JPS6344203A - Control constant determining device for digital follow-up control system - Google Patents

Control constant determining device for digital follow-up control system

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JPS6344203A
JPS6344203A JP18774986A JP18774986A JPS6344203A JP S6344203 A JPS6344203 A JP S6344203A JP 18774986 A JP18774986 A JP 18774986A JP 18774986 A JP18774986 A JP 18774986A JP S6344203 A JPS6344203 A JP S6344203A
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JP
Japan
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control
equation
expression
digital
control constant
Prior art date
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Application number
JP18774986A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirochika Mori
森 泰親
Takashi Shigemasa
隆 重政
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS6344203A publication Critical patent/JPS6344203A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve rapid responsiveness guaranteeing stability, by expressing a controlled system by developing expression from a transfer unction to a differential equation, and further to a difference equation by applying a discrete processing, and constituting and calculating an expanded deviation system based on the above expression. CONSTITUTION:A control constant deciding device in a digital follow-up control system is constituted of a dynamic characteristic input part 11, a dynamic characteristic expression conversion part 12, a sample control cycle setting part 13, a discrete arithmetic part 14, an expanded deviation system constituting part 15, a design parameter setting part 16, an equation solving part 17, a control constant arithmetic part 18, a time response arithmetic part 19, and a decision part 20. And a digital controller is used in the device, and the control constant of a control system in which a sample controlling cycle is considered, can be decided. Thereby, the control constant arithmetic part 18 can output the state feedback coefficient, and the integration coefficient of the control constant, based on the maximal solution obtained at the equation solving part 17, and the result of the discrete arithmetic part 14. Furthermore, it is possible to handle the controlled system expressed as a system with direct attaining part.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、追従制御系の設計において%特に制御装置に
ディジタル制御装置を用いる場合の制御定数の決定を実
現するディジタル追従制御系の制御定数決定装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is directed to a digital tracking system that realizes the determination of control constants in the design of a tracking control system, especially when a digital control device is used as a control device. This invention relates to a control constant determination device for a control system.

(従来の技術) 1人出力の制御方式としてはPID制御方式が代表的で
ある。比例(K、)、積分(Kl/8)、微分(KD8
)の各制御要素から成る制御器をもち、これらの制御定
数を決定する方法も数々提案されているが、制御対象が
多入出力系である場合にはそのまま適用することができ
ない。
(Prior Art) A PID control method is typical as a control method for single-person output. Proportional (K, ), integral (Kl/8), differential (KD8
), and a number of methods have been proposed for determining these control constants, but these cannot be directly applied when the controlled object is a multi-input/output system.

制御対象が多入出力系である場合の制御方式として、現
代制御理論による追従制御方式が検討されている。この
制御方式は第4図に示すように。
A follow-up control method based on modern control theory is being considered as a control method when the controlled object is a multi-input/output system. This control method is shown in Figure 4.

制御対象をブロック1aに示す形に表現し、この状態変
数x (t)に定数行列〜を乗じてフィードバックする
ことにより特性改善を図るもので、操作量u (t)が
飽和しない範囲内で、連応性をいくらでも改善できる。
The controlled object is expressed in the form shown in block 1a, and the characteristics are improved by multiplying this state variable x (t) by a constant matrix ~ and feeding it back. Within the range where the manipulated variable u (t) does not saturate, You can improve the connectivity as much as you like.

しかも目標値r (t)と制御i Y (t)に差があ
る限り積分動作が働く構造の制御器2であるため、オフ
セットのない応答性の優れた追従制御系を構成すること
ができる。
Moreover, since the controller 2 has a structure in which the integral operation works as long as there is a difference between the target value r (t) and the control i Y (t), it is possible to configure a follow-up control system with no offset and excellent responsiveness.

この制御方式に関しては、例えば「線形多入出力最適追
従制御系の一般計法」(計測自動制御学会論文集、第1
4巻、第4号、昭和53年8月)において提案され、多
入出力の制御対象であっても追従制御系を構成すること
ができる。しかしながら実用面において、つぎのような
改良すべき点がある。
Regarding this control method, for example, "General method for linear multi-input/output optimal tracking control system" (Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 1)
4, No. 4, August 1978), it is possible to configure a tracking control system even for a control target with multiple inputs and outputs. However, from a practical standpoint, there are some points that should be improved as follows.

l)マイクロプロセッサの発達により、ディジタルコン
トローラの使用が一般化してきたのにもつ)かわらず、
第4図のブロック2に示すようなアナログ制御器を用い
る場合の制御定数を決定することしかできない。サンプ
ル制御周期を考慮に入れたディジタル制御器の制御定数
を簡単な方法で決定できることが望まれている。
l) Although the use of digital controllers has become common with the development of microprocessors,
It is only possible to determine the control constants when using an analog controller as shown in block 2 of FIG. It is desired to be able to determine the control constants of a digital controller by a simple method that takes into account the sample control period.

