KR101516924B1

KR101516924B1 - 적응 제어 장치 및 적응 제어 방법 및 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR101516924B1
Application number: KR1020147003972A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 오타; 히로아키 후지모토; 코이치 마사오카; 타케히사 카토; 슈헤이 오츠카
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2015-05-04
Also published as: EP2752719A1; WO2013031082A1; US9738023B2; US20140228980A1; EP2752719A4; CN103718118A; CN103718118B; JP2013050767A; EP2752719B1; KR20140037261A; JP5731933B2

Abstract

응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있는 적응 제어 장치 및 적응 제어 방법 및 사출 성형기의 제어 장치를 제공한다. 제어 대상(2)에서 출력되는 제어 값(y)에 병렬 피드 포워드 보상기(4)에서 출력되는 보상 값(y_f)을 더한 귀환 값(y_a)과 지시 값(r)에 기초하여 조작 값(u)을 출력하도록 하여 피드백 제어를 실시하는 적응 제어 장치이며, 병렬 피드 포워드 보상기(4)는, 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 기구(6)와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 보상 값(y_f)을 조정하는 조정 기구(7)를 구비하고 있다.

Description

적응 제어 장치 및 적응 제어 방법 및 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법{ADAPTIVE CONTROL DEVICE AND ADAPTIVE CONTROL METHOD, AS WELL AS CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은, 병렬 피드 포워드 보상기를 이용한 적응 제어 장치 및 적응 제어 방법에 관한 것으로, 특히 해당 적응 제어 방법이 적용된 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 파라미터가 불명한 제어 대상에 대하여, 제어계를 안정화하면서 파라미터를 추정하는 제어 방법으로서 적응 제어가 알려져 있다. 일반적인 적응 제어 방식으로서는, 모델 규범형 적응 제어나 셀프 튜닝 레귤레이터 등이 알려져 있다. 이것들의 적응 제어 방식에서는, 제어 알고리즘이 복잡하고, 설계해야 할 제어 파라미터가 많기 때문에, 이것들의 조정이 어렵다는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 적응 제어 방식으로서, 이상적인 상태를 실현하는 모델을 생각하고, 실제의 제어 대상의 출력이 이상적인 상태의 모델에 일치하도록 제어 파라미터를 변화시키는 단순 적응 제어(SAC: Simple Adaptive Control)가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌1 참조). 제어 대상을 해당 SAC로 제어하는 것이 가능해지기 위해서는, ASPR(Almost Strictly Positive Real) 조건을 충족시킬 필요가 있고, 이를 충족시키기 위하여 병렬 피드 포워드 보상기(PFC: Parallel Feed-forward Compensator)로 불리는 보상기의 출력을 제어 대상의 출력에 부가하여 제어하는 것이 알려져 있다.

하지만, 어느 정도 단순화된 상기 단순 적응 제어에 있어서도 병렬 피드 포워드 보상기의 설계에는 여전히 파라미터가 많고, 어느 정도 전문적인 지식을 필요로 한다. 또, 제어 대상의 변동이나 제어계의 로버스터성을 고려하면, PFC에의한 보상 값을 크게 하여 안정적 성향의 설계를 할 필요가 있지만, 그렇게 하면 응답성이 악화된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 제어 대상 프로세스의 게인을 미리 기억하여 두고, 해당 게인에서 병렬 피드 포워드 보상 연산에 이용되는 PFC 게인의 수정 값이 자동적으로 조정되는 구성(예를 들면 특허문헌2 참조)이나 제어 대상의 모델 파라미터를 순차적으로 동정(同定)하고, 그 동정 결과에 따라 PFC를 순차적으로 조정하는 구성(예를 들면 특허문헌3 참조)이 알려져 있다.

특허 제3098020호 공보 특허 제3350923호 공보 특개 2010-253490호 공보

하지만, 특허문헌2와 같은 구성에 있어서는, 제어 대상이 변동하여 제어 대상 프로세스의 게인이 변동하였을 경우, 해당 게인을 다시 설정할 필요가 있기 때문에, 제어 대상의 변동에 대하여 자동 조정(온라인 조정)을 실시할 수 없다. 또, 특허문헌3과 같은 구성에 있어서는, 특정 모델에 대하여 동정을 실시하고 제어 파라미터를 조정하기 때문에, 불특정하거나 불명한 제어 대상에 대해서는 순차적으로 동정할 수 없어 범용성이 없다. 게다가, 제어 파라미터에 동정한 모델의 파라미터를 직접 이용하기 때문에, 모델화 오차가 크면 제어 파라미터가 예기치 못한 값을 갖는 경우가 있어 적절한 통제를 실시할 수 없어지거나 응답성의 악화가 커지거나 하기 쉽다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있는 적응 제어 장치 및 적응 제어 방법 및 사출 성형기의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예에 따른 적응 제어 장치는, 제어 대상에 조작 값을 출력하는 제어기와, 상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값의 귀환 값을 보상하기 위한 보상 값을 상기 조작 값에 기초하여 출력하는 병렬 피드 포워드 보상기를 구비하고, 상기 제어기가 상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값에 병렬 피드 포워드 보상기에서 출력되는 보상 값을 더한 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 조작 값을 출력하도록 하여 피드백 제어를 실시하는 적응 제어 장치이며, 상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 기구와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 보상 값을 조정하는 조정 기구를 구비하고 있다.

상기 구성에 따르면, 순차적으로 동정된 제어 대상의 주파수 응답 특성에 따라 병렬 피드 포워드 보상기가 출력하는 보상 값이 자동으로 조정되기 때문에, 제어 대상의 변동에 따라 수동으로 보상 값을 다시 조정할 필요가 없다. 또한, 필요 이상으로 보상 값을 크게 하지 않아도 되어 응답성의 악화를 방지할 수 있다. 게다가, 주파수 응답 특성에서 제어 파라미터를 조정하기 때문에, 동정한 파라미터를 직접 제어 파라미터로 이용하는 종래의 구성에 비하여 모델화 오차로 인한 허용도가 크다. 즉, 모델화 오차가 다소 커도 주파수 응답 특성의 경향만 파악할 수 있으면 제어 파라미터를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서 상기 구성에 따르면, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

상기 동정 기구는, 상기 제어 대상의 모델을 순차적으로 동정하여 상기 제어 대상의 전달 함수를 추정하고, 추정한 전달 함수에 기초하여 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하도록 구성할 수 있다. 이로써 이미 알려진 순차 동정 기법을 이용하여 상기 주파수 응답 특성을 추정할 수 있다.

상기 동정 기구는, 선형 블랙박스 모델을 적용하는 것으로 할 수 있다. 이로써 동정 가능한 제어 대상이 특정 모델에 한정되지 않고, 다양한 제어 대상에 적용할 수 있어 범용성이 높은 적응 제어 장치를 구성할 수 있다.

상기 동정 기구는, 상기 제어 대상의 물리 모델을 적용하는 것으로 할 수 있다. 이로써 상기 제어 대상의 물리 구조가 분명한 경우에는, 보다 고정밀도의 적응 제어 장치를 구성할 수 있다.

상기 동정 기구는, 상기 선형 블랙박스 모델의 다항식 표현에 있어서의 각 계수나 물리 모델의 미지수를, 칼만 필터를 이용하여 추정하도록 구성될 수 있다. 이로써 이미 알려진 구성을 이용하여 상기 적응 제어를 용이하게 실현할 수 있다.

상기 조정 기구는, 상기 주파수 응답 특성에서 상기 제어 대상의 위상 지연이 정해진 값 이상이 되는 주파수 및 게인에 정해진 계수를 곱함으로써 상기 보상 값을 조정하도록 구성되어 있을 수 있다. 이로써 간단한 구성이면서도 다양한 제어 대상에 대하여 효과적으로 병렬 피드 포워드 보상기에서 출력되는 보상 값을 조정할 수 있다.

상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 일차 지연계의 전달 함수를 갖고 있을 수 있다.

상기 제어기는, 정해진 응답을 제공하도록 설계된 규범 모델에 상기 제어 대상이 출력하는 제어 값이 추종하도록 복수의 적응 게인이 조정되는 단순 적응 제어 기구를 구비하고, 상기 복수의 적응 게인은, 상기 지시 값에 대한 제1 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 상태량에 대한 제2 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 출력과 상기 귀환 값의 편차에 대한 피드백 게인을 포함하도록 구성되어 있을 수 있다. 이로써 단순 적응 제어에 있어서, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 예에 따른 사출 성형기의 제어 장치는, 사출 성형기의 유압 실린더 안의 압력을 조정하는 모터에 압력 조작 값을 출력하는 압력 제어기와, 상기 유압 실린더 안의 압력에 기초한 귀환 값을 보상하기 위한 압력 보상 값을 상기 압력 조작 값에 기초하여 출력하는 병렬 피드 포워드 보상기를 구비하고, 상기 압력 제어기가 상기 유압 실린더 안의 압력에 상기 병렬 피드 포워드 보상기에서 출력되는 압력 보상 값을 더한 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 압력 조작 값을 출력하도록 하여 피드백 제어를 실시하는 사출 성형기의 제어 장치이며, 상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 기구와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하는 조정 기구를 구비하고 있다.

