JP2008293192A

JP2008293192A - 制御ゲイン自動設定装置

Info

Publication number: JP2008293192A
Application number: JP2007136742A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kusatsumi; 崇志久積; Kenji Okawa; 賢司大河
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】制御対象の伝達関数のパラメータが明確に数式で表現できない場合においても、適切な制御ゲインが自動で得られる制御ゲイン自動設定装置を提供する。
【解決手段】制御用コントローラ２と制御対象４によりフィードバック制御ループを構成するシステムにおける制御対象４の制御ゲインを自動設定する制御ゲイン自動設定装置において、制御対象４の制御応答を測定するためのパラメータが予め格納されたパラメータ格納部２ａを有する制御用コントローラ２と、制御用コントローラ２のパラメータ格納部２ａからパラメータを読み込むパラメータ読み込み手段１ａと、制御対象を測定条件に自動設定する測定条件自動設定手段１ｂと、制御対象４の応答を測定する制御応答測定手段１ｃと、を含む自動応答測定装置１と、自動応答測定装置１の出力から制御対象４のパラメータを同定し、制御対象４の制御ゲインを決定する制御ゲイン決定装置３と、を備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、油圧や電動機により制御対象となる機械を動作させ、位置あるいは圧力などを目標値に制御するフィードバック制御ループを有するシステムにおいて、電気的特性、周囲環境等により制御対象の特性が変化する制御ループの制御ゲインを自動設定する制御ゲイン自動設定装置に関するものである。

この種の従来装置として、電流指令値及び電流フィードバック値を基に電流制御を行なう電流マイナーループを有し、電動機を可変速制御するインバータ装置において、制御ゲインを設定する際、電流制御部のステップ応答をとることにより、接続されている電動機を自動的に検知し、それに適合した制御ゲインに自動的に設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１７６５９２号公報（要約の欄、図１）

上記特許文献１において提案されている制御ゲイン自動設定装置によれば、制御ゲインの設定調整に要していた時間の短縮化及び調整の簡略化が図れる利点がある。この特許文献１で提案されている制御ゲイン自動設定装置は、制御対象が明確に数式で表現される、即ち、伝達関数のパラメータが明確に数式表現できる場合においては最適な制御ゲインを決定することができる。しかし、実際の制御対象が明確に数式で表現できることは稀であり、いくらかの不確かさをもっているため、数式に基づいて最適な制御ゲインを決定することはできず、ある程度の微調整が必要となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、制御対象の伝達関数のパラメータが明確に数式で表現できない場合においても、適切な制御ゲインが自動で得られる制御ゲイン自動設定装置を提供することを目的とする。

この発明に係る制御ゲイン自動設定装置は、制御用コントローラと制御対象によりフィードバック制御ループを構成するシステムにおける上記制御対象の制御ゲインを自動設定する制御ゲイン自動設定装置において、上記制御対象の制御応答を測定するためのパラメータが予め格納されたパラメータ格納部を有する制御用コントローラと、上記制御用コントローラの上記パラメータ格納部からパラメータを読み込むパラメータ読み込み手段と、上記制御対象を測定条件に自動設定する測定条件自動設定手段と、上記制御対象の応答を測定する制御応答測定手段と、を含む自動応答測定装置と、上記自動応答測定装置の出力から上記制御対象のパラメータを同定し、上記制御対象の制御ゲインを決定する制御ゲイン決定装置と、を備えたものである。

この発明に係る制御ゲイン自動設定装置によれば、制御対象の伝達関数のパラメータが明確に数式で表現できない場合においても、適切な制御ゲインを得ることができ、その際に人手を要することなく、自動的に容易に最適な制御ゲインを求めることができる効果がある。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る制御ゲイン自動設定装置について好適な実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る制御ゲイン自動設定装置を示すブロック構成図であり、図２はその詳細を説明するブロック構成図である。
図１において、制御ゲイン自動設定装置１０は、自動応答測定装置１、制御用コントローラ２、制御ゲイン決定装置３か構成されている。自動応答測定装置１は、制御用コントローラ２と制御対象４からなるフィードバック制御ループの上位に接続され、制御用コントローラ２から自動応答測定に必要なデータ等を受け取り、制御用コントローラ２に対して自動応答測定のための指令を出力する。また、自動応答測定装置１は、同様にフィードバック制御ループの上位に接続されている制御ゲイン決定装置３と接続されており、この制御ゲイン決定装置３は、自動応答測定装置１と互いに必要なデータや動作タイミング信号等を送受信すると共に、制御ゲイン決定に必要な信号を制御対象４から受け取って制御用コントローラ２に出力する。

自動応答測定装置１は、図２に示すようにパラメータ読込手段１ａ、測定条件自動設定手段１ｂ、及び制御応答測定手段１ｃから構成されている。また、制御用コントローラ２には、図３に一例示すパラメータ（データ）が格納されたパラメータ格納部２ａ、フィードバック制御ソフト部２ｂ、及び図４に構成例を示すゲインテーブルを有する制御ゲインテーブル部２ｃが設けられている。更に、制御ゲイン決定装置３は、制御ゲイン書換手段３ａと制御ゲイン決定手段３ｂから構成されている。

図３はパラメータ格納部２ａに予め決められたフォーマットで格納されたパラメータの一例を示すもので、パラメータ格納部２ａには図３の左側に示すように、何を定義するかの宣言文が予め決められていて、記述の仕方も同様に決められている。この宣言文と記述の仕方の規定がフォ−マットであり、また、図３の右側に示すように、宣言文にそれぞれ数値やアドレスなどを設定するが、これらがパラメータである。

