JPH0922305A - Foreseeing control function adding method - Google Patents

Foreseeing control function adding method

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JPH0922305A
JPH0922305A JP19245395A JP19245395A JPH0922305A JP H0922305 A JPH0922305 A JP H0922305A JP 19245395 A JP19245395 A JP 19245395A JP 19245395 A JP19245395 A JP 19245395A JP H0922305 A JPH0922305 A JP H0922305A
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JP
Japan
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equation
preview
control
gain
state
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP19245395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoji Sugano
智司 菅野
Kenichi Kurotani
憲一 黒谷
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0922305A publication Critical patent/JPH0922305A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To add a foreseeing control function without changing a feedback(FB) compensator by calculating a state FB gain and calculating a foreseeing feedforward(FF) gain while using this state FB gain. SOLUTION: The coefficient of a controlled system P(s) is inputted (s101) and a PID parameter found by a model matching method is inputted (s102). Next, coefficients A, B and C of a discrete state equation are calculated (s103) and coefficient matrixes (ϕ, G and GR) of an extended error system are calculated (s104). A prescribed expression is operated for changing the PID parameter into a state FB control system and by using this expression, a state FB gain F1 is operated (s105). Next, weights Q and H are set (s106: for example, Q(1, 1)=1, H=1) and Liapunov's solutions P1 , Δ1 R' and γ1 R' are calculated (s107 and s108). Afterwards, a foreseeing FF gain F1 R' is calculated (s109).

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボ系やメカト
ロ機器、プロセス制御等の分野において、目標値や外乱
などの未来情報を有効に用いて制御性能を向上させるた
めの予見制御機能付加方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a preview control function adding method for improving control performance by effectively using future information such as target values and disturbances in the fields of servo systems, mechatronics equipment, process control and the like. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、予見制御には種々の方法が提案さ
れている。第1に、最も基本的な方法として、最適レギ
ュレータを基本とする状態フィードバック(FB)制御
に、予めわかっている目標値または外乱の未来情報を利
用するフィードフォワード(FF)制御を付加した最適
予見サーボ系と呼ばれるものがある(“デイジタル予見
制御”(土谷・江上,産業図書(株),pp.39〜4
6,1993))。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been proposed for preview control. Firstly, as the most basic method, optimal feedback is achieved by adding state-feedback (FB) control based on an optimal regulator and feedforward (FF) control utilizing future information of a target value or disturbance known in advance. There is a so-called servo system ("Digital predictive control" (Tsuchiya / Egami, Sangyo Tosho Co., Ltd., pp.39-4).
6, 1993)).

【0003】これは、目標値と制御量との偏差を含む状
態量と操作量とに関する2次形式評価関数を最小にする
ような予見制御入力を求めるもので、これにより、FB
のゲイン及びFFのゲインを同時に算出する。この方法
においては、FBによる安定性を保証し、目標値への追
随性や操作量のピーク値の低減を期待することができ
る。
This seeks a preview control input that minimizes a quadratic form evaluation function relating to a state quantity including a deviation between a target value and a control quantity and an operation quantity.
And the FF gain are calculated at the same time. In this method, stability due to FB can be guaranteed, and it can be expected to follow the target value and reduce the peak value of the manipulated variable.

【0004】予見FFゲインを求めるに当たり、上記第
1の方法では、FB制御系を最適レギュレータ手法によ
り求めた状態フィードバックの場合以外には使えない。
そこで第2の方法として、最適レギュレータ手法以外の
方法により構成されたFBにも適用できるように、第1
の方法とは異なって目標値と制御量との偏差を含む状態
量とFFによる操作量とに関する2次形式評価関数を最
小にするように、FFの制御則を変えることなく予見F
Fゲインを算出する方法がある(同上,pp.39〜4
6)。
In obtaining the preview FF gain, the first method cannot be used except in the case of the state feedback obtained by the optimal regulator method in the FB control system.
Therefore, as a second method, the first method is applied so that it can be applied to an FB configured by a method other than the optimum regulator method.
Unlike the method described in (1), the prediction F without changing the control law of the FF is performed so as to minimize the quadratic form evaluation function regarding the state quantity including the deviation between the target value and the control quantity and the operation quantity by the FF.
There is a method of calculating the F gain (ibid., Pp. 39-4).
6).

