JPH0822307A - Control constant determining method of controller - Google Patents

Control constant determining method of controller

Info

Publication number
JPH0822307A
JPH0822307A JP17597594A JP17597594A JPH0822307A JP H0822307 A JPH0822307 A JP H0822307A JP 17597594 A JP17597594 A JP 17597594A JP 17597594 A JP17597594 A JP 17597594A JP H0822307 A JPH0822307 A JP H0822307A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control constant
designer
controller
value
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP17597594A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3279078B2 (en
Inventor
Masaya Murakami
賢哉 村上
Tomoji Sugano
智司 菅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP17597594A priority Critical patent/JP3279078B2/en
Publication of JPH0822307A publication Critical patent/JPH0822307A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3279078B2 publication Critical patent/JP3279078B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide a control constant determining method of the controller which properly meets designer's requirements by using a nonlinear optimizing technique for plural quantitatively given design specifications. CONSTITUTION:This is the control constant determining method for the controller which determines the control constant of the controller that meet plural specification items given by a designer by the nonlinear optimizing technique using restriction conditions and an evaluation function. Quantitative specification values are given respectively and the specification items shown by the nonlinear function of the control constant are divided into hard limits and soft limits according to the degree of requirement of the designer (S1-S5). For the hard limits, certain restriction conditions are given (S6) and for the soft limits, the control constant meeting the requirements of the designer is determined (S8) by the nonlinear optimizing technique by using an evaluation function including a penalty item for case wherein the restriction conditions are not met (S7).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼プラント、化学プ
ラント等のプロセスや電気、機械装置等の制御に用いら
れるコントローラを設計する場合において、その制御定
数(制御パラメータ)を設計者の仕様を満たすように決
定するための制御定数決定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention, when designing a controller used for controlling a process such as a steel plant, a chemical plant, etc., electricity, a mechanical device, etc., sets its control constant (control parameter) to the specifications of the designer. The present invention relates to a control constant determination method for determining to satisfy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の制御定数の決定方法とし
ては次のようなものがある。まず、第1の方法は、「P
ID制御」(システム制御情報学会,pp.135〜1
44,1992年)に示されるように、線形の伝達関数
で表わされた1入力1出力の制御対象を有するPID制
御系において、数理計画手法を用いて数式1の評価関数
0を最小とするようなPID制御定数(比例ゲイン、
積分時間、微分時間等)を決定する。なお、数式1にお
いて、r(t)は設定値、x(t)は制御量、βは負で
ない定数である。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are the following methods for determining this type of control constant. First, the first method is "P
ID control "(Systems and Control Information Society, pp.135-1)
44, 1992), in a PID control system having a 1-input 1-output controlled object represented by a linear transfer function, the evaluation function J 0 of Expression 1 is minimized by using a mathematical programming method. PID control constant (proportional gain,
Integration time, derivative time, etc.). In Expression 1, r (t) is a set value, x (t) is a controlled variable, and β is a non-negative constant.

【0003】[0003]

【数1】 [Equation 1]

【0004】数式1は、設定値r(t)と制御量x
(t)との偏差に、定常偏差が残らないようにする重み
係数exp(βt)を掛けた量の2乗をすべての時間に
ついて積分したものであり、この値は解析的に得られ
る。
Equation 1 is a set value r (t) and a controlled variable x
It is the square of the amount obtained by multiplying the deviation from (t) by a weighting coefficient exp (βt) that prevents a steady deviation from remaining, and this value is analytically obtained.

【0005】次に、第2の方法は、「ルールベースを用
いたPID制御器のパラメーター設計」(SICE第3
2回学術講演会予稿集,宇田川他,pp.839〜84
0,1993年)に示されるように、線形の伝達関数で
表わされた1入力1出力の制御対象を有するPID制御
系において、過去の経験に基づいて作られたルールベー
スに従って、設計者の与えたオーバーシュート、立ち上
がり時間等に関する定量的な仕様項目を満たすようなP
ID制御定数を決定する。
Next, the second method is "parameter design of PID controller using rule base" (SICE No. 3).
2nd Academic Lecture Proceedings, Udagawa et al., Pp. 839-84
0, 1993), in a PID control system having a 1-input 1-output controlled object represented by a linear transfer function, according to a rule base created based on past experience, the designer's P that satisfies the quantitative specifications such as given overshoot and rise time
Determine the ID control constant.

【0006】更に、第3の方法は、「MATRIXX
品群パンフレット」(住商エレクトロニクス株式会社,
1992年)に見られるように、図10に示す制御系に
対し、数式3に示す制約条件(例えばオーバーシュート
5%以下)を満たしながら、数式2の評価関数J0を最
小とするような補償器の制御定数P(1),P(2),
P(3),P(4)を制約付き非線形最適化手法(逐次
2次計画法)を適用して決定する。
Furthermore, the third method is the "MATRIX X product group pamphlet" (Sumitomo Electronics Co., Ltd.,
1992), the control system shown in FIG. 10 is compensated so as to minimize the evaluation function J 0 of Expression 2 while satisfying the constraint condition of Expression 3 (for example, overshoot of 5% or less). Control constants P (1), P (2),
P (3) and P (4) are determined by applying a constrained nonlinear optimization method (sequential quadratic programming).

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【0008】[0008]

【数3】 (Equation 3)

【0009】数式2及び数式3において、r(t)は設
定値、x(t)は制御量、Tはステップ応答シミュレー
ション時間である。なお、この方法が組み込まれている
ツールはもっと一般的であるが、具体的に示されている
例は上記文献のようなもののみである。
In Equations 2 and 3, r (t) is a set value, x (t) is a controlled variable, and T is a step response simulation time. It should be noted that tools incorporating this method are more general, but concrete examples are only those described in the above literature.

【0010】第4の方法は、「A Computer - Aided O
ptimization - Based ControllerDesign Tool」(Pro
c. Am Control Conf Reilly., Maryland Uni
v.,pp.990〜995,1991年)に示されるご
とく、第3の方法と同様に、制約付きの非線形最適化手
法を用いて一般の補償器の制御定数を決定する。なお、
図11はこの従来技術における制御対象及び補償器を示
すブロック図であり、G(s)が制御対象(プラント)
の伝達関数である。この従来技術では制御定数K1,K
2を、仕様を満たすように最適化している。
The fourth method is "A Computer-Aided O"
ptimization-Based Controller Design Tool "(Pro
c. Am Control Conf Reilly., Maryland Uni
v., pp. (990-995, 1991), the control constant of a general compensator is determined by using a constrained nonlinear optimization method as in the third method. In addition,
FIG. 11 is a block diagram showing a control target and a compensator in this conventional technique, where G (s) is a control target (plant).
Is the transfer function of. In this prior art, the control constants K1, K
2 is optimized to meet the specifications.

