JPH0713801B2 - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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- JPH0713801B2 JPH0713801B2 JP59073984A JP7398484A JPH0713801B2 JP H0713801 B2 JPH0713801 B2 JP H0713801B2 JP 59073984 A JP59073984 A JP 59073984A JP 7398484 A JP7398484 A JP 7398484A JP H0713801 B2 JPH0713801 B2 JP H0713801B2
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- Japan
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- control
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- signal
- control system
- controlled object
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、制御対象の動特性の変化に対して、制御系の
制御性能の劣化の少ない制御装置に関する。
制御性能の劣化の少ない制御装置に関する。
プラントの流量、温度、圧力などを制御する制御装置
は、その制御定数を制御対象の動特性に応じて、適切に
設定する必要がある。例えば、不適切な制御定数が設定
されたため、発振を起こし、場合によってはプラントの
一部を破壊してしまうこともある。
は、その制御定数を制御対象の動特性に応じて、適切に
設定する必要がある。例えば、不適切な制御定数が設定
されたため、発振を起こし、場合によってはプラントの
一部を破壊してしまうこともある。
また、最近では、プラントの省エネルギ運転にともな
い、運転中に制御対象の動特性が大きく変化するケース
が増加している。このようなとき、これまで制御の現場
では、最も安全側の制御定数を固定して用いる場合と、
動特性変化に応じて制御定数を適応することのできる制
御系を採用する場合とのいずれかが採用されている。前
者の制御定数固定方式の場合は、動特性変化により当然
のことながら、安定性や外乱抑制力などの制御性能が劣
化する。これをさけるために後者の動特性変化に応じる
ことのできる制御系が開発された。
い、運転中に制御対象の動特性が大きく変化するケース
が増加している。このようなとき、これまで制御の現場
では、最も安全側の制御定数を固定して用いる場合と、
動特性変化に応じて制御定数を適応することのできる制
御系を採用する場合とのいずれかが採用されている。前
者の制御定数固定方式の場合は、動特性変化により当然
のことながら、安定性や外乱抑制力などの制御性能が劣
化する。これをさけるために後者の動特性変化に応じる
ことのできる制御系が開発された。
ところで、制御対象の動特性変化に応じることのできる
制御系としては、第１図（ａ）に示すゲインスケジュー
ル制御系と、同図（ｂ）に示すモデル規範適応制御系と
が知られている。この２つの制御系の動作を簡単に説明
すると以下の通りである。
制御系としては、第１図（ａ）に示すゲインスケジュー
ル制御系と、同図（ｂ）に示すモデル規範適応制御系と
が知られている。この２つの制御系の動作を簡単に説明
すると以下の通りである。
まず、第１図（ａ）に示すゲインスケジュール制御系
は、制御対象Ａの動特性変化をひき起す因果関係と変化
した動特性とが十分に明らかにされる場合に用いる制御
方式であり、動特性変化に直接に関係する補助信号を制
御対象Ａから入力し、明らかにされているゲインスケジ
ュールＢにもとづき制御定数をコントローラＣに設定す
るようにしている。
は、制御対象Ａの動特性変化をひき起す因果関係と変化
した動特性とが十分に明らかにされる場合に用いる制御
方式であり、動特性変化に直接に関係する補助信号を制
御対象Ａから入力し、明らかにされているゲインスケジ
ュールＢにもとづき制御定数をコントローラＣに設定す
るようにしている。
次に、第１図（ｂ）のモデル規範適応制御系は、制御対
象Ａの動特性が未知の場合に用いる制御方式であり、制
御対象ＡおよびコントローラＣを含む制御系のモデル
（ダイナミックモデル）Ｄを有し、そのモデルＤの出力
と、制御系の出力との誤差がなくなるように、コントロ
ーラＣの制御定数を適応調節部Ｅで適応部に調整する制
御方式である。
象Ａの動特性が未知の場合に用いる制御方式であり、制
御対象ＡおよびコントローラＣを含む制御系のモデル
（ダイナミックモデル）Ｄを有し、そのモデルＤの出力
と、制御系の出力との誤差がなくなるように、コントロ
ーラＣの制御定数を適応調節部Ｅで適応部に調整する制
