JPS62241003A - Auto-tuning controller - Google Patents

Auto-tuning controller

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Publication number
JPS62241003A
JPS62241003A JP8471586A JP8471586A JPS62241003A JP S62241003 A JPS62241003 A JP S62241003A JP 8471586 A JP8471586 A JP 8471586A JP 8471586 A JP8471586 A JP 8471586A JP S62241003 A JPS62241003 A JP S62241003A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
controller
inference
control
auto
controlled variable
Prior art date
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Pending
Application number
JP8471586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kohei Nomoto
弘平 野本
Tetsuo Kirimoto
哲郎 桐本
Tomomasa Kondo
近藤 倫正
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 Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to DE8787303089T priority patent/DE3772812D1/en
Priority to EP87303089A priority patent/EP0241286B2/en
Priority to US07/037,383 priority patent/US4864490A/en
Publication of JPS62241003A publication Critical patent/JPS62241003A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To attain an automatic control of various controlled systems without performing the identification of the controlled systems, by storing previously the human experience or perception as an inference rule and the inferring optimum parameters from the feature value of waveforms like the controlled variable, etc. based on said inference rule. CONSTITUTION:A feature value extractor 10 receives the deviation e(k) or a target signal r(k) and a controlled variable y(k) and outputs a feature value Si showing the characteristics of a controls system. A velocity type fuzzy inference unit 11 receives the value Si and infers the controlled variable against the present value in order to optimize the control parameters, i.e., the gain KC, the integration action time TI and the derivative action time TD according to an inference rule Rj obtained from the human experience or perception. Then the unit 11 outputs the controlled variable DELTAKC, DELTATI and DELTATD respectively and an integrator 12 receives these values for integration to deliver actual parameter values. These parameters are given to a PID controller 4 and used again to calculate a manipulated variable u(k) from the value e(k). Thus this controller can perform an automatic control at an optional time point while carrying out the control owing to the velocity type inference unit 11.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばプロセス制御などに用いられるコン
トローラにおいて、その制御パラメータを制御対象の特
性に応じて自動調整する機能を具備したオート・チュー
ニング・コントローラ、特にその制御パラメータの自動
調整に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is directed to an auto-tuning controller used for example in process control, which is equipped with a function to automatically adjust control parameters according to the characteristics of a controlled object. The present invention relates to controllers, and in particular to automatic adjustment of their control parameters.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、オート・チューニング・コントローラとして、例
えば第5図のようなものが提案されている、これは、A
、B、 コリビオ、P、M、I−ンプキンズ“インダス
トリアル アプリケーションオブ ア セルフチューニ
ング フィードバックコントロール アルゴリズム”、
ISA  トランザク’、taンズ vol、20.1
981.第3〜10 頁 (A、B、Corripio
、  P、M、Tompkins+   “ [ndu
strial Application of a S
elf−Tuning FeedbackContro
l Algorithm” 、 ISA Transa
ctions、 vol。
Conventionally, as an auto-tuning controller, one shown in FIG. 5, for example, has been proposed.
, B. Collivio, P., M. and I. Mumpkins “Industrial Applications of a Self-Tuning Feedback Control Algorithm”,
ISA TRANSAC', TANS vol, 20.1
981. Pages 3 to 10 (A, B, Corripio
, P, M, Tompkins+ “[ndu
trial Application of a S
elf-Tuning Feedback Control
l Algorithm”, ISA Transa
tions, vol.

20、 No、  2. 1981. pp、  3−
10)に掲載されたものである。図において、1は目標
信号発生装置、2はオート・チューニング・コントロー
ラ、3は制御対象、4はPIDコントローラ、5は数学
モデル演算器、6は同定器、7は調整演算器である。
20, No, 2. 1981. pp, 3-
10). In the figure, 1 is a target signal generator, 2 is an auto-tuning controller, 3 is a controlled object, 4 is a PID controller, 5 is a mathematical model calculator, 6 is an identifier, and 7 is an adjustment calculator.

上記のように構成された従来のオート・チューニング・
コントローラの動作について説明する。
Conventional auto-tuning configured as above
The operation of the controller will be explained.