【0011】上記第4の方法では、複数の仕様項目間の
トレードオフを支援するために、仕様項目を硬制約(Ha
rd Constraint)及び軟制約(Soft Constraint)に分
け、更に、すべての仕様項目の仕様値についてそれぞれ
良好値と不良値とを設定する。各仕様項目について、良
好値は仕様値として設計者の満足できる値であり、不良
値は設計者の満足できない値である。このようにして、
硬制約については良好値を満たし、軟制約につては不良
値と良好値の間でできるだけ良好値に近づける制御定数
を決定する。
In the fourth method, in order to support the trade-off between a plurality of specification items, the specification items are hard-constrained (Ha
rd Constraint) and soft constraint (Soft Constraint), and a good value and a bad value are set for the specification values of all specification items. For each specification item, a good value is a value that the designer can satisfy as a specification value, and a bad value is a value that the designer cannot satisfy. In this way,
For the hard constraint, a good value is satisfied, and for the soft constraint, a control constant is determined between the bad value and the good value as close as possible to the good value.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】コントローラの仕様項
目のうち、オーバーシュートと立ち上がり時間のよう
に、一方を小さくしようとすると他方が大きくなってし
まうような相反する複数の仕様項目(制御特徴量)を対
象として、設計者が何れも過度に厳しい要求仕様を与え
た場合、解が存在しない場合が当然出てくる。一方、現
実問題として、制御系の設計において与えられる要求仕
様値としては、絶対に満足すべきものばかりでなく、目
標または目安として仕様値を与え、これにできるだけ近
付ければ良いという場合も多い。
Among the specification items of the controller, a plurality of contradictory specification items (control feature amount) such as overshoot and rise time, in which one becomes larger when the other becomes smaller, such as overshoot and rise time. In the case where the designers have given excessively strict requirement specifications, there are cases where no solution exists. On the other hand, as a practical problem, the required specification values given in the design of the control system are not only those that should be absolutely satisfied, but there are many cases in which it is sufficient to give the specification values as targets or guidelines and to bring them as close as possible.

【0013】このように、コントローラの設計仕様は絶
対に満足させるべきものとそうでないものとの2種類に
分けることができるが、後者のような、目標に近付ける
という形の仕様に関しては、複数の仕様項目のうちのど
れを他のどれより優先するか、といった要求度の違いを
細かく考慮する必要がある。従って、コントローラの設
計に当たっては、上記の点を考慮して最適な制御定数を
決定することが要求される。
As described above, the controller design specifications can be divided into two types, those that must be satisfied and those that must not be satisfied. It is necessary to carefully consider the difference in the degree of demand such as which of the specification items has priority over the others. Therefore, in designing the controller, it is required to determine the optimum control constant in consideration of the above points.

【0014】しかるに、前述した従来の方法には、それ
ぞれ次のような問題がある。まず、第1の方法では、設
計者の要求仕様を反映した制御定数を決定することがで
きない。第2の方法では、評価関数を用いていないた
め、最適性という視点が欠けており、仕様を満たす中で
最も良い制御を行なう制御定数を見出すことができな
い。また、この方法では過去の経験の蓄積とそれからル
ールベースを作るプロセスとが必要である。
However, the above-mentioned conventional methods have the following problems, respectively. First, with the first method, it is not possible to determine a control constant that reflects the specifications required by the designer. In the second method, since the evaluation function is not used, the viewpoint of optimality is lacking, and it is not possible to find the control constant that performs the best control while satisfying the specifications. In addition, this method requires the accumulation of past experience and the process of creating a rule base from it.

【0015】また、第3の方法では、設計仕様を満足す
る制御定数が存在すればその中で最適なもの(評価関数
を最小とするもの)を解パラメータとして出力するが、
仕様を満足する制御定数が存在しない場合には、最適化
アルゴリズムの制御定数探索回数が一定の上限を越えた
ところで探索を打切り、「解なし」と判定する。従っ
て、「解なし」という答と、探索回数が上限を越えた時
点での最終的な制御定数を出力するだけで終ってしま
う。
In the third method, if a control constant that satisfies the design specifications exists, the optimum one (the one that minimizes the evaluation function) is output as the solution parameter.
If there is no control constant that satisfies the specifications, the search is aborted when the number of control constant searches of the optimization algorithm exceeds a certain upper limit, and it is determined that there is no solution. Therefore, the answer is "no solution" and the final control constant when the number of searches exceeds the upper limit is output.

【0016】第4の方法においては、各仕様項目に対し
て、硬制約、軟制約を設定することにより設計者のそれ
ぞれの項目に対する要求度をある程度考慮しており、軟
制約に関しては、良好値と不良値の間でできるだけ良好
値に近付けるようになっている。しかし、各仕様項目に
ついて最適化を行なった結果がこの良好値と不良値の間
のどこに来るかはわからないし、設計者がこれを調整す
ることもできない。設計者にはこの良好値と不良値とを
設定し直す自由度があるのみである。従って、これらの
仕様項目(特に軟制約)間相互の関係は余り考慮でき
ず、トレードオフの支援としては不十分と言わざるを得
ない。
In the fourth method, by setting a hard constraint and a soft constraint for each specification item, the designer's requirement for each item is taken into consideration to some extent. It is designed to be as close as possible to the good value between the bad value and the bad value. However, it is not known where the result of the optimization for each specification item falls between the good value and the bad value, and the designer cannot adjust it. The designer only has the freedom to reset the good and bad values. Therefore, the mutual relationship between these specification items (particularly soft constraints) cannot be considered so much, and it must be said that it is insufficient as a trade-off support.

【0017】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、定量的に与えら
れた複数の設計仕様に対し、非線形最適化手法を用いて
設計者の要求度を適切に満足するようなコントローラの
制御定数決定方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to meet the demands of a designer for a plurality of quantitatively given design specifications by using a non-linear optimization method. The object of the present invention is to provide a method for determining a control constant of a controller that appropriately satisfies the degree.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本発明は以下のような解決手段及び作用を有
する。始めに、請求項1に記載した第1の発明について
説明する。まず、コントローラの設計仕様は、一般に数
式4に示すような不等式で表わされる。
In order to achieve the above object, the present invention has the following means and actions. First, the first invention described in claim 1 will be described. First, the design specification of the controller is generally expressed by an inequality as shown in Expression 4.

【0019】[0019]

【数4】 J1(x1,x2,…,xn)≦F12(x1,x2,…,xn)≦F2 ・・・ JM(x1,x2,…,xn)≦FM ## EQU4 ## J 1 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F 1 J 2 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F 2 ... J M (x 1 , x 2 , …, X n ) ≦ F M

【0020】数式4において、x1,x2,…,xnは決
定すべき制御定数(以下、必要に応じてパラメータとい
う)であり、例えば比例ゲイン、積分時間、微分時間等
であり得る。Ji(x1,x2,…,xn)(i=1〜M)
は、制御定数x1,x2,…,xnを与えてシミュレーシ
ョンまたは制御実験を行なった場合の応答波形から得ら
れるオーバーシュート、立ち上がり時間等の仕様項目
(制御特徴量)である。従って、これらの量Jiは、制
御定数x1,x2,…,xnの非線形関数となっている。
また、F1〜FMは、設計者の与えた具体的な仕様値であ
り、例えばオーバーシュートについては10%以下、立
ち上がり時間については1秒以下といった値である。つ
まり、ここでは設計者の持つ仕様が仕様値として定量化
されている。
In Expression 4, x 1 , x 2 , ..., X n are control constants to be determined (hereinafter referred to as parameters if necessary), and may be, for example, proportional gain, integration time, differentiation time, or the like. J i (x 1 , x 2 , ..., X n ) (i = 1 to M)
Is a specification item (control feature amount) such as overshoot and rise time obtained from a response waveform when a simulation or a control experiment is performed by giving control constants x 1 , x 2 , ..., X n . Therefore, these quantities J i are non-linear functions of the control constants x 1 , x 2 , ..., X n .
Further, F 1 to F M are concrete specification values given by the designer, and are values such as 10% or less for overshoot and 1 second or less for rise time. That is, here, the specifications of the designer are quantified as the specification values.

