JPH06149308A - 自動制御装置 - Google Patents
自動制御装置Info
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- JPH06149308A JPH06149308A JP19693192A JP19693192A JPH06149308A JP H06149308 A JPH06149308 A JP H06149308A JP 19693192 A JP19693192 A JP 19693192A JP 19693192 A JP19693192 A JP 19693192A JP H06149308 A JPH06149308 A JP H06149308A
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- JP
- Japan
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- control
- compensator
- feedforward
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 制御量を設定値に追従させる追値制御系にお
いて、設定値変更時の制御応答を向上させると共に、外
乱変動による制御量の変動を抑制する。 【構成】 PID制御によるフィードバック補償器とフ
ァジィ推論によるフィードフォワード補償器とから成る
複合系を構成し、フィードバック補償器のみが動作する
状態で安定状態判定手段により安定状態に到達したと判
定された段階で、フィードフォワード補償器の出力をフ
ィードバック補償器の出力に合致させるように、ファジ
ィ推論の内部パラメータを逐次修正する学習手段を有
し、種々の設定値において学習を繰り返した後は、フィ
ードフォワード/フィードバック複合系として動作す
る。
いて、設定値変更時の制御応答を向上させると共に、外
乱変動による制御量の変動を抑制する。 【構成】 PID制御によるフィードバック補償器とフ
ァジィ推論によるフィードフォワード補償器とから成る
複合系を構成し、フィードバック補償器のみが動作する
状態で安定状態判定手段により安定状態に到達したと判
定された段階で、フィードフォワード補償器の出力をフ
ィードバック補償器の出力に合致させるように、ファジ
ィ推論の内部パラメータを逐次修正する学習手段を有
し、種々の設定値において学習を繰り返した後は、フィ
ードフォワード/フィードバック複合系として動作す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は制御対象の制御量を与え
られた設定値に追従させ安定化させることを目的とする
自動制御装置に関するものである。
られた設定値に追従させ安定化させることを目的とする
自動制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動制御装置の制御方式として、図5に
示すものが知られている。図5はフィードバック補償器
とフィードフォワード補償器とを組み合わせた複合制御
系である。
示すものが知られている。図5はフィードバック補償器
とフィードフォワード補償器とを組み合わせた複合制御
系である。
【0003】図5において、1はフィードバック補償
器、2はフィードフォワード補償器、3は制御対象を表
す。加算点4において、設定値yrと制御対象3から検出
された制御量yとの偏差eが演算され、フィードバック
補償器1の入力となる。フィードバック補償器1は
器、2はフィードフォワード補償器、3は制御対象を表
す。加算点4において、設定値yrと制御対象3から検出
された制御量yとの偏差eが演算され、フィードバック
補償器1の入力となる。フィードバック補償器1は
【数1】 ΔX2 =KP e+KI ∫edt+KD (de/dt) …(1) なるPID演算によってフィードバック補償量ΔX2 を
出力する。ここでKP ,KI ,KD はそれぞれ比例ゲイ
ン,積分ゲイン,微分ゲインを表す。またディジタル制
御系として実現するならば
出力する。ここでKP ,KI ,KD はそれぞれ比例ゲイ
ン,積分ゲイン,微分ゲインを表す。またディジタル制
御系として実現するならば
【数2】 なるディジタルPID演算によってフィードバック補償
量ΔX2 を決定する。ここでhはディジタル制御系のサ
ンプリング周期であり、添字nはディジタル系の時刻を
表す。
量ΔX2 を決定する。ここでhはディジタル制御系のサ
ンプリング周期であり、添字nはディジタル系の時刻を
表す。
【0004】フィードフォワード補償器2は、設定値yr
と外乱dを入力としてフィードフォワード補償量ΔX1
を出力する。設定値yr、フィードバック補償量ΔX2 及
びフィードフォワード補償量ΔX1 は、加算点5におい
て加算されて、操作量Xとなる。
と外乱dを入力としてフィードフォワード補償量ΔX1
を出力する。設定値yr、フィードバック補償量ΔX2 及
