JPS58192101A - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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JPS58192101A
JPS58192101A JP7613382A JP7613382A JPS58192101A JP S58192101 A JPS58192101 A JP S58192101A JP 7613382 A JP7613382 A JP 7613382A JP 7613382 A JP7613382 A JP 7613382A JP S58192101 A JPS58192101 A JP S58192101A
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JP
Japan
Prior art keywords
output
control
compensators
disturbance
compensator
Prior art date
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Pending
Application number
JP7613382A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryoichi Murata
良一 村田
Toshikatsu Fujiwara
藤原 敏勝
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP7613382A priority Critical patent/JPS58192101A/ja
Publication of JPS58192101A publication Critical patent/JPS58192101A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/32Automatic controllers electric with inputs from more than one sensing element; with outputs to more than one correcting element

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制御装置に関すゐ。
公知のPID制御系においては、纂1図プロ。
り線図に示すように、制御対象10制御量yt検出器2
によって検出し、この検出信号2と目標値発生器3で発
生される目標値rとを比較器4で比較し、その出力であ
る偏差信号#を零に近付けるような操作量Uを出すコン
トローラ5を用いて、外乱源6よシ印加される外乱W、
あるいは前述の目標値rの変動による影響を補償するも
のであるが、この制御方式では制御対象1や“検出器2
に不可避的に含まれる遅れのために充分な制御性の得ら
れない場合が多々あるのは周知の事実である。
しかしながら、仁のよりなPID制御系には制御対象に
多少の紅時変化があっても、制御性はそれほど損なわれ
ないこと、また比例ゲインなどの調整ノ豐うメータの物
理的効果が明確であるので、調整が容易であることなど
の利・点がある。
一方、現代制御理論による最適レイ、レータを用いた制
御方式においては、第2図プロ、り線図に示すように、
制御対象1の動的挙動を近似したモデル部101に用意
し、目標値rあるいは外乱wf大入力していわゆる状態
変数X(通常夏は制御対象1より計測することはできな
い)を計算し、これに係数加算器11にて最適ゲインを
掛は合わせて操作量2作り、前述の制御対象1に印加す
るもので、この方式はフィードパ、り[+御方式として
は理想的なものであることは証明されているが、制御対
象1の線形を仮定できなければ、最適ゲインが決定でき
ないという致命的欠点を有し、さらに状態質数Xに物理
的意味がないために最適ゲインの物理的意味も不明で、
不用意に値を変えると、この制御系はおよそ収拾のつか
ないものになってしまう。
したがって、経時変化などによシ制御対象1の特性が変
わった場合など制御対象とモデルにずれが出たときには
、ゲイン調整でカバーするというわけには行かず、モデ
ルの作り直しからやシ直さなければならない、これは、
最適制御理論では線形システムしか扱えないのが現状で
、非線形性が現われる場合碌どを考えてゲイン調整する
こともできないという欠点にも連がシ、更にはすべての
状態量が制御結果として零に戻ることというような制限
もあシ、以上述べた長短の故に制御性向上策は手づまシ
状態にあるといってよい。
本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、慣
用のPID制御系においてコントローラを調整するとい
う感覚でパラメータを変更することかでき、最適レギュ
レータ方式なみの良好な制御性を有し、制御定量偏差は
PID?1tlJ御系と同じく安定に零にもってゆく制
御装置を提供することを目的とし、PIDコントローラ
tl−具えたフィードパ、り制御系において、上記PI
Dコントローラの出力が近似的に最適レギュレータと同
一挙動をする外乱補償器および制御偏差補、信器′fr
具え、上記両補償器の出力の和を上記PIDコントロー
ラの入力にするようにしたことを特徴とする。
本発明を干渉のある2変数制御系に適用した一実施例を