【0021】更に、制御応答自体の評価関数をJcとす
る。これも制御定数を設定してシミュレーションまたは
制御実験を行なって得られる量とし、Jc=Jc(x1
2,…,xn)というように、制御定数x1,x2,…,
nの非線形関数となる。
Further, the evaluation function of the control response itself is J c . This is also an amount obtained by performing a simulation or a control experiment by setting a control constant, and J c = J c (x 1 ,
x 2 , ..., X n ), the control constants x 1 , x 2 ,.
It is a non-linear function of x n .

【0022】ここで、一般の制約付きの非線形最適化問
題について説明する。これは、数式5のように表わされ
る。
Here, a general constrained nonlinear optimization problem will be described. This is expressed as Equation 5.

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】数式5において、yi(x1,x2,…,
n)(i=0〜N)は、x1,x2,…,xnの非線形関
数である。この数式5は、y1(x1,x2,…,xn)≦
1,……,yN(x1,x2,…,xn)≦YNというN項
目の制約条件を満たしつつ、y0(x1,x2,…,xn
を最小とする制御定数の組x1,x2,…,xnを決定せ
よ、ということである。これが制約付き非線形最適化問
題であり、これを解く手法が制約付き非線形最適化手法
である。
In equation 5, y i (x 1 , x 2 , ...,
x n ) (i = 0 to N) is a nonlinear function of x 1 , x 2 , ..., X n . This formula 5 is y 1 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦
Y 0 (x 1 , x 2 , ..., X n ) while satisfying the N item constraint condition of Y 1 , ..., Y N (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ Y N
Is to determine the set of control constants x 1 , x 2 , ..., X n that minimizes. This is the constrained nonlinear optimization problem, and the method for solving it is the constrained nonlinear optimization method.

【0025】本発明においては、設計者の各仕様項目に
対する要求の強さの度合を考慮するために、以下のよう
にこれらの要求度を制約付き非線形最適化問題にあては
めることとした。数式4に示したM個の仕様項目を、設
計者の要求度に従って絶対に満たす必要のある仕様項目
とそうでない仕様項目とに分け、前者を「ハードリミッ
ト」、後者を「ソフトリミット」と呼ぶことにする。こ
のうちハードリミットをL項目とし、添字の符号を付け
代えることにより、ハードリミットについては数式6、
ソフトリミットについては数式7となる。
In the present invention, in order to consider the degree of strength of the requirement for each specification item of the designer, these degree of requirement are applied to the constrained nonlinear optimization problem as follows. The M specification items shown in Expression 4 are divided into specification items that must absolutely be satisfied and specification items that are not required according to the degree of demand of the designer, and the former is called the "hard limit" and the latter is called the "soft limit." I will decide. Of these, the hard limit is set to the L item, and the subscript is replaced by
Formula 7 is used for the soft limit.

【0026】[0026]

【数6】 J1(x1,x2,…,xn)≦F1 ・・・ JL(x1,x2,…,xn)≦FL [Equation 6] J 1 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F 1 ... J L (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F L

【0027】[0027]

【数7】 JL+1(x1,x2,…,xn)≦FL+1 ・・・ JM(x1,x2,…,xn)≦FM [Formula 7] J L + 1 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F L + 1 ... J M (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F M

【0028】このように仕様項目を分けた後、数式5の
制約付き非線形最適化問題に当てはめる。すなわち、数
式5において、ハードリミットについては、制約条件
(y1(x1,x2,…,xn)≦Y1,…,yN(x1
2,…,xn)≦YN)として与える。
After dividing the specification items in this manner, the constrained nonlinear optimization problem of Equation 5 is applied. That is, in the mathematical expression 5, the constraint condition (y 1 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ Y 1 , ..., y N (x 1 ,
x 2 , ..., X n ) ≦ Y N ).

【0029】また、ソフトリミットについては、特徴量
i(i=L+1〜M)が仕様値Fi(i=L+1〜M)
を越えて制約条件を満たさなくなった場合に、仕様値F
iを越えた分、つまり特徴量Jiと仕様値Fiとの差(Ji
−Fi)に後述する定数(「重み」とする)Wiを乗じて
ペナルティ項として評価関数Jcに加え、その結果を
c'とする。上記「重み」Wiは、ソフトリミットのう
ちどれを優先的に満足させたいかを示す重みである。上
記Jc'を数式4と対応させて表わすと、数式8のように
なる(なお、N=Lとなる)。
Regarding the soft limit, the feature value J i (i = L + 1 to M) is the specification value F i (i = L + 1 to M).
If the constraint condition is not satisfied beyond the limit, the specification value F
min beyond the i, that is the difference between the feature quantity J i and specifications value F i (J i
-F i ) is multiplied by a constant (hereinafter referred to as “weight”) W i, which is added to the evaluation function J c as a penalty term, and the result is set to J c ′. The “weight” W i is a weight indicating which one of the soft limits is to be satisfied preferentially. When the above J c 'is expressed in association with the mathematical expression 4, the mathematical expression 8 is obtained (where N = L).

【0030】[0030]

【数8】 (Equation 8)

【0031】従って、最終的に、非線形最適化問題とし
ては数式9のようになる。
Therefore, finally, the non-linear optimization problem is expressed by the equation (9).

【0032】[0032]

【数9】 minimize Jc'(x1,x2,…,xn) subject to J1(x1,x2,…,xn)≦F1 ・・・ JL(x1,x2,…,xn)≦FL [Equation 9] minimize J c '(x 1 , x 2 , ..., X n ) subject to J 1 (x 1 , x 2 , ..., X n ) ≦ F 1 ... J L (x 1 , x 2) ,…, X n ) ≦ F L

【0033】このようにして、一般には解が得られると
共に、その解はハードリミットを満たし、ソフトリミッ
トについてもこれをできるだけ満たすような制御定数を
求めることができる。
In this way, in general, a solution can be obtained, and the solution can satisfy the hard limit, and the soft constant can also be obtained with a control constant that satisfies the soft limit.

【0034】上記第1の発明によれば、ハードリミット
及びソフトリミットを一応満足する制御定数を求めるこ
とができるが、仕様として極端に厳しい要求があった場
合には解が求まらない場合も発生する。これは、ハード
リミットがそれだけ厳し過ぎたためであると考えられる
ので、設計仕様に無理があると判定する。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain the control constants that satisfy the hard limit and the soft limit, but if there is an extremely strict requirement as a specification, a solution may not be obtained. appear. It is considered that this is because the hard limit is too strict, so it is determined that the design specifications are unreasonable.

