制御パラメータを逐次調整するパラメータ調整ステップと、を有する、２自由度制御システムの制御器設定方法を提供する。 A first aspect of the present invention is a controller setting method for a two-degree-of-freedom control system in which a controlled object is controlled by a feedback controller and a feedforward controller, wherein the transfer characteristic of a closed-loop system simulating the controlled object is determined. , a characteristic setting step of setting the control parameters of the closed-loop system based on data-driven control; and a controller setting step of setting the feedforward controller based on the inverse characteristic of the set transfer characteristic of the closed-loop system. , a parameter adjustment step of sequentially adjusting the control parameters of the closed-loop system based on the data-driven control after the controller setting step.

また、前記パラメータ調整ステップは、前記閉ループ系の出力である第１出力データを取得するステップと、前記閉ループ系への入力信号を、目標値と参照応答の伝達関数である参照モデルに入力した場合の前記参照モデルの出力である第２出力データを取得するステップと、前記第１出力データと前記第２出力データの誤差である評価関数に基づいて、前記閉ループ系の前記制御パラメータを調整するステップと、を有することとしてもよい。 Further, the parameter adjustment step includes a step of obtaining first output data that is an output of the closed-loop system, and inputting an input signal to the closed-loop system to a reference model that is a transfer function between a target value and a reference response. and adjusting the control parameters of the closed-loop system based on an evaluation function that is an error between the first output data and the second output data. It is also possible to have the following.

また、前記パラメータ調整ステップにおいて、前記２自由度制御システムの応答が所定値よりも低下した場合に、前記閉ループ系の前記制御パラメータを逐次調整することとしてもよい。 Further, in the parameter adjustment step, the control parameters of the closed loop system may be successively adjusted when the response of the two-degree-of-freedom control system falls below a predetermined value.

また、前記パラメータ調整ステップにおいて、検出装置が前記制御対象の変更を検出した場合に、前記閉ループ系の前記制御パラメータを逐次調整することとしてもよい。 Furthermore, in the parameter adjustment step, when the detection device detects a change in the controlled object, the control parameters of the closed loop system may be adjusted sequentially.

本発明によれば、迅速に設計した２自由度制御システムの制御の安定性を確保できるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to quickly ensure control stability of a designed two-degree-of-freedom control system.

比較例に係る２自由度制御システム１００の概要を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an overview of a two-degree-of-freedom control system 100 according to a comparative example. 本発明の一の実施形態に係る２自由度制御システム１の構成を説明するための模式図である。1 is a schematic diagram for explaining the configuration of a two-degree-of-freedom control system 1 according to an embodiment of the present invention. ＦＲＩＴを適用した制御システム２００を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a control system 200 to which FRIT is applied. フィードフォワード制御器３０の設定の流れを説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining the setting flow of the feedforward controller 30. FIG. 閉ループ系５０の制御パラメータの自動調整の流れを説明するためのフローチャートである。5 is a flowchart for explaining the flow of automatic adjustment of control parameters of the closed-loop system 50. FIG.

＜２自由度制御システムの構成＞
２自由度制御システムは、フィードバック制御とフィードフォワード制御の両方を用いて制御対象を制御するための制御システムであり、通常のフィードバック制御にフィードフォワード制御を組み合わせることで、安定性と速応性の両立を実現している。 <Configuration of 2 degrees of freedom control system>
A two-degree-of-freedom control system is a control system that uses both feedback control and feedforward control to control a controlled object, and by combining feedforward control with normal feedback control, it achieves both stability and quick response. has been realized.

以下では、本発明に係る２自由度制御システムの構成を説明する前に、比較例に係る２自由度制御システムの構成について、図１を参照しながら説明する。 Below, before explaining the configuration of a two-degree-of-freedom control system according to the present invention, the configuration of a two-degree-of-freedom control system according to a comparative example will be described with reference to FIG. 1.

図１は、比較例に係る２自由度制御システム１００の概要を説明するための模式図である。比較例に係る２自由度制御システム１００においては、フィードバック制御器１２０のフィードバック指令と、フィードフォワード制御器１３０のフィードフォワード指令とが、加算器１４０で加算されて、制御対象１５０への指令となる。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an overview of a two-degree-of-freedom control system 100 according to a comparative example. In the two-degree-of-freedom control system 100 according to the comparative example, the feedback command of the feedback controller 120 and the feedforward command of the feedforward controller 130 are added by the adder 140 to become a command to the controlled object 150. .

