JPH05233007A - 可変構造pi制御装置 - Google Patents
可変構造pi制御装置Info
- Publication number
- JPH05233007A JPH05233007A JP3055792A JP3055792A JPH05233007A JP H05233007 A JPH05233007 A JP H05233007A JP 3055792 A JP3055792 A JP 3055792A JP 3055792 A JP3055792 A JP 3055792A JP H05233007 A JPH05233007 A JP H05233007A
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- JP
- Japan
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- gain
- deviation
- controller
- proportion
- integration
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 制御対象に指示値として入力される設定入力
と該制御対象との偏差をP(比例)及びI(積分)補償
することにより、制御対象の動作を安定化するPI制御
装置において、比例ゲイン(KP )および積分ゲイン
(KI )を可変とすることにより制御対象のパラメータ
変動に対してロバストな制御を実現する。 【構成】 eと比例ゲインKP ,積分ゲインKI とを格
別な関係式 【数1】KP =KP 1 −KP 2 exp (−KP 3 |e|)
----(1) KI =KI 1 exp (−KI 2 |e|) ----
(2) により変化させるようにしたものであって、e=0の近
辺では比例ゲインKP を小さくし、積分ゲインKI を大
きくすることから、指令変化や持続外乱に対して安定で
高応答な修正ができる。また、偏差eの大きい領域で
は、比例ゲインKPを大きくし、積分ゲインKI を小さ
くすることで、高応答な修正ができる。
と該制御対象との偏差をP(比例)及びI(積分)補償
することにより、制御対象の動作を安定化するPI制御
装置において、比例ゲイン(KP )および積分ゲイン
(KI )を可変とすることにより制御対象のパラメータ
変動に対してロバストな制御を実現する。 【構成】 eと比例ゲインKP ,積分ゲインKI とを格
別な関係式 【数1】KP =KP 1 −KP 2 exp (−KP 3 |e|)
----(1) KI =KI 1 exp (−KI 2 |e|) ----
(2) により変化させるようにしたものであって、e=0の近
辺では比例ゲインKP を小さくし、積分ゲインKI を大
きくすることから、指令変化や持続外乱に対して安定で
高応答な修正ができる。また、偏差eの大きい領域で
は、比例ゲインKPを大きくし、積分ゲインKI を小さ
くすることで、高応答な修正ができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPI制御装置に係り、特
に可変構造PI制御において各ゲインを特長ある連続な
形で可変にすることにより、制御対象の各パラメータの
変動に対しロバストな制御系をなす、可変構造PI制御
装置に関するものである。
に可変構造PI制御において各ゲインを特長ある連続な
形で可変にすることにより、制御対象の各パラメータの
変動に対しロバストな制御系をなす、可変構造PI制御
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的な電動機制御系を例にとり記述す
る。図5はPI制御系の従来例を示すもので、1はPI
制御装置、2は制御対象である。ここに、Rは設定入
力,Yは状態量であり、したがって速度制御系では、R
が速度指令,Yが速度検出出力である。
る。図5はPI制御系の従来例を示すもので、1はPI
制御装置、2は制御対象である。ここに、Rは設定入
力,Yは状態量であり、したがって速度制御系では、R
が速度指令,Yが速度検出出力である。
【0003】すなわち、設定入力Rと状態量Yとの偏差
eをPI補償要素を通して制御対象に印加することによ
り、速度制御系を安定化している。その一般的な安定化
調整としては、慣性Jが大きいほど比例ゲインKP を大
きくし、それに応じて積分ゲインKI も大きくすること
により達成される。このように、通常はPI補償要素を
図示のごとく直列に挿入し、制御対象に応じた比例ゲイ
ンKP および積分ゲインKI を調整することにより安定
化を図っている。なお、図中制御対象2の中のDは粘性
抵抗であり、Kは例えばパワーアクチュエータのトルク
発生係数である動作係数を示す。また、図中PI制御装
置1内のMは該PI制御装置の出力を示している。
eをPI補償要素を通して制御対象に印加することによ
り、速度制御系を安定化している。その一般的な安定化
調整としては、慣性Jが大きいほど比例ゲインKP を大
きくし、それに応じて積分ゲインKI も大きくすること
により達成される。このように、通常はPI補償要素を
図示のごとく直列に挿入し、制御対象に応じた比例ゲイ
ンKP および積分ゲインKI を調整することにより安定
化を図っている。なお、図中制御対象2の中のDは粘性
抵抗であり、Kは例えばパワーアクチュエータのトルク
発生係数である動作係数を示す。また、図中PI制御装
置1内のMは該PI制御装置の出力を示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、比例ゲ
インKP を大きくすると定常状態ではノイズや検出リッ
プル等の影響で不安定になり易く、また積分ゲインKI