【0005】ここで、予め設計された出力フィードバッ
ク制御系に対し、予見制御だけを設計するには上記第2
の方法などがあるが、この場合、I−PDディジタル制
御系のように微分動作を出力の差分を用いて演算する場
合には、このままでは使えない。従って、出力のnステ
ップ過去値までを新たな状態量として導入し、これに積
分補償器を含めた拡大状態方程式を作ってその系に対し
予見制御設計を行う方法がある(“計測自動制御学会論
文集”(愛田,VOL.24,NO.11,pp1129
〜1136,1988))
Here, in order to design only the preview control for the predesigned output feedback control system, the second method is used.
However, in this case, it cannot be used as it is when the differential operation is calculated using the output difference like the I-PD digital control system. Therefore, there is a method that introduces up to n step past values of the output as a new state quantity, creates an expanded state equation including the integral compensator in this, and performs a preview control design for the system ("Measuring Automatic Control Society"). Collection of papers ”(Aida, VOL.24, NO.11, pp1129
~ 1136, 1988))

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】第1の方法は、状態F
Bを基本とするものであり、全状態量を計測できない場
合にはそのままの形では適用できない。また、第2の方
法は、FFのみの操作量を2次形式評価関数によって評
価しており、この場合、FBの特性は無視してしまうの
でFBの動きを予見FFゲインに反映できない。
The first method is the state F
It is based on B and cannot be applied as it is if all state quantities cannot be measured. In the second method, the operation amount of only FF is evaluated by the quadratic form evaluation function, and in this case, the characteristic of FB is ignored, so the movement of FB cannot be reflected in the predictive FF gain.

【0007】更に、第3の方法において、I−PD制御
系の完全フィードバック補償の形は状態FB補償と等価
になると考えられ、I−PD制御系は一種の状態FB制
御系と考えることができる。このため、この形のままで
は一般の出力FB制御系には対応できない。
Further, in the third method, the form of complete feedback compensation of the I-PD control system is considered to be equivalent to state FB compensation, and the I-PD control system can be considered as a kind of state FB control system. . Therefore, this form cannot be applied to a general output FB control system.

【0008】本発明は上記課題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、既に設計されてい
る様々な出力FB制御系に対し、そのFB補償器を変更
することなく予見制御機能を付加することができる予見
制御機能付加方法を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to perform preview control for various output FB control systems that have already been designed without changing the FB compensator. It is to provide a preview control function adding method capable of adding a function.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、制御対象の伝達関数とPI
Dパラメータとが既知であるPID制御系に予見フィー
ドフォワード補償を行って目標値に関する予見制御機能
を付加する方法において、前記PID制御系をエラーシ
ステムに拡大し、前記PIDパラメータに基づき拡大エ
ラーシステムに対応する状態フィードバックゲインを算
出してこの状態フィードバックゲインを用いて予見フィ
ードフォワードゲインを算出するものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a transfer function of a controlled object and a PI.
In a method of performing preview feedforward compensation to a PID control system whose D parameter is known and adding a preview control function regarding a target value, the PID control system is expanded to an error system, and an expanded error system is created based on the PID parameter. The corresponding state feedback gain is calculated, and the preview feedforward gain is calculated using this state feedback gain.

【0010】また、請求項2記載の発明は、制御対象の
伝達関数と分母分子が有理関数形式にて表わされる補償
器の伝達関数とが既知であるフィードバック制御系に予
見フィードフォワード補償を行って目標値に関する予見
制御機能を付加する方法において、フィードバック制御
系を制御対象及び補償器を含むエラーシステムに拡大
し、この拡大エラーシステムに対応する状態フィードバ
ックゲインを算出してこの状態フィードバックゲインを
用いて予見フィードフォワードゲインを算出するもので
ある。
Further, the invention according to claim 2 performs predictive feedforward compensation for a feedback control system in which the transfer function of the controlled object and the transfer function of the compensator in which the denominator numerator is expressed in a rational function form are known. In the method of adding a preview control function regarding a target value, a feedback control system is expanded to an error system including a control target and a compensator, a state feedback gain corresponding to this expanded error system is calculated, and this state feedback gain is used. The preview feedforward gain is calculated.

