JPH0385602A - Fuzzy control device - Google Patents

Fuzzy control device

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JPH0385602A
JPH0385602A JP22356189A JP22356189A JPH0385602A JP H0385602 A JPH0385602 A JP H0385602A JP 22356189 A JP22356189 A JP 22356189A JP 22356189 A JP22356189 A JP 22356189A JP H0385602 A JPH0385602 A JP H0385602A
Authority
JP
Japan
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control
fuzzy
controlled object
value
manipulated variable
Prior art date
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Pending
Application number
JP22356189A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Ekusa
洋 江草
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0385602A publication Critical patent/JPH0385602A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To output a non-linear manipulated variable by summing the operated result of a linear control arithmetic part and correction quantity by a fuzzy inference arithmetic means, and outputting the sum as the manipulated variable to a controlled system. CONSTITUTION:A fuzzy controller 3 inputs deviation between a set value and an observed value and its differential value, and outputs the correction quantity to be added to the manipulated variable of a PID controller 1. Differentiation is executed by the daplacian operator 4. Accordingly, since basic configuration is designed by PID control, a control state is easy to grasp, and steady-state deviation near a neutral point is not caused as well. Further, if the control state changes greatly, the rule of the fuzzy controller 3 acts gradually. Thus, since the non-linear manipulated variable can be outputted by correcting the manipulated variable of linear control by using fuzzy inference, favorable control can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、 ファジィコントローラの制御技術に関L 
 PIDID制御線形制御手法にさらにきめ細やかな制
御を実現するファジィ制御装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field The present invention relates to control technology of a fuzzy controller.
The present invention relates to a fuzzy control device that realizes more fine-grained control in addition to the PIDID control linear control method.

従来の技術 ファジィ制御について説明する。ファジィ制御は、 第
8図に示すように制御観測値入力部101から得られる
人力情報 例えば制御偏差e及び、その変化率deと、
制御操作量出力部103から出力する操作量Uとの間の
関係を1f−then・・・規則として記述する場合、
次のような推論規則をファジィ推論規則記憶部104に
複数個用意する。
The conventional technology fuzzy control will be explained. Fuzzy control uses human power information obtained from the control observed value input section 101 as shown in FIG. 8, such as control deviation e and its rate of change de,
When describing the relationship between the manipulated variable U output from the control manipulated variable output unit 103 as a 1f-then... rule,
A plurality of inference rules as shown below are prepared in the fuzzy inference rule storage unit 104.

R1:IF e is ZOand de is PM
 THEN u is NM。
R1:IF e is ZO and de is PM
THEN u is NM.

R2:IF e is zOand de is PS
 THEN u is PS。
R2:IF e is zOand de is PS
THEN u is PS.

R3:IF  e  is  NS  and  de
  is  NS  THEN  u  is  zO
R3:IF e is NS and de
is NS THEN u is zO
.

R4:IF  e  is  NS  and  cu
e  is  PS  THEN  u  is  P
M。
R4: IF e is NS and cu
e is PS THEN u is P
M.

Rn:IF  e  is  NB  ancl  d
e  is  NB  THEN  u  is ZO
Rn:IF e is NB ancl d
e is NB THEN u is ZO
.

ただり、  Rj (j−1,2,3,4・・・n)は
ファジィ推論規則とする。
However, Rj (j-1, 2, 3, 4...n) is a fuzzy inference rule.

ここでif〜の部分を前件部then・・・の部分を後
件部と呼、S4  zO(Zero)、PM(Posi
tive Medium)及びNM(Negative
 Medium)などは規則の記述に用いる人力や出力
のファジイ数を表すラベルであり、ファジィ変数である
。第9図にその一例を示す。
Here, the part if~ is called the antecedent part, and the part then... is called the consequent part, and S4 zO (Zero), PM (Posi
tive Medium) and NM (Negative Medium)
Medium) is a label representing a fuzzy number of human power or output used to describe a rule, and is a fuzzy variable. An example is shown in FIG.

よく用いられるファジィ変数として、NB (負に大き
い)、NM(負に中位)、NS(負に小さい)。
Commonly used fuzzy variables are NB (negatively large), NM (negatively medium), and NS (negatively small).

20 (だイタイゼo)、PS(正に小サイ)、  P
M(正に中位)、PB(正に大きい)等がある。第10
図に推論規則を表したルールテーブルを示す。
20 (daitaise o), PS (exactly small rhinoceros), P
There are M (just medium), PB (just large), etc. 10th
The figure shows a rule table expressing inference rules.

次にファジィ推論演算部102の機能について述べる。Next, the functions of the fuzzy inference calculation section 102 will be described.

