JP2021105818A - Controller setting method for two-freedom-degree control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2自由度制御システムの制御器設定方法に関する。 The present invention relates to a controller setting method for a two-degree-of-freedom control system.
近年、フィードバッグ制御及びフィードフォワード制御の両方を用いて、制御対象を制御する2自由度制御システムが提案されている。2自由度制御システムで制御対象を制御することで、フィードバック制御のみで制御する場合に比べて、速い応答性を実現可能である。 In recent years, a two-degree-of-freedom control system for controlling a controlled object using both feed bag control and feed forward control has been proposed. By controlling the control target with the two-degree-of-freedom control system, it is possible to realize faster responsiveness as compared with the case of controlling only by feedback control.
上記の2自由度制御システムでは、フィードフォワード制御器を構成するために、制御対象のモデルの同定が必要となる。制御対象のモデルは、例えば関数で規定されるが、関数の係数等を正確に規定するのに工数がかかってしまう。また、必ずしも制御対象のモデルを正確に規定できない。この結果、2自由度制御システムを迅速に求められない。 In the above two-degree-of-freedom control system, it is necessary to identify the model to be controlled in order to configure the feedforward controller. The model to be controlled is defined by a function, for example, but it takes man-hours to accurately define the coefficient of the function. Moreover, it is not always possible to accurately define the model to be controlled. As a result, a two-degree-of-freedom control system cannot be obtained quickly.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、制御対象の数式モデルを用いずに2自由度制御システムを迅速かつ精度良く設計することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to design a two-degree-of-freedom control system quickly and accurately without using a mathematical model to be controlled.
本発明の一の態様においては、フィードバック制御器及びフィードフォワード制御器によって制御対象を制御する2自由度制御システムの制御器設定方法であって、前記制御対象を擬似した閉ループ系の伝達特性を、前記閉ループ系の制御パラメータを求めるデータ駆動制御に基づいて設定するステップと、設定した前記閉ループ系の伝達特性の逆特性に基づいて、前記フィードフォワード制御器を設定するステップと、を有する、2自由度制御システムの制御器設定方法を提供する。 In one aspect of the present invention, it is a controller setting method of a two-degree-of-freedom control system in which a control target is controlled by a feedback controller and a feed-forward controller, and the transmission characteristic of a closed loop system simulating the control target is described. It has two freedoms, one is a step of setting based on the data drive control for obtaining the control parameter of the closed loop system, and the other is a step of setting the feed forward controller based on the inverse characteristic of the transmission characteristic of the closed loop system. A controller setting method for a degree control system is provided.
また、前記フィードフォワード制御器を設定するステップにおいて、前記フィードフォワード制御器と同じ入力信号が入力される、目標値と制御対象応答の伝達関数を示す参照モデルのモデル特性と、前記閉ループ系の伝達特性の逆特性とを乗算して、前記フィードフォワード制御器を設定することとしてもよい。 Further, in the step of setting the feedforward controller, the model characteristics of the reference model showing the transfer function of the target value and the control target response to which the same input signal as that of the feedforward controller is input, and the transmission of the closed loop system. The feedforward controller may be set by multiplying the inverse characteristic of the characteristic.
また、前記伝達特性を設定するステップにおいて、前記データ駆動制御としてのFRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)又はVRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)に基づいて、前記伝達特性を設定することとしてもよい。 Further, in the step of setting the transmission characteristic, the transmission characteristic may be set based on FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning) or VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning) as the data drive control.
また、前記制御対象として、車両に搭載された構成要素を制御することとしてもよい。 Further, as the control target, a component mounted on the vehicle may be controlled.
本発明によれば、2自由度制御システムを迅速かつ精度良く設計できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to design a two-degree-of-freedom control system quickly and accurately.
<2自由度制御システムの構成>
2自由度制御システムは、フィードバック制御とフィードフォワード制御の両方を用いて制御対象を制御するための制御システムであり、通常のフィードバック制御にフィードフォワード制御を組み合わせることで、安定性と速応性の両立を実現している。
<2 degrees of freedom control system configuration>
The two-degree-of-freedom control system is a control system for controlling a controlled object using both feedback control and feed-forward control. By combining normal feedback control with feed-forward control, both stability and quick response are achieved. Has been realized.