ここで、制御対象１５０の伝達関数がＰであり、フィードバック制御器１２０の伝達関数がＫであるものとする。一方で、フィードフォワード制御器１３０の伝達関数は、制御対象１５０のモデルの伝達関数Ｐ－１を用いて設定できる。この際、伝達関数Ｐ－１のみでは微分が発生してしまうので、参照モデル１１０の伝達関数Ｍを組み合わせて設定される。すなわち、フィードフォワード制御器１３０の伝達関数は、Ｐ－１Ｍとなる。なお、参照モデル１１０の伝達関数Ｍは、例えば目標値と制御対象応答の伝達関数である。 Here, it is assumed that the transfer function of the controlled object 150 is P, and the transfer function of the feedback controller 120 is K. On the other hand, the transfer function of the feedforward controller 130 can be set using the transfer function P −1 of the model of the controlled object 150. At this time, since differentiation occurs with only the transfer function P -1 , it is set by combining the transfer function M of the reference model 110. That is, the transfer function of the feedforward controller 130 is P −1 M. Note that the transfer function M of the reference model 110 is, for example, a transfer function between a target value and a controlled object response.

ところで、比較例の２自由度制御システム１００においては、フィードフォワード制御器１３０を構成するために、制御対象１５０のモデルの同定が必要となる。制御対象１５０のモデルは、例えば関数で規定されるが、関数の係数等を正確に規定するのに工数がかかってしまう。また、必ずしも制御対象１５０のモデルを正確に規定できない。 By the way, in the two-degree-of-freedom control system 100 of the comparative example, in order to configure the feedforward controller 130, it is necessary to identify the model of the controlled object 150. The model of the controlled object 150 is defined by a function, for example, but it takes a lot of man-hours to accurately define the coefficients of the function. Furthermore, the model of the controlled object 150 cannot necessarily be defined accurately.

これに対して、以下に説明する本発明に係る２自由度制御システムにおいては、フィードフォワード制御器１３０を構成するための制御対象１５０のモデルが不要であり、フィードフォワード制御器１３０を直ぐに設計することが可能となる。 In contrast, in the two-degree-of-freedom control system according to the present invention described below, a model of the controlled object 150 for configuring the feedforward controller 130 is not required, and the feedforward controller 130 can be designed immediately. becomes possible.

図２は、本発明の一の実施形態に係る２自由度制御システム１の構成を説明するための模式図である。２自由度制御システム１は、例えば制御対象として、トラック等の車両に搭載された構成要素を制御するシステムである。制御対象としては、例えば車両のトランスミッションの回転制御であるが、これに限定されず、エンジンの回転制御やモータの回転制御であってもよい。以下では、制御対象が、関数等で同定されていないものとする。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of a two-degree-of-freedom control system 1 according to one embodiment of the present invention. The two-degree-of-freedom control system 1 is a system that controls, for example, components mounted on a vehicle such as a truck as a control target. The controlled object is, for example, rotational control of a vehicle transmission, but is not limited to this, and may be engine rotational control or motor rotational control. In the following, it is assumed that the controlled object is not identified by a function or the like.

２自由度制御システム１は、比較例と同様に、参照モデル１０、フィードバック制御器２０及びフィードフォワード制御器３０を有する。参照モデル１０、フィードバック制御器２０及びフィードフォワード制御器３０は、図１の参照モデル１１０、フィードバック制御器１２０及びフィードフォワード制御器１３０と同様の機能を有するので、詳細な説明は省略する。一方で、２自由度制御システム１は、制御対象を擬似した仮想制御対象である閉ループ系５０を有する。 The two-degree-of-freedom control system 1 includes a reference model 10, a feedback controller 20, and a feedforward controller 30, similarly to the comparative example. The reference model 10, feedback controller 20, and feedforward controller 30 have the same functions as the reference model 110, feedback controller 120, and feedforward controller 130 in FIG. 1, so a detailed explanation will be omitted. On the other hand, the two-degree-of-freedom control system 1 includes a closed-loop system 50 that is a virtual controlled object that simulates a controlled object.