【0035】次に、請求項2に記載した第2の発明につ
いて説明する。第2の発明では、数式8のJc'に含まれ
る「重み」Wiを設計者の入力により任意に設定できる
ようにし、設計仕様(ソフトリミット)に対する定量的
な要求度を適切に反映できるようにした。これにより、
各仕様項目間のトレードオフを効率よく行なえると同時
に、設計者の要求仕様に応じたきめ細かい設計が可能に
なる。ただし、複数の仕様間では単位の違いがあると同
時に、上記数式8において、制御本来の評価関数である
cとペナルティ項Wi×max(0,Ji−Fi)(i=L
+1〜M))とはほぼ同程度の値でなければならない。
Next, the second invention described in claim 2 will be described. In the second invention, the “weight” W i included in J c ′ of Expression 8 can be arbitrarily set by the designer's input, and the quantitative requirement for the design specification (soft limit) can be appropriately reflected. I did it. This allows
It enables efficient trade-off between each specification item, and at the same time enables detailed design according to the designer's required specifications. However, at the same time that there is a difference in units between a plurality of specifications, in the above formula 8, J c , which is the original evaluation function of control, and the penalty term W i × max (0, J i −F i ) (i = L
+1 to M)) should be approximately the same value.

【0036】これらを勘案し、設計者は複数の仕様間の
単位の違いを意識することなく「重み」を与えられるよ
うにする。なお、このようにして設計者が与える重みを
「正規化された重み」と言うこととする。「正規化され
た重み」の具体的な求め方は、数式10に示す通りであ
る。
Taking these into consideration, the designer is allowed to give the “weight” without being aware of the difference in units between a plurality of specifications. The weight given by the designer in this way is referred to as "normalized weight". A specific method for obtaining the “normalized weight” is as shown in Expression 10.

【0037】[0037]

【数10】Wi=Ui×Vi ## EQU10 ## W i = U i × V i

【0038】数式10において、Viは仕様項目間の単
位の違いを吸収する正規化パラメータであり、Uiは設
計者が入力するところの、要求度を数値化した量であ
る。Viは、制御定数の初期値に基づいて以下のように
定める。まず、制御定数の初期値をx1 0,x2 0,…,x
n 0とする。これらの初期値に基づいて得られた、制御応
答自体の評価関数の値Jc(x1 0,x2 0,…,xn 0
と、Fi(設計者が与える仕様値であり、i=L+1〜
M)とにより、Viを数式11のように定める。
In Equation 10, V i is a normalization parameter that absorbs the difference in units between specification items, and U i is a numerical value of the degree of demand, which the designer inputs. V i is determined as follows based on the initial value of the control constant. First, the initial value of the control constant x 1 0, x 2 0, ..., x
Let n 0 . The value J c (x 1 0 , x 2 0 , ..., x n 0 ) of the evaluation function of the control response itself obtained based on these initial values.
And F i (specification value given by the designer, i = L + 1 to
M i ) and V i are defined as in Eq.

【0039】[0039]

【数11】Vi=Jc(x1 0,x2 0,…,xn 0)/Fi V i = J c (x 1 0 , x 2 0 , ..., x n 0 ) / F i

【0040】ただし、Fi<0.01の場合には、Vi
大きくなり過ぎたりVi<0となるのを避けるため、数
式12のようにする。
[0040] However, in the case of F i <0.01, in order to avoid the V i from becoming a V i <0 or too large, so that the equation (12).

【0041】[0041]

【数12】Vi=Jc(x1 0,x2 0,…,xn 0)×100 (=Jc(x1 0,x2 0,…,xn 0)/0.01)Equation 12] V i = J c (x 1 0, x 2 0, ..., x n 0) × 100 (= J c (x 1 0, x 2 0, ..., x n 0) /0.01)

【0042】[0042]

【実施例】次に、図を参照しつつ本発明の実施例を説明
する。まず、請求項3に対応する実施例について述べ
る。この実施例は、本発明を、図3に示すようなPID
制御器による1入力1出力制御系における制御定数(P
IDパラメータ)の決定に適用した場合のものである。
この場合、制御応答自体の評価関数Jcを数式13のよ
うに定める。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. First, an embodiment corresponding to claim 3 will be described. This embodiment illustrates the present invention as a PID as shown in FIG.
The control constant (P
This is the case when applied to the determination of (ID parameter).
In this case, the evaluation function J c of the control response itself is determined as in Expression 13.

【0043】[0043]

【数13】 (Equation 13)

【0044】数式13において、r(t)は設定値、x
(t)は制御量、βは負でない定数、Tはステップ応答
シミュレーション時間であり、この数式13は、設定値
と制御量との間に定常偏差が残らないようにする(定常
偏差を抑え込む)重み係数exp(βt)を掛けた値の
2乗を、シミュレーション時間Tにわたって積分したも
のである。
In equation 13, r (t) is a set value, x
(T) is a control amount, β is a non-negative constant, T is a step response simulation time, and this formula 13 prevents a steady deviation from remaining between the set value and the control amount (suppresses the steady deviation). The square of the value multiplied by the weighting factor exp (βt) is integrated over the simulation time T.

【0045】ここで、設計仕様項目を具体的に例示する
と、以下のようになる。まず、ステップ応答の制御量時
系列データに関しては、 ・オーバーシュート ・振幅減衰比 ・立ち上がり時間 ・整定時間 ・最小値(例えば逆応答しないように、など) が挙げられる。
Specific examples of the design specification items are as follows. First, regarding the step response controlled variable time series data, there are: overshoot, amplitude attenuation ratio, rise time, settling time, minimum value (for example, so as not to make a reverse response).

【0046】同じく操作量時系列データに関しては、 ・操作量最大値 ・操作量変化率最大値 ・最小値(例えば逆応答しないように、など) 等が挙げられる。Similarly, regarding the operation amount time-series data, there are: maximum value of operation amount, maximum value of change rate of operation amount, minimum value (for example, so as not to make a reverse response).

【0047】開ループ伝達関数の周波数応答に関して
は、 ・ゲイン余裕 ・位相余裕 ・交差角周波数 等が挙げられる。
Regarding the frequency response of the open loop transfer function, there are: gain margin, phase margin, crossing angular frequency and the like.

【0048】閉ループ伝達関数の周波数応答に関して
は、 ・最大ゲイン ・最大ゲイン周波数 ・帯域幅 等が挙げられる。
Regarding the frequency response of the closed loop transfer function, there are: maximum gain, maximum gain frequency, bandwidth, etc.

【0049】この場合には、トレードオフの対象となる
仕様項目間の自由度が少ないため、ハードリミットは1
つ以下(L≦1)とするのが適当である。
In this case, since the degree of freedom between specification items subject to trade-off is small, the hard limit is 1
It is suitable to be less than or equal to 2 (L ≦ 1).

【0050】以下、図1及び図2に基づき、PIDパラ
メータを決定する具体的な手順を説明する。図1におい
て、まず、制御対象及び制御器を伝達関数によるブロッ
ク線図にて表わしたモデルを定義する(S1)。例とし
て、ここでは図3に示すような伝達関数によるものを考
える。次に、最適化を行なうためのパラメータ探索にお
ける初期値(変数初期値)を設定する(S2)。
A specific procedure for determining the PID parameter will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, first, a model in which a control target and a controller are represented by a block diagram by a transfer function is defined (S1). As an example, consider a transfer function as shown in FIG. Next, the initial value (variable initial value) in the parameter search for performing optimization is set (S2).