2)制御対象を第4図ブロック1に示すような多入出力
系に表現したものでなくては扱うことができない。した
がって、直達成分のある系として表現すべき制御対象で
あっても、この直達成分を速い系で近似し、拡大系にし
てからでないと設計公式を使うことができない。このよ
うにすれば状態変数の次数が大きくなって、設計に要す
る演算処理の量が増大するばかりか、計算精度も劣化す
る。
2) The controlled object cannot be handled unless it is expressed as a multi-input/output system as shown in block 1 of FIG. Therefore, even if the control target is to be expressed as a system with a direct result, the design formula cannot be used unless the direct result is approximated by a fast system and expanded. In this case, the order of the state variables becomes large, which not only increases the amount of arithmetic processing required for design, but also degrades calculation accuracy.

そこで、直達成分のある系として表現された制御対象で
あっても、直達成分を表現する項があるままで扱うこと
ができることが望ましい。
Therefore, even if the controlled object is expressed as a system with a direct effect component, it is desirable to be able to handle it as is, with terms expressing the direct effect component.

(発明が解決しようとする問題点) この発明は、上述した従来の設計法に対する要求を満た
すためになされたもので、直達成分のある系を制御対象
とし、ディジタル制御器を用いた追従制御系の制御定数
を決定する装置を提供することを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) This invention has been made to satisfy the above-mentioned requirements for the conventional design method. An object of the present invention is to provide a device for determining control constants of.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題を解決するための手段) 本発明は、制御対象を伝達関数表現から微分方程式表現
に変換し、サンプル制御周期に基づきこれを離散化して
差分方程式表現に直し、これをもとに拡大偏差系を構成
し、この拡大偏差系において、与えた評価関数を最小に
する制御則を演算し、この演算結果から、状態フィード
バック係数と積分係数を演算するように構成したディジ
タル追従制御系の制御定数決定装置である。
(Means for Solving the Problem) The present invention converts a controlled object from a transfer function expression to a differential equation expression, discretizes this based on a sample control period and converts it into a difference equation expression, and based on this, expands the Control constants of a digital tracking control system configured to configure a system, calculate a control law that minimizes a given evaluation function in this expanded deviation system, and calculate a state feedback coefficient and an integral coefficient from this calculation result. It is a decision device.

(作用) 本発明によれば、安定性を保証しつつ連応性を向上でき
、しかもオフセットを取ることのできる追従制御系の制
御定数を決定することができる。
(Operation) According to the present invention, it is possible to determine control constants for a follow-up control system that can improve coordination while guaranteeing stability and can also eliminate offsets.

この際、ディジタル制御器を用い、サンプル制御周期を
考慮した制御系の制御定数を決定することができる。従
来、アナログ制御器用の制御定数しか求められなかった
ため、これをディジタル制御器で実現しようとするとき
は、そのままの制御定数もしくは近似離散化した値を用
い、細かなサンプル制御周期を設定するしかなかった。
At this time, using a digital controller, it is possible to determine control constants of the control system in consideration of the sample control period. Conventionally, only control constants for analog controllers could be obtained, so when trying to realize this with a digital controller, the only way to achieve this was to use the control constants as they were or approximate discretized values, and set a fine sample control period. Ta.

本発明によれば、サンプル制御周期を陽に考慮したうえ
でディジタル制御器用の制御定数を最適に決定すること
ができるため、必要以上に細かいサンプル制御周期を設
定しなくてはならなかった従来の方法に比べ計算機の負
担を軽減することができる。
According to the present invention, control constants for a digital controller can be optimally determined by explicitly considering the sample control period. The burden on the computer can be reduced compared to the conventional method.

さらに本発明によれば、直達成分のある系として表現さ
れた制御対象をも扱うことができる。すなわち、従来の
方法では、直達成分を速い系で近似し、拡大系にして扱
うことしかできなかったため、設計に要する演算処理が
増大するだけでなく、計算精度も劣化していた。本発明
によれば、直達成分があるままで設計することができる
。しかも、上記の場合とは逆に、速い応答性の系と遅い
応答性の系から成る制御対象を扱う場合、速い応答性の
系を直達成分として近似することにより低次元化を図る
ことも可能となる。どちらの場合にせよ。
Furthermore, according to the present invention, it is also possible to handle a controlled object expressed as a system with direct components. That is, in the conventional method, the direct result could only be approximated by a fast system and treated as an expanded system, which not only increased the calculation processing required for design but also degraded calculation accuracy. According to the present invention, it is possible to design with direct components intact. Moreover, contrary to the above case, when dealing with a controlled object consisting of a fast-responsive system and a slow-responsive system, it is also possible to reduce the dimensionality by approximating the fast-responsive system as a direct component. becomes. In either case.