オート・チューニング・コントローラ2は、目標値信号
発生装置lから与えられる目標値信号r(klと、制御
対象3の出力である制御量7(k)とを入力し、制御対
象3の入力となる操作量u (klを出力する。ここで
、カッコ内の値は、サンプリング間隔T毎の離散化され
た時刻を表す。
The auto-tuning controller 2 inputs the target value signal r(kl) given from the target value signal generator l and the control amount 7(k) which is the output of the controlled object 3, and becomes the input of the controlled object 3. The manipulated variable u (kl is output. Here, the value in parentheses represents the discretized time for each sampling interval T.

このとき、オート・チューニング・コントローラ2の内
部では、以下のような動作が行われている。
At this time, the following operations are performed inside the auto-tuning controller 2.

まず、上記目標値信号r(k)と上記制御量yTklと
から、偏差e (k)が計算される。
First, the deviation e (k) is calculated from the target value signal r(k) and the control amount yTkl.

e (kl −r (k) −y (k)      
  ・・・(1)PIDコントローラ4は、上記偏差e
(k)を入力し、設定されている制御パラメータに従っ
て、操作量u(k)を計算し、出力する。制御パラメー
タは、PIDコントローラ4では、ゲインKc、積分時
間’r+、m分時間T、であり、このパラメータに従っ
て、上記操作量u(k)は次のように計算される。
e (kl −r (k) −y (k)
...(1) The PID controller 4 calculates the above deviation e.
(k) is input, the manipulated variable u(k) is calculated and output according to the set control parameters. In the PID controller 4, the control parameters are the gain Kc, the integration time 'r+, and the m minute time T, and according to these parameters, the manipulated variable u(k) is calculated as follows.

l゛ 上記操作量u(k)は、制御対象3の入力となると同時
に数学モデル演算器5と同定器6の入力にもなる。
l゛The above-mentioned manipulated variable u(k) becomes an input to the controlled object 3 and also becomes an input to the mathematical model calculator 5 and the identifier 6.

上記数学モデル演算器5は、上記操作′Wku (k)
を入力すると、出力v (klを例えば次式のような数
学モデルにより計算する。
The mathematical model calculator 5 performs the above operation 'Wku (k)
When input, the output v (kl is calculated by a mathematical model such as the following equation.

v(kl 5m1il、 v(k−1)  +az V
(k−2)+b+ u(k−m−1) + bt u(
k−m−2) =(3)ここで、mは0以上の整数であ
り、制御対象3の無駄時間を意味する。
v(kl 5ml, v(k-1) +az V
(k-2)+b+u(k-m-1)+bt u(
km-m-2) = (3) Here, m is an integer greater than or equal to 0, and means the dead time of the controlled object 3.

同定器6は、上記制御対象3と上記数学モデル演算器5
の入出力関係が等価になるように、すなわち、両者の出
力y (k)とv lk)が等しくなるように、第(3
)式の係数a、+  aZ +  bI +  btを
求める。
The identifier 6 includes the controlled object 3 and the mathematical model calculator 5.
The (3rd
) Find the coefficients a, + aZ + bI + bt of the equation.

このために、同定器6は、上記操作量u(kl、および
上記制m1y(kl、上記数学モデルの出力V(ト))
を入力する。
For this purpose, the identifier 6 uses the manipulated variable u(kl) and the control m1y(kl, the output V(t) of the mathematical model).
Enter.

同定器6の動作を説明するために、ここで次のベクトル
X伽)、  z(k)、  φ(klを定義する。
In order to explain the operation of the identifier 6, the following vectors X(k), z(k), and φ(kl) are defined here.

x”  (k−1)  =  (y(k−1)  、 
 y(k−2)  、  u(k−m−1)  。
x” (k-1) = (y(k-1),
y(k-2), u(k-m-1).

u (k−s−2) )        ・・・(4)
z’ (k−1) = (v(k−1) 、  v(k
−2) 、  u(k−+++−1) 。
u (ks-2) ) ...(4)
z' (k-1) = (v(k-1), v(k
-2), u(k-+++-1).

u (k−+1−2) )        ・・・(5
)φ伽) ”  (at  *   !  +  1)
l  +  bt 〕     ・・・(6)ここに、
ベクトルの右肩の添字Tは、ベクトルの転置を意味する
u (k-+1-2) ) ...(5
)φ伽) ” (at * ! + 1)
l + bt] ...(6) Here,
The subscript T on the right shoulder of a vector means the transposition of the vector.

同定器6は次のアルゴリズムを実行する。The identifier 6 executes the following algorithm.