【0011】[0011]

【作用】まず、請求項1記載の発明の作用を説明する。
請求項1記載の発明では、図3に示すようなPID制御
系に予見制御機能を付加するものとする。なお、図3に
おいて、rは目標値、eは誤差信号(制御偏差)、uは
操作量、yは制御量であり、制御対象Pは数式1に示す
ような伝達関数P(s)によってモデル化できるものと
する。数式1において、a1〜an,b1〜bnは係数、s
はラプラス演算子である。
First, the operation of the present invention will be described.
In the invention described in claim 1, the preview control function is added to the PID control system as shown in FIG. In FIG. 3, r is a target value, e is an error signal (control deviation), u is an operation amount, y is a control amount, and the controlled object P is modeled by a transfer function P (s) as shown in Formula 1. Can be converted into. In Equation 1, a 1 ~a n, b 1 ~b n is a coefficient, s
Is the Laplace operator.

【0012】[0012]

【数1】 [Equation 1]

【0013】この制御対象Pを、数式2に示す連続形状
態方程式に変換する。但し、係数行列A’,B’,C’
は数式3に示すとおりであり、数式3においてIrはr
行r列の単位行列である。
This controlled object P is converted into a continuous state equation shown in equation (2). However, the coefficient matrix A ', B', C '
Is as shown in Equation 3, and in Equation 3, I r is r
It is an identity matrix with rows and r columns.

【0014】[0014]

【数2】 [Equation 2]

【0015】[0015]

【数3】 (Equation 3)

【0016】数式2をサンプリング周期Δtで離散化
し、離散形状態方程式である数式4に変換する。また、
誤差信号e(k)を数式5により表わすものとする。な
お、数式4における係数A,B,Cは数式6に示すとお
りである。
Equation 2 is discretized with a sampling period Δt and converted into Equation 4 which is a discrete state equation. Also,
The error signal e (k) is represented by Equation 5. The coefficients A, B, and C in Expression 4 are as shown in Expression 6.

【0017】[0017]

【数4】 (Equation 4)

【0018】[0018]

【数5】 (Equation 5)

【0019】[0019]

【数6】 (Equation 6)

【0020】これらの数式において、 x(k):状態変数(n×1), y(k):出力変数(m×1), u(k):入力変数(r×1), R(k):目標値信号(m×1), A:n×n, B:n×r, C:n×m (n,r,mはそれぞれ状態変数の数、入力変数の数、
出力変数の数であり、r≧m)とする。また、数式2で
表わされる系は可制御・可観測であるとする。
In these equations, x (k): state variable (n × 1), y (k): output variable (m × 1), u (k): input variable (r × 1), R (k) ): Target value signal (m × 1), A: n × n, B: n × r, C: n × m (n, r, and m are the number of state variables and the number of input variables, respectively)
It is the number of output variables and r ≧ m). Further, the system represented by Equation 2 is assumed to be controllable and observable.

【0021】ここで、偏差及び1ステップ前の偏差をそ
れぞれe(k),e1(k)とし、その状態量を付加し
たエラーシステムへ拡大すると数式7が得られ、これを
書き替えて数式8が得られる。但し、数式8における係
数行列Φ,G,GRは数式9のとおりである。
Here, the deviation and the deviation one step before are defined as e (k) and e 1 (k), respectively, and when expanded to an error system in which the state quantities are added, Equation 7 is obtained. 8 is obtained. However, the coefficient matrix Φ, G, G R in the equation 8 is as in the equation 9.

