JPS63113702A - リミツタ付繰返し制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はある一定の周期毎に、同じパターンの目標値が
繰返し与えられるフィードバック制御系に用いられるリ
ミッタ付繰返し制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図に繰返し制御装置の一構成例を示すブロック線図
であり、破線で囲った部分が繰返し制御器１１である。

繰返し制御装置は、目標値ｒが第７図に示す様な周期Ｌ
（秒）の一定パターンを持ち、第８図の様に繰返し与え
られる制御系に有効なシステムで、このシステムによれ
ば目標値ｒが繰返されるごとに、制御偏差が改善される
。

以下このことについて詳細に説明する。第５図において
、センサ１によって検出された制御量と、目標値ｒの差
、すなわち制御偏差が減算器２によって計算される。サ
ンプラ３は上記減算器２の出力をサンプリング周期Ｔで
サンプリングし、加算器４はそのサンプラ３の出力と記
憶要素５の出力を加算する。上記加算器４の出力はロー
フ４スフイルタロを通シ、無駄時間Ｌ（秒）を持つ上記
記憶要素５に入力される。この記憶要素５はある目標値
周期中に取込まれたデータを次の目標値周期まで記憶し
、上記サングラ３と同期して周期Ｔで記憶値を出力する
働きをする。上記記憶要素５の出力は動的補償器７を通
シ、加算器８によって減算器２の出力と加算される。

直列補償器９は、繰返し制御器１１がない状態での系の
安定を保つ働きをする。加算器８の出力は、この直列補
償器９、リミッタ１２を経て、制御対象１０への入力と
なる。

以上の構成により、繰返し制御装置は、目標値ｒと制御
量の偏差が減っていく様、制御を行う。

〔発明が解決しようとする間■点〕

上記のような繰返し制御装置において、繰返し制御器１
ノの出力がしばしば非常に大きな値となる。現実の制御
系ではアクチーエータなどにリミッタ１２が存在するた
め、リミッタ１２の非線形性により系が不安定化する場
合がある。

以下、このことについて第５図の等価ブロック線図であ
る第６図を参照して説明する。ここで、Ｇｒｅｐ（ｓ）
は繰返し制御器１１の動特性、Ｇ（８）は直列補償器９
と制御対象１０とセンサ１を総括した動特性をあられし
、これは下式によυ定義される。

但し、Ｆ（ａ）　：フィルタ６の動特性Ｇｄｅ（ｓ）　
；動的補償器７の動特性Ｇ（ｓ）　＝Ｇｓｅ（ｓ）・Ｇ
ｐ（ｓ）・Ｈ（ｓ）　　　　　　　−（２）但し、Ｇｓ
ｅ（ａ）：直列補償器９の動特性Ｇｐ（ｓ）　　：制御
対象１０の動特性Ｈ（ｓ）　　：センサ１の動特性 第５図を変形すると、第６図が得られる。

繰返し制御装置が安定であるためには（Ｇｒｅｐ（ｓ）
＋　１　）Ｇ（ｓ）のベクトル軌跡が、リミッタ１２の
記述関数ｘ（Ａ）による−１　／　ｘ（４）軌跡を絶え
ず左にみればよい。

Ｘ（Ａ）は次式で与えられる。

−ｈｔは下限値とする。

Ｇｄｃは一般に次式の様に設計される。

１　　　　　　　　　　　　・・・　（４）Ｇｄｃ　＝
（１＋　ｃ　）　Ｇｘ 但しＧｘはある適当なローＡス特性 よって、（１）　、　（２）　、　（４）式より下式が
成立する。

（Ｇｒｅｐ（ａ）＋　１　）　Ｇ（ｓ）　＝において、
（５）式の右辺第１項のベクトル軌跡は第４図の斜線部
内のみ存在するが、繰返し制御装置の安定条件式（６）
式より（５）式右辺第２項は必ず正の値をとる。

＋１−ＧＸＩ＜１／ＩＦ＋　　　　　　　　　・　（６
）よって、必ずしも（５）式のベクトル軌跡が一１／Ｘ
（Ａ）軌跡を左にみるとは限らず、系が不安定になる場
合があシうる。

そこで、本発明は系が確実に安定化するリミッタ付繰返
し制御装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、ある一定の周期毎に
、同じノ母ターンの目標値が繰返し与えられ、その目標
値とリミッタを含む制御対象の制御量との制御偏差を、
直列補償器を介して上記制御対象に与えるとともに上記
制御偏差に応じて制御されるフィードバック制御系にお
いて、１）上記制御偏差が入力され、この制御偏差が減
るように制御する繰返し制御器と、 ｉｉ）この繰返し制御器の出力を入力し、これを上限値
と下限値の範囲内に制限するリミッタと。