びフィードフォワード補償量ΔX1 は、加算点5におい
て加算されて、操作量Xとなる。
【0005】フィードバック制御では設定値と制御量と
の偏差を演算し(1) 式又は(2) 式のPID演算により操
作量を決定するため、偏差が発生してはじめて制御動作
が行われることになる。従って制御量を検出するための
時間遅れが大きい制御対象では、偏差が発生するまでに
時間がかかるため、良好な制御を実現できない場合が多
い。
の偏差を演算し(1) 式又は(2) 式のPID演算により操
作量を決定するため、偏差が発生してはじめて制御動作
が行われることになる。従って制御量を検出するための
時間遅れが大きい制御対象では、偏差が発生するまでに
時間がかかるため、良好な制御を実現できない場合が多
い。
【0006】一方フィードフォワード制御では、設定値
や外乱を入力とし、これに対応する操作を行うため、遅
れの大きい制御対象でも良い制御性能を得ることが可能
である。ただしフィードフォワード制御では制御対象の
モデルが必須であり、モデルの良否が制御性能に大きく
影響する。このモデルをフィードフォワード演算モデル
と呼ぶことにする。
や外乱を入力とし、これに対応する操作を行うため、遅
れの大きい制御対象でも良い制御性能を得ることが可能
である。ただしフィードフォワード制御では制御対象の
モデルが必須であり、モデルの良否が制御性能に大きく
影響する。このモデルをフィードフォワード演算モデル
と呼ぶことにする。
【0007】フィードバック制御とフィードフォワード
制御とを組み合わせることにより、両者の欠点を相補う
ことができる。すなわち、制御対象の遅れが大きい場合
でもフィードフォワード制御によって設定値変更や外乱
の影響を抑制することができると同時に、フィードフォ
ワード演算モデルに多少の誤差がある場合でも、フィー
ドバック制御により補償されるため、フィードフォワー
ド制御あるいはフィードバック制御を単独で用いた場合
よりも全体としての制御性能の向上が図れる。
制御とを組み合わせることにより、両者の欠点を相補う
ことができる。すなわち、制御対象の遅れが大きい場合
でもフィードフォワード制御によって設定値変更や外乱
の影響を抑制することができると同時に、フィードフォ
ワード演算モデルに多少の誤差がある場合でも、フィー
ドバック制御により補償されるため、フィードフォワー
ド制御あるいはフィードバック制御を単独で用いた場合
よりも全体としての制御性能の向上が図れる。
【0008】現実の制御対象は非線形特性を有するもの
が多く、フィードフォワード制御を効果的に利用するた
めにはフィードフォワード演算モデルが非線形特性を表
現する能力を備えていなければならない。非線形特性を
表現する方法として折れ線近似などが利用されている
が、その設計は試行錯誤で行っているのが現状である。
が多く、フィードフォワード制御を効果的に利用するた
めにはフィードフォワード演算モデルが非線形特性を表
現する能力を備えていなければならない。非線形特性を
表現する方法として折れ線近似などが利用されている
が、その設計は試行錯誤で行っているのが現状である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、制御量を設
定値に追従させる追値制御系において、従来より確実に
設定値変更時の制御応答を向上させると共に、外乱変動
による制御量を抑制することを目的としている。
定値に追従させる追値制御系において、従来より確実に
設定値変更時の制御応答を向上させると共に、外乱変動
による制御量を抑制することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の基本技術
思想の理解を容易にするために示したブロック線図であ
る。すなわち、本発明は、その原理上、ファジィモデル
の持つ長所を最適に活用して実現できるものである。特
に本発明においては簡略化ファジィモデルと呼ばれるフ
ァジィモデルを利用する。簡略化ファジィモデルは非線
形特性を容易に表現できると共に、後述する簡便な学習
アルゴリズムによって非線形特性を自動的に学習できる
という特徴を有している。本発明はこれらの特質に着目
してファジィモデルの利用を図ったものである。
思想の理解を容易にするために示したブロック線図であ
る。すなわち、本発明は、その原理上、ファジィモデル
の持つ長所を最適に活用して実現できるものである。特
に本発明においては簡略化ファジィモデルと呼ばれるフ
ァジィモデルを利用する。簡略化ファジィモデルは非線
形特性を容易に表現できると共に、後述する簡便な学習
アルゴリズムによって非線形特性を自動的に学習できる
という特徴を有している。本発明はこれらの特質に着目
してファジィモデルの利用を図ったものである。
【0011】本発明はPID制御によるフィードバック
補償器と設定値及び外乱を入力としてフィードフォワー
ド補償を行う簡略化ファジィモデルによるフィードフォ
ワード補償器と、制御偏差がある範囲に入り安定状態に
