JPH0561504A - フアジイフイードバツクコントローラ - Google Patents
フアジイフイードバツクコントローラInfo
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- JPH0561504A JPH0561504A JP3250450A JP25045091A JPH0561504A JP H0561504 A JPH0561504 A JP H0561504A JP 3250450 A JP3250450 A JP 3250450A JP 25045091 A JP25045091 A JP 25045091A JP H0561504 A JPH0561504 A JP H0561504A
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- 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
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
- G05B13/0275—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion using fuzzy logic only
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- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ファジィフィードバックコントローラにおい
て、ＰＩ制御と同等の制御性能を得る。メンバーシップ
関数を変更することなく制御パラメータの変更を可能に
する。非線形ＰＩ制御を実現して制御の速応性、減衰性
を向上させ、オーバーシュートを抑制する。 【構成】プロセス値ｘ及び設定値ｒの偏差ｅと、その変
化量Δｅとを演算記憶装置１１にて求め、ｅ，Δｅを正
規化装置１３，１４により正規化する。ファジィ推論演
算装置１５では、正規化したｅ，Δｅと制御規則及びメ
ンバーシップ関数１６を用いてファジィ推論し、制御出
力変化量Δｕを求める。このΔｕを正規化装置１８によ
り正規化し、加算装置１９で前回の制御出力と加算して
今回の制御出力ｕを決定し、操作装置２０に加える。パ
ラメータ適応装置１７はプロセス値の応答波形に基づき
各パラメータＡ〜Ｃを適応させる。
て、ＰＩ制御と同等の制御性能を得る。メンバーシップ
関数を変更することなく制御パラメータの変更を可能に
する。非線形ＰＩ制御を実現して制御の速応性、減衰性
を向上させ、オーバーシュートを抑制する。 【構成】プロセス値ｘ及び設定値ｒの偏差ｅと、その変
化量Δｅとを演算記憶装置１１にて求め、ｅ，Δｅを正
規化装置１３，１４により正規化する。ファジィ推論演
算装置１５では、正規化したｅ，Δｅと制御規則及びメ
ンバーシップ関数１６を用いてファジィ推論し、制御出
力変化量Δｕを求める。このΔｕを正規化装置１８によ
り正規化し、加算装置１９で前回の制御出力と加算して
今回の制御出力ｕを決定し、操作装置２０に加える。パ
ラメータ適応装置１７はプロセス値の応答波形に基づき
各パラメータＡ〜Ｃを適応させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プロセス制御におい
て、プロセス値を目標値と一致させるようにファジィ推
論により制御出力を決定し、操作装置を介して制御対象
を制御するためのファジィフィードバックコントローラ
に関する。
て、プロセス値を目標値と一致させるようにファジィ推
論により制御出力を決定し、操作装置を介して制御対象
を制御するためのファジィフィードバックコントローラ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、プロセス制御にはＰＩＤ（比例・
積分・微分）制御が一般的に用いられている。また、近
年において、ＰＩＤ制御では制御パラメータを適切に調
節しないと制御が不安定になる点に鑑み、ＰＩ制御動作
をファジィ制御に置き換え、不安定現象を防ぐ規則を加
味した制御パラメータ設定式のファジィフィードバック
制御が提案されている（第３０回自動制御連合講演会予
稿集ｐ．５４１〜５４２「ファジィ規則によるフィード
バック制御方法」等を参照）。
積分・微分）制御が一般的に用いられている。また、近
年において、ＰＩＤ制御では制御パラメータを適切に調
節しないと制御が不安定になる点に鑑み、ＰＩ制御動作
をファジィ制御に置き換え、不安定現象を防ぐ規則を加
味した制御パラメータ設定式のファジィフィードバック
制御が提案されている（第３０回自動制御連合講演会予
稿集ｐ．５４１〜５４２「ファジィ規則によるフィード
バック制御方法」等を参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このうち、ＰＩＤ制御
では、立上り時に制御の速応性を向上させようとすると
オーバシュートが大きくなり、一方、整定時の減衰性を
良くしようとすると立ち上がりが遅くなる傾向がある。
このため、速応性及び減衰性の双方を満足させるように
立上り時と整定時とで制御特性を変える場合には、比例
ゲイン、積分時間、微分時間等の複数の制御パラメータ
を制御の途中で切り換えることが必要であった。また、
プロセスの特性が変化した時には、制御パラメータの適
応が適切でない場合、制御性能が著しく劣化するという
問題があった。
では、立上り時に制御の速応性を向上させようとすると
オーバシュートが大きくなり、一方、整定時の減衰性を
良くしようとすると立ち上がりが遅くなる傾向がある。
このため、速応性及び減衰性の双方を満足させるように
立上り時と整定時とで制御特性を変える場合には、比例
ゲイン、積分時間、微分時間等の複数の制御パラメータ
を制御の途中で切り換えることが必要であった。また、
プロセスの特性が変化した時には、制御パラメータの適
応が適切でない場合、制御性能が著しく劣化するという