いま、人力情報e、 deに対する規則Rjの前件部の
適合度合ω」を求める方法を、 1番目の規則R1を例
にあげて説明する。ここでμzo(e)、μpm(de
)は前件命題のファジイ数Z○、PMに対する入力情報
e、 deのメンバシップ値を表す。いま第8図の制御
観測値入力部101からeo、 deoが入力されたと
すると、 (1) 1 = μzo(eo)A μpm(deo)
(ただLAはmin演算) そして規則R1の後件部の結論のファジイ数μmは、 
後件命題のファジイ数NMのメンバシップ値μnm(u
)を用いて次のように求まる。
Now, a method for determining the degree of conformity ω of the antecedent part of the rule Rj to the human power information e and de will be explained using the first rule R1 as an example. Here, μzo(e), μpm(de
) represents the membership value of the fuzzy number Z○ of the antecedent proposition and the input information e and de for PM. Assuming that eo and deo are input from the control observation value input unit 101 in FIG. 8, (1) 1 = μzo(eo)A μpm(deo)
(However, LA is a min operation) And the fuzzy number μm of the conclusion of the consequent part of rule R1 is
The membership value μnm(u
) can be found as follows.

μl−ωlAμnm(u) この様子を第11図に示す。実数値eOとdeoが観測
され μzo(eo)とμpm(deo)の適合度合か
ら後件部ファジィ変数NMをカット(min) シて、
μlを導出していることがわかる。
μl-ωlAμnm(u) This situation is shown in FIG. The real values eO and deo are observed, and the consequent fuzzy variable NM is cut (min) from the goodness of fit of μzo(eo) and μpm(deo).
It can be seen that μl is derived.

推論規則Rjは複数個あるので、すべての結論のファジ
イ数を結合したファジイ数は uT=μlVμ2vμ3v・・・Vpp(ただし ■は
max演算) 例として第12図に1番目の規則と2番目の規則のma
x演見 uT−μIVμ2 を示す。
Since there are multiple inference rules Rj, the fuzzy number that combines the fuzzy numbers of all the conclusions is uT = μlVμ2vμ3v...Vpp (However, ■ is a max operation) As an example, the first rule and the second rule are shown in Figure 12. ma of
x performance uT-μIVμ2 is shown.

このファジイ数uTは制御操作量を示す結論のファジイ
数である力交 実際の制御操作量uoは実数であるので
、以下に示す重み付き重心を採用すると、uo= (S
 u・μT(u) du) / (S μ、T(u) 
du)となり、第8図の制御操作量出力部t、Oaに出
力される。
This fuzzy number uT is a conclusive fuzzy number indicating the amount of control operation. Since the actual amount of control operation uo is a real number, if we adopt the weighted center of gravity shown below, uo = (S
u・μT(u) du) / (Sμ,T(u)
du) and is output to the control operation amount output section t, Oa in FIG.

一方、第13図は一般的な線形制御構成図である。 1
05は制御対象、 106は観測値のノイズ成分を除去
するフィル久 107は目標値と観測値との偏差を基に
制御対象を制御するコントローラ、 108は外乱を推
測計算する外乱演算部である。コントローラ1.0.7
i&  たとえばKc(1+1/sTi+5Td) Kcニゲイン Ti、Td:時定数 S、ラプラス演算子 のようにおけ4;UPID(比例+積分十微分)コント
ローラとなる。もし積分動作をいれれば定常偏差率が良
くなる反派 即応性、安定性が悪くなる。そのた△ 微
分要素を加えることによって、位相のおくれを改善し 
安定性を改善することが多い。一般にPID制御等線形
制御手法は設計方法が確立されており、見通しがたでや
すL1外乱は、 もし計算等により求めることができる
ならば その影響をなくすことができる。たとえば制御
対象105の逆特性を求取 外乱演算部■08で外乱を
相殺するのに必要な操作量を計算し制御対象105の入
力とすれば 理論上は制御系に外乱の影響は生じなt、
%  な抵 フィルタ106は移動平均法等 ディジタ
ルフィルタがよく用いられる。
On the other hand, FIG. 13 is a general linear control configuration diagram. 1
05 is an object to be controlled; 106 is a filter for removing noise components of observed values; 107 is a controller that controls the object to be controlled based on the deviation between the target value and the observed value; 108 is a disturbance calculation unit that estimates and calculates disturbances. controller 1.0.7
i & For example, Kc (1+1/sTi+5Td) Kc gain Ti, Td: time constant S, like Laplace operator 4: UPID (proportional+integral-sufficient differential) controller. If integral action is included, the steady-state error rate will improve, but the reaction response and stability will deteriorate. In addition, by adding a differential element, the phase lag can be improved.
Often improves stability. In general, design methods for linear control methods such as PID control have been established, and the effects of L1 disturbances that are easily foreseeable can be eliminated if they can be determined by calculation. For example, if the inverse characteristic of the controlled object 105 is obtained, and the disturbance calculation unit 08 calculates the amount of operation necessary to cancel the disturbance, and inputs it to the controlled object 105, then theoretically there will be no influence of the disturbance on the control system. ,
As the filter 106, a digital filter such as a moving average method is often used.

