JPH06289904A - 状態フィードバック制御装置 - Google Patents
状態フィードバック制御装置Info
- Publication number
- JPH06289904A JPH06289904A JP9646593A JP9646593A JPH06289904A JP H06289904 A JPH06289904 A JP H06289904A JP 9646593 A JP9646593 A JP 9646593A JP 9646593 A JP9646593 A JP 9646593A JP H06289904 A JPH06289904 A JP H06289904A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 演算時間の長期化や設計変更の煩雑さといっ
た問題を生じることなく所望の特性が得られるようにす
る。 【構成】 制御目標値ｒに応じた制御信号ｙf によって
制御されるとともにその制御された状態を示す信号ｙを
出力する制御対象１、この制御信号ｙf および出力信号
ｙに基き、制御対象１の状態量ｘs を出力する状態観測
器３、制御目標値の信号ｒに基き制御信号ｙf を出力す
るとともに自身の状態量ｘf を出力するフィルタ２、お
よび、フィルタ２に入力される制御目標値の信号ｒに対
して、状態観測器３およびフィルタ２が出力する状態量
ＸS およびｘf をフィードバックする手段４１および４
２を具備する。
た問題を生じることなく所望の特性が得られるようにす
る。 【構成】 制御目標値ｒに応じた制御信号ｙf によって
制御されるとともにその制御された状態を示す信号ｙを
出力する制御対象１、この制御信号ｙf および出力信号
ｙに基き、制御対象１の状態量ｘs を出力する状態観測
器３、制御目標値の信号ｒに基き制御信号ｙf を出力す
るとともに自身の状態量ｘf を出力するフィルタ２、お
よび、フィルタ２に入力される制御目標値の信号ｒに対
して、状態観測器３およびフィルタ２が出力する状態量
ＸS およびｘf をフィードバックする手段４１および４
２を具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サーボ制御システム等
における状態フィードバック制御装置に関するものであ
る。
における状態フィードバック制御装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】状態フィードバック制御は、制御対象の
状態量をフィードバックすることにより所望の特性を得
ようとする制御方式である。通常は、制御対象の状態量
は測定不可能であるため、制御対象の入力と出力から状
態量を推定する状態観測器が用いられ、その出力である
推定値を用いてフィードバックが行なわれる。この状態
観測器の設計には、制御対象のモデルが用いられるが、
このモデルは制御対象の特性を完全には表わすことがで
きない。このため、状態観測器では設計に用いられたモ
デルに表わされている制御対象の状態量は推定できる
が、表わされない部分については推定できない。このた
め、モデル化されなかった制御対象の特性の影響によっ
て、制御系が不安定になってしまうことがあり、これを
防ぐために制御対象に直列にローパスフィルタやノッチ
フィルタを挿入し、モデル化されなかった制御対象の特
性の影響を抑えて、制御系を安定化することが行なわれ
る。
状態量をフィードバックすることにより所望の特性を得
ようとする制御方式である。通常は、制御対象の状態量
は測定不可能であるため、制御対象の入力と出力から状
態量を推定する状態観測器が用いられ、その出力である
推定値を用いてフィードバックが行なわれる。この状態
観測器の設計には、制御対象のモデルが用いられるが、
このモデルは制御対象の特性を完全には表わすことがで
きない。このため、状態観測器では設計に用いられたモ
デルに表わされている制御対象の状態量は推定できる
が、表わされない部分については推定できない。このた
め、モデル化されなかった制御対象の特性の影響によっ
て、制御系が不安定になってしまうことがあり、これを
防ぐために制御対象に直列にローパスフィルタやノッチ
フィルタを挿入し、モデル化されなかった制御対象の特
性の影響を抑えて、制御系を安定化することが行なわれ
る。
【０００３】図３に、状態フィードバック制御方式の従
来例のブロック線図を示す。制御系を安定化させるため
に設けられた状態量ｘf のフィルタ２が状態量ｘs の制
御対象１に直列に接続されている。状態観測器３は制御
対象１の出力ｙとフィルタ２の入力ｕを入力として制御
対象１の状態量ｘs の推定値ＸS を出力し、状態フィー
ドバックゲイン４（ｋs ）をかけてフィードバックされ
る。
