JPS6191702A - Addaptive control method and system - Google Patents

Addaptive control method and system

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Publication number
JPS6191702A
JPS6191702A JP21153384A JP21153384A JPS6191702A JP S6191702 A JPS6191702 A JP S6191702A JP 21153384 A JP21153384 A JP 21153384A JP 21153384 A JP21153384 A JP 21153384A JP S6191702 A JPS6191702 A JP S6191702A
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JP
Japan
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error signal
gain
value
time
output
Prior art date
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Application number
JP21153384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロバート・マツクス・セーレムカ
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Pneumo Corp
Original Assignee
Pneumo Corp
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は適応制御系に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an adaptive control system.

適応制御系は乱す事象に対する系の応答により系の利得
を変える閉ループ系である。大概の被制御プロセスの応
答特性は全動作レンジに亘って僅かしか変化しないが、
動作特性が相当に変化する他の系も存在する。例えば、
クレーンやロボットの腕は動かす対象物の目方に依存し
て異なる応答特性を有する。また多くの他の被制御系又
はプロセスは動作レンジの異なる部分で異なる応答特性
を有する。この結果動作レンジの成る部分では安定な応
答を与えるフォワード利得が動作レンジの他の部分では
糸を不安定にする。このような被制御系に対しては利得
を一定とする制御よりも適応制御が望ましい。
An adaptive control system is a closed-loop system that changes the gain of the system depending on the system's response to a disturbing event. Although the response characteristics of most controlled processes vary only slightly over their operating range,
Other systems exist whose operating characteristics vary considerably. for example,
The arms of cranes and robots have different response characteristics depending on the direction of the object being moved. Also, many other controlled systems or processes have different response characteristics at different parts of their operating range. The result is a forward gain that provides a stable response in some parts of the operating range, but makes the thread unstable in other parts of the operating range. For such a controlled system, adaptive control is more desirable than control that keeps the gain constant.

しかし、欠゛概の適応制御系は被制御系の応答特性の知
識に依存している。このためいくつかの適応制御器は被
制御系の入力端子に白色雑音を加えて被制御系の応答特
性を求める。他の適応制御器は被制御系の入力端子に離
散二進雑音を加えて被制御系の応答特性を求めている。
However, most adaptive control systems rely on knowledge of the response characteristics of the controlled system. For this reason, some adaptive controllers add white noise to the input terminal of the controlled system to determine the response characteristics of the controlled system. Other adaptive controllers calculate the response characteristics of the controlled system by adding discrete binary noise to the input terminal of the controlled system.

更に他の適応制御器は被制御系の数学的モデルを用いて
いる。そしてこのモデルに実際のシステムに制御信号が
与えられるのと同じ時間に同じ制御信号を与える。
Still other adaptive controllers use mathematical models of the controlled system. The same control signal is then applied to this model at the same time as the control signal is applied to the actual system.

その上で現実の被制御系の応答とモデル系の応答とを比
較し、その差を用いて実際の系がモデルと同じように挙
動する迄実際の系のフォワード利得号調整する。
Then, the response of the actual controlled system is compared with the response of the model system, and the difference is used to adjust the forward gain signal of the actual system until the actual system behaves in the same way as the model.

本発明の目的は被制御プロセス又は機構の詳細な知識を
必要としない適応制御系を提供するにある。’fG実、
Mjli(J御プロセス又は系についての唯一つの条件
は制御ループのフォワード利得を下げれば系の安定性が
増すことである。また本発明の適応制御系は誤差信号の
大きさには応答せず、系の全体の応答の安定性にだけ応
答する。
It is an object of the present invention to provide an adaptive control system that does not require detailed knowledge of the controlled process or mechanism. 'fG real,
Mjli (J) The only condition for a controlled process or system is that reducing the forward gain of the control loop increases the stability of the system.Also, the adaptive control system of the present invention does not respond to the magnitude of the error signal; It only responds to the stability of the overall response of the system.

本発明を実施するにあたっては閉ループ制御系の誤差信
号を処理し、その結果を系の全利得を変えるのに使用す
る。特に、先ず誤差信号を二乗し、得られる信号rr:
e分する。そして微分された信号を用いてスイッチング
装置をトリガする。スイッチング装置は微分された信号
が正の時は選択可能な正の出力を生じ、微分された信号
が負の時は選択可能な負の出力を生ずる。このスイッチ
ング装置の出力を積分して系のフォワード利得を変える
のに用いる。
In practicing the invention, the error signal of a closed loop control system is processed and the results are used to vary the overall gain of the system. In particular, the error signal is first squared and the resulting signal rr:
Spend e minutes. The differentiated signal is then used to trigger the switching device. The switching device produces a selectable positive output when the differentiated signal is positive and produces a selectable negative output when the differentiated signal is negative. The output of this switching device is integrated and used to change the forward gain of the system.

