JPS62160501A - Digital controller - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To prevent runaway of a control system due to abnormality of ambient environments and a controlled system by comparing an output which is estimated in accordance with a nonlinear model preferring an input of the controlled system with the output of the controlled system to switch the output to the controlled system. CONSTITUTION:A servocontrol circuit 12 realizes a control rule that a difference En3 between target position data Xn1 and a controlled system position thetan2 is inputted to determine a controlled variable In5 which optimizes a function of evaluation dependent upon a system. An abnormality detector 3 uses preferentially a fundamental input and estimates a constant model for nonlinearity of the controlled system in accordance with the controlled system position thetan2 and the controlled variable In5 and compares the output estimated by this model with the controlled system position thetan2 to decide the control system to be normal or abnormal and outputs an error signal 14 which is '0' for normality and is '1' for abnormality, and this signal 14 is inputted to a selector 15. The selector 15 selects an output 16 of the servocontrol circuit 12 if the error signal '0', but the selector 15 switches a controlled variable 5 to '0' of an output value 17 to stop the controlled system if the error signal 14 is '1', thus preventing runaway of the control system.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、制御対象の計測環境、データ変換器及びデ
ータ伝送経路等の外囲環境の異常を検出し、制御系の暴
走を抑止することのできるディジタル制御装置に関する
ものでろる。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention detects abnormalities in the surrounding environment of a controlled object, such as a measurement environment, a data converter, and a data transmission path, and prevents a control system from running out of control. It is related to digital control equipment that can perform

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にディジタル制御装置は、第４図に示すような構成
である。第４図において、（１）は目標位置データｘｎ
ｅ　（２１は制御対象位置θｎであり、（３）はＩｎ（
１）とｏｎ（２）の偏差ＩＩ！、で、（４）のサーボ制
御回路は。Generally, a digital control device has a configuration as shown in FIG. In FIG. 4, (1) is target position data xn
e (21 is the controlled object position θn, and (3) is In(
Deviation II between 1) and on(2)! , and the servo control circuit in (4) is.

偏差１．　＋３１に応じて（５）の制御量Ｉｎを出力す
る。Deviation 1. In response to +31, the control amount In of (5) is output.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、制御対象位置θｎ（２）を計測する手段
に異常が生じた場合、もしくは、計測されたデータを伝
達する手段に異常が生じた場合、制御量Ｉｎ　＋５１が
不適当なまま出力され続は制御系の暴走を引き起こすと
いう問題があった。However, if an abnormality occurs in the means for measuring the controlled object position θn(2) or in the means for transmitting the measured data, the control amount In +51 is outputted inappropriately and the process continues. There was a problem in that it caused the control system to run out of control.

例えば、制御対象位置θｎ（２）を計測する手段に異常
が生じ、制御対象が作動しても制御対象位置θｎ（２）
が一定値となってしまう場合には、目標位置データｘｎ
　ｆｌｌと制御対象位置θ。（２）の偏差Ｅｎ（３）は
一定となシ、これに対応する制御量工ｎ　（５１もまた
一定値が出力され続け、制御系は一定方向へ暴走してし
まう。For example, even if an abnormality occurs in the means for measuring the controlled object position θn(2) and the controlled object is activated, the controlled object position θn(2)
becomes a constant value, the target position data xn
fll and the controlled object position θ. The deviation En (3) in (2) is constant, and the corresponding control quantity n (51) also continues to output a constant value, causing the control system to run out of control in a certain direction.

この問題を解決するためには、制御系のモデルを作成し
、このモデルの出力と実際の制御系との出力との比較に
よって異常の検出を行うことが必要であるが、一般にこ
の制御系のモデルは非線形であシ適切なモデルを推定す
ることは困難であり。To solve this problem, it is necessary to create a control system model and detect abnormalities by comparing the output of this model with the output of the actual control system. The model is non-linear and it is difficult to estimate a suitable model.