問題があった。
【０００４】一方、従来のファジィフィードバック制御
では、プロセスに応じてメンバーシップ関数が固定され
ており、制御パラメータを変える場合にはその都度、コ
ントローラの記憶装置内のメンバーシップ関数を変更す
る必要があった。また、使用に際してはプロセスに応じ
て予め制御パラメータの検討をつけたうえコントローラ
に設定しなくてはならない煩雑さがあった。
では、プロセスに応じてメンバーシップ関数が固定され
ており、制御パラメータを変える場合にはその都度、コ
ントローラの記憶装置内のメンバーシップ関数を変更す
る必要があった。また、使用に際してはプロセスに応じ
て予め制御パラメータの検討をつけたうえコントローラ
に設定しなくてはならない煩雑さがあった。
【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、メンバーシップ
関数を変更しなくても制御パラメータを調整できるよう
にし、かつＰＩ制御と同等の制御性能を実現すると共
に、速応性及び減衰性を向上させたファジィフィードバ
ックコントローラを提供することにある。
れたもので、その目的とするところは、メンバーシップ
関数を変更しなくても制御パラメータを調整できるよう
にし、かつＰＩ制御と同等の制御性能を実現すると共
に、速応性及び減衰性を向上させたファジィフィードバ
ックコントローラを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、制御対象のプロセス値をフィードバ
ックし、このプロセス値と設定値との偏差、及びこの偏
差の変化量を用いてプロセス値を設定値に一致させる制
御出力をファジィ推論により決定し出力するファジィフ
ィードバックコントローラにおいて、前記偏差及び偏差
の変化量を座標軸とする位相平面上においてＰＩ制御の
速度形制御出力変化量がゼロとなる基準直線を考え、こ
の直線及びこれに対する平行直線上に頂点が位置するよ
うに上記位相平面を等大の長方形により分割し、同符号
である前記偏差及び偏差の変化量の絶対値に比例するよ
うに、前記基準直線と前記平行直線との間の距離に応じ
た大きさの制御出力変化量を規定してなるファジィ制御
規則と、前記長方形の中心座標のうち偏差成分及び偏差
の変化量成分が、ファジィ変数としての偏差及び偏差の
変化量に関する前件部メンバーシップ関数の二等辺三角
形の各々の中心となるように規定した前件部メンバーシ
ップ関数と、前記基準直線と前記平行直線との間の距離
が、ファジィ変数としての制御出力変化量に関する後件
部メンバーシップ関数の二等辺三角形の中心となるよう
に規定した後件部メンバーシップ関数とを用いてファジ
ィ推論を行なう。
め、第１の発明は、制御対象のプロセス値をフィードバ
ックし、このプロセス値と設定値との偏差、及びこの偏
差の変化量を用いてプロセス値を設定値に一致させる制
御出力をファジィ推論により決定し出力するファジィフ
ィードバックコントローラにおいて、前記偏差及び偏差
の変化量を座標軸とする位相平面上においてＰＩ制御の
速度形制御出力変化量がゼロとなる基準直線を考え、こ
の直線及びこれに対する平行直線上に頂点が位置するよ
うに上記位相平面を等大の長方形により分割し、同符号
である前記偏差及び偏差の変化量の絶対値に比例するよ
うに、前記基準直線と前記平行直線との間の距離に応じ
た大きさの制御出力変化量を規定してなるファジィ制御
規則と、前記長方形の中心座標のうち偏差成分及び偏差
の変化量成分が、ファジィ変数としての偏差及び偏差の
変化量に関する前件部メンバーシップ関数の二等辺三角
形の各々の中心となるように規定した前件部メンバーシ
ップ関数と、前記基準直線と前記平行直線との間の距離
が、ファジィ変数としての制御出力変化量に関する後件
部メンバーシップ関数の二等辺三角形の中心となるよう
に規定した後件部メンバーシップ関数とを用いてファジ
ィ推論を行なう。
【０００７】第２の発明は、第１の発明において、偏差
及び偏差の変化量並びに制御出力変化量を、少なくとも
各々の基準変動幅を用いて正規化するものであり、その
具体例としては、各基準変動幅及びＰＩ制御パラメータ
を用い、または、各基準変動幅、プロセスゲイン及び総
遅れ時間を用い、あるいは、各基準変動幅、制御中の応
答波形における振動周期及び減衰率を用いて正規化す
る。
及び偏差の変化量並びに制御出力変化量を、少なくとも
各々の基準変動幅を用いて正規化するものであり、その
具体例としては、各基準変動幅及びＰＩ制御パラメータ
を用い、または、各基準変動幅、プロセスゲイン及び総
遅れ時間を用い、あるいは、各基準変動幅、制御中の応
答波形における振動周期及び減衰率を用いて正規化す
る。
【０００８】第３の発明は、非線形ＰＩ制御を実現する
ためのもので、上記第１または第２の発明において、制
御出力変化量に関する後件部メンバーシップ関数とし
て、絶対値の小さいファジィ変数のパラメータ値を小さ
くし、絶対値の大きいファジィ変数のパラメータ値を大
きくしたメンバーシップ関数を用いる。この場合のファ
ジィ制御規則としては、偏差及び偏差の変化量が異符号
である時に非対称のものを用いることが望ましい。
ためのもので、上記第１または第２の発明において、制
御出力変化量に関する後件部メンバーシップ関数とし
て、絶対値の小さいファジィ変数のパラメータ値を小さ
くし、絶対値の大きいファジィ変数のパラメータ値を大
きくしたメンバーシップ関数を用いる。この場合のファ
ジィ制御規則としては、偏差及び偏差の変化量が異符号
である時に非対称のものを用いることが望ましい。
【０００９】
【作用】第１の発明によれば、ＰＩ制御の制御規則をフ
ァジィ制御規則により表し、かつ所定のメンバーシップ
関数を用いてファジィ推論を行なうことにより、ＰＩ制
御と同等の制御特性を持つファジィ制御を実現すること
ができる。
ァジィ制御規則により表し、かつ所定のメンバーシップ
関数を用いてファジィ推論を行なうことにより、ＰＩ制
御と同等の制御特性を持つファジィ制御を実現すること