【0051】更に、このモデルにおいて、設定値をステ
ップ変化させたときの応答時系列データに対して表1に
示す設計仕様を入力する(S3)。
Further, in this model, the design specifications shown in Table 1 are input to the response time series data when the set value is stepwise changed (S3).

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】次に、表1の仕様をハードリミットとソフ
トリミットとに分ける。例えば、操作量最大値に関する
仕様をハードリミット、オーバーシュート、立ち上がり
時間に関する仕様をソフトリミットとする(S4)。次
いで、ソフトリミットに対し、設計者の持っている要求
度Uiを表2のように数値的に入力する(S5)。な
お、上記S1〜S5は設計者自身が入力するステップで
ある。
Next, the specifications of Table 1 are divided into hard limits and soft limits. For example, the specification regarding the maximum operation amount is set as a hard limit, and the specification regarding the rising time is set as a soft limit (S4). Next, with respect to the soft limit, the degree of demand U i possessed by the designer is numerically input as shown in Table 2 (S5). The steps S1 to S5 are steps that the designer himself inputs.

【0054】[0054]

【表2】 [Table 2]

【0055】また、ハードリミットである操作量最大値
についての仕様は、非線形最適化手法の制約条件として
与える(S6)。ソフトリミットのオーバーシュートに
関する仕様値と立ち上がり時間に対する仕様値について
は、ペナルティ項をもとの評価関数に加える(S7)。
ここで、第2の発明に関する重みの正規化機能(図2)
を用いることとし、正規化パラメータViと定量的な要
求度Uiとを用いて数式10により正規化された重みWi
を求め、数式8によりJc'を演算する。
The specification of the maximum manipulated variable, which is a hard limit, is given as a constraint condition of the nonlinear optimization method (S6). Regarding the specification value regarding the overshoot of the soft limit and the specification value regarding the rise time, the penalty term is added to the original evaluation function (S7).
Here, the function of normalizing weights related to the second invention (FIG. 2)
Is used, and the weight W i normalized by Expression 10 using the normalization parameter V i and the quantitative demand U i is used.
Is calculated, and J c 'is calculated according to Equation 8.

【0056】次に、制約付き非線形最適化手法によりパ
ラメータ探索を行ない(S8)、ハードリミットを満た
して評価関数を最小とする解パラメータが求まれば(S
9)終了とし、これを最適パラメータとして出力する。
なお、ハードリミットを満たす解パラメータが見出せな
い場合(S83)には、入力された設計仕様に無理があ
ると判定する(S10)。
Next, a parameter search is performed by a constrained nonlinear optimization method (S8), and if a solution parameter that satisfies the hard limit and minimizes the evaluation function is obtained (S8).
9) End and output this as the optimum parameter.
If the solution parameter that satisfies the hard limit cannot be found (S83), it is determined that the input design specifications are unreasonable (S10).

【0057】ハードリミットを満たす解パラメータが存
在するとき、ソフトリミットも同時に満足する解パラメ
ータが存在すればそれも求まる。そのようなパラメータ
が存在しない場合は、ソフトリミットに最も近付ける限
界のパラメータが得られることになる。ソフトリミット
が複数ある場合は、それぞれソフトリミットへ限界まで
近付いているわけであるが、その近付き方は、表2の、
設計者によって数値化された要求度Uiに基づいたもの
となる。
When there is a solution parameter that satisfies the hard limit, and if there is a solution parameter that also satisfies the soft limit, it is also determined. If no such parameter exists, the limit parameter closest to the soft limit is obtained. When there are multiple soft limits, the soft limits are approached to their respective limits.
It is based on the demand U i quantified by the designer.

【0058】この例では、表3に示すようなパラメータ
(KPは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間)
が得られ、これに対する制御量のステップ応答波形は図
4のaのようになった。
In this example, parameters as shown in Table 3 (K P is proportional gain, T I is integration time, T D is differentiation time)
Was obtained, and the step response waveform of the control amount for this was as shown in FIG.

【0059】[0059]

【表3】 [Table 3]

【0060】図4のaによると、仕様「立ち上がり時間
1.0秒」は満たしている。一方、「オーバーシュート
10%」は満たしていないが、立ち上がり時間について
の仕様を満たした場合にはこれが限界となっている。
According to FIG. 4a, the specification "rise time 1.0 second" is satisfied. On the other hand, although "overshoot 10%" is not satisfied, this is the limit when the specifications for the rise time are satisfied.

【0061】ここで、設計者の要求度Uiが変わり、オ
ーバーシュートに関する仕様を優先したいという場合
(表4参照)には、要求度Uiを表5のように変更す
る。これにより、図1のS3〜S7を経て表6のような
パラメータが得られ、そのときのステップ応答波形は図
4のbのようになる。この場合、仕様「オーバーシュー
ト10%」の方は満足しているが、立ち上がり時間につ
いては満たしていない。つまり、オーバーシュートを優
先させるためには、立ち上がり時間についてはこれが限
界であったわけである。
Here, when the designer's demand U i changes and it is desired to give priority to the specifications relating to overshoot (see Table 4), the demand U i is changed as shown in Table 5. As a result, the parameters shown in Table 6 are obtained through S3 to S7 in FIG. 1, and the step response waveform at that time is as shown in b in FIG. In this case, the specification "overshoot 10%" is satisfied, but the rise time is not satisfied. In other words, in order to prioritize overshoot, this was the limit for the rise time.

【0062】[0062]

【表4】 [Table 4]

【0063】[0063]

【表5】 [Table 5]

【0064】[0064]

【表6】 [Table 6]

【0065】このように、ハードリミットである操作量
最大値に関する仕様は満たしつつ、立ち上がり時間に関
する仕様とオーバーシュートに関する仕様のそれぞれを
優先するPIDパラメータが得られた。また、設計者が
与える要求度Uiを変えることにより、当然にこれらの
中間的な応答を得ることも可能である。なお、図5は操
作量のステップ応答波形であり、aは表3に示すパラメ
ータによるもの、bは表6に示すパラメータによるもの
である。
As described above, the PID parameter which gives priority to each of the specification relating to the rise time and the specification relating to the overshoot is obtained while satisfying the specification concerning the operation amount maximum value which is the hard limit. Moreover, it is also possible to obtain an intermediate response between these by naturally changing the request degree U i given by the designer. 5A and 5B show step response waveforms of manipulated variables, where a is based on the parameters shown in Table 3 and b is based on the parameters shown in Table 6.

【0066】次に、重みの正規化機能を図2を参照しつ
つ説明する。図2において、設計者が、制御対象、制御
器、変数初期値(ここでは限界感度法により自動的に設
定している)及び設計仕様(ソフトリミット)を入力す
る(SA1〜SA3)。これらの各入力項目は、図1に
おけるS1〜S3の入力項目にそれぞれ対応する。
Next, the weight normalization function will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the designer inputs a control target, a controller, variable initial values (here, they are automatically set by the limit sensitivity method), and design specifications (soft limits) (SA1 to SA3). Each of these input items corresponds to the input items of S1 to S3 in FIG.

【0067】次いで、上記変数初期値のもとで、上記制
御対象及び制御器を用いてシミュレーションを行ない
(SA4)、そのときの制御自体の評価関数Jc(数式
13参照)の値を求める。これを、Jc 0とする。
Next, a simulation is carried out using the above-mentioned controlled object and controller under the above-mentioned variable initial value (SA4), and the value of the evaluation function J c of the control itself at that time (see Formula 13) is obtained. This is J c 0 .