閉ループ系５０は、閉ループ系５０の伝達特性が制御対象と擬制できるように、設けられている。閉ループ系５０の伝達特性は、例えば２自由度制御システム１の設計者によって指定される。閉ループ系５０の伝達特性は、本実施形態では、閉ループ系５０の制御パラメータを求めるデータ駆動制御に基づいて設定される。データ駆動制御として、ここではＦＲＩＴ（Fictitious Reference Iterative Tuning）が利用される。ただし、これに限定されず、データ駆動制御として、例えばＶＲＦＴ（Virtual Reference Feedback Tuning）を利用してもよい。 The closed-loop system 50 is provided so that the transfer characteristic of the closed-loop system 50 can be simulated as a controlled object. The transfer characteristics of the closed-loop system 50 are specified, for example, by the designer of the two-degree-of-freedom control system 1. In this embodiment, the transfer characteristics of the closed-loop system 50 are set based on data-driven control that determines the control parameters of the closed-loop system 50. As data-driven control, FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning) is used here. However, the present invention is not limited thereto, and VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning), for example, may be used as the data-driven control.

ＦＲＩＴは、通常、制御システムにおける制御器の制御パラメータを調整するのに利用される。具体的には、ＦＲＩＴは、一組の入出力データと参照モデルから、閉ループ系の制御器の制御パラメータを自動調整する。 FRIT is commonly utilized to adjust control parameters of controllers in control systems. Specifically, FRIT automatically adjusts the control parameters of a closed-loop system controller from a set of input/output data and a reference model.

図３は、ＦＲＩＴを適用した制御システム２００を説明するための模式図である。
制御システム２００は、図３に示すように、制御器２０２と、制御対象２０４と、参照モデル２０６とを有する。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a control system 200 to which FRIT is applied.
The control system 200 includes a controller 202, a controlled object 204, and a reference model 206, as shown in FIG.

制御器２０２は、ここでは、制御パラメータθを引数とする関数Ｃ（θ）で表現される。制御対象２０４には、制御器２０２の出力である入力ｕが入力される。また、制御対象２０４の出力は、ここでは出力ｙであり、制御器２０２への入力にフィードバックされる。参照モデル２０６は、目標値と参照応答の伝達関数であり、制御対象２０４に入力する入力信号が入力される。制御システム２００においては、制御対象２０４の出力ｙと、参照モデル２０６の出力とを一致させることが目的である。 The controller 202 is here expressed by a function C(θ) having a control parameter θ as an argument. An input u that is the output of the controller 202 is input to the controlled object 204 . Further, the output of the controlled object 204 is the output y here, and is fed back to the input to the controller 202. The reference model 206 is a transfer function between a target value and a reference response, and input signals to be input to the controlled object 204 are input thereto. In the control system 200, the purpose is to match the output y of the controlled object 204 and the output of the reference model 206.

ところで、制御システム２００の応答（すなわち、制御対象２０４の出力ｙ）と、参照モデル２０６及び入力信号から得られる目標応答（すなわち、参照モデル２０６の出力）との誤差が、評価関数として定義される。この場合、制御パラメータθは、評価関数において、制御対象２０４の出力ｙと参照モデル２０６の出力との２乗誤差を最小化するものを意味し、制御器２０２の最適なパラメータである。 By the way, the error between the response of the control system 200 (i.e., the output y of the controlled object 204) and the target response obtained from the reference model 206 and the input signal (i.e., the output of the reference model 206) is defined as an evaluation function. . In this case, the control parameter θ means a parameter that minimizes the square error between the output y of the controlled object 204 and the output of the reference model 206 in the evaluation function, and is an optimal parameter of the controller 202.

図２に戻り、２自由度制御システム１の説明を続ける。制御対象と擬制した閉ループ系５０は、制御器５２と、制御対象５４とを含む。閉ループ系５０は、図３のＦＲＩＴが適用された制御システム２００に対応したものである。具体的には、制御器５２が制御器２０２に相当し、制御対象５４が制御対象２０４に相当する。 Returning to FIG. 2, the description of the two degrees of freedom control system 1 will be continued. The closed loop system 50, which is simulated as a controlled object, includes a controller 52 and a controlled object 54. The closed loop system 50 corresponds to the control system 200 to which the FRIT of FIG. 3 is applied. Specifically, the controller 52 corresponds to the controller 202, and the controlled object 54 corresponds to the controlled object 204.

