JPH04302302A - Two degree of free controller - Google Patents

Two degree of free controller

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JPH04302302A
JPH04302302A JP6710291A JP6710291A JPH04302302A JP H04302302 A JPH04302302 A JP H04302302A JP 6710291 A JP6710291 A JP 6710291A JP 6710291 A JP6710291 A JP 6710291A JP H04302302 A JPH04302302 A JP H04302302A
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control
calculation means
function
evaluation function
feedforward control
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Yuichi Senda
千 田 有 一
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Abstract

PURPOSE:To quickly decide a control constant to perform control with high accuracy compared with the case that a feedforward control constant is found as applying a trial and error. CONSTITUTION:This controller is provided with a feedback control arithmetic means 2 and a feedforward control arithmetic means 4 which control a controlled system 1. The feedback control constant of the feedback control arithmetic means 2 can be found by a feedback control constant arithmetic means 3. The feedforward control constant of the feedforward control arithmetic means 4 can be found by a feedforward control constant arithmetic means 5. An evaluation function decision means 6 designates an appropriate transfer function relating to the feedforward control arithmetic means 4, and finds an evaluation function for a transfer function. The feedforward control constant arithmetic means 5 finds the feedforward control constant so as to set the evaluation function at the minimum value or a value less than an allowable value.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はフィードバック制御機能
およびフィードフォワード制御機能の2つの機能を有す
る2自由度制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-degree-of-freedom control device having two functions: a feedback control function and a feedforward control function.

【0002】0002

【従来の技術】2自由度制御装置の基本的な構成方法に
ついては、従来から知られている。例えば(1)  荒
木:2自由度制御系−I、  システムと制御  Vo
l.29,No.10,pp.649〜656,(19
85)(2)原、杉江:2自由度制御系−II、  シ
ステムと制御  Vol.30,No.8,pp.45
7〜466,(1986)などの解説がある。2自由度
制御装置の基本構造は、制御対象の出力信号に基づいて
制御対象への操作量を計算するフィードバック制御演算
手段と、目標入力信号に基づいて制御対象への操作入力
を計算するフィードフォワード制御演算手段とを備えて
いる。フィードバック制御演算手段は、たとえば閉ルー
プシステムの感度特性や相補感度特性のような閉ループ
特性を改善するように設計され、一方フィードフォワー
ド制御演算手段は制御出力を目標入力信号に迅速に追従
させたい場合、その応答特性を良好にするように設計さ
れる。2自由度制御装置では、フィードバック制御演算
手段とフィードフォワード制御演算手段を別々に設計す
ることが可能であるため、閉ループ特性と目標値追従特
性は独立に改善することができる。
2. Description of the Related Art The basic method of constructing a two-degree-of-freedom control device has been known for some time. For example, (1) Araki: 2 Degrees of Freedom Control System-I, System and Control Vo
l. 29, No. 10, pp. 649-656, (19
85) (2) Hara, Sugie: 2 Degrees of Freedom Control System-II, System and Control Vol. 30, No. 8, pp. 45
7-466, (1986), etc. The basic structure of a two-degree-of-freedom control device is a feedback control calculation means that calculates the amount of operation to the controlled object based on the output signal of the controlled object, and a feedforward system that calculates the operational input to the controlled object based on the target input signal. and control calculation means. The feedback control calculation means is designed to improve closed-loop characteristics, such as the sensitivity characteristics and complementary sensitivity characteristics of a closed-loop system, while the feedforward control calculation means is designed to improve closed-loop characteristics such as the sensitivity characteristics and complementary sensitivity characteristics of a closed-loop system, while the feedforward control calculation means is designed to improve the closed-loop characteristics, such as the sensitivity characteristics and complementary sensitivity characteristics of a closed-loop system, while the feedforward control calculation means is designed to improve the closed-loop characteristics such as the sensitivity characteristics and complementary sensitivity characteristics of a closed-loop system, while the feedforward control calculation means is designed to improve the closed-loop characteristics such as the sensitivity characteristics and complementary sensitivity characteristics of a closed-loop system. It is designed to improve its response characteristics. In the two-degree-of-freedom control device, the feedback control calculation means and the feedforward control calculation means can be designed separately, so the closed loop characteristics and the target value tracking characteristics can be independently improved.