糸を電子回路で作る場合はスイッチング装置をパルス幅
変調回路とする。そしてこのパルス幅変調回路の正の出
力と負の出力との間の比を選択することにより、減衰係
数、従って系の安定性を制御する。本発明は被制御系又
はプロセスの利得を調整して予じめ定められた安定性の
マージンを保つ・また、パルス幅変調回路はしきい値を
有し、微分信号の大きさが最小即ちしきい値レベルを越
える迄、高低いずれの出力も出さないようにすること力
5できる。
When the yarn is made using an electronic circuit, the switching device is a pulse width modulation circuit. By selecting the ratio between the positive and negative outputs of this pulse width modulation circuit, the damping coefficient and thus the stability of the system are controlled. The present invention adjusts the gain of the controlled system or process to maintain a predetermined stability margin.The pulse width modulation circuit also has a threshold so that the magnitude of the differential signal is minimal, i.e. It is possible to prevent either high or low output from being output until the threshold level is exceeded.

図面につき本発明の詳細な説明する。The invention will be explained in detail with reference to the drawings.

本発明は制御系の安定性を決定するりャブノフの第2方
法即ち直接法を用い、被制御系のフォワードループ(f
orward 1oop ) (7)利得をM正L、予
じめ選択された安定性のマージンを保つ。ここでの説明
は先ず理論的アブリーチから本発明が如何に何故働らく
かを説明し、次にこの発明を実施する装置の一実施例を
述べる。この理論的試論から多くの他の本発明の実施例
が可能であることが明らかとなる。特に図面につき説明
する実施例は電子制御系であるが、本発明を流体制御系
、機械制御系、光学制御系その他の任意のタイプの制?
fml=で利用することが考えられる。
The present invention uses Ryabunov's second method, or direct method, to determine the stability of a control system, and uses the forward loop (f
orward 1oop ) (7) Gain M positive L, maintaining a preselected stability margin. This description will first explain how and why the present invention works from a theoretical abreach perspective, and then describe one embodiment of an apparatus for carrying out the present invention. It becomes clear from this theoretical exploration that many other embodiments of the invention are possible. Although the embodiments described with particular reference to the drawings are electronic control systems, the present invention may be used in any other type of control system, including fluid control systems, mechanical control systems, optical control systems, and the like.
It is conceivable to use fml=.

リャプノフ関数はその時間微分が任意の閉ループ制御系
の安定性を測定するために使えるという特徴を有する。
The Lyapunov function has the characteristic that its time derivative can be used to measure the stability of any closed-loop control system.

この時M微分は安定な制御系の場合は負であり、不安定
な制御系に対しては正である。(リャプノフ関数は当業
者に周知であり、閉ループ系の被制御パラメータの測定
値と所望値の開の差の二乗、E”がこのような関数であ
ることを判定する基準を十分に説明することは本明細書
を不必要に長くするだけである。)リャブノ7の業績は
広く全ての閉ループ系に適用できるが、容易に判るよう
に減衰調和振動子のように挙動する系に良く適用できる
。このような系では階段即ち単位入力に続く誤差信号の
大きさは次式で与えられる。
At this time, the M differential is negative for a stable control system, and positive for an unstable control system. (The Lyapunov function is well known to those skilled in the art, and the criteria for determining that E'', the square of the difference between the measured value and the desired value of the controlled parameter in a closed-loop system, is such a function should be fully explained. (This would only unnecessarily lengthen this specification.) The work of Ryabno7 is broadly applicable to all closed-loop systems, but as can be easily seen, it applies well to systems that behave like damped harmonic oscillators. In such a system, the magnitude of the error signal following a step or unit input is given by:

(”)  E =Eo e″″ζ” 5in1:IJt
但し、E;被制御系の誤差 Eo=被制御系での初期誤差 ζ=減衰係数 ω=固有撮勤数 12時間 安定な系ではζは正であり、不安定な系では負であるこ
とが知られており、制御系の設計においてこの選択が系
の適応ご制御することも既知である。
(”) E = Eo e″″ζ” 5in1:IJt
However, E: Error in the controlled system Eo = Initial error in the controlled system ζ = Attenuation coefficient ω = Unique number of shooting shifts 12 hours In a stable system, ζ is positive, and in an unstable system, it is negative. It is also known that in the design of a control system, this selection provides adaptive control of the system.

誤差信号(E)r二乗すると、得られる式はりャプノフ
係数の条件を満足する。
When the error signal (E) is squared, the resulting formula satisfies the conditions for the Ryakunov coefficient.

減衰調和振動子の場合は次式のようになる。In the case of a damped harmonic oscillator, the equation is as follows.