閉ループ系５０の伝達特性は、参照モデル２０６の伝達関数に相当し、ここではＭＦＲＩＴである。本実施形態では、設計者が伝達関数ＭＦＲＩＴを設定することで、制御対象のモデルを使用することなく、制御対象と擬制した閉ループ系５０の伝達特性が定まる。これにより、制御器５２の制御パラメータは、閉ループ系５０の伝達特性がＭＦＲＩＴと同等になるような最適なパラメータに設定される。 The transfer characteristic of the closed-loop system 50 corresponds to the transfer function of the reference model 206, here M FRIT . In this embodiment, the transfer characteristic of the closed-loop system 50 simulated as the controlled object is determined by the designer setting the transfer function M FRIT without using a model of the controlled object. Thereby, the control parameters of the controller 52 are set to optimal parameters such that the transfer characteristic of the closed loop system 50 becomes equivalent to M FRIT .

定まった閉ループ系５０の伝達特性（ＭＦＲＩＴ）の逆特性（ＭＦＲＩＴ －１）を用いることで、フィードフォワード制御器３０を設定できる。例えば、フィードフォワード制御器３０と同じ入力信号が入力される、目標値と参照応答の伝達関数を示す参照モデル１０のモデル特性（伝達関数Ｍ）と、閉ループ系５０の伝達特性の逆特性（ＭＦＲＩＴ －１）とを乗算することで、フィードフォワード制御器３０の伝達関数が設定される。すなわち、制御対象のモデルを使用することなく、フィードフォワード制御器３０を設定できる。 The feedforward controller 30 can be set by using the inverse characteristic (M FRIT −1 ) of the determined transfer characteristic (M FRIT ) of the closed loop system 50. For example, the model characteristic (transfer function M) of the reference model 10 indicating the transfer function between the target value and the reference response to which the same input signal as the feedforward controller 30 is input, and the inverse characteristic (M FRIT -1 ), the transfer function of the feedforward controller 30 is set. That is, the feedforward controller 30 can be set without using a model of the controlled object.

ところで、２自由度制御システム１においては、経年変化により制御対象の変動が発生しうる。制御対象が変動すると、２自由度制御システム１の安定性が劣化するおそれがある。そこで、本実施形態の２自由度制御システム１は、システムの安定性を確保するために、制御対象の変動に合わせて制御パラメータを調整するパラメータ調整装置７０（図２）を有する。 By the way, in the two-degree-of-freedom control system 1, changes in the controlled object may occur due to aging. If the controlled object changes, the stability of the two-degree-of-freedom control system 1 may deteriorate. Therefore, the two-degree-of-freedom control system 1 of this embodiment includes a parameter adjustment device 70 (FIG. 2) that adjusts control parameters in accordance with fluctuations in the controlled object in order to ensure stability of the system.

パラメータ調整装置７０は、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する。本実施形態では、パラメータ調整装置７０は、フィードフォワード制御器３０の設定後に、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する。具体的には、パラメータ調整装置７０は、データ駆動制御（例えばＦＲＩＴ）に基づいて、閉ループ系５０の制御パラメータを取得し、取得した制御パラメータに更新する。これにより、閉ループ系５０の制御パラメータを最適な値に自動で調整できる。 The parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed loop system 50. In this embodiment, the parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed loop system 50 after setting the feedforward controller 30. Specifically, the parameter adjustment device 70 acquires the control parameters of the closed-loop system 50 based on data-driven control (for example, FRIT), and updates them to the acquired control parameters. Thereby, the control parameters of the closed loop system 50 can be automatically adjusted to optimal values.

また、パラメータ調整装置７０は、予め設定した閉ループ系５０の伝達関数ＭＦＲＩＴを維持するように、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する。これにより、フィードフォワード制御器３０の設定変更が必要無く、この結果、システムの目標値追従性も確保しやすくなる。 Further, the parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed-loop system 50 so as to maintain the preset transfer function M FRIT of the closed-loop system 50. This eliminates the need to change the settings of the feedforward controller 30, and as a result, it becomes easier to ensure the followability of the system to the target value.