を大きくすると、設定入力のステップ変化に際し速度の
オーバーシュートが発生し好ましくない。
インKP を大きくすると定常状態ではノイズや検出リッ
プル等の影響で不安定になり易く、また積分ゲインKI
を大きくすると、設定入力のステップ変化に際し速度の
オーバーシュートが発生し好ましくない。
【0005】比例ゲインKP ,積分ゲインKI を電動機
等の運転状態に応じて変化する必要があるが、一般に比
例ゲインKP ,積分ゲインKI は可変抵抗等で手動の調
整を行うものとなるため、瞬時の例えば電動機状態に応
じた調整は不可能である。
等の運転状態に応じて変化する必要があるが、一般に比
例ゲインKP ,積分ゲインKI は可変抵抗等で手動の調
整を行うものとなるため、瞬時の例えば電動機状態に応
じた調整は不可能である。
【0006】さらに、積分ゲインKI を偏差eの変化に
応じて変化する方法もあり、これは積分ゲインKI が固
定の場合よりは高性能なものとなるものの、慣性Jや粘
性係数Dの変動に十分対応できない。また、より高速応
答をさせようとすれば、微分補償要素を別に追加する必
要があるが、これはノイズ等の影響を受け易く、安定化
に苦労するのが常であった。
応じて変化する方法もあり、これは積分ゲインKI が固
定の場合よりは高性能なものとなるものの、慣性Jや粘
性係数Dの変動に十分対応できない。また、より高速応
答をさせようとすれば、微分補償要素を別に追加する必
要があるが、これはノイズ等の影響を受け易く、安定化
に苦労するのが常であった。
【0007】かくのごとく、現在、比例ゲインKP や積
分ゲインKI を運転状態に応じて最適に調整する装置が
なく、したがって、試運転調整員が現地に行ってその都
度苦労して調整しているのが現状である。
分ゲインKI を運転状態に応じて最適に調整する装置が
なく、したがって、試運転調整員が現地に行ってその都
度苦労して調整しているのが現状である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
点に鑑みてなされたものであって、設定入力と制御対象
の状態量との偏差eに対して、比例ゲインKP ,積分ゲ
インKI とを格別な関係式により変化させ、運転状態を
変化させるようにしたものである。すなわち、比例ゲイ
ン(KP )および積分ゲイン(KI )を、次の関係式
点に鑑みてなされたものであって、設定入力と制御対象
の状態量との偏差eに対して、比例ゲインKP ,積分ゲ
インKI とを格別な関係式により変化させ、運転状態を
変化させるようにしたものである。すなわち、比例ゲイ
ン(KP )および積分ゲイン(KI )を、次の関係式
【数3】KP =KP 1 −KP 2 exp (−KP 3 |e|) KI =KI 1 exp (−KI 2 |e|) ここにeは偏差を表し、KP 1 ,KP 2 ,KP 3 ,KI
1 ,KI 2 は正の定数である。により変化させることを
特徴とする。
1 ,KI 2 は正の定数である。により変化させることを
特徴とする。
【0009】さらに、前記式内で
【数4】KI 1 ≒3(KP 1 −KP 2 ) の関係にKI 1 ,KP 1 ,KP 2 の各定数を選定したこ
とを特徴とする。なおこの場合の比例ゲインKP ,積分
ゲインKI の最小値や、他のパラメータはシステムの安
全条件より決められる。
とを特徴とする。なおこの場合の比例ゲインKP ,積分
ゲインKI の最小値や、他のパラメータはシステムの安
全条件より決められる。
【0010】
【作用】図1は本発明の理解を容易にするために図5に
類して示したもので、3は可変構造PI制御装置であっ
て、図5に示したPI制御装置の比例ゲインKP と積分
ゲインKI とを可変構造としたものである。図中、図5
と同一符号のものは同一機能を有する部分を示す。つぎ
に本発明に係る可変構造PI制御装置3を説明する。
類して示したもので、3は可変構造PI制御装置であっ
て、図5に示したPI制御装置の比例ゲインKP と積分
ゲインKI とを可変構造としたものである。図中、図5
と同一符号のものは同一機能を有する部分を示す。つぎ
に本発明に係る可変構造PI制御装置3を説明する。
【0011】比例ゲインKP と積分ゲインKI の設定の
基本的な考え方は、偏差eが小さい時は積分ゲインKI
を大きくし、比例ゲインKP を小さくする。また、偏差
eが大きい時は積分ゲインKI を小さくし、比例ゲイン
KP を大きくする点にある。すなわちe→0になり定常
状態に近くなったときは積分動作を主体にして安定な運
転をし、一方e→大になる状態としての過渡状態では比
例動作を主体にした制御をし、修正動作を早くするよう
にしている。
基本的な考え方は、偏差eが小さい時は積分ゲインKI
を大きくし、比例ゲインKP を小さくする。また、偏差
eが大きい時は積分ゲインKI を小さくし、比例ゲイン
KP を大きくする点にある。すなわちe→0になり定常
状態に近くなったときは積分動作を主体にして安定な運
転をし、一方e→大になる状態としての過渡状態では比
例動作を主体にした制御をし、修正動作を早くするよう
にしている。
【0012】その関係を図示すると図2のごとくであ
る。ここに比例ゲインKP および積分ゲインKI を下記
式(1), (2)にとる。
る。ここに比例ゲインKP および積分ゲインKI を下記
式(1), (2)にとる。
【数5】 KP =KP 1 −KP 2 exp (−KP 3 |e|) ----(1) KI =KI 1 exp (−KI 2 |e|) ----(2) ここにeは偏差を表し、KP 1 ,KP 2 ,KP 3 ,KI
1 ,KI 2 は正の定数である。
1 ,KI 2 は正の定数である。
【0013】次に、各定数をどのように選定するかを述
べる。これはこの可変構造PI制御の安定性の点から決
