JPWO2008018496A1 - 制御方法および制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)目標値r(t)と制御対象の出力y(t)との偏差(−e(t))から補償値yf(t)を減じて得られた設定値(−ya(t))と、設定値(−ya(t))を用いて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)とを用いて制御偏差v(t)を算出する工程
(B)制御対象の近似伝達関数Gp* (s)から概強正実なモデルの伝達関数Gaspr(s)を減じて得られた並列フィードフォワード補償部の伝達関数Gpfc(s)に制御偏差v(t)を入力することにより補償値yf(t)を算出する工程
なお、上記(A)における「適応的に」とは、「適宜、適切に」を意味する。
以下、制御装置1の実施例について説明する。
[0016]
また、特許文献1〜4に記載の発明では、固定のPID制御器が用いられているので、システムのパラメータの変動の状況によっては制御系が不安定になることがある。
[0017]
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、制御対象のモデルを正確に求めなくても、制御系の安定性を保つことができ、同時に外乱などに対するロバスト性や応答の最適性などの制御性能を保つことの可能な制御方法および制御装置を提供することにある。
[0018]
本発明の制御方法は、並列フィードフォワード補償部を備えた制御装置による制御対象を制御する方法であり、以下の(A),(B)の各工程を含むものである。
(A)目標値r(t)と制御対象の出力y(t)との偏差(−e(t))から補償値yf(t)を減じて得られた設定値(−ya(t))と、設定値(−ya(t))を用いて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)とを用いて制御偏差v(t)を算出する工程
(B)制御対象の近似伝達関数Gp*(s)から、1/(1+kGaspr(s))の実部が、実部が正であるすべてのsで正となるようなフィードバックゲインkが存在する伝達関数Gaspr(s)を減じて得られた並列フィードフォワード補償部の伝達関数Gpfc(s)に制御偏差v(t)を入力することにより補償値yf(t)を算出する工程
なお、上記(A)における「適応的に」とは、「適宜、適切に」を意味する。
[0019]
本発明の制御装置は、適応PIDパラメータ調整部と並列フィードフォワード補償部とを備えたものである。適応PIDパラメータ調整部は、目標値r(t)と制御対象の出力y(t)との偏差(−e(t))から、フィードフォワード補償部から出力された補償値yf(t)を減じて得られた設定値(−ya(t))と、設定値(−ya(t))を用いて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)とを用いて算出した制御偏差v(t)を出力するようになっている。他方、並列フィードフォワード補償部は、制御対象の近似伝達関数Gp*(s)から、1/(1+kGaspr(s))の実部が、実部が正であるすべてのsで正となるようなフィードバックゲインkが存在する伝達関数Gaspr(s)を減じて得られた伝達関数Gpfc(s)に制御偏差
v(t)を入力することにより得られた補償値yf(t)を出力するようになっている。
[0020]
本発明の制御方法および制御装置では、並列フィードフォワード補償部の伝達関数Gpfc(s)が制御対象の近似伝達関数Gp*(s)から、1/(1+kGaspr(s))の実部が、実部が正であるすべてのsで正となるようなフィードバンクゲインkが存在する伝達関数Gaspr(s)を減じて得られた関数により構成されている。これにより、近似伝達関数Gp*(s)を求めることができさえすれば、制御対象および並列フィードフォワード補償部を合併した拡大系の特性を概強正実化させることができる。
[0021]
ここで、伝達関数Gaspr(s)において、1/(1+kGaspr(s))の実部が、実部が正であるすべてのsで正となるようなフィードバックゲインkが存在するということは、つまり、Gaspr(s)が概強正実であることを指している。概強正実とは、ある定数出力フィードバックを施して構成された閉ループ系が強正実となる出力フィードバックゲインが存在することを意味している。なお、強正実とはある正の定数εに対して伝達関数G(s−ε)が正実(Strictly Positive Real:SPR)であることを指しており、正実とは、変数sの実部σがゼロまたは正となっている場合にG(s)の実部がゼロまたは正となることを指していることから、「G(s)が強正実である」とは、G(s−ε)の実部がゼロまたは正となる、つまり、G(s)の実部が正となることを指している。従って、拡大系の特性を概強正実化させることにより、ある大きさ以上のフィードバックにより拡大系の閉ループ系周波数応答が常に複素平面上の右半面に現れることになるので、どのような大きなゲインでフィードバックしたとしてもが不安定になることはない。