G(k)= (1+ z’ (k)P(k)x(k))
 −’ z” (k)P(k)  ・・・(?)φ(k
l1) =φ(k) + (y(kl1)−φOc) 
x (k) ) G (k) = (81P (kl1
) = P(k) −P(k) x(k)G(k)  
      ・・・(9)このアルゴリズムにより、ベ
クトルφ(ト))、すなわち数学モデル第(3)式の係
数ai +  ax l  b、 1b、は逐次的に求
められる。
G(k)=(1+z'(k)P(k)x(k))
−' z” (k)P(k) ...(?)φ(k
l1) =φ(k) + (y(kl1)−φOc)
x (k) ) G (k) = (81P (kl1
) = P(k) −P(k) x(k)G(k)
(9) With this algorithm, the vector φ(g)), that is, the coefficients ai + ax l b, 1b of the mathematical model equation (3), is sequentially obtained.

以上のようにして求められる上記ベクトルφ(k)は、
上記同定器6から出力され、上記数学モデル演算器5に
送られて数学モデルを修正するために使われるとともに
、調整演算器7へ送られて制御パラメータ、すなわちゲ
インKCI積分時間TI 。
The above vector φ(k) obtained in the above manner is
The output from the identifier 6 is sent to the mathematical model calculator 5 for use in modifying the mathematical model, and is also sent to the adjustment calculator 7 to obtain control parameters, that is, gain KCI, integration time TI.

微分時間T。を求められるために用いられる。これらの
制御パラメータを求めるために、上記調整演算器7は次
の演算を実行する。
Differential time T. It is used to ask for. In order to obtain these control parameters, the adjustment calculator 7 executes the following calculations.

Kc −s (a + + 2 am ) q/b+ 
    −alここで、第00式と第(2)式に現れる
QはQ−1−e −17m             
・・・α力で定義される。ここにBは調整パラメータで
あり、閉グループにおける所望の時定数である。
Kc −s (a + + 2 am) q/b+
-alHere, Q appearing in equation 00 and equation (2) is Q-1-e -17m
...Defined by α force. where B is an adjustment parameter and is the desired time constant in the closed group.

以上のようにして求められたゲインICc、4!lJ分
時間T+、m分時間T、は、前記PII)コントローラ
4に送られて、前記偏差e(ト)局1ら第(2)式によ
り、再び前記操作f!u (klを計算するために用い
られる。
The gain ICc obtained as above is 4! lJ minute time T+, m minute time T, are sent to the PII) controller 4, and the deviation e(g) station 1 and the like are again determined by the operation f! u (Used to calculate kl.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来のオート・チューニング・コントローラは以上のよ
うに構成されているので、制御対象を同定しなければな
らなかった。ところがこの同定には次のような問題があ
る。
Since the conventional auto-tuning controller is configured as described above, it was necessary to identify the object to be controlled. However, this identification has the following problems.

(11計算が複雑である。(11 calculations are complicated.

(2)計算量が多い。(2) The amount of calculation is large.

(3)収束に時間がかかる。(3) It takes time to converge.

(4)制御対象が持つ非線型性を扱うことができない。(4) Nonlinearity of the controlled object cannot be handled.

(5)数学モデルの型を例えば第(3)式のように限定
してしまっているので、それ以外の型の制御対象の同定
には不適切となる。
(5) Since the type of the mathematical model is limited to, for example, equation (3), it is inappropriate for identifying other types of controlled objects.

(6)前記Kp 、Tl、Toの3つの制御パラメータ
を得るために、前記ai l  aRr  bI + 
 り!の4つの係数を同定するから無駄がある。
(6) In order to obtain the three control parameters Kp, Tl, and To, the ai l aRr bI +
the law of nature! There is no use in identifying the four coefficients of .

そして以上のような同定の問題点は、従来のオート・チ
ューニング・コントローラでは、そのままそれ自体の問
題となっていた。
The above-mentioned identification problem has become a problem of its own in conventional auto-tuning controllers.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、制御対象の同定を行わずに、人間の経験則や
勘を推論ルールとして記憶しておき、これを使って制御
量とテスト信号との偏差。
This invention was made to solve the above-mentioned problems. Instead of identifying the controlled object, human experience and intuition are memorized as inference rules, and these are used to calculate the control amount. Deviation from test signal.