来例のブロック線図を示す。制御系を安定化させるため
に設けられた状態量ｘf のフィルタ２が状態量ｘs の制
御対象１に直列に接続されている。状態観測器３は制御
対象１の出力ｙとフィルタ２の入力ｕを入力として制御
対象１の状態量ｘs の推定値ＸS を出力し、状態フィー
ドバックゲイン４（ｋs ）をかけてフィードバックされ
る。
【０００４】図４に、状態フィードバック制御方式の他
の従来例のブロック線図を示す。状態量ｘf のフィルタ
２と状態量ｘs の制御対象１が直列に接続されており、
状態観測器３′は制御対象１の出力ｙとフィルタ２の入
力ｕを入力として制御対象１とフィルタ２の数１で表さ
れる状態量ｘの推定値Ｘを出力し、この推定値Ｘが状態
フィードバックゲイン４（ｋ＝（ｋf ｋs ））をかけ
てフィードバックされる。フィルタ２の状態フィードバ
ックゲインｋf は、ｋs によるフィードバックによって
フィルタ２の特性が変化してしまうことを防ぐように設
計される。
の従来例のブロック線図を示す。状態量ｘf のフィルタ
２と状態量ｘs の制御対象１が直列に接続されており、
状態観測器３′は制御対象１の出力ｙとフィルタ２の入
力ｕを入力として制御対象１とフィルタ２の数１で表さ
れる状態量ｘの推定値Ｘを出力し、この推定値Ｘが状態
フィードバックゲイン４（ｋ＝（ｋf ｋs ））をかけ
てフィードバックされる。フィルタ２の状態フィードバ
ックゲインｋf は、ｋs によるフィードバックによって
フィルタ２の特性が変化してしまうことを防ぐように設
計される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
３の従来例においては、状態観測器３は制御対象１の状
態量ｘs を推定するように構成されているにもかかわら
ず、制御対象１とフィルタ２を合わせた系の入力ｕと出
力ｙを用いているため、制御対象１の状態量ｘsと状態
観測器３の推定値ＸS との間に誤差が発生し、所望の性
能が得られなくなってしまうという欠点がある。
３の従来例においては、状態観測器３は制御対象１の状
態量ｘs を推定するように構成されているにもかかわら
ず、制御対象１とフィルタ２を合わせた系の入力ｕと出
力ｙを用いているため、制御対象１の状態量ｘsと状態
観測器３の推定値ＸS との間に誤差が発生し、所望の性
能が得られなくなってしまうという欠点がある。
【０００７】また、上記図４の従来例においては、状態
観測器３′は制御対象１とフィルタ２を合わせた系の前
記数１で表される状態量を推定するように構成されてい
るため、制御対象１とフィルタ２を合わせた系の状態量
ｘと状態観測器３′の推定量Ｘの間には誤差は発生しな
い。しかし、状態観測器３′は制御対象１とフィルタ２
を合わせた系の状態量ｘを推定するために、制御対象１
の状態量ｘs を推定する図３の従来例の状態観測器３に
比べ、次数が高くなり演算時間がかかるという欠点があ
る。さらに、フィルタ２の状態量ｘf を推定するように
構成しているため、フィルタ２の設計を変えた場合には
状態観測器３′の設計も併せて変えなければならず、設
計が煩雑になるという欠点がある。
観測器３′は制御対象１とフィルタ２を合わせた系の前
記数１で表される状態量を推定するように構成されてい
るため、制御対象１とフィルタ２を合わせた系の状態量
ｘと状態観測器３′の推定量Ｘの間には誤差は発生しな
い。しかし、状態観測器３′は制御対象１とフィルタ２
を合わせた系の状態量ｘを推定するために、制御対象１
の状態量ｘs を推定する図３の従来例の状態観測器３に
比べ、次数が高くなり演算時間がかかるという欠点があ
る。さらに、フィルタ２の状態量ｘf を推定するように
構成しているため、フィルタ２の設計を変えた場合には
状態観測器３′の設計も併せて変えなければならず、設
計が煩雑になるという欠点がある。
【０００８】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、状態フィードバック制御装置において、演
算時間の長期化や設計変更の煩雑さといった問題を生じ
ることなく所望の特性が得られるようにすることにあ
る。
題点に鑑み、状態フィードバック制御装置において、演
算時間の長期化や設計変更の煩雑さといった問題を生じ
ることなく所望の特性が得られるようにすることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の状態フィードバック制御装置は、制御目標値に
応じた制御信号によって制御されるとともにその制御さ
れた状態を示す信号を出力する制御対象、この制御信号
および出力信号に基き、制御対象の状態量を出力する状
態観測器、前記制御目標値の信号に基き前記制御信号を
出力するとともに自身の状態量を出力するフィルタ、お