【0003】フィードバック制御演算手段を構成する場
合、PID制御装置、LQ最適レギュレータとカルマン
フィルタの併合による制御装置、H∞制御系設計法によ
る制御装置など、従来から様々な構成方法が用いられて
いる。
When configuring the feedback control calculation means, various configuration methods have been used in the past, such as a PID control device, a control device by combining an LQ optimum regulator and a Kalman filter, and a control device by the H∞ control system design method.

【0004】これに対して、フィードフォワード制御演
算手段の設計方法については、2自由度PID制御装置
のように制御器の構造をあらかじめ定めておき、応答波
形を見ながら制御定数を試行錯誤によって決定する方法
と、望ましい目標値応答を示す規範モデルを用意してお
き、その規範モデルの伝達関数に制御システムの伝達関
数を一致させるようにフィードフォワード制御装置を設
計するモデルマッチング法とがある。
On the other hand, regarding the design method of the feedforward control calculation means, the structure of the controller is determined in advance like a two-degree-of-freedom PID control device, and the control constants are determined by trial and error while looking at the response waveform. The other method is the model matching method, in which a reference model indicating a desired target value response is prepared and a feedforward control device is designed so that the transfer function of the control system matches the transfer function of the reference model.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試行錯
誤による方法を用いた場合、目標値応答特性のみを改善
するならば簡単に制御定数の調整が行えるものの、同時
に考慮する設計目標が複数個あった場合には制御定数の
調整には多くの経験と時間を要する。また、制御装置の
構造があらかじめ決まっているため、制御対象によって
は制御性能の限界からほど遠い制御効果しか得られない
可能性もある。さらに、制御対象が多入出力系の場合に
は、調整すべき制御定数の数も多くなり、制御対象入出
力間の相互干渉の影響もあるために現実的には試行錯誤
による制御系の設計はかなり難しいものとなる。
[Problem to be solved by the invention] However, when using a trial-and-error method, it is easy to adjust the control constants if only the target value response characteristics are improved, but there are multiple design goals to consider at the same time. In some cases, adjusting the control constants requires a lot of experience and time. Furthermore, since the structure of the control device is predetermined, depending on the object to be controlled, there is a possibility that a control effect that is far from the limit of control performance can be obtained. Furthermore, if the controlled object is a multi-input/output system, the number of control constants to be adjusted increases, and there is also the effect of mutual interference between the controlled object inputs and outputs, so in reality, the control system is designed by trial and error. becomes quite difficult.

【0006】また、モデルマッチング法を用いた場合で
も、規範モデルとして任意のモデルを指定することがで
きるわけではなく、それぞれの制御対象によって指定す
ることのできる規範モデルには制限がある。したがって
、制御対象によっては理想的な応答を示す伝達関数を規
範モデルとして選ぶ事ができず、ある程度妥協してモデ
ルを選択せざるを得ない場合も起こってくる。一方、制
御性能は規範モデルの性質に大きく依存するため、どの
ような性質を妥協した規範モデルを選べは最良であるか
といった問題はきわめて重要な問題となる。さらに、シ
ステムの次元が高次であったり、複数の制御仕様に基づ
いて制御装置を設計しようとした場合、あるいは制御対
象が多入出力系の場合などでは規範モデルの選定基準が
ますます複雑となり、実質的には試行錯誤による制御定
数決定と同様な労力が必要となる。
Furthermore, even when the model matching method is used, it is not possible to specify any model as the reference model, and there are limits to the reference models that can be specified depending on each controlled object. Therefore, depending on the controlled object, it may not be possible to select a transfer function that exhibits an ideal response as a reference model, and a model must be selected with some compromise. On the other hand, since control performance is highly dependent on the properties of the reference model, the question of what kind of properties should be compromised in is the best reference model to choose is an extremely important issue. Furthermore, when the dimension of the system is high, when a control device is designed based on multiple control specifications, or when the controlled object is a multi-input/output system, the criteria for selecting a reference model become increasingly complex. , substantially the same effort as determining control constants by trial and error is required.

