JPH0340106A - ロバスト制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボット、船舶、製鉄プラント、原動機など
の制御系全般に利用可能なロバスト制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の最適ロバスト制御装置の一例のブロック図を第７
図に示す。第７図にかいて制御対象１に入力する制御信
号Ｕ、（ｔ）は、線形ロバスト制御理論によう得られた
ゲインに１を掛けるフィードバックゲイン演算器２から
の出力信号と、積分器とゲインに２を掛ける演算器３か
らの出力信号とを加算演算器４によシ加算したものであ
る。上記演算器２の入力は、制御対象１の状態をセンサ
ー筐たは推定器によシ得られた状態変数信号Ｘ（ｔ）で
ある。（以下ベクトル量はＸ（ｔ）のようにゴシック体
で示すことにする。）また積分演算器３への入力は、制
御対象の出力信号ｙと、設定値信号ｒ　（ｔ）とを加算
演算器５より合成した信号Ｖ、（ｔ）とする。制御対象
の出力信号は適当なセンサーによシ計測する。制御対象
１には、外部より外乱信号ｄ（ｔ）も加わるものとする
。

従来の最適ロバスト制御系は、上記の様に構成している
か、このシステムは、システム行列Ａ。

Ｂの小さな変動と外乱の変動に対して比較的良い制御性
を保つことが知られている。しかし、制御用検出信号ｘ
（ｔ）やＶ（ｔ）を得るために、推定器やオブザーバを
用いると、このロバスト性がくずれ、上記の様な良い制
御性が得られない。また制御対象自身の特性が大きく変
化すると、十分な制御が行えなくなるなどの欠点がある
。さらにその制御をフィードバック信号によシ行ってい
るため、制御機器の検出卦くれなどのために、応答速度
を上げるには限界がある。

また従来の制御系の基本アルコ゛リズムであるロバスト
制御理論では、制御対象モデルが、明確に把握できない
場合の設計時にケゝインに１．に２の決定ができないと
いう問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の最適ロバスト制御装置の構成では、制御対象の特
性が大きく変動したときや、制御機器要素に遅れがある
場合、１九制御機器に、除去不能のノイズが混入する場
合などに良好な制御性を得られないという問題があった
。

本発明は、これらの問題を解決する制御装置すなわち、
制御対象の特性が十分把握できない場合の制御系の設計
や制御対象の特性が大きく変動したシ、外乱特性が大き
く変った場合、あるいは、制御機器に避けがたいノイズ
が混入する場合にも十分対応できるロバスト制御装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るロバスト制御装置は、加算器５と演算器３
と加算器４と加算器７を前記層に直列に配し、加算器７
の出力信号を制御対象１に出力する制御装置にかいて、
フィードバック回路１１とフィードバック回路２１を有
するとともに、第１の学習演算装置６１と第２の学習演
算装置６２を具備し、前記加算器５は設定値信号〔ｒ（
ｔ）〕を入力するとともに、フィードパ、り回路２ノを
経由し５− て制御対象の出力信号（Ｖ（ｔ）〕を入力し、制御面差
入力するとともに、制御対象の状態変数信号（ｘ（ｔ）
〕をフィードバック回路１ノの演算器２を経由して入力
し、信号（ＬＪ、（ｔ）〕を加算器７に出力し、前記加
算器７は加算器４の出力信号（Ｌｌ　（ｔ）〕を入力す
るとともに加算器９の出力信号（ＬＪ、（ｔ）〕を入力
し、信号〔Ｕｆ（ｔ）〕を制御対象１及び第１の学習演
算装置６１に出力し、前記第１の学習演算装置６１は設
定値信号〔ｒ（ｔ）〕を入力するとともに加算器７の出
力信号（Ｕ　、（ｔ）〕を入力し、フィードフォアード
信号（Ｕｔ、（をン）を加算器９に出力し、前記第２の
学習演算装置６２は設定値信号〔ｒ（ｔ）〕を入力する
とともに加算器５の出力信号（Ｕ２（ｔ）〕を入力し、
フィードフォアード信号〔Ｕｆ２（ｔ）〕を加算器９に
出力し、前記加算器９は第１の学習演算装置６１の出力
信号（Ｌｌ、１（ｔ）〕と第２の学習演算装置６２の出
力信号（Ｕｆ２（ｔ）〕を入力し、合成フィードフォア
ード信号〔Ｕｆ（ｔ）〕を加算器７に出力することを特
徴とする−ローｅＪｘ＝才翻翻嘴櫨６一 〔作用〕 前記のように従来の最適ロバスト制御系の制御対象に加
える入力信号に、２つのフィードフォアード信号を加え
て補正しているので、制御対象の変動や外乱の変動なら
びに制御系に加わるノイズの変動に対応することができ
る。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第６図に示す。