[0022]
また、目標値r(t)と制御対象の出力y(t)との偏差(−e(t))から補償値yf(t)を減じることにより算出された設定値(−ya(t))を用いて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)と、設定値(−ya(t))とを用いて算出された制御偏差v(t)が、並列フィードフォワード補償部の伝達関数Gpfc(s)に入力される。つまり、本発明では、概強正実性を有する拡大系が、拡大系の出力偏差ya(t)に応じて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)を用いて制御される。
[0023]
本発明の制御方法および制御装置によれば、制御対象および並列フィードフォワード補償部を合併した、概強正実性を有する拡大系を、拡大系の出力偏差ya(t)に応じて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)を用いて制御するようにしたので、制御対象の出力を安定化することができる。また、制御対象の近似伝達関数Gp*(s)と実際の制御対象のモデル(伝達関数Gp(s))との間に誤差があった場合であっても、そのような誤差を適応的に吸収することができるので、あらゆる制御対象に対して、実際の制御対象のモデル(伝達関数Gp(s))
Claims (8)
- 並列フィードフォワード補償部を備えた制御装置による制御対象の制御方法であって、
目標値r(t)と前記制御対象の出力y(t)との偏差(−e(t))から補償値yf(t)を減じて得られた設定値(−ya(t))と、前記設定値(−ya(t))を用いて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)とを用いて制御偏差v(t)を算出する工程と、
前記制御対象の近似伝達関数Gp* (s)から概強正実なモデルの伝達関数Gaspr(s)を減じて得られた前記並列フィードフォワード補償部の伝達関数Gpfc(s)に前記制御偏差v(t)を入力することにより補償値yf(t)を算出する工程と
を含むことを特徴とする制御方法。 - 前記制御装置は内部モデルを備え、
前記内部モデルの伝達関数(1/D(s))に前記制御偏差v(t)を入力することにより前記制御対象への操作出力u(t)を算出する工程
を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御方法。 - 前記D(s)は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項2に記載の制御方法。
D(p)r(t)=0
D(p)d(t)=0
p≡d/dt
d(t):外乱
d/dt:微分演算子 - 前記目標値r(t)または外乱d(t)がステップ状に変化する場合には、伝達関数Gaspr(0)が近似伝達関数Gp* (0)と等しくなるように、前記伝達関数Gaspr(s)および前記近似伝達関数Gp* (s)のゲインが調整されている
ことを特徴とする請求項1に記載の制御方法。 - 適応PIDパラメータ調整部と、並列フィードフォワード補償部とを備え、
前記適応PIDパラメータ調整部は、目標値r(t)と制御対象の出力y(t)との偏差(−e(t))から、前記フィードフォワード補償部から出力された補償値yf(t)を減じて得られた設定値(−ya(t))と、前記設定値(−ya(t))を用いて適応的に決定された比例ゲインkp(t)、積分ゲインki(t)および微分ゲインkd(t)とを用いて算出した制御偏差v(t)を出力し、
前記並列フィードフォワード補償部は、前記制御対象の近似伝達関数Gp* (s)から概強正実なモデルの伝達関数Gaspr(s)を減じて得られた伝達関数Gpfc(s)に前記制御偏差v(t)を入力することにより得られた補償値yf(t)を出力する
ことを特徴とする制御装置。 - 内部モデルを備え、
前記内部モデルは、伝達関数(1/D(s))に前記制御偏差v(t)を入力することにより前記制御対象への操作出力u(t)を算出する
を含むことを特徴とする請求項5に記載の制御装置。 - 前記D(s)は以下の式を満たす
ことを特徴とする請求項6に記載の制御装置。
D(p)r(t)=0
D(p)d(t)=0
p≡d/dt
d(t):外乱
d/dt:微分演算子 - 前記目標値r(t)または外乱d(t)がステップ状に変化する場合には、伝達関数Gaspr(0)が近似伝達関数Gp* (0)と等しくなるように、前記伝達関数Gaspr(s)および前記近似伝達関数Gp* (s)のゲインが調整されている
ことを特徴とする請求項5に記載の制御装置。
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