パラメータ調整装置７０は、例えば以下の手順（図３の説明を参照）で、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する。まず、パラメータ調整装置７０は、閉ループ系５０の出力データ（以下、第１出力データ）を取得する。また、パラメータ調整装置７０は、閉ループ系５０への入力信号を、目標値と参照応答の伝達関数である参照モデル（図３の参照モデル２０６を参照）に入力した場合の参照モデルの出力データ（以下、第２出力データ）を取得する。そして、パラメータ調整装置７０は、第１出力データと第２出力データの誤差である評価関数に基づいて、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する。具体的には、パラメータ調整装置７０は、閉ループ系５０の出力と参照モデルの出力との２乗誤差を最小化する制御パラメータを求める。このように求めた制御パラメータは、閉ループ系５０の最適なパラメータとなる。 The parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed-loop system 50, for example, in the following procedure (see explanation in FIG. 3). First, the parameter adjustment device 70 acquires output data (hereinafter referred to as first output data) of the closed loop system 50. The parameter adjustment device 70 also outputs output data ( Hereinafter, the second output data) is obtained. Then, the parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed loop system 50 based on the evaluation function that is the error between the first output data and the second output data. Specifically, the parameter adjustment device 70 determines control parameters that minimize the squared error between the output of the closed-loop system 50 and the output of the reference model. The control parameters determined in this manner become the optimal parameters for the closed loop system 50.

パラメータ調整装置７０は、所定の調整タイミングになると、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する。例えば、パラメータ調整装置７０は、２自由度制御システム１の応答が所定値よりも低下した場合に、閉ループ系５０の制御パラメータを逐次調整する。また、パラメータ調整装置７０は、検出装置が制御対象の変更を検出した場合に、閉ループ系５０の制御パラメータを逐次調整する。これにより、制御対象に変動が生じた場合に、制御パラメータを迅速に調整できる。 The parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed loop system 50 at a predetermined adjustment timing. For example, the parameter adjustment device 70 sequentially adjusts the control parameters of the closed-loop system 50 when the response of the two-degree-of-freedom control system 1 falls below a predetermined value. Further, the parameter adjustment device 70 sequentially adjusts the control parameters of the closed loop system 50 when the detection device detects a change in the controlled object. Thereby, when a change occurs in the controlled object, the control parameters can be quickly adjusted.

＜フィードフォワード制御器の設定の流れ＞
２自由度制御システム１のフィードフォワード制御器３０の設定の流れについて、図４を参照しながら説明する。 <Flow of feedforward controller settings>
The flow of setting the feedforward controller 30 of the two-degree-of-freedom control system 1 will be described with reference to FIG. 4.

図４は、フィードフォワード制御器３０の設定の流れを説明するためのフローチャートである。図４に示す一連の手順は、例えば２自由度制御システム１の設計者によって行われる。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the setting flow of the feedforward controller 30. The series of procedures shown in FIG. 4 is performed, for example, by a designer of the two-degree-of-freedom control system 1.

図４のフローチャートは、閉ループ系５０を設定するところから開始される（ステップＳ１０２）。すなわち、２自由度制御システム１の制御対象を擬制した閉ループ系５０が設定される。 The flowchart in FIG. 4 starts with setting the closed loop system 50 (step S102). That is, a closed loop system 50 that simulates the controlled object of the two-degree-of-freedom control system 1 is set.

次に、閉ループ系５０の伝達特性を、データ駆動制御（例えばＦＲＩＴ）に基づいて設定する（ステップＳ１０４）。例えば、ＦＲＩＴの参照モデルの伝達関数ＭＦＲＩＴを、閉ループ系５０の伝達特性として設定する。 Next, the transfer characteristics of the closed-loop system 50 are set based on data-driven control (for example, FRIT) (step S104). For example, the transfer function MFRIT of the FRIT reference model is set as the transfer characteristic of the closed-loop system 50.

次に、閉ループ系５０の制御パラメータを求める（ステップＳ１０６）。例えば、ＦＲＩＴの評価関数を用いることで、閉ループ系５０の制御器５２の最適な制御パラメータが求まる。すなわち、閉ループ系５０の特性がＭＦＲＩＴと等しくなる制御パラメータが求まる。 Next, control parameters for the closed loop system 50 are determined (step S106). For example, by using the FRIT evaluation function, optimal control parameters for the controller 52 of the closed-loop system 50 can be found. That is, the control parameters that make the characteristics of the closed-loop system 50 equal to M FRIT are determined.