図面について説明すると、第3図はその!口、り線図、
第4図は第3図の補償器71 t1雪e yts t 
711  e 711 e 7mmを作成する要領を示
すプロ、り線図、第5図は本発明をそれぞれ公知のPI
D制御系、最適レギュレータ方式と比較した場合の制御
偏差を示す線図である。
上図において、第1図と同一の記号はそれぞれ同図と同
一の機器を示し、本実施例でti2変数制御系であるの
で、第1の制御i−に関連するものに添字1を、第2の
制御量に関連するものに添字2をそれぞれ付してあり、
ytt  a y1ml’1me7寓1  m 711
  e 718はそれぞれ補償器、131+131はそ
れぞれ加算器である。
このような装置において、制御対象1の制御lyt、y
禦をそれぞれ検出器!1,2.11Cよって検出し、比
較器’1*4tの負の入力端に接続するとともに、制御
量71p7mの目標値rlerlをそれぞれ発生する目
標値発生器Jlejlの出力を比較器41*4mの正の
入力端に接続する。
比較器41の出力を一方は補償器2Hに、他方は別の補
償器1■にそれぞれ入力し、一様に比較器4mの出力を
一方は補償器1■に、他方は補償器7■にそれぞれ入力
するとともに、外乱源6よりの外乱wi一方は補償器7
1Mに、他方は補償器7■に入力する。
補償器711  e 711  e ytsの各出力お
よび補償器yet  e 711  e ’711の各
出方をそれぞれ加算器131およびJJIK接続し、こ
れら加算器131および13.の出力をそれぞれコント
ローラ61および50に入力し、コントローラ5におよ
び5諺の出力である操作信号u1およびumt−制御対
象1に印加する。
セして、補償器’11  * ’11  e yts 
 s ’11#1■および1■の作成は次の(1) 、
 (2)の2段階を経てこれを行なう。
(1)  i&適レイ、レータを作成する。
制御対象1および従来のPID制御系をひとまとめにし
て、蘂4図の一点鎖線に示すように、新たな制御対象9
と考え、この新たな制御対象9について最適レギュレー
タを設計する。
この最適レギュレータは、則図に示すように、目標値r
l*rlあるいは外乱Wが変化したときの前述の新たな
制御対象9の動特性會モデル化した数式す−なわちいわ
ゆる状態方程式を解くモデル1fl110とリカ、チ方
程式の解である最適フィードパ、りゲインをかける係数
加算器111゜111より成る。
数式で示すとモデル部1σは状態方程式菖−AX +B
lr   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1)ただ
し、XER”  :状態ベクトル AERnxr1:係数マトリクス BERnx3:     # IrεR3二人力ベクトルf=(rlr!v)’n  
 :モデルの次数 0:時間微分を表わす を解くもので、係数加算器111,11.はそれぞれ ただし、K:最適フィードバックダインマトリクス を計算するものである。
また、演算器J 23 、 J J、はそれぞれPID
コントローラ51.51の特性の逆特性を有するもので
、PIDコントローラ5 t e 15s O1l!i
性をそれぞれ九だし、k p I+ kps ’比例ゲ
イン’ri 、 T鵞:積分リセットタイムDB r 
D鵞:微分レート p   :微分演算子 とすると、演算器121+ I2sの特性G+x、、G
tz2はそれぞれ である。
さて、以上の式を用いると、加算器81r 82の出力
111+1はそれぞれ ただし、v1ゝ、マtはそれぞれ演算器12..12.
    。
の出力で と表わすことができる。
(2)補償器の作成 第3図の補償器711.711 + 71m + ’ 
$1 +711および7寞3の特性をそれぞれF11+
F11+F lB r F !l I F 1gおよび
F’asとし、出力をそれぞれマ■−マ+x+マ111
v111マ■およびマ■とし%F111F1鵞* Fl
s + Fss * Fss r Fssは伝達特性を
与える関数で、Flj〜(1=1.2、 j−1,2,
3)を次の形とする。
ただし%  Jjk、 bljk+ ”−0e J 1
&’ijk*”ljk ’ =”°°−・’ljk F
i係係数上微分演算子 Ml 、Ml INI eNmは因子個数このようにし
ておいて と関係付け、 マ鵞 2 マ!1 + マ!3 + マ鵞1加算器IJ
1.13.の出力がマ1′″、マ鵞“((6)式)をそ
れぞれ実現できるように(7)式の伝達特性を同定する
。同定手順に用いる手法は4IK限定しないが、次に同
定手順の一例を示す・ 1)外乱Wを一定にし、第4図A3点で第2の制御ルー
プをカットし、餓lの目標値r1に変動を与え、このと
きの61に対するマ1 。
マ1の応答をそれぞれ近似する特性Fll l F’z
tを同定する。
II)外乱Wを一定にし、同図A1点で第1の制御ルー
プをカットし、第2の目標値rlに変の応答をそれぞれ
近似する特性rim ’ Flmを同定する・ 謝)At点、A3点でそれぞれ第1.第2の制御ループ
をカットし、外乱Wに変動を与え、このときのWに対す
るマ1*、マ1の応答をそれぞれ近似する特性F1s 
 e Fms を同定する。
以上の同定過程で制御ループをAleA1点でカットし
ているのFi(9)式のマ鳳 、マ、中に制御ルー!特
性が重複して入ることを防ぐためである。
このような装置によれば、 (1)  従来のPIDによる古典的なフィードバック
制御 (2)  jll適レギしレータを近似した最適制御の