第１図は、本発明の一実施例のブロック線図を示すもの
で、従来のロバスト制御装置（第７図）に、２つの学習
型フィードファード制御系を付加したものであう、それ
ぞれの学習を行うための信号として、以下にのべ；ｂ　
Ｕｔ（ｔ）（ｔ＝１．２　）　＋　ｒ（ｔ）を利用して
Ｕ、、（ｔ）　（ｔ＝　ｉ　、　２　）を制御対象１０
入力系に付加したものである。即ち設定値信号ｒ（ｔ）
とフィードバック信号ｙ（ｔ）を加算演算器５に入力し
て、出力信号Ｕ２（ｔ）を作シ、この信号の積分及び掛
算を行う演算器３によシ演算し、その出力信号と、フィ
ードバックダイン演算器２の出力を加算演算器４によう
演算し、信号Ｕ　（ｔ）を作る。次にこの信号Ｕ、（ｔ
）と第１の学習演算装置６１及び第２の学習演算装置６
２の出力信号の合成信号（フィードフォアード信号）　
Ｕ、（ｔｌとを加算演算器７によ　り演算し、制御入力
信号Ｕｌ（ｔ）を作る。−力投定値信号ｒ（ｔ）と制御
入力信号Ｕｌ（ｔ）、を用いて、第１の学習演算装置６
１によシフィードフォアード信号Ｌｌ、（ｔ）を作シ、
筐た設定値信号ｒ（ｇと制御偏差信号Ｕ２（ｔ）を用い
て第２の学習演算装置６２によシフィードフォアード信
号Ｕｆ２ｆｔ）を作りこの両信号を、加算演算器９によ
り合成しこの出力信号Ｕｚ（ｔ）を加算演算器７に入れ
る。

ここで学習演算装置６１としては、例えば、第２図（２
入力２出力の例）に示すように制御対象１への制御入力
信号Ｕｔ（ｔ）を利用して、信号ネットワークを作シ、
制御対象１の竹性を学習するものであシ、これは次に述
べる１入力１出力系と多入力多出力系のアルゴリズムを
行うものあるいはこれ以外のものであっても良い。

な釦学習演算装置６１と学習演算装置６２は、それぞれ
入力として利用する信号が異なり、内部信号及び内部関
数は異るが、演算アルゴリズムは同一のものを用いるの
で、学習演算器のサブィックスｔ（ｔ−＝４．２）は省
略して以下に示す。

（１）１入力１出力系 （Ｉ−１〜ｎ） ９− Ｕ、（ｔ）＝Σｗｋｆｋ〔ｒ（ｔ）〕 ｋ＝１ ｙｉ（ｔ）　＝　ｌ　１　〔ｒ（ｔ）〕但しτは時定数
である。

（２） 多入力多出力系 τｖｒｉ　ｊ（ｔ）”’　７１ｊ（ｔ）（Ｕｔ（ｔ）−
Σ”ｔｋｙｔｋ）ｋ＋１＋１ Ｕ、ノ１）＝ΣＷｘｋ’ｔｋ〔ｒｌ（ｔ）〕ｋ＝１ （ｌ＝１〜ｎ） 次に第１図のように構成されたロバス ト制御装 置の動作について説明する。

