JPH05216506A - 適応制御装置 - Google Patents

適応制御装置

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JPH05216506A
JPH05216506A JP1973692A JP1973692A JPH05216506A JP H05216506 A JPH05216506 A JP H05216506A JP 1973692 A JP1973692 A JP 1973692A JP 1973692 A JP1973692 A JP 1973692A JP H05216506 A JPH05216506 A JP H05216506A
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JP
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JP1973692A
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English (en)
Inventor
Toshikatsu Fujiwara
敏勝 藤原
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御性能を向上すると共に定常偏差を無く
し、かつ、既知外乱がプロセスに加わった場合の制御量
変動を効果的に抑制できるようにする。 【構成】 プロセス1に並行して伝達関数部9を設け、
その出力とプロセス1の制御量yp を加算した拡張プロ
セス制御量ya を規範モデル5の出力ym に追従させる
系において、モデル出力ym と制御量ya との偏差ez
を可変ゲインを介してフィードバックし、可変ゲインの
上流側に第1の位相進み補償器、プロセス1の直前に第
2の位相進み補償器を設ける。操作量と規範モデル5の
入力信号、及び既知外乱との対応関係を設定する関数発
生器を設け、規範モデル5の出力ym と制御量yp との
制御偏差ey が最小になる値を求め、その値を関数発生
器の出力側に設けた乗算器に掛けてフィードフォワード
信号とする。既知外乱を入力とする1次進み遅れ補償器
を設け、その出力を操作量算出の際の信号の一部とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプロセス、機械製品等に
適用される適応制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の適応制御装置の代表例を示
すものである。プロセス1は、既知外乱d(t)2及び
操作量u(t)3を入力とし、制御量yp (t)4を出
力する。ここで、制御量yp (t)4は、規範モデル5
の出力ym (t)6に追従する必要がある。なお、規範
モデル5の入力um (t)7は、別途、指令値として与
えられる。また、規範モデル5の第2の出力xm (t)
8は、規範モデル5の中間変数である。本来であれば制
御量yp (t)4と出力ym (t)6を比較して、その
制御偏差量を小さくするように操作量u(t)3を制御
するが、ここでは制御安定化のためにGb (s)なる伝
達関数部9をプロセス1に並行して配置し、制御量yp
(t)4とGb (s)なる伝達関数部9の出力10を加
算器11で加算した、所謂、拡張したプロセスの制御量
の値をya (t)12としたときの出力ym (t)6と
a (t)12の偏差ex (t)13を減算器14で求
めて、この偏差ez (t)13を小さくするための操作
量u(t)3を以下の手法で求めている。操作量u
(t)3を算出するための構成要素は、大きくは3つに
分けられる。その一つは、次の通りである。
【0003】減算器14から出力される偏差ex (t)
13を乗算器15,16の一方に入力し、乗算器15の
他方には後述の積分器17の出力KIe(t)18を入力
し、乗算器16の他方には後述の係数器19の出力KPe
(t)20を入力する。そして、乗算器15と乗算器1
6の各出力は加算器21に供給されて加算される。ここ
で、積分器17の出力KIe(t)18は、係数器22に
供給され、係数器22の出力は減算器23に接続され
る。そして、減算器23の出力は積分器17の入力とな
る。また、減算器23の片側には係数器24の出力が接
続される。係数器19及び係数器24の入力は共に乗算