【0022】[0022]

【数7】 (Equation 7)

【0023】[0023]

【数8】 (Equation 8)

【0024】[0024]

【数9】 [Equation 9]

【0025】更に、離散化したPID補償器の制御則を
展開していくと、数式10となる。この数式10におい
て、KPは比例ゲイン、KIは積分ゲイン、KD1は微分ゲ
イン、TIは積分時間、TD1は微分時間である。また、
数式11を条件とする。
Further, when the control law of the discretized PID compensator is developed, the following equation 10 is obtained. In Equation 10, K P is a proportional gain, K I is an integral gain, K D1 is a differential gain, T I is an integration time, and T D1 is a differential time. Also,
The condition is Equation 11.

【0026】[0026]

【数10】 (Equation 10)

【0027】[0027]

【数11】 [Equation 11]

【0028】この時のPID予見制御系のブロック線図
を図4に示す。この図4において、z-1はサンプリング
遅れ演算子である。
A block diagram of the PID preview control system at this time is shown in FIG. In FIG. 4, z −1 is a sampling delay operator.

【0029】ここで、目標値変化に対する予見制御の場
合を考える。すなわち、予見フィードフォワード項の設
計を、数式12に示すように現在時刻からMRステップ
未来までの目標値が既知であるとして誤差項及び予見入
力項を含む2次形式評価関数J’を定義し、この評価関
数J’を最小にすることを考える。但し、制御入力Δu
(t)は数式13に示すとおりである。これらの数式1
2、13において、Q,Hは重み行列、F1は状態FB
ゲイン、F1Rは予見FFゲインである。
Now, let us consider the case of preview control for a change in the target value. That is, the design of the preview feedforward term is defined as a quadratic form evaluation function J ′ including an error term and a forecast input term assuming that the target value from the current time to the MR step future is known as shown in Expression 12. Consider minimizing this evaluation function J ′. However, control input Δu
(T) is as shown in Expression 13. Equation 1
2 and 13, Q and H are weight matrices, and F 1 is state FB.
The gain, F 1R, is the preview FF gain.

【0030】[0030]

【数12】 (Equation 12)

【0031】[0031]

【数13】 (Equation 13)

【0032】数式12の第2項目は数式14のようにな
り、これから、数式12は数式15のように変換され
る。
The second item of Expression 12 becomes Expression 14, and from this, Expression 12 is converted into Expression 15.

【0033】[0033]

【数14】 [Equation 14]

【0034】[0034]

【数15】 (Equation 15)

【0035】よって、求める評価関数は数式16のよう
になる。なお、数式16のF1R’,Δ1R’,Γ1R’は数
式17に示すとおりである。
Therefore, the evaluation function to be obtained is as shown in Expression 16. It should be noted that F 1R ', Δ 1R ' and Γ 1R 'in the equation 16 are as shown in the equation 17.

【0036】[0036]

【数16】 (Equation 16)

【0037】[0037]

【数17】 [Equation 17]

【0038】但し、これらの数式において、ξ1=Φ+
GF1、リアプノフ方程式 P1=η+ξ11ξ1 Tの解、
η=Q+F1HF1 Tである。また、R0はk=0における
ΔR(1)=R0の目標値変化の値である。数式16の
評価関数を最小にする予見ゲインF1R’は、数式16を
偏微分することにより数式18のように求められる。
However, in these equations, ξ 1 = Φ +
GF 1 , Lyapunov equation P 1 = η + ξ 1 P 1 ξ 1 T solution,
η = Q + F 1 HF 1 T. Further, R 0 is the value of the target value change of ΔR (1) = R 0 at k = 0. The preview gain F 1R 'which minimizes the evaluation function of Expression 16 is obtained by Expression 16 by partial differentiation.

【0039】[0039]

【数18】 (Equation 18)

【0040】次いで、請求項2記載の発明の作用を説明
する。請求項2記載の発明では、分母分子が有理関数形
式の伝達関数で表わされる一般補償器を持つFB制御系
に予見制御機能を付加するものとする。図5は、一般補
償器C(s)及び制御対象P(s)で表わされたFB制
御系のブロック線図である。制御対象P(s)を前記同
様に数式1でモデル化し、この離散形状態方程式表現を
数式19とする。数式19において、AP,BP,CP
係数行列である。なお、離散化の手順は数式2から数式
4への変換手順と同様とする。
Next, the operation of the invention described in claim 2 will be described. According to the second aspect of the invention, the preview control function is added to the FB control system having a general compensator in which the denominator numerator is represented by a transfer function in the rational function form. FIG. 5 is a block diagram of the FB control system represented by the general compensator C (s) and the controlled object P (s). The controlled object P (s) is modeled by Expression 1 as described above, and this discrete state equation expression is expressed as Expression 19. In Expression 19, A P , B P , and C P are coefficient matrices. The discretization procedure is the same as the conversion procedure from Equation 2 to Equation 4.

