JPH0231206A - ディジタル適応制御方法及び装置 - 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、データ変換器及びデ
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方法及び装置
に関するものでおる。

〔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ｆｉｌ　Ｖｉ目標位置データＸ
ｎ、　ｆ２１は制御対象位置θｎであり、（３）はＸｎ
　（１１とθｎ（２）の偏差Ｂｎで、（４）サーボ制御
回路は、偏差Ｂｎ　（３１に応じて（５）の制御量りを
出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、制御対象位置ｏｎ（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　（５１が
不適当なまま出力され続は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、制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Ｘｎ
（１１と制御対象位置θｎ（２）の偏差Ｅｎ（３１＋−
を一定となり、これに対応する制御量Ｉｎ（５１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
異常の検出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り、
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
題となる場合が多い。制御対象の特性が変化する場合。

特にモデルの次数を決定することは影響をうけやすく、
モデリングが困難であり、制御対象特性の変動と異常を
的確に識別できなかった。

〔課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１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、制御対象への入力時系列と制御対
象からの出力時系列から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し、この推定誤差を正
規化し、正規化された誤差の関数として制御量を与え制
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
具体的に説明する。

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Ｘｎ１ｌｌと
制御量ｆｌｆ９ｎ１２１から制御量Ｉｎ１５１ｅ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Ｉ
ｎ（５１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シ制御量に
応じて駆動機（９）が作動する。

駆動機（９）が作動すると、接続されたＵαのシンクロ
発振器によって位置を検出し、αυのシンクロディジタ
ル変換器を介し制御対象位置θｎ（２）となりフィード
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、　１１）、　＋２１．　＋５１は、第１図と
同じである。

第２図において、　＋３１ｉｊ、目標位置データＸｎ１
ｌｌと制御対象位置θｎ（２）との偏差＆でめり、ａ２
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
（５１を決定する制御則を実現するものである。

囮は、モデル推定回路であり、制御対象位置θｎ（２）
と制御量Ｉｎ（５１から制御対象のモデルを推定するも
のであ九第４図にそのモデル推定手順を示す。

すなわち、サンプリング量である制御対象位置θｎ（２
）と制御量Ｉｎ　（５］の間には、制御対象位置がそれ
自身過去の値（θｎ−ｐ）の影響を考える必要があυ。

次のモデルが適切である。

θｎ−ｆ（Ｉｎ、ｏｎ） ここで　　ｎ　　；サンプリング時刻 θｎ　　：サンプリング時刻ｎの制御対象特性工ｎ；サ
ンプリング時刻ｎの制御量 ｆ（Ｉｎ、　１ｌｎ）　；　Ｉｎ及びｏｎの関数モデル
推定回路αａでは、　Ｉｎ（５１及びｏｎ（２）の関数
であるｆ　（Ｉｎ、ｏｎ）を制御対象位置θｎ（２）と
制御量Ｉｎ　（５１を使用して次のようにして求める。

初期設定を実施する（ステップ３０．　：Ｈ）。

現在時刻をサンプリング時刻ｎとした場合、制御量Ｉｎ
（５１に関しては、ｍ＋１サンプリング時間遅れの値Ｉ
ｎ−ｍ−１は制御対象位置ｏｎ（２）に影響を及ぼさな
い。また、制御対象位置θｎ（２）に関しては、　ｐ＋
１サンプリング時間遅れの置θｎ　−ｐ−１は制御対象
位置θｎ（２）に影響を及はさないとすると、ｆ（Ｉｎ
、Ｇｎ）はＩｎ、　Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３，＝
　Ｉｎ−ｍ、ｏｎ−１，ｏｎ−２゜θｎ−ト・・・・・
Ｇｎ　−ｐ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（Ｉｎ、ｏｎ）　’　ｆ（Ｉｎ、　Ｉｎ−ｌ、　Ｉｎ
−ｚ、　Ｉｎ−ｓ、　−Ｉｎ　−ｍ。

θｎ−１．θｎ＋１．θＱ−１．　・−曲θｎ−ｐ）ｆ
（Ｉｎ、　Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３，−Ｉｎ−ｍ
、θｎ−１．θｎ−２．θｎ−１，・・−・’θｎ−ｐ
）の推定のためにＩｎ、　Ｉｎ−１゜Ｉｎ−２，Ｉｎ−
３，……Ｉｎ−ｍ、ｏｎ−Ｌ、θｎ−ｚ、θｉ−３……
θｎ−ｐのうちの２個ｆｘ□＋ｘ２とした場合、このｘ
ｌ＋ｘ２の２次式ｙｋを考え、６（ステップ３２）。

ｙｌ（＝　ＢＯｋ＋ａｌ　ｋＸｌ　＋　ａ２ｋＸｚ　＋
　ａＢｋＸＩ　＋　ａ４ｋＸ２　＋　ａｓｋＸｔ　’　
Ｘ２ｙｋに対して、Ｒｋ＝＝Σ（θｎ−ｙｋ）”が最小
となるように最小自乗法を適用してａｌ、　ａｌｌ　”
！＋　ａｍ＋　”４Ｐ　ａｓｔ−決定する（ステップ３
３）。