【0007】本発明は、上述した従来の2自由度制御装
置の欠点を解決するためになされたもので、制御効果を
損なうことなく、複数の設計上の要求があった場合でも
必要となる労力を大幅に削減することができ、また制御
対象が多入出力系であった場合についても、単入出力系
に対する場合と同様な労力で精度良く制御することがで
きる2自由度制御装置を提供することを目的とする。
The present invention was made to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional two-degree-of-freedom control device, and it reduces the amount of effort required even when multiple design requirements are met without impairing the control effect. To provide a two-degree-of-freedom control device that can significantly reduce the amount of time required, and can perform accurate control even when the controlled object is a multi-input/output system with the same effort as for a single input/output system. The purpose is to

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、制御出力信号
と目標入力信号とから制御対象に加える操作量を演算す
るフィードバック制御演算手段と、このフィードバック
制御演算手段で用いるフィードバック制御定数を求める
フィードバック制御定数演算手段と、目標入力信号から
制御対象に加える操作量を演算するフィードフォワード
制御演算手段と、このフィードフォワード制御演算手段
で用いるフィードフォワード制御定数を求めるフィード
フォワード制御定数演算手段と、前記フィードフォワー
ド制御演算手段に係る適当な伝達関数を指定し、この伝
達関数について評価関数を求める評価関数決定手段とを
備え、前記フィードフォワード制御定数演算手段は、前
記評価関数決定手段で求めた評価関数を最小値また許容
値以下とするようフィードフォワード制御定数を定める
ことを特徴とする2自由度制御装置である。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a feedback control calculation means for calculating a manipulated variable to be applied to a controlled object from a control output signal and a target input signal, and a feedback control calculation means for calculating a feedback control constant used in the feedback control calculation means. a control constant calculation means; a feedforward control calculation means for calculating a manipulated variable to be applied to a controlled object from a target input signal; a feedforward control constant calculation means for calculating a feedforward control constant used in the feedforward control calculation means; evaluation function determining means for specifying an appropriate transfer function related to the forward control calculating means and calculating an evaluation function for this transfer function; This is a two-degree-of-freedom control device characterized in that a feedforward control constant is determined to be below a minimum value or a permissible value.

【0009】[0009]

【作用】評価関数決定手段において、フィードフォワー
ド制御演算手段に係る適当な伝達関数を指定し、これら
の伝達関数について評価関数を求めるとともに、フィー
ドフォワード制御定数演算手段において前記評価関数を
最小または許容値以下とするようフィードフォワード制
御定数を求め、このフィードフォワード制御定数に基づ
いてフィードフォワード制御演算手段により制御対象に
対して制御を行なう。
[Operation] In the evaluation function determining means, appropriate transfer functions related to the feedforward control calculation means are specified, and evaluation functions are determined for these transfer functions, and in addition, the feedforward control constant calculation means sets the evaluation function to the minimum or allowable value. A feedforward control constant is determined as follows, and the control object is controlled by the feedforward control calculation means based on this feedforward control constant.

【0010】0010

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1乃至図6は本発明による2自由度制御
装置の一実施例を示す図である。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 6 are diagrams showing an embodiment of a two-degree-of-freedom control device according to the present invention.

【0011】図1において、本発明による2自由度制御
装置は、単入出力あるいは多入出力のプロセスあるいは
メカニカルシステムからなる制御対象1を制御するもの
である。すなわち、2自由度制御装置は、制御対象1の
出力を帰還してなる制御出力信号y(t)と、目標値r
(t)を基にして制御対象の操作量を演算するフィード
バック制御演算手段2と、目標値r(t)を基にして制
御対象1の操作量を演算するフィードフォワード制御演
算手段4と、フィードバック制御演算手段2の出力信号
u1 (t)とフィードフォワード制御演算手段4の出
力信号u2 (t)との和u(t)=u1 (t)+u
2 (t)を演算する加算手段7を備えている。
In FIG. 1, a two-degree-of-freedom control device according to the present invention controls a controlled object 1 consisting of a single input/output or multiple input/output process or mechanical system. That is, the two-degree-of-freedom control device outputs a control output signal y(t) obtained by feeding back the output of the controlled object 1, and a target value r.
Feedback control calculation means 2 that calculates the manipulated variable of the controlled object 1 based on the target value r(t), feedforward control calculation means 4 that calculates the manipulated variable of the controlled object 1 based on the target value r(t), Sum of output signal u1 (t) of control calculation means 2 and output signal u2 (t) of feedforward control calculation means 4 u(t)=u1 (t)+u
2(t) is provided.

