JPH01228001A - 適応制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 制御対象に対して適応制御を行う適応制御方式適用制御
に関する演算を前向き処理と後ろ向き処理とに分けて複
数並列に設けた層を更に複数層接続し、状態変数および
演算を各層で並列に夫々実行させ、精度高く高速に適用
制御することを目的とし、 制御ｎ対象に対する指令値に対して、重みつけおよび非
線形関数を適用した値などを前層に伝達する前向き処理
部と、補償系から制御対象に対する通用誤差に対して、
重みつけなどした値を後層に伝達する後向き処理部とを
少なくとも１つづつ持つ層を設け、この層を複数連結し
て、末尾の層に対してＩＱ？１対象に対する指令値を与
え、先頭の層に対して制御対象に対する適用誤差を与え
ると共に、この先頭の層からの出力によって制御対象を
適応制御するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、制御対象に対して適応制御Ｂを行う適応制御
方式に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕従来、
ロボットなどの制御対象（プラント）に対して適用制御
する方式として、一般に第９図に示すような構成が採用
されている。この第９図に示す構成において、プラント
に対して適用制御するために、特に規範モデルとして数
学的拘束条件のもとに、逐次処理型の計算機によって逐
次処理アルゴリズムを用いて処理しているため、精度高
く高速処理し難い、このため、制御対象が線形モデルで
ありながら、高次のモデルとなるような場合などには、
次数または状態変数の数に比例して実行時間が増大し、
実時間処理が要求されるような対象に対して精度高く適
用し難いという問題点があった。

本発明は、適用制御に関する演算を前向き処理と後ろ向
き処理とに分けて複数並列に設けた層を更に複数層接続
し、状態変数および演算を各層で並列に夫々実行させ、
精度高く高速に適用制御することを目的としている。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理構成図を示す。

第１図において、■は、前向き処理部であって、指令信
号入力を入力として出力に向かう処理系である。この前
向き処理部■は、指令信号入力（指令値）に対して重み
つけおよび非線形関数の適用などした値を前段の層に伝
達するようにしている。

■は、後ろ向き処理部であって、不完全補償系５の適応
誤差を入力として各層の処理部のハ、メータを再調整す
るように入力に向かう処理系である。この後ろ向き処理
部（２）は、不完全補償系５から制御対象４に対する適
用誤差に対して、重みつけなどした値を後段の層に伝達
するようにしている。

３は、記憶素子であって、各層、各処理部の間でデータ
を授受するためのものである。

４は、制御対象である。

５は、不完全補償系である。

〔作用〕

本発明は、第１図に示すように、前向きの処理部■およ
び後ろ向き処理部■を並列にした層を複数層接続し、指
令信号入力を入力として前向き処理部■が重みおよび非
線形関数の適用などして次の段の層に順次伝達し、一方
、適応誤差信号を入力として後ろ向き処理部■が重みつ
けなどして前の段の層に順次伝達してパラメータを再調
整し、不完全補償系５による制御誤差が零になるように
、出力を送出するようにしている。

従って、本発明に係わる前向き処理部■および後ろ向き
処理部■に指令信号入力および適応誤差信号に基づいて
いわば学習させ、しかも各層に並列に複数の前向き処理
部■および後ろ向き処理部■を設け、状態変数の多い場
合や演算数の多い処理でも、処理の並列化によって実行
時間を大幅に短縮することが可能となる。

〔実施例〕

次に、第２図から第８図を用いて本発明の１実施例の構
成および動作を順次詳細に説明する。

第２図は、適応制御装置の計算モデル例を示す。

これは、重み補正量計算部６が不完全補償系５による適
応誤差Ｅが零になるように、重みＷｏ、Ｗ、１、ＷＪ＋
を調整するようにしている。これにより、結果として、
制御対象に対する制御量Ｃが、第１層ないし第４層の処
理部によって演算された出力結果Ｓに等しくなるように
ＩＩ　１１されることとなり、不完全補償系５による制
御誤差の影響を取り除くことが可能となる。

