JP7567488B2 - State estimation system, control system, and state estimation method - Google Patents

State estimation system, control system, and state estimation method Download PDF

Info

Publication number
JP7567488B2
JP7567488B2 JP2021003707A JP2021003707A JP7567488B2 JP 7567488 B2 JP7567488 B2 JP 7567488B2 JP 2021003707 A JP2021003707 A JP 2021003707A JP 2021003707 A JP2021003707 A JP 2021003707A JP 7567488 B2 JP7567488 B2 JP 7567488B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
state
variable
variables
crane
state variables
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
JP2021003707A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022108613A (en
Inventor
富貴子 河合
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co 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 Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2021003707A priority Critical patent/JP7567488B2/en
Publication of JP2022108613A publication Critical patent/JP2022108613A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7567488B2 publication Critical patent/JP7567488B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Description

本発明は、状態推定システム、制御システム、及び状態推定方法に関する。 The present invention relates to a state estimation system, a control system, and a state estimation method.

制御対象の測定された状態変数に基づいて、制御対象の他の状態変数の推定を行う状態推定装置がある(例えば、特許文献1参照)。 There is a state estimation device that estimates other state variables of a controlled object based on the measured state variables of the controlled object (see, for example, Patent Document 1).

特開平7-121205号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-121205

ところで、制御対象において測定された状態変数の数が少ないと、例えば、可観測性または可検出性の条件が満たされないため、一般に状態推定装置は、制御対象の他の状態変数を推定することができない。したがって、状態推定装置が制御対象の状態変数を推定するためには、測定された状態変数の数を増やす必要がある。このような場合、制御対象に設置するセンサの数が増えるため、制御対象を制御する制御システムのコストが高くなる。 However, if the number of measured state variables in a controlled object is small, for example, the conditions of observability or detectability are not satisfied, and therefore the state estimation device generally cannot estimate other state variables of the controlled object. Therefore, in order for the state estimation device to estimate the state variables of the controlled object, it is necessary to increase the number of measured state variables. In such cases, the number of sensors to be installed in the controlled object increases, and the cost of the control system that controls the controlled object increases.

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、制御対象で測定される状態変数の数が少ない場合であっても、制御対象の状態変数を推定することができる状態推定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems in the conventional technology, and aims to provide a state estimation system that can estimate the state variables of a controlled object even when the number of state variables measured in the controlled object is small.

前述した課題を解決する本発明の状態推定システムは、制御対象をモデル化したノミナルプラントと、前記制御対象の複数の状態変数のうち測定された第1状態変数と、前記ノミナルプラントから出力され前記第1状態変数とは異なる第2状態変数と、を合成する合成器と、前記合成器で合成された前記第1及び第2状態変数に基づいて、前記制御対象の前記複数の状態変数を推定する状態推定器と、を備える。 The state estimation system of the present invention, which solves the above-mentioned problems, includes a nominal plant that models a controlled object, a combiner that combines a first state variable that is measured among a plurality of state variables of the controlled object and a second state variable that is output from the nominal plant and is different from the first state variable, and a state estimator that estimates the plurality of state variables of the controlled object based on the first and second state variables combined by the combiner.

本発明の制御システムは、制御対象をモデル化したノミナルプラントと、前記制御対象の複数の状態変数のうち測定された第1状態変数と、前記ノミナルプラントから出力され前記第1状態変数とは異なる第2状態変数と、を合成する合成器と、前記合成器で合成された前記第1及び第2状態変数に基づいて、前記制御対象の前記複数の状態変数を推定する状態推定器と、前記複数の状態変数の目標値と、前記状態推定器で推定された前記複数の状態変数と、の差に基づいて前記制御対象を制御する制御器と、を備える。 The control system of the present invention includes a nominal plant that models a controlled object, a synthesizer that synthesizes a first state variable that is measured among a plurality of state variables of the controlled object and a second state variable that is output from the nominal plant and is different from the first state variable, a state estimator that estimates the plurality of state variables of the controlled object based on the first and second state variables synthesized by the synthesizer, and a controller that controls the controlled object based on the difference between target values of the plurality of state variables and the plurality of state variables estimated by the state estimator.

本発明の状態推定方法は、制御対象の複数の状態変数のうち測定された第1状態変数と、制御対象をモデル化したノミナルプラントから出力され前記第1状態変数とは異なる第2状態変数と、を合成するステップと、合成された前記第1及び第2状態変数に基づいて、前記制御対象の前記複数の状態変数を推定するステップと、を含む。 The state estimation method of the present invention includes a step of combining a measured first state variable among a plurality of state variables of a controlled object and a second state variable that is output from a nominal plant that models the controlled object and is different from the first state variable, and a step of estimating the plurality of state variables of the controlled object based on the combined first and second state variables.

本発明によれば、制御対象で測定される状態変数の数が少ない場合であっても、制御対象の状態変数を推定することができる状態推定システムを提供することができる。 The present invention provides a state estimation system that can estimate the state variables of a controlled object even when the number of state variables measured in the controlled object is small.

クレーン10の概要を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of a crane 10. クレーン10の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a crane 10. 制御システム30の一例を示す図である。FIG. 2 illustrates an example of a control system 30. 状態変数を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining state variables. 制御システム30のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a simulation result of the control system 30. 制御システム30のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a simulation result of the control system 30. 制御システム31の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a control system 31.

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 The present specification and accompanying drawings make clear at least the following:

<<<クレーン10の概要について>>>
図1は、走行(x軸)、横行(y軸)、巻上(z軸)の3軸の動きが可能な天井クレーン10(以下、単にクレーンと称する。)の概要を示す図である。クレーン10は、全体がx軸方向に移動可能であるとともに、ガーダ(不図示)に沿ってy軸方向に移動可能なトロリー20と、トロリー20からの巻上げ、または巻下げ可能なワイヤーロープに吊り下げられた吊荷21とを含む。
<<<<Overview of the crane 10>>>
1 is a diagram showing an overview of an overhead crane 10 (hereinafter simply referred to as a crane) capable of movement along three axes: traveling (x-axis), traversing (y-axis), and hoisting (z-axis). The crane 10 includes a trolley 20 that is entirely movable in the x-axis direction and that is movable in the y-axis direction along a girder (not shown), and a load 21 suspended by a wire rope that can be hoisted up or down from the trolley 20.

以下、本実施形態では、トロリー20の座標を(x,y,0)で表現し、吊荷21の座標を(x,y,z)で表現する。なお、「x」、「y」、「z」の夫々は、下記の記号(1)~(3)と同じである。また、吊荷21の振れ幅θは、吊荷21を、xy平面に投影した角度φ、xz平面に投影した角度α、yz平面に投影した角度βで評価される。

Figure 0007567488000001
<<<トロリー20のモデリング>>> Hereinafter, in this embodiment, the coordinates of the trolley 20 are expressed as (x, y, 0), and the coordinates of the suspended load 21 are expressed as (x ~ , y ~ , z ~ ). Note that "x ~ ,""y ~ ," and "z ~ " are the same as the symbols (1) to (3) below. Also, the swing width θ of the suspended load 21 is evaluated by the angle φ of the suspended load 21 projected onto the xy plane, the angle α of the suspended load 21 projected onto the xz plane, and the angle β of the suspended load 21 projected onto the yz plane.
Figure 0007567488000001
<<<Modeling of Trolley 20>>>

図2は、トロリー20及び吊荷21の構成の一例を示す図である。なお、便宜上、トロリー20、及び吊荷21をモデリングする際の最低限の構成のみを図示している。 Figure 2 shows an example of the configuration of the trolley 20 and the suspended load 21. For convenience, only the minimum configuration required for modeling the trolley 20 and the suspended load 21 is shown.