本発明により計算機の負担を軽減することが可能となる
The present invention makes it possible to reduce the burden on computers.

(実施例) 以下1本発明を実施例に従って詳細番こ説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail according to examples.

第3図は、本発明による制御定数決定装置を用いて設計
することのできるディジタル追従制御系の構成を示すも
のであり、制御対象1bとディジタル制御器3の結合関
係を表わしている。ディジタル制御器3は、サンプラ4
とディジタル制御演算部5とホールダ6より成り、サン
プル制御周期毎に演算等の処理を行う。
FIG. 3 shows the configuration of a digital follow-up control system that can be designed using the control constant determination device according to the present invention, and shows the coupling relationship between the controlled object 1b and the digital controller 3. The digital controller 3 is the sampler 4
It consists of a digital control calculation section 5 and a holder 6, and performs calculations and other processing every sample control period.

サンプラ4aは制御対象1bの状態変数x (t)をサ
ンプルし%x(kτ)として演算部7に入力する。
The sampler 4a samples the state variable x(t) of the controlled object 1b and inputs it to the calculation unit 7 as %x(kτ).

演算部7では、前記x(kτ)の値に制御定数を乗じ出
力する。
The calculation unit 7 multiplies the value of x(kτ) by a control constant and outputs the result.

一方、加算器8で目標値r (t)と制御量Y (t)
の差を演算し、この結果をサンプラ4bでサンプルした
e(kτ)を演算部9に入力する。演算部9では。
On the other hand, the adder 8 uses the target value r (t) and the control amount Y (t)
The result is sampled by the sampler 4b, and e(kτ) is input to the calculation unit 9. In the calculation section 9.

このサンプル値e(kτ)に基づき、積分動作の演算処
理を行ないこの結果を出力する。
Based on this sample value e(kτ), calculation processing of an integral operation is performed and the result is output.

前記演算部7と9の出力に基づき、加算器10でサンプ
ル周期毎に制御信号u(kτ)を演算し、これをホール
ダ6に入力し、このホールダ6の出力u(t)を制御対
象1bの操作量として用いる。
Based on the outputs of the calculation units 7 and 9, an adder 10 calculates a control signal u(kτ) for each sample period, inputs this to the holder 6, and outputs u(t) from the holder 6 to the controlled object 1b. used as the manipulated variable.

本発明によるディジタル追従制御系の制御定数決定装置
は、以上説明した構造の制御系におけるディジタル制御
演算部5に用いている制御定数を決定するための装置で
ある。
The control constant determination device for a digital follow-up control system according to the present invention is a device for determining control constants used in the digital control calculation section 5 in the control system having the structure described above.

以下、第1図および第2図を用いて説明する。This will be explained below using FIGS. 1 and 2.

本発明によるディジタル追従制御系の制御定数決定装置
の一実施例を第1図に示す。制御対象の動特性を表わす
システムデータを入力する動特性入力部11と、動特性
入力部で入力された結果を受け、これが伝達関数表現で
ある場合には微分方程式表現に変換する動特性表現変換
部12と、サンプル制御周期を入力し設定するサンプル
制御周期設定部13と、この設定されたサンプル制御周
期に基づいて微分方程式を離散化することにより制御対
象の動特性を差分方程式表現にする離散化演算部14と
、この制御対象の差分方程式表現より拡大偏差系を構成
する拡大偏差系構成部15と、設計パラメータを入力し
設定する設計パラメータ設定部16と、ここで設定され
た設計パラメータと前記拡大偏差系構成部で構成した拡
大偏差系に基づいてRiccati型方程式を解きその
最大群を求める方程式求解部17と、ここで求めた結果
および離散化演算部の出力である差分方程式表現に基づ
いてディジタル追従制御系の制御定数を演算する制御定
数演算部18と、この制御定数演算部で求めた制御定数
と前記動特性表現変換部の出力である制御対象の動特性
微分方程式表現を用いてディジタル追従制御系を構成し
、その制御系の時間応答を演算し結果を表示する時間応
答演算部19と1時間応答演算部の結果に基づいて設計
した制御系が設計目標を達成しているか否かを判定し。
An embodiment of a control constant determination device for a digital follow-up control system according to the present invention is shown in FIG. A dynamic characteristic input unit 11 that inputs system data representing the dynamic characteristics of the controlled object, and a dynamic characteristic expression conversion unit that receives the result input in the dynamic characteristic input unit and converts it into a differential equation expression if it is a transfer function expression. a sample control period setting section 12 for inputting and setting a sample control period; and a discrete unit 13 for inputting and setting a sample control period; an expansion calculation unit 14, an expanded deviation system configuration unit 15 that configures an expanded deviation system from the difference equation representation of the controlled object, a design parameter setting unit 16 that inputs and sets design parameters, and a design parameter setting unit 16 that inputs and sets design parameters. An equation solving unit 17 that solves the Riccati type equation based on the expanded deviation system configured by the expanded deviation system component and obtains its maximum group, and based on the result obtained here and the difference equation expression that is the output of the discretization calculation unit. A control constant calculation unit 18 calculates control constants of the digital tracking control system using the control constant calculation unit 18, and a control constant calculated by this control constant calculation unit and a dynamic characteristic differential equation expression of the controlled object which is the output of the dynamic characteristic expression conversion unit. Checks whether the control system designed based on the results of the time response calculation unit 19 and the 1-hour response calculation unit, which compose the digital tracking control system and calculate the time response of the control system and display the results, has achieved the design target. Determine whether