発明が解決しようとする課題 このような従来例によるPID制御装置においては 制
御対象が非線形の強いシステムの場合、適切な操作量を
出力することは困難であり、良好な制御は実現できな(
1また 外乱の予測計算をして操作量に加えて制御する
場合、定常状態では良好だ力丈 真の外乱の過度変化に
対して遅れを生じてしまし\ その結果PID制御が良
好に動作しなくなる。
Problems to be Solved by the Invention In such conventional PID control devices, when the controlled object is a highly nonlinear system, it is difficult to output an appropriate manipulated variable, and good control cannot be achieved (
1 Also, when controlling by predicting the disturbance and adding it to the manipulated variable, the force is good in a steady state, but there is a delay in response to the transient change in the true disturbance.As a result, the PID control does not work well. It disappears.

一方、従来のファジィ制御装置においては、 非線形な
操作量を出力することはできる力丈 ファジィ推論規則
をどのように決定すればよいかという課題がある。すな
わち多くの後件部ファジィ変数を制御操作量U軸上のど
こに設定するか見通しがつきにくく、ある程度の設計指
針が必要である。
On the other hand, in conventional fuzzy control devices, there is a problem of how to determine fuzzy inference rules that are capable of outputting nonlinear manipulated variables. That is, it is difficult to predict where on the control operation amount U axis to set many consequent part fuzzy variables, and a certain degree of design guidelines are required.

本発明は、 かかる点に鑑みてなされたもので、PID
制御の操作量に対してファジィ推論を用いて補正を行し
\ 非線形な操作量を出力することができるファジィ制
御装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and the present invention has been made in view of the above points.
It is an object of the present invention to provide a fuzzy control device capable of correcting a control manipulated variable using fuzzy inference and outputting a nonlinear manipulated variable.

また本発明ば 外乱計算等の遅れによって起こる操作量
の異常変化を監視し補正を行うファジィ制御装置を提供
することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a fuzzy control device that monitors and corrects abnormal changes in the manipulated variable caused by delays in disturbance calculation, etc.

課題を解決するための手段 請求項1記載の発明は 制御対象を線形モデルとして制
御系を構成する線形制御演算手段と、論理的制御則によ
って推論系を構成するファジィ推論演算手段とを備え 
前記線形制御演算手段(戴目標値と前記制御対象からの
観測値との偏差を人力として、単独でも前記制御対象を
制御できる演算結果を出力し 前記ファジィ推論演算手
段は前記偏差を入力として、前記線形制御演算結果の補
正量を出力し 前記線形制御演算手段の演算結果と前記
補正量をたし合わせて前記制御対象への操作量として出
力するように構成したことを特徴とする。
Means for Solving the Problems The invention according to claim 1 comprises linear control calculation means for constructing a control system using a linear model of a controlled object, and fuzzy inference calculation means for constructing an inference system using a logical control law.
The linear control calculation means (using the deviation between the target value and the observed value from the control object as human power, outputs a calculation result that can control the control object even by itself); It is characterized in that it is configured to output a correction amount of a linear control calculation result, and to add the calculation result of the linear control calculation means and the correction amount and output it as an operation amount to the controlled object.