以下では、本発明に係る2自由度制御システムの構成を説明する前に、比較例に係る2自由度制御システムの構成について、図1を参照しながら説明する。 In the following, before explaining the configuration of the two-degree-of-freedom control system according to the present invention, the configuration of the two-degree-of-freedom control system according to the comparative example will be described with reference to FIG.
図1は、比較例に係る2自由度制御システム100の概要を説明するための模式図である。比較例に係る2自由度制御システム100においては、フィードバック制御器120のフィードバック指令と、フィードフォワード制御器130のフィードフォワード指令とが、加算器140で加算されて、制御対象150への指令となる。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the outline of the two-degree-of-
ここで、制御対象150の伝達関数がPであり、フィードバック制御器120の伝達関数がKであるものとする。一方で、フィードフォワード制御器130の伝達関数は、制御対象150のモデルの伝達関数P−1を用いて設定できる。この際、伝達関数P−1のみでは微分が発生してしまうので、参照モデル110の伝達関数Mを組み合わせて設定される。すなわち、フィードフォワード制御器130の伝達関数は、P−1Mとなる。なお、参照モデル110の伝達関数Mは、例えば目標値と制御対象応答の伝達関数である。
Here, it is assumed that the transfer function of the controlled
ところで、比較例の2自由度制御システム100においては、フィードフォワード制御器130を構成するために、制御対象150のモデルの同定が必要となる。制御対象150のモデルは、例えば関数で規定されるが、関数の係数等を正確に規定するのに工数がかかってしまう。また、必ずしも制御対象150のモデルを正確に規定できない。
By the way, in the two-degree-of-
これに対して、以下に説明する本発明に係る2自由度制御システムにおいては、フィードフォワード制御器130を構成するための制御対象150のモデルが不要であり、フィードフォワード制御器130を直ぐに設計することが可能となる。
On the other hand, in the two-degree-of-freedom control system according to the present invention described below, the model of the
図2は、本発明の一の実施形態に係る2自由度制御システム1の構成を説明するための模式図である。2自由度制御システム1は、例えば制御対象として、トラック等の車両に搭載された構成要素を制御するシステムである。制御対象としては、例えば車両のトランスミッションの回転制御であるが、これに限定されず、エンジンの回転制御やモータの回転制御であってもよい。以下では、制御対象が、関数等で同定されていないものとする。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the two-degree-of-
2自由度制御システム1は、比較例と同様に、参照モデル10、フィードバック制御器20及びフィードフォワード制御器30を有する。参照モデル10、フィードバック制御器20及びフィードフォワード制御器30は、図1の参照モデル110、フィードバック制御器120及びフィードフォワード制御器130と同様の機能を有するので、詳細な説明は省略する。一方で、2自由度制御システム1は、制御対象を擬似した仮想制御対象である閉ループ系50を有する。
The two-degree-of-
閉ループ系50は、閉ループ系50の伝達特性が制御対象と擬制できるように、設けられている。閉ループ系50の伝達特性は、例えば2自由度制御システム1の設計者によって指定される。閉ループ系50の伝達特性は、本実施形態では、閉ループ系50の制御パラメータを求めるデータ駆動制御に基づいて設定される。データ駆動制御として、ここではFRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)が利用される。ただし、これに限定されず、データ駆動制御として、例えばVRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)を利用してもよい。
The closed loop system 50 is provided so that the transmission characteristics of the closed loop system 50 can be imitated as a controlled object. The transmission characteristics of the closed loop system 50 are specified, for example, by the designer of the two-degree-of-
FRITは、通常、制御システムにおける制御器の制御パラメータを調整するのに利用される。具体的には、FRITは、一組の入出力データと参照モデルから、閉ループ系の制御器の制御パラメータを自動調整する。 FRIT is typically used to adjust the control parameters of a controller in a control system. Specifically, FRIT automatically adjusts the control parameters of the closed-loop controller from a set of input / output data and a reference model.