よび、このフィルタに入力される前記制御目標値の信号
に対して、前記状態観測器およびフィルタが出力する状
態量をフィードバックする手段を具備することを特徴と
する。前記フィルタおよびその出力をフィードバックす
る手段を、これらを結合したものと等価な特性を有する
フィルタに置き換えるようにしてもよい。
本発明の状態フィードバック制御装置は、制御目標値に
応じた制御信号によって制御されるとともにその制御さ
れた状態を示す信号を出力する制御対象、この制御信号
および出力信号に基き、制御対象の状態量を出力する状
態観測器、前記制御目標値の信号に基き前記制御信号を
出力するとともに自身の状態量を出力するフィルタ、お
よび、このフィルタに入力される前記制御目標値の信号
に対して、前記状態観測器およびフィルタが出力する状
態量をフィードバックする手段を具備することを特徴と
する。前記フィルタおよびその出力をフィードバックす
る手段を、これらを結合したものと等価な特性を有する
フィルタに置き換えるようにしてもよい。
【００１０】
【作用】これによれば、フィルタの状態量が直接測定さ
れ、状態観測器は制御対象の状態量のみを推定するた
め、状態観測器の演算量が低減され、また状態観測器の
設計が容易である。また、制御対象への入力と出力が状
態観測器への入力であるため、制御対象の状態量と状態
観測器の推定量の誤差がない。
れ、状態観測器は制御対象の状態量のみを推定するた
め、状態観測器の演算量が低減され、また状態観測器の
設計が容易である。また、制御対象への入力と出力が状
態観測器への入力であるため、制御対象の状態量と状態
観測器の推定量の誤差がない。
【００１１】また、フィルタおよびその出力をフィード
バックする手段を、等価なフィルタに置き換えた場合
は、さらに装置の構成が簡単になるとともに演算量が減
少される。
バックする手段を、等価なフィルタに置き換えた場合
は、さらに装置の構成が簡単になるとともに演算量が減
少される。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る状態フィード
バック制御装置のブロック線図である。図に示すように
この装置は、状態量ｘs を有し、制御目標値ｒに応じた
制御信号ｙf によって制御されるとともにその制御され
た状態を示す信号ｙを出力する制御対象１と、この制御
信号ｙf および出力信号ｙに基き、制御対象１の特性を
考慮して制御対象の状態量ｘs の推定値ＸS を出力する
状態観測器３と、状態量ｘf を有し、制御目標値の信号
ｒに基き制御信号ｙf を出力するとともにその状態量ｘ
f を出力するフィルタ２とを備え、フィルタ２に入力さ
れる制御目標値の信号ｒに対して、状態観測器３が出力
する状態量ＸS およびフィルタ２が出力する状態量ｘf
が、それぞれゲインｋs およびｋf をかけてフィードバ
ックされるように構成されている。フィルタ２は、状態
観測器３が考慮していない制御対象１の特性の影響によ
って系が不安定になることを防止するためのものであ
る。
バック制御装置のブロック線図である。図に示すように
この装置は、状態量ｘs を有し、制御目標値ｒに応じた
制御信号ｙf によって制御されるとともにその制御され
た状態を示す信号ｙを出力する制御対象１と、この制御
信号ｙf および出力信号ｙに基き、制御対象１の特性を
考慮して制御対象の状態量ｘs の推定値ＸS を出力する
状態観測器３と、状態量ｘf を有し、制御目標値の信号
ｒに基き制御信号ｙf を出力するとともにその状態量ｘ
f を出力するフィルタ２とを備え、フィルタ２に入力さ
れる制御目標値の信号ｒに対して、状態観測器３が出力
する状態量ＸS およびフィルタ２が出力する状態量ｘf
が、それぞれゲインｋs およびｋf をかけてフィードバ
ックされるように構成されている。フィルタ２は、状態
観測器３が考慮していない制御対象１の特性の影響によ
って系が不安定になることを防止するためのものであ
る。
【００１３】ここで、フィルタ２を状態方程式表現に従
って構成しておけば、フィルタ２における計算の過程で
状態量ｘf が求められるので、これを出力させてフィー
ドバックすることができる。フィルタ２は、制御系全体
が安定になるように設計される。状態観測器３は、制御
対象１の状態量ｘs を推定するように設計される。
って構成しておけば、フィルタ２における計算の過程で
状態量ｘf が求められるので、これを出力させてフィー
ドバックすることができる。フィルタ２は、制御系全体
が安定になるように設計される。状態観測器３は、制御
対象１の状態量ｘs を推定するように設計される。
【００１４】フィルタ２の状態量ｘf と状態観測器３に
よって推定された制御対象１の状態量の推定値ＸS は、