ａＯ＋　ａｌｌ　ａｌｒ　ａｌｌ　ａ４＋　ａ５のうち
次の条件を満足する係数ａｉを探索する（ステップ３４
）。

ＭＡＸ（ａｌ、　ａｌ、　ａ２．　ａ、、　ａ４．　ａ
ｓ）＞　ｔｏｏｏ−ａＨ係数ａｉを持つ項を削除した後
（ステップ３５）、再びＲｋ−Σ（θｎ−ｙｋ）”が最
小となるように最小自乗法を適用して係数を決定する（
ステップ３６）。

このｍ＋ｐｃ１個の中間変数ｙｋのうち（ステップ３７
）。

Ｒｋの小さい順に１個選択する（ステップ３８）。

さらに９選択された１個の中間変数にｍ個のＩｎ。

Ｉｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３，・−＝　Ｉｎ−ｍ、θ
Ｈ−１．θｎ−２．θｎ−３・・・・・・ｏｎ　−ｐの
制御量を加えたｌ＋ｍ＋ｐ個のうち、２個を選択して２
次式を考え、この１＋ｍ＋ｐＣ，個の２次式に対してΣ
（ｏｎ−ｙｋ）”が最小となるように最小自乗法を適用
しｌ＋ｍ＋ｐｃ２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。

中間変数を得ることを繰シ返すことによって（ステップ
３９．４０）、　Ｒｋが減少しなく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，Ｉｎ−３，−Ｉｎ−ｍ
。

θｎ−ｓ、　Ｉｎ−ｚ、θｎ−島、・・・・・・θｎ−
ｐ）とする（ステップ４１）。

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。

５ｎ＝ｆ（Ｉｎ、Ｇｎ） ０４はモデル推定回路０の予測誤差りであ九予測出力Ｓ
ｎから次のようにして与えられる。

Ｐｎ−θｎ−８ｎ α５１はモデル適合性決定器であり、推定回路（２）の
予測誤差ｐｎｆ１４を入力として次のようにしてモデル
適合性σ頭ヲ決定する。

Ｇｎ　ｗ＝　Ｇｎ　−１＋ｐｎ” σ”　＝　Ｇｎ　／　（ｎ　　ｉ　） α７１は制御対象への入力を調整する入力調整器でラシ
、予測誤差Ｐｎ　α４１とモデル適合性σ叫から正規化
された誤差σ α。＝ｌＰｎｌ／σ を算出し、この誤差αｎ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数ｇ
（Ｇｎ）を持ち、調整量βα＆β−ｇ（Ｇｎ） を出力する。関数ｇ（αｔ）は例えば、第５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取り、具体的な値はシステムに
依存する。

乗算器（１１は、制御回路の出力■と調整量β（至）を
乗じて制御量（５）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、制御対象の特性変動に対してモデルが追従するよ
うにするため２次式を満足する場合１％性変動中とみな
し、モデルの次数ｍ及びｐをα。の関数で与える。

Ｇｎ＞１ ここでＩは定数であり、モデルの次数ｍ及びｐＣ！υは ｍ＝ｈ（Ｇｎ） ｐ　＝　ｈ（Ｇｎ） で与えられる。ｈ（α。）はα。の単調減少関数であり
例えば第５図のような形状である。

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、この発明によればシステムの変動に対す
る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換器、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
）を具体的に示した図、第３図は従来のディジタル制御
装置を示した図、第４図は制御対象のモデリングの手順
を示したフローチャート。 第５図はシステムに依存する関数ｇ（αｎ）の−例を示
した図、第６図はモデル次数を決定する関数ｈ（αｎ）
を示した図である。 図中、（１）は目標位置データＸｎ、　（２１は制御対
象位置θｎ、　（３１は偏差ｐａｎ、　（４１はサーボ
制御回路、（５）は制御量Ｉｎ、　（６１はディジタル
制御装置、（７）はディジタルアナログ変換器、（８）
は増幅器、（９）は駆動機、αＯはシンクロ発振器、（
ｉｌｌはシンクロディジタル変換器、Ｕはサーボ制御回
路、（１３はモデル推定器、ｕ勾はモデル推定回路αＪ
の予測誤差Ｐｎ、αωはモデル適合性決定器、　ｕ６１
はモデル適合性α、αηは入力調整器、囮は調整量β、
Ｑ優は乗算器、■はサーボ制御回路の出力値、圓はモデ
ル次数の制御信号である。 なお９図中同一あるいは相当部分には同一符号を付しで
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御対象への入力時系列と制御対象からの出力時
   系列から、制御対象を非線系関数でモデリングする手段
   と、モデリングされた非線系関数の出力と制御対象から
   の出力の誤差を正規化する手段と、正規化された誤差か
   らモデリングに使用する入力時系列と出力時系列に次数
   を決める手段と、正規化された誤差から制御対象への制
   御量に対する調整量を決める手段と、を有し、外囲環境
   の異常及び制御対象の変化に適合した制御量を出力する
   ことを特徴とするディジタル適応制御方法。
2. （２）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、上記モデル適合性と今回の推定誤差からモデルの
   次数を決定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制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適応制
   御装置。