JPH01250104A - デイジタル適応制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、制御対象の計測環境、データ変押器及びデ
ータ伝送経路等の外囲環境の異常を検出し、制御系の暴
走を抑止することのできるディジタル制御装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

一般にディジタル制御装置は、第３図に示すような構成
である。

第３図において（１）は目標位置データＸｎ、　１２）
は制御対象位置θｎであり、（３）はＩｎ　ｆｉ）とθ
ｎ（２）の偏差Ｅｎ　で、（４）はサーボ制御回路は、
偏差Ｋｎｆ３）Ｉｃ応じて（５）のｆ！ｉｌＪ　Ｎ量Ｉ
ｎ　を出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、　ｆｆ１ｌｉ陣対象位置θｎ（２）を計
測する手段に異常が生じた場合、もしくは、計測された
データを伝達する手段に異常が生じた場合、制御量Ｉｎ
（５）が不適当なまま出力され続は匍制御系の暴走を引
き起こすという課題があった。

例えば、制御対象位置θｎ（２）を計測する手段に異常
が生じ、　Ｉ１１御対象が作動しても制御対象位置θｎ
（２）が一定値となってしまう場合には、目標位置デー
タＸｎｆｔ＋と制御対象位置θ。（２）の偏差Ｋｎ（３
）け一定とな夛、と九に対応する制御量Ｉｎ（５）もま
た一定値が出力され続け、制御系は一定方向へ暴走して
しまう。

この課題を解決するためには、制御系のモデルを作成し
、このモデルの出力と実際の制御系との出力の違いから
異常の横用を行うことが必要であるが、モデルを自動的
に作成する場合には実際の制御系との適合性が常に異な
り、−意に制御系の異常を決定することは困難であシ、
また制御対象への制御量入力を中断してしまうのは２問
題となゐ場合が多い。特に制御対象の特性が変化する場
合、そのモデリングは困難であった。

目標値からの誤差を入力として、制御対象への制御量を
出力とするサーボ制御回路と、制御対象への入力と制御
対象からの出力から上記サーボ制御回路の外囲環境及び
制御対象を数式モデルとして推定するモデル推定器と、
上記モデル推定器における推定誤差によってモデルの適
合性及びモデル次数を出力するモデル適合性決定器と、
上記モデル適合性決定器と今回の推定誤差から制御対象
への入力を調整する入力調整器とを有し、外囲環境の異
常及び制御対象による制御系の暴走を抑止することを特
徴とするディジタルＩＩｔｌＪＩＩＩＩ装置。

〔！！題を解決するための手段〕

この発明のディジタル制御装置は２作動中の制御対象の
モデルを推定するモデル推定器と、上記モデル推定器に
おける推定誤差によってモデルの適合性及びモデル次数
を出力するモデル適合性決定器と、上記モデル適合性決
定器と今回推定誤差から制御対象への入力を調整する入
力調整器と上記調整量とサーボ制御回路と出力とを乗じ
て制御対象への入力を算出する乗算器とを設けたもので
ある。

・　〔作用〕 この発明においては、モデル適合性決定器で得られなモ
デル適合性によって推定誤差を正規化し。

正規化された誤差の関数として制御量を与え１ＷＩＪ御
系の暴走を停止させ、さらにモデルの適合性からモデル
の次数を変化させるものである。

〔実施例〕

以下第１図、第２図に示す一実施例によってこの発明を
具体的Ｋ１１Ｊｌ明する。

第１図は、この発明によるディジタル制御装置を含む制
御形の全体構成図である。

第１図において、（６）は目標位置データＸＨ（１）と
１１ｊｌ制御位置θｎ（２）から制御量Ｉｎ（５）を出
力するこの発明によるディジタル制御装置であり、制御
量Ｉｎ（５）は（７）のディジタルアナログ変換器によ
ってアナログ量に変換され（８）の増幅器によって適当
に増幅され、制御対象である（９）の駆動機への入力と
なり制御量に応じて駆動機（９）が作動する。

駆動機（９）が作動する七、接続されたα１のシンクロ
発振器によって位１ｉを検出し、ａＤのシンクロディジ
タル変換器を介しＩＩＩ御対象位置θｎ（２）となシフ
イードバックされる。