適切なモデルを作成することができないために制御系の
異常を的確に判定することは、非常に困難な問題であっ
た。また非線形モデルを推定できた場合でも単純繰り返
しを行うだけの推定では効果的なモデルを得ることがで
きなかった。Since it is not possible to create an appropriate model, it has been extremely difficult to accurately determine abnormalities in the control system. Furthermore, even if a nonlinear model could be estimated, an effective model could not be obtained by simply repeating the estimation.

この発明は、かかる問題点を解消するためになされたも
のでロシ、制御系のモデルを制御対象への入力と制御対
象からの出力から制御系の非線形時不変のモデルを基本
的な入力を優先的に用いて作成し、このモデルと制御対
象に与えた制御量よシ制御対象の位置を適切に推定する
ことにより。This invention was made in order to solve this problem, and it is possible to create a nonlinear time-invariant model of the control system from the input to the controlled object and the output from the controlled object, giving priority to the basic input. By using this model and the control amount given to the controlled object to appropriately estimate the position of the controlled object.

外囲環境の異常を検出して、制御系の暴走を抑止し、な
おかつ必要とされる制御パラメータが満足されているか
判定することを目的とするものである。The purpose is to detect abnormalities in the surrounding environment, prevent runaway of the control system, and determine whether required control parameters are satisfied.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明のディジタル制御装置は１作動中の制御対象の
非線形時不変モデルを推定し、このモデルから推定され
る出力と観測される制御対象の出力を比較し、外囲環境
の異常を検出する異常検出器と２上記異常検出器によっ
て、出力されるエラー信号によって制御対象への出力を
切９換える選択器とを設けたものである。The digital control device of the present invention estimates a nonlinear time-invariant model of a controlled object during operation, compares the output estimated from this model with the observed output of the controlled object, and detects an abnormality in the surrounding environment. The system is equipped with a detector and a selector that switches the output to the controlled object based on the error signal output by the two abnormality detectors.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、異常検出器で制御系が適当な動作
をしているか否かを決定し、適当な動作をしている場合
にはサーボ制御回路の出力を制御量とし制御系の動作が
不適当ならば、制御量を”０”として制御系を停止させ
るものである。In this invention, the abnormality detector determines whether or not the control system is operating properly, and if the control system is operating properly, the output of the servo control circuit is used as the control amount to prevent the control system from malfunctioning. If appropriate, the control system is stopped by setting the control amount to "0".

〔実施例〕〔Example〕

以下、第１図、第２図に示す一実施例によってこの発明
を具体的に説明する。The present invention will be specifically explained below with reference to an embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

第１図は、この発明によるディジタル制御装置を含む制
御系の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a control system including a digital control device according to the present invention.

第１図において、（６）は目標位置データｘｎ　ｆｉｌ
と制御対象位置θｎ（２）から制御量工。（５）を出力
するこの発明によるディジタル制御装置でアシ、制御量
Ｉｎ（５）は（７）のデイジメルアナログ変換器によっ
てアナログ量に変換され（８）の増幅器によって適当に
増幅され、制御対象である（９）の駆動機への入力とな
シ制御量に応じて駆動機（９）が作動する。In FIG. 1, (6) is target position data xn fil
The control amount is calculated from the controlled object position θn(2). In the digital control device according to the present invention which outputs (5), the controlled quantity In(5) is converted into an analog quantity by the Daisimel analog converter (7), and is suitably amplified by the amplifier (8). The drive machine (9) operates according to the input to the drive machine (9) and the control amount.

駆動機（９）が作動すると、接続されたαＯのシンクロ
発振器によって位置を検出し、αυのシンクロディジタ
ル変換器を介し制御対象位置θｎ（２）とな９フイード
バツクされる。When the drive machine (9) operates, the position is detected by the connected synchro oscillator αO, and the position is fed back to the controlled object position θn(2) via the synchro digital converter αυ.

第２図は、ディジタル制御装置（６）を具体的に示した
図であり、　ｆｉｌ、　＋２１．　＋５１は、第１図と
同じである。FIG. 2 is a diagram specifically showing the digital control device (6), fil, +21. +51 is the same as in FIG.