器25の出力で、この乗算器25は偏差ex (t)13
と偏差ex (t)13が入力となる。
【0004】同様に、操作量u(t)3算出するための
二つ目の構成要素について説明する。規範モデル5の第
2の出力xm (t)8を乗算器26と乗算器27の入力
側の片側とし、乗算器26の他方には後述の積分器28
の出力KIx(t)29を入力とし、乗算器27の他方に
は後述の係数器30の出力KPx(t)31を入力する。
そして、乗算器26と乗算器27の各出力は加算器32
に供給され、加算される。ここで、積分器28の出力K
Ix(t)29は係数器33に供給され、係数器33の出
力は減算器34に接続される。そして、減算器34の出
力は積分器28の入力となる。また、減算器34の片側
には係数器35の出力が接続される。係数器30と係数
器35の入力はともに乗算器36の出力で、乗算器36
は偏差ex (t)13と規範モデル5の第2の出力xm
(t)8が入力となる。
【0005】三つ目の構成要素は、規範モデル5の第2
の入力um (t)7を乗算器37と乗算器38の入力側
の片側とし、乗算器37の他方には後述の積分器39の
出力KIu(t)40を入力とし、乗算器38の他方には
後述の係数器41の出力KPu(t)42を入力する。そ
して、乗算器37と乗算器38の各出力は、加算器43
に供給されて加算される。ここで、積分器39の出力K
Iu(t)40は係数器44に供給され、係数器44の出
力は減算器45に接続される。そして、減算器45の出
力は積分器39の入力となる。また、減算器45の片側
には係数器46の出力が接続される。係数器41と係数
器46の入力はともに乗算器47の出力で、乗算器47
は偏差ex (t)13と規範モデル5の入力um (t)
7が入力となる以上の各構成要素の加算器21、加算器
32及び加算器43の各出力は加算器48に接続され、
加算器48の出力が操作量u(t)3となる。
【0006】なお、Gb (s)なる伝達関数部9は、簡
単なケースでは1次遅れ要素でよく、同様に規範モデル
5も簡単なケースでは、1次遅れ要素の出力を出力ym
(t)6とし、そして出力ym (t)の微分値に相当す
る値を出力xm (t)8とすればよい。ここで、積分器
17、積分器28及び積分器39の各出力は最小値とし
て零またはそれ以上の正の値でリミットをかける必要が
ある。また、係数器19、係数器30及び係数器41の
各出力にも最小値として零またはそれ以上の正の値でリ
ミットをかける必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の適応制御装
置は、基本的には比例動作であり、制御性能の向上に限
界がある。また、定常偏差が残り好ましくない。
【0008】更に上記従来装置は、規範モデルの出力に
プロセスの制御量を追従させる場合は有効であるが、既
知外乱がプロセスに加わった場合の制御量の変動を抑制
する際には有効でない。
【0009】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、制御性能を向上できると共に定常偏差を無くし、か
つ、既知外乱がプロセスに加わった場合の制御量変動を
効果的に抑制できる適応制御装置を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る適応制御装
置は、プロセスに並行して操作量を入力とする伝達関数
部部を設けて、その出力とプロセスの制御量yp を加算
して得られる拡張したプロセスの制御量ya を規範モデ
ルの出力ym に追従させることを目標とした系におい
て、上記規範モデルの出力ym から拡張したプロセスの
制御量ya を差し引いた偏差ez を、可変ゲインを介し
てフィードバックする手段と、上記可変ゲインの上流側
に配置した第1の位相進み補償器と、上記プロセスの直
前に設けられた第2の位相進み補償器と、上記規範モデ
ルの入力信号と操作量の静的な対応関係、及び既知外乱
と操作量の静的な対応関係を設定する関数発生器と、上
記規範モデルの出力ym から上記プロセスの制御量yp
を差し引いた制御偏差ey が最小になるような値をオン
ラインで求め、その値を上記関数発生器の出力側に設け
た乗算器に掛けて、その値をフィードフォワード信号と
する手段と、既知外乱を入力として操作量算出用の信号
を発生する1次進み遅れ補償器とを備えたことを特徴と
するものである。
【0011】
【作用】第1の位相進み補償器を構成する微分要素によ