상기 구성에 따르면, 순차적으로 동정된 사출 성형기의 주파수 응답 특성에 따라 병렬 피드 포워드 보상기가 출력하는 압력 보상 값이 자동으로 조정되기 때문에, 사출 성형기에서 사용되는 유압 실린더의 크기나 사출하는 재료 등의 변동에 따라 수동으로 압력 보상 값을 다시 조정할 필요가 없다. 게다가, 필요 이상으로 압력 보상 값을 크게 하지 않아도 되어 응답성의 악화를 방지할 수 있다. 게다가, 주파수 응답 특성에서 파라미터를 조정하기 때문에, 동정한 파라미터를 직접 제어 파라미터로 이용하는 종래의 구성에 비하여 모델화 오차로 인한 허용도가 크다. 즉, 모델화 오차가 다소 커도 주파수 응답 특성의 경향만 파악할 수 있으면 제어 파라미터를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서 상기 구성에 따르면 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

상기 조정 기구는, 상기 동정 기구에 의해 순차적으로 추정된 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성, 및 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 기구에 의해 추정된 주파수 응답 특성 중 어느 하나를 선택하고, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하도록 구성되어 있을 수 있다. 이로써 압력 조절기에 의한 사출 성형기의 제어를 시작한 직후 등의 순차적 동정에 의한 주파수 응답 특성의 올바른 추정이 곤란한 경우에는, 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 기구에 의해 추정된 주파수 응답 특성을 이용하여 압력 보상 값을 조정함으로써 적응 제어가 불안정해지는 것을 방지하면서 그 밖의 경우에는, 순차적으로 동정된 주파수 응답 특성을 이용하여 사출 성형기의 제어를 실시함으로써 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 실시할 수 있다.

상기 제어 장치는, 상기 유압 실린더 안으로의 작동유 유량을 제어하는 유량 제어기를 구비하며, 상기 유량 제어기를 이용한 유량 제어의 시작 후, 상기 유압 실린더 안의 압력, 상기 유압 실린더 안을 슬라이딩하는 피스톤의 스트로크, 및 상기 유량 제어기를 이용한 유량 제어가 시작되고 난 후의 시간 중 1개 이상을 검출하고, 검출한 값이 미리 설정된 정해진 문턱 값을 초과하였을 경우에, 상기 유량 제어기 대신에 상기 압력 제어기를 이용한 압력 제어를 시작하도록 구성되어 있을 수 있다. 이로써 유량 제어 및 압력 제어를 사출 성형기의 상태에 따라 전환할 수 있기 때문에, 적절한 제어를 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 예에 따른 적응 제어 방법은, 제어 대상에 병렬 피드 포워드 보상기를 부가하여 구성되는 제어계를 이용한 적응 제어 방법이며, 상기 제어 대상에 조작 값을 출력하는 조작 값 출력 단계와, 상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값의 귀환 값을 보상하기 위한 보상 값을 상기 조작 값에 기초하여 출력하는 보상 값 출력 단계와, 상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값에 상기 보상 값을 더한 상기 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 조작 값을 출력하도록 피드백 제어를 실시하는 피드백 제어 단계를 포함하고, 상기 보상 값 출력 단계는, 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 단계와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 보상 값을 조정하는 조정 단계를 포함하고 있다.

상기 방법에 따르면, 순차적으로 동정된 제어 대상의 주파수 응답 특성에 따라 병렬 피드 포워드 보상기가 출력하는 보상 값이 자동으로 조정되기 때문에, 제어 대상의 변동에 따라 수동으로 보상 값을 다시 조정할 필요가 없다. 게다가, 필요 이상으로 보상 값을 크게 하지 않아도 되어 응답성의 악화를 방지할 수 있다. 게다가, 주파수 응답 특성에서 제어 파라미터를 조정하기 때문에, 동정한 파라미터를 직접 제어 파라미터로 이용하는 종래의 방법에 비하여 모델화 오차로 인한 허용도가 크다. 즉, 모델화 오차가 다소 커도 주파수 응답 특성의 경향만 파악할 수 있으면 제어 파라미터를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서 상기 방법에 따르면, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

상기 동정 단계는, 상기 제어 대상의 모델을 순차적으로 동정하여 상기 제어 대상의 전달 함수를 추정하고, 추정한 전달 함수에 기초하여 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정할 수 있다. 이로써 이미 알려진 순차 동정 기법을 이용하여 상기 주파수 응답 특성을 추정할 수 있다.

상기 동정 단계는, 선형 블랙박스 모델을 적용할 수 있다. 이로써 동정 가능한 제어 대상이 특정 모델에 한정되지 않고, 다양한 제어 대상에 대하여 적용할 수 있어 범용성이 높은 적응 제어 기법으로 할 수 있다.

상기 동정 단계는, 상기 제어 대상의 물리 모델을 적용할 수 있다. 이로써 상기 제어 대상의 물리 구조가 분명한 경우에는, 보다 고정밀도의 적응 제어 기법으로 할 수 있다.

상기 동정 단계는, 상기 선형 블랙박스 모델의 다항식 표현에 있어서의 각 계수나 상기 물리 모델의 미지수를, 칼만 필터를 이용하여 추정하는 것으로 할 수 있다. 이로써 이미 알려진 방법을 이용하여 상기 적응 제어를 용이하게 실현할 수 있다.

상기 조정 단계는, 상기 주파수 응답 특성에서 상기 제어 대상의 위상 지연이 정해진 값 이상이 되는 주파수 및 게인에 정해진 계수를 곱함으로써 상기 보상 값을 조정하는 것으로 할 수 있다. 이로써 간단한 구성이면서도 다양한 제어 대상에 대하여 효과적으로 병렬 피드 포워드 보상기에서 출력되는 보상 값을 조정할 수 있다.

상기 조작 값 출력 단계는, 정해진 응답을 제공하도록 설계된 규범 모델에 상기 제어 대상이 출력하는 제어 값이 추종하도록 복수의 적응 게인을 조정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 적응 게인은, 상기 지시 값에 대한 제1 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 상태량에 대한 제2 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 출력과 상기 귀환 값의 편차에 대한 피드백 게인을 포함하고 있을 수 있다. 이로써 단순 적응 제어에 있어서, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 예에 따른 사출 성형기의 제어 방법은, 사출 성형기의 유압 실린더 안의 압력에 병렬 피드 포워드 보상기를 부가하여 구성되는 제어계를 이용한 사출 성형기의 제어 방법이며, 상기 사출 성형기의 유압 실린더의 압력을 조정하는 모터에 압력 조작 값을 출력하는 조작 값 출력 단계와, 상기 유압 실린더 안의 압력에 기초한 귀환 값을 보상하기 위한 압력 보상 값을 상기 압력 조작 값에 기초하여 출력하는 보상 값 출력 단계와, 상기 유압 실린더 안의 압력에 상기 압력 보상 값을 더한 상기 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 압력 조작 값을 출력하도록 피드백 제어를 실시하는 피드백 제어 단계를 포함하고, 상기 보상 값 출력 단계는, 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 단계와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하는 조정 단계를 포함하고 있다.

상기 방법에 따르면, 순차적으로 동정된 사출 성형기의 주파수 응답 특성에 따라 병렬 피드 포워드 보상기가 출력하는 압력 보상 값이 자동으로 조정되기 때문에, 사출 성형기에서 사용되는 유압 실린더의 크기나 사출하는 재료 등의 변동에 따라 수동으로 압력 보상 값을 다시 조정할 필요가 없다. 게다가, 필요 이상으로 압력 보상 값을 크게 하지 않아도 되어 응답성의 악화를 방지할 수 있다. 게다가, 주파수 응답 특성에서 파라미터를 조정하기 때문에, 동정한 파라미터를 직접 제어 파라미터로 이용하는 종래의 구성에 비하여 모델화 오차로 인한 허용도가 크다. 즉, 모델화 오차가 다소 커도 주파수 응답 특성의 경향만 파악할 수 있으면 제어 파라미터를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서 상기 방법에 따르면, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

상기 조정 단계는, 상기 동정 단계에 의해 순차적으로 추정된 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성, 및 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 단계에 의해 추정된 주파수 응답 특성 중 어느 하나를 선택하고, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하는 것으로 할 수 있다. 이로써 압력 제어를 시작한 직후 등의 순차적 동정에 의한 주파수 응답 특성의 올바른 추정이 곤란한 경우에는, 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 단계에 의해 추정된 주파수 응답 특성을 이용하여 압력 보상 값을 조정함으로써 적응 제어가 불안정해지는 것을 방지하면서 그 밖의 경우에는, 순차적으로 동정된 주파수 응답 특성을 이용하여 사출 성형기의 제어를 실시함으로써 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 실시할 수 있다.

상기 제어 방법은, 상기 유압 실린더 안으로의 작동유 유량을 제어하는 유량 제어 단계를 구비하며, 상기 유량 제어 단계의 시작 후, 상기 유압 실린더 안의 압력, 상기 유압 실린더 안을 슬라이딩하는 피스톤의 스트로크, 및 상기 유량 제어 단계가 시작되고 난 후의 시간 중 1개 이상이 미리 설정된 정해진 문턱 값을 초과하였을 경우에, 상기 유량 제어 단계 대신에 상기 조작 값 출력 단계, 상기 보상 값 출력 단계 및 상기 피드백 제어 단계를 포함하는 압력 제어 단계를 시작하는 것으로 할 수 있다. 이로써 유량 제어 및 압력 제어를 사출 성형기의 상태에 따라 전환할 수 있기 때문에, 적절한 제어를 실시할 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면 참조 하에, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명하게 된다.