第３図は、第２図第１層から第４層を構成するＰＲ（プ
ロセッサエレメント）の１つのＰＥ内計算モデル例を示
す、ここで、点線で囲んだＰＥが１つのＰＥ内の処理を
模式的に表したものである。

この１つのＰＥ内では、前段の層のＰＥ、ないしＰＲ，
からの結果Ｙ、ないしＹ、の値に対して、重み補正量計
算部６から通知された適応誤差に対応する所定の重みＷ
ＪｌないしＷｌを乗算した後、総和を求め、更に非線形
関数を適用し、結果Ｙ。

を求める。この結果ＹＪを次の層のＰＲに伝達するよう
にしている。

以上のように、前段の層の各ＰＥから伝達された結果に
対して、適応誤差に対応した重みづけをした積和を求め
、次段の層に伝達することを繰り返し実行し、不完全補
償系５による適応誤差を零になるように制御対象４を制
御することにより、いわば学習する態様で応答特性に優
れたフィード・フォワード系を形成することが可能とな
る。

第４図は１層分の並列演算装置例を示す、ここで、第４
図（イ）は前向き処理プロセッサ（例えば第５図プロセ
ッサ５）と記憶素子との接続例を示し、第４図（ロ）は
後ろ向き処理プロセッサ（例えば第５図プロセッサ４）
と記憶素子との接続例を示し、第４図（ハ）は第４図（
イ）と第４図（ロ）とを組み合わせた例を示す。

第５図は、第４図１層分の並列演算装置を、３つ組み合
わせ、ロボットの３関節アーム（制御対象）に適用した
具体例を示す、ここで、指令信号入力（θ１、θ富、θ
、）をプロセッサｌに入力し、不完全補償系５からの３
つの適応誤差信号を最終層の記憶素子ＺＬに図示のよう
に入力することにより、第６図から第８図に示す処理に
よって、当該適応誤差信号が零に制御され、３関節アー
ム（制御対象４）がいわばフィード・フォワード制御さ
れることとなる。以下第５図構成の動作を順次詳細に説
明する。

第６図は、第５図プロセッサ４ないし７、および最終層
の記憶素子ＺＬにおける処理あるいは格納内容を記述し
たものである。ここで、Ｒ（指令信号）は第５図指令信
号入力（θ５、θ２、θ、）であり、Ｓ（適応出力）は
最終層（第４層）の記憶素子ＹＬからの出力信号であり
、Ｅ（適応誤差）は不完全補償系５から最終層（第４層
）の記憶素子ＺＬへの入力信号である。以下第７図を用
いて第１層のプロセッサ１の処理手順を具体的に説明す
る０次に、第８図を用いてプロセッサ５．４　（２，１
、および６．５は同じ）の処理手順を具体的に説明する
。

第７図において、■、＠は、内部変数ｔｓｈを１に初期
化する。

図中０は、θｂをメモリから読む、これは、第５図プロ
セッサｌが指令信号人力θｂ　　（ｈ−ｔないし３）を
読むことを意味している。

図中［相］は、Ｍ−θ、とおく。

図中■は、Ｒ２−Ｍとおく。

図中［相］は、Ｗｉ、をメモリから読む、これは、第５
図プロセンサ１がメモリからＷ、。（重み）を読むこと
を意味している。

図中Ｏは、Ｙ、−Ｗ、。・Ｒｔを計算する。

図中［相］は、ＹｉをメモリＹ、に書く。

図中０は、内部変数−が３の倍数か否かを判別する。Ｙ
ＥＳの場合（θ１ないしθ、まで処理を終了した場合）
には、図中［相］で内部変数りをインクレメントし、図
中◎を実行する。ＮＯの場合には、図中［相］で内部変
敗ｉをインクレメントし、図中■を実行する。