り、微分時間先の将来の偏差ex (t)を零にしようと
する操作量u(t)が求まる。また、最適な微分時間は
偏差ex (t)を早く零に近づけるための値として学習
機能により求められる。
【0012】また、第2の進み補償器をプロセスの直
前、つまり、制御則演算部の最後部に配置することによ
り、上流側の演算結果の制御量の有効度を増している。
即ち、一般にプロセスには遅れが伴うが、進み補償によ
りその遅れを小さくでき、制御量の有効度を増すことが
できる。
【0013】静的なフィードフォワード制御では、規範
モデルの入力信号と操作量の定常状態における関係を関
数発生器により設定する。同様に、既知外乱と操作量の
静的な対応関係を関数発生器により設定する。そして、
これらの関数発生器の出力を操作量を算出するための一
部の信号とする。これらにより、定常偏差の発生を抑
え、同時に、フィードフォワード補償により制御性能を
改善している。
【0014】上記フィードフォワード制御によっても、
設定がずれた場合には定常偏差が残るため、関数発生器
の出力側に乗算器を設けて、後述の学習機能によって得
られた値を掛ける。なお、学習機能部では制御偏差が零
になる値を学習機能により求める。
【0015】既知外乱がプロセスに加わった場合の制御
量の変動を抑制するため、パラメータ可変型の1次進み
遅れ補償器を配置する。そして、その補償器の入力は既
知外乱とし、出力は操作量を算出するための値を一部と
する。ここで、パラメータはオンラインにより偏差ex
(t)が小さくなる値として学習機能により求められ
る。また、補償器の符号は、既知外乱と制御量の間の伝
達特性の符号の逆の値を使用する。これらにより、既知
外乱がプロセスに加わった場合の制御量の変動が、補償
器により近似的に打消される。
【0016】以上で述べた学習機能とは、基本的には着
目する値を零にするために、主として比例動作と積分動
作により最適な値を求めることができる働きのあるもの
を指している。
【0017】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。本発明装置の回路構成を図1ないし図3にブロ
ック線図で示す。なお、符号1〜48は、図4に示した
従来装置と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【0018】まず、図1に示すように加算器48の入力
信号として、図2に示す加算器49の出力v1 (t)5
0を追加している。また、加算器48の出力をu
p (t)51とし、操作量u(t)3と区別している。
操作量u(t)3は、加算器48の出力up (t)51
以外に図2に示す加算器52の出力v2 (t)53がフ
ィードフォワード信号として加算器54で加えられ、更
に加算器55で位相進み補償器を構成する微分要素56
の出力が係数器57を介して加えられる。ここで、微分
要素56の入力は加算器54の出力である。なお、Gb
(s)なる伝達関数部9の入力は加算器48の出力up
(t)51である。
【0019】また、可変ゲインである乗算器15と乗算
器16の上流側には、位相進み補償器を構成する微分要
素58があり、その出力e′z (t)59を入力とする
乗算器60がある。そして、加算器61で乗算器60の
出力と偏差ex (t)13が加算され、その結果は乗算
器15と乗算器16に入力される。ここで、微分要素5
8の入力は、減算器14から出力される偏差ex (t)
13である。また、乗算器60の片側の入力は、図3に
おける加算器62の出力Kc (t)63とする。なお、
この加算器62の出力Kc (t)63の求め方について
は詳細を後述する。
【0020】次に、図2に示した1次進み遅れ補償器の
出力信号として取り出される加算器49の出力v
1 (t)50の求め方について説明する。図2に示すよ
うに伝達関数部(Gd (s))64を設ける。簡単な場
合としては、1次遅れ付微分要素(S(1+τS)-1
形で表わせる。ここで、Sはプラス演算子でτは定数で
ある)がそれに対応する。そして、入力を既知外乱d
(t)2としたときの出力w(t)65を得る。更に、
符号変換器66で出力w(t)65を符号変換して、−
w(t)67を得る。乗算器68と乗算器69の各入力
を−w(t)67とし、乗算器68の他方には図3で後
述する積分器70の出力KIw(t)71を入力し、乗算
器69の他方には後述の係数器72の出力KPw(t)7
