JPH0738128B2 - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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- JPH0738128B2 JPH0738128B2 JP59206258A JP20625884A JPH0738128B2 JP H0738128 B2 JPH0738128 B2 JP H0738128B2 JP 59206258 A JP59206258 A JP 59206258A JP 20625884 A JP20625884 A JP 20625884A JP H0738128 B2 JPH0738128 B2 JP H0738128B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B6/00—Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential
- G05B6/02—Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential electric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、制御対象の動特性の変化に対して、制御系の
制御性能の劣化の少ない制御装置に関する。
制御性能の劣化の少ない制御装置に関する。
プラントの流量、温度、圧力などを制御する制御装置
は、その制御定数を制御対象の動特性に応じて、適切に
設定する必要がある。例えば、不適切な制御定数が設定
されたため、発振を起こし、場合によってはプラントの
一部を破壊してしまうこともある。
は、その制御定数を制御対象の動特性に応じて、適切に
設定する必要がある。例えば、不適切な制御定数が設定
されたため、発振を起こし、場合によってはプラントの
一部を破壊してしまうこともある。
また、最近では、プラントの省エネルギ運転にともな
い、運転中に制御対象の動特性が大きく変化するケース
が増加している。このようなとき、これまで制御の現場
では、最も安全側の制御定数を固定して用いる場合と、
動特性変化に応じて制御定数を適応することのできる制
御系を採用する場合とのいずれかが採用されている。前
者の制御定数固定方式の場合は、動特性変化により当然
のことながら、安定性や外乱抑制力などの制御性能が劣
化する。これをさけるために後者の動特性変化に応じる
ことのできる制御系が開発された。
い、運転中に制御対象の動特性が大きく変化するケース
が増加している。このようなとき、これまで制御の現場
では、最も安全側の制御定数を固定して用いる場合と、
動特性変化に応じて制御定数を適応することのできる制
御系を採用する場合とのいずれかが採用されている。前
者の制御定数固定方式の場合は、動特性変化により当然
のことながら、安定性や外乱抑制力などの制御性能が劣
化する。これをさけるために後者の動特性変化に応じる
ことのできる制御系が開発された。
ところで、制御対象の動特性変化に応じることのできる
制御系としては、第10図に示すゲインスケジュール制御
系と、第11図に示すモデル規範適応制御系とが知られて
いる。この２つの制御系の動作を簡単に説明すると以下
の通りである。
制御系としては、第10図に示すゲインスケジュール制御
系と、第11図に示すモデル規範適応制御系とが知られて
いる。この２つの制御系の動作を簡単に説明すると以下
の通りである。
まず、第０図に示すゲインスケジュール制御系は、制御
対象Ａの動特性変化をひき起す因果関係と変化した動特
性とが十分に明らかにされる場合に用いる制御方式であ
り、動特性変化に直接に関係する補助信号を制御対象Ａ
から入力し、明らかにされているゲインスケジュールＢ
にもとづき制御定数をコントローラＣに設定するように
している。
対象Ａの動特性変化をひき起す因果関係と変化した動特
性とが十分に明らかにされる場合に用いる制御方式であ
り、動特性変化に直接に関係する補助信号を制御対象Ａ
から入力し、明らかにされているゲインスケジュールＢ
にもとづき制御定数をコントローラＣに設定するように
している。
次に、第11図のモデル規範適応制御系は、制御対象Ａの
動特性が未知の場合に用いる制御方式であり制御系のモ
デル（ダイナミックモデル）Ｄを有し、そのモデルＤの
出力と、制御系の出力との誤差がなくなるように、コン
トローラＣの制御定数を適応調節部Ｅで適応的に調整す
る制御方式である。
動特性が未知の場合に用いる制御方式であり制御系のモ
デル（ダイナミックモデル）Ｄを有し、そのモデルＤの
出力と、制御系の出力との誤差がなくなるように、コン
トローラＣの制御定数を適応調節部Ｅで適応的に調整す
る制御方式である。
これらの２つの制御方式をまとめてみると次のようにな
る。まず、ゲインスケジュール制御系は、事前に制御対
象Ａの動特性変化の因果関係が十分に明らかになり、し
かも、動特性変化に対応した信号を測定できる場合にの
み用いることができるもので、制御対象Ａの動特性が未
知の場合は使うことができないという欠点がある。一
方、モデル規範適応制御系は、制御対象Ａの動特性が未
知の場合に用いることができる利点はあるが、適応する
のにそれなりの時間がかかるばかりでなく、非最少位相
系（例えば極または零点のあるものが右半面にある要素
や、むだ時間要素など）は制御系が複雑な構成になる問
題、未知外乱や観測ノイズには、適応調節部Ｅが動特性
変化であると判断して、コントローラＣの制御定数をあ
やまって修正してしまう恐れがある問題などが未解決な
問題として残されている。
る。まず、ゲインスケジュール制御系は、事前に制御対
象Ａの動特性変化の因果関係が十分に明らかになり、し
かも、動特性変化に対応した信号を測定できる場合にの