両件用を有し、仮者による制御偏差ピーク値の格段の抑
制と前者による定常偏差のない安定々制御という効果を
奏することができる。
これに加えて補償器の特性を、(7)式で示すように1
制御技術者にとって応答性と係数値との関係がわかりや
すく、シかも簡略な形にしたため係数値を自由に変更で
きるようになり「係数値の意味が不明で調節ができない
」という最適レイ、レータの欠点を克服することができ
る。
本装置を業火カプラントに試験的に実施した6図は第2
の制御量の目標値を、第7図Fi第1の制御量の目標値
をそれぞれ(、)のように変化した場合のPID制御の
み(b)、最適レギュレータ(C)本装置(d)の制御
性を比較したものであり、PID制御では第5図(b)
、第6図(b)、第7図(b)に示すように、制御偏差
ピーク値が高く、一方最適しギ、レータでは第5図(c
)、@6図(C)、第7図(C)に示すように、ピーク
値は小さいが定常偏差が残るのに対して本装置によれば
、第5図(d)、第6図(d)、第7図(d)に示すよ
うに、制御偏差のピーク値は最適レギュレータなみに小
さく、シか41足常備差は零となり、安定性も非常に良
好である。
要するに本発明によれば、PIDコントローラを具えた
フィードバック制御系において、上記PIDコントロー
ラの出力が近似的に最適レギュレータと同一挙動をする
外乱補償器および制御偏差補償器を具え、上記両補償器
の出力の和を上記PIDコントローラの入力にするよう
にしたことにより、制御性および安定性の優れた制御量
fItを得るから、本発明は産業上極めて有益なもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知のPID制御系を示すプロ、り線図、第2
図は公知の最適レギュレータ制御系を示すブロック線図
、第3図は本発明を干渉゛のある2変数制御系に適用し
た一実施例を示すブロック線図、第4図は第3図の補償
器を作成する要領を示すブロック線図、第5図、第6図
、第7図はそれぞれ本発明を公知のPID制御系、最適
レギュレータ方式と比較した場合の制御偏差を示す線図
である。 1・・・制御対象、21,2.・・・検出器、31 。 3m・・・目標値発生器、’1 a4g・・・比較器、
51.5.・・・コントローラ、6・・・外乱6L7t
t*’11  e 71m  e 7雪1−1■ シy
ms’軸補償益−sl、s、・・・加算器、9・・・新
たな?ff11 N対象、10・・・モデル部、111
.111川加算係数器、121  a I 2重・・・
演算器、131.13.・・・加算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. PIDコントローラを具えたフィードパ、り制御系にお
    いて、上記PIDコントローラの出力が近似的に最適レ
    ギュレータと同一挙動をする外乱補償器および制御偏差
    補償器を具え、上記両補償器の出力の和金上配PIDコ
    ントローラの入力にするようにしたことt−特徴とする
    制御装置。
JP7613382A 1982-05-07 1982-05-07 制御装置 Pending JPS58192101A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7613382A JPS58192101A (ja) 1982-05-07 1982-05-07 制御装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP7613382A JPS58192101A (ja) 1982-05-07 1982-05-07 制御装置

Publications (1)

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JPS58192101A true JPS58192101A (ja) 1983-11-09

Family

ID=13596447

Family Applications (1)

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JP7613382A Pending JPS58192101A (ja) 1982-05-07 1982-05-07 制御装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61245202A (ja) * 1985-04-23 1986-10-31 Isao Takahashi 非干渉最短時間制御方法
JPS629405A (ja) * 1985-07-06 1987-01-17 Toshiba Corp プロセス制御装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5445467A (en) * 1977-07-15 1979-04-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Simple prediction controller
JPS56168207A (en) * 1980-05-30 1981-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Simple forecasting controlling device

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