JPH0273404A - ２自由度制御系のゲイン決定方法 - 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、単一・のフィードバック系において、２個
の伝達間数を独立に設定できるように構成した２自由度
制御系に係り、設定（目標）値の設定変更に対する検出
（制御）址の遅れを補償するための２自由度制御系のゲ
イン決定方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、制御対象に対する制御方法として、フィードバッ
ク制御系が広く採用されている。

この場合、制御対象が大きな遅れをもつ要素と小さな遅
れを６つ要素とで構成されているとすれば、制御対象に
ついてより速い応答性を得るためには、外乱に対する回
復特性を重視した調節器の定数決定が有効であることが
知られている０例えば、第６図は従来のフィードバック
制御系の一楕成例を示すものであって、参照符号ｌＯは
目標値ｒを出力するためのランプ関数発生器、１２はＰ
Ｉ調節器、１４は小さな遅れをもつ要素、１６は大きな
遅れをもつ要素、１８は設定フィルタをそれぞれ示し、
前記要素の出力として得られる制御量ｙは、Ｐｌ調節器
１２の入力側にフィードバックされるよう構成される。

しかるに、このように構成された制御系において、これ
を最適調４さし得るようにゲイン定数Ｋｐ、積分時間４
σ等を実験的もしくは計算的に決定するのが一般的であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来の制御系において、目標値
ｒの設定変更を行った場合などに制御ｉｙの遅れを生じ
る難点がある。

このような観点から、制御系の外乱特性や感度特性に関
するフィードバック特性と、連応性や応答波形の特性に
関する目標値追従特性（伝達特性）をそれぞれ独立に設
定できるようにした２自由度系を構成する制御系の有用
性が認識されるようになった。

このため、第６図に示す制御系において、ＰＩ調節器１
２の前段に設定フィルタ１８を設けることによって、前
述した２自由度ＰＩＤ制御系が実現可能であるが、この
場合外乱応答を重視するか目標値応答を重視するかの選
択をしなければならないため、外乱応答と目標値応答の
両方を最適調整することはできない。

そこで、本発明の目的は、目標値の設定変更に対ず２）
制御量の遅れを小さく抑えることができる２自由度制御
系のゲイン決定方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る２自由度制御系のゲイン決定方法は、目標
値から所要の伝達関数を介して制御対象に伝達し所定の
制御量を得ると共に外乱特性を抑制する調節器に対し目
標値の設定変更による制御量の遅れを補償する補償要素
を付加した２自由度制御系において、制御対象の逆特性
とゲインとの和を伝達関数とする補償要素の出力を、前
記調節器に対しフィードフォワード量として供給するこ
とを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る２自由度制御系のゲイン決定方法によれば
、制御対象の主なる遅れとなる要素の逆特性を伝達関数
として、外乱特性を抑制する調節器に対し「１標値をフ
ィードフォワード量として供給することにより、制御系
のゲインを調節器のゲインに対してＯ〜・１００％の範
囲に調節することができ、目標値の設定変更に伴う制御
対象の制御量の遅れを有効に補償することができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る２自由度制御系のゲイン決定方法の
実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第１図は本発明のゲイン決定方法を°実施する２自由度
制御系の一実施例を示す系統図である。なお、説明の便
宜上第６図に示す従来の制御系の構成要素と同一の部分
については同一の参照符号を付して説明する。

第１図に示す実施例においては、補償要素２０は大きな
遅れをもつ要素１６の伝達関数（１／Ｊ−３）の逆特性
（Ｊ　−Ｓ）とゲイン（−Ｋ）との和（Ｊ　−５−Ｋ）
から成る伝達関数を有しており、この伝達関数 （Ｊ　−５−Ｋ）をランプ関数発生器１０の出力する目
標値ｒにＩｉ）ユし、これを前記目標値ｒと制御量ｙの
フィードバックされた値とを入力とするＰＩ調節器１２
の出力に加算するよう構成したらのである。このように
、本実施例においては、ＰＩ調節器１２を制御量ｙに対
する目標値ｒの直列補償要素とすると共に補償要素２０
をフィードフォワード要素とすることにより、ゲイン（
−Ｋ）は−に＝−Ｋｐ　（０〜１００％）に設定するこ
とができ、従来の制御に比べて目標値変更に対する制御
量ｙの遅れを有効に補償することができる。

