JPH0594204A - 非干渉式デツドビート制御装置 - Google Patents

非干渉式デツドビート制御装置

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JPH0594204A
JPH0594204A JP25263691A JP25263691A JPH0594204A JP H0594204 A JPH0594204 A JP H0594204A JP 25263691 A JP25263691 A JP 25263691A JP 25263691 A JP25263691 A JP 25263691A JP H0594204 A JPH0594204 A JP H0594204A
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JP
Japan
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JP25263691A
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Inventor
Nobuo Yamamoto
信雄 山本
Hiroyuki Iki
浩幸 壹岐
Naoya Eguchi
直也 江口
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 相互干渉をなくすとともに、有限整定時間を
短縮し、操作量の低減を図る。 【構成】 多入力多出力の制御対象4をデッドビート制
御する場合に、出力フィードバック量を目標値または設
定値と比較し、その偏差量を内部モデル2の状態量と加
算した量を非干渉を意図したゲイン調節器3に入力量と
して与え、この出力量を非干渉を意図した状態レギュレ
ータのフィードバック量(フィードバックゲイン要素6
の出力)と比較して操作量とすることにより、主として
非干渉化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特に多入力多出力の
制御対象を有限整定制御(デッドビート制御)するため
の制御装置に関する。ここに、デッドビート制御とは閉
ループ系の状態ベクトルが、任意の初期状態に対して有
限のステップ(有限整定時間)内に原点(零)に到達す
るような制御方式を言う。
【0002】
【従来の技術】従来、内部モデル原理を含むデッドビー
ト制御は、1入力1出力の制御対象のサーボ系に限って
適用されているのが一般的である。なお、内部モデル原
理とは“制御対象の出力が目標入力に定常偏差なく追従
するためには、閉ループ内に目標入力の発生モデルを含
んでいなければならない”とする原理である。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、内部モ
デル原理を含むデッドビート制御には、次のような問題
がある。 イ)本来、内部モデルの構成要素が積分器であるため、
急峻な変化に速応できない。 ロ)上記イ)と関連して制御対象に対する操作量が過大
となる。 ハ)多入力多出力系の場合に、伝達関数が非対角の干渉
項に依存する系では、他の状態量への干渉が生じ、変動
に対してロバスト性が弱くなる。 したがって、この発明の課題は多入力多出力の制御対象
に対しても有限整定時間を速め、操作量を低減し得る非
干渉のデッドビート制御装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、第1の発明では、多入力多出力の制御対象の出
力フィードバック量を目標値または設定値と比較し、そ
の偏差量を内部モデルの状態量と加算して得られる量を
非干渉を意図したゲイン調節器に入力量として与え、こ
の非干渉を意図したゲイン調節器の出力量と非干渉を意
図した状態レギュレータの状態フィードバック量とを比
較し、その偏差量を前記制御対象の操作量とすることを
特徴としている。また、第2の発明では、多入力多出力
の制御対象の出力フィードバック量を目標値または設定
値と比較し、その偏差量を内部モデルの状態量と加算し
て得られる出力量と、前記目標値または設定値が入力さ
れるフィードフォワードゲイン要素の出力とを非干渉を
意図したゲイン調節器に入力として与え、この非干渉を
意図したゲイン調節器の出力量と非干渉を意図した状態
レギュレータの状態フィードバック量とを比較し、その
偏差量を前記制御対象の操作量とすることを特徴として
いる。
【0005】
【作用】デッドビート制御装置のレギュレータおよびゲ
イン調節器として、非干渉を意図したレギュレータおよ
びゲイン調節器を用いることにより、干渉の影響を無く
す。また、フィードフォワードゲイン要素のゲインを最
適化することにより、内部モデルの積分遅れをなくし、
操作量を低減する。
【0006】
【実施例】図1はこの発明の実施例を示す原理構成図で
ある。同図において、1は比較器または加減算器、2は
内部モデル、3は非干渉を意図した(非干渉化のための
考慮を施した、つまりゲインを考慮した)ゲイン調節
器、4は制御対象、5は外乱対象、6は非干渉を意図し
たレギュレータのフィードバックゲインを決めるゲイン
要素である。また、r(i)は目標値または設定値、e
(i)は偏差量、−Z(i)は内部モデル要素の出力
量、U(i)は制御対象に対する操作量、y(i)は制
御量(出力)、dは外乱量である。すなわち、制御対象