み用いることができるもので、制御対象Ａの動特性が未
知の場合は使うことができないという欠点がある。一
方、モデル規範適応制御系は、制御対象Ａの動特性が未
知の場合に用いることができる利点はあるが、適応する
のにそれなりの時間がかかるばかりでなく、非最少位相
系（例えば極または零点のあるものが右半面にある要素
や、むだ時間要素など）は制御系が複雑な構成になる問
題、未知外乱や観測ノイズには、適応調節部Ｅが動特性
変化であると判断して、コントローラＣの制御定数をあ
やまって修正してしまう恐れがある問題などが未解決な
問題として残されている。
これらの制御系は、制御対象の動特性変化に対して、か
なり感度の高い制御系であると云える。もって、低感度
（ロバスト）な制御系が構成されれば、ゲインスケジュ
ールする必要もないし、適応させる必要もないので、構
造的にもっと簡素になるはずである。
なり感度の高い制御系であると云える。もって、低感度
（ロバスト）な制御系が構成されれば、ゲインスケジュ
ールする必要もないし、適応させる必要もないので、構
造的にもっと簡素になるはずである。
この発明は、上述した従来の制御装置の欠点を改良した
もので、制御対象の動特性の変化に低感度（あるいはロ
バスト）な制御装置を提供することを目的とする。
もので、制御対象の動特性の変化に低感度（あるいはロ
バスト）な制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、目標値信号と制御対象の出力信号とから制御
演算出力信号を演算する、積分演算を含む制御演算器
と、前記目標値信号と前記制御対象の出力信号とから低
感度化補償演算出力を演算する、積分演算を含む低感度
化補償器と、前記制御演算器の出力信号から前記低感度
化補償器の出力信号を減算して前記制御対象の操作信号
を得る減算器とからなる制御装置において、前記低感度
化補償器は、前記目標値信号と前記制御対象の出力信号
の差を積分演算する積分演算器と、前記制御対象の出力
信号の高次微分を演算する高次微分器とを有し、この高
次微分器の出力信号と前記積分演算器の出力信号との差
をγ倍（γはロバストゲイン）して前記減算器への入力
信号とするように構成してなることを特徴とする制御装
置である。
演算出力信号を演算する、積分演算を含む制御演算器
と、前記目標値信号と前記制御対象の出力信号とから低
感度化補償演算出力を演算する、積分演算を含む低感度
化補償器と、前記制御演算器の出力信号から前記低感度
化補償器の出力信号を減算して前記制御対象の操作信号
を得る減算器とからなる制御装置において、前記低感度
化補償器は、前記目標値信号と前記制御対象の出力信号
の差を積分演算する積分演算器と、前記制御対象の出力
信号の高次微分を演算する高次微分器とを有し、この高
次微分器の出力信号と前記積分演算器の出力信号との差
をγ倍（γはロバストゲイン）して前記減算器への入力
信号とするように構成してなることを特徴とする制御装
置である。
また、目標値信号と制御対象の出力信号とから制御演算
出力信号を演算する、積分演算器を含む制御演算器と、
前記目標値信号と前記制御対象の出力信号とから低感度
化補償演算出力を演算する、積分演算器を含む低感度化
補償器と、前記制御演算器の出力信号から前記低感度化
補償器の出力信号を減算して前記制御対象の操作信号を
得る減算器とからなる制御装置において、前記低感度化
補償器は、前記制御対象の出力信号の高次微分を演算す
る高次微分器からなり、この高次微分器の出力信号と前
記制御演算器内に設けられた前記積分演算器の出力信号
との差をγ倍（γはロバストゲイン）して前記減算器へ
の入力信号とするように構成してなることを特徴とする
制御装置である。
出力信号を演算する、積分演算器を含む制御演算器と、
前記目標値信号と前記制御対象の出力信号とから低感度
化補償演算出力を演算する、積分演算器を含む低感度化
補償器と、前記制御演算器の出力信号から前記低感度化
補償器の出力信号を減算して前記制御対象の操作信号を
得る減算器とからなる制御装置において、前記低感度化
補償器は、前記制御対象の出力信号の高次微分を演算す
る高次微分器からなり、この高次微分器の出力信号と前
記制御演算器内に設けられた前記積分演算器の出力信号
との差をγ倍（γはロバストゲイン）して前記減算器へ
の入力信号とするように構成してなることを特徴とする
制御装置である。
なお、上述した本発明における高次微分器は、参照モデ
ル（微分演算子の多項式関数をσ（ｓ），設計された制
御ゲインをＫとしたときに、 で表現されるような高次微分を含むものである。
ル（微分演算子の多項式関数をσ（ｓ），設計された制
御ゲインをＫとしたときに、 で表現されるような高次微分を含むものである。
通常の制御系の他に、制御系のダイナミックモデルを用
いて制御性能が劣化しない低感度化補償器を構成して、
操作信号へフィードバックして構成したことにより、制
御系全体が制御対象の動特性変化に対して、低感度（あ
るいはロバスト）となるばかりでなく、制御系に印加さ
れる外乱に対しても、その抑制力が強化される。しかも
γ（ロバストゲイン）のみが可変パラメータとなってい
るので、外乱抑制性とロバスト性を同時しかも容易に調
整することが可能になる。
いて制御性能が劣化しない低感度化補償器を構成して、
操作信号へフィードバックして構成したことにより、制
御系全体が制御対象の動特性変化に対して、低感度（あ
るいはロバスト）となるばかりでなく、制御系に印加さ
れる外乱に対しても、その抑制力が強化される。しかも
γ（ロバストゲイン）のみが可変パラメータとなってい
るので、外乱抑制性とロバスト性を同時しかも容易に調
整することが可能になる。
制御対象の動特性変化に対して、制御系が低感度（ロバ
スト）であれば、ゲインスケジュールする必要もない
し、動特性変化に時々刻々適応させる必要もなく、動特
性変化時の応答もなめらかである。したがって、ゲイン