そのときの判定結果を入力することのできる判定部20
とから構成されている。
Judgment unit 20 into which the judgment result at that time can be input
It is composed of.

以下、第2図を用い1本発明の一実施例についてさらに
詳しく説明する。@2図は、本制御定数決定装置の処理
手頭をフローチャートの形で示したものである。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained in more detail using FIG. Figure @2 shows the processing steps of this control constant determination device in the form of a flowchart.

動特性入力部11では、制御対象の動特性を表わすシス
テムデータを次の形で入力する。
The dynamic characteristic input section 11 inputs system data representing the dynamic characteristics of the controlled object in the following format.

もしくは。or.

ここで制御対象はm入力m出力(m≧1の正整数)であ
り、直達成分は行列Dc で表わされている。
Here, the controlled objects are m inputs and m outputs (positive integers of m≧1), and the direct components are represented by a matrix Dc.

動特性表現変換部12では、動特性入力部11で入力さ
れた結果を受け、これが伝達関数表現(第1式)である
場合には微分方程式表現(第2式、第3式)に、例えば
以下のアルゴリズムにより変換する。まず、第1式を に変形する。ここでJ・、J3.・・・は次のアルゴリ
ズムで計算することができる。
The dynamic characteristic expression conversion unit 12 receives the result input by the dynamic characteristic input unit 11, and if it is a transfer function expression (first equation), converts it into a differential equation expression (second equation, third equation), for example. Conversion is performed using the following algorithm. First, transform the first equation into: Here J., J3. ... can be calculated using the following algorithm.

Ji=〜−11J寺、aお、J、−j、O≦i<2t−
1第5式ただし添字が負のときはゼロとする。
Ji=~-11J temple, ao, J, -j, O≦i<2t-
1 Formula 5 However, if the subscript is negative, it is set to zero.

つぎに、第5式のJi を用いて次式のH6,HA を
つくる。
Next, using Ji in the fifth equation, create H6, HA in the following equation.

第6式のHtを次の形に分解する。Decompose Ht in the sixth equation into the following form.

Hz=UQV”         248式ここでU、
Vはm L xm Lの直交行列Q = diag、(
S、 、E3g 、・++、 Sn、O,−)制御対象
の微分方程式表現(第2,3式)の係数行列は次式で与
えられる。
Hz=UQV” 248 formula where U,
V is an m L x m L orthogonal matrix Q = diag, (
S, , E3g, ·++, Sn, O, -) The coefficient matrix of the differential equation expression (2nd and 3rd equations) of the controlled object is given by the following equation.

Ac = In 、mtU HA VT In 、sn
L     第9式Bc = In 、mL U”HL
 IL、mt         第10式Bc=Im、
mtHtVT I’n、mt        第11式
ただし、T*”p、qは次式で定義する。
Ac = In, mtU HA VT In, sn
L Formula 9 Bc = In, mL U”HL
IL, mt Equation 10 Bc=Im,
mtHtVT I'n, mt Formula 11 However, T*''p and q are defined by the following formula.

T = diag(1/S、 、 1/Ss 、・、 
1/Sn、 1 、1 、”−)第12式 ■、9.=(I、O:]            第1
3式以上の処理により算出した結果を離散化演算部14
および時間応答演算部19で用いる。
T = diag(1/S, , 1/Ss,...
1/Sn, 1, 1, ”-) 12th formula ■, 9. = (I, O:] 1st
The discretization calculation unit 14 calculates the results calculated by processing three or more equations.
and used in the time response calculation section 19.