前記ファジィ推論演算手段の人力にζよ 少なくとも制
御対象からの観測値の2階微分仇 あるいは制御対象か
らの観測値と目標値との偏差の2階微分値を用いるのが
好まし〜 請求項3記載の発明は 目標値と制御対象からの観測値
との偏差を入力として前記制御対象を制御する制御演算
手段と、制御対象に加わる外乱を計算してこの外乱によ
る影響を相殺する値を出力する外乱演算手段と、論理的
制御則によって推論系を構成するファジィ推論演算手段
とを(#え 前Q− 記制御演算結果と前記外乱演算結果をたし合わせて制御
対象への操作量とし 前記ファジィ推論演算手段は前記
操作量と制御対象からの観測値とを人力とし 制御状態
に異常があると推論したときのみ、 補正量を出力し操
作量にたし合わせるように構成したことを特徴とする 請求項4記載の発明は 水位を観測値とし 放流用ゲー
ト開度量を出力としてダムの水位を制御する制御演算手
段と、ダムに流れ込む流入量を計算し 前記流入量によ
る影響を相殺する値を出力する外乱演算手段と、論理的
制御則によって推論系を構成するファジィ推論演算手段
とを備え、 前記制御演算結果と前記外乱演算結果をた
し合わせて前記ゲート開度量とし 前記ファジィ推論演
算手段は前記ゲート開度量と前記水位とを入力とし制御
状態に異常があると推論したときの次 補正量を出力し
前記ゲート開度量にたし合わせるように構成したことを
特徴とする。
It is preferable to use at least the second-order differential value of the observed value from the controlled object, or the second-order differential value of the deviation between the observed value from the controlled object and the target value, for the human power of the fuzzy inference calculation means. The described invention includes a control calculation means for controlling the controlled object by inputting a deviation between a target value and an observed value from the controlled object, and for calculating a disturbance applied to the controlled object and outputting a value that offsets the influence of the disturbance. The disturbance calculation means and the fuzzy inference calculation means that configures an inference system based on logical control laws (#e) add the above control calculation result and the disturbance calculation result to obtain the operation amount for the controlled object. The inference calculation means is characterized in that it is configured to manually calculate the manipulated variable and the observed value from the controlled object, and output a correction amount and add it to the manipulated variable only when it is inferred that there is an abnormality in the control state. The invention according to claim 4 includes a control calculation means for controlling the water level of the dam by using the water level as an observed value and the opening amount of the discharge gate as an output, and calculating the amount of inflow flowing into the dam and outputting a value that offsets the influence of the amount of inflow. and a fuzzy inference arithmetic means that configures an inference system based on a logical control law; the fuzzy inference arithmetic means adds the control arithmetic result and the disturbance arithmetic result to obtain the gate opening amount; The present invention is characterized in that the gate opening amount and the water level are input, and when it is inferred that there is an abnormality in the control state, the next correction amount is outputted and added to the gate opening amount.

作   用 請求項1記載の発明は 線形制御演算手段に対0− して並列にファジィ推論演算手段を設けたことにより、
線形制御演算手段の制御操作量にファジィ推論演算手段
による補正量をたし合わせることができるので、良好な
制御を実現することができる。
Operation The invention according to claim 1 provides the fuzzy inference calculation means in parallel with the linear control calculation means,
Since the amount of correction by the fuzzy inference calculation means can be added to the control operation amount of the linear control calculation means, good control can be realized.

請求項3、4記載の発明(上 外乱等により遅れを持っ
た操作量変化と制御対象からの観測値の変化とをファジ
ィ推論を用いて監視・補正を行うことができるので、き
め細やかな制御対象の制御を行うことができる。
The invention according to claims 3 and 4 (1) Since changes in the manipulated variable with a delay due to disturbance etc. and changes in observed values from the controlled object can be monitored and corrected using fuzzy inference, fine-grained control is possible. It is possible to control the target.

実施例 第1図は、 本発明の第1実施例におけるファジィ制御
装置の構成図である。同図において、 1は目標値偏差
を人力とし 制御対象2への操作量を出力するPIDコ
ントローラ、 3はファジィコントローラ、 4は1階
微分を表すラプラス演算子である。
Embodiment FIG. 1 is a block diagram of a fuzzy control device in a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a PID controller that uses human power as the target value deviation and outputs the manipulated variable to the controlled object 2, 3 is a fuzzy controller, and 4 is a Laplace operator representing first-order differentiation.

以上のように構成された第1実施例の制御装置を用いて
、効率的に非線形な操作量を出力できることを説明する
It will be explained that a nonlinear manipulated variable can be efficiently output using the control device of the first embodiment configured as described above.

まず制御対象2を線形化して、従来手法である1 PIDコントローラ1を構成する。次にファジィコント
ローラ3を、ファジィ推論のルールテーブルを用いて作
成する。ファジィコントローラ3は目標値と観測値との
偏差と、その微分値とを人力とり、、PIDコントロー
ラlの操作量に加えるべき補正量を出力とする。微分は
ラプラス演算子4で行う。
First, the controlled object 2 is linearized to configure a 1 PID controller 1 using a conventional method. Next, a fuzzy controller 3 is created using a fuzzy inference rule table. The fuzzy controller 3 manually calculates the deviation between the target value and the observed value and its differential value, and outputs a correction amount to be added to the operation amount of the PID controller 1. Differentiation is performed using Laplace operator 4.