第２図において、（３）は目標位置データＸｎｔ１１と
制御対象位置θｎ（２）との偏差Ｅｎであ、２．ａｚは
サーボ制御回路であり、偏差Ｅｎ（３１を入力とし、シ
ステムに依存する評価関数を最適にする制御量工。In FIG. 2, (3) is the deviation En between the target position data Xnt11 and the controlled object position θn(2), and 2. az is a servo control circuit, which takes the deviation En (31) as an input and controls the control amount to optimize a system-dependent evaluation function.

（５）を決定する制御則を実現するものである。This realizes a control law that determines (5).

＋１３は異常検出器であり、制御対象位置ｏｎ（２）と
制御量工ｎ　＋５１からの制御系の正常、異常を判定し
。+13 is an abnormality detector, which determines whether the control system is normal or abnormal based on the controlled object position on (2) and the controlled quantity n +51.

α４のエラー信号を出力する。Outputs α4 error signal.

エラー信号α蜀は、制御系が正常の場合”Ｏ”、制御系
が異常の場合”１”を出力し、　＋１５の選択器へ入力
される。The error signal αShu outputs "O" when the control system is normal, and outputs "1" when the control system is abnormal, and is input to the selector +15.

選択器側は、エラー信号Ｉが”０”の場合サーボ制御回
路ａ２の出力αＧを選択し、エラー信号α養が”１“の
場合は制御量（５）をαＤの”０“に切シ換え制御対象
を停止させることにより、制御系の暴走を抑止する。The selector side selects the output αG of the servo control circuit a2 when the error signal I is “0”, and switches the control amount (5) to “0” of αD when the error signal α is “1”. By stopping the controlled object, control system runaway is prevented.

第３図は、異常検出器αＪを具体的に示した図であｐ、
＋２）、（５）は、第１図、第２図と同じである。FIG. 3 is a diagram specifically showing the abnormality detector αJ.
+2) and (5) are the same as in FIGS. 1 and 2.

α８は、モデル推定回路であり、制御対象位置θ。α8 is a model estimation circuit, and the controlled object position θ.

（２）と制御量工。、（５）から制御対象のモデルを推
定するものである・ すなわち、サンプリング量でおる制御対象位置θｎ（２
）と制御量Ｉｎ（５）の間には１次のモデルを考えるこ
とができる。(2) and control quantity engineering. , (5). In other words, the controlled object position θn(2
) and the control amount In(5), a first-order model can be considered.

θｎ＝ｆ（Ｉｎ） ここでｎ　；サンプリング時刻 θ。；サンプリング時刻ｎの制御対象位置工。；サンプ
リング時刻ｎの制御量 ｆ（Ｉｎ）；工。の非線形関数 モデル推定回路αｅでは、Ｉｎｆ５１の非線形関数であ
るｆ（工ｎ）を制御対象位置θｎ（２）と制御量工ｎ（
５）を使用して次のようにして求める。θn=f(In) where n; sampling time θ. ; Controlled object position work at sampling time n. ;Controlled amount f(In) at sampling time n; In the nonlinear function model estimating circuit αe, the nonlinear function f (work n) of Inf51 is expressed as the controlled object position θn (2) and the controlled quantity work n (
5) is used as follows.

現在時刻をサンプリング時刻ｎとした場合、制御３１１
゜（５）のｍ＋１サンプリング時間遅れの値工。−ｍ−
１は制御対象位置θ。（２）に影響を及ぼさないとする
と、　　ｆ（Ｉｎ）は工ｎ、工ｎ−１．Ｉｎ−２，工ｎ
３＋”・工。−１の非線形関数として次のように記述す
ることができる。If the current time is the sampling time n, the control 311
゜(5) value of m+1 sampling time delay. -m-
1 is the controlled object position θ. Assuming that it does not affect (2), f(In) is f(In) f(n), f(n-1). In-2, Eng n
It can be written as a non-linear function of 3+”・Eng.−1 as follows.