ができる。
【００１０】第２の発明によれば、偏差及び偏差の変化
量を正規化してファジィ推論を行なうため、プロセスの
パラメータ変動によりレンジ幅が変化しても、正規化パ
ラメータを変更することにより記憶装置内のメンバーシ
ップ関数を変更することなく適応レンジ幅を変更でき、
制御パラメータの適応処理を容易に行なうことができ
る。
量を正規化してファジィ推論を行なうため、プロセスの
パラメータ変動によりレンジ幅が変化しても、正規化パ
ラメータを変更することにより記憶装置内のメンバーシ
ップ関数を変更することなく適応レンジ幅を変更でき、
制御パラメータの適応処理を容易に行なうことができ
る。
【００１１】第３の発明によれば、偏差及び偏差の変化
量が同符号で共に大きい場合に制御出力変化量をＰＩ制
御の場合よりも大きくすることにより、プロセス変動
（偏差及び偏差の変化量の増加現象）を抑制することが
でき、制御の速応性を向上させることができる。また、
偏差及び偏差の変化量が同符号で共に小さい場合に制御
出力変化量をＰＩ制御の場合よりも小さくすることによ
り、プロセス値の減衰性を向上させることができる。更
に、偏差及び偏差の変化量が異符号の場合には、ＰＩ制
御の積分項が弱くなるように制御出力変化量を小さくす
ることにより、オーバシュートが抑制されて安定した非
線形ＰＩ制御を実現することが可能となる。
量が同符号で共に大きい場合に制御出力変化量をＰＩ制
御の場合よりも大きくすることにより、プロセス変動
（偏差及び偏差の変化量の増加現象）を抑制することが
でき、制御の速応性を向上させることができる。また、
偏差及び偏差の変化量が同符号で共に小さい場合に制御
出力変化量をＰＩ制御の場合よりも小さくすることによ
り、プロセス値の減衰性を向上させることができる。更
に、偏差及び偏差の変化量が異符号の場合には、ＰＩ制
御の積分項が弱くなるように制御出力変化量を小さくす
ることにより、オーバシュートが抑制されて安定した非
線形ＰＩ制御を実現することが可能となる。
【００１２】
【実施例】まず、ＰＩ制御では、プロセス値と設定値と
の偏差ｅi、偏差の変化量Δｅiにおける速度形の制御出
力変化量Δｕiは、次の（１）式により決定される。 Δｕi＝Ｋc｛Δｅi＋（τ／Ｔi）・ｅi｝………（１） この（１）式において、ＫcはＰＩ制御パラメータとし
ての比例ゲイン、Ｔiは同じく積分時間、τはサンプリ
ング時間である。また、ｅi＝ｒi−ｘi，Δｅi＝ｅi−
ｅi-1であり、ｒは設定値、ｘはプロセス値、添字のｉ
はｉ番目の制御サンプリングであることを示している。
の偏差ｅi、偏差の変化量Δｅiにおける速度形の制御出
力変化量Δｕiは、次の（１）式により決定される。 Δｕi＝Ｋc｛Δｅi＋（τ／Ｔi）・ｅi｝………（１） この（１）式において、ＫcはＰＩ制御パラメータとし
ての比例ゲイン、Ｔiは同じく積分時間、τはサンプリ
ング時間である。また、ｅi＝ｒi−ｘi，Δｅi＝ｅi−
ｅi-1であり、ｒは設定値、ｘはプロセス値、添字のｉ
はｉ番目の制御サンプリングであることを示している。
【００１３】偏差ｅをｘ軸、偏差の変化量Δｅをｙ軸に
とった位相平面において、ＰＩ制御方式は以下のような
制御法則によって表される。 上記（１）式により、Δｅi＋（τ／Ｔi）・ｅi＝０
が成立する点ではΔｕi＝０であり、この点の集合は傾
きが（−τ／Ｔi）、切片が０の直線となる。 上記に関連して、 Ｇ（ｅ，Δｅ）＝Δｅ＋（τ／Ｔi）・ｅ………（２） を定義すると、Ｇ（ｅi，Δｅi）＞０なる領域ではΔｕ
i＞０， Ｇ（ｅi，Δｅi）＜０なる領域ではΔｕi＜０ となる。 Δｕiの大きさは、点（ｅi，Δｅi）と、直線（便宜
上、基準直線という）Ｌ：Δｅ＋（τ／Ｔi）・ｅ＝０
との距離に比例する。 また、前記（１）式において、Δｕiが一定となる点
（ｅi，Δｅi）の領域は、基準直線Ｌに平行であって傾
き（−τ／Ｔi）の直線となる。
とった位相平面において、ＰＩ制御方式は以下のような
制御法則によって表される。 上記（１）式により、Δｅi＋（τ／Ｔi）・ｅi＝０
が成立する点ではΔｕi＝０であり、この点の集合は傾
きが（−τ／Ｔi）、切片が０の直線となる。 上記に関連して、 Ｇ（ｅ，Δｅ）＝Δｅ＋（τ／Ｔi）・ｅ………（２） を定義すると、Ｇ（ｅi，Δｅi）＞０なる領域ではΔｕ
i＞０， Ｇ（ｅi，Δｅi）＜０なる領域ではΔｕi＜０ となる。 Δｕiの大きさは、点（ｅi，Δｅi）と、直線（便宜
上、基準直線という）Ｌ：Δｅ＋（τ／Ｔi）・ｅ＝０
との距離に比例する。 また、前記（１）式において、Δｕiが一定となる点
（ｅi，Δｅi）の領域は、基準直線Ｌに平行であって傾
き（−τ／Ｔi）の直線となる。
【００１４】ここで、Δｕi＝０の場合、プロセスに応
じたｅiの基準変動幅Ａ（ｅi＝Ａのとき）に対して、Δ
ｕi＝０を満たすΔｅiの値を−Ｂとすると、次の（３）
式が成立する。 Ｂ＝（τ／Ｔi）・Ａ………（３） また、（ｅ，Δｅ）位相平面上の点（Ａ，０），（０，
Ｂ）について、２点を通る直線は傾き（−τ／Ｔi）で
あり、Δｕi＝０を満たす（ｅi，Δｅi）の集合を表す
基準直線Ｌと平行である。この直線上の点（ｅi，Δ
ｅi）により決定される制御出力変化量Δｕiは、
（１），（３）式を用いると次の（４）式のように求ま
る。 Δｕi＝Ｋp｛Δｅi＋（τ／Ｔi）・ｅi｝＝Ｋc（τ／Ｔi）・Ａ……（４） （なお、この（４）式において、Ｋc（τ／Ｔi）・Ａ＝
Ｃとおく。）
じたｅiの基準変動幅Ａ（ｅi＝Ａのとき）に対して、Δ
ｕi＝０を満たすΔｅiの値を−Ｂとすると、次の（３）
式が成立する。 Ｂ＝（τ／Ｔi）・Ａ………（３） また、（ｅ，Δｅ）位相平面上の点（Ａ，０），（０，
Ｂ）について、２点を通る直線は傾き（−τ／Ｔi）で
あり、Δｕi＝０を満たす（ｅi，Δｅi）の集合を表す
基準直線Ｌと平行である。この直線上の点（ｅi，Δ
ｅi）により決定される制御出力変化量Δｕiは、
（１），（３）式を用いると次の（４）式のように求ま