【0041】[0041]

【数19】 [Equation 19]

【0042】次に、一般補償器C(s)を数式20のよ
うな伝達関数によって定義する。この数式20におい
て、Ca1〜Cak,Cb1〜Cbkは係数である。
Next, the general compensator C (s) is defined by the transfer function shown in Expression 20. In this formula 20, Ca 1 ~Ca k, Cb 1 ~Cb k is a coefficient.

【0043】[0043]

【数20】 (Equation 20)

【0044】予見制御設計を行う上でサーボ系の形にす
るために、図6に示すように一般補償器C(s)を〔積
分器+一般補償器C’〕に分離し、この一般補償器C’
の離散形状態方程式表現を数式21とする。この数式2
1において、AC’,BC’,CC’は係数である。離散
化の手順は、数式2から数式4への変換手順と同様であ
る。
In order to form a servo system for the preview control design, the general compensator C (s) is separated into [integrator + general compensator C '] as shown in FIG. Bowl C '
The discrete state equation expression of is expressed as Expression 21. This formula 2
In 1, A C ′, B C ′ and C C ′ are coefficients. The discretization procedure is the same as the conversion procedure from Expression 2 to Expression 4.

【0045】[0045]

【数21】 (Equation 21)

【0046】ここで、数式19と数式21とをまとめる
と、数式22のようになる。そして、この系に対して拡
大エラーシステムを構成すると、数式23のようにな
る。但し、数式24を条件とする。
Here, if Equation 19 and Equation 21 are put together, Equation 22 is obtained. Then, if an enlarged error system is constructed for this system, the following formula 23 is obtained. However, the condition is Equation 24.

【0047】[0047]

【数22】 (Equation 22)

【0048】[0048]

【数23】 (Equation 23)

【0049】[0049]

【数24】 (Equation 24)

【0050】このときのFB制御部分の速度形の制御則
は、数式25のようになる。但し、Δtはサンプリング
間隔、KI=TI・Δt,TIは伝達関数表現における
コントローラの積分器のゲイン、F1=[Fex
は、この制御系における最適サーボ系ゲインに相当す
る。
The speed type control law of the FB control portion at this time is as shown in Expression 25. Where Δt is the sampling interval, KI = TI · Δt, TI is the gain of the controller integrator in the transfer function expression, and F 1 = [F e F x ].
Corresponds to the optimum servo system gain in this control system.

【0051】[0051]

【数25】 (Equation 25)

【0052】この一般補償器予見制御系のブロック図を
図7に示す。この図7は、図5に示したFB制御系に基
づき、新たなプラントA,Bと補償器のゲインFe,Fx
に分解したブロック図である。数式23に示した拡大エ
ラーシステム及び数式25のF1を用いて、数式12か
ら数式18への手順に従って予見制御設計を行う。
FIG. 7 shows a block diagram of this general compensator preview control system. This FIG. 7 is based on the FB control system shown in FIG. 5 and has gains F e and F x of new plants A and B and compensators.
It is the block diagram decomposed into. Using the enlarged error system shown in Expression 23 and F 1 in Expression 25, the preview control design is performed according to the procedure from Expression 12 to Expression 18.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】図1は、請求項1に記載した発明
の実施の形態を示すもので、PID制御系に予見制御機
能を付加する設計演算手順のフローチャートである。以
下、このフローチャートを参照しつつ予見制御系の設計
例を説明する。まず、制御対象P(s)が例えば数式2
6により表わされるものとして、PID予見制御を考え
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the invention described in claim 1 and is a flow chart of a design calculation procedure for adding a preview control function to a PID control system. Hereinafter, a design example of the preview control system will be described with reference to this flowchart. First, the control target P (s) is, for example, Equation 2
Consider PID preview control as represented by 6.