次に、閉ループ系５０の伝達特性を用いて、フィードフォワード制御器３０を設定する（ステップＳ１０８）。具体的には、伝達関数ＭＦＲＩＴの逆特性（ＭＦＲＩＴ －１）と、参照モデルのモデル特性（伝達関数）とを乗算して、フィードフォワード制御器３０を設定する。 Next, the feedforward controller 30 is set using the transfer characteristics of the closed loop system 50 (step S108). Specifically, the feedforward controller 30 is set by multiplying the inverse characteristic (M FRIT −1 ) of the transfer function M FRIT by the model characteristic (transfer function) of the reference model.

なお、上記では、ステップＳ１０６の手順の後にステップＳ１０８の手順を行うこととしたが、これに限定されない。例えば、ステップＳ１０８の手順の後に、ステップＳ１０６の手順を行ってもよい。 Note that in the above description, the procedure of step S108 is performed after the procedure of step S106, but the present invention is not limited to this. For example, the procedure of step S106 may be performed after the procedure of step S108.

＜制御パラメータの自動調整の流れ＞
フィードフォワード制御器３０の設定後の閉ループ系５０の制御パラメータの自動調整の流れについて、図５を参照しながら説明する。 <Flow of automatic adjustment of control parameters>
The flow of automatic adjustment of the control parameters of the closed loop system 50 after setting the feedforward controller 30 will be described with reference to FIG. 5.

図５は、閉ループ系５０の制御パラメータの自動調整の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示す一連の処理は、パラメータ調整装置７０によって行われる。 FIG. 5 is a flowchart for explaining the flow of automatic adjustment of the control parameters of the closed-loop system 50. The series of processes shown in FIG. 5 is performed by the parameter adjustment device 70.

まず、パラメータ調整装置７０は、閉ループ系５０の制御パラメータの調整タイミングになったか否かを判定する（ステップＳ１２０）。例えば、パラメータ調整装置７０は、システムの応答が低下した場合に、調整タイミングになったと判定する。 First, the parameter adjustment device 70 determines whether it is time to adjust the control parameters of the closed loop system 50 (step S120). For example, the parameter adjustment device 70 determines that the adjustment timing has come when the response of the system has decreased.

ステップＳ１２０で調整タイミングであると判定した場合には（Ｙｅｓ）、パラメータ調整装置７０は、閉ループ系５０の出力である第１出力データを取得する（ステップＳ１２２）。また、パラメータ調整装置７０は、参照モデルの出力である第２出力データを取得する（ステップＳ１２４）。なお、ステップＳ１２２とＳ１２４の処理は、逆の順番で実施されてもよい。 If it is determined in step S120 that it is the adjustment timing (Yes), the parameter adjustment device 70 acquires the first output data that is the output of the closed loop system 50 (step S122). The parameter adjustment device 70 also acquires second output data that is the output of the reference model (step S124). Note that the processes in steps S122 and S124 may be performed in the reverse order.

次に、パラメータ調整装置７０は、第１出力データと第２出力データの誤差である評価関数を求める（ステップＳ１２６）。そして、パラメータ調整装置７０は、評価関数に基づいて、閉ループ系５０の制御パラメータを調整する（ステップＳ１２８）。例えば、パラメータ調整装置７０は、評価関数において、第１出力データと第２出力データとの２乗誤差を最小化するように制御パラメータを調整する。
パラメータ調整装置７０は、その後、上述したステップＳ１２０～Ｓ１２８の処理を繰り返す。これにより、制御対象の変動が生じるたびに、制御パラメータが自動で調整される。たとえば、逐次最小二乗法の適用等により評価関数が最小になるパラメータを逐次求めることができる。 Next, the parameter adjustment device 70 obtains an evaluation function that is the error between the first output data and the second output data (step S126). Then, the parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters of the closed loop system 50 based on the evaluation function (step S128). For example, the parameter adjustment device 70 adjusts the control parameters so as to minimize the squared error between the first output data and the second output data in the evaluation function.
The parameter adjustment device 70 then repeats the processing of steps S120 to S128 described above. As a result, the control parameters are automatically adjusted every time a change in the controlled object occurs. For example, the parameters that minimize the evaluation function can be successively determined by applying the iterative least squares method.