る。 Δｕi＝Ｋp｛Δｅi＋（τ／Ｔi）・ｅi｝＝Ｋc（τ／Ｔi）・Ａ……（４） （なお、この（４）式において、Ｋc（τ／Ｔi）・Ａ＝
Ｃとおく。）
【００１５】すると、（ｅi，Δｅi）の基準変動幅
（Ａ，Ｂ）に対して、Δｕiの基準値は（Ｃ）となる。
よって、（ｅ，Δｅ，Δｕ）は、基準変動幅（Ａ，Ｂ，
Ｃ）を用いて、 ｅ→ｅ／Ａ， Δｅ→Δｅ／Ｂ， Δｕ→Δｕ／Ｃ のように正規化することができる。
（Ａ，Ｂ）に対して、Δｕiの基準値は（Ｃ）となる。
よって、（ｅ，Δｅ，Δｕ）は、基準変動幅（Ａ，Ｂ，
Ｃ）を用いて、 ｅ→ｅ／Ａ， Δｅ→Δｅ／Ｂ， Δｕ→Δｕ／Ｃ のように正規化することができる。
【００１６】なお、前記（３）式から、ＢはＰＩ制御パ
ラメータである積分時間の逆数に比例し、また、前記
（３），（４）式から、Ｃ＝Ｋc・Ｂであるため、Ｃは
同じくＰＩ制御パラメータである比例ゲインに比例する
ことがわかる。ここで、（ｅ，Δｅ，Δｕ）の正規化
は、各基準変動幅、プロセスゲイン及び総遅れ時間を用
い、あるいは、各基準変動幅、制御中の応答波形におけ
る振動周期及び減衰率を用いて行なってもよい。
ラメータである積分時間の逆数に比例し、また、前記
（３），（４）式から、Ｃ＝Ｋc・Ｂであるため、Ｃは
同じくＰＩ制御パラメータである比例ゲインに比例する
ことがわかる。ここで、（ｅ，Δｅ，Δｕ）の正規化
は、各基準変動幅、プロセスゲイン及び総遅れ時間を用
い、あるいは、各基準変動幅、制御中の応答波形におけ
る振動周期及び減衰率を用いて行なってもよい。
【００１７】次に、ファジィ制御について、ＰＩ制御の
前記制御法則〜をファジィ制御規則により表し、Ｋ
c，Ｔi，τとＡ，Ｂ，Ｃとの関係を示す（３），（４）
式を用いてメンバーシップ関数を決定することにより、
ＰＩ制御と同等の制御特性を持つファジィ制御を実現す
ることができる。なお、次の表１はＰＩ制御を実現する
ための、制御法則〜に基づくファジィ制御規則、図
２，図３（前件部）、図４（後件部）は同じくメンバー
シップ関数である。これらの制御規則及びメンバーシッ
プ関数を用いてファジィ推論を行うことにより、ＰＩ制
御相当のファジィ制御を行うことができる。
前記制御法則〜をファジィ制御規則により表し、Ｋ
c，Ｔi，τとＡ，Ｂ，Ｃとの関係を示す（３），（４）
式を用いてメンバーシップ関数を決定することにより、
ＰＩ制御と同等の制御特性を持つファジィ制御を実現す
ることができる。なお、次の表１はＰＩ制御を実現する
ための、制御法則〜に基づくファジィ制御規則、図
２，図３（前件部）、図４（後件部）は同じくメンバー
シップ関数である。これらの制御規則及びメンバーシッ
プ関数を用いてファジィ推論を行うことにより、ＰＩ制
御相当のファジィ制御を行うことができる。
【００１８】
【表１】
【００１９】また、表１における略号ＳＡはスモール、
ＳＭはスモール・ミディアム、ＭＭはミディアム・ミデ
ィアム、ＭＬはミディアム・ラージ、ＬＡはラージ、Ｚ
Ｅはゼロ、ＰＳはポジティブ・スモール、ＰＭはポジテ
ィブ・ミディアム、ＰＢはポジティブ・ビッグ、ＮＳは
ネガティブ・スモール、ＮＭはネガティブ・ミディア
ム、ＮＢはネガティブ・ビッグをそれぞれ示す。
ＳＭはスモール・ミディアム、ＭＭはミディアム・ミデ
ィアム、ＭＬはミディアム・ラージ、ＬＡはラージ、Ｚ
Ｅはゼロ、ＰＳはポジティブ・スモール、ＰＭはポジテ
ィブ・ミディアム、ＰＢはポジティブ・ビッグ、ＮＳは
ネガティブ・スモール、ＮＭはネガティブ・ミディア
ム、ＮＢはネガティブ・ビッグをそれぞれ示す。
【００２０】更に、上記ファジィ制御において、（ｅ＝
ｅi，Δｅ＝Δｅi）のとき、位相平面（ｅ，Δｅ）にお
いてΔｕ＝０なる基準直線Ｌとｅi及びΔｅiが同符号で
ある点（ｅi，Δｅi）との間の距離が小さいとき、前記
（１）式により決定されるＰＩ制御の場合よりもΔｕを
小さく、また、距離が大きいときには前記（１）式によ
り決定されるＰＩ制御の場合よりもΔｕを大きくする。
また、ｅi及びΔｅiが異符号である場合には、（１）式
における積分項（ｅの項）が弱くなるようにΔｕを小さ
くすることにより、ＰＩ制御方式の制御特性を改善した
非線形ＰＩ制御相当の制御特性を実現することができ
る。
ｅi，Δｅ＝Δｅi）のとき、位相平面（ｅ，Δｅ）にお
いてΔｕ＝０なる基準直線Ｌとｅi及びΔｅiが同符号で
ある点（ｅi，Δｅi）との間の距離が小さいとき、前記
（１）式により決定されるＰＩ制御の場合よりもΔｕを
小さく、また、距離が大きいときには前記（１）式によ
り決定されるＰＩ制御の場合よりもΔｕを大きくする。
また、ｅi及びΔｅiが異符号である場合には、（１）式
における積分項（ｅの項）が弱くなるようにΔｕを小さ
くすることにより、ＰＩ制御方式の制御特性を改善した
非線形ＰＩ制御相当の制御特性を実現することができ
る。
【００２１】なお、次の表２は非線形ＰＩ制御を実現す
るためのファジィ制御規則であり、ここでは、Δｕ＝０
なる基準直線に対して非対称の制御規則となっている。
また、図５，図６（前件部）、図７（後件部）は同じく
メンバーシップ関数である。これらの制御規則及びメン
バーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことによ
り、非線形ＰＩ制御相当のファジィ制御を行うことがで
きる。
るためのファジィ制御規則であり、ここでは、Δｕ＝０
なる基準直線に対して非対称の制御規則となっている。
また、図５，図６（前件部）、図７（後件部）は同じく
メンバーシップ関数である。これらの制御規則及びメン
バーシップ関数を用いてファジィ推論を行うことによ
り、非線形ＰＩ制御相当のファジィ制御を行うことがで
きる。
【００２２】
【表２】
【００２３】更に、制御対象の応答波形について、振動
周期はプロセスの総遅れ時間に比例し、減衰率はプロセ
スゲイン及び制御ゲインの積に比例する法則がある。従
って、Ｂを振動周期に反比例させ、また、Ｃを減衰率に
反比例させて適応させることにより、パラメータのチュ
ーニングレス機能を実現することができる。
周期はプロセスの総遅れ時間に比例し、減衰率はプロセ