【0068】そして、ソフトリミットの仕様項目につい
て、順番に、設計仕様値Fiが0.01以上であるか否
かを調べる(SA7)。0.01以上ならVi=Jc 0
iとし、0.01に満たなければVi=Jc 0×100と
して正規化パラメータViを求め(SA8,SA9)、
これらを2つの仕様項目(m=2)につき計算したら
(SA10 YES)、正規化パラメータViを出力し
て終了する。この正規化パラメータViが、前記数式1
0による「正規化された重み」の算出に用いられる。
Then, for the soft limit specification items, it is checked in order whether or not the design specification value F i is 0.01 or more (SA7). If 0.01 or more, V i = J c 0 /
If F i is less than 0.01, the normalization parameter V i is obtained by setting V i = J c 0 × 100 (SA8, SA9),
When these are calculated for two specification items (m = 2) (SA10 YES), the normalization parameter V i is output and the process ends. This normalization parameter V i is equal to
It is used to calculate the “normalized weight” by 0.

【0069】図6及び図7は、上記実施例の作用を概念
的に説明したものである。実施例では、3つのパラメー
タとして比例ゲインKP、積分時間TI、微分時間TD
決定する場合につき説明したが、ここでは、簡単のため
に積分時間TI、微分時間TDは固定し、比例ゲインKP
だけを決定するものとして述べる。
6 and 7 conceptually explain the operation of the above embodiment. In the embodiment, the case where the proportional gain K P , the integration time T I , and the derivative time T D are determined as three parameters has been described, but here, for simplicity, the integration time T I and the derivative time T D are fixed. , Proportional gain K P
Only as a decision.

【0070】まず、図6は比例ゲインKpと仕様項目
(仕様特徴量)との関係を例に基づいて示したものであ
る。横軸がKpであり、縦軸はそれぞれ3つの仕様項目
に関する座標を表わしている。ここで、比例ゲインの値
に関して操作量最大値、立上り時間、オーバーシュート
が定まるので、これらは各々比例ゲインKpの関数とな
る(曲線J1(Kp),J2(Kp),J3(Kp))。い
ま、設計者は表1のような仕様とそれぞれに対する要求
度を持っているものとし、ここでは操作量最大値に関す
る仕様をハードリミットとし、オーバーシュート、立ち
上がり時間に関する仕様をソフトリミットとする。
First, FIG. 6 shows the relationship between the proportional gain K p and the specification item (specification feature amount) based on an example. The horizontal axis represents K p , and the vertical axis represents the coordinates for each of the three specification items. Here, since the maximum manipulated value, the rise time, and the overshoot are determined with respect to the value of the proportional gain, these are functions of the proportional gain K p (curves J 1 (K p ), J 2 (K p ), J 3 (K p )). Now, it is assumed that the designer has the specifications shown in Table 1 and the degree of demand for each of them. Here, the specifications regarding the maximum manipulated variable are set as hard limits, and the specifications regarding overshoot and rise time are set as soft limits.

【0071】まず、ハードリミットを満たす比例ゲイン
pの範囲は図6の矢印A1の部分となる。従って、最
適化におけるパラメータ探索は、厳密にこの範囲におい
てのみ行なわれることになる。次に、ソフトリミットを
満たす比例ゲインKpの範囲がそれぞれ図6の矢印A
2,A3で示される部分であったとすると、この両者を
同時に満足する比例ゲインKpは存在しない。そこで、
設計者のオーバーシュート、立ち上がり時間のそれぞれ
に対する要求度(表1、表2参照)を取り込むことによ
り、オーバーシュートに関する仕様値(10%)に近付
けるのか、立ち上がり時間に対する仕様値(1sec)
に近付けるのかを調整することができる。
First, the range of the proportional gain K p that satisfies the hard limit is indicated by the arrow A1 in FIG. Therefore, the parameter search in the optimization will be performed strictly in this range. Next, the range of the proportional gain K p that satisfies the soft limit is indicated by arrow A in FIG.
2 and A3, there is no proportional gain K p that satisfies both of them at the same time. Therefore,
By incorporating the designer's requirements for overshoot and rise time (see Tables 1 and 2), the specification value for overshoot (10%) can be approached, or the specification value for rise time (1 sec)
You can adjust how close to.

【0072】結局、比例ゲインKpは、図6の矢印A4
に示した範囲でどの値がよいかを設計者が設定すればよ
く、この範囲内のいかなる値にするかという問題は仕様
項目1を満たしつつ仕様項目2及び3のトレードオフの
問題となる。そして、図7に示す如く、矢印A4の範囲
内で比例ゲインKpの値を設定するには、前述の要求度
i(U2,U3)を用いればよい。つまり、要求度U2
3の値に応じて、比例ゲインKpは矢印A4の範囲内の
どこかに決定されることになる。
After all, the proportional gain K p is determined by the arrow A4 in FIG.
The designer may set which value is preferable in the range shown in (1), and the problem of what value to set within this range is a trade-off problem between the specification items 2 and 3 while satisfying the specification item 1. Then, as shown in FIG. 7, in order to set the value of the proportional gain K p within the range of the arrow A4, the above-mentioned required degree U i (U 2 , U 3 ) may be used. That is, the demand U 2 ,
Depending on the value of U 3 , the proportional gain K p will be determined somewhere within the range of arrow A4.

【0073】なお、この例で各仕様項目を満たすパラメ
ータ(比例ゲインKp)の範囲は図6、図7のようにな
るが、別の形のパラメータの範囲であった場合にはそれ
ぞれに適したパラメータ領域でのトレードオフが行なわ
れるのは言うまでもない。
In this example, the range of parameters (proportional gain K p ) satisfying each specification item is as shown in FIG. 6 and FIG. 7, but it is suitable for each range of parameters of different shapes. It goes without saying that there is a trade-off in the parameter area.

【0074】一方、図8は従来の技術についての概念図
である。従来では、仕様項目を満たす解パラメータが存
在しない場合、最適化アルゴリズムのパラメータ探索過
程の最終パラメータ(ただしこれは仕様を満たさない)
を一応の目安とするしかない。この場合、上記最終パラ
メータについて評価関数、仕様特徴量がどのようになる
かは全くわからず、仕様項目のうちのどれを優先するか
等の情報は入り込む余地がない。従って、最終パラメー
タを矢印A4の範囲内のどこかに決定することが不可能
になる。
On the other hand, FIG. 8 is a conceptual diagram of a conventional technique. Conventionally, when there is no solution parameter that satisfies the specification item, the final parameter of the parameter search process of the optimization algorithm (however, this does not meet the specification)
There is no choice but to use as a rough guide. In this case, it is completely unknown what the evaluation function and the specification feature amount will be for the final parameter, and there is no room for information such as which of the specification items should be prioritized. Therefore, it becomes impossible to determine the final parameter somewhere within the range of the arrow A4.