ｆ（Ｉｎ）−ｆ（Ｉｎ、Ｉｎ−１，工ｎ−２，Ｉｎ−Ａ
ｔ”・工ｎ−ｍ）ｆ（工！ｌ”ｎ−１を工ｎ−２．工Ｑ
−５ｖ　”’工ｎ−ｍ）　の推定のために工。、工ｎ−
１＋Ｉｎ−２＋工ｎ−３，・・・Ｉｎ−ｍのうち２測高
ｎ−１を工。−一の２次式７ｋを考える。f(In)-f(In, In-1, Eng n-2, In-A
t"・work n-m) f(work! l"n-1 to work n-2.work Q
-5v ”'Eng n-m) to estimate E., E n-
1+In-2+technique n-3,...In-m, 2 height measurement n-1 is completed. - Consider the quadratic equation 7k.

７に−ａｏｋ＋ａ＋ｋＩｎ−１”ａ２］ｃ工ｎ−ｊ＋ａ
５に工ｎ−ｊ２＋ａ４ｋＩｎ−ｊ”ａ５ｋＩｎ−１”Ｉ
ｎ−ｊ７ｋに対して、　　Ｒｋ−Σ（θｎ−ｙｋ）が最
小となるように最小自乗法を適用して’０９ａｌ　＋ａ
２ｙａ３ｔａ４ｔ’５を決定し、このｍ０２個の中間変
数７にのうちＲｋの小さい順に１個選択する。7 -aok+a+kIn-1"a2]c 工n-j+a
5 to n-j2+a4kIn-j"a5kIn-1"I
Applying the least squares method to n-j7k so that Rk-Σ(θn-yk) is the minimum, '09al +a
2ya3ta4t'5 is determined, and one of the m02 intermediate variables 7 is selected in ascending order of Rk.

さらに１選択された１個の中間変数にｍ個の工。。Furthermore, m operations are performed on one selected intermediate variable. .

工ｎ−１，Ｉｎ−２，Ｉｎ−３，・・・工。−ｍの制御
量を加えた１＋ｍ個のうち、２個を選択して２次式を考
え、この１＋ｍＣ２個の２次式に対してΣ（θｎ−ｙｋ
）２が最小となるように最小自乗法を適用し１＋を得ｍ
０２個の中間変数を得た後Ｒｋの小さい順に１個選択す
ることを繰り返す。Engineering n-1, In-2, In-3,... Engineering. Select two out of the 1+m control variables including −m and consider a quadratic equation, and consider the quadratic equation of 1+m
) Apply the least squares method so that 2 is the minimum and obtain 1+ m
After obtaining 02 intermediate variables, the process of selecting one in ascending order of Rk is repeated.

中間変数を得ることを繰り返すことによって。By iterating to obtain intermediate variables.

Ｒｋが減少しなくなった時点で繰り返しを終了し。The repetition ends when Rk no longer decreases.

この時点でＲｋを最小とする中間変数をｆ（Ｉ。＋工ｎ
−＋＋Ｉｎ−２．工ｎ−３，・・・工。−ｍ）とする。At this point, the intermediate variable that minimizes Rk is f(I. +
-++In-2. Engineering n-3,... Engineering. −m).

α９はモデル推定回路αｅの予測出力Ｓｎであり。α9 is the predicted output Sn of the model estimation circuit αe.

求めた制御系の非線形モデルから次のようにして与えら
れる。It is given as follows from the obtained nonlinear model of the control system.

Ｂｎ−ｆ（Ｉｎ） ■の比較回路では、実際に得られる制御対象の出力θｎ
（２）と推定された制御系のに次のモデルから得られた
予測出力Ｓｎとの誤差をシステムに依存する許容誤差範
囲ｅと比較して。In the comparison circuit of Bn-f(In)
(2) Compare the error between the estimated control system and the predicted output Sn obtained from the next model with the system-dependent allowable error range e.

ｌ５ｎ−〇ｎ　ｌ　＜　８ を調定する場合制御系が正常であると１Ｊ定しエラー信
号Ｑυとして”０”、そうでなければ制御系が異常とし
て”１”を出力する。When adjusting l5n-〇n l < 8, 1J is determined to indicate that the control system is normal and outputs "0" as the error signal Qυ; otherwise, it outputs "1" as the control system is abnormal.