あるいは制御量、テスト信号などから、制御対象に最適
な制御パラメータを推論することができるオート・チュ
ーニング・コントローラを得ることを目的とする。
Another purpose is to obtain an auto-tuning controller that can infer optimal control parameters for a controlled object from control variables, test signals, and the like.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るオート・チューニング・コントローラは
、数学モデル演算器、同定器、調整演算器を具備する代
わりに、制御パラメータを最適化するための推論ルール
を記憶する推論ルール記憶器と、上記推論ルールに従っ
てファジィ推論により制御パラメータの調整を行う調整
部とを設けたものである。
The auto-tuning controller according to the present invention, instead of having a mathematical model calculator, an identifier, and an adjustment calculator, includes an inference rule storage device that stores inference rules for optimizing control parameters, and an inference rule storage device that stores inference rules for optimizing control parameters. According to the present invention, an adjustment section that adjusts control parameters by fuzzy inference is provided.

〔作用〕[Effect]

この発明のオート・チューニング・コントローラにおい
ては、人間の経験や勘を推論ルールとして記憶しておき
、これに従って、偏差あるいは目標値信号、制御量など
の波形の特徴量から現象論的に、制御パラメータを最適
化するには現在の値からどれだけ調整すればよいかを推
論し、自動調整を行おうとするものである。
In the auto-tuning controller of the present invention, human experience and intuition are memorized as inference rules, and control parameters are determined phenomenologically from waveform features such as deviations, target value signals, and control amounts. It attempts to infer how much adjustment should be made from the current value in order to optimize it, and then performs automatic adjustment.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、この発明の一実施例によるオート・チューニ
ング・コントローラを示すブロック線図である。第1I
l!Iにおいて、1は目標値信号発生器であり、目標値
信号r(k)を発生させる。2はオート・チューニング
・コントローラであり、上記目標値信号r Ot)と制
御対象3の出力である制mfy(ト))を入力して操作
量u(k)を出力する。上記のように、この制御量y(
k)は、上記オート・チューニング・コントローラ2に
フィードバックされる。
FIG. 1 is a block diagram showing an auto-tuning controller according to an embodiment of the present invention. 1st I
l! In I, 1 is a target value signal generator, which generates a target value signal r(k). Reference numeral 2 denotes an auto-tuning controller, which inputs the target value signal rOt) and the control mfy(g)) which is the output of the controlled object 3, and outputs the manipulated variable u(k). As mentioned above, this control amount y(
k) is fed back to the auto-tuning controller 2.

次に上記オート・チューニング・コントローラの内部構
成を説明する。4はコントローラであって、この実施例
ではPIDコントローラが使われている。このPIDコ
ントローラ4は、上記目標値信号r (klと上記制御
量y(k)との偏差e(k)を人力し、設定されている
制御パラメータ、すなわちゲインKC+積分時間71.
微分時間Tゎに従って操作t u (k)を出方する。
Next, the internal configuration of the above auto-tuning controller will be explained. 4 is a controller, and in this embodiment a PID controller is used. This PID controller 4 manually calculates the deviation e(k) between the target value signal r(kl and the control amount y(k)) and calculates the set control parameters, that is, gain KC+integration time 71.
The operation t u (k) is generated according to the differential time T ゎ.

8は推論ルール記憶器であり、上記コントローラ4の制
御パラメータを最適化するための推論ルールRj ; 
j=1.2.・・・、mが記憶されている。9は調整部
であり、上記推論ル−ルに従ってファジィ推論により、
上記コントローラ4の制御パラメータの調整を行う。
8 is an inference rule storage device, in which inference rules Rj for optimizing the control parameters of the controller 4 are stored;
j=1.2. ..., m are stored. 9 is an adjustment unit, which performs fuzzy inference according to the above inference rules,
The control parameters of the controller 4 are adjusted.

次に上記調整部9の内部構成を説明する。10は特徴量
抽出器であり、上記偏差e (klあるいは上記目標値
信号r(k)、上記操作11y(k)などを入力し、制
御系の特性を示す特徴量Si ;s −L2+・・・、
nを出力する。11は速度型ファジィ推論器であり、上
記時@ MSiを入力して、上記推論ルールRjに従っ
て、上記制御パラメータ、すなわちゲインKC+積分時
間T1.微分時間T、を最適化するためには、現在の値
からどれだけ調整すればよいかを推論し、その調整量、
それぞれΔKc、ΔTI。
Next, the internal configuration of the adjustment section 9 will be explained. Reference numeral 10 denotes a feature extractor which inputs the deviation e (kl or the target value signal r(k), the operation 11y(k), etc.), and extracts the feature amount Si ;s −L2+ . . . representing the characteristics of the control system.・、
Output n. Reference numeral 11 denotes a speed type fuzzy inference machine, which inputs the above time @ MSi and calculates the above control parameters, that is, gain KC + integration time T1 . In order to optimize the differential time T, we infer how much to adjust from the current value, and calculate the amount of adjustment,
ΔKc and ΔTI, respectively.