(2)すλ== Eo2e−2ζ(=)t(−2ζωs
in”a+t+2ωsinωtcO8ωt)t この式を調べると何故これが系の安定性を測るのに用い
られるか判かる。式(2)の右辺の括弧の外の項は減衰
係数が正の時時間と共に小さくなり、系を安定させる指
数曲線を与える。系が不安定な時、即ち、減衰係数が負
の時は指数曲線が時間と共に大きくなる。式(2ンの括
弧内の項は2個の成分を有する。第1の項はζが正の時
、即ち、系が安定な時何時も負である。括弧内の第2の
項は時間軸の上下で均等に振動する。これらの2個の項
ひ加え合わせ、時間につき平均をとると、ζ〉0の場合
は和は負になる。このように式(1)で記述した系が一
安定な時は何時も、式(2)の時間積分が負となり、減
衰係数に比例する。上述したところから明らかなように
、式(2)の時間平均値は系の安定性の目安である。
(2) λ== Eo2e-2ζ(=)t(-2ζωs
in”a+t+2ωsinωtcO8ωt)t Examining this equation, you can see why it is used to measure the stability of a system.The term outside the parentheses on the right side of equation (2) becomes smaller with time when the damping coefficient is positive. It gives an exponential curve that stabilizes the system. When the system is unstable, that is, when the damping coefficient is negative, the exponential curve increases with time. The term in parentheses in Equation (2) has two components. The first term is negative whenever ζ is positive, that is, when the system is stable.The second term in parentheses oscillates evenly above and below the time axis.The sum of these two terms is , when averaged over time, the sum is negative when ζ〉0. Thus, whenever the system described by equation (1) is stable, the time integral of equation (2) is negative, It is proportional to the damping coefficient.As is clear from the above, the time average value of equation (2) is a measure of the stability of the system.

再び注意するが、線形系であれ非線形系であれ、任意の
被制御系につき実際の出力と所望の出力との差を二乗し
たものはりャプノ7関数の条件を満足する。それ故・上
記の説明は減衰調和振動子につきなされているが、結果
は非線形系を含む他の系についても同じである。
Note again that for any controlled system, whether linear or nonlinear, the square of the difference between the actual output and the desired output satisfies the conditions of the 7-function function. Therefore, although the above explanation has been made for damped harmonic oscillators, the results are the same for other systems, including nonlinear systems.

適応利得制御が系の安定性の変化にだけ感応し、誤差信
号の大きさに感応しないことが望ましい。
It is desirable that the adaptive gain control be sensitive only to changes in system stability and not to the magnitude of the error signal.

式(2)の左辺を変形すると次式が成立する。When the left side of equation (2) is transformed, the following equation holds true.

この式は明らかに誤差信号の大きさに正比例する。This equation is clearly directly proportional to the magnitude of the error signal.

それ数式(2)の時間積分を用いて系の全利得を制御す
ることは誤差信号Eの振幅に依存するという欠点を有す
る。
Controlling the total gain of the system using the time integral of equation (2) has the disadvantage that it depends on the amplitude of the error signal E.

この欠点はパルス幅変調回路を用いれば克服できる。こ
のような回路は正と負の2個の出力状態を有し、式(2
)の値が符号を変えるとき2個の出力状態の間でスイッ
チングされる。結果は予じめ定められた正と負の値の間
で交番し、幅が誤差信号の二乗を時間微分したもの、即
ち式(2)が夫々正又は負である時間の長さに比例する
矩形波パルス列となる。こうして得られるパルス列は誤
差信号の大きさに独立である。
This drawback can be overcome by using a pulse width modulation circuit. Such a circuit has two output states, positive and negative, and the equation (2
) is switched between two output states when the value changes sign. The result alternates between predetermined positive and negative values, the width of which is proportional to the time derivative of the square of the error signal, i.e. the length of time during which equation (2) is positive or negative, respectively. It becomes a square wave pulse train. The pulse train thus obtained is independent of the magnitude of the error signal.

パルス幅変調回路からの出力矩形波列を時間積分すると
、結果は誤差信号の二乗の時間微分の時間積分(丁卯d
t)に比例するが、誤差信号(E)の大きさには完全に
独立な正又は負の信号となる。
When the output rectangular wave train from the pulse width modulation circuit is time-integrated, the result is the time integral of the time derivative of the square of the error signal.
t), but is a positive or negative signal that is completely independent of the magnitude of the error signal (E).

この信号は減衰係数ζに比例し、糸の安定性の目安とな
り、被制御プロセスの利得を調整し、安定性を保つのに
使用できる。例えば、被制御プロセスへのいくつかの入
力に応答して、パルスlll11変調回路の出力を11
分したものが正であり、系が不安定であることを示す時
は、被制御プロセスの利得号下げ、パルス幅変調回路の
出力を積分したものがゼロになるようにする。
This signal is proportional to the damping coefficient ζ and provides a measure of thread stability and can be used to adjust the gain of the controlled process to maintain stability. For example, in response to some inputs to a controlled process, the output of a pulse lll11 modulation circuit is
When the divided value is positive, indicating that the system is unstable, the gain signal of the controlled process is lowered so that the integrated value of the output of the pulse width modulation circuit becomes zero.