御方式である。
これらの２つの制御方式をまとめてみると次のようにな
る。まず、ゲインスケジュール制御系は、事前に制御対
象Ａの動特性変化の因果関係が十分に明らかになり、し
かも、動特性変化に対応した信号を測定できる場合にの
み用いることができるもので、制御対象Ａの動特性が未
知の場合は使うことができないという欠点がある。一
方、モデル規範適応制御系は、制御対象Ａの動特性が未
知の場合に用いることができる利点はあるが、適応する
のにそれなりの時間がかかるばかりでなく、非最小位相
系は制御系が複雑な構成になる問題、未知外乱や観測ノ
イズには適応調節部Ｅが動特性変化であると判断して、
コントローラＣの制御定数をあやまって修正してしまう
恐れがある問題などが未解決な問題として残されてい
る。
る。まず、ゲインスケジュール制御系は、事前に制御対
象Ａの動特性変化の因果関係が十分に明らかになり、し
かも、動特性変化に対応した信号を測定できる場合にの
み用いることができるもので、制御対象Ａの動特性が未
知の場合は使うことができないという欠点がある。一
方、モデル規範適応制御系は、制御対象Ａの動特性が未
知の場合に用いることができる利点はあるが、適応する
のにそれなりの時間がかかるばかりでなく、非最小位相
系は制御系が複雑な構成になる問題、未知外乱や観測ノ
イズには適応調節部Ｅが動特性変化であると判断して、
コントローラＣの制御定数をあやまって修正してしまう
恐れがある問題などが未解決な問題として残されてい
る。
これらの制御系は、制御対象の動特性変化に対して、か
なり感度の高い制御系であると云える。もっと、低感度
（ロバスト）な制御系が構成されれば、ゲインスケジュ
ールする必要もないし、適応させる必要もないので、構
造的にもっと簡素になるはずである。
なり感度の高い制御系であると云える。もっと、低感度
（ロバスト）な制御系が構成されれば、ゲインスケジュ
ールする必要もないし、適応させる必要もないので、構
造的にもっと簡素になるはずである。
この発明は、上述した従来の制御装置の欠点を改良した
もので、制御対象の動特性の変化に低感度（あるいはロ
バスト）な制御装置を提供することを目的とする。
もので、制御対象の動特性の変化に低感度（あるいはロ
バスト）な制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、制御対象への目標値信号と前記制御対象の出
力信号とから前記制御対象の操作信号を演算する、積分
演算を含む制御演算器と、前記目標値信号を入力し、前
記制御対象および前記制御演算器からなる制御系のモデ
ル出力信号を演算するダイナミックモデルと、前記制御
対象の出力信号と前記ダイナミックモデルのモデル出力
信号との差を出力誤差信号として出力する第１の減算器
と、前記第１の減算器から出力された前記出力誤差信号
を入力して補償信号を演算する、積分演算を含む出力誤
差補償器と、前記出力誤差補償器から出力された前記補
償信号を前記制御演算器の出力である前記操作信号から
減算して前記制御対象に与える第２の減算器とを具備
し、前記出力誤差補償器のゲインを大きく設定すること
により制御系のロバスト性を向上させるように構成した
ことを特徴とする制御装置である 〔発明の効果〕 通常の制御系の他に、制御系のダイナミックモデルと、
制御系の出力とモデル出力との出力誤差の積分演算を含
む出力誤差補償器と、この出力誤差補償器により補償信
号を操作信号に重畳させる構成を付加し、この出力誤差
補償器のゲインを変化させることにより制御系のロバス
ト性を容易に調節することができる。例えば出力誤差補
償器のゲインを大きく設定することにより、制御系全体
が制御対象の動特性変化に対して、低感度（あるいはロ
バスト）となるばかりでなく、制御系に印加される外乱
に対しても、その抑制力が強化される。
力信号とから前記制御対象の操作信号を演算する、積分
演算を含む制御演算器と、前記目標値信号を入力し、前
記制御対象および前記制御演算器からなる制御系のモデ
ル出力信号を演算するダイナミックモデルと、前記制御
対象の出力信号と前記ダイナミックモデルのモデル出力
信号との差を出力誤差信号として出力する第１の減算器
と、前記第１の減算器から出力された前記出力誤差信号
を入力して補償信号を演算する、積分演算を含む出力誤
差補償器と、前記出力誤差補償器から出力された前記補
償信号を前記制御演算器の出力である前記操作信号から
減算して前記制御対象に与える第２の減算器とを具備
し、前記出力誤差補償器のゲインを大きく設定すること
により制御系のロバスト性を向上させるように構成した
ことを特徴とする制御装置である 〔発明の効果〕 通常の制御系の他に、制御系のダイナミックモデルと、
制御系の出力とモデル出力との出力誤差の積分演算を含
む出力誤差補償器と、この出力誤差補償器により補償信
号を操作信号に重畳させる構成を付加し、この出力誤差
補償器のゲインを変化させることにより制御系のロバス
ト性を容易に調節することができる。例えば出力誤差補