【0012】フィードバック制御演算手段2の出力信号
u1 (t)とフィードフォワード制御演算手段4の出
力信号u2 (t)が加算手段7によって演算された信
号u(t)が、制御対象1を制御するための操作信号で
あり、操作信号u(t)によって制御対象1が制御され
る。またフィードバック制御演算手段2で用いられる制
御定数は、フィードバック制御定数演算手段3において
決定されるようになっており、さらにフィードフォワー
ド制御演算手段4で用いられる制御定数K4 (s)は
、評価関数決定手段6において決められた評価関数に基
づき、フィードフォワード制御定数演算手段5において
演算されるようになっている。
A signal u(t) obtained by calculating the output signal u1 (t) of the feedback control calculation means 2 and the output signal u2 (t) of the feedforward control calculation means 4 by the addition means 7 controls the controlled object 1. The control object 1 is controlled by the operation signal u(t). Further, the control constant used in the feedback control calculation means 2 is determined in the feedback control constant calculation means 3, and the control constant K4 (s) used in the feedforward control calculation means 4 is determined by the evaluation function. Based on the evaluation function determined by the means 6, the feedforward control constant is calculated by the feedforward control constant calculating means 5.

【0013】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。
Next, the operation of this embodiment having such a configuration will be explained.

【0014】フィードバック制御演算手段2は、制御対
象1に加える操作量となる出力信号u1 (t)を制御
対象1の出力信号y(t)と、目標値r(t)から演算
により求めるものである。フィードバック制御演算手段
2としては、たとえば図2に示すように、目標値r(t
)と制御対象1の出力信号y(t)との制御偏差   
   e(t)=r(t)−y(t)        
                (1)を制御演算装
置8への入力信号とし、制御演算装置8からの出力信号
をu1(t)とすることができる。
The feedback control calculating means 2 calculates the output signal u1 (t), which is the manipulated variable to be applied to the controlled object 1, from the output signal y(t) of the controlled object 1 and the target value r(t). be. For example, as shown in FIG. 2, the feedback control calculation means 2 calculates the target value r(t
) and the output signal y(t) of controlled object 1
e(t)=r(t)-y(t)
(1) can be used as an input signal to the control calculation device 8, and the output signal from the control calculation device 8 can be taken as u1(t).

【0015】フィードバック制御定数演算手段3では、
フィードバック制御演算手段2で用いる演算アルゴリズ
ムと制御定数の決定を行う。演算アルゴリズムとしては
、PID制御法、LQ最適レギュレータとオブザーバの
併用による方法,H∞最適制御法,H2 最適制御法の
ほか、従来から線形フィードバック制御系の設計方法と
して用いられているすべての方法を用いることができる
。演算アルゴリズムを選定すれば、従来の制御定数決定
手順に従って制御定数を決めることができる。したがっ
て、フィードバック制御演算手段2を図2のような構造
としたとき、フィードバック制御定数演算手段3で決め
られた制御演算アルゴリズムと制御定数に基づいて、制
御演算装置8によって制御対象1に入力される操作量u
1 (t)が演算されることになる。
In the feedback control constant calculation means 3,
The calculation algorithm and control constants used in the feedback control calculation means 2 are determined. Arithmetic algorithms include the PID control method, the combination of LQ optimal regulator and observer, the H∞ optimal control method, the H2 optimal control method, and all the methods conventionally used to design linear feedback control systems. Can be used. Once a calculation algorithm is selected, control constants can be determined according to conventional control constant determination procedures. Therefore, when the feedback control calculation means 2 has a structure as shown in FIG. Operation amount u
1 (t) will be calculated.

【0016】評価関数決定手段6では、フィードフォワ
ード制御演算手段4に係る適当な伝達関数を指定し、こ
の伝達関数について評価関数を求める。そしてこの評価
関数に基づいて、フィードフォワード制御定数演算手段
5において制御定数K4 (s)の演算を行なう。評価
関数決定手段6で用いることのできる評価関数としては
、伝達関数あるいは伝達関数行列のH2 ノルムやH∞
ノルムなどの関数のノルムが考えられるが、本実施例で
はH∞ノルムによる評価を用いる。
The evaluation function determination means 6 specifies an appropriate transfer function for the feedforward control calculation means 4, and calculates an evaluation function for this transfer function. Based on this evaluation function, the feedforward control constant calculation means 5 calculates a control constant K4 (s). Evaluation functions that can be used in the evaluation function determining means 6 include the H2 norm and H∞ of the transfer function or transfer function matrix.
Although the norm of a function such as the norm can be considered, in this embodiment, evaluation using the H∞ norm is used.