4の出力フィードバック量を目標値または設定値r
(i)と比較し、その偏差量e(i)を内部モデル2の
状態量と加算して得られる量Z(i)を非干渉を意図し
たゲイン調節器3に入力量として与え、この非干渉を意
図したゲイン調節器3の出力量と非干渉を意図した状態
レギュレータの状態フィードバック量FX(i)とを比
較し、その偏差量U(i)を制御対象4の操作量とする
ことにより、主として非干渉化を図るものである。つま
り、図1の構成自体は公知であるが、ゲイン調節器3の
ゲインおよび状態フィードバック量を最適化することに
より、多入力多出力とした場合の状態量による相互干渉
を防止しようとするものである。
【0007】図2はこの発明の他の実施例を示す原理構
成図である。これは、図1に示すものに対し、目標値ま
たは設定値が入力されるフィードフォワードゲイン要素
7を設けてその出力を加算器8に導き、内部モデル2の
出力とともに非干渉を意図したゲイン調節器3に入力と
して与えるようにしたもので、こうすることにより、有
限整定時間を速め操作量を低減することが可能となる。
【0008】図3に図1に対応する2入力2出力制御対
象を用い、かつ、一型内部モデルを用いた場合の具体例
を示す。これは、例えば図4の如き系統連系運転をして
有効,無効電力制御を行なうインバータシステムの例で
ある。なお、図4の符号21は直流電源、22はインバ
ータ、23はトランス、24は交流リアクトル、25は
連系スイッチ、26は系統である。その等価回路は図5
に示すように、インバータおよび系統をそれぞれ3相電
圧源31,34によりモデル化して表現したものであ
る。また、ここでは連系インピーダンスをインダクタン
ス32(Ls)と抵抗33(rs )とで示している。図
6に図2に対応する2入力2出力制御対象を用い、か
つ、一型内部モデルを用いた場合の具体例を示す。い
ま、図5の3相回路で零相分はないものと仮定し、Cを
変換行列として3相/2相変換し状態方程式で示すと数
1,数2,数3および数4の如くなる。
【0009】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0010】また、これらの変換式を用いて状態方程式
で表わすと、数5のようになる。
【数5】 2入力2出力を対象とする線形システムにおけるプロセ
スG(s)の離散方程式は、数6のようになり、
【数6】 数6の各要素は次の数7,数8で示される。
【数7】
【数8】
【0011】ただし、0次ホールドのディジタル化する
前のマトリックスはそれぞれ数5に記述したものであ
り、A’,B’およびW’は数9の如くなる。
【数9】 なお、数8の各要素はこの数9から計算する。また、上
記G(s)の出力方程式は、数10で示される。
【数10】 ただし、Cは数11で示される。
【数11】
【0012】このシステムに対する制御則は、次の数1
2,数13で与えられる。
【数12】
【数13】 ただし、数12,数13の各成分を数14,数15の如
く置く。
【数14】
【数15】
【0013】ところで、デッドビート制御のためのレギ
ュレータおよびゲインコントローラの決定に当たって
は、外乱Wd(Vss)の項は除外しても良いことが知
られているので、以下ではこれを無視することとする。
数6,数10,数12をまとめると、閉ループ系は数1
6,数17の如き拡大系に対し、
【数16】
【数17】 数18の如き状態フィードバックを施したものと考えら
れ、
【数18】 数16中の数19,数20が、
【数19】
【数20】 可制御であるとき、上記数18で示すフィードバックに
よって有限整定が可能である。ただし、数16,数17
の0はゼロ行列、Iは単位行列を示す。
【0014】可制御の条件はn=4であり、これは次の
数21に対し、
【数21】 数22が成立することである。
【数22】
【0015】数21は具体的には数23となるので、
【数23】 最初の4行4列を取り出しても、その行列式は数24の
ようになることが、現実の機器に用いられる数値からも
確かめられている。したがって、数16は可制御である
と言うことができる。
【数24】
【0016】そこで、数18を数16に代入すると、数
25を得る。
【数25】 また、数25も可制御なので、数26の固有値がすべて
0のとき、有限整定されることになる。
【数26】 これは、次の数27の関係を満たすことと等価である。
【数27】 ただし、zは数28で表わされ、Tはサンプル時間を示
している。なお、数27にはKrを含んでいない。
【数28】
【0017】ところで、数27は4つの解を求める方程
式(すなわち、z3 ,z2 ,z1 ,z0 の各係数をゼロ
とおいて連立させたもの)である一方、F,F0 の未知
定数は8個ある。つまり、レギュレータの未知定数は4
個過剰である。この4個の未知定数は任意に与えても良
いが、非干渉化するためには数27のA−BF,BF 0
がともに非対角成分が0のとき、数27においてX
(i),Z(i)ともに非干渉化されることになり、そ
のときの形は数29となる。
【数29】 このことは、数27において、次の数30が成立すると
きである。
【数30】 数30より、次の数31の関係が得られる。
【数31】
【0018】なお、数8のマトリックスA,Bの各成分
は、サンプル時間をTとして数9をディジタル化するこ
とにより、数32の如く得られる。
【数32】
【0019】数31を数27に代入すると、数33とな