トロリー20は、制御システム30、モータ40及びセンサ41を含んで構成される。詳細は後述するが、制御システム30は、x軸方向の指令値u、y軸方向の指令値u、z軸方向の指令値uをモータ40に対して出力する。なお、以下、x軸~y軸の3軸の指令値をまとめて、指令値uと記載する。 The trolley 20 includes a control system 30, a motor 40, and a sensor 41. Although details will be described later, the control system 30 outputs an x-axis command value u x , a y-axis command value u y , and a z-axis command value u z to the motor 40. Note that hereinafter, the command values for the three axes, x-axis to y-axis, will be collectively referred to as command value u.

モータ40は、指令値uに基づいて、クレーン10自体をx軸方向に移動させる。また、モータ40は、指令値uに基づいて、トロリー20の車輪を回転させることにより、トロリー20をガーダ(不図示)に沿ってy軸方向に移動させる。さらに、モータ40は、指令値uに基づいて、吊荷21が接続されたワイヤーロープを、z軸方向に巻上げ、または巻下げを行う。 The motor 40 moves the crane 10 itself in the x-axis direction based on the command value u x . The motor 40 also moves the trolley 20 in the y-axis direction along the girder (not shown) by rotating the wheels of the trolley 20 based on the command value u y . Furthermore, the motor 40 winds up or lowers the wire rope to which the load 21 is connected in the z-axis direction based on the command value u z .

そして、トロリー20が、制御システム30からの指令値uで動作する場合、以下の式(1)~(3)が成立する。なお、以下、本実施形態では、「トロリー20の移動」には、クレーン10自体が移動することと、トロリー20がガーダを移動することを含むこととする。

Figure 0007567488000002
When the trolley 20 operates according to a command value u from the control system 30, the following formulas (1) to (3) are established. In the following, in this embodiment, the "movement of the trolley 20" includes the movement of the crane 10 itself and the movement of the trolley 20 on the girder.
Figure 0007567488000002

また、ここでは、クレーン10及びトロリー20は、一次遅れの特性を有し、モータ40のゲインを「K」、モータ40の時定数を「T」としている。このため、例えば、x軸方向のモータ40のゲインは、Kxとなり、x軸方向のモータ40の時定数は、Txと表現できる。また、式(1)の左辺の項は、「x」を時間tで2階微分した表現であり、右辺のxに関する記号は、「x」を時間tで1階微分した表現である。 Here, the crane 10 and trolley 20 have first-order lag characteristics, the gain of the motor 40 is "K", and the time constant of the motor 40 is "T". Therefore, for example, the gain of the motor 40 in the x-axis direction can be expressed as Kx, and the time constant of the motor 40 in the x-axis direction can be expressed as Tx. Also, the term on the left side of equation (1) is an expression of "x" differentiated twice with respect to time t, and the symbol for x on the right side is an expression of "x" differentiated once with respect to time t.

<<<吊荷21のモデリング>>>
吊荷21に関する運動方程式を変形し、吊荷21の質量を「m」、重力加速度を「g」、x方向のダンピング係数を「Dα」、x方向のダンピング係数を「Dβ」とすると、吊荷21には、以下の式(4)、(5)が成立する。

Figure 0007567488000003
<<<Modeling of Suspended Load 21>>>
By transforming the equation of motion for the suspended load 21 and assuming that the mass of the suspended load 21 is “m”, the gravitational acceleration is “g”, the damping coefficient in the x-direction is “D α ”, and the damping coefficient in the x-direction is “D β ”, the following equations (4) and (5) hold for the suspended load 21.
Figure 0007567488000003

<<<状態空間モデル>>>
式(1)~(5)は2階微分を含む式であるため、クレーン10の解析を容易に行うべく、ここでは、一階微分のみが含まれる表現に変換する。具体的には、式(1)~(5)を、以下の式(6)のように表現する。

Figure 0007567488000004
<<<<State Space Model>>>
Since the formulas (1) to (5) include second-order differentials, they are converted here into expressions including only first-order differentials in order to facilitate the analysis of the crane 10. Specifically, the formulas (1) to (5) are expressed as the following formula (6).
Figure 0007567488000004

ここで、「x」、「y」、「z」「x 」、「y 」は、2階微分の記号を避けるために定めた記号である。また、式(6)を状態空間モデルに整理すると、以下の式(7)が得られる。

Figure 0007567488000005
Here, "x 1 ", "y 1 ", "z 1 ", "x 1 ", and "y 1 " are symbols defined to avoid symbols for second-order differentiation. Furthermore, by rearranging equation (6) into a state space model, the following equation (7) is obtained.
Figure 0007567488000005

ただし、式(7)において、状態空間モデルにおける10個の状態変数を含む状態ベクトルxp、指令値ベクトルu、行列A、及び行列Bは、以下に示す通りである。

Figure 0007567488000006
In equation (7), the state vector xp including 10 state variables in the state space model, the command value vector u, the matrix A, and the matrix B are as shown below.
Figure 0007567488000006

このように、制御システム30によって制御されるクレーン10は、式(7)に示したような状態空間モデルで表現することができる。 In this way, the crane 10 controlled by the control system 30 can be represented by a state space model such as that shown in equation (7).

ここで、10個の状態変数のうち、xは、x軸方向(走行)のトロリー20の位置、dx/dtは、x軸方向のトロリー20の速度、Δxは、吊荷21のx軸方向の振れ幅、dΔx/dtは、吊荷21の振れ幅の速度である。また、yは、y軸方向(横行)のトロリー20の位置、dy/dtは、y軸方向のトロリー20の速度、Δyは、吊荷21のy軸方向の振れ幅、dΔy/dtは、吊荷21の振れ幅の速度である。さらに、zは、巻上位置、dz/dtは、巻上速度である。 Here, of the 10 state variables, x is the position of the trolley 20 in the x-axis direction (traveling), dx/dt is the speed of the trolley 20 in the x-axis direction, Δx is the swing width of the load 21 in the x-axis direction, and dΔx/dt is the speed of the swing width of the load 21. Furthermore, y is the position of the trolley 20 in the y-axis direction (traversal), dy/dt is the speed of the trolley 20 in the y-axis direction, Δy is the swing width of the load 21 in the y-axis direction, and dΔy/dt is the speed of the swing width of the load 21. Furthermore, z is the hoisting position, and dz/dt is the hoisting speed.