償器のゲインを大きく設定することにより、制御系全体
が制御対象の動特性変化に対して、低感度（あるいはロ
バスト）となるばかりでなく、制御系に印加される外乱
に対しても、その抑制力が強化される。
制御対象の動特性変化に対して、制御系が低感度（ロバ
スト）であれば、ゲインスケジュールする必要もない
し、動特性変化に時々刻々適応させる必要もなく、動特
性変化時の応答もなめらかである。したがって、ゲイン
スケジュール制御系や適応制御系に比べ、構成が簡単で
あるばかりでなく、制御系が適応する時間が要らない分
だけ応答が早くなる利点がある。
スト）であれば、ゲインスケジュールする必要もない
し、動特性変化に時々刻々適応させる必要もなく、動特
性変化時の応答もなめらかである。したがって、ゲイン
スケジュール制御系や適応制御系に比べ、構成が簡単で
あるばかりでなく、制御系が適応する時間が要らない分
だけ応答が早くなる利点がある。
第２図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。
制御対象１に対して、ｕ（ｔ）が入力信号あるいは操作
信号であり、ｙ（ｔ）が出力信号である。ｒ（ｔ）は制
御系の目標値信号であり、ｒ（ｔ）とｙ（ｔ）を入力し
て、積分演算を含む制御演算により制御演算出力ur
（ｔ）を演算する制御演算器２が設けられている。さら
に、目標値信号ｒ（ｔ）を入力して制御系のモデル信号
yM（ｔ）を演算するダイナミックモデル３が設けてあ
り、さらに出力信号ｙ（ｔ）とモデル出力信号yM（ｔ）
との出力誤差ε（ｔ）を演算する第１の減算器４と、誤
差ε（ｔ）を入力して、積分演算を含む補償演算により
補償信号ｕε（ｔ）を演算する出力誤差補償器５と、制
御演算出力ur（ｔ）から補償信号ｕε（ｔ）を減算し操
作信号ｕ（ｔ）を演算する第２の減算器６とを設けて、
制御系が構成されている。
信号であり、ｙ（ｔ）が出力信号である。ｒ（ｔ）は制
御系の目標値信号であり、ｒ（ｔ）とｙ（ｔ）を入力し
て、積分演算を含む制御演算により制御演算出力ur
（ｔ）を演算する制御演算器２が設けられている。さら
に、目標値信号ｒ（ｔ）を入力して制御系のモデル信号
yM（ｔ）を演算するダイナミックモデル３が設けてあ
り、さらに出力信号ｙ（ｔ）とモデル出力信号yM（ｔ）
との出力誤差ε（ｔ）を演算する第１の減算器４と、誤
差ε（ｔ）を入力して、積分演算を含む補償演算により
補償信号ｕε（ｔ）を演算する出力誤差補償器５と、制
御演算出力ur（ｔ）から補償信号ｕε（ｔ）を減算し操
作信号ｕ（ｔ）を演算する第２の減算器６とを設けて、
制御系が構成されている。
いま、制御対象１、制御演算器２、ダイナミックモデル
３、出力誤差補償器５の伝達関数をそれぞれｂ（ｓ）/a
（ｓ）,c（ｓ）/Sb（ｓ）,1/σ（ｓ）,c（ｓ）σ（ｓ）
γ/Sb（ｓ）と置く。ここでａ（ｓ）,b（ｓ）,c（ｓ）
は、微分演算子Ｓの多項式であり、σ（ｓ）は次のよう
なＳの多項式関数である。
３、出力誤差補償器５の伝達関数をそれぞれｂ（ｓ）/a
（ｓ）,c（ｓ）/Sb（ｓ）,1/σ（ｓ）,c（ｓ）σ（ｓ）
γ/Sb（ｓ）と置く。ここでａ（ｓ）,b（ｓ）,c（ｓ）
は、微分演算子Ｓの多項式であり、σ（ｓ）は次のよう
なＳの多項式関数である。
σ（Ｓ）＝１＋σＳ＋α２（αＳ）２＋α３（αＳ）３＋α４（αＳ）４＋……
第１式 ここで、PID制御系とダイナミックモデルの伝達関数が
等しい条件（次式）から既知のａ（ｓ）,b（ｓ）,c
（ｓ）を用いてσ（ｓ）を求める。
第１式 ここで、PID制御系とダイナミックモデルの伝達関数が
等しい条件（次式）から既知のａ（ｓ）,b（ｓ）,c
（ｓ）を用いてσ（ｓ）を求める。
また、出力ｙ（ｔ）は目標値ｒ（ｔ）と外乱ｄ（ｔ）を
用いて求める。
用いて求める。
ここで、第２式の分母に第１式を代入すると となる。すなわち、目標値ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）ま
では、制御系の動特性変動や外乱にかかわらず、設計に
用いたダイナミックモデルの動特性を維持する効果を持
つ。なお、目標値ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）までの伝達
関数は1/σ（Ｓ）に漸近することになるが、制御対象の
時間的遅れに対しては制御器のゼロ点に相殺する方法
や、フィードバック補償により制御対象の極を見掛け上
ずらす方法などで対応することができる。また制御対象
のむだ時間に対しては例えばパデ近似を導入することに
より補償が可能である。
では、制御系の動特性変動や外乱にかかわらず、設計に
用いたダイナミックモデルの動特性を維持する効果を持
つ。なお、目標値ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）までの伝達
関数は1/σ（Ｓ）に漸近することになるが、制御対象の
時間的遅れに対しては制御器のゼロ点に相殺する方法