【0075】次に、請求項4に対応する実施例について
述べる。この実施例は、図9に示すように、離散形状態
方程式により表された制御対象とサーボ形の最適レギュ
レータからなる制御器とを有する制御系において、間接
的な制御定数である2次形式評価関数の重みの決定に本
発明を適用した場合のものである。まず、制御対象のモ
デルは、図9及び数式14に示すような離散形の状態方
程式で表わされる。
Next, an embodiment corresponding to claim 4 will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 9, a quadratic type evaluation which is an indirect control constant in a control system having a controlled object represented by a discrete state equation and a controller composed of a servo type optimum regulator. This is a case where the present invention is applied to the determination of the function weight. First, the model of the controlled object is represented by a discrete state equation as shown in FIG.

【0076】[0076]

【数14】X(k+1)=AX(k)+BU(k) Y(k)=CX(k)X (k + 1) = AX (k) + BU (k) Y (k) = CX (k)

【0077】数式14において、X(k)は時刻kにお
ける制御対象の状態ベクトル、U(k)は入力(操作
量)ベクトル、Y(k)は出力変数ベクトルである。従
って、一般にこの系は多入力多出力系である。このモデ
ルに対して、図9で表わされるサーボ系最適レギュレー
タ(LQI)を構成し、これにより、出力Y(あるいは
このうちの一部)を設定値のベクトルRに追従させる。
このときの制御則は、数式15によって表わされる。
In Expression 14, X (k) is a state vector of the controlled object at time k, U (k) is an input (operation amount) vector, and Y (k) is an output variable vector. Therefore, this system is generally a multi-input multi-output system. For this model, a servo system optimum regulator (LQI) shown in FIG. 9 is configured to cause the output Y (or a part thereof) to follow the set value vector R.
The control law at this time is represented by Expression 15.

【0078】[0078]

【数15】 (Equation 15)

【0079】なお、数式15において、eは偏差ベクト
ル(=Y−R、またはこのベクトルRの成分のうちのい
くつか)である。フィードバックゲインF1,F2は、最
適レギュレータ理論により、数式16の制御応答評価関
数Jを最小にするように求められる。
In Expression 15, e is a deviation vector (= Y−R, or some of the components of this vector R). The feedback gains F 1 and F 2 are obtained by the optimum regulator theory so as to minimize the control response evaluation function J of Expression 16.

【0080】[0080]

【数16】 [Equation 16]

【0081】数式16において、Weは偏差に対する重
み行列、Xは状態変数ベクトル、Uは操作変数ベクト
ル、Wxは状態変数に対する重み行列、Wuは操作変数に
対する重み行列である。これらの行列We,Wx,Wu
設計者により与えられるパラメータ(LQI重み)であ
り、設計仕様を満たすために調整できる自由度となる。
請求項4は、これらの重み行列We、Wx、Wuのすべて
の成分を決定する方法に関する。この場合、制御自体の
評価関数Jcは数式17とする。
In Expression 16, W e is a weight matrix for deviations, X is a state variable vector, U is an operation variable vector, W x is a weight matrix for state variables, and W u is a weight matrix for operation variables. These matrices W e , W x , and W u are parameters (LQI weights) given by the designer, and have the degrees of freedom that can be adjusted to satisfy the design specifications.
Claim 4 relates to a method for determining all the components of these weight matrices W e , W x , W u . In this case, the evaluation function J c of the control itself is represented by Expression 17.

【0082】[0082]

【数17】 [Equation 17]

【0083】数式17において、Kは設定値に追従させ
る出力変数の数を示す。また、rij(t)は、設定値ベ
クトルRの中でi番目の出力変数に対する設定値(予め
正規化されているものとする)のみがステップ変化し、
他の変数は変化しない場合の設定値の各成分、従って、
ij=δijである。このように第i成分のみがステップ
変化した設定値ベクトルをRiと表わすこととする。例
えば、設定値Rの第1成分のみがステップ変化した場合
には、R1により、数式18のようにR(t)が定ま
る。
In Expression 17, K represents the number of output variables to be made to follow the set value. Further, in r ij (t), only the set value (assuming that it has been normalized in advance) for the i-th output variable in the set value vector R changes stepwise,
Each component of the set value when the other variables do not change, so
r ij = δ ij . The set value vector in which only the i-th component is stepwise changed in this way is represented as R i . For example, when only the first component of the set value R changes stepwise, R 1 determines R (t) as in Expression 18.

【0084】[0084]

【数18】 (Equation 18)

【0085】更に、前記数式17において、yij(t)
は設定値ベクトルとして上に定義したRiを与えた場合
の出力応答時系列ベクトルデータY(t)の第j成分を
示している。すなわち、yij(t)はrij(t)に追従
する。また、前記数式17において、Tはステップ応答
シミュレーション時間である。 数式17に示した評価
関数は、多変数系において、その制御量となる出力変数
の広い意味での設定値との偏差の2乗積分の総和を表し
ている。
Further, in the above formula 17, y ij (t)
Indicates the j-th component of the output response time series vector data Y (t) when R i defined above is given as the set value vector. That is, y ij (t) follows r ij (t). Further, in the above formula 17, T is a step response simulation time. In the multivariable system, the evaluation function shown in Expression 17 represents the sum of the square integrals of the deviations of the output variables, which are the controlled variables, from the set values in a broad sense.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上詳述したように、第1の発明によれ
ば、設計者の要求度に応じて区別した仕様項目(ハード
リミット及びソフトリミット)を適切に満たす制御定数
を決定することができる。また、第2の発明によれば、
ソフトリミットの中でどれを優先させるかといった要求
度を定量的に設定し、これを重みとして評価関数に反映
させることが可能であるから、設計仕様にできるだけ近
い応答を実現する制御定数を得ることができる。
As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, it is possible to determine the control constants that appropriately satisfy the specification items (hard limit and soft limit) distinguished according to the degree of demand of the designer. it can. According to the second invention,
It is possible to quantitatively set the degree of demand such as which one of the soft limits should be prioritized, and reflect this as a weight in the evaluation function, so obtain a control constant that realizes a response as close as possible to the design specifications. You can

【0087】更に、複数の仕様項目について満足できる
限界を示すことができると共に、正規化パラメータを導
入すれば、仕様項目間の単位の違いによる数値のオーダ
ーの違いを吸収して、設計者がこれらの違いを意識する
ことなく単純に相対的な要求度ないし重みを数値化して
与えることができる。
Further, it is possible to show the limit that can be satisfied for a plurality of specification items, and by introducing the normalization parameter, the designer can absorb the difference in the order of the numerical values due to the difference in the unit between the specification items. The relative demand or weight can be simply quantified and given without being aware of the difference between the two.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例における制御定数決定手順を示
すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure for determining a control constant in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例における重みの正規化手順を示
すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a weight normalization procedure in the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例におけるPID制御系を示すブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a PID control system in the embodiment of the present invention.

【図4】図3のモデルによる制御量の応答波形である。FIG. 4 is a response waveform of a controlled variable based on the model of FIG.

【図5】図3のモデルによる操作量の応答波形である。5 is a response waveform of a manipulated variable based on the model of FIG.

【図6】本発明の実施例の作用説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of the operation of the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例の作用説明図である。FIG. 7 is an explanatory view of the operation of the embodiment of the present invention.

【図8】実施例と比較した従来技術の作用説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory view of the operation of the conventional technology compared with the embodiment.

【図9】本発明の実施例における制御系のブロック図で
ある。
FIG. 9 is a block diagram of a control system in the embodiment of the present invention.

【図10】従来技術を示す制御系のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a control system showing a conventional technique.