본 발명은 이상으로 설명한 바와 같이 구성되어 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시 수 있다는 효과가 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응 제어 장치의 개략 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 2는, 도 18에 나타내는 일반적인 PFC를 이용한 제어 장치에 있어서 PFC 효과를 설명하기 위한, PFC를 포함하는 개방 루프 응답의 그래프이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 적응 제어 장치에 있어서 PFC의 조정 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 적응 제어 장치에 있어서 제어기에 단순 적응 제어를 이용한 경우의 개략 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 5는, 도 4에 나타내는 적응 제어 장치에 동적 보상이 부가된 경우의 개략 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 6은, 도 5에 나타내는 적응 제어 장치와 등가인 구성을 나타내는 등가 블록도이다.
도 7은, 적응 피드백 게인(K_e)과 직달항을 제외한 적응 피드백 게인(K^d _e)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 어떤 제어 대상의 주파수 응답 특성과 그에 따라 설계한 PFC의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는, 도 8에 나타내는 제어 대상 및 PFC의 주파수 응답 특성을 기반으로 한 확대 제어계의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은, 도 8에 나타내는 제어 대상의 주파수 응답 특성을 기반으로 한 PFC의 바람직한 설계 범위를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 도 1에 나타내는 적응 제어 장치가 적용된 사출 성형기의 압력 제어에 관한 개략 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도 12는, 도 11에 나타내는 사출 성형기의 유량 제어에 관한 개략 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도 13은, 도 11 및 도 12에 나타내는 사출 성형기에 있어서 사출 공정과 보압 공정의 전환 시뮬레이션을 실시하였을 때의 각 출력을 나타내는 그래프이다.
도 14는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응 제어 장치의 개략 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 15는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응 제어 장치의 개략 구성 예를 나타낸 블록도이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 있어서 적응 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은, 비교예에 있어서 SAC 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은, 일반적인 PFC를 이용한 제어 장치의 개략 구성 예를 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는, 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 상응하는 요소에는 동일한 부호를 부여하고 그 중복하는 설명을 생략한다.

<전체 구성>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응 제어 장치의 개략 구성 예를 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 적응 제어 장치(1)는, 제어 대상(2)에 조작 값(u)을 출력하는 제어기(3)와, 제어 대상(2)에서 출력되는 제어 값(y)의 귀환 값(y_a)을 보상하기 위한 보상 값(y_f)을 조작 값(u)에 따라 출력하는 병렬 피드 포워드 보상기(이하, PFC라고도 약칭한다)(4)를 구비하고 있다. 제어기(3)는, 제어 대상(2)에서 출력되는 제어 값(y)에 PFC(4)에서 출력되는 보상 값(y_f)을 더한 귀환 값(ya)과 지시 값(r)에 따라 조작 값(u)을 출력하도록 하고 피드백 제어를 수행하도록 구성되어 있다. 제어기(3) 및 PFC(4)는, 예를 들면 제어 대상(2)의 내부 또는 외부에 설치되는 마이크로 컨트롤러 등의 컴퓨터에 있어서 정해진 디지털 연산을 수행하도록 프로그래밍됨으로써 구성될 수 있고, 아날로그 또는 디지털 회로로 구성될 수 있고, 이를 조합할 수도 있다.

PFC(4)는 제어기(3)에서 출력되는 조작 값(u)에 기초하여 보상 값(y_f)을 연산하는 PFC 연산부(5)와, 제어 대상(2)의 모델을 순차적으로 동정하여 제어 대상(2)의 전달 함수를 추정하는 동정 기구(6)와, 이 동정 기구(6)에서 동정된 전달 함수에 기초하여 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성을 추정하고, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 PFC 연산부(5)에서 출력되는 보상 값(y_f)을 조정하는 조정 기구(7)를 구비하고 있다.

도 2는 도 18에 나타내는 일반적인 PFC를 이용한 제어기에 있어서 PFC의 효과를 설명하기 위한, PFC를 포함하는 개방 루프 응답의 그래프이다. 단, 도 18에 나타내는 바와 같이, PFC(40)는, 동정 기구(6) 및 조정 기구(7)는 구비하지 않은 것으로 한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 일반적으로, 제어 대상(2)에서 출력되는 제어 값(y)은, 제어기(3)의 조작 값(u)에 대하여 응답 지연을 일으킨다. 이에 대하여, PFC(40)에 의해 제어 대상(2)의 응답 지연을 보상하는 의사적인 출력(보상 값(y_f))이 발생한다. 이로써 제어 대상(2)과 PFC(40)를 조합한 제어계(확대 제어계)의 출력(귀환 값(y_a))에 있어서는 응답 지연이 발생하지 않게 된다. 응답 지연은 피드백 제어에 있어서 불안정화의 주된 요인이기 때문에, PFC(40)에 의해 응답 지연을 보상함으로써 기본적인 안정성이 확보되어 제어기(3)의 설계가 매우 간단해지는 효과가 있다. 구체적인 PFC(40)의 예로서는, 아래에 나타나는 바와 같은 일차 지연계의 전달 함수(G_f(s))를 가진 것이 있다.

또한, 제어 값(y)에 PFC의 보상 값(y_f)을 부가함으로 인한 오프셋을 제거하기 위하여, PFC(40)는 아래와 같이 저역 차단 특성을 갖게 하는 경우도 있다.

PFC(40)에서 출력되는 보상 값(y_f)이 크면, 제어계는 안정화하기 쉬워지지만, 보상 값(y_f)을 너무 크게 하면 확대 제어계의 출력이 제어 대상(2)에서 출력되는 제어 값(y)과 괴리되기 때문에 응답성이 악화된다.

이에 반하여, 상기 구성에 따르면, 순차적으로 동정된 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성에 따라 PFC(4)가 출력하는 보상 값(y_f)이 자동으로 조정되기 때문에, 필요 이상으로 보상 값(y_f)을 크게 하지 않아도 되어 응답성의 악화를 방지할 수 있다. 또한, 종래의 PFC의 자동 조정 기법과 달리, 제어 대상(2)의 변동에 따라 수동으로 보상 값(y_f)을 다시 조정할 필요가 없고, 또 주파수 응답 특성에서 제어 파라미터를 조정하기 때문에, 동정한 파라미터를 직접 제어 파라미터로 이용하는 종래의 구성에 비하여 모델화 오차로 인한 허용도가 크다. 즉, 모델화 오차가 다소 커도 주파수 응답 특성의 경향만 파악하면 제어 파라미터를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서 상기 구성에 따르면, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 할 수 있다.

<PFC의 조정 방법>

이하, PFC(4)에 있어서 보상 값의 조정 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 본 실시예에 있어서 도 1에 나타내는 적응 제어 장치에 있어서 PFC의 조정 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, PFC(4)의 동정 기구(6)에는, 제어 대상(2)의 입력 데이터인 조작 값(u)과 제어 대상(2)의 출력 데이터인 제어 값(y)이 입력된다. 입력된 조작 값(u) 및 제어 값(y)은, 노이즈 성분 등의 정해진 주파수 영역 밖의 성분을 밴드 패스 필터(미도시. 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터를 포함한다)에 의해 제거하고(단계(S1)), 해당 필터링 후의 조작 값(d_u) 및 필터링 후의 제어 값(d_y)에 대하여 리샘플링을 실시한다(단계(S2)).

그 후, 동정 기구(6)는, 리샘플링된 값을 이용하여 순차적으로 동정을 실시한다(단계(S3): 동정 단계). 본 실시예에 있어서 동정 기구(6)는, 제어 대상(2)의 모델을 순차적으로 동정하여 제어 대상(2)의 전달 함수를 구함으로써 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성을 추정한다. 이때, 동정 기구(6)는, 선형 블랙박스 모델(특히 ARX 모델이라고 불리는 모델)을 적용하여 동정을 실시한다. 이로써 이미 알려진 순차 동정 기법을 이용하여 상기 주파수 응답 특성을 추정할 수 있다. 또, 동정 가능한 제어 대상(2)이 특정 모델에 한정되지 않고, 다양한 제어 대상(2)에 대하여 적용할 수 있어 범용성이 높은 적응 제어 장치를 구성할 수 있다. 구체적으로는, 제어 대상(2)의 모델을 아래와 같이 설명한다.

여기서, u_r(k)는 리샘플링 후의 시각(k)에 있어서 조작 값(입력 데이터)를 나타내고, y_r(k)는 리샘플링 후의 시각(k)에 있어서 제어 값(출력 데이터)를 나타내고, v(k)는 외란항을 나타내고, km은 낭비 시간을 나타내고, z는 1 샘플 분의 시간 시프트 연산자를 나타내고, z[x(k)] = x(k+1)가 성립된다.

또, A(z^-1) 및 B(z^-1)는 아래와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, a₁,a₂, ...,a_na 와 b₁,b₂, ...,b_nb 는 추정하는 분모 파라미터 및 분자 파라미터를 나타내고, na,nb는 각각 동정 모델의 분모 및 분자의 파라미터 수를 나타낸다.

이때, 시각(k-1)까지의 입출력 데이터에 기초하는 시각(k)에 있어서 출력 데이터(y_r(k))의 일단 앞의 예측 값(y_p(k))은 아래와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, θ는 파리미터 벡터를 나타내고, φ(k)는 시각(k)에서의 데이터 벡터를 나타낸다.

이때, 파라미터 벡터(θ)가 확률 변동하는 것이 제어 대상(2)의 변동을 나타내는 것으로 하면, 아래와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Q는 파라미터의 분산(변동 폭)을 나타내고, R은 관측 잡음의 분산을 나타낸다. 또한, 파라미터의 분산(Q)은 정상 상태(입출력에 변화가 없는 상태)에서는 0으로 한다. 파라미터의 분산(Q) 및 관측 잡음의 분산(R)은 PFC(4)의 설계 파라미터가 된다.

본 실시예에 있어서, 동정 기구(6)는, 선형 블랙박스 모델의 파라미터(다항식 표현에 있어서의 각 계수)를 칼만 필터를 이용하여 추정한다. 즉, 동정 기구(6)는, 상기 식(6)에 기초해서 칼만 필터를 적용하여 파라미터 벡터(θ)를 추정한다.