離散化演算部14では、動特性表現変換部の結果とサン
プル制御周期設定部13の出力であるサンプル制御周期
に基づき、制御対象の動特性を微分方程式表現から差分
方程式表現に以下の方法で変換する。
The discretization calculation unit 14 converts the dynamic characteristics of the controlled object from a differential equation expression to a difference equation expression using the following method based on the result of the dynamic characteristic expression conversion unit and the sample control period that is the output of the sample control period setting unit 13. do.

サンプル制御周期設定部13で入力したサンプル制御周
期τに基づき1次式によりまずhを決定する。
First, h is determined by a linear equation based on the sample control period τ inputted in the sample control period setting section 13.

一= Int 、 (4,OX II Ac 、 Tl
l )       第14式ms =Int 、(l
og、 rno+1 )        第15式IT
I! = 2’               ig 
16式h=τ/ m、             第1
7式〜、B*を次式で計算する。
One = Int, (4, OX II Ac, Tl
l ) Formula 14 ms = Int , (l
og, rno+1) 15th formula IT
I! = 2'ig
Equation 16 h=τ/m, 1st
Equation 7~, calculate B* using the following equation.

〜=I+ACh+−ペh2←(h3+・・・   第1
8式%式% Ad、Bd、Cd、Ddを次式で求める。
~=I+ACh+-peh2←(h3+... 1st
Formula 8 Formula % Ad, Bd, Cd, and Dd are determined using the following formula.

ha=4rrX             H20式%
式%1) Cd =Cc              第22式D
d=Dc              第23式これら
の行列を用いて、制御対象の動特性は、次の差分方程式
で記述される。
ha=4rrX H20 formula%
Formula %1) Cd = Cc 22nd formula D
d=Dc Equation 23 Using these matrices, the dynamic characteristics of the controlled object are described by the following difference equation.

x (k+1r)=Adx (k r )+Bd u 
(kr)   第24式y(kr )=Cd x(kr
)+Dd u (kr)    第25式拡大系構成部
15では、上記の離散化演算部の演算結果を用いて1次
の拡大偏差系を構成する。
x (k+1r)=Adx (k r )+Bd u
(kr) Equation 24 y(kr)=Cd x(kr
)+Dd u (kr) Equation 25 The expansion system configuration unit 15 configures a first-order expansion deviation system using the calculation results of the discretization calculation unit.

第26式 ここで、 x(kr) = x(kr)−x、         
 第28式u(kr) = u(kr)−u、    
       第29式y(kr)=y(kr)−r、
           第30式v(kr)=u(k+
tr)−u(kr)       第31式であり% 
x、、us、r、  はそれぞれ、状態量、操作量、目
標値の定常値である。設計パラメータ設定部16では、
上記拡大偏差系に対して次の評価関数を最小にする最適
レギュレータを考え、評価関数の重み行列を与える。評
価関数。
Equation 26, where x(kr) = x(kr)−x,
28th formula u(kr) = u(kr)−u,
Equation 29 y(kr)=y(kr)−r,
Equation 30 v(kr)=u(k+
tr)-u(kr) is the formula 31 and is %
x, , us, r, are the steady values of the state quantity, the manipulated variable, and the target value, respectively. In the design parameter setting section 16,
An optimal regulator that minimizes the following evaluation function for the expanded deviation system is considered, and a weight matrix of the evaluation function is given. Evaluation function.

J(v)=Σ(x (kr)Q?(kr)−1−v’(
kr)Rv(kr))第32弐に:・ の重み行列Q、Rの値を入力し設定する。ただし。
J(v)=Σ(x(kr)Q?(kr)-1-v'(
kr)Rv(kr)) 32nd: Input and set the values of the weight matrices Q and R. however.

これらの行列は圧定対称行列であることが条件である。The condition is that these matrices are constant symmetric matrices.

つぎに、方程式求解部17では、拡大偏差系構成部15
と設計パラメータ設定部16の結果を受け1次の方程式
の最大群を求める。
Next, in the equation solving unit 17, the expanded deviation system configuration unit 15
The maximum group of linear equations is determined based on the results of the design parameter setting unit 16.

制御定数演算部18では、上記方程式求解部17で求め
た最大群と、離散化演算部14の結果に基づき、制御定
数を決定する。
The control constant calculation unit 18 determines control constants based on the maximum group obtained by the equation solving unit 17 and the results of the discretization calculation unit 14.

まず、拡大偏差系における最適制御則は次のように記述
することができる。
First, the optimal control law for the expanded deviation system can be described as follows.

v(kr)=−に、x(kr) −に、u(kリ   
 第34式第35式 したがって、制御対象1bに対する制御則は次式%式% u (kr) =−L、 x(kt) +z (kr)
      第36式Z(k+tτ) = Z(kr)
+L、(r(kr)−y(kr)) 第37式制御定数
演算部18は、状態フィードバック係数−と積分係数り
、を出力する。
v(kr)=−, x(kr)−, u(kre)
Equation 34 Equation 35 Therefore, the control law for the controlled object 1b is as follows: % u (kr) = -L, x (kt) +z (kr)
Equation 36 Z(k+tτ) = Z(kr)
+L, (r(kr)-y(kr)) Equation 37 The control constant calculation unit 18 outputs the state feedback coefficient - and the integral coefficient.