そして、本実施形態の図2のセンサ41は、10個の状態変数のうち、巻上速度(dz/dt)のみを測定する。つまり、クレーン10では、10個の状態変数のうち、1個の状態変数(dz/dt)のみが測定される。そして、詳細は後述するが、本実施形態の制御システム30は、測定された1個の状態変数(dz/dt)のみに基づいて、クレーン10を制御する。なお、吊荷21の巻上速度を示す状態変数(dz/dt)は、「第1状態変数」に相当する。 The sensor 41 in FIG. 2 of this embodiment measures only the hoisting speed (dz/dt) out of the 10 state variables. In other words, in the crane 10, only one state variable (dz/dt) out of the 10 state variables is measured. The control system 30 of this embodiment controls the crane 10 based on only the measured one state variable (dz/dt), as will be described in detail later. The state variable (dz/dt) indicating the hoisting speed of the load 21 corresponds to the "first state variable."

<<<制御システム30の詳細>>>
図3は、制御システム30の構成の一例を示すブロック図である。制御システム30は、クレーン10を制御する離散時間のシステムであり、制御器50,57、加算器51,54,56、ノミナルプラント52、合成器53、及び状態推定器55を含んで構成される。まず、ここでは、制御対象であるクレーン10のブロック図について説明する。なお、本実施形態の制御システム30において、ノミナルプラント52、合成器53、状態推定器55は、「状態推定システム」に相当する。
<<<<Details of Control System 30>>>
3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control system 30. The control system 30 is a discrete-time system that controls the crane 10, and includes controllers 50, 57, adders 51, 54, 56, a nominal plant 52, a combiner 53, and a state estimator 55. First, a block diagram of the crane 10, which is the object to be controlled, will be described. In the control system 30 of this embodiment, the nominal plant 52, the combiner 53, and the state estimator 55 correspond to a "state estimation system."

<<クレーン10について>>
クレーン10の状態方程式は、上述した式(7)で表され、さらに、クレーン10の出力方程式は、式(8)で表される。

Figure 0007567488000007
<<About the crane 10>>
The state equation of the crane 10 is expressed by the above-mentioned equation (7), and further, the output equation of the crane 10 is expressed by equation (8).
Figure 0007567488000007

クレーン10は、式(7)、(8)を具現化したブロック100,102~104、及び加算器101を含んで構成される。ブロック100は、入力される指令値に対し、式(7)の行列Bを乗算するブロックであり、加算器101は、ブロック100からの出力と、ブロック103からの出力と、を加算する。また、ブロック102は、加算器101からの出力を積分し、状態ベクトルxpを出力する。ブロック103は、状態ベクトルxpに対し、式(7)の行列Aを乗算するブロックである。このように、ブロック100,102,103、及び加算器101は、クレーン10に対して入力される指令値(例えば、指令値u)に対し、式(7)を計算する。 The crane 10 is composed of blocks 100, 102 to 104 that embody equations (7) and (8), and an adder 101. Block 100 is a block that multiplies the input command value by matrix B of equation (7), and adder 101 adds the output from block 100 and the output from block 103. Block 102 also integrates the output from adder 101 and outputs state vector xp. Block 103 is a block that multiplies state vector xp by matrix A of equation (7). In this way, blocks 100, 102, 103, and adder 101 calculate equation (7) for a command value (e.g., command value u) input to the crane 10.

そして、ブロック104は、上述した式(8)の行列Cに対応するブロックである。本実施形態では、上述のように、クレーン10のセンサ41は、巻上速度(dz/dt)のみを測定する。このため、ブロック104は、10個の状態変数のうち、巻上速度(dz/dt)のみを、出力ypとして出力する。 And block 104 is a block corresponding to matrix C in equation (8) above. In this embodiment, as described above, sensor 41 of crane 10 measures only the hoisting speed (dz/dt). Therefore, block 104 outputs only the hoisting speed (dz/dt) of the 10 state variables as output yp.

<<制御器50について>>
制御器50は、クレーン10のコントローラ(不図示)からの指令値uFFと、後述する状態推定器55で推定された状態ベクトルx^pと、に基づいて、クレーン10を制御するための指令値uを出力する。なお、本実施形態の指令値uFFは、クレーン10を、いわゆるフィードフォワード制御するための指令値である。制御器50は、ノミナルプラント60(GFF)、加算器61,63、及びブロック62を含んで構成される。
<<Regarding the Controller 50>>
The controller 50 outputs a command value u for controlling the crane 10 based on a command value u FF from a controller (not shown) of the crane 10 and a state vector x^p estimated by a state estimator 55 described later. Note that the command value u FF in this embodiment is a command value for so-called feedforward control of the crane 10. The controller 50 is configured to include a nominal plant 60 (G FF ), adders 61 and 63, and a block 62.

ノミナルプラント60は、クレーン10をモデル化したブロックである。なお、本実施形態において「ノミナルプラント」とは、制御対象をモデル化した、いわゆる実プラントシミュレータであり、ノミナルモデルともいう。このため、ノミナルプラントは、例えば、クレーン10と同様に、式(7)、式(8)を実行するブロック(不図示)を含んで構成される。本実施形態のノミナルプラント60は、指令値uFFが入力されると、式(7)、式(8)に基づいて、10個の状態変数を含む状態ベクトルxrefを出力する。なお、状態ベクトルxrefは、クレーン10を制御する際の「状態変数の目標値」に相当する。 The nominal plant 60 is a block that models the crane 10. In this embodiment, the "nominal plant" is a so-called real plant simulator that models a controlled object, and is also called a nominal model. For this reason, the nominal plant includes a block (not shown) that executes equations (7) and (8) in the same way as the crane 10. When a command value uFF is input, the nominal plant 60 in this embodiment outputs a state vector xref including ten state variables based on equations (7) and (8). The state vector xref corresponds to a "target value of the state variables" when controlling the crane 10.

加算器61は、ノミナルプラント60から出力される状態ベクトルxrefと、状態推定器55で推定された状態ベクトルx^pとの差eを計算する。ブロック62(KFB)は、クレーン10をフィードバック制御するためのゲイン、一次遅れ要素等が設定されたブロックである。このため、ブロック62は、差eと、設定されたゲイン等と、に基づいて、クレーン10をフィードバック制御するための指令値ukを出力する。そして、加算器63は、クレーン10をフィードフォワード制御するための指令値uFFと、フィードバック制御するための指令値ukと、を加算し、指令値uとして出力する。 An adder 61 calculates the difference e between the state vector xref output from the nominal plant 60 and the state vector x^p estimated by the state estimator 55. A block 62 (K FB ) is a block in which a gain, a first-order lag element, and the like for feedback controlling the crane 10 are set. Therefore, the block 62 outputs a command value uk for feedback controlling the crane 10 based on the difference e and the set gain, etc. Then, an adder 63 adds a command value u FF for feedforward control of the crane 10 and a command value uk for feedback control, and outputs the result as a command value u.