学習演算装置６１の 入力信号は。

設定値信号ｒ（ｔｌ と、制御対象１ に入 ＝１０− 力する制御入力信号Ｕｌ（ｔ）の両者である。

筐た学習演算装置６２の入力信号は、設定値信号ｒ（ｔ
ｌと制御偏差信号Ｕ２（ｔ）の両者である。

とｌｆ”Ｌらの信号ｒ（ｔ）　ｔ　Ｕｌ（ｔ）　、　Ｕ
２（ｔ）を利用して制御対象１の変化や外乱の変化及び
制御回路に混入するノイズに対応した演算を行い、フィ
ードフォアド成分信号Ｕ７１　（ｔ）　、　Ｕ　７２（
ｔ）を得る。これらの信号を加算器９によう合成して、
フィードフォアード信号Ｕ、（ｔｌを得る。このフィー
ドフォアード信号Ｕ、（ｔ）は、制御実施中、制御対象
１や外乱変動に対応して適宜変化し、学習演算装置６１
及び６２による学習の初期は、信号の大きさは小さいが
、学習が進むにつれて、信号が増加して、学習が完全に
行なわれると通常のフィードバックによる信号Ｕｌ（ｔ
）がフィ゛−ドフォアード信号Ｕ、（ｔ）に連続的に置
きかわｂ、制御系自体がフィードフォアード制御系とな
り、応答特性が改善される。さらにこの段階で制御対象
１がさらに変化したシ、あるいは、アクチュエータを含
む駆動系並びにその制御装置の特性が変化した場合には
、学習演算装置６１、及び６２が学習を始め、学習の初
期は再び、フィードバックによる信号Ｕ　（ｔｌ分が増
加して、フィードフォアード信号Ｕ、（ｔ）がそれぞれ
連続して減少し、主としてフィードバックによる制御装
置による信号系統により制御を行う。

このように、学習演算装置６１は、主として制御対象特
性及びその外乱に対する学習器として働き、学習演算装
置６２は、主としてアクチュエタ駆動系等の通常のフィ
ードバック制御装置の特性とそれに加わる外乱に対する
学習器として働くように学習器の内部関数を設定して構
成している。

このようにして、制御対象１の変動や外乱変動及び通常
のフィードバック制御系自体の変動に対して、フィード
バック制御系になったり、フィドフォア−ド制御系にな
ったり、あるいは、その両方を用いたりすることを連続
的に行いうる。

通常のフィードフォアード演算では、学習演算がなく、
従ってフィードフォアード信号系統に制御信号Ｕｌ（ｔ
）Ｕ２（ｔ）を用いて行う演算がなく、その制御系は、
制御対象１の特性が十分明確なときのみ設計が可能であ
り、その制御系は、制御対象の特性が変動したときには
、十分な性能を発揮しない。しかし、本発明に用いた学
習演算装置６１及び６２は、制御対象１への制御入力信
号Ｕｌ（ｔ）及び、制御系の偏差信号Ｕ２（ｔ）を用い
て、制御対象の特性及び、通常のフィードバック制御装
置の特性を暗時刻々学習するため、この学習型フィード
フォアード制御系は、制御対象の変動及び外乱の変動に
対しても、十分追従してフィードフォアード制御が可能
になる。

以上の操作によシ、制御対象１の特性変動や外乱変動及
びフィードバック系の特性変動やこの系に加わる外乱変
動に対して良い制御性を実現できると同時に、制御特性
が十分把握できない場合にかいても良い制御特性を持つ
制御系を実現できる。

次に本発明のロバスト制御装置を用いた場合の効果につ
いて第３図〜第６図を参照して説明する。

第３図は、第１図の設定値信号ｒ（ｔ）の入力波形（１
入力１出力系の場合を示し、入力はステップ状入力どす
る）を示すものである。第４図は、従３− 来のロバスト制御理論により最適制御系の設計結果のロ
バスト制御系の出力波形を示すもので、ロバスト制御系
設計時には、制御対象の特性を明確に推定する必要があ
る。しかし今回の制御対象は十分に把握しきれていない
ため、不明なところは、適当にパラメータを設定するこ
とになる。そのため十分最適な系は、実現し得す、制御
性（減衰特性、立ち上がシ特性、その他）は期待するほ
どのものが得られないことを示している。