なお、上記実施例ではシンクロ発振器による計測の例で
あるが１位置を計測できるその他の手段を用いても、こ
の発明を適用できる。Although the above embodiment uses a synchro oscillator for measurement, the present invention can also be applied to other means capable of measuring one position.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば制御系の非線形モデル
を特殊な関数を用いる事なく簡単な計算の繰り返しで求
めることができディジタル計算機むきであり、基本的な
入力を優先的に使用することにより制御系の非線形性を
損なうことなく、効果的に制御系をモデル化することに
よシ、制御対象の位置計測手段、シンクロディジタル変
換器。As described above, according to the present invention, a nonlinear model of a control system can be obtained by repeating simple calculations without using special functions, and it is suitable for digital computers, and basic inputs can be used preferentially. By effectively modeling the control system without compromising the nonlinearity of the control system, we use a synchro-digital converter as a means for measuring the position of the controlled object.

ディジタルアナログ変換器のいずれかに異常が生じた場
合にもこれを的確に検出し、制御系の暴走を抑止すると
いう利点を持つ。Even if an abnormality occurs in any of the digital-to-analog converters, this has the advantage of accurately detecting this and preventing runaway of the control system.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は、この発明によるディジタル制御装置を含む制
御系の全体構成図、第２図は、ディジタル制御装置を具
体的に示した図、第３図は、異常検出器を具体的に示し
た図、第４図は従来のディジタル制御装置を示した図で
ある。 図中、（１）は目標位置データＸｎ＋（２）は制御対象
位置θ。、（３）は偏差Ｅｎ、ｔ４１はサーボ制御回路
、（５）は制御量Ｉｎ、＋６１はディジタル制御装置、
（７）はディジタルアナログ変換器、（８）は増幅器、
（９）は駆動機、α１はシンクロ発振器、αυはシンク
ロディジタルｆｉｌ器、α擾はサーボ制御回路、α３は
異常検出器、α乃はエラー信号、α９は選択器、αＧ、
σηは出力値、０秒はモデル推定回路、　＋１９はモデ
ル推定回路Ｕの予測出力Ｓｎ、Ｇ！Ｑは比較回路、シυ
はエラー信号である。 なお９図中同一あるいは相当部分には同一符号を付しで
ある。Fig. 1 is an overall configuration diagram of a control system including a digital control device according to the present invention, Fig. 2 is a diagram specifically showing the digital control device, and Fig. 3 is a diagram specifically showing an abnormality detector. 4 are diagrams showing a conventional digital control device. In the figure, (1) is the target position data Xn+(2) is the controlled object position θ. , (3) is the deviation En, t41 is the servo control circuit, (5) is the control amount In, +61 is the digital control device,
(7) is a digital-to-analog converter, (8) is an amplifier,
(9) is the drive unit, α1 is the synchronized oscillator, αυ is the synchronized digital filter, α3 is the servo control circuit, α3 is the abnormality detector, α is the error signal, α9 is the selector, αG,
ση is the output value, 0 seconds is the model estimation circuit, +19 is the predicted output Sn of the model estimation circuit U, G! Q is a comparison circuit, υ
is an error signal. Note that the same or corresponding parts in FIG. 9 are given the same reference numerals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 目標値からの誤差を入力として、制御対象への制御量を
出力とするサーボ制御回路と、制御対象への入力と制御
対象からの出力から上記サーボ制御回路の外囲環境及び
制御対象の異常を入力を優先した非線形モデル推定によ
って検出する異常検出器と、上記異常検出器によって、
出力されるエラー信号によって制御対象への出力を切り
換える選択器とを有し、外囲環境の異常及び制御対象に
よる制御系の暴走を抑止することを特徴とするディジタ
ル制御装置。A servo control circuit that takes the error from the target value as input and outputs the controlled amount to the controlled object, and detects abnormalities in the surrounding environment of the servo control circuit and the controlled object from the input to the controlled object and the output from the controlled object. An anomaly detector that detects by nonlinear model estimation that prioritizes input, and the above anomaly detector,
What is claimed is: 1. A digital control device comprising a selector that switches an output to a controlled object based on an output error signal, and suppresses abnormalities in the surrounding environment and runaway of a control system caused by the controlled object.