上述した系は安定性のマージン一杯の所で動作すること
になるが、通常はいくらか余裕を持たせて、即ち、減衰
係数が極く僅か正の値、通常は0.5と1.5の間にな
る状態で被制御プロセスを動作させるのが望ましい。こ
れはいく通りかの方法で達成できる。一つの方法はパル
ス幅変調回路の出力を積分したものに選択可能な量を加
えるものであるが、これが与える安定性のマージンは添
加量をどのように選択するかに依存する。もう一つの方
法は、以下に詳述するように、パルス幅変調回路の正の
出力と負の出力の振幅の間の比を変えるものである。こ
うすれば、減衰係数と出力間の比は線形関係にはなく、
超越関数を介して関係するのであるが、凡ゆる所望の特
定のマージンを与える。
Although the system described above will operate with a full margin of stability, it is usual to allow some margin, i.e. the damping coefficient should be set to a very slightly positive value, typically between 0.5 and 1.5. It is desirable to operate the controlled process in an intermediate state. This can be achieved in several ways. One method is to add a selectable amount to the integrated output of the pulse width modulation circuit, but the stability margin this provides depends on how the amount added is chosen. Another method, as detailed below, is to vary the ratio between the amplitudes of the positive and negative outputs of the pulse width modulation circuit. In this way, the ratio between the damping coefficient and the output power is not linearly related;
It is related via a transcendental function, giving any desired specific margin.

上述した本発明は第1図に示した実施例で実施できる。The invention described above can be implemented in the embodiment shown in FIG.

システム10は被制御系又はプロセス12を具えるが、
この被制御系12はミサイル若しくは航空機の翼面又昏
ま水中及び水の外のような変化する環境の中で働らかね
ばならないようなロボットの腕等の位置制御のような機
械系とすることができる。被制御系12はプロセスの出
口側の化学的性質が測定され、被制御変数が流れ制御弁
、反応体温度又は反応ミクサ速度であるような化学プロ
セスの如きプロセスであることもある。
System 10 includes a controlled system or process 12;
The controlled system 12 may be a mechanical system such as the position control of a missile or aircraft wing, or a robot arm that must work in a changing environment such as underwater or out of water. be able to. Controlled system 12 may be a process, such as a chemical process, where the chemistry at the outlet side of the process is measured and the controlled variables are flow control valves, reactant temperatures, or reaction mixer speeds.

被制御系12は入力端子14を有し、被制御系12のい
くつかの入力パラメータを制御して出力パラメータ又は
応答を選択された値にし又G丈そこに保つ。この値は2
個の部分間の特定の物理関係、化学プロセスから出る流
出液の化学組成若しくは濃度又はほとんど全ての他の測
定可能な物理的性質を表わすことができる。制御される
べきパラメータの値を測定し、フィードバックライン1
6を介して入力端子に返す。
The controlled system 12 has input terminals 14 which control several input parameters of the controlled system 12 to bring the output parameter or response to a selected value and maintain it there. This value is 2
It can represent a particular physical relationship between individual parts, the chemical composition or concentration of an effluent from a chemical process, or almost any other measurable physical property. Measuring the value of the parameter to be controlled, feedback line 1
6 to the input terminal.

(加算点として示されている)比較器18が被制御パラ
メータの所望の値を表わす入力端子14の信号と、フィ
ードバックライン16から送られてくる被制御パラメー
タの実際の値との間の差を測定し、得られた誤差信号E
を増幅器20を介して被制御系12に送る。
A comparator 18 (shown as a summing point) determines the difference between the signal at input terminal 14 representing the desired value of the controlled parameter and the actual value of the controlled parameter coming from feedback line 16. The measured error signal E
is sent to the controlled system 12 via the amplifier 20.

増幅器20は出力が入力にほぼ比例する)1常の電子増
幅器とすることができる。しかし、本明細書(特許Hu
ff求の範囲を含む)で用いられる増幅器という用語は
入力信号を受取り、一層大きな又は変更された出力信号
を生ずる任意の系又は群の要素を含む広い概念である。
Amplifier 20 may be a conventional electronic amplifier whose output is approximately proportional to the input. However, this specification (patent Hu
The term amplifier as used in FF (including the range of FF) is a broad concept that includes any system or group of elements that receives an input signal and produces a larger or modified output signal.

−例B油圧系にとれば、これは圧力がかけられている流
体源と比例流れ制御弁とを含む。このような糸では利得
、が本発明の指針に従って制御できる。上述した例では
比例する流れ制御弁の上流の圧力をFJ、’l整するこ
とにより利得?変えることができる。
- Example B Taking a hydraulic system, this includes a source of fluid under pressure and a proportional flow control valve. In such yarns the gain can be controlled according to the principles of the present invention. In the above example, the gain is obtained by adjusting the pressure upstream of the proportional flow control valve FJ,'l. It can be changed.