【0017】評価関数決定手段6における評価関数決定
のための一般的な手順は、次のようになる。まず、評価
関数決定手段6では、フィードバック制御演算手段2で
用いられる制御定数についての情報を必要としているた
め、フィードバック制御定数演算手段3によって、フィ
ードバック制御演算手段2の制御定数を決定した後に以
下のアルゴリズムが適用される。
The general procedure for determining the evaluation function in the evaluation function determining means 6 is as follows. First, since the evaluation function determining means 6 requires information about the control constants used in the feedback control calculating means 2, the feedback control constant calculating means 3 determines the control constants of the feedback control calculating means 2, and then the following algorithm is applied.

【0018】ステップ1:フィードフォワード制御演算
手段4を用いることによって改善すべき制御特性を、そ
の特性を表す入出力関係に基づくn個の伝達関数または
伝達関数行列G1 (s),G2 (s),…,Gn 
(s)として指定する。
Step 1: The control characteristics to be improved by using the feedforward control calculation means 4 are determined by n transfer functions or transfer function matrices G1 (s), G2 (s) based on the input/output relationship representing the characteristics. ,...,Gn
(s).

【0019】ステップ2:ステップ1で指定されたそれ
ぞれの伝達関数または伝達関数行列G1 (s),G2
 (s),…,Gn (s)について、特性を考慮すべ
き周波数帯域を決め、重み関数(周波数重み関数または
周波数に依存しない重み関数を含む。)W1 (s),
W2 (s),…,Wn (s)を指定する。
Step 2: Transfer functions or transfer function matrices G1 (s), G2 specified in Step 1
For (s),...,Gn (s), determine the frequency band in which the characteristics should be considered, and weight functions (including frequency weight functions or frequency-independent weight functions) W1 (s),
Specify W2 (s),..., Wn (s).

【0020】ステップ3:ステップ2で定められた重み
関数を用いて評価関数を求める。すなわち、重み関数W
1 (s),W2 (s),…,Wn (s)がかけら
れた伝達関数G1 (s),G2(s),…,Gn (
s)について、評価関数を
Step 3: An evaluation function is determined using the weighting function determined in step 2. That is, the weight function W
Transfer functions G1 (s), G2 (s), ..., Gn (
s), the evaluation function is

【0021】[0021]

【数2】 と定める。ただし、‖H(s)‖∞は伝達関数行列のH
∞ノルムであり、λmax [A]を行列Aの最大固有
値,A* をAの共役転置行列として次式で定義される
。 上記で説明した一般的な評価関数決定手順を図5により
具体的に説明する。
[Equation 2] However, ‖H(s)‖∞ is H of the transfer function matrix
It is an ∞ norm and is defined by the following equation, where λmax [A] is the maximum eigenvalue of matrix A, and A* is the conjugate transposed matrix of A. The general evaluation function determination procedure explained above will be specifically explained with reference to FIG.

【0022】ステップ1:制御仕様としては様々な特性
を指定することができるが、本実施例では2つの特性を
指定する。まず、目標値追従特性を良好にするため、図
2に示すように、目標値r(s)から制御対象1の出力
信号y(s)と目標値r(s)との誤差信号     
 e(s)=r(s)−y(s)          
            (4)までの伝達関数Ger
(s)を被評価伝達特性に選ぶ。この場合、伝達関数G
er(s)はフィードフォワード制御演算手段4の制御
定数K4 (s)を含んだ関数として表わされる。さら
に、制御対象1の操作量の大きさを制限するため、目標
値r(s)からフィードフォワード制御演算部4の出力
信号u2 (s)までの伝達関数Gu2r (s)も被
評価伝達特性とする。この場合、伝達関数Gu2r (
s)も、フィードフォワード制御演算手段4の制御定数
K4 (s)を含んだ関数として求められる。
Step 1: Although various characteristics can be specified as control specifications, in this embodiment, two characteristics are specified. First, in order to improve the target value tracking characteristic, as shown in FIG.
e(s)=r(s)-y(s)
Transfer function Ger up to (4)
(s) is selected as the transfer characteristic to be evaluated. In this case, the transfer function G
er(s) is expressed as a function including the control constant K4(s) of the feedforward control calculation means 4. Furthermore, in order to limit the magnitude of the manipulated variable of the controlled object 1, the transfer function Gu2r (s) from the target value r(s) to the output signal u2 (s) of the feedforward control calculation unit 4 is also used as the evaluated transfer characteristic. do. In this case, the transfer function Gu2r (
s) is also determined as a function including the control constant K4 (s) of the feedforward control calculation means 4.