る。つまり、数29の具体的な形はこの数33となる。
【数33】 すなわち、この数29の各要素は数34で定義される。
【数34】
【0020】また、数29を数27に代入すると、数3
5が得られる。
【数35】 数35からφ1 ,φ4 を求めた後、数34からf11,f
22,f13,f24を求め、次に数31よりf12,f21,f
14,f23を求めれば、非干渉な有限整定制御を実現する
ためのゲイン要素の各成分が決定されることになる。と
ころで、数35の左辺の或る行を、1つずつ入れかえて
計算すると、数36が得られる。
【数36】
【0021】数36を数35に代入すると数37が得ら
れる。
【数37】 この数37から数38、したがって数39が得られる。
【数38】
【数39】
【0022】数39を数34に代入すると数40が得ら
れ、非干渉デッドビート制御のレギュレータの各要素f
11,f22,f13,f24が決定される。
【数40】 次に、これらを数31に代入した数41から、残りの要
素f12,f21,f14,f23が決定される。つまり、図3
または図6に示すゲイン調節器3の各ゲインf 13
14,f23,f24、要素6の各ゲインf11,f12
21,f22が決定されることになる。
【数41】
【0023】ところで、数13の中に現れ、次の数42
の如く示されるフィードフォワードゲインKrは以上の
説明においては任意で良かったが、これも非干渉化する
ためには、数25におけるBF0 Krを対角行列にす
る。
【数42】 この条件は数43,数44となるが、
【数43】
【数44】 F,F0 が非干渉として決定されれば数45となり、こ
のときはK11とK22が調整パラメータとして使用され
る。
【数45】
【0024】このように、図6ではゲイン調節器3の各
ゲインf13,f14,f23,f24、要素6の各ゲイン
11,f12,f21,f22ばかりでなく、要素7の各ゲイ
ンk11,k12,k21,k22をも決定することができ、こ
れにより、非干渉化を図りつつ速応化と操作量の低減化
を実現することが可能となる。なお、図3または図6は
ハードウエアまたはマイクロプロセッサやDSP(De
gital SignalProcessor)等のプ
ログラムにより、実現することができる。
【0025】
【発明の効果】この発明によれば、多入力多出力の制御
系において生じる干渉項の影響を極力抑えることが可能
となり、特にサーボ系に必要な外乱抑制効果と応答の速
応性を格段に向上させることができる。その際、ハード
ウエアまたはソフトウエアの設計,構築が容易であり、
あらゆる分野に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す原理構成図である。
【図2】この発明の他の実施例を示す原理構成図であ
る。
【図3】図1を2入力2出力制御系に適用した場合の具
体例を示す構成図である。
【図4】図3の制御対象の具体例を示す系統図である。
【図5】図4の等価回路を示す回路図である。
【図6】図2を2入力2出力制御系に適用した場合の具
体例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 比較器(加減算器) 2 内部モデル 3 ゲイン調節器 4 制御対象 5 外乱対象 6 フィードバックゲイン要素 7 フィードフォワードゲイン要素 8 加算器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多入力多出力の制御対象の出力フィード
    バック量を目標値または設定値と比較し、その偏差量を
    内部モデルの状態量と加算して得られる量を非干渉を意
    図したゲイン調節器に入力量として与え、この非干渉を
    意図したゲイン調節器の出力量と非干渉を意図した状態
    レギュレータの状態フィードバック量とを比較し、その
    偏差量を前記制御対象の操作量とすることを特徴とする
    非干渉式デッドビート制御装置。
  2. 【請求項2】 多入力多出力の制御対象の出力フィード
    バック量を目標値または設定値と比較し、その偏差量を
    内部モデルの状態量と加算して得られる出力量と、前記
    目標値または設定値が入力されるフィードフォワードゲ
    イン要素の出力とを非干渉を意図したゲイン調節器に入
    力として与え、この非干渉を意図したゲイン調節器の出
    力量と非干渉を意図した状態レギュレータの状態フィー
    ドバック量とを比較し、その偏差量を前記制御対象の操
    作量とすることを特徴とする非干渉式デッドビート制御
    装置。
JP25263691A 1991-10-01 1991-10-01 非干渉式デツドビート制御装置 Pending JPH0594204A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005078327A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Seiko Epson Corp 状態フィードバック制御装置
CN108313330A (zh) * 2018-03-28 2018-07-24 上海航天控制技术研究所 一种基于增广Kalman滤波的卫星干扰力矩估计方法

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