それぞれの状態フィードバックゲイン４２（ｋf ）およ
び４１（ｋs ）をかけられた後にフィードバックされ
る。ここで、フィードバックゲイン４１（ｋs ）は制御
系の特性が所望の特性となるように設計されており、フ
ィードバックゲイン４２（ｋf ）は、状態フィードバッ
クゲイン４１（ｋs ）によるフィードバックによって、
フィルタの特性が変化するのを防ぐように設計されてい
る。
よって推定された制御対象１の状態量の推定値ＸS は、
それぞれの状態フィードバックゲイン４２（ｋf ）およ
び４１（ｋs ）をかけられた後にフィードバックされ
る。ここで、フィードバックゲイン４１（ｋs ）は制御
系の特性が所望の特性となるように設計されており、フ
ィードバックゲイン４２（ｋf ）は、状態フィードバッ
クゲイン４１（ｋs ）によるフィードバックによって、
フィルタの特性が変化するのを防ぐように設計されてい
る。
【００１５】これによれば、状態観測器３は制御対象１
の状態量のみを推定するように設計されているため、フ
ィルタ２の状態量も含めて推定する従来の場合に比べて
次数を小さくすることができ、その分計算量も低減でき
る。また、状態観測器３は制御対象１の状態量のみを推
定するため、設計がフィルタ２の特性に依存せず、フィ
ルタ２の特性を変更する度に、状態観測器３の設計をも
変更しなければならないという煩わしさから解放され
る。また、状態観測器３への入力が、制御対象１の入力
ｙf と出力ｙであるため、誤差を生じることなく状態量
を推定することができる。さらに、フィルタ２の状態量
ｘf を状態フィードバックゲイン４２（ｋf ）を介して
フィードバックすることにより、状態フィードバックゲ
イン４１（ｋs ）による制御対象１の状態量のフィード
バックによってフィルタ２の特性が変化するのを防ぎ、
フィルタ２の当初の設計通りの特性を得ることができ
る。
の状態量のみを推定するように設計されているため、フ
ィルタ２の状態量も含めて推定する従来の場合に比べて
次数を小さくすることができ、その分計算量も低減でき
る。また、状態観測器３は制御対象１の状態量のみを推
定するため、設計がフィルタ２の特性に依存せず、フィ
ルタ２の特性を変更する度に、状態観測器３の設計をも
変更しなければならないという煩わしさから解放され
る。また、状態観測器３への入力が、制御対象１の入力
ｙf と出力ｙであるため、誤差を生じることなく状態量
を推定することができる。さらに、フィルタ２の状態量
ｘf を状態フィードバックゲイン４２（ｋf ）を介して
フィードバックすることにより、状態フィードバックゲ
イン４１（ｋs ）による制御対象１の状態量のフィード
バックによってフィルタ２の特性が変化するのを防ぎ、
フィルタ２の当初の設計通りの特性を得ることができ
る。
【００１６】図２は本発明の他の実施例に係る状態フィ
ードバック制御装置のブロック線図である。この装置
は、図１の実施例におけるフィルタ２とフィルタ２の状
態量を状態フィードバックゲイン４２（ｋf ）を介して
フィードバックする手段とを、それらと等価な特性を持
つフィルタ２′によって置き換えた点で、図１の実施例
と異なる。このとき、フィルタ２′は、フィルタ２と同
じ次数および計算量で実現することができる。これによ
り、図１の実施例における、フィルタ２の状態量を状態
フィードバックゲイン４２（ｋf ）を介してフィードバ
ックするための計算量分だけ少ない計算量で、図１の実
施例と同じ効果を得ることができる。
ードバック制御装置のブロック線図である。この装置
は、図１の実施例におけるフィルタ２とフィルタ２の状
態量を状態フィードバックゲイン４２（ｋf ）を介して
フィードバックする手段とを、それらと等価な特性を持
つフィルタ２′によって置き換えた点で、図１の実施例
と異なる。このとき、フィルタ２′は、フィルタ２と同
じ次数および計算量で実現することができる。これによ
り、図１の実施例における、フィルタ２の状態量を状態
フィードバックゲイン４２（ｋf ）を介してフィードバ
ックするための計算量分だけ少ない計算量で、図１の実
施例と同じ効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタの状態量を直接得るとともに制御対象への入力と
出力とから制御対象の状態量を推定し、これら状態量を
それぞれフィードバックするようにしたため、状態観測
器は制御対象の状態量のみを推定すればよく、状態観測
器の設計が容易になると共に、状態観測器における演算
量を低減することが可能となり、かつ誤差を生じること
なく制御対象の状態量を推定することが可能となる。さ
らに、フィルタおよびその状態量をフィードバックする
手段を、フィルタにその状態量をフィードバックしたも
のと等価な特性を有するフィルタによって置き換えるこ