第２図は、ディジタル制御装置（３）を具体的に示した
図であり、　［＋１．　（２）、　＋５１は、第１図と
同じである。

第２図において、（３）は目標位置デー゛りＸｎ　ｆ＋
）と利＃対象位置θｎ（２）との偏差Ｅ、　　であり、
　　０３はサーボ制御回路であり、偏差Ｅｎ　（３１を
入力とし、システムに依存する評価関数を最適にする制
御量Ｉｎ（５）を決定する制御則を実現するものである
。

ａｌはモデル推定回路であり、制御対象位置θｎ（２）
と制御ｆ　Ｉｎ　（５１から制御対象のモデルを推定す
るものである。

すなわち、サンプリング量である制御対象位置θｎ（２
）と性貴重ｎ（５）の間には２次のモデルを考えること
ができる。

θ。＝　ｆ　（Ｉｎ） ここでｎ；サンプリング時刻 θｎ；サンプリング時刻ｎの制御対象位置 工ｎ；サンプリング時刻ｎの制御量 ’（Ｉｎ）　ｓ　”ｎ　の関数 モデル推定回路（ＩＩでは、Ｉｎ（５）の関数であるｆ
（Ｉｎ）を制御１１１対象位置θｎ（２）と制御貴重。

（５）を使用して次のようにして求める。

現在時刻をサンプリング時刻ｎとした場合、制御貴重ｎ
　＋５）のｍ−）−１サンプリング時間遅れの値Ｉｎ−
ｍ−１は制御対象位置θｎ（２）に影響を及ぼさないと
すると、　　ｆ（工ｎ）はＩｎ、Ｉｎ−１，Ｉｎ−２゜
工ｎ　　Ｌ・、、・９．工「ｍの非線形関数として次の
ように記述することができる。

ｆ（工ｎ）＝Ｑ工ｎ、Ｉｎ−１．Ｉｎ−２．Ｉｎ　５　
＋　”’　”’Ｉｎ−ｍ）ｆ（Ｉｎ、エト１．Ｉｎ−２
，工ｎ　５　ｍ　”’　”’Ｉｎ−ｍ）　　の推定のた
めにＩｎ・Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，■ｎ−３・°°°゛°
工ｎ−ｍのうち２測高ｎ−１．工ｎ−ｊの２次式７ｋ　
を考える。

７ｋ”ａ　Ｏｋ＋８１　ｋＩｎ−ｉ＋ａ２ｋＩｎ−ｊ”
１５３ｋＩｎ−ｊ　＋ａ４ｋＩＨ，１２＋８５ｋＩｎ−
１ｓ工ｎ−ｊ ｙｋＫＮしてｐ　　Ｒｋ＝Σ（θｎ−７ｋ）２ｉｉ１ｄ
小トｌｋ　ルように最小自乗法を適用して’Ｑ＋　”１
　＃　’２ｅ　Ｃ３ａＣ４＃”５　　を決定する。

’０＋　’１　ｅ　Ｃ２＋　”３ｔ　”４ｍ　’５　の
うち次の条件を満足する係数１１　を探索する。

ＭＡＸ（ａ□　、　ａｌ　、　Ｃ２、Ｃ３，Ｃ４、Ｃ５
））１０００＊ａ１係数８１　　を持つ項を削除した後
再びＲｋ＝Σ（θ。−ｙｋ）２が最小となるように最小
自乗法を適用しい係数を決定する。

このｍＣ２個の中間変数７ｋ　のうちＲｋ　の小さい順
に１個選択する・ さらに２選択された１個の中間変数にｍ個の工ｎｌ工ｎ
−１，エト２．Ｉｎ−３，・・・・・・工ｎ−ｍ　の制
御量を加えた１−４−ｍ個のうち、２個を選択して２次
式を考え、とのｔ−１−ｆｆ１０２個の２次式に対して
Σ（θユールソが最小となるように最小自乗法を適用し
１−１−１１１１０２個の中間変数を得た後Ｒｋ　の小
さい順に１個選択することを繰シ返す。

中間変数をえることを繰シ返すことによって。

Ｒ１（が減少しな（なった時点で繰シ返しを終了し。

この時点でＲｋ　を最小とする中間変数をｆ（Ｉｎ。

Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，工ｎ−３＃　　”’　”’Ｉｎ−
ｍ）とするＯ予測出力Ｓｎ　は、求めた制御系の非線形
モデルから次のようにして与えられる。