スケジュール制御系や適応制御系に比べ、構成が簡単で
あるばかりでなく、制御系が適応する時間が要らない分
だけ応答が早くなる利点がある。
スト）であれば、ゲインスケジュールする必要もない
し、動特性変化に時々刻々適応させる必要もなく、動特
性変化時の応答もなめらかである。したがって、ゲイン
スケジュール制御系や適応制御系に比べ、構成が簡単で
あるばかりでなく、制御系が適応する時間が要らない分
だけ応答が早くなる利点がある。
また、低感度化補償器のゲインを零とすることにより、
元の制御系へ連続的に移行するので、現場での適用に異
和感が少ないという利点もある。
元の制御系へ連続的に移行するので、現場での適用に異
和感が少ないという利点もある。
第１図は、本発明の制御装置の基礎となる構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
制御対象１に対して、ｕ（ｔ）が入力信号あるいは操作
信号であり、ｙ（ｔ）が出力信号である。ｒ（ｔ）は制
御系の目標値信号であり、ｒ（ｔ）とｙ（ｔ）を入力し
て、積分演算を含む制御演算により制御演算出力Ur
（ｔ）を演算する制御演算器２が設けられている。さら
に、目標値信号ｒ（ｔ）と出力信号ｙ（ｔ）を入力し
て、積分演算と微分演算を含む演算により低感度化補償
演算出力Ud（ｔ）を演算する低感度化補償演算器３が設
けられている。さらに、制御演算出力のUr（ｔ）から低
感度化補償演算出力Ud（ｔ）を減算し操作信号ｕ（ｔ）
を演算する減算器４とを設けて制御系が構成されてい
る。
信号であり、ｙ（ｔ）が出力信号である。ｒ（ｔ）は制
御系の目標値信号であり、ｒ（ｔ）とｙ（ｔ）を入力し
て、積分演算を含む制御演算により制御演算出力Ur
（ｔ）を演算する制御演算器２が設けられている。さら
に、目標値信号ｒ（ｔ）と出力信号ｙ（ｔ）を入力し
て、積分演算と微分演算を含む演算により低感度化補償
演算出力Ud（ｔ）を演算する低感度化補償演算器３が設
けられている。さらに、制御演算出力のUr（ｔ）から低
感度化補償演算出力Ud（ｔ）を減算し操作信号ｕ（ｔ）
を演算する減算器４とを設けて制御系が構成されてい
る。
通常の運転条件下では、制御対象１に対して、良好に制
御が行なわれるように、制御定の設定された制御演算器
２で、通常の制御が行なわれる。この状態で、目標値信
号ｒ（ｔ）から、出力ｙ（ｔ）間の伝達関数と等しい動
特性を有するダイナミックモデルGm（ｓ）＝σ（ｓ）-1
を用いて、モデル出力信号Ym（ｔ）を演算し、出力信号
ｙ（ｔ）とモデル出力信号との差信号を出力誤差信号ε
（ｔ）とする。そこで外乱ｄ（ｔ）が印加されると、出
力誤差ε（ｔ）が生ずるので、出力誤差ε（ｔ）から積
分，微分演算を行ないUd（ｔ）を生成することにより外
乱ｄ（ｔ）に対して抑制力が向上し、しかも制御対象１
の動特性変化に対して、制御系全体の制御性能が低感度
すなわちロバストとなる。この低感度化補償器３は、こ
こで示した構造の他に、等価変換によって構成されるす
べての補償演算器を含むものである。
御が行なわれるように、制御定の設定された制御演算器
２で、通常の制御が行なわれる。この状態で、目標値信
号ｒ（ｔ）から、出力ｙ（ｔ）間の伝達関数と等しい動
特性を有するダイナミックモデルGm（ｓ）＝σ（ｓ）-1
を用いて、モデル出力信号Ym（ｔ）を演算し、出力信号
ｙ（ｔ）とモデル出力信号との差信号を出力誤差信号ε
（ｔ）とする。そこで外乱ｄ（ｔ）が印加されると、出
力誤差ε（ｔ）が生ずるので、出力誤差ε（ｔ）から積
分，微分演算を行ないUd（ｔ）を生成することにより外
乱ｄ（ｔ）に対して抑制力が向上し、しかも制御対象１
の動特性変化に対して、制御系全体の制御性能が低感度
すなわちロバストとなる。この低感度化補償器３は、こ
こで示した構造の他に、等価変換によって構成されるす
べての補償演算器を含むものである。
上記のような構成をもとに、Ｉ−PD制御装置にもとづき
制御対象１の動特性変化にロバストな制御装置の具体的
な実施例のブロック図を第２図乃至第５図に示す。
制御対象１の動特性変化にロバストな制御装置の具体的
な実施例のブロック図を第２図乃至第５図に示す。
第２図は、第１図の構成をＩ−PD制御装置にもとづき具
体化したブロック図である。まず、点線の２がＩ−PD制
御演算器であり、この中は目標値信号ｒ（ｔ）と出力ｙ
（ｔ）間の偏差ｅ（ｔ）を演算する偏差演算器２−１と
偏差ｅ（ｔ）の積分演算器２−２と出力ｙ（ｔ）の比
例，微分演算を行なうフィードバック演算器２−３と、
積分演算器２−２の出力からフィードバック演算器２−
３の出力の差Ur（ｔ）を演算する減算器２−４から構成
されている。次に点線の３が低感度化補償器である。こ
の内部は、目標値信号ｒ（ｔ）を入力して制御系のダイ
ナミックモデルの出力Ym（ｔ）を演算するダイナミック
モデル３−１と、出力ｙ（ｔ）とモデル出力Ym（ｔ）と
の出力誤差ε（ｔ）を演算する減算器３−２と、出力誤
差ε（ｔ）を入力して、Ud（ｔ）を演算する出力誤差演
算器３−３から構成されている。
体化したブロック図である。まず、点線の２がＩ−PD制
御演算器であり、この中は目標値信号ｒ（ｔ）と出力ｙ
（ｔ）間の偏差ｅ（ｔ）を演算する偏差演算器２−１と
偏差ｅ（ｔ）の積分演算器２−２と出力ｙ（ｔ）の比
例，微分演算を行なうフィードバック演算器２−３と、
積分演算器２−２の出力からフィードバック演算器２−
３の出力の差Ur（ｔ）を演算する減算器２−４から構成
されている。次に点線の３が低感度化補償器である。こ
の内部は、目標値信号ｒ（ｔ）を入力して制御系のダイ
ナミックモデルの出力Ym（ｔ）を演算するダイナミック
モデル３−１と、出力ｙ（ｔ）とモデル出力Ym（ｔ）と
の出力誤差ε（ｔ）を演算する減算器３−２と、出力誤
差ε（ｔ）を入力して、Ud（ｔ）を演算する出力誤差演
算器３−３から構成されている。