めるものである。非線形であるので、リアプノフ函数よ
り安定性を求める。
べる。これはこの可変構造PI制御の安定性の点から決
めるものである。非線形であるので、リアプノフ函数よ
り安定性を求める。
【0014】偏差eの時間微分de/dt及びPI制御
装置の出力Mの時間微分dM/dtの関係式は、図5よ
り
装置の出力Mの時間微分dM/dtの関係式は、図5よ
り
【数6】 KP de/dt+KI e=dM/dt ----(3) J(−de/dt)+D(R−e)=MK ----(4) 式(4) より
【数7】 de/dt=(1/J){D(R−e)−KM} ----(5) 故に、式(3) は
【数8】 dM/dt=(KP /J){D(R−e)−KM}+KI e --(6) リアプノフ函数として、
【数9】 V(M,e)=(1/2)(M2 +e2 ) ----(7) dV/dt=MdM/dt+ede/dt ----(8) 故に、
【数10】 dV/dt=−(KKP /J)M2 +{KI −(D/J)KP −K/J}Me −(D/J)de/dt +{(DKP /J)M+(D/J)e}R ----(9)
【0015】上式より、Vは常に正であり式(9) のdV
/dtが負になるように各定数を選定すれば制御系は安
定になる。式(9) において比例ゲインKP と積分ゲイン
KIを式(1), (2)のように選定し、図2におけるKI 1
と(KP 1 −KP 2 )の関係を3:1位にとると、パラ
メータとしての動作係数K,慣性J及び粘性抵抗Dの通
常の変動に対するロバスト性は確保できる。
/dtが負になるように各定数を選定すれば制御系は安
定になる。式(9) において比例ゲインKP と積分ゲイン
KIを式(1), (2)のように選定し、図2におけるKI 1
と(KP 1 −KP 2 )の関係を3:1位にとると、パラ
メータとしての動作係数K,慣性J及び粘性抵抗Dの通
常の変動に対するロバスト性は確保できる。
【0016】
【実施例】図3は本発明による可変構造PI制御装置の
主要部の一実施例を示すハード構成図であり、図4はそ
のソフトフロー図である。
主要部の一実施例を示すハード構成図であり、図4はそ
のソフトフロー図である。
【0017】すなわち、図1における演算を行う場合、
まず設定入力Rと、例えば速度,位置等の状態量Yとの
偏差eを検出し、その値に応じて、式(1),(2) にを用い
て図2に示すごとき比例ゲインKP と積分ゲインKI を
演算し、時々刻々の制御を行う。
まず設定入力Rと、例えば速度,位置等の状態量Yとの
偏差eを検出し、その値に応じて、式(1),(2) にを用い
て図2に示すごとき比例ゲインKP と積分ゲインKI を
演算し、時々刻々の制御を行う。
【0018】図3において、CPUに関しては、汎用C
PUでも本発明の可変構造PI制御装置を実現できる
が、より高速な応答を要する場合はディジタル・シグナ
ル・プロセッサ(DSP)を用いれば、数10μsのサン
プリングタイムで実現できる。ROM,RAMはメモリ
素子であり、D−I/Oはディジタル入出力であって、
PG出力等が入力される。Analogue−I/Oは速度指令
等の設定入力等を入力する。
PUでも本発明の可変構造PI制御装置を実現できる
が、より高速な応答を要する場合はディジタル・シグナ
ル・プロセッサ(DSP)を用いれば、数10μsのサン
プリングタイムで実現できる。ROM,RAMはメモリ
素子であり、D−I/Oはディジタル入出力であって、
PG出力等が入力される。Analogue−I/Oは速度指令
等の設定入力等を入力する。
【0019】CPUにおいて図4に示したソフトフロー
により、毎回設定入力Rと状態量Yとの偏差eを検出
し、比例ゲインKP と積分ゲインKI を演算し設定す
る。
により、毎回設定入力Rと状態量Yとの偏差eを検出
し、比例ゲインKP と積分ゲインKI を演算し設定す
る。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では制御対
象の運転中の偏差eを検出演算し、その値によりPI制
御系の各ゲインを図2に示したごとく可変とすることに
より、通常発生する慣性Jや粘性抵抗D等の変動に対し
てロバストな運転ができる。
象の運転中の偏差eを検出演算し、その値によりPI制
御系の各ゲインを図2に示したごとく可変とすることに
より、通常発生する慣性Jや粘性抵抗D等の変動に対し
てロバストな運転ができる。
【0021】すなわち、e=0の近辺では比例ゲインK
P を小さくし、積分ゲインKI を大きくすることから、
指令変化や持続外乱に対して安定で高応答な修正ができ
る。また、偏差eの大きい領域では、比例ゲインKP を
大きくし、積分ゲインKI を小さくすることで、高応答
な修正ができる。
P を小さくし、積分ゲインKI を大きくすることから、
指令変化や持続外乱に対して安定で高応答な修正ができ
る。また、偏差eの大きい領域では、比例ゲインKP を
大きくし、積分ゲインKI を小さくすることで、高応答
な修正ができる。
【図1】本発明の理解を容易にするために、従来のPI
制御装置のブロック線図である図5に類して示した、本
発明の可変構造PI制御装置のブロック線図である。
制御装置のブロック線図である図5に類して示した、本
発明の可変構造PI制御装置のブロック線図である。
【図2】本発明の可変構造PI制御装置の比例ゲインK
P と積分ゲインKI との特性を示すグラフである。
P と積分ゲインKI との特性を示すグラフである。
【図3】本発明の可変構造PI制御装置の、主要部の一
実施例を示すハード構成図である。
実施例を示すハード構成図である。
【図4】図3に示した本発明の可変構造PI制御装置の
ソフトフロー図である。
ソフトフロー図である。