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態においては、２自由度制御システム１の制御対象を擬似した閉ループ系５０の伝達特性を、閉ループ系５０の制御パラメータを求めるデータ駆動制御（例えばＦＲＩＴ）に基づいて設定する。そして、設定した閉ループ系５０の伝達特性の逆特性（ＭＦＲＩＴ －１）に基づいて、フィードフォワード制御器３０を設定する。さらに、フィードフォワード制御器３０の設定後に、上述したデータ駆動制御を用いて、閉ループ系５０の制御パラメータを逐次調整する。
これにより、フィードフォワード制御器３０を精度良く設定した後に、制御対象の変動があっても、閉ループ系５０の制御パラメータを逐次調整することで、システムの安定性を確保できる。また、設定後のフィードフォワード制御器３０の伝達関数を維持するように制御パラメータを調整するので、システムの目標値追従性も確保しやすくなる。 <Effects of this embodiment>
In the embodiment described above, the transfer characteristics of the closed-loop system 50 that simulates the controlled object of the two-degree-of-freedom control system 1 are set based on data-driven control (for example, FRIT) for determining the control parameters of the closed-loop system 50. Then, the feedforward controller 30 is set based on the set inverse characteristic (M FRIT −1 ) of the transfer characteristic of the closed-loop system 50. Further, after setting the feedforward controller 30, the control parameters of the closed loop system 50 are successively adjusted using the data-driven control described above.
Thereby, even if there is a change in the controlled object after setting the feedforward controller 30 with high accuracy, the stability of the system can be ensured by sequentially adjusting the control parameters of the closed loop system 50. Moreover, since the control parameters are adjusted so as to maintain the transfer function of the feedforward controller 30 after setting, it becomes easier to ensure the followability of the system to the target value.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed and integrated into arbitrary units. In addition, new embodiments created by arbitrary combinations of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effects of the new embodiment resulting from the combination have the effects of the original embodiment.

１ ２自由度制御システム
２０ フィードバック制御器
３０ フィードフォワード制御器
５０ 閉ループ系

1 2-degree-of-freedom control system 20 Feedback controller 30 Feedforward controller 50 Closed-loop system

Claims (4)

フィードバック制御器及びフィードフォワード制御器によって制御対象を制御する２自由度制御システムの制御器設定方法であって、
前記制御対象を擬似した閉ループ系の伝達特性を、前記閉ループ系の制御パラメータを求めるデータ駆動制御に基づいて設定する特性設定ステップと、
設定した前記閉ループ系の伝達特性の逆特性に基づいて、前記フィードフォワード制御器を設定する制御器設定ステップと、
前記制御器設定ステップ後に、前記データ駆動制御に基づいて前記閉ループ系の前記制御パラメータを逐次調整するパラメータ調整ステップと、
を有し、
前記制御器設定ステップにおいて、前記フィードフォワード制御器と同じ入力信号が入力される、目標値と制御対象応答の伝達関数を示す参照モデルのモデル特性と、前記閉ループ系の伝達特性の逆特性とを乗算して、前記フィードフォワード制御器を設定する、２自由度制御システムの制御器設定方法。 A controller setting method for a two-degree-of-freedom control system that controls a controlled object using a feedback controller and a feedforward controller, the method comprising:
a characteristic setting step of setting transfer characteristics of a closed-loop system simulating the controlled object based on data-driven control for determining control parameters of the closed-loop system;
a controller setting step of setting the feedforward controller based on the set inverse characteristic of the transfer characteristic of the closed-loop system;
after the controller setting step, a parameter adjustment step of sequentially adjusting the control parameters of the closed-loop system based on the data-driven control;
has
In the controller setting step, model characteristics of a reference model indicating a transfer function between a target value and a response of a controlled object, to which the same input signal as the feedforward controller is input, and an inverse characteristic of the transfer characteristic of the closed-loop system are determined. A controller setting method for a two-degree-of-freedom control system , comprising setting the feedforward controller by multiplying the feedforward controller . 前記パラメータ調整ステップは、
前記閉ループ系の出力である第１出力データを取得するステップと、
前記閉ループ系への入力信号を、目標値と参照応答の伝達関数である参照モデルに入力した場合の前記参照モデルの出力である第２出力データを取得するステップと、
前記第１出力データと前記第２出力データの誤差である評価関数に基づいて、前記閉ループ系の前記制御パラメータを調整するステップと、を有する、
請求項１に記載の２自由度制御システムの制御器設定方法。 The parameter adjustment step includes:
obtaining first output data that is the output of the closed loop system;
obtaining second output data that is an output of the reference model when the input signal to the closed-loop system is input to a reference model that is a transfer function between a target value and a reference response;
adjusting the control parameters of the closed loop system based on an evaluation function that is an error between the first output data and the second output data;
A controller setting method for a two-degree-of-freedom control system according to claim 1. 前記パラメータ調整ステップにおいて、前記２自由度制御システムの応答が所定値よりも低下した場合に、前記閉ループ系の前記制御パラメータを逐次調整する、
請求項１又は２に記載の２自由度制御システムの制御器設定方法。 In the parameter adjustment step, if the response of the two-degree-of-freedom control system falls below a predetermined value, successively adjusting the control parameters of the closed-loop system;
A controller setting method for a two-degree-of-freedom control system according to claim 1 or 2. 前記パラメータ調整ステップにおいて、検出装置が前記制御対象の変更を検出した場合に、前記閉ループ系の前記制御パラメータを逐次調整する、
請求項１又は３に記載の２自由度制御システムの制御器設定方法。 In the parameter adjustment step, when the detection device detects a change in the controlled object, sequentially adjust the control parameters of the closed loop system.
A controller setting method for a two-degree-of-freedom control system according to claim 1 or 3.
JP2020056399A 2020-03-26 2020-03-26 Controller setting method for 2 degrees of freedom control system Active JP7347291B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020056399A JP7347291B2 (en) 2020-03-26 2020-03-26 Controller setting method for 2 degrees of freedom control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020056399A JP7347291B2 (en) 2020-03-26 2020-03-26 Controller setting method for 2 degrees of freedom control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021157429A JP2021157429A (en) 2021-10-07
JP7347291B2 true JP7347291B2 (en) 2023-09-20