いま、制御対象１、フィードバック演算器２−３、積分
演算器２−２、ダイナミックモデル３−１と出力誤差演
算器３−３の伝達関数をそれぞれｂ（ｓ）/a（ｓ）,f
（ｓ）/b（ｓ）,K/S,1/σ（ｓ）,Kσ（ｓ）γ/Sと置
く。ここでａ（ｓ）,b（ｓ）,f（ｓ）は、微分演算子Ｓ
の多項式であり、σ（ｓ）は次のようなＳの多項式関数
で表されるものである。
演算器２−２、ダイナミックモデル３−１と出力誤差演
算器３−３の伝達関数をそれぞれｂ（ｓ）/a（ｓ）,f
（ｓ）/b（ｓ）,K/S,1/σ（ｓ）,Kσ（ｓ）γ/Sと置
く。ここでａ（ｓ）,b（ｓ）,f（ｓ）は、微分演算子Ｓ
の多項式であり、σ（ｓ）は次のようなＳの多項式関数
で表されるものである。
σ（ｓ）＝１＋σＳ＋α２（σＳ）２＋α３（σＳ）３
＋α４（σＳ）４＋……第１式 次にＩ−PD制御系とダイナミックモデルの伝達関数が等
しい条件（次式）から、既知のａ（ｓ）,b（ｓ）を用い
てｆ（ｓ）,K,σ（ｓ）を求める。
＋α４（σＳ）４＋……第１式 次にＩ−PD制御系とダイナミックモデルの伝達関数が等
しい条件（次式）から、既知のａ（ｓ）,b（ｓ）を用い
てｆ（ｓ）,K,σ（ｓ）を求める。
また、出力ｙ（ｔ）は目標値ｒ（ｔ）と外乱ｄ（ｔ）を
用いて求めることができる。
用いて求めることができる。
ここで、第３式の分母に第２式を代入すると、 となる。ここでγを正で大きく（例えば１桁台に）設定
することにより、制御対象の動特性変化にかかわらず目
標値ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）間の伝達関数が に漸近することになり、また外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ
（ｔ）間の伝達関数が に漸近することになる。これは、制御系の動特性変動や
外乱にかかわらず、設計に用いたダイナミックモデルの
動特性を維持する効果を持つ。したがってγは制御系の
ロバスト性（動特性変動に対して頑健な状態，低感度な
性質）に関係していることから、ここではロバストゲイ
ンと呼ぶ。例えばγ＝３の場合には外乱の影響は1/3に
小さくなり、設計に用いたダイナミックモデルの動特性
を維持する性質は３倍強くなる。このように、制御対象
１の伝達関数の動特性変化に対して、制御性能が劣化し
ない、つまりロバストとなり、次に外乱に対する抑制力
も向上することがわかる。さらに、第２図のような構成
を適用することによって可変パラメータはロバストゲイ
ンγのみとなり、このγを調整すれば外乱抑制性とロバ
スト性を同時にしかも容易に調整することが可能にな
る。
することにより、制御対象の動特性変化にかかわらず目
標値ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）間の伝達関数が に漸近することになり、また外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ
（ｔ）間の伝達関数が に漸近することになる。これは、制御系の動特性変動や
外乱にかかわらず、設計に用いたダイナミックモデルの
動特性を維持する効果を持つ。したがってγは制御系の
ロバスト性（動特性変動に対して頑健な状態，低感度な
性質）に関係していることから、ここではロバストゲイ
ンと呼ぶ。例えばγ＝３の場合には外乱の影響は1/3に
小さくなり、設計に用いたダイナミックモデルの動特性
を維持する性質は３倍強くなる。このように、制御対象
１の伝達関数の動特性変化に対して、制御性能が劣化し
ない、つまりロバストとなり、次に外乱に対する抑制力
も向上することがわかる。さらに、第２図のような構成
を適用することによって可変パラメータはロバストゲイ
ンγのみとなり、このγを調整すれば外乱抑制性とロバ
スト性を同時にしかも容易に調整することが可能にな
る。
なお、第４式に漸近する伝達関数を時間的遅れに対して
補償するためには、制御器のゼロ点で相殺する方法や、
フィードバック補償により制御対象の極を見掛け上ずら
す方法などを用いることができる。また制御対象のむだ
時間に対しては例えばパデ近似を導入することにより補
償が可能である。
補償するためには、制御器のゼロ点で相殺する方法や、
フィードバック補償により制御対象の極を見掛け上ずら
す方法などを用いることができる。また制御対象のむだ
時間に対しては例えばパデ近似を導入することにより補
償が可能である。
第３図は、第２図の低感度化演算器３を等価変換したも
のである。すなわち、目標値信号ｒ（ｔ）と出力信号ｙ
（ｔ）間の差を演算する減算器３−４と、この出力を積
分演算する積分演算器３−５と出力信号ｙ（ｔ）の高次
微分器３−６と、高次微分器出力と積分演算出力との差
を演算する減算器３−７と、減算器の出力をγ倍して、
Ud（ｔ）信号を演算する増巾器３−８から構成されてい
る。この場合も、出力ｙ（ｔ）が簡単な計算により、第
３式となることがわかる。
のである。すなわち、目標値信号ｒ（ｔ）と出力信号ｙ
（ｔ）間の差を演算する減算器３−４と、この出力を積
分演算する積分演算器３−５と出力信号ｙ（ｔ）の高次
微分器３−６と、高次微分器出力と積分演算出力との差
を演算する減算器３−７と、減算器の出力をγ倍して、
Ud（ｔ）信号を演算する増巾器３−８から構成されてい
る。この場合も、出力ｙ（ｔ）が簡単な計算により、第
３式となることがわかる。
第３図において、積分演算器３−５の出力は、Ｉ−PD制
御器２の中の積分演算器２−２の出力と同じものである
から、第４図のように構成することにより、第３図の減
算器３−４と積分演算器３−５を省略することができ
る。第３図と第４図の高次微分器３−６の伝達関数は、
第１式より、 である。
御器２の中の積分演算器２−２の出力と同じものである
から、第４図のように構成することにより、第３図の減