第２図は、目標値ｒに対する第１図に示す本実施例の制
御系の応答特性へと第６図に示す従来の制御系の応答特
性Ｂとを比較して示した特性線図である。第２図から明
らかなように、本発明により得られる応答特性Ａは、従
来の制御系の応答特性に比べてその追従性に優れている
ことが明らかである。

また、第３図乃至第５図は、第１図に示す制御系を等価
変換した場合の制御系の変形例をそれぞれ示すものであ
る。すなわち、第３図に示す制御系は、Ｐｒ調節器１２
に代わる直列補償要素】３に対し、制御量ｙをフィード
バックするループにループ補償要素２２を設けたもので
ある。この場合、この補償要素２２の伝達関数は、前記
ＰＩ調節器１２の伝達開数に＋）（１−ｆ−１／４σ・
Ｓ）と、前記制御対象の逆特性（Ｊ−Ｓ）及びゲイン（
−Ｋ）の和（Ｊ　−５−Ｋ）とから次式の通り設定する
。

また、直列補償要素１３の１云達開数は次式の通り設定
する。

第４図に示す制御系は、前記第３図に示す制御系におけ
るＰＩＮ節器１２に代わる直列補償要素１３に対し、ル
ープ補償要素に代えて前記直列補償要素１３の出力側に
フィードバック補償要素２４を設けたものである。この
場合、このフィードバック補償要素２４の伝達関数は、
次式の通り設定する。

−（Ｊ　−５−Ｋ）　　　　　　　　・・・（３）また
、この場合、直列補償要素１３の伝達関数は前記式（２
）と同じである。

第５図に示す制御系は、第１図に示す制御系におけるフ
ィードフォワード補償要素２０に代えて、Ｐｒ調節器１
２の前段に目標値フィルタ２６を設けたものである。こ
の場合、目標値フィルタ２６の伝達関数は、次式の通り
設定する。

Ｊ　　−Ｓ−に １　＋ ・・・（４） 〔発明の効果〕 前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
大きな遅れを６つ要素の伝達関数からなる制御対象の逆
特性（Ｊ　−Ｓ）とゲイン（−Ｋ）とを、それぞれ目標
ｆ直ｒの微分項と比例ゲインとして、ＰＩ調節器の出力
にフィードフォワード量として力１１えるため、目標値
追従特性が向上すると共にオーバーシュート抑制効果も
同時に得ることができる。したがって、本発明による制
御系によれば、マイナループとするアウタループ制御系
を構成する場合、このアウタループ制御系の応答特性を
速める上で非常に有効である。また、本発明による制御
系は、既存の設偏に対して再調整の必要なく簡貼に付加
することができ、制御性能の向上に寄与・する効果は極
めて大きい

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２自由度制御系のゲイン決定方法
を実施する制御系の一実施例を示す系統図、第２図は本
発明方法と従来法との制御系の応答特性を比較表示した
特性線図、第３図乃至第５図は第１図に示す制御系の等
価変換した変形例をそれぞれ示す系統図、第６図は従来
の制御系の構成を示す系統図である。 １０・・・ランプ関数発生器 １２・・・ＰＩ調整器 １３・・・直列補償要素 １４・・・小さな遅れをもつ要素 １６・・・大きな遅れをもつ要素 １８・・・設定フィルタ ２０・・・フィードフォワード補償要素２２・・・ルー
プ補償要素 ２４・・・フィードバック補償要素 ２Ｇ・・・目ｆｉ　６ｆｒフィルり 特 許 出 願 人 富士電機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標値から所要の伝達関数を介して制御対象に伝
   達し所定の制御量を得ると共に外乱特性を抑制する調節
   器に対し目標値の設定変更による制御量の遅れを補償す
   る補償要素を付加した２自由度制御系において、 制御対象の逆特性とゲインとの和を伝達関数とする補償
   要素の出力を、前記調節器に対しフィードフォワード量
   として供給することを特徴とする２自由度制御系のゲイ
   ン決定方法。