図中［相］は、Ｍの一階微分値を計算してＭに代入する
。これは、θ、゛（角速度）あるいはθ直”（角加速度
）などを計算することを意味している。

図中◎は、内部変数りが３よりも小さい等しいか否かを
判別する。ＹＥＳの場合には、図中◎以下を繰り返し、
θ２、θ、について順次実行する。

Ｎｏの場合には、図中■に戻り、繰り返し実行する。

以上の処理によって、第６図第１層のプロセッサｌによ
って、指令信号入力（θ１、θ冨、θ３）が順次取り込
まれ、θ、θ１゛、θ１゛°、θ８、θ２゛、θ８゛°
、θ１、θ、゛、θ、゛が生成され、これに対応した重
みＷｔｏが乗算された結果値Ｙ。

が、次段の層のプロセッサ３．２に渡すためにメモリＹ
、に格納される。

次に、第１に、第８図■から［相］を用いて、第６図に
示す後ろ向き処理部であるプロセッサ４の動作について
具体的に説明する。

第６図において、図中■は、重みＷ、ｊに初期値として
既定範囲のランダム値をセットする。

図中＠は、Ｋ−１とおく。

図中◎は、ＹＫをメモリから読む。

図中［相］は、■え＝Ｙｘ　　（Ｉ　　Ｙｘ）を計算す
る。

これは、第６図プロセッサ４の最下行に示す処理を行う
ことを意味している。

図中■は、ＺＩｌをメモリから読む。

図中［相］は、ＵＫ−ＺＫ　　・Ｖ、を計算する。これ
は、第６図プロセッサ４の第４行目に示す処理を行うこ
とを意味している。

図中０は、Ｕ、をメモリに書く。

図中［相］は、変数ｊ−１とおく。

図中［相］は、ＹＪをメモリから読む。

図中［相］は、ＴｋＪ＝Ｕｌｌ−Ｙｊを計算する。これ
は、第６図プロセッサ４の第３行目に示す処理を行うこ
とを意味している。

図中［相］は、ΔＷｋＪ＝Ｋ・ＴＫＪ＋Ｌ・ΔＷ１およ
びＷｋＪ＝Ｗっｊ十ΔＷｌｌＪを計算する。ここで、Ｋ
、Ｌは定数を表す、これは、第６図プロセッサ４の第１
行目および第２行目に示す処理を行うことを意味してい
る。

図中［相］は、Ｗ、、をメモリに書く。

図中０は、変数ｊｆＪ＜最大値ｊ、、、よりも小さいか
否かを判別する。ＹＥＳの場合には、図中［相］で変数
ｊの値をインクレメントして図中［相］以下を繰り返し
実行する。ＮＯの場合には、図中［相］で変数にの値が
最大値ｋ　ａｍヨよりも小さいか否かを判別する。ＹＥ
Ｓの場合には、図中［相］でインクレメントし、図中０
以下を繰り返し実行する。Ｎｏの場合には、図中００最
初に戻り、■以下を繰り返し実行する。

以上の処理により、後ろ向きの処理部であるプロセッサ
４によって後ろ向きの処理が実行され、適応誤差に対応
した値（パラメータ）を、前段の層のメモリＺＫから読
み出して所定の重みっけをした中間値Ｕｋおよび重みＷ
ｋＪを算出し、同じ層の前向き処理部であるプロセッサ
５に渡すようにしている。

第２に、第８図［相］から＠を用いて、第６図に示す前
向き処理部であるプロセッサ５の動作について具体的に
説明する。

第８図において、図中［相］は、変数に−１と初期設定
する。

図中０は、変数ｊ−１、ｘｌ−〇と初期設定する。

図中０は、ＹＪ、ｗ、ｊをメモリから読む、これは、前
段の層からのＹＪと、後ろ向き処理部であるプロセッサ
４の図中◎で算出されたＷＫＪとをメモリから読むこと
を意味している。

図中［相］は、ｘｋ−ｘ、＋ＷｋＪ−Ｙ、を計算する。

図中［株］は、変数ｊが最大値ｊ、、、ｌよりも小さい
か否かを判別する。ＹＥＳの場合には、図中［相］でｊ
の値をインクレメントし、図中＠、［相］を繰り返し、
総和を算出する。これにより、第６図プロセッサ５の第
１行目の処理が実行される。ＮＯの場合には、図中■を
実行する。