スゲイン及び制御ゲインの積に比例する法則がある。従
って、Ｂを振動周期に反比例させ、また、Ｃを減衰率に
反比例させて適応させることにより、パラメータのチュ
ーニングレス機能を実現することができる。
【００２４】図１は、本発明にかかるファジィフィード
バックコントローラの一実施例の構成を概略的に示すも
のである。図において、１０は本実施例のコントロー
ラ、２０はこのコントローラ１０からの制御出力ｕによ
って操作端を操作する操作装置、３０はプロセスの制御
対象をそれぞれ示している。
バックコントローラの一実施例の構成を概略的に示すも
のである。図において、１０は本実施例のコントロー
ラ、２０はこのコントローラ１０からの制御出力ｕによ
って操作端を操作する操作装置、３０はプロセスの制御
対象をそれぞれ示している。
【００２５】制御対象３０のプロセス値ｘは、コントロ
ーラ１０内の演算記憶装置１１に送られており、演算記
憶装置１１では、プロセス値ｘ及び設定値ｒの偏差ｅを
求め、更に、記憶している前回の偏差と今回の偏差とか
ら偏差の変化量Δｅを求める。演算記憶装置１１により
求められた偏差ｅは第１の正規化装置１３に送られて正
規化され、また、偏差の変化量Δｅは第２の正規化装置
１４に送られて正規化される。そして、これらの正規化
装置１３，１４により正規化された偏差ｅ及びその変化
量Δｅは、ファジィ推論演算装置１５へ送られる。
ーラ１０内の演算記憶装置１１に送られており、演算記
憶装置１１では、プロセス値ｘ及び設定値ｒの偏差ｅを
求め、更に、記憶している前回の偏差と今回の偏差とか
ら偏差の変化量Δｅを求める。演算記憶装置１１により
求められた偏差ｅは第１の正規化装置１３に送られて正
規化され、また、偏差の変化量Δｅは第２の正規化装置
１４に送られて正規化される。そして、これらの正規化
装置１３，１４により正規化された偏差ｅ及びその変化
量Δｅは、ファジィ推論演算装置１５へ送られる。
【００２６】ファジィ推論演算装置１５では、前述した
ＰＩ制御を実現するファジィ制御規則及びメンバーシッ
プ関数１６並びに正規化された偏差ｅ及びその変化量Δ
ｅを用いてファジィ推論を行い、制御出力変化量Δｕを
演算する。この制御出力変化量Δｕは正規化装置１８へ
送られて正規化され、次の加算装置１９に送られる。加
算装置１９では、記憶している前回の制御出力に今回の
制御出力変化量Δｕを加算して今回の制御出力ｕを求
め、これを操作装置２０に送出する。そして操作装置２
０では、制御出力ｕに従って操作端を操作し、制御対象
３０を制御する。
ＰＩ制御を実現するファジィ制御規則及びメンバーシッ
プ関数１６並びに正規化された偏差ｅ及びその変化量Δ
ｅを用いてファジィ推論を行い、制御出力変化量Δｕを
演算する。この制御出力変化量Δｕは正規化装置１８へ
送られて正規化され、次の加算装置１９に送られる。加
算装置１９では、記憶している前回の制御出力に今回の
制御出力変化量Δｕを加算して今回の制御出力ｕを求
め、これを操作装置２０に送出する。そして操作装置２
０では、制御出力ｕに従って操作端を操作し、制御対象
３０を制御する。
【００２７】なお、コントローラ１０にはパラメータ適
応装置１７が設けられており、この適応装置１７により
制御パラメータの自動調整が行われるが、具体的には以
下のとおりである。まず、コントローラ１０による制御
の開始時、パラメータ適応装置１７ではプロセス値ｘを
収集し、プロセスの操業レベルを算出して正規化パラメ
ータＡを決定し、このパラメータＡを正規化装置１３へ
送って偏差ｅを正規化する。その後、制御動作中のプロ
セス応答波形の振動周期や振動幅等の特徴量を調べなが
ら正規化パラメータＢ，Ｃを順次調整し、これらを正規
化装置１４，１８に送出して偏差の変化量Δｅ及び制御
出力変化量Δｕを正規化する。
応装置１７が設けられており、この適応装置１７により
制御パラメータの自動調整が行われるが、具体的には以
下のとおりである。まず、コントローラ１０による制御
の開始時、パラメータ適応装置１７ではプロセス値ｘを
収集し、プロセスの操業レベルを算出して正規化パラメ
ータＡを決定し、このパラメータＡを正規化装置１３へ
送って偏差ｅを正規化する。その後、制御動作中のプロ
セス応答波形の振動周期や振動幅等の特徴量を調べなが
ら正規化パラメータＢ，Ｃを順次調整し、これらを正規
化装置１４，１８に送出して偏差の変化量Δｅ及び制御
出力変化量Δｕを正規化する。
【００２８】ここで、パラメータＢ，Ｃの調整手順とし
ては、初期設定において応答波形に振動が発生しない
場合は振動が発生するまでパラメータＣを大きくし（振
動している場合は次のから）、振動が発生したなら
ば振動周期を求め、パラメータＢを適応させる。振動
幅及び減衰率に応じて、パラメータＣを適応させる。な
お、パラメータＡの決定時には前述の制御動作を実施し
ないが、パラメータＢ，Ｃの決定時には制御動作を実施
するものとする。
ては、初期設定において応答波形に振動が発生しない
場合は振動が発生するまでパラメータＣを大きくし（振
動している場合は次のから）、振動が発生したなら
ば振動周期を求め、パラメータＢを適応させる。振動
幅及び減衰率に応じて、パラメータＣを適応させる。な
お、パラメータＡの決定時には前述の制御動作を実施し
ないが、パラメータＢ，Ｃの決定時には制御動作を実施
するものとする。
【００２９】図８ないし図１５は、本実施例によるファ
ジィ非線形ＰＩコントローラと従来のＰＩコントローラ
によるシミュレーション結果を示す制御応答波形であ
り、図８ないし図１１は本実施例、図１２ないし図１５
は従来例を示している。これらの図において、図８は最
適調整時におけるファジィ非線形ＰＩコントローラの制
御応答波形、図１２は最適調整時におけるＰＩコントロ
ーラの制御応答波形であり、両者はほぼ同等の制御性能
を示していることがわかる。
ジィ非線形ＰＩコントローラと従来のＰＩコントローラ
によるシミュレーション結果を示す制御応答波形であ
り、図８ないし図１１は本実施例、図１２ないし図１５