【0023】ステップ2:本実施例では、ステップ1に
おいて被評価伝達関数としてGer(s)とGu2r 
(s)を指定したので、それぞれの伝達関数特性を考慮
すべき周波数帯域において重みをかけるため、それぞれ
の伝達関数に対して重み関数W1 (s),W2 (s
)を指定する。目標値追従特性については、低周波目標
信号についての追従性を特に良好にしたい場合、例えば
ゲイン周波数特性が図3となるようなW1 (s)を選
ぶことができる。また、操作量の大きさについては、高
周波成分を持つ操作入力を小さくしたければ、図4に示
すようなW2 (s)とすればよい。
Step 2: In this embodiment, Ger(s) and Gu2r are used as the evaluated transfer functions in Step 1.
(s), weighting functions W1 (s), W2 (s
). Regarding the target value follow-up characteristic, if it is desired to particularly improve the follow-up ability for a low-frequency target signal, it is possible to select W1 (s) such that the gain frequency characteristic is as shown in FIG. 3, for example. Regarding the magnitude of the operation amount, if it is desired to reduce the operation input having a high frequency component, it is sufficient to set it to W2 (s) as shown in FIG. 4.

【0024】ステップ3:本実施例では、ステップ2に
より指定された重み関数W1 (s),W2 (s)を
それぞれGer(s),Gu2r (s)にかけた2つ
の伝達関数特性を評価するために、評価関数を以下に示
す重みつき伝達関数のH∞ノルムとする。
Step 3: In this embodiment, in order to evaluate two transfer function characteristics, the weighting functions W1 (s) and W2 (s) specified in step 2 are multiplied by Ger(s) and Gu2r (s), respectively. Let the evaluation function be the H∞ norm of the weighted transfer function shown below.

【0025】[0025]

【数3】 以上の手順により、評価関数を定めることができる。本
実施例では、制御特性の評価として2つの伝達関数Ge
r(s),Gu2r (s)を考えたが、さらに多くの
特性を評価に入れた場合についても、全く同様にして評
価関数Jを設定すれば良い。また、制御対象1が多入出
力系の場合、H∞ノルムは行列関数についても定義され
ているので上記の手順は全く同様である。
[Equation 3] The evaluation function can be determined by the above procedure. In this example, two transfer functions Ge are used to evaluate the control characteristics.
r(s) and Gu2r(s), but even if more characteristics are included in the evaluation, the evaluation function J may be set in exactly the same manner. Furthermore, if the controlled object 1 is a multi-input/output system, the H∞ norm is also defined for matrix functions, so the above procedure is exactly the same.

【0026】フィードフォワード制御定数演算手段5で
は、評価関数決定手段6によって定められた評価関数J
を最小化するか、あるいはあらかじめ与えられた許容値
ε以下、 J≦ε    ……(6) とするようなフィードフォワード制御演算手段4の制御
定数K4 (s)を求める。
The feedforward control constant calculation means 5 calculates the evaluation function J determined by the evaluation function determination means 6.
The control constant K4 (s) of the feedforward control calculation means 4 is determined such that J≦ε .

【0027】すなわち、上述のようにGer(s)およ
びGu2r(s)は、制御定数K4 (s)の関数とし
ても表わすことができ、このためJは制御定KG4 (
s)の関数として表わすことができる。従って(6)式
により最適なK4 (s)を求めることができる。
That is, as mentioned above, Ger(s) and Gu2r(s) can also be expressed as functions of the control constant K4 (s), and therefore J is the control constant KG4 (
s). Therefore, the optimum K4 (s) can be determined using equation (6).