第2図にルールテーブルの1例を示す。入力は目標値偏
差とその微分値である。目標値偏差は式%式%() である。中立点付近のルールの値は零(Z○)にしであ
るので、PIDコントローラlが単独で制御を行う。ま
た制御状態が大きく変化すれは、 ルールの値が補正量
としてPIDコントローラlの出力にたし合わされ 制
御対象2を制御する。
FIG. 2 shows an example of the rule table. The inputs are the target value deviation and its differential value. The target value deviation is the formula % formula % (). Since the rule value near the neutral point is zero (Z○), the PID controller l performs control independently. Furthermore, if the control state changes significantly, the value of the rule is added to the output of the PID controller 1 as a correction amount to control the controlled object 2.

以上のように第1実施例によれば 基本的な構成はPI
D制御で設計しであるので、制御状況が把握し易く、中
立点付近の定常偏差もなLl  さらに制御状態が大き
く変化したときは、 ファジィコ2− ントローラ3のルールが除々に作用するので操作量が突
然変化して制御状態に悪影響を及ぼすこともなく良好な
制御系が構成できる。また ファジィ制御を単独で設計
するより、はるかに効率的であり、見通しも立ち易い。
As described above, according to the first embodiment, the basic configuration is PI
Since it is designed with D control, it is easy to understand the control situation, and there is no steady-state deviation near the neutral point.Furthermore, when the control state changes significantly, the rules of Fuzzyco 2-controller 3 come into play gradually, so the amount of operation is reduced. A good control system can be constructed without any sudden changes in the control state having an adverse effect on the control state. It is also much more efficient and predictable than designing fuzzy control alone.

第3図は、 本発明の第2実施例におけるファジィ制御
装置の構成図である。同図において、 5は目標値偏差
を入力とし 制御対象6への操作量を出力するPIDコ
ントローラ、 7はファジィコントローラ、 8は2階
微分を表すラプラス演算子である。
FIG. 3 is a block diagram of a fuzzy control device in a second embodiment of the present invention. In the figure, 5 is a PID controller that receives the target value deviation as input and outputs the manipulated variable to the controlled object 6, 7 is a fuzzy controller, and 8 is a Laplace operator representing second-order differentiation.

以上のように構成された第2実施例のファジィ制御装置
を用いて、目標値変化に対して即応性の良い制御系が得
られることを説明する。
It will be explained that by using the fuzzy control device of the second embodiment configured as described above, a control system that can quickly respond to changes in the target value can be obtained.

まず制御対象6を線形化して、従来手法であるPIDコ
ントローラ5を構成する。次にファジィコントローラ7
を、ファジィ推論のルールテーブルを用いて作成する。
First, the controlled object 6 is linearized to configure the conventional PID controller 5. Next, fuzzy controller 7
is created using a fuzzy inference rule table.

ファジィコントローラ7は目標値と観測値との偏差と、
その2階微分値とを入力とL  PIDコントローラ5
の操作量に加え3− るべき補正量を出力とする。微分は2階微分ラプラス演
算子8で行う。
The fuzzy controller 7 detects the deviation between the target value and the observed value,
Input the second derivative value and L PID controller 5
In addition to the manipulated variable, the 3-power correction amount is output. Differentiation is performed using a second-order differential Laplace operator 8.

第4図にルールテーブルの1例を示す。入力には目標値
と観測値との偏差(目標値偏差)とその2階微分値を用
いる。目標値偏差が正 すなわち、(目標値偏差)−(
目標値)−(観測値)〉0のときで、目標値偏差の2階
微分値が負のときには、 正の補正量がPID出力に付
加される。
FIG. 4 shows an example of the rule table. The deviation between the target value and the observed value (target value deviation) and its second-order differential value are used as input. Target value deviation is positive, that is, (target value deviation) - (
When target value)-(observed value)>0 and the second-order differential value of the target value deviation is negative, a positive correction amount is added to the PID output.

また 目標値偏差が負、すなわち、 (目標値偏差)−(目標値)−(観測値)〈0のときで
、目標値偏差が2階微分値が正のときには 負の補正量
がPID出力に付加される。その他は補正量は零とする
Also, when the target value deviation is negative, that is, (target value deviation) - (target value) - (observed value) <0, and the second derivative value of the target value deviation is positive, a negative correction amount is sent to the PID output. will be added. For other cases, the correction amount is set to zero.

2階微分値は加速度量を表すので、これを補正量とする
ことにより、より過渡応答に強い制御系を構成すること
ができる。
Since the second-order differential value represents the amount of acceleration, by using this as the correction amount, it is possible to configure a control system that is more resistant to transient response.

式で表すと次のようになる。Expressed as a formula, it is as follows.