収束したかどうかを認識する安定状態判定手段と、安定
状態でのフィードバック補償量を教師信号として簡略化
ファジィモデルによるフィードフォワード演算モデルを
逐次的に修正する学習手段とから構成される。
補償器と設定値及び外乱を入力としてフィードフォワー
ド補償を行う簡略化ファジィモデルによるフィードフォ
ワード補償器と、制御偏差がある範囲に入り安定状態に
収束したかどうかを認識する安定状態判定手段と、安定
状態でのフィードバック補償量を教師信号として簡略化
ファジィモデルによるフィードフォワード演算モデルを
逐次的に修正する学習手段とから構成される。
【0012】まず、簡略化ファジィ推論について説明す
る。簡略化ファジィ推論とは、文献「ファジィ化製品開
発の基礎と実際」(長町三生編 1991年 海文堂発行の
特に31〜35頁)に示されているように、マムダニ流のフ
ァジィ推論において、後件部がファジィ集合ではなく、
実数値で表される推論形式である。いま簡単のためにn
入力1出力の簡略化ファジィ推論を考え、その前件部変
数をxi (i=1, …,n)で、後件部変数をyで、またk番
目のルールの後件部実数値をwk で表す。
る。簡略化ファジィ推論とは、文献「ファジィ化製品開
発の基礎と実際」(長町三生編 1991年 海文堂発行の
特に31〜35頁)に示されているように、マムダニ流のフ
ァジィ推論において、後件部がファジィ集合ではなく、
実数値で表される推論形式である。いま簡単のためにn
入力1出力の簡略化ファジィ推論を考え、その前件部変
数をxi (i=1, …,n)で、後件部変数をyで、またk番
目のルールの後件部実数値をwk で表す。
【0013】このときk番目のルールは
【数3】 if xi is Ai k and … and xn is An k then y=wk …(3) のように書くことができる。ここでAi k は前件部変数
xi 上で定義されたファジィ集合を表す。そのメンバー
シップ関数としては図3に示すような三角型メンバーシ
ップ関数で、メンバーシップ値が0.5 のところで交差す
るものを用いる。
xi 上で定義されたファジィ集合を表す。そのメンバー
シップ関数としては図3に示すような三角型メンバーシ
ップ関数で、メンバーシップ値が0.5 のところで交差す
るものを用いる。
【0014】また前件部変数xi 上で、それぞれNi 個
のメンバーシップ関数が定義されているとすれば、ファ
ジィルールの総数Nは N=N1 ・N2 ・…・Nn となる。
のメンバーシップ関数が定義されているとすれば、ファ
ジィルールの総数Nは N=N1 ・N2 ・…・Nn となる。
【0015】k番目のルールの前件部適合度をμk とす
ると
ると
【数4】 μk =A1 k (x1 ) ・A2 k (x1 ) ・…・An k (x1 ) …(4) と表され、ファジィ推論の出力は
【数5】 y=μ1 ・w1 +μ2 ・w2 +…+μN ・wN …(5) なる式、すなわち各ルールの後件部実数値wi の前件部
適合度μi による重み付き平均値で求められる。ここで
Ai k としては図1のフィードフォワード補償器21がこ
のようなファジィルール、適合度演算処理および重み付
き平均の演算を含むものである。
適合度μi による重み付き平均値で求められる。ここで
Ai k としては図1のフィードフォワード補償器21がこ
のようなファジィルール、適合度演算処理および重み付
き平均の演算を含むものである。
【0016】さらに前記文献に示されているように、簡
略化ファジィ推論を用いると教師付き学習を容易に実現
できる。すなわち、教師信号y0 とファジィモデルの出
力yとの誤差をδ(=y0 −y)とすると、k番目のル
ールの後件部実数値wk は
略化ファジィ推論を用いると教師付き学習を容易に実現
できる。すなわち、教師信号y0 とファジィモデルの出
力yとの誤差をδ(=y0 −y)とすると、k番目のル
ールの後件部実数値wk は
【数6】 wk =wk +τ・μk ・δ …(6) によって更新することができる。ここでτは学習係数で
あり0〜1の実数値をとる。この学習アルゴリズムによ
れば、ファジィ推論の出力と教師信号との誤差を最小化
する方向に修正できることが証明されている。
あり0〜1の実数値をとる。この学習アルゴリズムによ
れば、ファジィ推論の出力と教師信号との誤差を最小化
する方向に修正できることが証明されている。
【0017】いまPID制御によるフィードバック補償
器だけで制御される場合を考える。図2は設定値変更時
の制御応答を概念的に示したものである。設定値yrを変
更した場合、制御偏差が生じるためPID制御によるフ
ィードバック補償器は制御偏差を少なくする方向に補償
を行う。そしてある時間を経過すれば制御偏差は小さな
値となり、制御量は安定な状態に到達する。この時点で
のPID補償量は、その設定値に対応する最適な補償量
となっていると考えられる。外乱が変動した場合におい
ても同様のことが言える。