ΔT、を出力する。12は積算器であり、上記ΔKC+
 ΔTI、ΔT、を入力し、積算し、実際のパラメータ
の値として出力する。この上記積算器12から出力され
た制御パラメータは、前記コントローラ4に与えられ、
再び前記偏差e(klから前記操作flu (k)を計
算するために用いられる。
Outputs ΔT. 12 is an integrator, and the above ΔKC+
ΔTI and ΔT are input, integrated, and output as actual parameter values. The control parameters output from the integrator 12 are given to the controller 4,
Again, it is used to calculate the operation flu (k) from the deviation e(kl).

第2図は上記オート・チューニング・コントローラの動
作を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the auto-tuning controller.

速度型ファジィ推論器を用いたオート・チューニング・
コントローラでは、制御を行いながら、任意の時に、自
動調整を行うことができる。ここでは、制御を行いなが
ら、常に自動調整を行う例について示した。
Auto-tuning using speed-type fuzzy inference machine
The controller can perform automatic adjustment at any time while performing control. Here, an example is shown in which automatic adjustment is always performed while performing control.

まず、ステップ13でKの値を0とする。First, in step 13, the value of K is set to 0.

次に、ステップ14で、制御パラメータを初期化する。Next, in step 14, control parameters are initialized.

その値は、連応性や精度よりも、安定性に関して十分に
安全な値にとる。
The value is set to a value that is sufficiently safe in terms of stability rather than continuity or precision.

ステップ15で、制御系を停止させる判断がなされない
限り、本実施例のオート・チューニング・コントローラ
は、ステップ16〜22の動作を繰り返す。
Unless a decision is made in step 15 to stop the control system, the auto-tuning controller of this embodiment repeats the operations in steps 16 to 22.

ステップ17では、PIDコントローラ4は、現在の制
御パラメータで第(2)式を計算し、制御対象3を制御
する。
In step 17, the PID controller 4 calculates equation (2) using the current control parameters and controls the controlled object 3.

これに伴い、ステップ18で、N時刻前の偏差e (k
−N) 、操作量u (K−N) 、制御量y(K−N
)等を消去し、対応する新しいデータe(kl。
Accordingly, in step 18, the deviation e (k
-N), manipulated variable u (K-N), controlled variable y (K-N
) etc. and create the corresponding new data e(kl.

u(kl、  )l(k)を記録する。Record u(kl, )l(k).

ステップ19は、上記のようなデータe(・)。Step 19 is the data e(·) as described above.

U(・)、y(・)がNサンプル分集まったかどうかを
判断する。データがたまるまでは、ステップ15の前ま
でもどる。
It is determined whether U(.) and y(.) have been collected for N samples. The process returns to step 15 until the data is accumulated.

ステップ20では、特徴量抽出器10が、Nサンプル分
集められたデータe(K−N+1)、・・・。
In step 20, the feature extractor 10 extracts data e(K-N+1), . . . collected for N samples.

a(k)、  r  (K−N+ 1) 、 ”−、r
(k)、、 Y (K−N−1)、・・・、y(k)な
どから特f!に量S直 ;i−1,2、・・・1口を計
算する。上記特徴量とは、例えば次のようなものである
a(k), r (K-N+ 1), ”-, r
From (k),, Y (K-N-1),..., y(k), etc., special f! Calculate the amount S directly; i-1, 2, . . . 1 mouth. The above-mentioned feature amount is, for example, as follows.

S!=(誤差の平均変化率) ステップ21で、速度型ファジィ推論器11は、上記特
徴量S、を入力し、推論ルール記憶器8に記憶された推
論ルールRj ; J −L2+・・・、l に従って
、制御パラメータを最適化するためには、現在の値から
どれだけ調整しなければならないかを推論し、その値、
ゲインの調整量へKC+積分時間の調整量ΔT11微分
時間の調整量へT0を出力する。
S! = (average change rate of error) In step 21, the speed type fuzzy inference device 11 inputs the feature amount S, and infers the inference rules Rj; J −L2+..., l stored in the inference rule storage device 8. According to
Outputs KC to the gain adjustment amount + integral time adjustment amount ΔT11 and T0 to the differential time adjustment amount.