이하, 칼만 필터에 의한 추정 순서를 구체적으로 나타낸다. 먼저, 파라미터 추정 값의 초기 값(θ_i(k))과 오차 공분산 행렬의 초기 값(P_i(k))을 제공함으로써, 동정 기구(6)는, 아래와 같이 예측 오차(ε_i(k))와 칼만 게인(W(k))을 계산한다.

여기서, 상기 식(7) 및 식(8)으로부터 아래와 같이 파라미터 추정 값(θ(k)) 및 오차 공분산 행렬(P(k))을 수정한다.

게다가, 시간 단계를 갱신하여 다음 단계에서의 파라미터 추정 값의 초기값(θ_i(k+1)) 및 오차 공분산 행렬의 초기 값(P_i(k+1))을 계산한다.

단, 정상 상태에 있어서는, 파라미터의 분산(Q) = 0이기 때문에, 오차 공분산 행렬의 다음 단계에서 초기 값(P_i(k+1))은, P(k)만 된다.

이상과 같이 하여 파라미터 벡터(θ)가 순차적으로 추정된다.

여기서, 제어 대상(2)의 전달 함수(G(z))는, 아래와 같이 나타내진다.

상기 식(13)은, 동정 기구(6)에서 추정된 파라미터 벡터(θ)로 표현 가능해진다. 이상과 같이, 선형 블랙박스 모델에 칼만 필터를 적용함으로써 이미 알려진 구성을 이용하여 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성을 추정할 수 있다.

다음에, 조정 기구(7)는, 추정된 제어 대상(2)의 전달 함수(G(z))에 기초하여 PFC의 설계를 실시한다. 본 실시예에 있어서, PFC는 식(1)으로 나타나는 일차 지연계로 하고, 조정 기구(7)는, 제어 대상(2)의 위상 지연이 정해진 값 이상이 되는 주파수 및 게인에 각각 정해진 계수를 곱함으로써 1차 지연계의 PFC의 절점 주파수(ω_f)(이하, PFC 주파수(ω_f)라고도 약칭한다)와 게인(K_f)(이하, PFC 게인(K_f)이라고도 약칭한다)을 설계한다. 구체적으로는, 먼저, 조정 기구(7)는, 동정된 제어 대상(2)의 전달 함수(G(z))보다 제어 대상(2)의 위상 지연이 φ_p 이상으로 되는 주파수(ω_p)를 수치 탐색에 의해 산출한다(단계(S4)). 또, 조정 기구(7)는, 주파수가 ω_p일 때의 게인(K_p=｜G(z = exp(jω_pT_s))｜)을 산출한다(단계(S5)). 여기서, T_s는, 제어 주기를 나타낸다.

그리고 조정 기구(7)는, 구해진 주파수(ω_p) 및 게인(K_p)에 평활화 필터를 적용한다(단계(S6,S7)). 평활화 필터는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 이동 평균 필터를 적용할 수 있다. 이동 평균 필터를 이용하였을 경우, 필터링 후의 주파수(ω_pf) 및 필터링 후의 게인(K_pf)은, 아래와 같이 구할 수 있다.

여기서, ns는 이동 평균을 취하는 데이터 수를 나타낸다.

이와 같이 하여 구해진 필터링 후의 주파수(ω_pf) 및 필터링 후의 게인(K_pf)을 이용하여 조정 기구(7)는, 동정된 제어 대상(2)의 전달 함수(G(z))에서 제어 대상(2)의 위상 지연이 정해진 값(φ_p) 이상으로 되는 주파수(ω_p) 및 게인(K_p)에 정해진 계수(주파수 계수(α_w) 및 게인 계수(α_k))를 곱함으로써 PFC(4)의 전달 함수(G_f(z))의 PFC 주파수(ω_f) 및 PFC 게인(K_f)을 아래와 같이 설계한다.(단계(S8,S9)).

여기서, 주파수 계수(α_w) 및 게인 계수(α_k)는 설계 파라미터이다.

이상으로부터 구해진 PFC 주파수(ω_f) 및 PFC 게인(K_f)으로부터 PFC(4)(PFC 연산부(5))의 전달 함수(G_f(s))가 구해진다(단계(S10): 조정 단계). 구해진 PFC(4)의 전달 함수(G_f(s))에 기초하여 보상 값(y_f)이 조정된다. 또한, 본 실시예에 있어서, 조정 기구(7)는, 단계(S8,S9)에서 구해진 PFC 주파수(ω_f) 및 PFC 게인(K_f)의 값이 정해진 상한 값을 초과하고 있는지 여부를 판정하고, 초과하고 있는 경우에는 상한 값을 초과하지 않도록 리미터를 적용하고 있다(단계(S11,S12)). 이로써 조정 후의 PFC(4)의 전달 함수(G_f(s))가 조정 범위를 벗어나는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

그런데, PFC(4)의 전달 함수(G_f(s))를 PFC 연산부(5)에 있어서 컴퓨터 연산할 때에는, 연속 시간 전달 함수(G_f(s))를 아래에 나타내는 바와 같이 쌍일차 변환한 이산 시간 전달 함수(G_f(z))가 사용된다.

또한, d_f는 PFC(4)의 이산 시간 전달 함수(G_f(z))에 있어서의 직달항을 나타낸다. 즉, 이산 시간 전달 함수(G^d _f(z))는 직달항을 제외한 PFC(4)의 전달 함수를 의미한다. 이때, 보상 값(y_f)은, 아래와 같이 계산된다.

여기서, y^d _f(k)는 직달항을 제외한 보상 값을 의미한다. 또한, 식(18)은 아래와 같은 표기로 나타내는 경우도 있다.

이와 같이 보상 값(y_f)을 조정함으로써 간단한 구성이면서도 다양한 제어 대상(2)에 대하여 효과적으로 PFC(4)에서 출력되는 보상 값(y_f)을 조정할 수 있다.

＜SAC 기구＞

다음에, 본 실시예에 있어서의 제어기(3)에 대하여 설명한다. 도 4는 도 1에 나타내는 적응 제어 장치에 있어서 제어기에 단순 적응 제어를 이용하였을 경우의 개략 구성 예를 나타내는 블록도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어기(3)는, 정해진(이상적인) 응답을 제공하도록 설계된 규범 모델에 제어 대상(2)이 출력하는 제어 값(y)이 추종하도록 복수의 적응 게인이 조정되는 단순 적응 제어(SAC) 기구를 구비하고 있다. 복수의 적응 게인은, 지시 값(r)에 대한 제1 피드 포워드 게인(K_u)과, 규범 모델의 상태량(x_m)에 대한 제2 피드 포워드 게인(K_x)과, 규범 모델의 출력(규범 출력)(y_m)과 귀환 값(y_a)의 편차에 대한 피드백 게인(K_e)을 포함한다. 구체적으로는, SAC 기구는, 입력되는 지시 값(r)에 대하여 규범 모델을 적용 하여 제어 대상(2)의 출력이 추종해야 할 규범 출력(y_m)을 출력하는 규범 모델 적용 부(31)와, 지시 값(r)에 대하여 제1 적응 게인(제1 피드 포워드 게인)(K_u)을 승산하는 제1 승산기(32)와, 규범 모델의 상태량(x_m)(후술)에 대하여 제2 적응 게인(제2 피드 포워드 게인)(K_x)를 승산하는 제2 승산기(33)와, 규범 출력(y_m)과 제어 값(y)에 PFC(4)에서 출력되는 보상 값(y_f)을 더한 확장 제어계의 출력(귀환 값)(y_a)의 오차를 연산하는 제1 감산기(35)와, 제1 감산기(35)의 출력(e_a)에 대하여 제3 적응 게인(피드백 게인)(K_e)을 승산하는 제3 승산기(34)와, 제1 승산기(32)의 출력과 제2 승산기의 출력을 가산하는 제1 가산기(36)와, 제1 가산기(36)의 출력(u_s)과 제3 승산기(34)의 출력(u_e)을 가산하여 조작 값(u)을 출력하는 제2 가산기(37)를 구비하고 있다.

규범 모델은, 컴퓨터에 의한 연산이 가능하도록 아래에 나타내는 바와 같은 이산 시간 상태 방정식으로 나타내진다.

여기서, A_m,b_m,c_m,d_m은 규범 모텔의 파라미터를 나타낸다.

일반적으로, SAC 기구가 적정하게 동작하기 위해서는, 제어 대상(2)이 개강정실(ASPR) 조건을 충족시키는 것이 필요하다. 하지만, 일반적으로는 제어 대상(2)에는 낭비 시간 등의 응답 지연이 발생하기 때문에, ASPR 조건을 충족시키지 못하는 경우가 많다. 따라서 본 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 제어 대상(2)의 출력에 PFC(4)의 출력을 부가하여 확대 제어계를 구성하고, 확대 제어계가 ASPR 조건을 충족시키도록 한 다음에, SAC 기구를 확대 제어계에 적용한다.

이 경우, 원래 규범 모델에 추종시키고 싶은 제어 대상(2)의 출력이 아니라 확대 제어계의 출력이 규범 모델에 추종하게 된다. 즉, 제어 대상(2)의 출력에 대해서는, 정상 편차가 남아버린다. 이 정상 편차를 제거하기 위해서는, 규범 모델 적용부(31)의 출력(y_m)에 대해서도 동일한 구성의 PFC(4)를 부가하는 동적 보상을 수행한다. 도 5는 도 4에 나타내는 적응 제어 장치에 동적 보상이 부가되었을 경우의 개략 구성 예를 나타내는 블록도이다. 도 5의 예에 있어서는, SAC 기구는, 상기 구성에 더하여 제1 가산기(36)의 출력(u_s)이 입력되어 PFC 연산부(5)와 같은 PFC 연산을 실시하는 동적 보상기(38)와, 동적 보상기(38)의 출력(y_s)과 규범 모델 적용부(31)의 출력(y_m)을 가산하는 제3 가산기(39)를 구비하고 있다. 또한, 제1 감산기(35)는, 제3 가산기(39)의 출력(y_M)과 확대 제어계의 출력(귀환 값)(y_a)의 오차가 연산된다.