3を入力する。そして、乗算器68と乗算器69の各出
力は、加算器74に供給されて加算される。
【0021】また、上記積分器70の出力KIw(t)7
1は図3に示すように係数器75に供給され、係数器7
5の出力は減算器76の−端子に入力される。そして、
減算器76の出力は積分器70の入力となる。また、減
算器76の+端子には、係数器77の出力が入力され
る。係数器72と係数器77には、ともに乗算器78の
出力が入力され、この乗算器78には図1の減算器14
から出力される偏差ex(t)13と図2の符号変換器
66から出力される−w(t)67が入力される。以上
の機能は1次進み遅れ補償器のパラメータが可変な場合
に相当する。
【0022】同様に、図2の符号変換器79で既知外乱
d(t)2を符号変換して−d(t)80を得、乗算器
81と乗算器82の各入力の一方に入力する。乗算器8
1の他方には図3で後述する積分器83の出力K
Id(t)84を入力し、乗算器82の他方には後述の係
数器85の出力KPd(t)86を入力とする。そして、
乗算器81と乗算器82の各出力は、加算器87で加算
される。ここで、図3に示す積分器83の出力K
Id(t)84は係数器88を介して減算器89の−端子
に入力される。そして、減算器89の出力は積分器83
の入力となる。また、減算器89の+端子には係数器9
0の出力が入力される。係数器85と係数器90にはと
もに乗算器91の出力が入力され、この乗算器91には
偏差ex (t)13と−d(t)80が入力となる。
【0023】更に、図2における加算器549の出力v
1 (t)50を算出するために、加算器74と加算器8
7の両出力を加算器49の入力とする。その結果、出力
1(t)50は加算器49の出力として得られる。
【0024】次に、図2の加算器52から取り出される
フィードフォワード信号v2 (t)53の求め方につい
て説明する。まず、関数発生器92で、既知外乱d
(t)2を入力したときの出力d*(t)93を得ると
共に、関数発生器94で、規範モデル5の入力u
m (t)7を入力したときの出力um *(t)95を得
る。
【0025】そして、乗算器96の片側の入力をd
*(t)93とし、他方には後述の加算器97(図3参
照)の出力Ka (t)98を入力する。同様に、乗算器
99の片側の入力をum *(t)95とし、他方には後
述の積分器100(図3参照)の出力Kd (t)101
を入力する。そして、乗算器96と乗算器99の両出力
は加算器52に供給され、その出力がv2 (t)53と
なる。ここで、図3に示す加算器97の入力は、定数発
生器102の出力と積分器103の出力である。また、
積分器103の出力は係数器104に供給され、係数器
104の出力は減算器105の−端子に入力される。そ
して、減算器105の出力は積分器103の入力とな
る。また、減算器105の+端子には、係数器106の
出力が入力される。係数器106の入力は乗算器107
の出力で、乗算器107は後述の制御偏差ey (t)1
08とum *(t)95が入力となる。同様に、積分器
100の入力には、係数器109の出力が入力され、係
数器109には乗算器110の出力が入力される。乗算
器110には、制御偏差ey (t)108と出力d
*(t)93が入力となる。ここで、制御偏差e
y (t)108は、図1における減算器111の出力
で、減算器111の入力は規範モデル5の出力y
m (t)6と制御量yp (t)4である。
【0026】最後に、位相進み回路の一部の乗算器60
(図1参照)の片側入力となるKc(t)63の求め方
を説明する。図3において、加算器62の入力は、値α
cの定数を発生できる定数発生器112の出力と積分器
113の出力である。また、積分器113の出力は、係
数器114を介して減算器115の−端子に入力され
る。そして、減算器115の出力は積分器113の入力
となる。また、減算器115の+端子には、係数器11
6の出力が入力される。この係数器116には乗算器1
17の出力が入力され、乗算器117には偏差e
x (t)13と微分要素58の出力e′z (t)59が
入力される。
【0027】なお、積分器70、積分器83及び積分器
100の各出力には最小値として零またはそれ以上の正
の値でリミットをかける必要がある。また、係数器72
と係数器85にも最小値として零またはそれ以上の正の
値でリミットをかける必要がある。