なお、仮に、制御システム30において外乱やノイズ(後述)がなく、ノミナルプラント60や各ブロックが、クレーン10を正確に模擬している場合、状態ベクトルxrefと、推定された状態ベクトルx^pとは、等しくなるため、差eはゼロとなる。したがって、このような場合、指令値ukもゼロとなるため、クレーン10は、フィードフォワード制御のみで制御される。ただし、実際の制御システム30は、外乱やノイズの影響を受けるため、ノミナルプラント60等の各ブロック内部において、クレーン10を正確にモデル化することは難しい。しかしながら、制御システム30は、クレーン10に対し、フィードバック制御も行うため、より安定にクレーン10を動作させることができる。 If there is no disturbance or noise (described later) in the control system 30 and the nominal plant 60 and each block accurately simulates the crane 10, the state vector xref and the estimated state vector x^p will be equal, and the difference e will be zero. In such a case, the command value uk will also be zero, and the crane 10 will be controlled only by feedforward control. However, since the actual control system 30 is affected by disturbances and noise, it is difficult to accurately model the crane 10 within each block such as the nominal plant 60. However, since the control system 30 also performs feedback control on the crane 10, it is possible to operate the crane 10 more stably.

<<加算器51について>>
加算器51は、制御器50からの指令値uと、後述する制御器57(L)からの指令値uLと、外乱dと、ノイズwと、を加算する。なお、制御器57からの指令値uLは、主に、外乱dやノイズwをキャンセルするための指令値である。
<<Adder 51>>
The adder 51 adds a command value u from the controller 50, a command value uL from a controller 57(L) described later, a disturbance d, and noise w. The command value uL from the controller 57 is a command value mainly for canceling the disturbance d and the noise w.

<<ノミナルプラント52(Gsim)について>>
ノミナルプラント52は、ノミナルプラント60と同様に、クレーン10をモデル化したブロックである。ノミナルプラント52は、加算器51からの指令値が入力されると、式(7)、式(8)に基づいて、4個の状態変数を出力ypsとして出力する。ここで、ノミナルプラント52が出力する4個の状態変数は、図4に示すように、状態変数x、dx/dt、y、dy/dtである。なお、図4は、状態変数の詳細について説明するための図である。ここで、図4の表の1行、4列に記載された「取得方法」とは、状態変数がどのように制御システム30において取得されたかを示すものである。状態変数x、dx/dt、y、dy/dtは、ノミナルプラント52で算出されているため、「算出」と記載されている。
<<About Nominal Plant 52 (Gsim)>>
The nominal plant 52 is a block that models the crane 10, similar to the nominal plant 60. When the command value from the adder 51 is input, the nominal plant 52 outputs four state variables as an output yps based on the formulas (7) and (8). Here, the four state variables output by the nominal plant 52 are the state variables x, dx/dt, y, and dy/dt, as shown in FIG. 4. Note that FIG. 4 is a diagram for explaining the details of the state variables. Here, the "acquisition method" written in the first row and fourth column of the table in FIG. 4 indicates how the state variables are acquired in the control system 30. The state variables x, dx/dt, y, and dy/dt are calculated by the nominal plant 52, and therefore are written as "calculated".

ここで、状態変数x、dx/dt、y、dy/dtは、「第2状態変数」に相当し、状態変数x、dx/dtは、「第1軸(x軸)におけるトロリーの状態を示す変数」に相当する。さらに、状態変数y、dy/dtは、「第2軸(y軸)におけるトロリーの状態を示す変数」に相当する。このため、ノミナルプラント52は、「第2状態変数を出力するノミナルプラント」に相当する。 Here, the state variables x, dx/dt, y, and dy/dt correspond to the "second state variables", and the state variables x and dx/dt correspond to the "variables indicating the state of the trolley on the first axis (x-axis)". Furthermore, the state variables y and dy/dt correspond to the "variables indicating the state of the trolley on the second axis (y-axis)". Therefore, the nominal plant 52 corresponds to the "nominal plant that outputs the second state variables".

<<合成器53について>>
合成器53は、クレーン10からの出力ypと、ノミナルプラント52からの出力ypsと、に基づいて、状態推定に用いられる状態ベクトルyptを出力する。ここで、合成器53は、出力yp(dz/dt)を積分する、図示しない積分器を含んでいる。具体的には、積分器は、吊荷21の巻上速度(dz/dt)を積分し、吊荷21の巻上位置zを計算する。そして、合成器53は、吊荷21の巻上位置z、巻上速度(dz/dt)と、出力ypsと、を合成し、状態ベクトルyptを出力する。したがって、合成器53からは、10個の状態変数のうち、6個の状態変数を含む状態ベクトルyptが出力されることになる。
ypt=(x,dx/dt,0,0,y,dy/dt,0,0,z,dz/dt)
<<About the combiner 53>>
The synthesizer 53 outputs a state vector ypt used for state estimation based on the output yp from the crane 10 and the output yps from the nominal plant 52. Here, the synthesizer 53 includes an integrator (not shown) that integrates the output yp (dz/dt). Specifically, the integrator integrates the hoisting speed (dz/dt) of the load 21 to calculate the hoisting position z of the load 21. Then, the synthesizer 53 synthesizes the hoisting position z of the load 21, the hoisting speed (dz/dt), and the output yps, and outputs the state vector ypt. Therefore, the synthesizer 53 outputs a state vector ypt including six state variables out of the ten state variables.
ypt=(x, dx/dt, 0, 0, y, dy/dt, 0, 0, z, dz/dt) T

なお、本実施形態では、合成器53が、巻上速度を積分し、巻上位置を計算する積分器(不図示)を含むこととしたが、これに限られない。積分器は、クレーン10と、合成器53との間に設けられていても良い。また、合成器53は、クレーン10からの出力ypと、ノミナルプラント52からの出力ypsと、をそのまま合成しても良い。 In this embodiment, the combiner 53 includes an integrator (not shown) that integrates the hoisting speed and calculates the hoisting position, but this is not limited to this. The integrator may be provided between the crane 10 and the combiner 53. Also, the combiner 53 may directly combine the output yp from the crane 10 and the output yps from the nominal plant 52.

<<加算器54>>
加算器54は、状態ベクトルyptと、センサ41等のノイズvとを加算するブロックである。なお、加算器54は、制御システム30のブロック図において、ノイズvを考慮するため、便宜上描いているブロックである。
<<Adder 54>>
The adder 54 is a block that adds the state vector ypt and noise v of the sensor 41, etc. The adder 54 is a block that is drawn for convenience in the block diagram of the control system 30 in order to take into account the noise v.

<<状態推定器55>>
状態推定器55は、制御器50からの指令値uと、状態ベクトルyptと、に基づいて、10個の状態変数を推定するカルマンフィルタ型の推定器である。状態推定器55は、ノミナルプラント70、加算器71、及びブロック72を含んで構成される。ノミナルプラント70は、他のノミナルプラントやクレーン10と同様に、式(7)、式(8)を実行するブロック(不図示)を含んで構成される。なお、ノミナルプラント70の詳細については後述する。
<<State Estimator 55>>
The state estimator 55 is a Kalman filter type estimator that estimates ten state variables based on the command value u from the controller 50 and the state vector ypt. The state estimator 55 includes a nominal plant 70, an adder 71, and a block 72. The nominal plant 70, like the other nominal plants and the crane 10, includes a block (not shown) that executes equations (7) and (8). Details of the nominal plant 70 will be described later.