第５図は、上記の制御系で、制御対象を制御していると
きに、制御対象が変化（固有値の変動、減衰の変動がそ
れぞれ大きいとき）したときの出力波形（学習前）の例
を示している。この場合には、もはや従来の制御系では
制御しきれないことがあることを示している。

しかし、この系に本発明の学習性フィードフォアード系
を付加すると、学習前は、以前と同じ悪い特性であって
も、学習が進むにつれて、制御性が改善され、第６図の
ような応答になる。これは、学習演算装置６１及び６２
には全知全能の力かあ１４ るわけではないが、制御対象の特性等をオンラインで同
定して、本来ロバスト制御系が持っている能力を引き出
す役目をしているからである。従って、制御性が改善さ
れる。

［発明の効果］ 本発明は前述のように構成されているので、本発明によ
れば、制御対象の特性が十分把握できない場合の制御系
の設計や、制御対象の制御装置の特性が大きく変動した
シ、外乱特性が大きく変った場合にも、十分対応できる
ロバスト制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック線図、第２図は第１
図の学習演算装置の一例を示すアルゴリズムを示す図、 第３図〜第６図は、本発明の作用効果を説明する図、 第７図は従来の最適ロバスト制御装置の一例を示すブロ
ック図、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加算器（５）と演算器（３）と加算器（４）と加算器（
   ７）を前記順に直列に配し、加算器（７）の出力信号を
   制御対象（１）に出力する制御装置において、 フィードバック回路（１１）とフィードバック回路（２
   １）を有するとともに、第１の学習演算装置（６１）と
   第２の学習演算装置（６２）を具備し、 前記加算器（５）は、設定値信号〔ｒ（ｔ）〕を入力す
   るとともに、フィードバック回路（２１）を経由して制
   御対象の出力信号〔ｙ（ｔ）〕を入力し、制御偏差信号
   〔Ｕ＿２（ｔ）〕を演算器（３）および第２の学習演算
   装置（６２）に出力し、 前記加算器（４）は演算器（３）の出力信号を入力する
   とともに、制御対象の状態変数信号〔Ｘ（ｔ）〕をフィ
   ードバック回路（１１）の演算器（２）を経由して入力
   し、信号〔Ｕ＿ｅ（ｔ）〕を加算器（７）に出力し、 前記加算器（７）は加算器（４）の出力信号〔Ｕ＿ｅ（
   ｔ）〕を入力するとともに加算器（９）の出力信号〔Ｕ
   ＿ｆ（ｔ）〕を入力し、信号〔Ｕ＿１（ｔ）〕を制御対
   象（１）及び第１の学習演算装置（６１）に出力し、前
   記第１の学習演算装置（６１）は設定値信号〔ｒ（ｔ）
   〕を入力するとともに加算器（７）の出力信号〔Ｕ＿１
   （ｔ）〕を入力し、フィードフォアード信号〔Ｕ＿ｆ＿
   １（ｔ）〕を加算器（９）に出力し、前記第２の学習演
   算装置（６２）は設定値信号〔ｒ（ｔ）〕を入力すると
   ともに加算器（５）の出力信号〔Ｕ＿２（ｔ）〕を入力
   し、フィードフォアード信号〔Ｕ＿ｆ＿２（ｔ）〕を加
   算器（９）に出力し、 前記加算器（９）は第１の学習演算装置（６１）の出力
   信号〔Ｕ＿ｆ＿１（ｔ）〕と第２の学習演算装置（６２
   ）の出力信号〔Ｕ＿ｆ＿２（ｔ）〕を入力し、合成フィ
   ードフォアード信号〔Ｕ＿ｆ（ｔ）〕を加算器（７）に
   出力することを特徴とするロバスト制御装置。