算器３−４と積分演算器３−５を省略することができ
る。第３図と第４図の高次微分器３−６の伝達関数は、
第１式より、 である。
なお、もともとσ（ｓ）は第１式のように表されること
から、第３図の高次微分器３−６は正確には Ｋ［σ＋α２σ2S＋α３σ3S2＋……］ であり、定数項を含んだ構造を総称したものとなってい
る。
から、第３図の高次微分器３−６は正確には Ｋ［σ＋α２σ2S＋α３σ3S2＋……］ であり、定数項を含んだ構造を総称したものとなってい
る。
以下、本発明に関連する参考技術について、第５図から
第９図を参照して説明する。
第９図を参照して説明する。
第５図は第４図を、さらに等価変換したものであるが、
構造的にはＩ−PD制御器となっている。すなわち、目標
値信号ｒ（ｔ）と出力ｙ（ｔ）間の偏差ｅ（ｔ）を演算
する偏差演算器２−１と、偏差ｅ（ｔ）に対して、Ｋ
（１＋γ）/Sなる積分演算する積分演算器２−５と、出
力ｙ（ｔ）に対して、 なる微分演算を行なうフィードバック補償器２−６と、
前記積分演算器２−５の出力から、フィードバック補償
器２−６の出力との差から、操作信号Ｕ（ｔ）を演算す
る減算器２−７から構成されている。なお、ここでｆ
（ｓ）は位相を進める方向に作用し、ｂ（ｓ）は位相を
遅らせる方向に作用するため、ｆ（ｓ）/b（ｓ） を適当に設定することによりは位相の進み遅れ補償を行
なうことができる。この実施例の場合も、出力ｙ（ｔ）
は、第２式の関係を用いると、第３式により表わされ、
低感度すなわちロバストな制御系となっていることがわ
かる。
構造的にはＩ−PD制御器となっている。すなわち、目標
値信号ｒ（ｔ）と出力ｙ（ｔ）間の偏差ｅ（ｔ）を演算
する偏差演算器２−１と、偏差ｅ（ｔ）に対して、Ｋ
（１＋γ）/Sなる積分演算する積分演算器２−５と、出
力ｙ（ｔ）に対して、 なる微分演算を行なうフィードバック補償器２−６と、
前記積分演算器２−５の出力から、フィードバック補償
器２−６の出力との差から、操作信号Ｕ（ｔ）を演算す
る減算器２−７から構成されている。なお、ここでｆ
（ｓ）は位相を進める方向に作用し、ｂ（ｓ）は位相を
遅らせる方向に作用するため、ｆ（ｓ）/b（ｓ） を適当に設定することによりは位相の進み遅れ補償を行
なうことができる。この実施例の場合も、出力ｙ（ｔ）
は、第２式の関係を用いると、第３式により表わされ、
低感度すなわちロバストな制御系となっていることがわ
かる。
次にPID制御装置にもとづき制御対象１の動特性変化に
対してロバストな制御装置の具体的な実施例のブロック
図を第６図乃至第９図に示す。
対してロバストな制御装置の具体的な実施例のブロック
図を第６図乃至第９図に示す。
第６図は、PID制御装置にもとづき第１図の構成を具体
化したブロック図である。点線２がPID制御演算器であ
りこの中は、目標値ｒ（ｔ）と出力ｙ（ｔ）との偏差ｅ
（ｔ）を演算する偏差演算器２−１と、偏差ｅ（ｔ）を
PID演算してUr（ｔ）を演算するPID演算器２−８から構
成されている。次に、点線３が低感度化補償器３であ
り、この中は、目標値ｒ（ｔ）を入力して制御系のダイ
ナミックモデルの出力Ym（ｔ）を演算するダイナミック
モデル３−１と、出力ｙ（ｔ）とモデルYm（ｔ）との出
力誤差ε（ｔ）を演算する減算器３−２と、出力誤差ε
（ｔ）を入力して、Ud（ｔ）を演算する出力誤差演算器
３−３から構成されている。いま、制御対象１、PID演
算器２−８、ダイナミックモデル３−１と出力誤差演算
器３−３の伝達関数を、それぞれｂ（ｓ）/a（ｓ）,c
（ｓ）/Sb（ｓ）,1/σ（ｓ），σ（ｓ）ｃ（ｓ）γ/Sb
（ｓ）と置く。ここで、ａ（ｓ）,b（ｓ）,c（ｓ）は、
微分演算子Ｓの多項式であり、σ（ｓ）は同様にして、
第１式であらわせるＳの多項式である。
化したブロック図である。点線２がPID制御演算器であ
りこの中は、目標値ｒ（ｔ）と出力ｙ（ｔ）との偏差ｅ
（ｔ）を演算する偏差演算器２−１と、偏差ｅ（ｔ）を
PID演算してUr（ｔ）を演算するPID演算器２−８から構
成されている。次に、点線３が低感度化補償器３であ
り、この中は、目標値ｒ（ｔ）を入力して制御系のダイ
ナミックモデルの出力Ym（ｔ）を演算するダイナミック
モデル３−１と、出力ｙ（ｔ）とモデルYm（ｔ）との出
力誤差ε（ｔ）を演算する減算器３−２と、出力誤差ε
（ｔ）を入力して、Ud（ｔ）を演算する出力誤差演算器
３−３から構成されている。いま、制御対象１、PID演
算器２−８、ダイナミックモデル３−１と出力誤差演算
器３−３の伝達関数を、それぞれｂ（ｓ）/a（ｓ）,c
（ｓ）/Sb（ｓ）,1/σ（ｓ），σ（ｓ）ｃ（ｓ）γ/Sb
（ｓ）と置く。ここで、ａ（ｓ）,b（ｓ）,c（ｓ）は、
微分演算子Ｓの多項式であり、σ（ｓ）は同様にして、
第１式であらわせるＳの多項式である。
このとき、PID制御系をモデルマッチング法により設計
するための基本条件として、PID制御系の伝達関数とダ
イナミックモデルの伝達関数が等しい条件 を満足させる必要がある。そして出力ｙ（ｔ）は目標値
ｒ（ｔ）と外乱ｄ（ｔ）を用いて と表すことができる。
するための基本条件として、PID制御系の伝達関数とダ
イナミックモデルの伝達関数が等しい条件 を満足させる必要がある。そして出力ｙ（ｔ）は目標値
ｒ（ｔ）と外乱ｄ（ｔ）を用いて と表すことができる。
ここで、第８式の分母に第７式を代入すると となる。すなわち、目標値ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）ま
では、制御系の動特性変動や外乱にかかわらず、設計に
用いたダイナミックモデルの動特性を維持する効果を持
ち、一方、外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）までは外乱ｄ
（ｔ）の影響を1/（１＋γ）に軽減することができる。
このように、第６図の方法においても、γは同様にロバ