ｉｉｉ）上記制御偏差を入力し、上記繰返し制御器の入
力側に設けられ、上記繰返し制御器の出力が上記リミッ
タの上限値よりも大きく、かつ上記制御偏差が正の値の
場合と、または上記繰返し制御器の出力が上記ＩＪ　ミ
ッタの下限値よりも小さく、かつ上記制御偏差が負の値
の場合のみ開路動作するスイッチと、 ＩＶ）　　上記リミッタの出力と上記制御偏差を加算し
、上記フィードバック制御系に有する直列補償器へ出力
する加算器とから構成したものである。

〔作用〕

上記リミッタを設けであるので、繰返し制御器出力値が
過大になるのを防ぐことができ、これにの飽和がおきな
いことにともなって非線形性によって系が不安定化する
ことがない。

〔実施例〕

以下、本発明について図面を参照して説明する。

はじめに第１図および第２図によシ、本発明の原理につ
いて説明する。第１図は従来の繰返し制御器１ノの入力
段にオン／オフスイッチ１４．また繰返し制御器１ノの
出力段にリミッタ１３を付加した点が従来装置とは異る
。上記ＩＪ　ミッタ１３の上限値ｈｚ　（下限値は−ｈ
ｚ　）は制御対象１０に含まれるリミッタ１２の上限値
ｈｔ　（下限値は−ｈｔ　）よりも低く設定される。

ｈ雪　〈ｈ宜　＋　ε　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・　　　（７）但しＣ；予想
される最大制御偏差 上記リミッタ１３は、繰返し制御器１１の出力値が過大
になるのを防ぐ働きをする。このリミッタ１３で制限す
る事によシ、制御対象１０に含まれるリミッタ１２にお
いて信号の飽和がおきない様にする事が出来′る。リミ
ッタ１２で信号が飽和しなければ、その非線形性によっ
て系が不安定化する事もない。

ここで、リミッタ１３が系の安定性に及ぼす影響を調べ
る。第１図を変形すると第２図が得られ、両図をもとに
説明を行う。なお、説明を簡単にするためリミッタ１２
をなくして変形した。繰返し制御系が安定であるために
は（１＋Ｇ（ｓ））＝　・Ｇ（＋ｓ）・Ｇｒｅｐ（ｓ）
のベクトル軌跡が上記（３）式に表されるリミッタ１２
の記述関数Ｘ囚による−１　／　ｘ（４）軌跡を絶えず
左に見ればよい。

ここで、（４）式を利用すると、次式の変形が成立する
。

において（８）式右辺のベクトル軌跡は第４図の斜線部
内のみに存在するから、−１／　ｘ囚軌跡を絶えず左に
みる。

よって、新たに付加したリミッタ１３によって繰返し制
御系が不安定化する事はない。

次にスイッチ１４の働きについて述べる。このスイッチ
１４は繰返し制御器１１の出力がリミッタ１３の上限値
よシも大きく、かつ制御偏差プ；正の値の場合と、繰返
し制御器１１の出力がリミッタ１３の下限値よりも小さ
くかつ制御偏差が負の値の場合のみ、オフとなる動作を
する。

これは、繰返し制御器１１の出力がリミッタ１３で飽和
して操作量を何ら変更出来ない間、繰返し制御器１１内
の記憶要素に制御偏差が足し込まれる事を防ぐ働きをす
る。もし繰返し制御器１１の出力が飽和している間にも
制御偏差が足し込まれると、制御偏差が逆の極性になっ
てもすぐには操作量が変更されず、記憶要素内に余分に
足し込まれた量が解消されて初めて操作量が変更される
という不具合が生ずるからである。

第３図は、上記した原理をシフトレジスタに適用した場
合の例を示す。第３図において、破線で囲った部分が繰
返し制御器１１であり、センサ１によって検出された制
御量と、目標（ｖＬｒの差、すなわち制御偏差が減算器
２によって計算される。

この減算器２の出力はサングラ３、スイッチ１４ｔ−通
υ、ローノｆス・フィルタ６の出力と加算器４によって
加算されて、シフトレジスタ５に入力される。シフトレ
ジスタ５はＮ＝Ｌ／Ｔ　（Ｔはサンプリング）以上の段
数を持つ様に設計される。ローパス・フィルタ６、動的
補償器７は、シフトレジスタ５とディジタル・フィルタ
の組合せにより実現出来る。ここでは、ＦＩＲ型ディジ
タル・フィ、ルタニより、ローパス・フィルタ６、動的
補償器７を構成した。

ローパス・フィルタ６の係数は、シフト・レジスタ５の
Ｎ段目にかかる係数を中心に左右対象の値をもたせる。

例えばフィルタ段数をＮ′段とし、端から１番目の係数
ωｆ（１）　（Ｏ＜ｉ＜Ｎ’−１）をとおけば、カット
オフ周波数ω。のローノ々ス拳フィルタが得られる。動
的補償器７の係数は、次の様にして設計する。動的補償
器７の総段数をＮ“とし、左端から１番目の係数をω。