<<加算器71及びブロック72(K)>>
加算器71は、加算器54からの出力ypt+vと、ノミナルプラント70からの出力y^pとの差ε^yを計算する。ブロック72は、差ε^yに対し、カルマンフィルタのゲインを乗算するブロックである。本実施形態では、差ε^yが小さくなるよう、カルマンフィルタのゲインは適宜調整される。
<<Adder 71 and Block 72 (K K )>>
An adder 71 calculates the difference ε^y between the output ypt+v from the adder 54 and the output y^p from the nominal plant 70. A block 72 multiplies the difference ε^y by the gain of the Kalman filter. In this embodiment, the gain of the Kalman filter is appropriately adjusted so that the difference ε^y becomes small.

<<ノミナルプラント70の詳細>>
ノミナルプラント70は、ブロック80,82~84、及び加算器81を含んで構成される。ここで、ブロック80,82~84は、ブロック100,102~104のそれぞれと同様である。なお、加算器54に含まれる出力yptは、10個の状態変数のうち、6個が含まれている。したがって、ブロック84も、出力yptの6個と同じ状態変数が出力されるよう、行列Cが設定されている。また、加算器81は、ブロック72からの出力を加算する以外は加算器101と同様である。
<<Details of Nominal Plant 70>>
The nominal plant 70 includes blocks 80, 82 to 84, and an adder 81. Here, the blocks 80, 82 to 84 are similar to the blocks 100, 102 to 104, respectively. The output ypt included in the adder 54 includes six of the ten state variables. Therefore, the matrix C is set so that the block 84 also outputs the same six state variables as the output ypt. The adder 81 is similar to the adder 101 except that it adds the output from the block 72.

このような構成の状態推定器55が用いられることにより、ブロック82は、10個の状態変数を含む状態ベクトルx^pを推定することができる。つまり、図4に示すように、10個の状態変数のうち、Δx、dΔx/dt、Δy、dΔy/dtの4個の状態変数が、「状態推定」されることになる。また、状態ベクトルx^pは、上述した制御器50と、後述する加算器56と、に出力される。 By using the state estimator 55 configured in this way, the block 82 can estimate the state vector x^p including 10 state variables. In other words, as shown in FIG. 4, of the 10 state variables, four state variables Δx, dΔx/dt, Δy, and dΔy/dt are "state estimated." In addition, the state vector x^p is output to the controller 50 described above and the adder 56 described later.

<<加算器56及び制御器57>>
加算器56及び制御器57は、例えば、外乱dやノイズwを除去するためのブロックである。なお、実際のクレーン10にはセンサ41しか設けられていないため、上述したように1個の状態変数(dz/dt)しか出力されない。そこで、制御システム30には、便宜上図示しないが、実際のクレーン10とは別に、少なくともクレーン10を模擬するブロック100,102,103、及び加算器101が設けられていることとする。この結果、ブロック102からは、状態ベクトルxpが出力されることになる。
<<Adder 56 and Controller 57>>
The adder 56 and the controller 57 are blocks for removing, for example, disturbance d and noise w. Since the actual crane 10 is provided with only the sensor 41, only one state variable (dz/dt) is output as described above. Therefore, although not shown for convenience, the control system 30 is provided with at least blocks 100, 102, and 103 that simulate the crane 10, and an adder 101, in addition to the actual crane 10. As a result, the state vector xp is output from the block 102.

加算器56は、ブロック102からの状態ベクトルxpと、推定された状態ベクトルx^pとの差εを計算する。制御器57(L)は、差εが小さくなるよう、指令値uLを加算器51に対して出力する。この結果、加算器51から実際のクレーン10と、クレーン10を模擬するノミナルモデル(ブロック100等を含むモデル)と、に出力される指令値に含まれる外乱d等が減少することになる。 The adder 56 calculates the difference ε between the state vector xp from the block 102 and the estimated state vector x^p. The controller 57 (L) outputs a command value uL to the adder 51 so that the difference ε becomes smaller. As a result, disturbances d etc. included in the command value output from the adder 51 to the actual crane 10 and the nominal model simulating the crane 10 (a model including the block 100 etc.) are reduced.

<<<シミュレーション結果>>>
図5は、制御システム30のシミュレーション結果の一例を示す図である。ここでは、制御システム30において、指令値uFFに基づくフィードフォワード制御、指令値ukに基づくフィードバック制御、及び指令値uLに基づく外乱フィードバック(DFC:Disturbance Feedback Control)が機能していることとする。また、ここでは、x軸、y軸のそれぞれの方向において、0~10秒まで加速し、10秒以降は定速でトロリー20が移動するよう、指令値uFFが入力される。さらに、x軸方向においては、15秒のタイミングで、y軸方向においては、20秒のタイミングで外乱dがそれぞれ入力される。
<<<<Simulation results>>>
5 is a diagram showing an example of a simulation result of the control system 30. Here, it is assumed that in the control system 30, feedforward control based on the command value u FF , feedback control based on the command value uk, and disturbance feedback (DFC) based on the command value uL are functioning. In addition, the command value u FF is input so that the trolley 20 accelerates from 0 to 10 seconds in each of the x-axis and y-axis directions, and moves at a constant speed after 10 seconds. Furthermore, a disturbance d is input at 15 seconds in the x-axis direction and at 20 seconds in the y-axis direction.

図5の上段は、吊荷21のx軸方向の振れ幅Δx(ここでは、θxと表記している。)の推定結果(実線)と、クレーン10からの出力結果(点線)と、の比較を示す図である。また、図5の下段は、吊荷21のy軸方向の振れ幅Δy(ここでは、θyと表記している。)の推定結果(実線)と、クレーン10から出力された結果(点線)と、の比較を示す図である。 The upper part of Figure 5 shows a comparison between the estimated result (solid line) of the swing width Δx (here, written as θx) of the suspended load 21 in the x-axis direction and the output result (dotted line) from the crane 10. The lower part of Figure 5 shows a comparison between the estimated result (solid line) of the swing width Δy (here, written as θy) of the suspended load 21 in the y-axis direction and the output result (dotted line) from the crane 10.

このように、推定された状態ベクトルx^pのθxと、クレーン10からの状態ベクトルxpのθxとは、ほぼ一致している。したがって、本実施形態の状態推定器55は、図4に示すように、実際に測定されたセンサ41からの出力が1個しかない場合であっても、精度良くクレーン10の状態変数を推定することができる。 In this way, θx of the estimated state vector x^p and θx of the state vector xp from the crane 10 are almost the same. Therefore, as shown in FIG. 4, the state estimator 55 of this embodiment can accurately estimate the state variables of the crane 10 even if there is only one output actually measured from the sensor 41.

図6は、制御システム30のシミュレーション結果の他の一例を示す図である。ここでは、制御システム30において、指令値uFFに基づくフィードフォワード制御、及び指令値ukに基づくフィードバック制御のみが機能していることとする。このため、図3の制御システム30において、加算器56と、制御器57とを除いたシステムのシミュレーション結果である。 6 is a diagram showing another example of the simulation result of the control system 30. Here, it is assumed that only the feedforward control based on the command value uFF and the feedback control based on the command value uk function in the control system 30. Therefore, the simulation result is for the control system 30 of FIG. 3 excluding the adder 56 and the controller 57.