や、フィードバック補償により制御対象の極を見掛け上
ずらす方法などで対応することができる。また制御対象
のむだ時間に対しては例えばパデ近似を導入することに
より補償が可能である。
一方、外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）までは を維持することになる。そのため、外乱ｄ（ｔ）の影響
は1/（１＋γ）倍となって現れることから、外乱ｄ
（ｔ）は1/（１＋γ）に軽減されることになる。ここで
γが大きくなるほど外乱ｄ（ｔ）の影響が小さくなるこ
とから、γは制御系のロバスト性（動特性変動に対して
頑健な状態，低感度な性質）に関係したゲインであると
言える。
は1/（１＋γ）倍となって現れることから、外乱ｄ
（ｔ）は1/（１＋γ）に軽減されることになる。ここで
γが大きくなるほど外乱ｄ（ｔ）の影響が小さくなるこ
とから、γは制御系のロバスト性（動特性変動に対して
頑健な状態，低感度な性質）に関係したゲインであると
言える。
通常の運転条件下では、制御対象１に対して、良好に制
御が行なわれるように、例えば上述のように設定された
制御定数を備えた制御演算器２で、通常の制御系が構成
されている。この状態で、目標値ｒ（ｔ）から出力ｙ
（ｔ）間の伝達関数と等しい動特性を有するダイナミッ
クモデル３が用意されている。したがって、このままで
は、出力誤差ε（ｔ）は零であるが外乱ｄ（ｔ）が印加
されたり、制御対象１の動特性が変化すると出力側で誤
差ε（ｔ）が生ずる。これを、制御演算器２のレギュレ
ーション能力にたよらずに、補償器５により、すみやか
に操作信号ｕ（ｔ）にフイードバックする構造となって
いる。すなわち、制御系の動特性変動分と外乱成分とが
相殺されるようにフィードバック制御がなされているの
である。なお、補償器５は積分演算を含んでいるため、
定常状態では出力誤差ε（ｔ）は自動的に零となる。し
たがって、外乱ｄ（ｔ）に対しては、補償器からの補償
信号のゲインを変化させることにより、通常の制御系だ
けの場合よりも、抑制力が向上する。また、制御対象１
の動特性変化に対しても、すみやかに補償されるため、
同じく通常の制御系だけの場合に比べて、低感度すなわ
ちロバストとなる。
御が行なわれるように、例えば上述のように設定された
制御定数を備えた制御演算器２で、通常の制御系が構成
されている。この状態で、目標値ｒ（ｔ）から出力ｙ
（ｔ）間の伝達関数と等しい動特性を有するダイナミッ
クモデル３が用意されている。したがって、このままで
は、出力誤差ε（ｔ）は零であるが外乱ｄ（ｔ）が印加
されたり、制御対象１の動特性が変化すると出力側で誤
差ε（ｔ）が生ずる。これを、制御演算器２のレギュレ
ーション能力にたよらずに、補償器５により、すみやか
に操作信号ｕ（ｔ）にフイードバックする構造となって
いる。すなわち、制御系の動特性変動分と外乱成分とが
相殺されるようにフィードバック制御がなされているの
である。なお、補償器５は積分演算を含んでいるため、
定常状態では出力誤差ε（ｔ）は自動的に零となる。し
たがって、外乱ｄ（ｔ）に対しては、補償器からの補償
信号のゲインを変化させることにより、通常の制御系だ
けの場合よりも、抑制力が向上する。また、制御対象１
の動特性変化に対しても、すみやかに補償されるため、
同じく通常の制御系だけの場合に比べて、低感度すなわ
ちロバストとなる。
このように、出力誤差補償器のゲインを変化させること
により制御系のロバスト性を調節するように構成したた
め、動特性変化や外乱に強い、すなわちロバストな制御
系を構成することができる。
により制御系のロバスト性を調節するように構成したた
め、動特性変化や外乱に強い、すなわちロバストな制御
系を構成することができる。
なお、当然のことながら、この制御装置を、マイクロコ
ンピュータとD/A変換器、A/D変換器などを用いたデジタ
ル制御により構成することができる。
ンピュータとD/A変換器、A/D変換器などを用いたデジタ
ル制御により構成することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）は従来のゲインスケジュール制御系を示す
ブロック図、第１図（ｂ）は従来のモデル規範形適応制
御系を示すブロック図、第２図は本発明の一実施例に係
る制御装置を示すブロック図である。 １……制御対象、２……制御演算器、３……ダイナミッ
クモデル、4,6……減算器、５……出力誤差補償器。
ブロック図、第１図（ｂ）は従来のモデル規範形適応制
御系を示すブロック図、第２図は本発明の一実施例に係
る制御装置を示すブロック図である。 １……制御対象、２……制御演算器、３……ダイナミッ
クモデル、4,6……減算器、５……出力誤差補償器。
Claims (1)
- 【請求項１】制御対象への目標値信号と前記制御対象の
出力信号とから前記制御対象の操作信号を演算する、積
分演算を含む制御演算器と、 前記目標値信号を入力し、前記制御対象および前記制御