図３において、「自動測定変数数，測定個数：２，１０，５」とある「２」は条件を変えて測定する変数が２個あることを示している。つまり、ゲインテーブルが２次元となることを示している。また、「１０，５」はゲインテーブルの構成を示しており、自動測定変数１については１０通り、自動測定変数２については５通りの測定スケジュールがあることを示している。なお、スケジュールとは、条件を変えて自動で応答を測定するときの順序を決めることが測定条件自動設定手段１ｂの機能の一つであり、その順序のことである。測定条件自動設定手段１ｂでは、上記順序に沿って応答を自動測定する条件を整えるのが最終的な目的となっている。例えば、測定対象物の位置を１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍ、・・・・５５ｃｍと順番に変えていくことが目的で、その順序がスケジュールである。なお、図４は、図３に示すパラメータに基づくゲインテーブルを示したものである。

実施の形態１に係る制御ゲイン自動設定装置は上記のように構成されており、次にその動作を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
図３に示すように、制御用コントローラ２のパラメータ格納部２ａには、自動応答測定装置１が自動で測定するために必要なパラメータが、予め決められたフォーマットで格納されている。パラメータ読込手段１ａは、測定条件自動設定手段１ｂからの測定起動指令に従い、制御用パラメータを制御用コントローラ２のパラメータ格納部２ａからから読み込み（ステップＳ５１）、測定条件自動設定手段１ｂに自動設定に必要なデータを送る（ステップＳ５２）。

測定条件自動設定手段１ｂは送られたデータをもとに、自動設定のスケジュールを決定し、先ず、最初の設定のための目標値を制御用コントローラ２のフィードバック制御ソフト部２ｂに出力する（ステップＳ５３）。

これにより、制御用コントローラ２は制御対象４を与えられた目標値に設定し、設定完了を確認後（ステップＳ５４）、設定確認信号を自動応答測定装置１の制御応答測定手段１ｃに送る（ステップＳ５５）。

制御応答測定手段１ｃは設定確認信号を受け、ステップ応答（または周波数応答）測定のための信号を制御用コントローラ２のフィードバック制御ソフト部２ｂに出力し、この出力は制御対象４へと送られる（ステップＳ５６）。

制御ゲイン決定装置３の制御ゲイン決定手段３ｂは制御対象４のステップ応答（または周波数応答）波形を取り込み（ステップＳ５７）、制御対象４のモデルを同定し、最適と思われるゲインを計算する（ステップＳ５８）。計算されたゲインは制御ゲイン書換手段３ａに送られ、制御ゲイン書換手段３ａは制御用コントローラ２に設定されている制御ゲインテーブル部２ｃの今回の測定条件に相当するゲイン（または測定が終わっていないゲイン全て）を書き換える（ステップＳ５９）。

制御ゲイン書換手段３ａにおいてゲインの書き換えが完了するのをもって、ステップＳ５４からの手順を数回繰り返し、最適な制御ゲインを求め（ステップＳ６０）、その後はステップＳ５４からの手順を自動設定のスケジュールに応じて繰り返し実施し（ステップＳ６１）、全ての測定条件で制御ゲインを決定する（ステップＳ６２）。

以上説明したように、実施の形態１に係る制御ゲイン自動設定装置は、制御対象のモデルを決めるパラメータを、制御ゲインテーブルのパラメータとして制御用コントローラにもたせており、自動でステップ応答（または周波数応答）を繰り返しながら、最適な制御ゲインをもとめるので、制御対象を表現する数式からゲインを求める方式に比べ、人手を要することなく、自動的に容易に最適な制御ゲインを求めることができる効果がある。

この発明は、油圧や電動機により制御対象である機械を動作させ、位置あるいは圧力などを目標値に制御するフィードバック制御ループを有する装置の制御ゲイン自動設定装置として適用できる。

この発明の実施の形態１に係る制御ゲイン自動設定装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る制御ゲイン自動設定装置の詳細を説明するブロック図である。予め決められたフォーマットで記載されたパラメータの一例を示すものである。図３に示すパラメータに基づくゲインテーブルの一例を示すものである。この発明の実施の形態１に係る制御ゲイン自動設定装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１自動応答測定装置
１ａパラメータ読込手段
１ｂ測定条件自動設定手段
１ｃ制御応答測定手段
２制御用コントローラ
２ａパラメータ記載部
２ｂフィードバック制御ソフト
２ｃ制御ゲインテーブル
３制御ゲイン決定装置
３ａ制御ゲイン書換手段
３ｂ制御ゲイン決定手段
４制御対象

Claims

制御用コントローラと制御対象によりフィードバック制御ループを構成するシステムにおける上記制御対象の制御ゲインを自動設定する制御ゲイン自動設定装置において、
上記制御対象の制御応答を測定するためのパラメータが予め格納されたパラメータ格納部を有する制御用コントローラと、
上記制御用コントローラの上記パラメータ格納部からパラメータを読み込むパラメータ読み込み手段と、上記制御対象を測定条件に自動設定する測定条件自動設定手段と、上記制御対象の応答を測定する制御応答測定手段と、を含む自動応答測定装置と、
上記自動応答測定装置の出力から上記制御対象のパラメータを同定し、上記制御対象の制御ゲインを決定する制御ゲイン決定装置と、
を備えた制御ゲイン自動設定装置。
上記制御ゲイン決定装置は、上記自動応答測定装置の出力から制御対象のパラメータを同定し、制御ゲインを決定する制御ゲイン決定手段と、上記制御ゲイン決定手段により決定された制御ゲインを上記制御用コントローラに書き込む制御ゲイン書換手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の制御ゲイン自動設定装置。