（１）　（０＜：　ｌ　＜Ｎ“−１）とおくと、ωｃ（
１）は次式により求まる。

なお、第３図の構成は第１図に示した構成と若干具なる
が、第３図中の動的補償器７の動特性Ｇｄｅを（４）式
に従って設計する際、Ｇｘ−＋Ｆ・Ｇｘとおく事によっ
て第３図と第１図の構成はまったく等価となり、前述の
作用は第３図の構成においても成立する。

〔発明の効果〕

従来装置では、制御対象内に存在するＩＪ　ミッタによ
シネ安定化する虞れがあったが、本発明によれば、確実
に系が安定化するリミッタ付繰返し制御装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための構成図、第２図
は第１図の等価ブロック線図、第３図は第１図の原理を
シフトレジスタに適用した例を示す図、第４図は第２図
中ループのナイキスト線図、第５図は従来の繰返し制御
装置の一構成例を示す図、第６図は第５図の等価ブロッ
ク線図、第７図は繰返し制御系に与えられる目標値）４
ターンの１周期波形図、第８図は目標値の与えられ方を
説明するための図である。 １・・・センサ、２・・・減算器、３・・・サングラ、
４・・・加算器、５・・・記憶要素、６・・・ローフ４
ス・フィルタ、２・・・動的補償器、８・・・加算器、
９・・・直列補償器、１０・・・制御対象、１１・・・
繰返し制御器、１２・・・制御対象内リミッタ、１３・
・・リミッタ、１４・・・オン／オフスイッチ。 出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦手続補正書 １．事件の表示 特願昭６１−２５９７７１号 ２、発明の名称 リミッタ付繰返し制御装置 ３６補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （８２０）　　三菱重工業株式会社 （ほか１名） ４６復代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 （１）明細書第１頁および第２頁に記載の特許請求の範
囲を別紙のように訂正する。 （２）同第６頁１３行目に記載の「与えるとともに上記
制御」を［与える事によって上記制御］と訂正する。 （３）　　同第８頁６行目および同頁７行目に記載の「
　　ｈ２くｈ１＋ε　　　　　　　　　・・・（７）を ｒｈｚ　　　＜　　　（ｈｔ　　　＋　　ε）　　　ｌ
　　Ｇｓｃｏ　　　ｌ　　−’　　　　　　　　　　・
＝（７）へ 但し　ε；予想される最大制御−差 １Ｇｓｃｏｌ；直列補償器９の定常ゲイン」と訂正する
。 （４）同第１１頁７行目に記載の と訂正する。 （５）　　図面中筒１図、第２図、第３図、第４図、第
５図および第６図をそれぞれ別紙のように訂正する。 ２、特許請求の範囲 ある一定の周期毎に、同じパターンの目標値か繰返し与
えられ、その目標値とリミッタを含む制御対象の制御量
との制御偏差を、直列補償器を介して上記制御対象に与
える事によって上記制御偏差に応じて制御されるフィー
ドバック制御系において、 １）上記制御偏差が入力され、この制御偏差が減るよう
に制御する繰返し制御器と、　　・ｊｉ）この繰返し制
御器の出力を入力し、これを上限値と下限値の範囲内に
制限するリミッタと、１ｉｉ）上記１；制御偏差を入力
し、上記繰返し制御器の入力側に設けられ、上記繰返し
制御器の出力が上記リミッタの上限値よりも大きく、か
つ上記制御偏差が正の値の場合と、または上記繰返し制
御器の出力が上記リミッタの下限値よりも小さく、かつ
」二記制御偏差が負の値の場合のみ開路動作するスイッ
チと、 ｉｖ）上記リミッタの出力と上記制御偏差を加算し、上
記フィードバック制御系に有する直列補償器へ出力する
加算器とからなるリミッタ付繰返し制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ある一定の周期毎に、同じパターンの目標値が繰返し与
   えられ、その目標値とリミッタを含む制御対象の制御量
   との制御偏差を、直列補償器を介して上記制御対象に与
   えるとともに上記制御偏差に応じて制御されるフィード
   バック制御系において、 ｉ）上記制御偏差が入力され、この制御偏差が減るよう
   に制御する繰返し制御器と、 ｉｉ）この繰返し制御器の出力を入力し、これを上限値
   と下限値の範囲内に制限するリミッタと、ｉｉｉ）上記
   制御偏差を入力し、上記繰返し制御器の入力側に設けら
   れ、上記繰返し制御器の出力が上記リミッタの上限値よ
   りも大きく、かつ上記制御偏差が正の値の場合と、また
   は上記繰返し制御器の出力が上記リミッタの下限値より
   も小さく、かつ上記制御偏差が負の値の場合のみ開路動
   作するスイッチと、 ｉｖ）上記リミッタの出力と上記制御偏差を加算し、上
   記フィードバック制御系に有する直列補償器へ出力する
   加算器とからなるリミッタ付繰返し制御装置。