도 6은, 도 5에 나타내는 적응 제어 장치와 등가인 구성을 나타내는 등가 블록도이다. 도 5에 나타내는 적응 제어 장치(1)의 구성은, 도 6에 나타내는 바와 같이, PFC 연산부(5)가 제3 승산기(34)의 출력(u_e)에 기초하여 PFC 연산을 실시하도록 구성됨과 동시에 제3 가산기(39) 대신에 제1 감산기(35)의 출력과 PFC 연산부(5)의 출력(y_f)을 가산하는 제4 가산기(41)를 구비하고 있는 것과 등가이다. 따라서 동적 보상을 실시하는 경우, PFC의 보상 값(y_f)은, 아래와 같이 계산된다.

이하, 도 6의 등가 블록도에 기초하여 SAC 동작을 설명한다.

먼저, 제어 대상의 입력(조작 값)(u)은 아래와 같이 나타내진다.

상기 식(22)에 나타내지는 적응 게인(K_u,K_x,K_e)은, 아래와 같은 비례 및 적분의 적응 조정 법칙에 의해 구해진다.

여기서,

_pe,

_Ie,

_px,

_Ix,

_pu,

_Iu는 조정 법칙 게인을 나타낸다. 또한, K_x,

_px,

_Ix의 위 첨자(i)는 규범 모델의 i번째 상태량(xⁱ _m)에 해당하는 게인인 것을 나타내고 있다.

또, 상기 식(23)에 있어서 N(k)은 정규화 신호이며, 아래의 식으로 주어진다.

여기서, m,m_u,m_ym은 정규화 파라미터를 나타낸다.

또한, 상기 식(23)에 있어서 σ_e，σ_x, σ_u는 각 적응 게인의 발산을 방지하기 위한 σ 수정 게인이며, 아래와 같이 제어 편차, 지시 값, 규범 출력, 규범 모델 상태량에 따라 가변하는 것과 같은 게인이다.

여기서,

_e1~

_e3,

_x1~

_x3,

_u1~

_u3，C_x0, C_u0, C_em0는 설계 파라미터를 나타낸다. 위 첨자(i)가 있는 게인은 규범 모델의 i번째 상태량(xⁱ _m)에 해당하는 게인인 것을 나타내고 있다.

상기 식(22)에 있어서 제3 승산기(34)의 출력(u_e(k))의 계산에 있어서 사용되는 제4 가산기(41)의 출력(e_a(k))은, 도 6에 나타내는 바와 같이, y(k) + y_f(k)-y_m(k)로 나타낼 수 있다. 따라서 제3 승산기(34)의 출력(u_e(k))은, 식(21)을 이용하여 아래와 같이 나타낼 수 있다.

상기 식(28)에 의해 분명한 바와 같이, 제3 승산기(34)의 출력(u_e(k))의 계산에는, u_e(k)가 필요하고, 상기 식(23)은, 이대로는 계산할 수 없다. 그래서 제4 가산기(41)의 출력(e_a(k)) 중 직달항을 제외한 관측 가능한 부분을 e^d _a(k)로 하고, 아래와 같이 계산 가능한 식으로 한다.

이상으로부터 SAC 기구의 제어 입력(식(22))은 아래와 같이 치환된다.

또, 상기 식(29)에 의한 피드백 게인(K_e)의 치환에 대응하여 식(23)의 적응 조정 법칙도 아래와 같이 계산 가능한 식으로 한다.

이와 같이, 제어기(3)의 SAC 기구 및 PFC(4)의 조정 기구(6)에 있어서의 컴퓨터 연산에 있어서, 적응 피드백 게인(K_e)은, 식(29)의 K^d _e로 치환된다. 도 7은 적응 피드백 게인(K_e)과 직달항을 제외한 적응 피드백 게인(K^d _e)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, K_e의 치역[~∞, 0]에 대하여, K^d _e의 치역이 [1/d_f, 0]으로 되는 것을 나타내고 있다. 여기서, 직달항(d_f)은 PFC(4)의 조정 기구(7)에 의해 변화할 가능성이 있지만, 변화 전의 값(d_f(k-1))과 그때의 K^d _e값에 따라서는, d_f(k)로 변환한 후, K^d _e가 치역 밖의 값이 되어 버릴 가능성이 있다. 그래서 직달항(d_f)의 변환에 따라 적응 게인(K^d _e)을 아래와 같이 다시 계산한다.

또한, PFC(4)의 전달 함수(G_f(z))의 변화에 따라 K^d _e가 치역 밖의 값이 될 가능성이 있는 것은, d_f(k)＞d_f(k-1)의 경우에 한정되기 때문에, 아래와 나타내는 바와 같이 d_f(k)≤d_f(k-1)의 경우에는, K^d _e의 조정을 실시하지 않는 것으로 할 수 있다.

혹은, K^d _e는 아래와 같이 조정할 수 있다. 이 경우, 직달항(d_f)의 변화 직후의 응답이 식(32)이나 식(33)으로 다시 계산하였을 경우보다 좋아지는 일이 있다.

＜PFC의 조정 방법에 있어서의 사고방식＞

여기서, 상기 PFC(4)의 조정 방법에 있어서의 사고방식을 설명한다. 도 8은 어떤 제어 대상의 주파수 응답 특성 및 그에 따라 설계한 PFC의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다. 도 8에 있어서는, 제어 대상(2)으로서 유압 기기를 상정한 주파수 응답 특성이 나타내어져 있다. 도 8에 나타내지는 바와 같이, 이 제어 대상(2)에 있어서는, 주파수가 약 13㎐ 이상이고 위상 지연이 180°이상 발생한다. 피드백 제어에 있어서는, 위상 지연이 180°이상 되는 주파수 영역이 존재하면, 일정 이상 크기의 게인으로 피드백을 실시하였을 때에 제어계가 불안정해질 가능성이 있다.

그래서 자신의 위상 지연이 90°미만인 PFC(4)의 출력(y_f)을 제어 대상(2)의 위상 지연이 180°이상 되는 주파수 영역에 있어서 제어 대상(2)의 출력(y)보다 커지도록 설계한다. 이로써 제어 대상(2)의 위상 지연이 180°이상 되는 주파수 영역에 있어서는, 위상 지연 90°미만인 PFC(4)의 출력(y_f)이 주로 확대 제어계의 출력을 차지하기 때문에, 확대 제어계로서는 응답 지연이 없는 것처럼 보인다. 도 8의 예에 있어서는, 제어 대상(2)의 위상 지연이 정해진 값(문턱 값)(φ_p) = 180°가 될 때의 주파수가 약 13㎐(ω_p= 81.2[㎭/s])이며, 이때의 제어 대상(2)의 게인이 약 -49㏈(Kp = 0.0035)이기 때문에, 제어 대상(2)의 위상 지연이 180°가 될 때의 PFC 게인을 K_f = 0.005로 하고, PFC 주파수를 ω_f= 100[㎭/s]가 되도록 설계하고 있다.

도 9는 도 8에 나타내는 제어 대상 및 PFC의 주파수 응답 특성에 기초한 확대 제어계의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기와 같이 설계한 PFC(4)의 출력(y_f)을 제어 대상(2)의 출력(y)에 부가하였을 때 확대 제어계의 출력(귀환 값)(y_a)의 주파수 응답 특성은, 제어 대상(2) 단일체의 위상 지연이 180°이상 되는 주파수 영역에 있어서, 약 90°정도 미만의 위상 지연에 그치고 있다. 이와 같이, PFC 게인(K_f)과 PFC 주파수(ω_f)는, 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성으로부터 적합하게 정할 수 있다. 또한, 도 8 및 도 9의 예에 있어서는, 위상 지연 문턱 값(φ_p)을 180°로 설정하였지만, 더 여유를 갖고 위상 지연 문턱 값(φ_p)을 170°나 150°로 설정할 수 있다. 위상 지연 문턱 값(φ_p)을 작게 할수록 확대 제어계로서는 안정되지만 응답성은 악화된다. 또, 문턱 값(φ_p)에 있어서의 제어 대상(2)의 게인(K_p) 및 주파수(ω_p)에 대하여 PFC 게인(K_f), PFC 주파수(ω_f)를 크게 할수록 확대 제어계로서는 안정적으로 동작하지만 응답성은 악화된다.

또한, 문턱 값(φ_p)에 있어서 제어 대상(2)의 주파수(ω_p) 및 게인(K_p)은 제어 주기(T_s) 내에 수치 탐색법을 이용하여 구할 수 있지만, 상세한 정밀도는 필요 없다. 즉, 설계 파라미터인 주파수 계수(α_w)나 게인 계수(α_k)를 어느 정도 크게 취하고 있으면, 탐색 위상인 문턱 값(φ_p)에 대하여 ± 5 ~ 10°정도의 범위를 허용 오차 범위로서 탐색을 중지하는 것도 가능하다. 탐색 회수는 황금 분할 탐색법 등의 효율적인 1차원 탐색 기법을 이용하면 약 5 ~ 10회로 상기 허용 오차 범위에 수렴하기 때문에, 제어 주기(T_s)가 0.002 ~ 0.005초 정도의 일반적인 짧음이어도 제어 주기(T_s) 내의 수치 탐색이 가능하다.