演算器からなる制御系のモデル出力信号を演算するダイ
ナミックモデルと、 前記制御対象の出力信号と前記ダイナミックモデルのモ
デル出力信号との差を出力誤差信号として出力する第１
の減算器と、 前記第１の減算器から出力された前記出力誤差信号を入
力して補償信号を演算する、積分演算を含む出力誤差補
償器と、 前記出力誤差補償器から出力された前記補償信号を前記
制御演算器の出力である前記操作信号から減算して前記
制御対象に与える第２の減算器とを具備し、 前記出力誤差補償器のゲインを大きく設定することによ
り制御系のロバスト性を向上させるように構成したこと
を特徴とする制御装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59073984A JPH0713801B2 (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 制御装置 |
| EP85300069A EP0159103B1 (en) | 1984-04-13 | 1985-01-04 | Process control apparatus |
| DE8585300069T DE3572740D1 (en) | 1984-04-13 | 1985-01-04 | Process control apparatus |
| AU37330/85A AU550917B2 (en) | 1984-04-13 | 1985-01-04 | Process control apparatus with reference model |
| US06/690,259 US4679136A (en) | 1984-04-13 | 1985-01-10 | Dynamic error compensating process controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59073984A JPH0713801B2 (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60218106A JPS60218106A (ja) | 1985-10-31 |
| JPH0713801B2 true JPH0713801B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=13533875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59073984A Expired - Fee Related JPH0713801B2 (ja) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713801B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0580810A (ja) * | 1991-09-20 | 1993-04-02 | Hitachi Ltd | サーボ制御方法及び装置 |
| CN102654754B (zh) * | 2012-04-18 | 2014-04-02 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 用负载模拟器检测振动控制动态范围的方法及负载模拟器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2372466A1 (fr) * | 1976-11-25 | 1978-06-23 | Alsthom Atlantique | Dispositif de regulation a modele |
| JPS5685105A (en) * | 1979-12-13 | 1981-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | Simulating device |
| CA1163372A (en) * | 1980-04-07 | 1984-03-06 | Juan M. Sanchez | Adaptive-predictive control system |
| JPS5946353A (ja) * | 1982-09-08 | 1984-03-15 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関のアイドル回転速度制御方法 |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59073984A patent/JPH0713801B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60218106A (ja) | 1985-10-31 |
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