時間応答演算部19は、前記制御定数演算部18の出力
である制御定数と、動特性表現変換部12の出力である
制御対象の微分方程式表現を受け、ディジタル追従制御
系をシミーレータにヨリ構成し、目標値変化および外乱
印加に対する制御系の時間応答を演算しその結果を表示
する。
The time response calculation unit 19 receives the control constants that are the output of the control constant calculation unit 18 and the differential equation expression of the controlled object that is the output of the dynamic characteristic expression conversion unit 12, and configures the digital tracking control system as a simulator. , calculates the time response of the control system to target value changes and disturbance application, and displays the results.

判定部20では、時間応答演算部19で表示した結果を
評価し、設計した制御系が設計目標に達してなく、その
制御性能が思わしくないとき、サンプル制御周期設定部
13あるいは設計パラメータ設定部16へ戻ることがで
きる。これによりサンプル制御周期あるいは設計パラメ
ータを変更し;て設計をやり直すことができるようにな
っている。
The determination unit 20 evaluates the results displayed by the time response calculation unit 19, and if the designed control system does not reach the design target and its control performance is unsatisfactory, the sample control cycle setting unit 13 or the design parameter setting unit 16 You can return to This makes it possible to redo the design by changing the sample control period or design parameters.

以上の一実施例によって構成したディジタル追従制御系
の制御性能をつぎに示す。
The control performance of the digital follow-up control system constructed according to the above embodiment will be described below.

制御対象としては直達成分のある系を扱う。直達成分の
ある系は、機械系においては歯車などを用いている制御
対象によくある。すなわち、歯車にガタがあると、ガタ
の分だけは無負荷で動き、歯が接した後は負荷に応じた
時定数で変位する。
The control target is a system with a direct component. In mechanical systems, systems with direct components are often controlled using gears and the like. In other words, if there is play in the gear, the gear will move without any load for the amount of play, and after the teeth make contact, it will be displaced with a time constant depending on the load.

最初のガタの分の動きは直達成分とみなすことができる
。また、プラントにおいては、たとえば流量にみかけら
れる。バルブを開にすると下流側の流量は急激に増え、
オーバーシュートしたのちゆるやかに減少しやがである
一定値になる。最初の増加スピードとそののちの減少ス
ピードは大差があるため、これも直達成分のある系とし
て扱うことができる。以上は1つの要素的な系について
であるが、複雑にからんだ系では速い応答性の系と遅い
応答性の系が重なりあって制御量に現われることがしば
しばあるため、直達成分のある系としてその動特性を表
現することになる。
The movement for the first backlash can be regarded as the direct movement. In plants, it can also be seen in the flow rate, for example. When the valve is opened, the downstream flow rate increases rapidly,
After overshooting, it gradually decreases to a constant value. Since there is a large difference between the initial increase speed and the subsequent decrease speed, this can also be treated as a system with a direct component. The above is about one elemental system, but in complex systems, systems with fast response and systems with slow response often overlap and appear in the control amount. The dynamic characteristics can be expressed as

ここで扱う制御対象はあるプラントのモデルである。そ
の伝達関数は Gp(8”” 1+48+2.48”+0.4488”
+0.128’ ””  第39式で与えられ、直達成
分は0.5である。
The control target handled here is a model of a certain plant. The transfer function is Gp(8""1+48+2.48"+0.4488"
+0.128'"" It is given by Equation 39, and the direct result is 0.5.

このような直達成分のある系を設計しようとする場合、
従来の方法だと、この直達成分0.5のゲインを持ち、
時定数が極めて小さい1次もしくは2次系に近似し、拡
大系にして扱うことをしていた。このやり方だと次元が
増加するため、設計に要する演算処理量も増え、しかも
精度が劣化する。
When trying to design a system with such a direct component,
The conventional method has a gain of 0.5 for this direct result,
The system was approximated to a first-order or second-order system with an extremely small time constant and treated as an expanded system. This approach increases the number of dimensions, which increases the amount of computational processing required for design, and also degrades accuracy.