図中０は、ＹＫ　＝　１　／　（１４ｅｘｐ（−Ｘｍ　
））を計算する。これは、第３図を用いて説明したよう
に、非線形関数を適用することを意味している。

図中［相］は、Ｙ、をメモリに書く。

図中［株］は、変数にの値が最大値ｋ。、よりも小さい
か否かを判別する。ＹＥＳの場合には、図中０で変数に
の値をインクレメントし、図中Ｑ以下を繰り返し実行す
る。ＮＯの場合には、図中◎で変＄１３＝１と置く。

図中＠は、ｋ−１，２，−０とおく。

図中Ｏは、Ｕｋをメモリから読む。

図中［相］は、２Ｊ−２、＋Ｗ、、−Ｕ、を計算する。

これは、第６図プロセッサ５の第３行目の処理を実行す
ることを意味している。

図中＠は、変数ｋが最大値に１１．よりも小さいか否か
を判別する。ＹＥＳの場合には、図中［相］で変数にの
偵をインクレメントし、図中Ｏ１＠を繰り返し実行する
。

図中Ｏは、ＺＪをメモリに書く。

図中［相］は、変数ｊが最大値Ｊ　ｍｉｘよりも小さい
か否かを判別する。ＹＥＳの場合には、図中Ｏ以下を繰
り返し実行する。ＮＯの場合には、図中０に戻り、操り
返し実行する。

以上の処理により、前向きの処理部であるプロセッサ５
により、重みづけした積和に対して更に非線形関数を適
用した結果が次段の層にＹ、として渡されると共に、適
応誤差に対応する値がＺｊとして前段の層に戻される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、前向き処理部■
および後ろ向き処理部■を並列接続した層を、更に複数
接続する構成を採用しているため、指令信号入力に対応
した出力を送出する前向きの処理の流と、適応誤差信号
に基づいて各層の処理部のパラメータ（重みつけなど）
を戻る態様で再調整する後ろ向きの流の２系列に分離し
て持たせることができ、状態変数および演算数に対応し
て並列に接続する前向き処理部■および後ろ向き処理部
■を多数設けて並列処理を行わせ、実行時間を大幅に短
縮することができる。特に、後ろ向きの処理の流によっ
て、当初は既定範囲内のランダムな値を重みＷと設定し
ても、いわば学習する態様で各層における当該重みＷが
再調整され、第２図を用いて説明したいわばフィード・
フォーワード系を自動的に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図は適応制御装置の
計算モデル例、第３図は１つのＰＥ内計算モデル例、第
４図は１１１分の並列演算装置例、第５図は本発明によ
る３関節アーム適応制御方式の構成例、第６図は第５図
構成の処理アルゴリズム例、第７図、第８図は第６図処
理アルゴリズムの動作説明フローチャート、第９図は従
来の適応制御方式の説明図を示す。 図中、■は前向き処理部、■は後ろ向き処理部、３は記
憶素子、４は制御対象、５は不完全補償系を表す。 ン暉ｆｆ憔１子〜３ 本発明の原理ＩＫ凹 尤　１　凶 Ｕ：ｌ’ｌ伺１狡置の廿鼻モｒ几臂１ 第　２　図 見Ｇ図処理ア几丁すス゛ムの謝乍貌哨フＤ−ナヤート（
その１））５　　　７　　　　しう ／Ｌ米ΦＷｉｋシ犀ψ方式の°説２明因第　９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　制御対象に対して適応制御を行う適応制御方式におい
   て、 制御対象に対する指令値に対して、重みつけおよび非線
   形関数を適用した値などを前層に伝達する前向き処理部
   （１）と、 補償系から制御対象に対する適用誤差に対して、重みつ
   けなどした値を後層に伝達する後向き処理部（２）とを
   少なくとも１つづつ持つ層を設け、この層を複数連結し
   て、末尾の層に対して制御対象に対する指令値を与え、
   先頭の層に対して制御対象に対する適用誤差を与えると
   共に、この先頭の層からの出力によって制御対象を適応
   制御するように構成したことを特徴とする適応制御方式
   。