スト性に関係するので、ロバストゲインと呼ぶことにす
るが、γを正で大きく（例えば１桁台に）設定すること
により、制御対象１の動特性変化にかかわらず、目標値
ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）間の伝達関数が、同様に、第
４式に漸近するとともに、外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ
（ｔ）間の伝達関数も、第５式に漸近する。したがっ
て、制御対象１の伝達関数の動特性変化に対して制御性
能が劣化しない、つまりロバストとなる。さらに、外乱
に対する抑制性も向上することがわかる。また、第２図
のものと同様に、可変パラメータはロバストゲインγの
みとなっているので、このγを調整すれば外乱抑制性と
ロバスト性を同時にしかも容易に調整することが可能に
なる。
では、制御系の動特性変動や外乱にかかわらず、設計に
用いたダイナミックモデルの動特性を維持する効果を持
ち、一方、外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）までは外乱ｄ
（ｔ）の影響を1/（１＋γ）に軽減することができる。
このように、第６図の方法においても、γは同様にロバ
スト性に関係するので、ロバストゲインと呼ぶことにす
るが、γを正で大きく（例えば１桁台に）設定すること
により、制御対象１の動特性変化にかかわらず、目標値
ｒ（ｔ）から出力ｙ（ｔ）間の伝達関数が、同様に、第
４式に漸近するとともに、外乱ｄ（ｔ）から出力ｙ
（ｔ）間の伝達関数も、第５式に漸近する。したがっ
て、制御対象１の伝達関数の動特性変化に対して制御性
能が劣化しない、つまりロバストとなる。さらに、外乱
に対する抑制性も向上することがわかる。また、第２図
のものと同様に、可変パラメータはロバストゲインγの
みとなっているので、このγを調整すれば外乱抑制性と
ロバスト性を同時にしかも容易に調整することが可能に
なる。
第７図は、第６図の低感度化補償器３だけを等価変換し
たものである。同様にして第８図、第９図のように等価
変換でき、各制御等の出力ｙ（ｔ）は、目標値ｒ（ｔ）
と外乱ｄ（ｔ）を用いて第８式のようにあらわせ、ロバ
ストであることがわかる。
たものである。同様にして第８図、第９図のように等価
変換でき、各制御等の出力ｙ（ｔ）は、目標値ｒ（ｔ）
と外乱ｄ（ｔ）を用いて第８式のようにあらわせ、ロバ
ストであることがわかる。
なお、当然のことながら、これらの制御装置をマイクロ
コンピュータとD/A変換器とA/D変換器などを用いたデジ
タル制御装置により構成することができる。
コンピュータとD/A変換器とA/D変換器などを用いたデジ
タル制御装置により構成することができる。
第１図は本発明の一実施例に係る制御装置を示ブロック
図、第２図乃至第４図は、さらに本発明をＩ−PD制御方
式に展開した一実施例の制御装置の等価変換ブロック
図、第５図乃至第９図は本発明に関連する参考技術に関
する制御装置のブロック図、第10図および第11図は従来
のゲインスケジュール制御系を示すブロック図である。 １……制御対象、２……制御演算器、３……低感度化補
償器、４……減算器、３−１……ダイナミックモデル、
３−２……減算器、３−３……出力誤差演算器。
図、第２図乃至第４図は、さらに本発明をＩ−PD制御方
式に展開した一実施例の制御装置の等価変換ブロック
図、第５図乃至第９図は本発明に関連する参考技術に関
する制御装置のブロック図、第10図および第11図は従来
のゲインスケジュール制御系を示すブロック図である。 １……制御対象、２……制御演算器、３……低感度化補
償器、４……減算器、３−１……ダイナミックモデル、
３−２……減算器、３−３……出力誤差演算器。
Claims (2)
- 【請求項１】目標値信号と制御対象の出力信号とから制
御演算出力信号を演算する、積分演算を含む制御演算器
と、 前記目標値信号と前記制御対象の出力信号とから低感度
化補償演算出力を演算する、積分演算を含む低感度化補
償器と、 前記制御演算器の出力信号から前記低感度化補償器の出
力信号を減算して前記制御対象の操作信号を得る減算器
とからなる制御装置において、 前記低感度化補償器は、前記目標値信号と前記制御対象
の出力信号の差を積分演算する積分演算器と、 前記制御対象の出力信号の高次微分を演算する高次微分
器とを有し、 この高次微分器の出力信号と前記積分演算器の出力信号
との差をγ倍（γはロバストゲイン）して前記減算器へ
の入力信号とするように構成してなることを特徴とする
制御装置。 ただし上記高次微分器は、微分演算子の多項式関数をσ
（ｓ），制御ゲインをＫとしたときに、以下の微分演算
を含むものである。 - 【請求項２】目標値信号と制御対象の出力信号とから制
御演算出力信号を演算する、積分演算器を含む制御演算
器と、 前記目標値信号と前記制御対象の出力信号とから低感度
化補償演算出力を演算する、積分演算器を含む低感度化
補償器と、 前記制御演算器の出力信号から前記低感度化補償器の出
力信号を減算して前記制御対象の操作信号を得る減算器
とからなる制御装置において、 前記低感度化補償器は、前記制御対象の出力信号の高次
微分を演算する高次微分器からなり、 この高次微分器の出力信号と前記制御演算器内に設けら
れた前記積分演算器の出力信号との差をγ倍（γはロバ
ストゲイン）して前記減算器への入力信号とするように
構成してなることを特徴とする制御装置。 ただし上記高次微分器は、微分演算子の多項式関数をσ
（ｓ），制御ゲインをＫとしたときに、以下の微分演算
を含むものである。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59206258A JPH0738128B2 (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 制御装置 |