【0054】[0054]

【数26】 (Equation 26)

【0055】はじめに、制御対象P(s)の係数を入力
し(図1のS101)、モデルマッチング法により求め
た数式27のPIDパラメータを入力する(S10
2)。
First, the coefficient of the controlled object P (s) is input (S101 in FIG. 1), and the PID parameter of Equation 27 obtained by the model matching method is input (S10).
2).

【0056】[0056]

【数27】 [Equation 27]

【0057】次に、前記数式6により離散形状態方程式
の係数A,B,Cを算出し(S103)、数式9により
拡大エラーシステムの係数行列(Φ,G,GR)を算出
する(S104)。PIDパラメータを状態FB制御系
へ変換するために数式28を演算し(数式28において
Δt=0.64)、これを用いて状態FBゲインF1
演算すると数式29のようになる(S105)。
Next, the coefficient A of the discrete state equations by Equation 6, B, calculates the C (S103), the coefficient matrix of the enlargement error system using Equation 9 (Φ, G, G R ) is calculated (S104 ). Formula 28 is calculated in order to convert the PID parameter to the state FB control system (Δt = 0.64 in formula 28), and the state FB gain F 1 is calculated using this formula as shown in formula 29 (S105).

【0058】[0058]

【数28】 [Equation 28]

【0059】[0059]

【数29】 (Equation 29)

【0060】次いで、重みQ,Hを設定し(S106:
例えばQ(1,1)=1,H=1)、リアプノフ解P1
びΔ1R’,Γ1R’を計算する(S107,S108)。
その後、前記数式18により予見FFゲインF1R’を計
算する(S109)。
Next, the weights Q and H are set (S106:
For example, Q (1,1) = 1, H = 1), Lyapunov solution P 1 and Δ 1R ′, Γ 1R ′ are calculated (S107, S108).
After that, the preview FF gain F 1R 'is calculated by the formula 18 (S109).

【0061】ここで、従来の技術で説明した第2の方法
により予見FFゲインF1Rを求めると数式30のように
なる。また、請求項1の発明の実施の形態により予見F
FゲインF1R’を求めると数式31のようになる。
Here, when the preview FF gain F 1R is obtained by the second method explained in the prior art, the following formula 30 is obtained. Further, according to the embodiment of the invention of claim 1, the prediction F
The F gain F 1R 'is obtained as shown in Expression 31.

【0062】[0062]

【数30】 [Equation 30]

【0063】[0063]

【数31】 (Equation 31)

【0064】予見制御機能を付加しないFBのみ、予見
FFゲインF1R及びF1R’を用いたそれぞれの制御量の
ステップ応答を図8の,,に、また、この時の操
作量のステップ応答を図9の,,に示す。但し、
予見ステップ数は4であり、目標値のステップ変化は開
始から9.6秒後に与えている。これらの図から、本発
明では応答性能が向上していることがわかる。
The step responses of the respective control amounts using the preview FF gains F 1R and F 1R 'only for the FB which does not have the preview control function are shown in Fig. 8 and the step responses of the manipulated variables at this time. It is shown in FIG. However,
The number of preview steps is 4, and the step change of the target value is given 9.6 seconds after the start. From these figures, it is understood that the response performance is improved in the present invention.

【0065】次に、図2は請求項2に記載した発明の実
施の形態を示すものであり、一般補償器を持つFB制御
系に予見制御機能を付加する設計演算手順のフローチャ
ートである。以下、このフローチャートを参照しつつ予
見制御系の設計例を説明する。
Next, FIG. 2 shows an embodiment of the invention described in claim 2, and is a flow chart of a design calculation procedure for adding a preview control function to an FB control system having a general compensator. Hereinafter, a design example of the preview control system will be described with reference to this flowchart.