G(t)   =  PID(t)   十  F(t
)G(t):時刻tの制御対象への操作量PID(t)
:時刻tのPIDコントローラ出力4 F(t)時刻tのファジィコントローラ出力(補正働第
5図のようにステップ応答を計測すると、PID制御の
みのときに比べて補正量を加えた場合の方が立ち上がり
が早くなり、さらに整定時間も短縮される。
G(t) = PID(t) 10 F(t
)G(t): Operation amount PID(t) to the controlled object at time t
: PID controller output at time t 4 F(t) Fuzzy controller output at time t (correction function) When the step response is measured as shown in Figure 5, the result is better when the correction amount is added than when using only PID control. Start-up is faster and settling time is also shortened.

以上のように第2実施例によれば 基本的な構成はPI
D制御で設計しであるので、制御状況が把握し易く、中
立点付近の定常偏差もなl、%  さらに観測値の2階
微分値を用いてファジィ推論の補正量を決定することに
よって即応性のある制御系を構成することができる。ま
た制御状態が大きく変化したときCヨ  ファジィコン
トローラ7のルールが除々に作用するので操作量が突然
変化して制御状態に悪影響を及ぼすこともなく良好な制
御系が構成できる。
As described above, according to the second embodiment, the basic configuration is PI
Since it is designed with D control, it is easy to understand the control situation, and there is no steady-state deviation near the neutral point.Furthermore, the second-order differential value of the observed value is used to determine the correction amount for fuzzy inference, making it possible to quickly respond. It is possible to construct a control system with Further, when the control state changes significantly, the rules of the C-fuzzy controller 7 are gradually applied, so that a good control system can be constructed without any sudden changes in the manipulated variable having an adverse effect on the control state.

第6図は 本発明の第3実施例におけるファジィ制御装
置の構成図である。同図において、 9は制御対象を制
御するPIDコントローラ、 10は制御対象であるダ
k  11はファジィコントローラ、 12は上流ダム
あるいは河川からダム10へ5− 流れ込む水量、すなわち外乱を求める流入量演算部であ
る。
FIG. 6 is a block diagram of a fuzzy control device in a third embodiment of the present invention. In the figure, 9 is a PID controller that controls the controlled object, 10 is the controlled object, 11 is a fuzzy controller, and 12 is an inflow amount calculation unit that calculates the amount of water flowing into the dam 10 from the upstream dam or river, that is, the disturbance. It is.

以上のように構成された第3実施例の制御装置を用いて
、制御状態を監視し補正を行う手順を説明する。
A procedure for monitoring and correcting the control state using the control device of the third embodiment configured as described above will be explained.

第6図でファジィコントローラ11がない場合を考えて
みる。PIDコントローラ9はダム水位を目標水位にす
べく制御を行っている。ダム1゜には上流からの流入量
(外乱)があり、この変動が水位を乱す原因となってい
る。そこで流入量演算部12を用いて、水位変化とゲー
トからの放出量とから流入量を計算によって求△ その
結果をゲート開度に作用させれば まり外乱に頑強にな
るはずである。しかし実際は流入量計算に遅れがあるの
で、真の流入量に加速度的な変化あるときに偏差を生じ
る。
Consider the case in which the fuzzy controller 11 is not present in FIG. The PID controller 9 performs control to bring the dam water level to the target water level. Dam 1° has an inflow (disturbance) from upstream, and this fluctuation causes disturbances in the water level. Therefore, by using the inflow amount calculation unit 12, the inflow amount is calculated from the water level change and the amount released from the gate.△ If the result is applied to the gate opening degree, it should become more robust against disturbances. However, in reality, there is a delay in calculating the inflow, so deviations occur when there is an accelerated change in the true inflow.

そこで、第6図のようにファジィコントローラ11を配
置する。ファジィコントローラ11の入力は目標水位と
現在水位との偏差と、ゲート開度である。出力はゲート
開度に付加する補正量であ6− 第7図(a)〜(d)を併用して更に詳しくファジィコ
ントローラ11の作用を説明する。第7図(a)は現在
ダム水位が目標ダム水位よりも高いときに適用されるル
ールテーブルである。ルールテーブル内でZO(零)の
部分は補正量が零でPIDコントローラ9のみの制御と
なる。制御状態が異常であるのは、 第7図(b)のよ
うにダムの水位が上昇傾向にあるのにもかかわらず、ゲ
ート開度が減少傾向にあるときで、本来は放流量を増大
させるた吹 ゲート開度は増大傾向にあるべきである。
Therefore, the fuzzy controller 11 is arranged as shown in FIG. The inputs of the fuzzy controller 11 are the deviation between the target water level and the current water level and the gate opening degree. The output is a correction amount added to the gate opening degree.The operation of the fuzzy controller 11 will be explained in more detail using FIGS. 7(a) to 7(d). FIG. 7(a) is a rule table that is applied when the current dam water level is higher than the target dam water level. In the ZO (zero) part in the rule table, the correction amount is zero and is controlled only by the PID controller 9. The control condition is abnormal when, as shown in Figure 7 (b), the gate opening is decreasing even though the water level in the dam is increasing, and the amount of water discharged should normally be increasing. The gate opening should be on an increasing trend.