図6の上段は、吊荷21のx軸方向の振れ幅Δx(ここでは、θxと表記している。)の推定結果(実線)と、クレーン10からの出力結果(点線)と、の比較を示す図である。また、図6の下段は、吊荷21のy軸方向の振れ幅Δy(ここでは、θyと表記している。)の推定結果(実線)と、クレーン10から出力された結果(点線)と、の比較を示す図である。 The upper part of Fig. 6 shows a comparison between the estimated result (solid line) of the swing width Δx (here, written as θx) of the suspended load 21 in the x-axis direction and the output result (dotted line) from the crane 10. The lower part of Fig. 6 shows a comparison between the estimated result (solid line) of the swing width Δy (here, written as θy) of the suspended load 21 in the y-axis direction and the output result (dotted line) from the crane 10.

図5に比べると、θx,θyともに、推定結果と、クレーン10からの出力結果との差が若干大きくなっているものの、両者は良く一致している。したがって、仮に、制御システム30において、外乱フィードバック(DFC:Disturbance Feedback Control)を設けない場合であっても、状態推定器55は、精度良く、クレーン10の状態変数を推定することができる。 Compared to Figure 5, the difference between the estimated results and the output results from the crane 10 for both θx and θy is slightly larger, but the two match well. Therefore, even if disturbance feedback control (DFC) is not provided in the control system 30, the state estimator 55 can accurately estimate the state variables of the crane 10.

=====制御システム31=====
図7は、制御システム31の一例を示す図である。制御システム31は、離散的な動作をする制御システム30とは異なり、連続的に動作するシステムである。図3と、図7とでは、同じ符号が付されたブロックは、離散的に動作するか、連続的に動作するか以外は同じである。そして、制御システム31では、カルマンフィルタ型の状態推定器55の代わりに、ルーエンバーガー型の状態推定器58が用いられている。このため、ここでは、状態推定器58を中心に説明する。なお、図7においては、クレーン10のブロック102や、ノミナルプラント70のブロック82も連続的に動作するため、特にそれらのブロックの表記を「Z-1」から、「∫」に変更している。また、制御システム31において、ノミナルプラント52、合成器53、状態推定器58は、「状態推定システム」に相当する。
Control System 31
FIG. 7 is a diagram showing an example of the control system 31. Unlike the control system 30 which operates discretely, the control system 31 is a system which operates continuously. In FIG. 3 and FIG. 7, blocks with the same reference numerals are the same except that they operate discretely or continuously. In the control system 31, a Luenberger type state estimator 58 is used instead of the Kalman filter type state estimator 55. For this reason, the state estimator 58 will be mainly described here. In FIG. 7, the block 102 of the crane 10 and the block 82 of the nominal plant 70 also operate continuously, so the notation of these blocks has been changed from "Z -1 " to "∫". In the control system 31, the nominal plant 52, the combiner 53, and the state estimator 58 correspond to a "state estimation system".

<<状態推定器58>>
状態推定器58は、ノミナルプラント70、加算器71、及びブロック75を含んで構成される。ここで、ノミナルプラント70、加算器71については、連続的な動作をすること以外、図3のブロックと同じであるため、詳細な説明は省略する。
<<State Estimator 58>>
The state estimator 58 includes a nominal plant 70, an adder 71, and a block 75. Here, the nominal plant 70 and the adder 71 are the same as the blocks in Fig. 3 except that they operate continuously, so detailed description thereof will be omitted.

ブロック75(h)は、差ε^yに対し、所定のゲインを乗算するブロックである。本実施形態では、差ε^yが小さくなるよう、所定のゲインは調整されている。したがって、状態推定器58は、推定結果である状態ベクトルx^pを、精度良くクレーン10からの状態ベクトルxpに一致させることができる。そして、このような状態推定器58を用いる場合であっても、制御システム31は、制御システム30と同様に動作する。つまり、制御システム31の状態推定器58は、センサ41で測定される状態変数が1個しかない場合であっても、ノミナルプラント52からの4個の状態変数を用いることにより、図4に示すように、4個の状態変数を精度良く推定できる。 Block 75(h) is a block that multiplies the difference ε^y by a predetermined gain. In this embodiment, the predetermined gain is adjusted so that the difference ε^y is small. Therefore, the state estimator 58 can accurately match the state vector x^p, which is the estimation result, with the state vector xp from the crane 10. Even when such a state estimator 58 is used, the control system 31 operates in the same manner as the control system 30. In other words, even when there is only one state variable measured by the sensor 41, the state estimator 58 of the control system 31 can accurately estimate the four state variables as shown in FIG. 4 by using the four state variables from the nominal plant 52.

<<<その他>>>
本実施形態では、制御対象の一例としてクレーン10について説明したが、制御対象は、これに限られない。例えば、制御対象は、庫内の温度を一定に保つ冷凍システムであっても良い。冷凍システムは、蒸発器出口の過熱度温度を一定にする制御(過熱度一定制御)と、コンプレッサの吸入圧力を一定に制御(吸入圧力一定制御)する方法が、一般的である。
<<<Others>>>
In this embodiment, the crane 10 has been described as an example of a controlled object, but the controlled object is not limited to this. For example, the controlled object may be a refrigeration system that keeps the temperature inside the storage constant. In a refrigeration system, a method of controlling the superheat temperature at the evaporator outlet to be constant (constant superheat control) and a method of controlling the suction pressure of the compressor to be constant (constant suction pressure control) are generally used.

しかし、圧力センサは高額であることから、センサを導入する代わりに状態推定ができれば、コストダウンが実現する。一方、過熱度温度を測定する熱電対は低価格であり、且つ過熱度は運転条件によって特性が大きく変動するため、センサを導入することが望ましい。このように、冷凍システムでは、熱電対のセンサのみと、冷凍システムモデルから、吸入圧力を推定する実施形態が考えられる。 However, since pressure sensors are expensive, costs can be reduced if state estimation can be performed instead of using sensors. On the other hand, thermocouples that measure superheat temperature are inexpensive, and since the characteristics of superheat vary greatly depending on operating conditions, it is desirable to use a sensor. Thus, in a refrigeration system, an embodiment can be considered in which the suction pressure is estimated using only a thermocouple sensor and a refrigeration system model.

このような場合、熱電対のセンサからの出力は、「第1状態変数」に相当し、冷凍システムモデルは、「ノミナルプラント」に相当し、冷凍システムモデルの圧力を示す値は、「第2状態変数」に相当する。 In such a case, the output from the thermocouple sensor corresponds to the "first state variable," the refrigeration system model corresponds to the "nominal plant," and the value indicating the pressure of the refrigeration system model corresponds to the "second state variable."