は従来例を示している。これらの図において、図８は最
適調整時におけるファジィ非線形ＰＩコントローラの制
御応答波形、図１２は最適調整時におけるＰＩコントロ
ーラの制御応答波形であり、両者はほぼ同等の制御性能
を示していることがわかる。
【００３０】また、図９はプロセスゲインの変動時
（１．８倍）、図１０はプロセス総時定数（無駄時間＋
時定数）の変動時（２．０倍）、図１１は（無駄時間／
時定数）の変動時（８．０倍）におけるファジィ非線形
ＰＩコントローラの制御応答波形、図１３，図１４，図
１５は各々同一条件時のＰＩコントローラの制御応答波
形である。これらの結果から、ファジィ非線形ＰＩコン
トローラでは、非線形ゲイン特性を持たせたことによ
り、速応性、減衰性が向上し、整定時間が短くなってい
ることがわかる。同時に、偏差及び偏差の変化量が異符
号のときに積分を弱くする等の方法によって制御構造を
変えることにより、オーバシュートを抑制でき、時定数
や無駄時間の変動に対する制御の安定性が向上するとい
う利点が得られている。
（１．８倍）、図１０はプロセス総時定数（無駄時間＋
時定数）の変動時（２．０倍）、図１１は（無駄時間／
時定数）の変動時（８．０倍）におけるファジィ非線形
ＰＩコントローラの制御応答波形、図１３，図１４，図
１５は各々同一条件時のＰＩコントローラの制御応答波
形である。これらの結果から、ファジィ非線形ＰＩコン
トローラでは、非線形ゲイン特性を持たせたことによ
り、速応性、減衰性が向上し、整定時間が短くなってい
ることがわかる。同時に、偏差及び偏差の変化量が異符
号のときに積分を弱くする等の方法によって制御構造を
変えることにより、オーバシュートを抑制でき、時定数
や無駄時間の変動に対する制御の安定性が向上するとい
う利点が得られている。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、第１の発明によれ
ば、基準となるＰＩ制御の制御パラメータとファジィ制
御の制御パラメータとの対応関係が明確になり、メンバ
ーシップ関数を前述の対応関係により決定すると基準の
ＰＩ制御と同等の制御特性を持つファジィ制御を実現す
ることができる。
ば、基準となるＰＩ制御の制御パラメータとファジィ制
御の制御パラメータとの対応関係が明確になり、メンバ
ーシップ関数を前述の対応関係により決定すると基準の
ＰＩ制御と同等の制御特性を持つファジィ制御を実現す
ることができる。
【００３２】第２の発明によれば、偏差及び偏差の変化
量を正規化したものを用いてファジィ推論演算を行なう
ため、制御パラメータの変更時には正規化パラメータの
みを変更することで対応でき、記憶装置内のメンバーシ
ップ関数の変更を不要として変更に伴う煩雑さを解消す
ることができる。
量を正規化したものを用いてファジィ推論演算を行なう
ため、制御パラメータの変更時には正規化パラメータの
みを変更することで対応でき、記憶装置内のメンバーシ
ップ関数の変更を不要として変更に伴う煩雑さを解消す
ることができる。
【００３３】第３の発明によれば、非線形ＰＩ制御の実
現によって制御の速応性を高め、しかも減衰性の向上に
より整定時間を短縮することができると共に、オーバー
シュートの抑制も可能になる。
現によって制御の速応性を高め、しかも減衰性の向上に
より整定時間を短縮することができると共に、オーバー
シュートの抑制も可能になる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す概略的なブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】ＰＩ制御を実現するファジィ制御における前件
部メンバーシップ関数の説明図である。
部メンバーシップ関数の説明図である。
【図３】ＰＩ制御を実現するファジィ制御における前件
部メンバーシップ関数の説明図である。
部メンバーシップ関数の説明図である。
【図４】ＰＩ制御を実現するファジィ制御における後件
部メンバーシップ関数の説明図である。
部メンバーシップ関数の説明図である。
【図５】非線形ＰＩ制御を実現するファジィ制御におけ
る前件部メンバーシップ関数の説明図である。
る前件部メンバーシップ関数の説明図である。
【図６】非線形ＰＩ制御を実現するファジィ制御におけ
る前件部メンバーシップ関数の説明図である。
る前件部メンバーシップ関数の説明図である。
【図７】非線形ＰＩ制御を実現するファジィ制御におけ
る後件部メンバーシップ関数の説明図である。
る後件部メンバーシップ関数の説明図である。
【図８】ファジィ非線形ＰＩコントローラによる制御応
答波形である。
答波形である。
【図９】ファジィ非線形ＰＩコントローラによる制御応
答波形である。
答波形である。
【図１０】ファジィ非線形ＰＩコントローラによる制御
応答波形である。
応答波形である。
【図１１】ファジィ非線形ＰＩコントローラによる制御
応答波形である。
応答波形である。
【図１２】ＰＩコントローラによる制御応答波形であ
る。
る。
【図１３】ＰＩコントローラによる制御応答波形であ
る。
る。
【図１４】ＰＩコントローラによる制御応答波形であ
る。
る。
【図１５】ＰＩコントローラによる制御応答波形であ
る。
る。
１０ ファジィフィードバックコントローラ １１ 演算記憶装置 １３，１４，１８ 正規化装置 １５ ファジィ推論演算装置 １６ ファジィ制御規則及びメンバーシップ関数 １７ パラメータ適応装置 １９ 加算装置 ２０ 操作装置 ３０ 制御対象 ｘ プロセス値 ｒ 設定値 ｅ 偏差 Δｅ 偏差変化量 Δｕ 制御出力変化量 ｕ 制御出力
Claims (7)
- 【請求項１】 制御対象のプロセス値をフィードバック
し、このプロセス値と設定値との偏差、及びこの偏差の
変化量を用いてプロセス値を設定値に一致させる制御出
力をファジィ推論により決定し出力するファジィフィー
ドバックコントローラにおいて、 前記偏差及び偏差の変化量を座標軸とする位相平面上に
おいてＰＩ制御の速度形制御出力変化量がゼロとなる基