【0066】まず、制御対象(2次安定系)P(s)を
数式32に示し、一般補償器C(s)を数式33のH∞
制御設計によるコントローラとする。
First, the controlled object (second-order stable system) P (s) is shown in Equation 32, and the general compensator C (s) is shown in Equation 33 as H∞.
Use a controller based on control design.

【0067】[0067]

【数32】 (Equation 32)

【0068】[0068]

【数33】 [Equation 33]

【0069】図2において、はじめに制御対象P(s)
の係数を入力し(S201)、数式19における離散形
状態方程式の係数AP,BP,CPを算出する(S20
2)。次いで一般補償器C(s)の係数を入力し(S2
03)、予見制御設計のためにサーボ系の形にするべく
積分器を分離して補償器C(s)を補償器C(s)’+
積分器とする(S204)。そして、数式21に示した
補償器C(s)’の離散形状態方程式の係数AC’,
C’,CC’を算出する(S205)。
In FIG. 2, first, the controlled object P (s)
Are input (S201), and the coefficients A P , B P , and C P of the discrete state equation in Equation 19 are calculated (S20).
2). Next, the coefficient of the general compensator C (s) is input (S2
03), separate the integrator and replace the compensator C (s) with the compensator C (s) '+ to form a servo system for preview control design.
It is an integrator (S204). Then, the coefficient A C ′ of the discrete state equation of the compensator C (s) ′ shown in Expression 21
B C 'and C C ' are calculated (S205).

【0070】次に、前記AP,BP及びAC’,BC’をま
とめて新たな制御対象A,Bを構成する(S206)。
その後、数式24における拡大エラーシステムの係数行
列(Φ,G,GR)を算出し(S207)、状態FBゲ
インF1(=[Fex])を算出する(S208)。
Next, A P , B P and A C ′, B C ′ are combined to form new control targets A and B (S206).
After that, the coefficient matrix (Φ, G, G R ) of the expansion error system in Expression 24 is calculated (S207), and the state FB gain F 1 (= [F e F x ]) is calculated (S208).

【0071】なお、数式33のコントローラにおけるF
B制御の制御則は数式34に示すとおりである。但し、
KI=TI・Δtであり、ここではΔt=0.1,TI
=0.1088からKI=0.01088である。
F in the controller of Expression 33
The control rule of B control is as shown in Formula 34. However,
KI = TI · Δt, where Δt = 0.1, TI
= 0.1088 to KI = 0.01088.

【0072】[0072]

【数34】 (Equation 34)

【0073】この状態FBゲインF1による制御則を用
い、重みQ,Hを設定して(S209:例えばQ(1,
1)=0.01,H=1)、図1と同様に予見FFゲイ
ンF1R’を計算する(S210〜S212)。
Using the control rule based on this state FB gain F 1 , weights Q and H are set (S209: For example, Q (1,
1) = 0.01, H = 1), and the predictive FF gain F 1R 'is calculated as in FIG. 1 (S210 to S212).

【0074】ここで、従来の技術で説明した第2の方法
により予見FFゲインF1Rを求めると数式35のように
なる。また、請求項2の発明の実施の形態により予見F
FゲインF1R’を求めると数式36のようになる。
Here, when the preview FF gain F 1R is obtained by the second method described in the prior art, the following formula 35 is obtained. Further, according to the embodiment of the invention of claim 2, the prediction F
When the F gain F 1R 'is obtained, the formula 36 is obtained.

【0075】[0075]

【数35】 (Equation 35)

【0076】[0076]

【数36】 [Equation 36]