ステップ22では、積算器12が、上記調整量ΔKc、
ΔTl 、  ΔT0を入力し、積算し、実際の制御パ
ラメータをそれぞれ、Kc 、 ’r’+ 、 T。
In step 22, the integrator 12 calculates the adjustment amount ΔKc,
Input ΔTl and ΔT0, integrate them, and obtain the actual control parameters as Kc, 'r'+, and T, respectively.

として出力し、前記PIDコントローラ4に与える。It is output as and given to the PID controller 4.

その後、再び、ステップ15か以上の動作を繰り返すこ
とにより、上記オート・チューニング・コントローラは
、制御パラメータを自動調整しつつ、制御対象3を制御
する。
Thereafter, by repeating the operations in step 15 and above again, the auto-tuning controller controls the controlled object 3 while automatically adjusting the control parameters.

さて、以下、上記推論ルール記憶器8に記憶されている
推論ルールRJと、上記速度型ファジィ推論器11の動
作について説明する。
Now, the inference rules RJ stored in the inference rule storage 8 and the operation of the speed-type fuzzy inference device 11 will be explained below.

まず、上記推論ルールR,は、人間が制御パラメータの
調整を行うときに使っている経験則や勘をルール化した
ものであり、例えば次のようなものである。
First, the above-mentioned inference rule R is a rule based on the empirical rules and intuition that humans use when adjusting control parameters, and is, for example, as follows.

R+:jもし、S、が小さくSZ も小さければ、Kc
をそのままに保て。」 R2: 「もし、Slが小さくSZが大きければ、Kc
を小さくせよ。」 このように、推論ルールR4は「もし〜であれば、〜せ
よ」の形をしている。このうち、もし「〜であれば」の
部分を前件部命題といい、「〜せよ」の部分を後件部命
題という。
R+:jIf S is small and SZ is also small, Kc
Keep it that way. ” R2: “If Sl is small and SZ is large, Kc
Make it smaller. ” In this way, the inference rule R4 has the form “If ..., then ...”. Of these, the part that says ``if...'' is called the antecedent proposition, and the part that says 'do...' is called the consequent proposition.

この後件部命題の形が例えば上記ルールR5゜R8のよ
うに、「〜を小さくせよ」または「〜を少し大きくせよ
」と、値の変化分を指定している場合、このフ、アジイ
准論を特に速度型ファジィ推論という。これに対し、後
件部命題の形が「〜にとれ」または「〜に設定せよ」と
、値そのものを指定している場合、そのファジィ推論を
特に位置型ファジィ推論という。
If the form of this consequent proposition specifies the amount of change in value, such as ``make ~ smaller'' or ``make ~ a little larger,'' as in the above rules R5゜R8, then this This theory is especially called speed-type fuzzy inference. On the other hand, when the form of the consequent proposition specifies the value itself, such as "take it" or "set it to...", the fuzzy inference is particularly called positional fuzzy inference.

この発明では、速度型ファジィ推論を実行する速度型フ
ァジィ推論器11が備えられている。その動作について
説明する。、 ファジィ推論では、まず、現在の状態が前件部命題の条
件をどの程度溝たしているが、メンバーシップ関数を用
いて評価し、0から1の間の数値で表わす。
The present invention includes a speed-type fuzzy inference device 11 that executes speed-type fuzzy inference. Its operation will be explained. In fuzzy reasoning, first, the degree to which the current state satisfies the conditions of the antecedent proposition is evaluated using a membership function and expressed as a number between 0 and 1.

第3図は、メンバーシップ関数による評価の例を示して
いる。ここでは、「平均誤差Slは大きい」という命題
を挙げた。実際に特徴量抽出器10が算出した平均誤差
は3 、 w S、 ”であったとする、このとき、第
3図に示されるように、上記前件部命題が成立する度合
は0.75と評価される。
FIG. 3 shows an example of evaluation using membership functions. Here, the proposition that "the average error Sl is large" is given. Assume that the average error actually calculated by the feature extractor 10 is 3,wS,''.In this case, as shown in FIG. 3, the degree to which the antecedent proposition holds true is 0.75. be evaluated.