【0028】H∞ノルム最適化のために用いられる方法
としては、例えばSystems &Control 
Letters(Vol.11,167/172,19
88)に掲載されている方法がある。(2)式から拡大
システムを求めて状態空間実現した後、2つのリッカチ
形行列方程式を解くことによってフィードフォワード制
御演算手段4の制御定数K4 (s)を求めることがで
きる。ただし、(6)式を満たすように制御装置を構成
したい場合、εの値によっては最適制御定数K4 (s
)の解が存在しないこともある。その場合には、ステッ
プ2に戻り、重み関数の設定を変更し、同様の手順を繰
り返して最適制御定数K4 (s)を求める。
Examples of methods used for H∞ norm optimization include Systems & Control.
Letters (Vol.11, 167/172, 19
There is a method published in 88). After obtaining the expanded system from equation (2) and realizing the state space, the control constant K4 (s) of the feedforward control calculation means 4 can be obtained by solving two Riccati-type matrix equations. However, if you want to configure the control device to satisfy equation (6), depending on the value of ε, the optimal control constant K4 (s
) may not exist. In that case, return to step 2, change the setting of the weighting function, and repeat the same procedure to obtain the optimal control constant K4 (s).

【0029】次にフィードフォワード制御演算手段4で
は、目標値r(t)から制御対象1に入力するための操
作量u2 (t)を演算により求める。この場合演算ア
ルゴリズムと制御定数K4 (s)は、上述のように評
価関数決定手段6によって設定された評価関数に基づい
て、フィードフォワード制御定数演算手段5における演
算によって決定される。
Next, the feedforward control calculating means 4 calculates the manipulated variable u2 (t) to be input to the controlled object 1 from the target value r(t). In this case, the calculation algorithm and the control constant K4 (s) are determined by calculation in the feedforward control constant calculation means 5 based on the evaluation function set by the evaluation function determination means 6 as described above.

【0030】具体例 次に本発明の具体例について説明する。具体例は柔軟構
造衛星の姿勢制御系を制御対象としたものである。
Specific Examples Next, specific examples of the present invention will be explained. A specific example is one in which the attitude control system of a flexible structure satellite is controlled.

【0031】制御対象は無限次元の振動系であり、1次
の振動モードで近似した制御対象の伝達関数は
The controlled object is an infinite-dimensional vibration system, and the transfer function of the controlled object approximated by the first-order vibration mode is

【003
2】
003
2]

【数4】 となる。(7)式を設計用モデルとして、本発明による
2自由度制御装置でこの制御対象を制御する。まず、フ
ィードバック制御演算手段については混合感度問題に基
づくH∞最適制御理論をそのまま用いてフィードバック
制御定数を定めた。フィードフォワード制御演算手段に
ついては、実施例と同様に、目標値追従特性と操作量の
制限を表す伝達関数Ger(s),Gu2r (s)を
評価の対象とし、重み関数を
[Equation 4] Using equation (7) as a design model, this controlled object is controlled by the two-degree-of-freedom control device according to the present invention. First, for the feedback control calculation means, feedback control constants were determined using the H∞ optimal control theory based on the mixed sensitivity problem as is. Regarding the feedforward control calculation means, as in the embodiment, the transfer functions Ger(s) and Gu2r(s) representing the target value tracking characteristic and the restriction of the manipulated variable are evaluated, and the weighting function is

【0033】[0033]

【数5】 としてフィードフォワード制御定数K4 (s)を求め
た。目標値r(t)=1に対する制御対象の出力応答を
図6に示す。図6に示すように試行錯誤をほとんど必要
としなくても、良好な応答を得ることのできる2自由度
制御系が実現できている。
The feedforward control constant K4 (s) was determined as follows. FIG. 6 shows the output response of the controlled object to the target value r(t)=1. As shown in FIG. 6, a two-degree-of-freedom control system that can obtain a good response has been realized with little trial and error.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば評
価関数決定手段において、フィードフォワード制御演算
手段に係る適当な伝達関数を指定して評価関数を求め、
フィードフォワード制御定数演算手段によってフィード
フォワード制御定数を求めるので、制御定数を試行錯誤
しながら求める場合に比較して迅速かつ精度良く制御を
行なうことができる。
As explained above, according to the present invention, in the evaluation function determining means, an appropriate transfer function related to the feedforward control calculation means is specified to determine the evaluation function.
Since the feedforward control constant is determined by the feedforward control constant calculating means, control can be performed more quickly and accurately than when the control constant is determined by trial and error.

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

【図1】本発明による2自由度制御装置の一実施例を示
す概略系統図。
FIG. 1 is a schematic system diagram showing an embodiment of a two-degree-of-freedom control device according to the present invention.