準直線を考え、この直線及びこれに対する平行直線上に
頂点が位置するように上記位相平面を等大の長方形によ
り分割し、同符号である前記偏差及び偏差の変化量の絶
対値に比例するように、前記基準直線と前記平行直線と
の間の距離に応じた大きさの制御出力変化量を規定して
なるファジィ制御規則と、 前記長方形の中心座標のうち偏差成分及び偏差の変化量
成分が、ファジィ変数としての偏差及び偏差の変化量に
関する前件部メンバーシップ関数の二等辺三角形の各々
の中心となるように規定した前件部メンバーシップ関数
と、 前記基準直線と前記平行直線との間の距離が、ファジィ
変数としての制御出力変化量に関する後件部メンバーシ
ップ関数の二等辺三角形の中心となるように規定した後
件部メンバーシップ関数と、 を用いてファジィ推論を行なうことを特徴とするファジ
ィフィードバックコントローラ。 - 【請求項２】 偏差及び偏差の変化量並びに制御出力変
化量を、少なくとも各々の基準変動幅を用いて正規化し
てなる請求項１記載のファジィフィードバックコントロ
ーラ。 - 【請求項３】 偏差及び偏差の変化量並びに制御出力変
化量を、各々の基準変動幅及びＰＩ制御パラメータを用
いて正規化してなる請求項２記載のファジィフィードバ
ックコントローラ。 - 【請求項４】 偏差及び偏差の変化量並びに制御出力変
化量を、各々の基準変動幅、プロセスゲイン及び総遅れ
時間を用いて正規化してなる請求項２記載のファジィフ
ィードバックコントローラ。 - 【請求項５】 偏差及び偏差の変化量並びに制御出力変
化量を、各々の基準変動幅、制御中の応答波形における
振動周期及び減衰率を用いて正規化してなる請求項２記
載のファジィフィードバックコントローラ。 - 【請求項６】 制御出力変化量に関する後件部メンバー
シップ関数として、絶対値の小さいファジィ変数のパラ
メータ値を小さくし、絶対値の大きいファジィ変数のパ
ラメータ値を大きくしたメンバーシップ関数を用いる請
求項１，２，３，４または５記載のファジィフィードバ
ックコントローラ。 - 【請求項７】 偏差及び偏差の変化量が異符号である時
に非対称のファジィ制御規則を用いる請求項６記載のフ
ァジィフィードバックコントローラ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3250450A JPH0561504A (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | フアジイフイードバツクコントローラ |
| GB9218310A GB2259375B (en) | 1991-09-03 | 1992-08-28 | Fuzzy feedback controller |
| DE4229280A DE4229280A1 (de) | 1991-09-03 | 1992-09-02 | Fuzzy-rueckkopplungs-regeleinrichtung |
| CA002077368A CA2077368C (en) | 1991-09-03 | 1992-09-02 | Fuzzy feedback controller |
| US08/200,304 US5479567A (en) | 1991-09-03 | 1994-02-23 | Fuzzy feedback controller and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3250450A JPH0561504A (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | フアジイフイードバツクコントローラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0561504A true JPH0561504A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=17208061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3250450A Pending JPH0561504A (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | フアジイフイードバツクコントローラ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5479567A (ja) |
| JP (1) | JPH0561504A (ja) |
| CA (1) | CA2077368C (ja) |
| DE (1) | DE4229280A1 (ja) |
| GB (1) | GB2259375B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0981206A (ja) * | 1995-09-08 | 1997-03-28 | Kayaba Ind Co Ltd | ファジィ制御装置 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69415733T2 (de) * | 1993-07-06 | 1999-05-20 | Ford Motor Co., Dearborn, Mich. | Elektronisches Steuerungssystem |
| DE19502230C2 (de) * | 1995-01-25 | 1998-07-30 | Univ Dresden Tech | Fuzzy-Regler für ein technisches System |
| US6795815B2 (en) * | 2000-12-13 | 2004-09-21 | George Guonan Zhang | Computer based knowledge system |