=====まとめ=====
以上、本発明の一実施形態である制御システム30,31について説明した。制御システム30,31では、10個の状態変数のうち、1個の状態変数である巻上速度(dz/dt)のみがセンサ41で測定され、測定結果から、巻上位置(z)が計算される。また、合成器53は、それらの2つの状態変数と、ノミナルプラント52から出力される4個の状態変数(x,dx/dt,y,dx/dt)と、を合成する。そして、状態推定器55は、図4に示すように、これらの6個の状態変数に基づいて、残りの4個の状態変数(Δx,dΔx/dt,Δy,dΔy/dt,)を精度良く推定できる(例えば、図5)。したがって、本実施形態では、センサの数が少ない場合であっても、制御対象であるクレーン10の状態変数を推定できる。
== ...
The control systems 30 and 31 according to an embodiment of the present invention have been described above. In the control systems 30 and 31, only one state variable, the hoisting speed (dz/dt), among the ten state variables is measured by the sensor 41, and the hoisting position (z) is calculated from the measurement result. The synthesizer 53 synthesizes these two state variables with the four state variables (x, dx/dt, y, dx/dt) output from the nominal plant 52. Then, as shown in FIG. 4, the state estimator 55 can accurately estimate the remaining four state variables (Δx, dΔx/dt, Δy, dΔy/dt,) based on these six state variables (for example, FIG. 5). Therefore, in this embodiment, even if the number of sensors is small, the state variables of the crane 10 to be controlled can be estimated.

また、状態推定器としては、例えばカルマンフィルタ型の状態推定器55や、ルーエンバーガー型の状態推定器58を用いることができる。 In addition, as a state estimator, for example, a Kalman filter type state estimator 55 or a Luenberger type state estimator 58 can be used.

また、制御対象であるクレーン10は、特性変動や外乱の影響を受けやすい吊荷21と、特性変動や外乱の影響を受けにくいトロリー20とを含む。なお、ここで、「特性変動」には、例えば、重さや形状が変化する吊荷21自体が変動することが含まれる。また、「外乱」には、例えば、クレーン10を動作させる際の周辺環境(風、温度、湿度)の変化やノイズを含む。このため、「特性変動や外乱の影響を受けやすい」とは、例えば、実際の対象をモデル化した際に、モデル化誤差(または、モデル変動)が大きいことを言う。 The crane 10, which is the object to be controlled, includes a suspended load 21 that is susceptible to characteristic fluctuations and disturbances, and a trolley 20 that is not susceptible to characteristic fluctuations and disturbances. Note that "characteristic fluctuations" here include, for example, fluctuations in the suspended load 21 itself, which changes in weight and shape. Furthermore, "disturbances" include, for example, noise and changes in the surrounding environment (wind, temperature, humidity) when the crane 10 is operated. For this reason, "susceptible to characteristic fluctuations and disturbances" refers to, for example, large modeling errors (or model fluctuations) when an actual object is modeled.

そして、本実施形態では、トロリー20、吊荷21のうち、特性変動や外乱の影響を受けやすい吊荷21の状態変数については、センサ41で測定し、特性変動や外乱の影響を受けにくいトロリー20の状態変数については、ノミナルプラント52からの出力を用いる。このように、状態変数が複数ある場合、特性変動や外乱の影響を受けやすい対象に対し、センサ41を設置して状態変数を取得することにより、精度良く、全ての状態変数を推定することができる。 In this embodiment, the state variables of the trolley 20 and the suspended load 21, which is susceptible to characteristic fluctuations and disturbances, are measured by the sensor 41, and the state variables of the trolley 20, which is less susceptible to characteristic fluctuations and disturbances, use the output from the nominal plant 52. In this way, when there are multiple state variables, by installing the sensor 41 for the object that is susceptible to characteristic fluctuations and disturbances and acquiring the state variables, all state variables can be estimated with high accuracy.

また、上述のように、本実施形態では、クレーン10のうち、特性変動や外乱の影響を受けやすい要素は、吊荷21(第1要素)であり、特性変動や外乱の影響を受けにくい要素は、トロリー20(第2要素)である。 As described above, in this embodiment, the element of the crane 10 that is susceptible to characteristic fluctuations and disturbances is the suspended load 21 (first element), and the element that is less susceptible to characteristic fluctuations and disturbances is the trolley 20 (second element).

また、ノミナルプラント52は、トロリー20のうち、xy平面上のx軸における状態変数(例えば、位置x)と、y軸における状態変数(例えば、位置y)とを合成器53に出力する。このような場合、状態推定器55は、ノミナルプラント52が、2つの軸のうち、一方の軸の状態変数のみを出力する場合に比べ、精度良く状態変数を推定することができる。 The nominal plant 52 also outputs to the combiner 53 the state variables of the trolley 20 on the x-axis (e.g., position x) and the state variables of the trolley 20 on the y-axis (e.g., position y) on the xy plane. In this case, the state estimator 55 can estimate the state variables with higher accuracy than when the nominal plant 52 outputs the state variables of only one of the two axes.

また、本実施形態では、センサ―41は、10個の状態変数のうち、巻上速度(dz/dt)のみを測定する。制御システム30の所定のブロックは、巻上速度を積分することにより、吊荷の巻上位置(z)を把握することができる。このため、本実施形態では測定する状態変数の数を減らすことができる。 In addition, in this embodiment, the sensor 41 measures only the hoisting speed (dz/dt) out of the 10 state variables. A specific block of the control system 30 can determine the hoisting position (z) of the load by integrating the hoisting speed. Therefore, in this embodiment, the number of state variables to be measured can be reduced.

また、本実施形態の制御システム30,31では、制御器50が、状態変数の目標値を示す状態ベクトルxrefと、推定した状態ベクトルx^pとの差に基づいて、フィードバック制御、及びフィードフォワード制御を実行する指令値uを出力する。この結果、クレーン10は安定に制御される。 In addition, in the control systems 30 and 31 of this embodiment, the controller 50 outputs a command value u that executes feedback control and feedforward control based on the difference between the state vector xref, which indicates the target value of the state variable, and the estimated state vector x^p. As a result, the crane 10 is stably controlled.

また、合成器53や状態推定器55が実行する計算(ステップ)を、DSP(デジタル信号処理回路)等のコンピュータが実行しても良い。このような場合、DSPは、制御システム30で実行される状態推定方法を実行することになる。 The calculations (steps) performed by the synthesizer 53 and the state estimator 55 may be performed by a computer such as a DSP (digital signal processing circuit). In such a case, the DSP executes the state estimation method executed by the control system 30.

なお、本実施形態では、センサ41が、巻上速度(dz/dt)のみを取得することとしたが、例えば、巻上位置(z)のみを取得することとしても良い。また、ノミナルプラント52は、4つの状態変数を出力することとしたが、可観測性または可検出性の条件が満たされれば、これより少ない数の状態変数を出力しても良い。さらに、ノミナルプラント52が出力する状態変数は、測定された状態変数以外の状態変数であれば、どのようなものであっても良い。 In this embodiment, the sensor 41 acquires only the winding speed (dz/dt), but it may also acquire only the winding position (z), for example. In addition, the nominal plant 52 outputs four state variables, but it may output a smaller number of state variables if the conditions of observability or detectability are satisfied. Furthermore, the state variables output by the nominal plant 52 may be any state variables other than the measured state variables.

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。 The above embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Furthermore, the present invention may be modified or improved without departing from the spirit of the present invention, and it goes without saying that the present invention includes equivalents.