第4図は、位置型ファジィ推論器11が行う推論のしく
みを示している。ここでは、特@量としてSt、Stが
選ばれ、推論ルールとしてR1とR2が用いられている
場合を示している。ここでは簡単のためにゲインの調整
についてのみ説明するが、積分時間、微分時間に関して
も同様である。
FIG. 4 shows the inference mechanism performed by the positional fuzzy inference unit 11. Here, a case is shown in which St and St are selected as special quantities and R1 and R2 are used as inference rules. For simplicity, only gain adjustment will be described here, but the same applies to integral time and differential time.

まず、上記のようにして、ファジィ推論ルールR1,R
zの前件部命題が成立する度合を評価する。第4図の例
では、ルールR,の「もし、Slが小さく」は0.5だ
け、「Szも小さければ」は0.2だけ、それぞれ満た
されている。このうち最低のものをとって、ルールR1
の前件部命題の全体としては、0.2だけ成立している
、とする。
First, as described above, the fuzzy inference rules R1, R
Evaluate the degree to which the antecedent proposition of z holds true. In the example of FIG. 4, the rule R, ``If Sl is small,'' is satisfied by 0.5, and ``If Sz is also small,'' is satisfied by 0.2. Take the lowest of these, rule R1
It is assumed that only 0.2 of the antecedent propositions are true as a whole.

後件部命題もまた、メンバーシップ関数で表されている
。このメンバーシップ関数は、前件部命題が成立する度
合で重みづけされる。ルールR+では、0.2倍に重み
づけされている。
The consequent proposition is also expressed by a membership function. This membership function is weighted according to the degree to which the antecedent proposition holds true. Rule R+ is weighted 0.2 times.

最後に、各ルールの重みづけされた後件部命題のメンバ
ーシップ関数が重ねられる。そしてその重心が計算され
、さの重心をもって最適なゲインの調整量ΔKCとする
Finally, the membership functions of the weighted consequent propositions of each rule are superimposed. Then, the center of gravity is calculated, and the center of gravity is used as the optimum gain adjustment amount ΔKC.

同様にして、最適な積分時間の調整量ΔTl l最適な
微分時間の調整量Δ]゛。も推論される。
Similarly, the optimal integration time adjustment amount ΔTl lThe optimal differentiation time adjustment amount Δ]゛. is also inferred.

以上のようにして、速度型フfシイ推論器11は最適な
制御パラメータの調整量を推論する。これらの値は、積
算器12を経て、実際の制御パラメータの値として、コ
ント1コーラ4に与えられる。
In the manner described above, the speed type f-shi inference unit 11 infers the optimal amount of control parameter adjustment. These values are passed through the integrator 12 and given to the controller 4 as actual control parameter values.

なお、上記実施例は、コントローラとしてPIDコント
ローラを使用し、そのゲイン、積分時間。
In addition, in the above embodiment, a PID controller is used as the controller, and its gain and integration time are determined.

微分時間を自動調整するオート・チューニング・コント
ローラについて述べたが、この発明はさらに他の型のオ
ート・チューニング・コントローラにも適用できる0例
えば、コントローラとして0N−OFFと不感帯を組み
合わせたコントローラを使用し、その不感帯の幅を自動
調整するオート・チューニング・コントローラに適用し
ても有効であるし、コントローラとして近代制御理論に
基づく最適制御コントローラを使用し、その評価関数の
パラメータを自動調整するオート・チューニング・コン
トローラに適用しても有効である。
Although the auto-tuning controller that automatically adjusts the differential time has been described, the present invention can also be applied to other types of auto-tuning controllers. , it is also effective to apply it to an auto-tuning controller that automatically adjusts the width of the dead zone, and an auto-tuning that uses an optimal controller based on modern control theory as the controller and automatically adjusts the parameters of its evaluation function.・It is also effective when applied to a controller.