単位即ち階段入力に対する被制御系12の応答(これは
誤差信号Eにより示されるンは第2図の曲線Aの形状を
とる。被制御系12と、フィードバックループ16と、
比較器18と増幅i20とは一緒になって通常のフィー
ドバック制御系を構成し、増幅器20の利得が系の減衰
係数、従って系の安定性を制御する。本発明を被制御系
12に適用できることを保証するのに必要な噌−っの要
件は増幅器20の利得を下げればシステム1oの安定性
が高まることである。そして実用上興味のある非常に多
くのシステムがこの基準を満足する。
The response of the controlled system 12 to a unit or step input, as indicated by the error signal E, takes the shape of curve A in FIG.
Comparator 18 and amplifier i20 together form a conventional feedback control system, with the gain of amplifier 20 controlling the damping coefficient of the system and thus the stability of the system. A further requirement necessary to ensure that the invention can be applied to controlled system 12 is that lowering the gain of amplifier 20 increases the stability of system 1o. And a large number of systems of practical interest satisfy this criterion.

本発明の適応制御系は誤差信号Eに応じて増幅器20の
利得を変えるのでシステム(糸)loの安定性の選択可
能なマージンが保たれる。この目的で系10に導線24
及び26から誤差信号Eを受取り、この誤差信号Eを二
乗する増幅器22を設ける。得られる結果E は、例え
ば、第2図の曲WBで示したようになる。このE2信号
ご次に微分器28で時間微分する。この時信号は反転す
る。微分器28の折点周波数は被制御系12の任意の他
の要素の折点周波数よりも1桁ないし2桁大きく選ぶ。
The adaptive control system of the present invention varies the gain of amplifier 20 in response to error signal E so that a selectable margin of stability of the system lo is maintained. For this purpose, conductor 24 is connected to system 10.
An amplifier 22 is provided which receives an error signal E from and 26 and squares the error signal E. The result E obtained is, for example, as shown in the song WB of FIG. This E2 signal is then time differentiated by a differentiator 28. At this time, the signal is inverted. The corner frequency of the differentiator 28 is selected to be one or two orders of magnitude larger than the corner frequencies of any other elements of the controlled system 12.

従って微分器自身の応答が糸の制能に悪影響?及ぼすこ
とはない。第2図の曲線Cは誤差信号の二乗を時間微分
したものを反転したものを示す。微分器28の出力信号
は第2図に示したようにゼロの上下で振動する。そして
システム10が安定で、減衰係数が正の時はゼロの正側
で多くの時間を費やす。
Therefore, does the response of the differentiator itself have a negative effect on the thread control? It will not affect you. Curve C in FIG. 2 shows the inversion of the time differential of the square of the error signal. The output signal of the differentiator 28 oscillates above and below zero as shown in FIG. When the system 10 is stable and the damping coefficient is positive, it spends a lot of time on the positive side of zero.

微分器28の出力はパルス幅変調(PWM)回路30に
送る。この回路は2個の出力レベルを有し、一方は正電
圧Bで、他方は負電圧Aである。
The output of differentiator 28 is sent to a pulse width modulation (PWM) circuit 30. This circuit has two output levels, one with a positive voltage B and the other with a negative voltage A.

微分器28の出力が負の時はPWM回路30の出力はA
であり、微分器28の出力が正の時はPWM回路30の
出力はBである。得られる矩形波パルス列を第2図の曲
線りに示す。
When the output of the differentiator 28 is negative, the output of the PWM circuit 30 is A.
When the output of the differentiator 28 is positive, the output of the PWM circuit 30 is B. The resulting rectangular wave pulse train is shown by the curved line in FIG.

PWM回路30はまた出力がゼロとなる不感帯を有する
。微分器28から受取られた信号の絶対値が成る最小値
を越えない限りPWM回路30は全く応答しない。この
不感帯は第2図の曲線Cと交わる2本の仮想線と、曲線
りのX軸と一致する水平部で示されている。この不感帯
があるためシステムの安定性が予じめ定められた最小h
1以上に変化しない限り増幅器20のシステム利得が変
化しないで済む。
PWM circuit 30 also has a dead zone where the output is zero. PWM circuit 30 does not respond at all unless the absolute value of the signal received from differentiator 28 exceeds a minimum value. This dead zone is shown by two imaginary lines that intersect curve C in FIG. 2 and a horizontal portion that coincides with the X-axis of the curve. This dead zone reduces the stability of the system to a predetermined minimum h
The system gain of the amplifier 20 does not change unless it changes by 1 or more.

PWM回路30の出力は積分器32に送る。積分器32
の出力は第2図の曲線りの下の面積の代数和、即ち、正
の面積から負の面積を引いたものを表わす。積分器82
の折点周波数は破割・部系12の折点周波数のほぼ1に
選ぶ。こうすると積分は十分な時間に亘って1行なわれ
、矩形波パルス列の平均を正確に反映する。積分器82
の出力が正である時システム10は安定であり、積分器
82の出力が負である時システム10は不安定である。
The output of PWM circuit 30 is sent to integrator 32. Integrator 32
The output of represents the algebraic sum of the areas under the curves of FIG. 2, ie, the positive area minus the negative area. Integrator 82
The break point frequency of is selected to be approximately 1 of the break point frequency of the fracture system 12. This allows one integration to be performed over a sufficient period of time to accurately reflect the average of the rectangular pulse train. Integrator 82
System 10 is stable when the output of integrator 82 is positive, and system 10 is unstable when the output of integrator 82 is negative.