【図2】フィードバック制御演算手段の詳細図。FIG. 2 is a detailed diagram of feedback control calculation means.

【図3】重み関数W1 のσプロットを示す図。FIG. 3 is a diagram showing a σ plot of the weighting function W1.

【図4】重み関数W2 のσプロットを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a σ plot of weighting function W2.

【図5】本発明による2自由度制御装置の作用を示すフ
ロー図。
FIG. 5 is a flow diagram showing the operation of the two-degree-of-freedom control device according to the present invention.

【図6】本発明の具体例における制御対象の出力応答を
示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an output response of a controlled object in a specific example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  制御対象 2  フィードバック制御演算手段 3  フィードバック制御定数演算手段4  フィード
フォワード制御演算手段5  フィードフォワード制御
定数演算手段6  評価関数決定手段
1 Controlled object 2 Feedback control calculation means 3 Feedback control constant calculation means 4 Feedforward control calculation means 5 Feedforward control constant calculation means 6 Evaluation function determination means

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御出力信号と目標入力信号とから制御対
象に加える操作量を演算するフィードバック制御演算手
段と、このフィードバック制御演算手段で用いるフィー
ドバック制御定数を求めるフィードバック制御定数演算
手段と、目標入力信号から制御対象に加える操作量を演
算するフィードフォワード制御演算手段と、このフィー
ドフォワード制御演算手段で用いるフィードフォワード
制御定数を求めるフィードフォワード制御定数演算手段
と、前記フィードフォワード制御演算手段に係る適当な
伝達関数を指定し、この伝達関数について評価関数を求
める評価関数決定手段とを備え、前記フィードフォワー
ド制御定数演算手段は、前記評価関数決定手段で求めた
評価関数を最小値または許容値以下とするようフィード
フォワード制御定数を定めることを特徴とする2自由度
制御装置。
1. Feedback control calculation means for calculating a manipulated variable to be applied to a controlled object from a control output signal and a target input signal, feedback control constant calculation means for calculating a feedback control constant used in the feedback control calculation means, and a target input signal. a feedforward control calculation means for calculating a manipulated variable to be applied to a controlled object from a signal; a feedforward control constant calculation means for calculating a feedforward control constant used in the feedforward control calculation means; and an evaluation function determining means for specifying a transfer function and calculating an evaluation function for this transfer function, and the feedforward control constant calculating means sets the evaluation function determined by the evaluation function determining means to a minimum value or a tolerance value or less. A two-degree-of-freedom control device characterized in that a feedforward control constant is determined as follows.
【請求項2】評価関数決定手段は適当な伝達関数に対し
て重み関数をかけた関数をとり、この関数のノルムをと
ったものを評価関数とすることを特徴とする請求項1記
載の2自由度制御装置。
2. The evaluation function determining means takes a function obtained by multiplying a suitable transfer function by a weighting function, and takes the norm of this function as the evaluation function. Degree of freedom control device.
【請求項3】評価関数決定手段は、関数のノルムとして
H∞ノルムまたはH2 ノルムを用いることを特徴とす
る請求項2記載の2自由度制御装置。
3. The two-degree-of-freedom control device according to claim 2, wherein the evaluation function determining means uses an H∞ norm or an H2 norm as the norm of the function.
【請求項4】評価関数決定手段は、適当な伝達関数をG
1 (s),…Gn (s)と定め、各々の伝達関数に
かける重み関数をW1 (s),…Wn (s)と定め
た場合、評価関数を 【数1】 としたことを特徴とする請求項2記載の2自由度制御装
置。
Claim 4: The evaluation function determining means determines the appropriate transfer function by G.
1 (s),...Gn (s), and the weighting functions applied to each transfer function are defined as W1 (s),...Wn (s), the evaluation function is set to [Equation 1]. The two-degree-of-freedom control device according to claim 2.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008069851A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Honda Motor Co Ltd Torque estimation and control device for vehicle start clutch
US7607661B2 (en) 2004-07-27 2009-10-27 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Control device, conveyance control device, conveyance system and image forming system
JP2010218008A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Omron Corp Device and program for support of feedforward amount adjustment
JP2020190880A (en) * 2019-05-21 2020-11-26 国立研究開発法人防災科学技術研究所 Vibration table control apparatus and vibration table control method

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