しかもディジタル追従制御系を設計することもできなか
つたつ 第39式の制御対象について1本発明の実施例に従って
ディジタル追従制御系を構成する。サンプル制御周期を
0.5.評価関数の重み係数行列をQ=I、R=0.1
として設計した。第5図は、制御系の目標値をステップ
変化させたときの応答波形である。第5図aは直達成分
を考慮に入れないで設計した場合で、第5図すは本発明
の実施例通り、直達成分を考慮に入れて設計した場合で
ある。
Moreover, for the control object of equation 39 for which it is impossible to design a digital follow-up control system, a digital follow-up control system is constructed according to an embodiment of the present invention. Set the sample control period to 0.5. The weighting coefficient matrix of the evaluation function is Q=I, R=0.1
Designed as. FIG. 5 shows a response waveform when the target value of the control system is changed in steps. FIG. 5a shows a case where the design is made without taking the direct result into consideration, and FIG. 5A shows a case where the design is made with the direct result in consideration, as in the embodiment of the present invention.

ここで曲線21は制御tt(出力)の応答波形で、曲線
22は操作量の振舞いである。
Here, the curve 21 is the response waveform of the control tt (output), and the curve 22 is the behavior of the manipulated variable.

第5図a、bを比較するに、直達成分を考慮に入れて設
計することにより、出力の乱れを抑え。
Comparing Figures 5a and 5b, we can see that the output disturbance is suppressed by taking into account the direct output component.

かつ消エネルギ化を実現できることがわかる。It can also be seen that energy consumption can be realized.

従来の設計法では、アナログ制御器を用いる制御系の制
御定数を決めることはできるが、第4図に示すようなデ
ィジタル追従制御系の制御定数を決定することはできな
かった。このため、極めて細かなサンプル制御周期を設
定することで、アナログ制御器の代替としてディジタル
制御器を使用するしかなかった。本発明によれば、サン
プル制御周期を陽に考慮したうえでディジタル制御器用
の制御定数を最適に決定することができるため、必要以
上に細かいサンプル制御周期を設定しなくてはならなか
った従来の方法に比べ計算機の負担を軽減することがで
きる。
With conventional design methods, it is possible to determine the control constants of a control system using an analog controller, but it is not possible to determine the control constants of a digital follow-up control system as shown in FIG. For this reason, there is no choice but to use a digital controller as an alternative to an analog controller by setting an extremely fine sample control period. According to the present invention, control constants for a digital controller can be optimally determined by explicitly considering the sample control period. The burden on the computer can be reduced compared to the conventional method.

さらに、本発明によれば、直達成分のある系として表現
された制御対象をも扱うことができる。
Furthermore, according to the present invention, it is also possible to handle a controlled object expressed as a system with direct components.

従来の設計法では、直達成分を速い応答性の系で近似表
現し、拡大系にして扱うため、設計に要する演算処理が
増大し、かつ計算精度も劣化していた。本発明によれば
、直達成分を考慮に入れて設計することができる。この
ため、上記の様に次元を高くする必要がない。しかも、
応答性の速い系を直達成分に近似し、低次元化して扱う
ことも可能となる。
In conventional design methods, direct results are approximated by a system with fast response and treated as an expanded system, which increases the computational processing required for design and degrades calculation accuracy. According to the present invention, it is possible to design by taking into account direct results. Therefore, there is no need to increase the dimension as described above. Moreover,
It is also possible to approximate a fast-responsive system to a direct component and treat it in a reduced-dimensional manner.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明のディジタル追従制御系の制
御定数決定装置によれば、従来できなかったサンプル制
御周期を考慮したディジタル制御装置を設計することが
できる。また、直達成分のある系をも扱うことができる
ため、操作エネルギの消費を抑えつつ応答性の優れた追
従制御系を構成することができる。
As described above, according to the control constant determination device for a digital follow-up control system of the present invention, it is possible to design a digital control device that takes into account the sample control period, which has not been possible in the past. Furthermore, since it is possible to handle systems with direct components, it is possible to construct a follow-up control system with excellent responsiveness while suppressing operation energy consumption.