【図11】従来技術を示す制御系のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a control system showing a conventional technique.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 設計者により与えられる複数の仕様項目
を満足するコントローラの制御定数を、制約条件及び評
価関数を用いた非線形最適化手法により決定するコント
ローラの制御定数決定方法において、 定量的な仕様値がそれぞれ与えられ、かつ制御定数の非
線形関数として示された複数の仕様項目を設計者の要求
度に応じてハードリミット及びソフトリミットに分割
し、ハードリミットについては一定の制約条件として与
えると共にソフトリミットについては制約条件を満たさ
ない場合のペナルティ項を定めてなる評価関数を用い
て、前記要求度を満足するような制御定数を決定するこ
とを特徴とするコントローラの制御定数決定方法。
1. A controller control constant determination method for determining a control constant of a controller satisfying a plurality of specification items given by a designer by a non-linear optimization method using a constraint condition and an evaluation function. Multiple specification items, each of which is given a value and shown as a non-linear function of the control constant, are divided into a hard limit and a soft limit according to the degree of demand of the designer. A control constant determining method for a controller, characterized in that a control constant that satisfies the requirement is determined using an evaluation function that defines a penalty term when a constraint condition is not satisfied for the limit.
【請求項2】 請求項1記載の制御定数決定方法におい
て、 ソフトリミットに関する設計者の要求度を定量化して反
映させると共に正規化してなる重みを、ペナルティ項に
含ませることを特徴とするコントローラの制御定数決定
方法。
2. The control constant determining method according to claim 1, wherein the penalty term includes a weight obtained by quantifying and reflecting a designer's requirement regarding the soft limit and normalizing the weight. Control constant determination method.
【請求項3】 制御定数として、PID制御器のPID
パラメータを決定する請求項1または2記載のコントロ
ーラの制御定数決定方法。
3. A PID of a PID controller as a control constant
The method for determining a control constant of a controller according to claim 1, wherein the parameter is determined.
【請求項4】 制御定数として、多入力多出力の最適レ
ギュレータにおける2次形式評価関数の重みを決定する
請求項1または2記載のコントローラの制御定数決定方
法。
4. The method for determining a control constant of a controller according to claim 1, wherein a weight of a quadratic form evaluation function in an optimal regulator with multiple inputs and multiple outputs is determined as the control constant.
JP17597594A 1994-07-05 1994-07-05 Controller control constant determination method Expired - Lifetime JP3279078B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17597594A JP3279078B2 (en) 1994-07-05 1994-07-05 Controller control constant determination method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17597594A JP3279078B2 (en) 1994-07-05 1994-07-05 Controller control constant determination method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0822307A true JPH0822307A (en) 1996-01-23
JP3279078B2 JP3279078B2 (en) 2002-04-30

Family

ID=16005525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17597594A Expired - Lifetime JP3279078B2 (en) 1994-07-05 1994-07-05 Controller control constant determination method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3279078B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002189900A (en) * 2000-12-22 2002-07-05 Myotoku Ltd Method and device for component selection, and recording medium
JP2002351551A (en) * 2001-05-30 2002-12-06 Sintokogio Ltd System and method for controlling damping for conveyance, controller thereof and storage medium thereof
JP2004280792A (en) * 2003-02-14 2004-10-07 United Technol Corp <Utc> System and method of search for accelerated active set with respect to second programming for predictive control of real time model
WO2005019949A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-03 Yamatake Corporation Pid parameter adjustment device
JP2008310601A (en) * 2007-06-14 2008-12-25 Fujitsu Ltd Method for designing feedback control system, design program, and design support device
JP2009259264A (en) * 2009-07-09 2009-11-05 Sintokogio Ltd Feedback controller for vibration damping control system for conveyance
JP2019105989A (en) * 2017-12-12 2019-06-27 カヤバ システム マシナリー株式会社 Apparatus and method for producing command

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002189900A (en) * 2000-12-22 2002-07-05 Myotoku Ltd Method and device for component selection, and recording medium
JP2002351551A (en) * 2001-05-30 2002-12-06 Sintokogio Ltd System and method for controlling damping for conveyance, controller thereof and storage medium thereof
JP2004280792A (en) * 2003-02-14 2004-10-07 United Technol Corp <Utc> System and method of search for accelerated active set with respect to second programming for predictive control of real time model
WO2005019949A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-03 Yamatake Corporation Pid parameter adjustment device
EP1659461A1 (en) * 2003-08-21 2006-05-24 Yamatake Corporation Pid parameter adjustment device
US7346403B2 (en) 2003-08-21 2008-03-18 Yamatake Corporation Pid parameter adjustment device
CN100437396C (en) * 2003-08-21 2008-11-26 株式会社山武 PID parameter adjustment device
EP1659461A4 (en) * 2003-08-21 2009-12-09 Yamatake Corp Pid parameter adjustment device
JP2008310601A (en) * 2007-06-14 2008-12-25 Fujitsu Ltd Method for designing feedback control system, design program, and design support device
JP2009259264A (en) * 2009-07-09 2009-11-05 Sintokogio Ltd Feedback controller for vibration damping control system for conveyance
JP2019105989A (en) * 2017-12-12 2019-06-27 カヤバ システム マシナリー株式会社 Apparatus and method for producing command

Also Published As

Publication number Publication date
JP3279078B2 (en) 2002-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH08505973A (en) Multivariate predictive control method using range control method
US5625552A (en) Closed loop neural network automatic tuner
Gao Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning
Chen et al. Design of decentralized PI control systems based on Nyquist stability analysis
Huang et al. Fuzzy model predictive control
Wang et al. Optimal tuning for PI controller
Ghoshal Application of GA/GA-SA based fuzzy automatic generation control of a multi-area thermal generating system
US5486996A (en) Parameterized neurocontrollers
Anderson et al. MIMO robust control for HVAC systems
Freire et al. From single to many-objective PID controller design using particle swarm optimization
Devika et al. Optimizing of bullwhip effect and net stock amplification in three-echelon supply chains using evolutionary multi-objective metaheuristics
Meadowcroft et al. The modular multivariable controller: I: Steady‐state properties
Grandhi et al. Multiobjective optimization of large-scale structures
van den Boom et al. Model predictive control
JPH0822307A (en) Control constant determining method of controller
White et al. An alternative state-space representation for APVIOBPCS inventory systems
Santana et al. One-layer gradient-based MPC+ RTO strategy for unstable processes: a case study of a CSTR system
SESAK Control of large space structures via singular perturbation optimal control
Utz et al. Comparative evaluation of nonlinear model predictive and flatness-based two-degree-of-freedom control design in view of industrial application
Counsell et al. Robust nonlinear HVAC systems control with evolutionary optimisation
Kroll et al. Fuzzy network model-based fuzzy state controller design
Feng et al. Performance indices in evolutionary CACSD automation with application to batch PID generation
Rajeshwaran et al. Hybrid Optimization Based PID Controller Design for Unstable System.
de Sousa et al. Optimization of Takagi-Sugeno fuzzy controllers using a genetic algorithm
Roy et al. An evolutionary optimization-based design of Smith delay compensator for cascade control of MIMO time-delay industrial process

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20020122

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080222

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090222

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100222

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120222

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130222

Year of fee payment: 11

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term