| US06/752,593 US4719561A (en) | 1984-10-03 | 1985-07-08 | Robust control apparatus responsive against disturbance |
| AU44763/85A AU554259B2 (en) | 1984-10-03 | 1985-07-10 | Dynamic process control apparatus |
| DE8585304958T DE3577759D1 (de) | 1984-10-03 | 1985-07-11 | Prozessregler. |
| EP85304958A EP0180292B1 (en) | 1984-10-03 | 1985-07-11 | Process control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59206258A JPH0738128B2 (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6184703A JPS6184703A (ja) | 1986-04-30 |
| JPH0738128B2 true JPH0738128B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=16520350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59206258A Expired - Lifetime JPH0738128B2 (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4719561A (ja) |
| EP (1) | EP0180292B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0738128B2 (ja) |
| AU (1) | AU554259B2 (ja) |
| DE (1) | DE3577759D1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3771333D1 (de) * | 1987-05-21 | 1991-08-14 | Schenck Ag Carl | Verfahren zur regelung einer differential-dosierwaage, insbesondere fuer schuettgueter, und differential-dosierwaage zur durchfuehrung des verfahrens. |
| JPH01186182A (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-25 | Fanuc Ltd | サーボモータの制御装置 |
| US4873649A (en) * | 1988-06-10 | 1989-10-10 | Honeywell Inc. | Method for operating variable speed heat pumps and air conditioners |
| US5049796A (en) * | 1989-05-17 | 1991-09-17 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Robust high-performance control for robotic manipulators |
| US5060132A (en) * | 1989-06-13 | 1991-10-22 | Elsag International B.V. | Method of modeling and control for delignification of pulping |
| FR2651339B1 (fr) * | 1989-08-30 | 1991-10-04 | Alsthom Gec | Dispositif d'asservissement d'un systeme a contre-reaction et application aux amplificateurs et servomecanismes. |
| US5189620A (en) * | 1989-10-06 | 1993-02-23 | United Technologies Corporation | Control system for gas turbine helicopter engines and the like |
| JP2772106B2 (ja) * | 1990-04-18 | 1998-07-02 | 株式会社東芝 | ２自由度調節装置 |
| US5233512A (en) * | 1990-06-21 | 1993-08-03 | General Electric Company | Method and apparatus for actuator fault detection |
| AT400201B (de) * | 1991-11-11 | 1995-11-27 | Vaillant Gmbh | Verfahren zum betreiben einer regeleinrichtung und vorrichtung zu seiner durchführung |
| DE69315318D1 (de) * | 1992-12-07 | 1998-01-02 | Koninkl Philips Electronics Nv | Steuerungseinrichtung |