図3は、FRITを適用した制御システム200を説明するための模式図である。
制御システム200は、図3に示すように、制御器202と、制御対象204と、参照モデル206とを有する。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a
As shown in FIG. 3, the
制御器202は、ここでは、制御パラメータθを引数とする関数C(θ)で表現される。制御対象204には、制御器202の出力である入力uが入力される。また、制御対象204の出力は、ここでは出力yであり、制御器202への入力にフィードバックされる。参照モデル206は、目標値と参照応答の伝達関数であり、制御対象204に入力する入力信号が入力される。制御システム200においては、制御対象204の出力yと、参照モデル206の出力とを一致させることが目的である。
The
ところで、制御システム200の応答(すなわち、制御対象204の出力y)と、参照モデル206及び入力信号から得られる目標応答(すなわち、参照モデル206の出力)との誤差が、評価関数として定義される。この場合、制御パラメータθは、評価関数において、制御対象204の出力yと参照モデル206の出力との2乗誤差を最小化するものを意味し、制御器202の最適なパラメータである。
By the way, the error between the response of the control system 200 (that is, the output y of the controlled object 204) and the target response obtained from the
図2に戻り、2自由度制御システム1の説明を続ける。制御対象と擬制した閉ループ系50は、制御器52と、制御対象54とを含む。閉ループ系50は、図3のFRITが適用された制御システム200に対応したものである。具体的には、制御器52が制御器202に相当し、制御対象54が制御対象204に相当する。
Returning to FIG. 2, the description of the two-degree-of-
閉ループ系50の伝達特性は、参照モデル206の伝達関数に相当し、ここではMFRITである。本実施形態では、設計者が伝達関数MFRITを設定することで、制御対象のモデルを使用することなく、制御対象と擬制した閉ループ系50の伝達特性が定まる。これにより、制御器52の制御パラメータは、閉ループ系50の伝達特性がMFRITと同等になるような最適なパラメータに設定される。
The transfer characteristic of the closed loop system 50 corresponds to the transfer function of the
定まった閉ループ系50の伝達特性(MFRIT)の逆特性(MFRIT −1)を用いることで、フィードフォワード制御器30を設定できる。例えば、フィードフォワード制御器30と同じ入力信号が入力される、目標値と参照応答の伝達関数を示す参照モデル10のモデル特性(伝達関数M)と、閉ループ系50の伝達特性の逆特性(MFRIT −1)とを乗算することで、フィードフォワード制御器30の伝達関数が設定される。すなわち、制御対象のモデルを使用することなく、フィードフォワード制御器30を設定できる。
The
<フィードフォワード制御器の設定の流れ>
2自由度制御システム1のフィードフォワード制御器30の設定の流れについて、図4を参照しながら説明する。
<Flow of feedforward control settings>
The flow of setting the
図4は、フィードフォワード制御器30の設定の流れを説明するためのフローチャートである。図4に示す一連の手順は、例えば2自由度制御システム1の設計者によって行われる。
FIG. 4 is a flowchart for explaining a flow of setting of the
図4のフローチャートは、閉ループ系50を設定するところから開始される(ステップS102)。すなわち、2自由度制御システム1の制御対象を擬制した閉ループ系50が設定される。
The flowchart of FIG. 4 starts from setting the closed loop system 50 (step S102). That is, a closed loop system 50 that imitates the control target of the two-degree-of-
次に、閉ループ系50の伝達特性を、データ駆動制御(例えばFRIT)に基づいて設定する(ステップS104)。例えば、FRITの参照モデルの伝達関数MFRITを、閉ループ系50の伝達特性として設定する。 Next, the transmission characteristic of the closed loop system 50 is set based on the data drive control (for example, FRIT) (step S104). For example, the transfer function M FRIT of the reference model of FRIT is set as the transfer characteristic of the closed loop system 50.