【0028】なお、積分器103の出力は、最小値とし
て定数発生器102の値にマイナスの符号をつけた値ま
たはそれ以上の値でリミットをかける必要があり、積分
器113の出力は、最小値として定数発生器112の値
にマイナスの符号をつけた値またはそれ以上の値でリミ
ットをかける必要がある。
【0029】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、微
分機能を付加することによって高制御性能が得られ、か
つ、最適な微分時間の値が学習機能によりオンラインで
求められるため、プロセスに経時変化があっても、常に
高制御性能が得られる。
【0030】また、位相進み補償器を制御則演算部の最
後部に配置したことにより、フィードバックループの安
定性が向上すると共に、静的なフィードフォワードの効
果が制御量に現れやすくなり、最終的には高制御性能が
得やすくなる。更に、静的なフィードフォワード部を設
けたことで、定常偏差が生じ難くなると共に、関数発生
器の設定がずれた場合でも、学習機能により修正が可能
で、常に定常偏差をなくすことができる。また、学習機
能付1次進み遅れ補償器を設けることにより、既知外乱
がプロセスに加わった場合の制御量変動を効果的に抑制
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る適応制御装置の一部を
示すブロック図。
【図2】同実施例における適応制御装置の他の一部を示
すブロック図。
【図3】同実施例における適応制御装置の更に他の一部
を示すブロック図。
【図4】従来の適応制御装置を示すブロック図。
【符号の説明】
1…プロセス、2…既知外乱d(t)、3…操作量u
(t)、4…制御量yp(t)、5…規範モデル、9…
伝達関数部Gb (s)、11…加算器、12…拡張した
プロセスの制御量ya (t)、13…偏差ex (t)、
14…減算器、15,16,26,27,37,38…
乗算器、17,28,39…積分器、19,22,2
4,30,33,35,41,44,46…係数器、2
1,32,43,48,49,52,54,55…加算
器、23,34,45…減算器、25,36,47…乗
算器、56,58…微分要素、57…係数器、60…乗
算器、61,62…加算器、64…伝達関数部G
d (s)、66,79…符号変換器、68,69,8
1,82…乗算器、70,83…積分器、71…出力K
Iw(t)、72,75,77,85,88,90…係数
器、74,87…加算器、76…減算器、78,91…
乗算器、89…減算器、92,94…関数発生器、9
6,99…乗算器、97…加算器、100,103,1
13…積分器、102,112…定数発生器、104,
106,109,114,116…係数器、105,1
11,115…減算器、107,110,117…乗算
器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プロセスに並行して操作量を入力とする
    伝達関数部を設けて、その出力とプロセスの制御量yp
    を加算して得られる拡張したプロセスの制御量ya を規
    範モデルの出力ym に追従させることを目標とした系に
    おいて、 上記規範モデルの出力ym から拡張したプロセスの制御
    量ya を差し引いた偏差ez を、可変ゲインを介してフ
    ィードバックする手段と、 上記可変ゲインの上流側に配置した第1の位相進み補償
    器と、 上記プロセスの直前に設けられた第2の位相進み補償器
    と、 上記規範モデルの入力信号と操作量の静的な対応関係、
    及び既知外乱と操作量の静的な対応関係を設定する関数
    発生器と、 上記規範モデルの出力ym から上記プロセスの制御量y
    p を差し引いた制御偏差ey が最小になるような値をオ
    ンラインで求め、その値を上記関数発生器の出力側に設
    けた乗算器に掛けて、その値をフィードフォワード信号
    とする手段と、 既知外乱を入力として操作量算出用の信号を発生する1
    次進み遅れ補償器と、 を具備したことを特徴とする適応制御装置。
JP1973692A 1992-02-05 1992-02-05 適応制御装置 Pending JPH05216506A (ja)

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