또, 전달 함수(G(z))의 위상 지연 문턱 값(φ_p)을 예를 들면 150°~ 180°로 할 때, 식(15)에 있어서의 설계 파라미터인 주파수 계수(α_w)는 1.0 ~ 5.0 정도로 설정되고, 설계 파라미터인 계인 계수(α_k)는 1.0 ~ 2.0 정도로 설정된다. 도 10은 도 8에 나타내는 제어 대상의 주파수 응답 특성에 기초한 PFC의 바람직한 설계 범위를 나타내는 그래프이다. 도 10에 나타내는 바와 같은 설계 범위 내에 PFC의 출력(y_f)이 포함되도록 설계함으로써 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 실시할 수 있다.

＜본 실시예의 적용 예＞

이하, 상기 실시예에서 설명한 적응 제어 장치(1)를 사출 성형기에 적용한 예에 대하여 설명한다. 도 11은 도 1에 나타내는 적응 제어 장치가 적용된 사출 성형기의 압력 제어에 관한 개략 구성 예를 나타내는 모식도이다. 또, 도 12는 도 11에 나타내는 사출 성형기의 유량 제어에 관한 개략 구성 예를 나타내는 모식도이다.

도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 본 적용 예에 있어서의 사출 성형기(10)는, 선단에 성형 재료를 사출하는 노즐(11)을 구비하고, 사출 재료를 용융시키면서 반송하는 사출 실린더(12)와, 사출 실린더(12)를 통하여 성형 재료를 가열하는 히터(13)와, 사출 실린더(12) 안에 성형 재료를 투입하는 호퍼(14)와, 사출 실린더(12) 안을 사출 실린더(12)의 축선 주위로 회전하면서 축선 방향으로 이동하는 스크류(15)와, 스크류(15)를 이동시키는 피스톤(16)과, 피스톤(16)이 삽입 통과되고, 피스톤(16)을 유압에 의해 이동시키는 유압 실린더(17)와, 유압 실린더(17) 안에 작동유를 공급하는 유압 펌프(18)와, 유압 펌프(18)의 유량을 설정하는 모터(서보 모터)(19)를 구비하고 있다.

그리고 이와 같은 사출 성형기(10)의 제어 장치는, 사출 성형기(10)의 유압 실린더(17) 안의 압력을 조정하는 서보 모터(19)의 모터 구동 장치(21)에 압력 조절 값(u)을 출력하는 압력 제어기(20)와, 유압 실린더(17) 안의 압력에 기초한 귀환 값(y_a)을 보상하기 위한 압력 보상 값(y_f)을 압력 조작 값(u)에 기초하여 출력하는 PFC(22)를 구비하고 있다. 압력 제어기(20)는, 유압 실린더(17) 안의 압력 또는 유압 펌프(18)의 작동유 토출압 등을 센서(도시 안 함)에 의해 검출하여 PFC(22)에 입력함으로써 유압 실린더(17) 안의 압력에 PFC(22)에서 출력되는 압력 보상 값(y_f)을 더한 귀환 값(y_a)과 압력 지시 값(r)에 기초하여 압력 조작 값(u)을 출력하도록 하여 피드백 제어를 실시하도록 구성되어 있다. PFC(22)의 구성은, 상기 실시예와 같다. 도 11에 나타내는 압력 제어 양태는, 보압 공정이나 금형 체결 공정 등에 있어서 유압 실린더(17) 안의 유압을 일정하게 제어한다.

상기 구성에 따르면, 순차적으로 동정된 사출 성형기(10)의 주파수 응답 특성에 따라 PFC(22)가 출력하는 압력 보상 값(y_f)이 자동으로 조정되기 때문에, 사출 성형기(10)에서 사용되는 유압 실린더(17)의 크기나 사출되는 재료 등의 변동에 따라 수동으로 압력 보상 값(y_f)을 다시 조정할 필요가 없다. 게다가, 필요 이상으로 압력 보상 값(y_f)을 크게 하지 않아도 되어 응답성의 악화를 방지할 수 있다. 게다가 주파수 응답 특성으로부터 제어 파라미터를 조정하기 때문에, 동정한 파라미터를 직접 제어 파라미터로 이용하는 종래의 구성에 비하여 모델화 오차로 인한 허용도가 크다. 즉, 모델화 오차가 다소 커도 주파수 응답 특성의 경향만 파악할 수 있으면, 제어 파라미터를 적절하게 조정할 수 있다. 따라서 상기 구성에 따르면, 사출 성형기에 있어서 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시할 수 있다.

한편, 본 적용 예의 사출 성형기(10)의 제어 장치는, 사출 공정 등 유압 실린더(17)의 속도를 일정하게 제어하는 유량 제어 양태를 채용하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 모터 구동 장치(21)는, 유압 실린더(17) 안으로의 작동유 유량을 제어하는 유량 제어 장치로서도 기능한다. 유압 실린더(17)에의 작동유 유량은, 서보 모터(19)의 회전수를 검출함으로써 파악한다.

본 적용 예에 있어서는, 상기와 같은 유량 제어 양태와 압력 제어 양태를 경우에 따라 전환하여 사출 성형기(10)를 구동 제어한다.

더욱 상세하게는, 사출 성형기(10)의 제어 장치는, 유량 제어기인 모터 구동 장치(21)를 이용한 유량 제어의 시작 후, 유압 실린더(17) 안의 압력, 유압 실린더(17) 안을 슬라이딩하는 피스톤(16)의 스트로크, 및 유량 제어기를 이용한 유량 제어가 시작되고 난 후의 시간 중 1개 이상을 검출하고, 각각에 설정된 정해진 문턱 값을 초과하였을 경우에, 유량 제어 대신에 압력 제어기를 이용한 압력 제어를 시작하도록 구성된다. 압력 제어에서부터 유량 제어로의 이행도 마찬가지로 문턱 값을 설정하여 판정한다. 또한, 압력 제어에서부터 유량 제어로 이행할 때의 문턱 값은, 유량 제어에서부터 압력 제어로 이행할 때의 문턱 값과 같을 수 있고, 다른 문턱 값을 설정하는 것으로 할 수 있다. 이로써 유량 제어와 압력 제어를 사출 성형기(10)의 상태에 따라 전환할 수 있기 때문에, 적절한 제어를 실시할 수 있다.

게다가, 유량 제어 공정과 압력 제어 공정에서는, 제어 대상(서보 모터(19))의 특성(제어 구조)이 변화한다. 이 때문에, 유량 제어 공정에서 압력 제어 공정으로의 이행 직후에 있어서는, PFC(22)의 동정 기구에 의한 주파수 응답 특성의 올바른 추정을 실시할 수 없을 가능성이 있다. 이와 같은 경우를 상정하여, PFC(22)의 조정 기구는, PFC(22)의 동정 기구에 의해 순차적으로 추정된 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성, 및 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 기구에 의해 추정된 주파수 응답 특성 중 어느 하나를 선택하고, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하도록 구성되어 있을 수 있다.

이와 같은 구성에 따르면, 압력 제어기(20)에 의한 사출 성형기(10)의 제어를 시작한 직후 등의 순차적인 동정에 의한 주파수 응답 특성의 올바른 추정이 곤란한 경우에는, 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 기구에 의해 추정된 주파수 응답 특성을 이용하여 압력 보상 값을 조정함으로써 적응 제어가 불안정해지는 것을 방지하면서 그 밖의 경우에는, 순차적으로 동정된 주파수 응답 특성을 이용하여 사출 성형기(10)의 제어를 함으로써 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 실시할 수 있다.

순차적으로 동정된 주파수 응답 특성과 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 기구에 의해 추정된 주파수 응답 특성 중 어느 것을 선택할 지의 전환에 있어서도, 유압 실린더(17) 안의 압력, 유압 실린더(17) 안을 슬라이딩하는 피스톤(16)의 스트로크, 및 유량 제어기를 이용한 유량 제어가 시작되고 난 후의 시간 중 1개 이상을 검출하고, 검출한 값이 미리 설정된 정해진 문턱 값을 초과하였을 경우에, 전환하는 것으로 할 수 있다.

도 13은 도 11 및 도 12에 나타내는 사출 성형기에 있어서 사출 공정 및 보 압 공정의 전환 시뮬레이션을 실시하였을 때의 각 출력을 나타내는 그래프이다. 도 13의 예에서는, 유량 제어에서 압력 제어로의 전환은 유압 실린더(17) 안의 유압이 정해진 문턱 값(약 9㎫)에 도달함으로써 실시하고 있다. 도 13에 따르면, 사출 공정에 있어서는 유량 제어를 하고, 유압 실린더(17) 안의 유압이 문턱 값을 초과함으로써 압력 제어인 보압 공정으로 이행하고 있다. 보압 공정에 있어서는, 압력 지시 값(r)에 따라 규범 모델의 출력(y_m)이 생성되고, 압력 제어 값(y)도 규범 모델의 출력(y_m)에 잘 추종할 수 있어 양호한 응답이 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있다.

＜변형예＞

이상으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 벗어나지 않는 범위 안에서 다양한 개선, 변경, 수정이 가능하다.

예를 들면, 상기의 실시예에 있어서는, 동정 기구(6)로서 선형 블랙박스 모델의 파라미터를, 칼만 필터를 이용하여 추정하는 구성에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 선형 블랙박스 모델의 파라미터를 순차 최소 이승법(RLS: Recursive Least Squares)을 이용하여 추정할 수 있다. 순차 최소 이승법에 있어서 모델 파라미터의 변동을 고려할 때에는, 과거 데이터에 대하여 지수적으로 중량감을 작게 하는 망각 계수(α)를 설정하고 아래와 같이 파라미터 추정을 실시한다.

여기서, θ(k)는 모델의 파라미터 벡터를 나타내고, φ(k)는 시각(k)에 있어서의 데이터 벡터를 나타내고, ε는 예측 오차를 나타낸다. 또,

는 양의 정수이며, I는 단위 행렬을 나타낸다.