とにより、さらに装置の構成を簡単にし、演算量を低減
することができるという効果が得られる。
ィルタの状態量を直接得るとともに制御対象への入力と
出力とから制御対象の状態量を推定し、これら状態量を
それぞれフィードバックするようにしたため、状態観測
器は制御対象の状態量のみを推定すればよく、状態観測
器の設計が容易になると共に、状態観測器における演算
量を低減することが可能となり、かつ誤差を生じること
なく制御対象の状態量を推定することが可能となる。さ
らに、フィルタおよびその状態量をフィードバックする
手段を、フィルタにその状態量をフィードバックしたも
のと等価な特性を有するフィルタによって置き換えるこ
とにより、さらに装置の構成を簡単にし、演算量を低減
することができるという効果が得られる。
【図１】 本発明の一実施例に係る状態フィードバック
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２】 本発明の他の実施例に係る状態フィードバッ
ク制御装置のブロック線図である。
ク制御装置のブロック線図である。
【図３】 従来例に係る状態フィードバック制御方式を
示すブロック線図である。
示すブロック線図である。
【図４】 従来例に係る他の状態フィードバック制御方
式を示すブロック線図である。
式を示すブロック線図である。
１：制御対象、２，２′：フィルタ、３，３′：状態観
測器、４，４１，４２：フィードバックゲイン。
測器、４，４１，４２：フィードバックゲイン。
Claims (2)
- 【請求項１】 制御目標値に応じた制御信号によって制
御されるとともにその制御された状態を示す信号を出力
する制御対象、この制御信号および出力信号に基き、制
御対象の状態量を出力する状態観測器、前記制御目標値
の信号に基き前記制御信号を出力するとともに自身の状
態量を出力するフィルタ、および、このフィルタに入力
される前記制御目標値の信号に対して、前記状態観測器
およびフィルタが出力する状態量をフィードバックする
手段を具備することを特徴とする状態フィードバック制
御装置。 - 【請求項２】 前記フィルタおよびその出力をフィード
バックする手段を、これらを結合したものと等価な特性
を有するフィルタに置き換えたことを特徴とする請求項
１記載の状態フィードバック制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9646593A JPH06289904A (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 状態フィードバック制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9646593A JPH06289904A (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 状態フィードバック制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289904A true JPH06289904A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14165786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9646593A Pending JPH06289904A (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 状態フィードバック制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06289904A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2062103A2 (en) * | 2006-09-14 | 2009-05-27 | Honeywell International Inc. | A system for gain scheduling control |
-
1993
- 1993-04-01 JP JP9646593A patent/JPH06289904A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2062103A2 (en) * | 2006-09-14 | 2009-05-27 | Honeywell International Inc. | A system for gain scheduling control |
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