10 クレーン
20 トロリー
21 吊荷
30,31 制御システム
40 モータ
41 センサ
50,57 制御器
51,54,56,61,63,71,81,101 加算器
53 合成器
52,60,70 ノミナルプラント
55,58 状態推定器
62,72,75,80,82,83,84,100,102,103,104 ブロック

10 Crane 20 Trolley 21 Suspended load 30, 31 Control system 40 Motor 41 Sensor 50, 57 Controller 51, 54, 56, 61, 63, 71, 81, 101 Adder 53 Synthesizer 52, 60, 70 Nominal plant 55, 58 State estimator 62, 72, 75, 80, 82, 83, 84, 100, 102, 103, 104 Block

Claims (8)

制御対象をモデル化したノミナルプラントと、
前記制御対象の複数の状態変数のうち測定された第1状態変数と、前記ノミナルプラントから出力され前記第1状態変数とは異なる第2状態変数と、を合成する合成器と、
前記合成器で合成された前記第1及び第2状態変数に基づいて、前記制御対象の前記複数の状態変数を推定する状態推定器と、
を備える状態推定システム。
A nominal plant that models the controlled object,
a synthesizer that synthesizes a first state variable that is measured among the plurality of state variables of the controlled object and a second state variable that is output from the nominal plant and is different from the first state variable;
a state estimator that estimates the plurality of state variables of the controlled object based on the first and second state variables combined by the combiner;
A state estimation system comprising:
請求項1に記載の状態推定システムであって、
前記状態推定器は、カルマンフィルタ型またはルーエンバーガー型の状態推定器である、
状態推定システム。
The state estimation system according to claim 1 ,
The state estimator is a Kalman filter type or a Luenberger type state estimator.
State estimation system.
請求項1または請求項2に記載の状態推定システムであって、
前記制御対象は、第1要素と、前記第1要素より特性変動や外乱の影響が小さい第2要素と、を含み、
前記第1状態変数は、前記第1要素の状態を示す変数であり、
前記第2状態変数は、前記第2要素の状態を示す変数である、
状態推定システム。
3. A state estimation system according to claim 1, further comprising:
the controlled object includes a first element and a second element that is less affected by characteristic fluctuations or disturbances than the first element,
the first state variable is a variable indicating a state of the first element,
The second state variable is a variable indicating a state of the second element.
State estimation system.
請求項3に記載の状態推定システムであって、
前記制御対象は、所定の平面を移動可能なトロリーと、吊荷と、を備えたクレーンであり、
前記第1要素は、前記吊荷であり、
前記第2要素は、前記トロリーである、
状態推定システム。
The state estimation system according to claim 3,
The control object is a crane including a trolley movable on a predetermined plane and a suspended load,
The first element is the suspended load,
The second element is the trolley.
State estimation system.
請求項4に記載の状態推定システムであって、
前記第2状態変数は、前記平面上の異なる2つの軸のうち、第1軸における前記トロリーの状態を示す変数と、第2軸における前記トロリーの状態を示す変数と、のそれぞれを含む、
状態推定システム。
The state estimation system according to claim 4,
The second state variables include a variable indicating a state of the trolley in a first axis and a variable indicating a state of the trolley in a second axis among two different axes on the plane,
State estimation system.
請求項4または請求項5に記載の状態推定システムであって、
前記第1状態変数は、前記吊荷の巻上速度を示す、
状態推定システム。
The state estimation system according to claim 4 or 5,
The first state variable indicates a hoisting speed of the load.
State estimation system.
請求項1~請求項6の何れか一項に記載の状態推定システムと、
前記複数の状態変数の目標値と、前記状態推定器で推定された前記複数の状態変数と、の差に基づいて前記制御対象を制御する制御器と、
を備える制御システム。
A state estimation system according to any one of claims 1 to 6,
a controller that controls the control target based on a difference between target values of the plurality of state variables and the plurality of state variables estimated by the state estimator;
A control system comprising:
制御対象の複数の状態変数のうち測定された第1状態変数と、制御対象をモデル化したノミナルプラントから出力され前記第1状態変数とは異なる第2状態変数と、を合成するステップと、
合成された前記第1及び第2状態変数に基づいて、前記制御対象の前記複数の状態変数を推定するステップと、
を含む状態推定方法。
A step of combining a first state variable that is measured among a plurality of state variables of a controlled object and a second state variable that is output from a nominal plant that models the controlled object and is different from the first state variable;
estimating the plurality of state variables of the controlled object based on the combined first and second state variables;
A state estimation method comprising:
JP2021003707A 2021-01-13 2021-01-13 State estimation system, control system, and state estimation method Active JP7567488B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021003707A JP7567488B2 (en) 2021-01-13 2021-01-13 State estimation system, control system, and state estimation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021003707A JP7567488B2 (en) 2021-01-13 2021-01-13 State estimation system, control system, and state estimation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022108613A JP2022108613A (en) 2022-07-26
JP7567488B2 true JP7567488B2 (en) 2024-10-16

Family

ID=82556437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021003707A Active JP7567488B2 (en) 2021-01-13 2021-01-13 State estimation system, control system, and state estimation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7567488B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022108613A (en) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105717947B (en) Method for controlling aerial device and aerial device having controller for implementing the method
Ahi et al. Hardware implementation of an ADRC controller on a gimbal mechanism
Duchaine et al. Computationally efficient predictive robot control
CN105563489B (en) Flexible mechanical arm control method based on non-linear Auto Disturbances Rejection Control Technique
EP0665480A1 (en) Time delay controlled processes
CN121425968A (en) Dynamic flexural compensation, coordinated hoist control, and anti-sway control for load handling machinery
CN108319144A (en) A kind of robotic tracking control method and system
JP6084312B2 (en) A method for simultaneous estimation of parameters and disturbances of a control model, and a method for controlling a controlled object using the simultaneous estimation method.
KR20110115466A (en) Design method of vertical follower flight controller of vertical plane
JP4396541B2 (en) Control parameter sensitivity analysis device for motor control device and control parameter setting method for motor control device
CN113128035A (en) Civil aircraft flight control sensor signal reconstruction fault-tolerant control method
JP2006227793A5 (en)
CN118114553A (en) Predictive control method of six-axis vibration table based on fuzzy neural equivalent input disturbance
JP7567488B2 (en) State estimation system, control system, and state estimation method
Rigatos et al. Nonlinear optimal control for the 4-DOF underactuated robotic tower crane
Liu et al. Design and Validation of a Fuzzy Logic Controller for Multisection Continuum Robots
JP2005275588A (en) Motor controller control parameter sensitivity analyzer
CN114962168B (en) Pitch control method and device for wind turbine generator set
JP7613738B2 (en) Control method and control device
CN110614636A (en) Measurement time lag compensation method for visual servo robot
WO2016152618A1 (en) Method for simultaneous estimation of parameter in control model and disturbance, and method for controlling control object using simultaneous estimation method
Shalaby et al. Nonlinear SPKF-based time-varying LQG for inverted pendulum system
CN119247756B (en) Carrier rocket ascending section control method, system and equipment
Vakil et al. Trajectory tracking for the end-effector of a class of flexible link manipulators
CN120066114B (en) Firefighting UAV attitude control method, system, medium, product and equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231214

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240808

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240916

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7567488

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150