| US6762580B1 (en) | 2001-08-16 | 2004-07-13 | Lexmark International, Inc. | Electric motor velocity controller |
| CN115495707B (zh) * | 2022-09-26 | 2025-09-19 | 西北工业大学 | 一种基于模糊自适应ukf的交互多模型机动目标跟踪方法 |
| CN116111614B (zh) * | 2023-04-12 | 2023-08-15 | 武汉大学 | 一种基于模糊pid的电解铝负荷参与孤网调频的方法 |
| CN116382068B (zh) * | 2023-06-05 | 2023-08-18 | 弗斯迈智能科技(江苏)有限公司 | 基于模糊pid的薄膜生产智能控制系统 |
| CN120406103B (zh) * | 2025-07-03 | 2025-10-17 | 深圳市汇辰自动化技术有限公司 | 基于多维模糊规则的pid参数自适应算法、系统和程序 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3811086A1 (de) * | 1987-04-03 | 1988-10-20 | Hitachi Ltd | Pid-reglersystem |
| DK171319B1 (da) * | 1987-08-06 | 1996-09-02 | Smidth & Co As F L | Fremgangsmåde til styring af en roterovn under opstart |
| US5093892A (en) * | 1988-09-22 | 1992-03-03 | Janome Sewing Machine Industry Co., Ltd. | Motor speed control system |
| JPH0295627A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-06 | Omron Tateisi Electron Co | 紙葉類の繰出・集積装置 |
| JP2553675B2 (ja) * | 1988-11-18 | 1996-11-13 | 日本電気硝子株式会社 | プロセスの制御方法 |
| JPH0348303A (ja) * | 1989-04-27 | 1991-03-01 | Omron Corp | ファジイ推論装置における評価方法 |
| JPH0388001A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-12 | Toshiba Corp | ファジィｐｉ制御装置 |
| US5170357A (en) * | 1989-10-31 | 1992-12-08 | Yokogawa Electric Corporation | Paper machine controller for operating slices and method of controlling the same |
| JPH04105915A (ja) * | 1990-08-27 | 1992-04-07 | Nissei Plastics Ind Co | 射出成形機の温度制御方法 |
| JPH04119814A (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-21 | Nissei Plastics Ind Co | 射出成形機の温度制御方法 |
| JP3104249B2 (ja) * | 1990-10-17 | 2000-10-30 | オムロン株式会社 | フィードバック制御装置 |
| US5245698A (en) * | 1991-08-14 | 1993-09-14 | Omron Corporation | Apparatus for and method of correcting membership functions |
-
1991
- 1991-09-03 JP JP3250450A patent/JPH0561504A/ja active Pending
-
1992
- 1992-08-28 GB GB9218310A patent/GB2259375B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-09-02 DE DE4229280A patent/DE4229280A1/de not_active Ceased
- 1992-09-02 CA CA002077368A patent/CA2077368C/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-02-23 US US08/200,304 patent/US5479567A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0981206A (ja) * | 1995-09-08 | 1997-03-28 | Kayaba Ind Co Ltd | ファジィ制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2077368A1 (en) | 1993-03-04 |
| US5479567A (en) | 1995-12-26 |
| GB9218310D0 (en) | 1992-10-14 |
| GB2259375B (en) | 1995-01-18 |
| GB2259375A (en) | 1993-03-10 |
| DE4229280A1 (de) | 1993-05-13 |
| CA2077368C (en) | 1997-10-28 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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