積分器32の出力のゼロの上下の度合はシステム10の
安定性又は不安定性の程度の目安である。積分器82の
出力は増幅器20の利得の最大値及び最小値を制限する
リミタ34を介して供給する。
The degree to which the output of integrator 32 is above or below zero is a measure of the stability or instability of system 10. The output of integrator 82 is provided through limiter 34 which limits the maximum and minimum gain of amplifier 20.

入力端子14の信号の変化に応答して誤差信号が発生す
る。この誤差信号の振動はシステムの安定性が下りつつ
あることを示す。この場合、積分器a2の出力は微分器
28の出力がゼロ軸の下にある時間が憎子ため小さくな
る。この減少は増幅器20の利得分子げる。増幅器20
の利得は時間微分出力が正の領域にある時間と負の領域
にある時間とが等しくなる迄下り続ける。誤差信号の振
動が安定性の増大を示すならば、増幅器20の利得は高
くなる。
An error signal is generated in response to changes in the signal at input terminal 14. Oscillations in the error signal indicate that the system is becoming less stable. In this case, the output of the integrator a2 becomes small because the time during which the output of the differentiator 28 is below the zero axis is negative. This reduction reduces the gain numerator of amplifier 20. amplifier 20
The gain continues to decrease until the time during which the time differential output is in the positive region is equal to the time during which it is in the negative region. If the oscillations in the error signal indicate increased stability, the gain of amplifier 20 will be higher.

PWM回路80はまたシステム1oの安定性のマージン
をとるのにも役立つ。特に、PwM回路80の出力とし
てのAとBの値の比はシステムlOの減衰係数を制御す
ること3介して安定性のマージンを制御する。第2図か
ら判るようにPwM回路80の出力はベクルトωtが1
800回転する度毎に反復する波形を有する。この操返
しの単位は2個の部分から成り、正の方はδをオフセッ
ト角として幅90°+δを有し、負の方の幅は90’−
δを有する。単一の繰返し単位の場合は曲線の上の面積
はB (90’+δ)であり、曲線の下の面積はA(9
0°−δ)である。適応制御回路は(4)B(90°+
δ)=A(90’−δ)となる迄増幅器20の利得を変
える。
PWM circuit 80 also serves to margin the stability of system 1o. In particular, the ratio of the values of A and B as the output of the PwM circuit 80 controls the stability margin through controlling the damping coefficient 3 of the system IO. As can be seen from FIG. 2, the output of the PwM circuit 80 has a vector ωt of 1.
It has a waveform that repeats every 800 rotations. This unit of turning consists of two parts, the positive one has a width of 90° + δ with δ as the offset angle, and the negative one has a width of 90'-
has δ. For a single repeating unit, the area above the curve is B(90'+δ) and the area under the curve is A(90'+δ).
0°−δ). The adaptive control circuit is (4)B(90°+
The gain of the amplifier 20 is changed until δ)=A(90'-δ).

δとこの関係は可成り容易に導ひける。This relationship with δ can be derived fairly easily.

(5)  ωt = 90’−δ である時代(2)==0となる。それ故その時(6)2
ζω5in2ωt = 2 ωsinωtoO8ωtと
なる。これは次のようになる (7)  ωt’ = tan−1” で 式(5)を式(7)に代入し、解くと (8)  δ= jan−1ζ それ故δ=0の時ζ=0であり、これは安定性がゼロの
状態を表わし、普通は非常に望ましくない。
(5) Era (2)==0 when ωt = 90'-δ. Therefore, at that time (6) 2
ζω5in2ωt = 2ωsinωtoO8ωt. This becomes as follows (7) Substituting equation (5) into equation (7) with ωt' = tan-1'' and solving, (8) δ = jan-1ζ Therefore, when δ = 0, ζ = 0, which represents a state of zero stability and is usually highly undesirable.

式(4)と(8)を結びつけると次式が得られる。By combining equations (4) and (8), the following equation is obtained.

(9)  tan  ζ=90°(友と1A+B 式(9)はAとBを変えることにより任意の所望の減衰
係数が得られることを示す。増幅器2oの利得は曲線D
(第2図)のゼロ軸の上下の面積が等しくなる進度わり
続ける。しかし、この等式は正の減衰係数を選択したこ
とにより表わされるいくらかの安定性のマージンがある
時生ずる。
(9) tan ζ = 90° (Friend 1A + B Equation (9) shows that any desired attenuation coefficient can be obtained by changing A and B. The gain of amplifier 2o is expressed by curve D
(Figure 2) The progress in which the areas above and below the zero axis become equal continues to change. However, this equation occurs when there is some stability margin represented by choosing a positive damping coefficient.

システム10は電子システムとして述べてきた。System 10 has been described as an electronic system.