Ｓｎ”ｆ（Ｉｎ） α４はモデル推定回路０３の予測誤差Ｐｎ　であり。

予測出力ＩＩ？ｎ　から次のようにして与えられる。

ｐｎ＝＝θｎ　　ｓｎ Ｏ！９はモデル適合性決定器であり、推定回路０３の予
ｆｆ１ｌ＋誤差Ｐｎ　Ｑ４１を入力として次のようにし
てモデル適合性σαのを決定する。

Ｇｎ　”’　０ｎ−１＋　Ｐｎ’ σ２＝　Ｇｎ／（ｎ　１　） ａηｈ制御対象への入力を調整する入力調整器でろり、
予測誤差ｐ、　＋１４１とモデル適合性σ（１６１から
正規化された誤差σ α＝　Ｉ　Ｐｎ　ｌ　／σ を算出し、と、の誤差、αを入力としサーボ制御回路の
出力■に対する調整量を与えるシステムに依存する関ａ
ｇ（α）を持ち、調整量β時 β＝ｇ（α） を出力する。関数ｇ（α）は例えば、第４図に示される
ような形状の関数であシ正規化された誤差αが大きけれ
ば小さな値を増シ、具体的な値はシステムに依存する。

乗算器０９は、制御回路の出力（イ）と調整量β（１１
を乗じて劃＠　ｉ　＋５１を出力し制御対象を安定させ
ることにより、制御系の暴走を抑止する。

また１次式を満足する場合、制御対象の特性が変化した
ものとみなし、モデルの次１９ｍをｍ□　　とする。

α〉８ ｍは一定値１００　　とｍｌ　　をとり（”ｌｏ　＜　
”＋１）　、一定回数以上αがε以下である場合２ｍを
ｒｎｌ　　とする制御信号ａｎを出力する。

なお、上記実施例ではモデル推定方法として非線形モデ
ルを用いているが、単純な最小自乗法等の線形モデル推
定であっても、全く同様にしてこの発明を適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればモデルのシステムへの
適合している状態、及び制御対象の位置計測手段、シン
クロディジタル変神器、ディジタルアナログ変換器のい
ずれかの異常状態に応じた制御量を出力し、制御系の暴
走を抑止するという利点を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるディジタル制御装置を含む制
御系の全体構成図、第２図は、ディジタル制御装置（６
；を具値的に示した図、第３図は従来のディジタル制御
装置を示した図、第４図はシステムに依存する関数ｇ（
α）の−例を示した図である。 図中、（１）は目標位置データＸｎ、　＋２１は制？ｎ
対象位置θｎ　、　（３）は偏差Ｅｎ、　（４）はサー
ボ制御回路。 （５）は制御貴重、　、　＋６１はディジタル１ｌｉｌ
ＩＩＩ！１装置、（７）けディジタルアナログ変換器、
（８）は増幅器、（９）は駆動機、　（ＩＩはシンクロ
発振器、αＤはシンクロディジタル変換器、　（１３は
サーボ制御回路、αｊはモデル推定器、０着はモデル推
定回路０の予測誤差Ｐｎ　、　０！９はモデル適合性決
定器、　（１６１はモデル適合性α、αηは入力調整器
、０騰は調整量β、　Ｑ９は乗算器、（至）はサーボＪ
ｕｌ＋御回路の出力値、＋２９はモデル次数の制御信号
である。 なお０図中同一あるいは相当部分には同一符号を符しで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標値からの誤差を入力として、制御対象への制御量を
   出力とするサーボ制御回路と、制御対象への入力と制御
   対象からの出力から上記サーボ制御回路の外囲環境及び
   制御対象を数式モデルとして推定するモデル推定器と、
   上記モデル推定器における推定誤差によつてモデルの適
   合性及びモデルの次数を出力するモデル適合性決定器と
   、上記モデル適合性と今回の推定誤差から対御対象への
   入力を調整する調整量を算出する入力調整器と、上記調
   整量とサーボ制御回路の出力とを乗じて制御対象への入
   力を算出する乗算器とを有し、外囲環境の異常及び制御
   対象による制御系の暴走を抑止することを特徴とするデ
   ィジタル制御装置。