【0077】予見制御機能を付加しないFBのみ、予見
FFゲインF1R及びF1R’を用いたそれぞれの制御量の
ステップ応答を図10の,,に、また、この時の
操作量のステップ応答を図11の,,に示す。但
し、開始から5秒後に目標値のステップ変化を与えてい
る。また、サンプリング間隔Δtは前述の如く0.1秒
である。これらの図から、従来技術に対する本発明の優
位性が確認された。
The step responses of the respective control amounts using the preview FF gains F 1R and F 1R 'only for the FB without the preview control function are shown in Fig. 10 and the step responses of the manipulated variables at this time are shown. It is shown in FIG. However, the step change of the target value is given 5 seconds after the start. The sampling interval Δt is 0.1 second as described above. From these figures, the superiority of the present invention over the prior art was confirmed.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、制御対象
の伝達関数とPIDパラメータまたは補償器の伝達関数
が既知であれば、PIDパラメータや補償器を変更する
ことなく予見FFゲインを算出して各種のFB制御系に
対し予見制御機能を付加することができ、既に稼働して
いるFB制御系を予見サーボ系とすることができる。
As described above, according to the present invention, if the transfer function of the controlled object and the PID parameter or the transfer function of the compensator are known, the preview FF gain is calculated without changing the PID parameter or the compensator. Then, a preview control function can be added to various FB control systems, and an already operating FB control system can be used as a preview servo system.

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

【図1】請求項1の発明の実施の形態によるPID予見
制御系設計演算手順を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a PID preview control system design calculation procedure according to an embodiment of the present invention.

【図2】請求項2の発明の実施の形態による一般補償器
予見制御系設計演算手順を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a general compensator preview control system design calculation procedure according to the embodiment of the invention of claim 2;

【図3】請求項1の発明が適用されるPID制御系のブ
ロック線図である。
FIG. 3 is a block diagram of a PID control system to which the invention of claim 1 is applied.

【図4】PID予見制御系のブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram of a PID preview control system.

【図5】請求項2の発明が適用される制御系のブロック
線図である。
FIG. 5 is a block diagram of a control system to which the invention of claim 2 is applied.

【図6】図5における一般補償器を分離した制御系のブ
ロック線図である。
FIG. 6 is a block diagram of a control system in which the general compensator in FIG. 5 is separated.

【図7】一般補償器予見制御系のブロック線図である。FIG. 7 is a block diagram of a general compensator preview control system.

【図8】PID予見制御による制御量のステップ応答を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a step response of a control amount by PID preview control.

【図9】PID予見制御による操作量のステップ応答を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a step response of an operation amount by PID preview control.

【図10】H∞制御+予見制御による制御量のステップ
応答を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a step response of a control amount by H∞ control + preview control.

【図11】H∞制御+予見制御による操作量のステップ
応答を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a step response of an operation amount by H∞ control + preview control.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御対象の伝達関数とPIDパラメータ
とが既知であるPID制御系に予見フィードフォワード
補償を行って目標値に関する予見制御機能を付加する方
法において、 前記PID制御系をエラーシステムに拡大し、前記PI
Dパラメータに基づき拡大エラーシステムに対応する状
態フィードバックゲインを算出してこの状態フィードバ
ックゲインを用いて予見フィードフォワードゲインを算
出することを特徴とする予見制御機能付加方法。
1. A method of adding a preview control function for a target value by performing preview feedforward compensation to a PID control system whose transfer function and PID parameter to be controlled are known, wherein the PID control system is expanded to an error system. And the PI
A preview control function adding method characterized by calculating a state feedback gain corresponding to an enlarged error system based on the D parameter and calculating a preview feedforward gain using this state feedback gain.
【請求項2】 制御対象の伝達関数と分母分子が有理関
数形式にて表わされる補償器の伝達関数とが既知である
フィードバック制御系に予見フィードフォワード補償を
行って目標値に関する予見制御機能を付加する方法にお
いて、 前記フィードバック制御系を制御対象及び補償器を含む
エラーシステムに拡大し、この拡大エラーシステムに対
応する状態フィードバックゲインを算出してこの状態フ
ィードバックゲインを用いて予見フィードフォワードゲ
インを算出することを特徴とする予見制御機能付加方
法。
2. A feedback control system in which a transfer function of an object to be controlled and a transfer function of a compensator in which a denominator and a numerator are expressed in a rational function form is known is subjected to preview feedforward compensation to add a preview control function for a target value. In the method, the feedback control system is expanded to an error system including a control target and a compensator, a state feedback gain corresponding to the expanded error system is calculated, and a preview feedforward gain is calculated using the state feedback gain. A method for adding a preview control function characterized by the above.
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