しかし、明らかに他のタイプの要素を使うこともできる
。例えば、それに限定するものではないが、第1図のブ
ロック図で必要となる機能の各々を実施する油圧要素が
知られている。そしてシステム10はこのような油圧要
素を用いて作ることができる。また、機械要素を用いて
システム1oを作ることもできるし、光学要素その他の
任意の要素の組合わせを用いて特定の被制御系12に適
合させ、それとその環境とを制御することができる。
However, other types of elements can clearly be used. For example, and without limitation, hydraulic elements are known that perform each of the functions required in the block diagram of FIG. System 10 can then be constructed using such hydraulic elements. Mechanical elements can also be used to create the system 1o, and optical elements or any other combination of elements can be used to suit a particular controlled system 12 and control it and its environment.

このように本発明の適応制御系は被制御系12のフォワ
ード利得?変えて安定性のマージンを所望の値に保つ。
In this way, the adaptive control system of the present invention has a forward gain of the controlled system 12? to keep the stability margin at the desired value.

他の適応制御系と異なり、被制御系12の周波数応答の
詳細を知る必要はない。代りに、リャプノフ関数の条件
を満足する誤差信号の二乗(E )を用いて系の安定性
を測る。特に、誤差信号の二乗を時間微分し、このよう
にして得られた微分でパルス幅変調(PWM)回路30
をトリガし、その出力を時間微分が正の時は一定の正の
値にし、時間微分が負の時は一定の負の値にする。次に
PWM回路80の出力を積分器82で積分し、E の時
間微分が正である時間の長さと負である時間の長さとの
間の差な表わす信号を得、このようにしてリャプノフの
理論の下で成立するシステム(系)の安定性の目安を得
る。積分器32の出力はフォワードループ利得を制御す
るのに用い、P4M回路80の一定の正と負の出力の値
により定まる安定性のマージンに被制御系12を戻す。
Unlike other adaptive control systems, it is not necessary to know the details of the frequency response of the controlled system 12. Instead, the stability of the system is measured using the square of the error signal (E) that satisfies the conditions of the Lyapunov function. In particular, the square of the error signal is differentiated with respect to time, and the differential thus obtained is used in the pulse width modulation (PWM) circuit 30.
, and make its output a constant positive value when the time derivative is positive, and a constant negative value when the time derivative is negative. The output of the PWM circuit 80 is then integrated by an integrator 82 to obtain a signal representing the difference between the length of time when the time derivative of E is positive and the length of time when it is negative, and in this way Lyapunov's Obtain a measure of the stability of the system established under the theory. The output of integrator 32 is used to control the forward loop gain, returning controlled system 12 to a stability margin defined by the constant positive and negative output values of P4M circuit 80.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を具体化したシステムのブロック図、 第2図は第1のシステム内の種々の位置での信号を表わ
す4個の曲線の波形図である。 lO・・・システム(系)  12・・・被制御系14
・・・入力端子     16・・・フィードバックラ
イン18・・・比較器     20・・・増幅器22
・・・二乗用増幅器  24.26・・・導線28・・
・微分器 80・・・パルス幅変調回路(PWM回路)82・・・
積分器 84・・・リミタ
FIG. 1 is a block diagram of a system embodying the invention, and FIG. 2 is a waveform diagram of four curves representing signals at various locations within the first system. lO...System (system) 12...Controlled system 14
...Input terminal 16...Feedback line 18...Comparator 20...Amplifier 22
...Square amplifier 24.26...Conductor wire 28...
・Differentiator 80...Pulse width modulation circuit (PWM circuit) 82...
Integrator 84...Limiter