この異常状態をルールテーブルで示すと、第7図(a)
のZ○以外の部分である。これらをPIDコントローラ
9に付加することによって、最終的なゲート開度とする
。式で示すと次のようである。
This abnormal state is shown in a rule table as shown in Figure 7(a).
This is the part other than Z○. By adding these to the PID controller 9, the final gate opening degree is determined. The formula is as follows.

G(t) = PID(t) + F(t)C(t):
時刻tのゲート開度 PID(t):時刻tのPIDコントローラ出力F(t
):時刻tのファジィコントローラ出カフ− 補正量F(t)だけゲート開度が開くので異常状態を回
避することができる。
G(t) = PID(t) + F(t)C(t):
Gate opening degree PID(t) at time t: PID controller output F(t) at time t
): fuzzy controller output cuff at time t Since the gate opening is opened by the correction amount F(t), an abnormal state can be avoided.

第7図(c)は現在ダム水位が目標ダム水位よりも低い
ときに適用されるルールテーブルである。
FIG. 7(c) is a rule table that is applied when the current dam water level is lower than the target dam water level.

基本的な動作は同じである。ルールテーブル内でZO(
零)の部分は補正量が零でPIDコントローラ9のみの
制御となる。制御状態が異常であるのは、 第7図(d
)のようにダムの水位が減少傾向にあるのにもかかわら
ず、ゲート開度が増大傾向にあるときで、本来は放流量
を減少させるたムゲート開度は減少傾向にあるべきであ
る。この異常状態をルールテーブルで示すと、第7図(
C)のZO以外の部分である。これらをPIDコントロ
ーラ9に付加することによって、最終的なゲート開度と
する。
The basic operation is the same. In the rule table, select ZO (
In the part (0), the correction amount is zero and only the PID controller 9 is controlled. The control state is abnormal as shown in Figure 7 (d
), even though the water level in the dam is decreasing, the gate opening is increasing, and the gate opening, which reduces the discharge amount, should be decreasing. This abnormal state is shown in a rule table as shown in Figure 7 (
This is the part other than ZO in C). By adding these to the PID controller 9, the final gate opening degree is determined.

以上のように 第3実施例によれば ファジィ推論によ
って操作量と制御対象からの観測値との関係をきめ細や
かに監視することができる。また同様に補正量もなめら
かに出力することができるので、異常状態からすみやか
に復帰できる。
As described above, according to the third embodiment, the relationship between the manipulated variable and the observed value from the controlled object can be monitored in detail using fuzzy inference. Similarly, since the correction amount can be output smoothly, it is possible to quickly recover from an abnormal state.

8− 発明の詳細 な説明したように 本発明のファジィ制御装置によると
、線形制御の操作量に対してファジィ推論を用いて補正
を行し\ 非線形な操作量を出力することができるので
、良好な制御を実現することができ、また同時にファジ
ィ推論を単独で設計する必要がないので、手間を大幅に
省くことができる。
8- As described in detail of the invention, according to the fuzzy control device of the present invention, the manipulated variable of linear control can be corrected using fuzzy inference and a non-linear manipulated variable can be output, so At the same time, since it is not necessary to design fuzzy inference independently, it is possible to significantly save time and effort.

また 外乱計算等の遅れによって起こる操作量の異常変
化を監視し補正を行うことによって、同様に良好な制御
を実現することができる。
Similarly, good control can be achieved by monitoring and correcting abnormal changes in the manipulated variable caused by delays in disturbance calculations, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1実施例におけるファジィ応答阻 
第6図は本発明の第3実施例におけるファジィ制御装置
の構成阻 第7図(a)〜(d)は同ファジィ推論のル
ールテーブルとダム水位と9− ゲート開度の関係を対照して示した説明は 第8図は従
来例におけるファジィ制御装置の構成阻第11@ 第1
2図はファジィ推論演算を説明するための@ 第13図
は従来例における線形制御系の構成図である。 1、5、9・・・PIDコントローラ、 2、6、10
・・・制御対象、 3、7、11・・・ファジィコント
ローラ、 12・・・流入量推測計算訛
FIG. 1 shows fuzzy response inhibition in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows the configuration of the fuzzy control device in the third embodiment of the present invention. The explanation shown in Fig. 8 is the structure of the fuzzy control device in the conventional example.
Figure 2 is for explaining the fuzzy inference calculation @ Figure 13 is a block diagram of a linear control system in a conventional example. 1, 5, 9...PID controller, 2, 6, 10
... Controlled object, 3, 7, 11 ... Fuzzy controller, 12 ... Inflow amount estimation calculation accent