Family

ID=77917895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020056399A Active JP7347291B2 (en) 2020-03-26 2020-03-26 Controller setting method for 2 degrees of freedom control system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7347291B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012118785A (en) 2010-12-01 2012-06-21 Toyo Electric Mfg Co Ltd Tuning of double-degree-of-freedom control system
JP2015219792A (en) 2014-05-20 2015-12-07 株式会社日立製作所 Control gain optimization system of plant control device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012118785A (en) 2010-12-01 2012-06-21 Toyo Electric Mfg Co Ltd Tuning of double-degree-of-freedom control system
JP2015219792A (en) 2014-05-20 2015-12-07 株式会社日立製作所 Control gain optimization system of plant control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021157429A (en) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102536283B1 (en) Coherence-based dynamic stability control system
CN105974789B (en) Method for determining a switching function for a sliding mode controller and sliding mode controller
JPH06197578A (en) Parameter identifier
US10606236B2 (en) Control device, control method, and control program
JP4443208B2 (en) Scanner device
CN107196581B (en) Control device, method and computer readable medium for fine tuning servo motor
JP2021105818A (en) Controller setting method for two-freedom-degree control system
JP7347291B2 (en) Controller setting method for 2 degrees of freedom control system
US6274995B1 (en) Method and circuit arrangement for automatically parameterizing a quick-acting digital speed control loop
US10317884B2 (en) Servo controller
JP2008154443A (en) Adjusting device and adjusting method of sensitivity in deciding signal
WO2021106290A1 (en) Vehicle speed command generation device and vehicle speed command generation method
CN110471290B (en) Unmanned aerial vehicle direct self-adaptive fault-tolerant control method with anti-saturation function
WO1994019728A1 (en) Control network with on-line iteration and adaptive filtering
JP2022112300A (en) Parameter adjusting device and parameter adjusting method
JP2020149178A (en) Control device
WO2021044830A1 (en) Control device
US11409265B2 (en) Method of setting a controller with setpoint weighting
JP4300384B2 (en) Positioning servo controller
JPH0934503A (en) Adjustment method for pid controller
KR20180028845A (en) Method for controlling electric motor
KR20180029838A (en) Auto Tuner and Auto Tuning Method
JP4106758B2 (en) Plant basic program automatic adjustment method
JPH1130108A (en) Turbine control device
WO2020183852A1 (en) Control device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220330

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230320

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230530

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230821

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7347291

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150