次に、閉ループ系50の制御パラメータを求める(ステップS106)。例えば、FRITの評価関数を用いることで、閉ループ系50の制御器52の最適な制御パラメータが求まる。すなわち、閉ループ系50の特性がMFRITと等しくなる制御パラメータが求まる。
Next, the control parameters of the closed loop system 50 are obtained (step S106). For example, by using the evaluation function of FRIT, the optimum control parameters of the
次に、閉ループ系50の伝達特性を用いて、フィードフォワード制御器30を設定する(ステップS108)。具体的には、伝達関数MFRITの逆特性(MFRIT −1)と、参照モデルのモデル特性(伝達関数)とを乗算して、フィードフォワード制御器30を設定する。
Next, the
なお、上記では、ステップS106の手順の後にステップS108の手順を行うこととしたが、これに限定されない。例えば、ステップS108の手順の後に、ステップS106の手順を行ってもよい。 In the above, the procedure of step S108 is performed after the procedure of step S106, but the procedure is not limited to this. For example, the procedure of step S106 may be performed after the procedure of step S108.
<本実施形態における効果>
上述した実施形態においては、2自由度制御システム1の制御対象を擬似した閉ループ系50の伝達特性を、閉ループ系50の制御パラメータを求めるデータ駆動制御(例えばFRIT)に基づいて設定する。次に、設定した閉ループ系50の伝達特性の逆特性(MFRIT −1)に基づいて、フィードフォワード制御器30を設定する。
これにより、制御対象のモデルを使用することなく、フィードフォワード制御器30を設定することができる。特に、制御対象のモデルの同定が難しい場合に、有効である。また、データ駆動制御に基づいた閉ループ系50の伝達特性を用いることで、フィードフォワード制御器30を精度良く設定できる。この結果、速応性を有する2自由度制御システム1を迅速かつ精度良く設計することが可能となる。
<Effect in this embodiment>
In the above-described embodiment, the transmission characteristics of the closed-loop system 50 simulating the control target of the two-degree-of-
As a result, the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof. be. For example, all or a part of the device can be functionally or physically distributed / integrated in any unit. Also included in the embodiments of the present invention are new embodiments resulting from any combination of the plurality of embodiments. The effect of the new embodiment produced by the combination also has the effect of the original embodiment.
1 2自由度制御システム
20 フィードバック制御器
30 フィードフォワード制御器
50 閉ループ系
1 2 Degree of
Claims (4)
前記制御対象を擬似した閉ループ系の伝達特性を、前記閉ループ系の制御パラメータを求めるデータ駆動制御に基づいて設定するステップと、
設定した前記閉ループ系の伝達特性の逆特性に基づいて、前記フィードフォワード制御器を設定するステップと、
を有する、2自由度制御システムの制御器設定方法。 It is a controller setting method of a two-degree-of-freedom control system that controls a controlled object by a feedback controller and a feedforward controller.
A step of setting the transmission characteristics of the closed-loop system simulating the control target based on the data-driven control for obtaining the control parameters of the closed-loop system, and
A step of setting the feedforward controller based on the set inverse characteristic of the transmission characteristic of the closed loop system, and
A controller setting method for a two-degree-of-freedom control system.
前記フィードフォワード制御器と同じ入力信号が入力される、目標値と制御対象応答の伝達関数を示す参照モデルのモデル特性と、前記閉ループ系の伝達特性の逆特性とを乗算して、前記フィードフォワード制御器を設定する、
請求項1に記載の2自由度制御システムの制御器設定方法。 In the step of setting the feedforward controller,
The feedforward is obtained by multiplying the model characteristic of the reference model showing the transfer function of the target value and the controlled object response to which the same input signal as that of the feedforward controller is input by the inverse characteristic of the transfer characteristic of the closed loop system. Set the control,
The controller setting method of the two-degree-of-freedom control system according to claim 1.
前記データ駆動制御としてのFRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)又はVRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)に基づいて、前記伝達特性を設定する、
請求項1又は2に記載の2自由度制御システムの制御器設定方法。 In the step of setting the transmission characteristics,
The transmission characteristics are set based on FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning) or VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning) as the data drive control.
The controller setting method of the two-degree-of-freedom control system according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の2自由度制御システムの制御器設定方法。
As the control target, a component mounted on the vehicle is controlled.
The controller setting method of the two-degree-of-freedom control system according to any one of claims 1 to 3.
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