또, 제어 대상(2)의 물리 구조가 분명한 경우에는, 동정 기구(6)로서 제어 대상(2)의 물리적 모델을 적용하는 것으로 할 수 있다. 이로써 더욱 고정밀도의 적응 제어 장치를 구성할 수 있다. 이 경우, 동정 기구(6)는 물리적 모델의 미지수를, 칼만 필터를 이용하여 추정하도록 구성되어 있을 수 있다. 이로써 이미 알려진 구성을 이용하여 물리 모델에 의한 적응 제어를 용이하게 실현할 수 있다. 예를 들면, 유압 실린더의 압력 제어를 실시하는 경우, 유압 실린더의 압력 변화 모델은 아래에 주어진다.

여기서, p는 실린더의 압력[Pa]을 나타내고, q는 실린더에의 토출 유량[m³/s]을 나타내고, A는 실린더 단면적[m²]을 나타내고, x는 실린더 변위[m]를 나타내고, y는 실린더 속도[m/s]를 나타내고, κ는 체적 탄성 계수를 나타낸다. 여기서, 실린더에의 토출 유량(q)이 조작량이며, 실린더 압력(p)이 제어량이 된다. 또, 실린더 단면적(A)은 이미 알고 있고, 실린더 변위(x)와 실린더 속도(y)는 측정 가능(이미 알려짐)하지만, 체적 탄성 계수(κ)는 불명한 것으로 한다.

식(36)을 이산화하고, 체적 탄성 계수(κ)의 변동을 고려하여 상태 방정식으로 나타내면 아래와 같이 된다.

여기서, Q₀는 체적 탄성 계수의 분산(변동 폭)을 나타내고, R은 관측 잡음의 분산을 나타낸다. 또, T_s는 제어 주기[sec]이다. 또한, 체적 탄성 계수의 분산(Q₀)은 정상 상태(입출력에 변화가 없는 상태)에서는 0으로 한다.

상기 식(37)에 근거하여 칼만 필터를 적용해서 물리 모델의 미지수인 체적 탄성 계수(κ)를 추정한다. 여기서, 추정 순서를 나타내기 전에 아래의 기호를 정의한다.

이하, 칼만 필터에 의한 추정 순서를 구체적으로 나타낸다. 먼저, 파라미터 추정 값의 초기 값(θ_i(k))과 오차 공분산 행렬의 초기 값(P_i(k))을 제공함으로써 동정 기구(6)는, 아래와 같이 예측 오차(ε_i(k))와 칼만 게인(W(k))을 계산한다.

상기 식(39) 및 식(40)으로부터, 아래와 같이 파라미터 추정 값(θ(k)) 및 오차 공분산 행렬(P(k))을 수정한다.

게다가, 시간 단계를 갱신하여 다음 단계에서의 파라미터 추정 값의 초기 값(θ_i(k + 1)) 및 오차 공분산 행렬의 초기 값(P_i(k+1))을 계산한다.

단, 정상 상태에 있어서는, 파라미터의 분산(Q) = 0이기 때문에, 오차 공분산 행렬의 다음 단계에서의 초기 값(P_i(k+1))은, P(k)만 된다.

이상과 같이 하여 파라미터 벡터(θ)를 순차적으로 추정함으로써 체적 탄성 계수(κ)가 추정된다.

여기서, 유압 실린더에 유입하는 유량(q(k))에서 유압 실린더의 압력(p(k))까지의 전달 함수(G(z))는, 아래와 같이 나타내진다.

상기 식(45)은, 측정 가능한 실린더 변위(x(k))와, 이미 알려진 실린더 단면적(A)과, 동정 기구(6)에서 추정된 체적 탄성 계수(κ(k))에 의해 표현 가능하게 된다. 이상과 같이, 제어 대상(2)의 물리 구조가 분명한 경우에는, 이미 알려진 구성을 이용하여 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성을 더욱 고정밀도로 추정할 수가 있다.

이 외에, 선형 블랙박스 모델을 이용하지 않고 제어 대상(2)을 동정하는 것도 가능하다. 예를 들면, HARF(Hyperstable Adaptive Recursive Filter)나 SHARF(Simplified HARF) 등의 적응 디지털 필터를 이용하여 제어 대상(2)을 나타내는 IIR 필터를 구하는 것으로 할 수 있다. 게다가, 본 발명에 있어서는 최종적으로 제어 대상(2)의 주파수 응답 특성을 추정할 수 있으면 좋기 때문에, 반드시 제어 대상(2)의 모델 동정을 실시할 필요는 없다. 즉, 동정 기구(6)에 있어서, 주파수 응답 특성을 직접 추정하는 것으로 할 수 있다. 주파수 응답 특성을 직접 추정하는 방법으로서는, 예를 들면 단시간 푸리에 변환 및 연속 웨이브렛 변환 등의 방법을 생각할 수 있다.

또, 상기 실시예에 있어서는, PFC(4)를 적용하는 제어기(3)로서 SAC 기구를 가진 구성에 대하여 설명하였지만, 제어기(3)는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제어기는 적응 PID 제어 기구일 수도 있다. 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응 제어 장치의 개략 구성 예를 나타내는 블록도이다. 도 14에 나타내는 예의 적응 제어 장치(1B)에 있어서는, 제어 대상(2)의 출력(제어 값)(y)에 PFC(4)(PFC 연산부(5))의 출력(y_f)을 부가한 확대 제어계의 출력(y_a)과 지시 값(r)의 오차(e), 해당 오차(e)의 적분 값(w)과 미분 값(d)에 기초하여 적응 PID 제어기(3B)의 적응 비례 게인(K_P), 적응 미분 게인(K_D), 적응 적분 게인(K_I)이 조정된다. 또한, 적응 PID 제어에 동정 기구(6) 및 조정 기구(7)를 구비하지 않은 PFC(40)를 적용하는 구성 자체의 더욱 상세한 설명은 공지이므로 생략한다(예를 들면 국제 공개 제2008/018496호나 이와이젠타 외 '단순 적응 제어 SAC'2008(모리키타 출판) 등을 참조).

또, 제어기는 슬라이딩 모드 제어(Sliding Mode Control) 기구일수도 있다. 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응 제어 장치의 개략 구성 예를 나타내는 블록도이다. 도 15에 나타내는 예의 적응 제어 장치(1C)에 있어서는, 확대 제어계의 출력(제어 값)(y_a)과 지시 값(r)의 오차를 전환 함수(σ)로서 슬라이딩 모드 컨트롤러(3C)에 의해, 비선형의 전환 입력(조작 값)(u)이 계산된다. 일반적인 슬라이딩 모드 제어에 있어서는 전환 초평면을 제어 대상의 상태 변수를 이용하여 구성 하지만, 본 예와 같이 PFC(4)를 이용함으로써 제어 대상(2)만으로부터 전환 초평면을 구성할 수 있다. 따라서 옵저버 등의 상태 변수를 추정하는 기구가 불필요해지기 때문에, 비교적 용이하게 제어계(슬라이딩 모드 제어계)를 구축할 수 있다. 또한, 슬라이딩 모드 제어계에 동정 기구(6) 및 조정 기구(7)를 구비하지 않은 PFC(40)를 적용하는 구성 자체의 더욱 상세한 설명은 공지이므로 생략한다(예를 들면 이와이젠타 외 ' 단순 적응 제어 SAC ' 2008(모리키다 출판) 등을 참조).

본 발명의 일 실시예에 있어서의 적응 제어 장치와 PFC의 전달 함수가 고정인 SAC 장치(비교예) 각각에 대하여 제어 대상의 전달 함수가 변화하는 모델을 이용하여 제어 대상의 출력(y)의 규범 모델의 출력(ym)에 대한 추종성을 시뮬레이션하였다. 또한, 본 실시예 및 비교예에 있어서 SAC의 각 파라미터 중 비교예의 PFC의 출력 게인(0.005) 및 주파수(30㎐)가 고정 값인 것 외에는 (제어 주기(T_s), 규범 모델의 파라미터(a_m,b_m,c_m,d_m), 조정 법칙 게인(

_pe,

_px,

_ppu), σ 수정 게인(

_e1 ~

_e3,

_x1~

_x3,

_u1 ~

_u3 등은), 본 실시예 및 비교예 모두 같은 값을 이용하고 있다. 또, 본 실시예에 있어서, 위상 지연의 문턱 값(φ_p)은 180°, 주파수 게인(α_k) = 1.5, 게인 계수(α_k) = 1로 하고 있다.

제어 대상의 모델로서는, 전달 함수(G(s))가 아래와 같이 시각에 따라 변화하는 모델을 채용하였다.

상기 식(46)에 있어서는, 전달 함수(G(s))가 시각에 따라 전환할 때마다 게인이 10배 변화하는 모델로 되어 있다. 어떤 게인에 있어서도 안정적인 PFC를 설계할 필요가 있기 때문에, 본 비교예에 있어서는 제어 대상의 게인이 큰 영역(0≤t＜4, 12≤t＜20에 있어서의 전달 함수(G(s)) = 1.5e^－0.025s/(5s+1))에 있어서 PFC의 보상 값이 최적이 되도록 설계되어 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 있어서 적응 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 또, 도 17은 비교예에 있어서 SAC 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 16 및 도 17에 나타내는 바와 같이, 제어 대상의 게인이 큰 영역(0≤t＜4, 12≤t＜20에 있어서의 전달 함수(G(s)) = 1.5e^－0.025s/(5s+1))에서는, 본 실시예 및 비교예 중 어느 것에 있어서도 제어 대상의 출력(제어 값)(y)이 규범 모델의 출력(규범 출력)(y_m)에 잘 추종할 수 있는 것을 알 수 있다.