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)制御対象を線形モデルとして制御系を構成する線
形制御演算手段と、論理的制御則によって推論系を構成
するファジィ推論演算手段とを備え、前記線形制御演算
手段は、目標値と前記制御対象からの観測値との偏差を
入力として、単独でも前記制御対象を制御できる演算結
果を出力し、前記ファジィ推論演算手段は、前記偏差を
入力として、前記線形制御演算結果の補正量を出力し、
前記線形制御演算手段の演算結果と前記補正量をたし合
わせて前記制御対象への操作量として出力するように構
成したことを特徴とするファジィ制御装置。
(1) A linear control calculation means that configures a control system using a linear model of a controlled object, and a fuzzy inference calculation unit that configures an inference system based on a logical control law, and the linear control calculation unit is configured to calculate the target value and the control The fuzzy inference calculation means receives the deviation from the observed value from the object as input and outputs a calculation result that can control the control object even if it is used alone, and the fuzzy inference calculation means takes the deviation as input and outputs a correction amount of the linear control calculation result. ,
A fuzzy control device characterized in that the calculation result of the linear control calculation means and the correction amount are added together and outputted as a manipulated variable to the controlled object.
(2)ファジィ推論演算手段の入力に少なくとも制御対
象からの観測値の2階微分値、あるいは制御対象からの
観測値と目標値との偏差の2階微分値を用いたことを特
徴とする請求項1記載のファジィ制御装置。
(2) A claim characterized in that at least a second-order differential value of an observed value from a controlled object, or a second-order differential value of a deviation between an observed value from a controlled object and a target value is used as an input to the fuzzy inference calculation means. The fuzzy control device according to item 1.
(3)目標値と制御対象からの観測値との偏差を入力と
して前記制御対象を制御する制御演算手段と、制御対象
に加わる外乱を計算してこの外乱による影響を相殺する
値を出力する外乱演算手段と、論理的制御則によって推
論系を構成するファジィ推論演算手段とを備え、前記制
御演算結果と前記外乱演算結果をたし合わせて制御対象
への操作量とし、前記ファジィ推論演算手段は前記操作
量と制御対象からの観測値とを入力とし、制御状態に異
常があると推論したときのみ、補正量を出力し操作量に
たし合わせるように構成したことを特徴とするファジィ
制御装置。
(3) A control calculation means that controls the controlled object by inputting the deviation between the target value and the observed value from the controlled object, and a disturbance that calculates a disturbance applied to the controlled object and outputs a value that offsets the influence of this disturbance. and a fuzzy inference arithmetic means that configures an inference system based on a logical control law, the control arithmetic result and the disturbance arithmetic result are added together as a manipulated variable for the controlled object, and the fuzzy inference arithmetic means A fuzzy control device configured to receive the manipulated variable and the observed value from the controlled object as input, and output a correction amount and add it to the manipulated variable only when it is inferred that there is an abnormality in the control state. .
(4)水位を観測値とし、放流用ゲート開度量を出力と
してダムの水位を制御する制御演算手段と、ダムに流れ
込む流入量を計算してこの流入量による影響を相殺する
値を出力する外乱演算手段と、論理的制御則によって推
論系を構成するファジィ推論演算手段とを備え、前記制
御演算結果と前記外乱演算結果をたし合わせて前記ゲー
ト開度量とし、前記ファジィ推論演算手段は前記ゲート
開度量と前記水位とを入力とし、制御状態に異常がある
と推論したときのみ、補正量を出力し前記ゲート開度量
にたし合わせるように構成したことを特徴とするファジ
ィ制御装置。
(4) A control calculation means that controls the water level of the dam by using the water level as an observed value and the opening amount of the discharge gate as an output, and a disturbance that calculates the amount of inflow flowing into the dam and outputs a value that offsets the influence of this amount of inflow. and a fuzzy inference arithmetic means that configures an inference system based on a logical control law, the control arithmetic result and the disturbance arithmetic result are added together to obtain the gate opening amount, and the fuzzy inference arithmetic means A fuzzy control device configured to receive an opening amount and the water level as input, and output a correction amount and add it to the gate opening amount only when it is inferred that there is an abnormality in the control state.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6961627B2 (en) * 2001-12-28 2005-11-01 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Control system

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