【図5】従来のPI制御装置の一例のブロック線図であ
る。
る。
1 PI制御装置 2 制御対象 3 可変構造PI制御装置
Claims (2)
- 【請求項1】 制御対象に指示値として入力される設定
入力と該制御対象の偏差をP(比例)及びI(積分)補
償することにより、制御対象の動作を安定化するPI制
御装置において、比例ゲイン(KP )および積分ゲイン
(KI )を、次の関係式 【数1】KP =KP 1 −KP 2 exp (−KP 3 |e|) KI =KI 1 exp (−KI 2 |e|) ここにeは偏差を表し、KP 1 ,KP 2 ,KP 3 ,KI
1 ,KI 2 は正の定数である。により変化させることを
特徴とする変換構造PI制御装置。 - 【請求項2】 前記式内で 【数2】KI 1 ≒3(KP 1 −KP 2 ) の関係にKI 1 ,KP 1 ,KP 2 の各定数を選定したこ
とを特徴とする請求項1記載の変換構造PI制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3055792A JPH05233007A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 可変構造pi制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3055792A JPH05233007A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 可変構造pi制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05233007A true JPH05233007A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12307109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3055792A Pending JPH05233007A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 可変構造pi制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05233007A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003129206A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Kawatetsu Galvanizing Co Ltd | 溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法 |
WO2004017506A1 (ja) * | 2002-08-12 | 2004-02-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 電圧変換装置、電圧変換方法および電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 |
JP2019109890A (ja) * | 2017-12-15 | 2019-07-04 | オムロン株式会社 | 制御装置 |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP3055792A patent/JPH05233007A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003129206A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Kawatetsu Galvanizing Co Ltd | 溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法 |
WO2004017506A1 (ja) * | 2002-08-12 | 2004-02-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 電圧変換装置、電圧変換方法および電圧変換の制御をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 |
US7262978B2 (en) | 2002-08-12 | 2007-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Voltage conversion apparatus, voltage conversion method, and computer-readable recording medium with program recorded thereon to allow computer to execute voltage conversion control |
CN100435462C (zh) * | 2002-08-12 | 2008-11-19 | 丰田自动车株式会社 | 电压转换装置、电压转换方法和具有记录于其上的程序以允许计算机执行电压转换控制的计算机可读记录介质 |
JP2019109890A (ja) * | 2017-12-15 | 2019-07-04 | オムロン株式会社 | 制御装置 |
US11199822B2 (en) | 2017-12-15 | 2021-12-14 | Omron Corporation | Control device |
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