하지만, 제어 대상의 게인이 작은 영역(4≤t＜12에 있어서의 전달 함수(G(s)) = 0.15e^－0.025s/(5S+1))에서는, 비교예(도 17)에 있어서의 PFC의 보상 값이 매우 커져 있다. 이는, 게인이 작은 영역에 있어서 비교예의 PFC가 약 10배의 과잉 보상을 하고 있는 결과이라고 고찰할 수 있다. 이 때문에, 도 17에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는 게인이 작은 영역에 있어서, 제어 대상의 출력(y)이 규범 모델의 출력(y_m)에 추종할 수 있지 않다.

한편, 본 실시예(도 16)에 있어서는, 제어 대상의 게인이 작은 영역이라도, PFC의 보상 값이 과도하게 커지지 않고 제어 대상의 출력(y)이 규범 모델의 출력(y_m)에 잘 추종할 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 적응 제어 장치에 따르면, 제어 대상의 전달 함수(게인)가 변동하여도 PFC의 보상 값이 적정화되기 때문에, 제어 대상의 변동에 상관없이 제어계의 출력(y)을 규범 모델의 출력(y_m)에 안정적으로 추종시킬 수 있는 것이 나타났다.

상기 설명으로부터, 당업자에게는, 본 발명의 많은 개선이나 다른 실시예가 명백하다. 따라서 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 가장 좋은 측면을 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능을 실질적으로 변경할 수 있다.

본 발명의 적응 제어 장치 및 제어 방법 및 사출 성형기의 제어 장치는, 응답성의 악화를 방지하면서 최적의 적응 제어를 자동적이고도 간단하게 실시하기 위하여 유용하다.

1,1B,1C: 적응 제어 장치
2: 제어 대상
3: 제어기
3B: 적응 PID 제어기
3C: 슬라이딩 모드 컨트롤러
4,22: PFC
5: PFC 연산부
6: 동정 기구
7: 조정 기구
10: 사출 성형기
11: 노즐
12: 사출 실린더
13: 히터
14: 호퍼
15: 스크류
16: 피스톤
17: 유압 실린더
18: 유압 펌프
19: 서보 모터(모터)
20: 압력 제어기
21: 모터 구동 장치
31: 규범 모델 적용부
32: 제1 승산기
33: 제2 승산기
34: 제3 승산기
35: 제1 감산기
36: 제1 가산기
37: 제2 가산기
38: 동적 보상기
39: 제3 가산기
41: 제4 가산기

Claims

제어 대상에 조작 값을 출력하는 제어기와, 상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값의 귀환 값을 보상하기 위한 보상 값을 상기 조작 값에 기초하여 출력하는 병렬 피드 포워드 보상기를 구비하고, 상기 제어기가 상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값에 병렬 피드 포워드 보상기에서 출력되는 보상 값을 더한 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 조작 값을 출력하도록 하여 피드백 제어를 실시하는 적응 제어 장치이며,
상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 기구와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 보상 값을 조정하는 조정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 동정 기구는, 상기 제어 대상의 모델을 순차적으로 동정하여 상기 제어 대상의 전달 함수를 추정하고, 추정한 전달 함수에 기초하여 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 동정 기구는, 선형 블랙박스 모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 동정 기구는, 상기 선형 블랙박스 모델의 다항식 표현에 있어서의 각 계수를, 칼만 필터를 이용하여 추정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 동정 기구는, 상기 제어 대상의 물리 모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 동정 기구는, 상기 제어 대상의 상기 물리 모델의 미지수를, 칼만 필터를 이용하여 추정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 기구는, 상기 주파수 응답 특성에서 상기 제어 대상의 위상 지연이 정해진 값 이상이 되는 주파수 및 게인에 정해진 계수를 곱함으로써 상기 보상 값을 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 일차 지연계의 전달 함수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어기는, 정해진 응답을 제공하도록 설계된 규범 모델에 상기 제어 대상이 출력하는 제어 값이 추종하도록 복수의 적응 게인이 조정되는 단순 적응 제어 기구를 구비하고, 상기 복수의 적응 게인은, 상기 지시 값에 대한 제1 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 상태량에 대한 제2 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 출력과 상기 귀환 값의 편차에 대한 피드백 게인을 포함하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 장치.
사출 성형기의 유압 실린더 안의 압력을 조정하는 모터에 압력 조작 값을 출력하는 압력 제어기와, 상기 유압 실린더 안의 압력에 기초한 귀환 값을 보상하기 위한 압력 보상 값을 상기 압력 조작 값에 기초하여 출력하는 병렬 피드 포워드 보상기를 구비하고, 상기 압력 제어기가 상기 유압 실린더 안의 압력에 상기 병렬 피드 포워드 보상기에서 출력되는 압력 보상 값을 더한 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 압력 조작 값을 출력하도록 하여 피드백 제어를 실시하는 사출 성형기의 제어 장치이며,
상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 기구와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하는 조정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
제10항에 있어서, 상기 조정 기구는, 상기 동정 기구에 의해 순차적으로 추정된 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성, 및 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 기구에 의해 추정된 주파수 응답 특성 중 어느 하나를 선택하고, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 유압 실린더 안으로의 작동유 유량을 제어하는 유량 제어기를 구비하며,
상기 유량 제어기를 이용한 유량 제어의 시작 후, 상기 유압 실린더 안의 압력, 상기 유압 실린더 안을 슬라이딩하는 피스톤의 스트로크, 및 상기 유량 제어기를 이용한 유량 제어가 시작되고 난 후의 시간 중 1개 이상을 검출하고, 검출한 값이 미리 설정된 정해진 문턱 값을 초과하였을 경우에, 상기 유량 제어기 대신에 상기 압력 제어기를 이용한 압력 제어를 시작하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 장치.
제어 대상에 병렬 피드 포워드 보상기를 부가하여 구성되는 제어계를 이용한 적응 제어 방법이며,
상기 제어 대상에 조작 값을 출력하는 조작 값 출력 단계와,
상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값의 귀환 값을 보상하기 위한 보상 값을 상기 조작 값에 기초하여 출력하는 보상 값 출력 단계와,
상기 제어 대상에서 출력되는 제어 값에 상기 보상 값을 더한 상기 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 조작 값을 출력하도록 피드백 제어를 실시하는 피드백 제어 단계를 포함하고,
상기 보상 값 출력 단계는,
상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 단계와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 보상 값을 조정하는 조정 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제13항에 있어서, 상기 동정 단계는, 상기 제어 대상의 모델을 순차적으로 동정하여 상기 제어 대상의 전달 함수를 추정하고, 추정한 전달 함수에 기초하여 상기 제어 대상의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제14항에 있어서, 상기 동정 단계는, 선형 블랙박스 모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제15항에 있어서, 상기 동정 단계는, 상기 선형 블랙박스 모델의 다항식 표현에 있어서의 각 계수를, 칼만 필터를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제14항에 있어서, 상기 동정 단계는, 상기 제어 대상의 물리 모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제17항에 있어서, 상기 동정 단계는, 상기 제어 대상의 상기 물리 모델의 미지수를 칼만 필터를 이용하여 추정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 단계는, 상기 주파수 응답 특성에서 상기 제어 대상의 위상 지연이 정해진 값 이상이 되는 주파수 및 게인에 정해진 계수를 곱함으로써 상기 보상 값을 조정하는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 병렬 피드 포워드 보상기는, 일차 지연계의 전달 함수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 조작 값 출력 단계는, 정해진 응답을 제공하도록 설계된 규범 모델에 상기 제어 대상이 출력하는 제어 값이 추종하도록 복수의 적응 게인을 조정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 적응 게인은, 상기 지시 값에 대한 제1 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 상태량에 대한 제2 피드 포워드 게인과, 상기 규범 모델의 출력과 상기 귀환 값의 편차에 대한 피드백 게인을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 적응 제어 방법.
사출 성형기의 유압 실린더 안의 압력에 병렬 피드 포워드 보상기를 부가하여 구성되는 제어계를 이용한 사출 성형기의 제어 방법이며,
상기 사출 성형기의 유압 실린더의 압력을 조정하는 모터에 압력 조작 값을 출력하는 조작 값 출력 단계와,
상기 유압 실린더 안의 압력에 기초한 귀환 값을 보상하기 위한 압력 보상 값을 상기 압력 조작 값에 기초하여 출력하는 보상 값 출력 단계와,
상기 유압 실린더 안의 압력에 상기 압력 보상 값을 더한 상기 귀환 값과 지시 값에 기초하여 상기 압력 조작 값을 출력하도록 피드백 제어를 실시하는 피드백 제어 단계를 포함하고,
상기 보상 값 출력 단계는, 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성을 순차적으로 추정하는 동정 단계와, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하는 조정 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 방법.
제22항에 있어서, 상기 조정 단계는, 상기 동정 단계에 의해 순차적으로 추정된 상기 사출 성형기의 주파수 응답 특성, 및 미리 정해진 주파수 응답 특성 또는 과거에 상기 동정 단계에 의해 추정된 주파수 응답 특성 중 어느 하나를 선택하고, 해당 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 압력 보상 값을 조정하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 방법.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 유압 실린더 안으로의 작동유 유량을 제어하는 유량 제어 단계를 구비하며,
상기 유량 제어 단계의 시작 후, 상기 유압 실린더 안의 압력, 상기 유압 실린더 안을 슬라이딩하는 피스톤의 스트로크, 및 상기 유량 제어 단계가 시작되고 난 후의 시간 중 1개 이상이 미리 설정된 정해진 문턱 값을 초과하였을 경우에, 상기 유량 제어 단계 대신에 상기 조작 값 출력 단계, 상기 보상 값 출력 단계 및 상기 피드백 제어 단계를 포함하는 압력 제어 단계를 시작하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 제어 방법.