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、プロセス又は機構のパラメータを制御するために、
このパラメータの値を測定する段階と、この測定された
値を所望の値と比較して誤差信号を得る段階と、この誤
差信号を二乗する段階と、誤差信号を二乗したものの時
間微分が正の値を有する時間の長さを誤差信号を二乗し
たものの時間微分が負の値を有する時間の長さと比較し
、利得制御信号を得る段階と、誤差信号を利得が上記利
得制御信号により制御され、パラメータを所望の値に調
整する増幅器を介して系に与える段階とを含むことを特
徴とする適応制御方法。 2、誤差信号を二乗したものの時間微分が正である時間
の長さと負である時間の長さを比較する前記段階が、誤
差信号を二乗したものの時間微分の絶対値が予じめ定め
られた値を越える時だけ誤差信号を二乗したものの時間
微分でパルス幅変調回路をトリガする段階と、パルス幅
変調回路の出力を積分する段階とを含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の適応制御方法。 3、更に誤差信号を二乗したものの時間微分が正である
時間の長さに予じめ選択された定数を乗算する段階と、
この結果を上記誤差信号を二乗したものの時間微分が負
である時間の長さと比較する段階とを含むことを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の適応制御方法。 4、誤差信号を系に与える途中にある前記増幅器の最大
利得と最小利得を制限する段階を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の適応制御方法。 5、被制御パラメータを含むプロセスと、この被制御パ
ラメータの実際の値と所望の値との間の差を表わす誤差
信号と、この誤差信号をプロセスに与えて被制御パラメ
ータを変える可変利得増幅器とを有する系において、上
記増幅器の 利得を制御する方法が誤差信号の二乗の時間微分の符号
を変えることによりトリガされるパルス幅変調回路の積
分に応答して前記増幅器の利得を変えることを含むこと
を特徴とする利得制御方法。 6、前記増幅器の最大利得と最小利得とを制限すること
と、パルス幅変調回路の出力の正の部分の振幅に系の安
定性の所望のマージンが得られるように選択された因子
を乗算することとを含む特許請求の範囲第5項記載の利
得制御方法。 7、パルス幅変調回路に不感帯を与え、これにより誤差
信号を二乗したものの時間微分の絶対値が選択された値
を越える迄前記パルス幅変調回路が応答しないようにす
る特許請求の範囲第6項記載の利得制御方法。 8、入力と、フォワード利得と、出力とを有するプロセ
スを制御するために、 上記出力の値を測定する手段と、 この出力の値を上記出力の所望の値と比較 し、誤差信号を得る手段と、 上記誤差信号を二乗する手段と、 上記誤差信号を二乗したものの時間微分を とる手段と、 上記時間微分が正である時間の長さと上記 時間微分が負である時間の長さとの和を計算する手段と
、 上記和に応答して前記被制御プロセスのフ ォワード利得を制御する手段と を設けたことを特徴とする適応制御系。 9、和を計算する前記手段が一方は正であり、他方は負
である2個の出力状態を有するパルス幅変調回路を具え
、前記フォワード利得の最大値と最小値とを制限する手
段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第8項記載
の適応制御系。 10、前記パルス幅変調回路を前記時間微分の符号を変
えることによりトリガし、このパルス幅変調回路に前記
2個の出力状態間の比を調整する手段を設け、更に不感
帯を設け、こ れにより前記時間微分の絶対値が予め定められた値を越
える時だけ前記パルス幅変調回路が出力状態を変えるよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第9項記載の
適応制御系。
[Claims] 1. To control parameters of a process or mechanism,
measuring the value of this parameter; comparing this measured value with a desired value to obtain an error signal; squaring this error signal; and determining that the time derivative of the squared error signal is positive. comparing the length of time during which the error signal has a negative value with the length of time during which the time derivative of the squared error signal has a negative value to obtain a gain control signal; an adaptive control method, comprising the step of: applying a parameter to the system via an amplifier to adjust the parameter to a desired value. 2. The step of comparing the length of time during which the time differential of the squared error signal is positive and the length of time during which the time differential is negative is performed when the absolute value of the time differential of the squared error signal is determined in advance. Claim 1, characterized in that the method comprises the steps of: triggering the pulse width modulation circuit using the time differential of the squared error signal only when the error signal exceeds the value; and integrating the output of the pulse width modulation circuit. adaptive control method. 3. further multiplying the length of time during which the time derivative of the squared error signal is positive by a preselected constant;
3. The adaptive control method according to claim 2, further comprising the step of comparing this result with the length of time during which the time derivative of the squared error signal is negative. 4. The adaptive control method according to claim 1, further comprising the step of limiting the maximum gain and minimum gain of the amplifier in the middle of providing the error signal to the system. 5. A process including a controlled parameter, an error signal representing the difference between an actual value and a desired value of the controlled parameter, and a variable gain amplifier that applies the error signal to the process to vary the controlled parameter. wherein the method for controlling the gain of the amplifier includes changing the gain of the amplifier in response to an integral of a pulse width modulation circuit triggered by changing the sign of the time derivative of the square of the error signal. A gain control method characterized by: 6. limiting the maximum and minimum gain of said amplifier and multiplying the amplitude of the positive part of the output of the pulse width modulation circuit by a factor selected to obtain the desired margin of system stability; A gain control method according to claim 5, comprising: 7. A dead zone is provided in the pulse width modulation circuit so that the pulse width modulation circuit does not respond until the absolute value of the time derivative of the squared error signal exceeds a selected value. Gain control method described. 8. For controlling a process having an input, a forward gain, and an output, means for measuring the value of said output, and means for comparing the value of said output with a desired value of said output to obtain an error signal. and means for squaring the error signal; means for taking the time derivative of the squared error signal; and calculating the sum of the length of time for which the time derivative is positive and the length of time for which the time derivative is negative. An adaptive control system comprising: means for calculating; and means for controlling a forward gain of the controlled process in response to the sum. 9. The means for calculating the sum comprises a pulse width modulation circuit having two output states, one positive and the other negative, and means for limiting the maximum and minimum values of the forward gain. 9. The adaptive control system according to claim 8, characterized in that: 10. triggering said pulse width modulation circuit by changing the sign of said time derivative, providing said pulse width modulation circuit with means for adjusting the ratio between said two output states, and further providing a dead zone, thereby said 10. The adaptive control system according to claim 9, wherein the pulse width modulation circuit changes its output state only when the absolute value of the time differential exceeds a predetermined value.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6479803A (en) * 1987-09-22 1989-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Loop gain control device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6479803A (en) * 1987-09-22 1989-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Loop gain control device

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