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

第1図は本発明に係る一実施例の制御定数決定装置の構
成を示すブロック図、第2図は1本制御定数決定装置の
処理手順をフローチャートの形で示す図、第3図は1本
発明による制御定数決定装置を用いて設計することので
きる。ディジタル制御器を備えたディジタル追従制御系
の構成を示す図、第4図は、アナログ制御器を備えた従
来の追従制御系の構成を示す図、第5図は、ディジタル
追従制御系の目標値をステップ状に変化させたときの操
作量と制御量の時間応答を表わした図である。 l・・・制御対象、2・・・アナログ制御器、3・・・
ディジタル制御器、5・・・ディジタル制御演算部。 11・・・動特性入力部、12・・・動特性表現変換部
。 13・・・サンプル制御周期設定部、14・・・離散化
演算部、15・・・拡大偏差系構成部、16・・・設計
パラメータ設定部、17・・・方程式求解部、18・・
・制御定数演算部、19・・・時間応答演算部、20・
・・判定部。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同    竹 花 喜久男 TIME 第5図
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control constant determining device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flow chart showing the processing procedure of a one-control constant determining device, and FIG. 3 is a one-control constant determining device. It can be designed using the control constant determination device according to the invention. Figure 4 shows the configuration of a conventional tracking control system equipped with an analog controller. Figure 5 shows the target value of the digital tracking control system. FIG. 3 is a diagram showing the time response of the manipulated variable and the controlled variable when the variable is changed stepwise. l... Controlled object, 2... Analog controller, 3...
Digital controller, 5...Digital control calculation section. 11... Dynamic characteristic input section, 12... Dynamic characteristic expression conversion section. 13... Sample control period setting unit, 14... Discretization calculation unit, 15... Expanded deviation system configuration unit, 16... Design parameter setting unit, 17... Equation solving unit, 18...
- Control constant calculation section, 19... Time response calculation section, 20.
... Judgment department. Agent Patent Attorney Noriyuki Chika Yudo Kikuo Takehana TIME Figure 5

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)制御対象の動特性を表わすシステムデータを入力
する動特性入力部と、動特性入力部で入力された結果を
受けとり、これが伝達関数表現である場合には微分方程
式表現に変換する動特性表現変換部と、サンプル制御周
期を入力し設定するサンプル制御周期設定部と、この設
定されたサンプル制御周期と前記動特性変換部の出力で
ある動特性の微分方程式表現を入力し、サンプル制御周
期に基づいて微分方程式表現を離散化することにより制
御対象の差分方程式表現を算出する離散化演算部と、こ
の制御対象の動特性を表わす差分方程式表現より拡大偏
差系を構成する拡大偏差系構成部と、設計パラメータを
入力し設定する設計パラメータ設定部と、ここで設定さ
れた設計パラメータと前記拡大偏差系構成部で構成した
拡大偏差系に基づいてRiccati型方程式を解きそ
の最大解を求める方程式求解部と、ここで求めた結果お
よび離散化演算部の出力である差分方程式表現に基づい
てディジタル追従制御系の制御定数を演算する制御定数
演算部と、この制御定数演算部で求めた制御定数と前記
動特性表現変換部の出力である制御対象の動特性微分方
程式表現を用いてディジタル追従制御系を構成し、その
制御系の時間応答を演算しその結果を表示する時間応答
演算部と、時間応答演算部の結果に基づいて設計した制
御系が設計目標を達成しているか否かを判定しそのとき
の判定結果を入力することのできる判定部とから構成さ
れたことを特徴とするディジタル追従制御系の制御定数
決定装置。
(1) A dynamic characteristics input section that inputs system data representing the dynamic characteristics of the controlled object, and a dynamic characteristics input section that receives the results input in the dynamic characteristics input section and converts them into a differential equation expression if the result is a transfer function expression. an expression conversion section, a sample control period setting section that inputs and sets the sample control period, and inputs the set sample control period and the differential equation expression of the dynamic characteristic that is the output of the dynamic characteristic conversion section, and sets the sample control period. a discretization calculation unit that calculates a differential equation representation of a controlled object by discretizing a differential equation representation based on a design parameter setting section for inputting and setting design parameters, and an equation solving method for solving Riccati type equations and finding the maximum solution based on the design parameters set here and the expanded deviation system configured by the expanded deviation system configuration section. a control constant calculation unit that calculates the control constants of the digital tracking control system based on the result obtained here and the difference equation expression that is the output of the discretization calculation unit; a time response calculation unit that configures a digital tracking control system using the dynamic characteristic differential equation expression of the controlled object which is the output of the dynamic characteristic expression conversion unit, calculates the time response of the control system, and displays the result; A digital tracking system comprising: a determination section capable of determining whether the designed control system has achieved the design target based on the results of the response calculation section, and inputting the determination result at that time. Control constant determination device for control systems.
(2)制御対象の動特性が、入力(操作量)の影響が時
間遅れなくすぐに出力(制御量)に表われるような動特
性である系(これを以降では直達成分のある系と呼ぶ)
であっても、これを考慮に入れて制御定数を決定するこ
とができるよう構成したことを特徴とした特許請求の範
囲第1項記載のディジタル追従制御系の制御定数決定装
置。
(2) A system in which the dynamic characteristics of the controlled object are such that the influence of the input (manipulated amount) appears immediately on the output (controlled amount) without any time delay (hereinafter this is referred to as a system with a direct component) )
2. A control constant determination device for a digital follow-up control system according to claim 1, characterized in that the control constant determination device for a digital follow-up control system is configured such that the control constant can be determined taking this into consideration even if
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04117508A (en) * 1990-05-21 1992-04-17 Mitsutoyo Corp Position feedback controller

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