また、上記実施例では、制御パラメータの自動調整は、
制御を行いながら常に行われていたが、この発明は、こ
の自動調整を次のように行わせることとしても有効であ
る0例えば、普段は制御動作のみを行っており、外部か
らの起動命令信号が入ったときだけ、自動調整が起動す
るようにしてもよく、また、普段は制御動作と制御特性
の監視だけを行っており、制御特性の乱れが検出された
ときのみ、自動調整を起動するようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the automatic adjustment of the control parameters is as follows:
This automatic adjustment has always been performed while performing control, but the present invention is also effective in performing the following automatic adjustment. The automatic adjustment may be started only when a change occurs.Also, the control operation and control characteristics are usually only monitored, and the automatic adjustment is activated only when a disturbance in the control characteristics is detected. You can do it like this.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、人間の経験や勘を推
論ルールとして記憶しておき、これに従って・偏差ある
いは目標値信号、制御量などの波形の特徴量から制御パ
ラメータをファジィ推論するようにしたので、複雑で、
制御対象の型を限定してしまう同定を行わずにすみ、単
純なメンバーシップ関数の演算により、人間の経験や勘
に基づく自動調整ができるようになり、軽い演算負荷。
As described above, according to the present invention, human experience and intuition are memorized as inference rules, and control parameters are fuzzy inferred from waveform features such as deviations, target value signals, and control amounts in accordance with the inference rules. It's complicated,
There is no need to perform identification that would limit the type of control target, and automatic adjustment based on human experience and intuition can be performed through simple membership function calculations, resulting in a light calculation load.

短時間での自動調整1幅広い型の制御対象の自動調整が
可能となる効果がある。
Automatic adjustment in a short time 1 This has the effect of enabling automatic adjustment of a wide variety of control objects.

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

第1図はこの発明の一実施例によるオート・チューニン
グ・コントローラを示すブロック線図、第2図はその動
作を示すフローチャート図、第3図はメンバーシップ関
数による評価の例を示す図、第4図はファジィ推論のし
くみを示す図、第5図は従来のオート・チューニング・
コントローラの一例を示す図である。 図において、1は目標値信号発生装置、2はオート・チ
ューニング・コントローラ、3は制御対象、4はコント
ローラであり、ここではその−例としてPIDコントロ
ーラ、8は推論ルール記憶器、9は特徴量抽出器、11
は速度型ファジィ推論器、13は積算器である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing an auto-tuning controller according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing its operation, FIG. 3 is a diagram showing an example of evaluation using a membership function, and FIG. The figure shows the mechanism of fuzzy inference, and Figure 5 shows the conventional auto-tuning system.
It is a figure showing an example of a controller. In the figure, 1 is a target value signal generator, 2 is an auto-tuning controller, 3 is a controlled object, and 4 is a controller; here, as an example, a PID controller, 8 is an inference rule storage, and 9 is a feature amount. extractor, 11
is a speed-type fuzzy inference device, and 13 is an integrator. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)制御対象を制御するコントローラと、上記コント
ローラの最適な制御パラメータを推論するための推論ル
ールを記憶する推論ルール記憶器と、 上記推論ルールに従ってファジィ推論により上記コント
ローラの制御パラメータの調整を行う調整部とを備えた
ことを特徴とするオート・チューニング・コントローラ
(1) A controller that controls a controlled object, an inference rule storage device that stores inference rules for inferring optimal control parameters for the controller, and adjusts the control parameters of the controller by fuzzy inference according to the inference rules. An auto tuning controller characterized by comprising an adjustment section.
(2)上記調整部が、 目標値信号発生装置から与えられる目標値信号あるいは
上記制御対象の出力である制御量あるいは上記目標値信
号と上記制御量との偏差を入力し、制御系の状態を示す
特徴量を出力する特徴量抽出器と、 上記特徴量を入力し、上記推論ルールに従って上記制御
パラメータを調整するファジィ推論器とからなるもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のオー
ト・チューニング・コントローラ。
(2) The adjustment section inputs the target value signal given from the target value signal generator, the controlled variable that is the output of the controlled object, or the deviation between the target value signal and the controlled variable, and adjusts the state of the control system. and a fuzzy inference device that inputs the feature amount and adjusts the control parameter according to the inference rule. Auto tuning controller as described.
(3)上記ファジィ推論器が、制御パラメータの調整量
を推論する速度型ファジィ推論器であり、該速度型ファ
ジィ推論器の出力を積算しその出力を上記コントローラ
に入力する積算器をさらに備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第2項記載のオート・チューニング・コント
ローラ。
(3) The fuzzy inference device is a speed-type fuzzy inference device that infers the adjustment amount of the control parameter, and further includes an integrator that integrates the output of the speed-type fuzzy inference device and inputs the output to the controller. An auto-tuning controller according to claim 2, characterized in that:
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EP87303089A EP0241286B2 (en) 1986-04-11 1987-04-09 An auto-tuning controller
US07/037,383 US4864490A (en) 1986-04-11 1987-04-10 Auto-tuning controller using fuzzy reasoning to obtain optimum control parameters

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