| ES2117676T3 (es) * | 1993-02-18 | 1998-08-16 | Dow Deutschland Inc | Metodo para ajustar un filtro exponencial adaptativo y filtro exponencial adaptativo. |
| US5764552A (en) * | 1993-02-18 | 1998-06-09 | The Dow Chemical Company | Method for adjusting an adaptive exponential filter |
| US5633987A (en) * | 1994-07-28 | 1997-05-27 | Motorola, Inc. | Auto-scaling controller and method of use therefor |
| US5481453A (en) * | 1994-08-25 | 1996-01-02 | Corporation De L'ecole Polytechnique | Dual loop PID configuration |
| JPH08123507A (ja) * | 1994-10-27 | 1996-05-17 | Fujitsu Ltd | ロバスト制御装置 |
| DE19525907A1 (de) * | 1995-07-06 | 1997-01-09 | Hartmann & Braun Ag | Selbsteinstellbare Regeleinrichtung und Verfahren zur Selbsteinstellung dieses Reglers |
| US5818714A (en) * | 1996-08-01 | 1998-10-06 | Rosemount, Inc. | Process control system with asymptotic auto-tuning |
| JPH10133703A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Fujitsu Ltd | 適応的ロバスト制御装置 |
| US6046560A (en) * | 1998-03-20 | 2000-04-04 | Trw Inc. | Electric assist steering system having an improved motor current controller with gain scheduler |
| JP5012075B2 (ja) * | 2007-02-15 | 2012-08-29 | 横河電機株式会社 | プロセス制御装置 |
| CN104932463B (zh) * | 2015-05-11 | 2017-07-11 | 国电科学技术研究院 | 一种在火电厂协调***中鲁棒控制器的标准化设计方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2372466A1 (fr) * | 1976-11-25 | 1978-06-23 | Alsthom Atlantique | Dispositif de regulation a modele |
| AU542025B2 (en) * | 1980-04-07 | 1985-01-31 | Juan Martin Sanchez | Adaptive-predictive control system |
| DE3100126C2 (de) * | 1980-12-05 | 1985-04-04 | Gebrüder Sulzer AG, Winterthur | Regler mit einem Sollwert/Istwert-Vergleichsorgan |
| DE3207392C2 (de) * | 1982-03-02 | 1985-01-10 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Vorrichtung zur selbstanpassenden Stellungsregelung eines Stellgliedes |
-
1984
- 1984-10-03 JP JP59206258A patent/JPH0738128B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-07-08 US US06/752,593 patent/US4719561A/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-07-10 AU AU44763/85A patent/AU554259B2/en not_active Ceased
- 1985-07-11 DE DE8585304958T patent/DE3577759D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-07-11 EP EP85304958A patent/EP0180292B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0180292B1 (en) | 1990-05-16 |
| DE3577759D1 (de) | 1990-06-21 |
| EP0180292A1 (en) | 1986-05-07 |
| AU4476385A (en) | 1986-04-10 |
| JPS6184703A (ja) | 1986-04-30 |
| AU554259B2 (en) | 1986-08-14 |
| US4719561A (en) | 1988-01-12 |
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