器だけで制御される場合を考える。図2は設定値変更時
の制御応答を概念的に示したものである。設定値yrを変
更した場合、制御偏差が生じるためPID制御によるフ
ィードバック補償器は制御偏差を少なくする方向に補償
を行う。そしてある時間を経過すれば制御偏差は小さな
値となり、制御量は安定な状態に到達する。この時点で
のPID補償量は、その設定値に対応する最適な補償量
となっていると考えられる。外乱が変動した場合におい
ても同様のことが言える。
【0018】従ってフィードフォワード演算モデルを設
定値yrと外乱dの関数fとみなし
定値yrと外乱dの関数fとみなし
【数7】 ΔX1 =f(yr,d) …(7) と表現すれば、いくつかの設定値yri および外乱di と
そのときのフィードバック補償量ΔX2 (i) の組に対し
て f(yri ,di )=ΔX2 (i) を満たすような関数fを見出すことがフィードフォワー
ド演算モデルを決定することになる。
そのときのフィードバック補償量ΔX2 (i) の組に対し
て f(yri ,di )=ΔX2 (i) を満たすような関数fを見出すことがフィードフォワー
ド演算モデルを決定することになる。
【0019】そしてこの関数fの具体的な表現手段とし
て前述の簡略化ファジィ推論を用いることができ、さら
にフィードバック補償器の出力を教師信号とすることに
よりフィードフォワード演算モデルを自動的に学習する
ことが可能となる。以下簡略ファジィ推論によるモデル
を単にファジィモデルと呼ぶことにする。
て前述の簡略化ファジィ推論を用いることができ、さら
にフィードバック補償器の出力を教師信号とすることに
よりフィードフォワード演算モデルを自動的に学習する
ことが可能となる。以下簡略ファジィ推論によるモデル
を単にファジィモデルと呼ぶことにする。
【0020】さらに本制御装置の運転状態として学習モ
ードと運転モードとを設ける。学習モードとはPID制
御によるフィードバック補償器のみによって制御を行
い、安定状態でのフィードバック補償器の出力を教師信
号としてフィードフォワード演算モデルを学習するモー
ドであり、運転モードとは学習によって調整されたフィ
ードフォワード演算モデルに基づいてフィードバック/
フィードフォワード複合系として動作するモードであ
る。
ードと運転モードとを設ける。学習モードとはPID制
御によるフィードバック補償器のみによって制御を行
い、安定状態でのフィードバック補償器の出力を教師信
号としてフィードフォワード演算モデルを学習するモー
ドであり、運転モードとは学習によって調整されたフィ
ードフォワード演算モデルに基づいてフィードバック/
フィードフォワード複合系として動作するモードであ
る。
【0021】次に図1を説明する。図1において、1は
フィードバック補償器であり、図5で示したフィードバ
ック補償器1と同一の機能を有するものである。すなわ
ち加算点4において演算される設定値yrと制御量yとの
偏差eを入力とし、PID演算によってフィードバック
補償量ΔX2 を出力するものである。
フィードバック補償器であり、図5で示したフィードバ
ック補償器1と同一の機能を有するものである。すなわ
ち加算点4において演算される設定値yrと制御量yとの
偏差eを入力とし、PID演算によってフィードバック
補償量ΔX2 を出力するものである。
【0022】21はファジィモデルによるフィードフォワ
ード補償器であり、設定値yrと外乱dとを入力としてフ
ィードフォワード補償量ΔX1 を出力する。
ード補償器であり、設定値yrと外乱dとを入力としてフ
ィードフォワード補償量ΔX1 を出力する。
【0023】設定値yrとフィードバック補償量ΔX2 及
びフィードフォワード補償量ΔX1は、加算点5におい
て加算され操作量Xとなる。
びフィードフォワード補償量ΔX1は、加算点5におい
て加算され操作量Xとなる。
【0024】ファジィモデルによるフィードフォワード
補償量ΔX1 とPID補償器によるフィードバック補償
量ΔX2 との差δが加算点6において演算され、学習手
段22の入力となる。
補償量ΔX1 とPID補償器によるフィードバック補償
量ΔX2 との差δが加算点6において演算され、学習手
段22の入力となる。
【0025】23は安定状態判定手段であり、設定値yr、
外乱dおよび加算点4で演算された制御偏差eを入力と
し、安定状態信号λを出力するものである。安定状態信
号λとは0または1の2値信号であり、1が安定状態で
あることを、0が安定状態でないことを表す。安定状態
判定手段23は、設定値yrおよび外乱dの時間的変化がな
く、且つ制御偏差eがある範囲に入った状態を維持しつ
つ、ある一定時間Ts経過したなら安定であり、それ以
外の状態では安定でないという論理に基づいている。
外乱dおよび加算点4で演算された制御偏差eを入力と
し、安定状態信号λを出力するものである。安定状態信
号λとは0または1の2値信号であり、1が安定状態で
あることを、0が安定状態でないことを表す。安定状態
判定手段23は、設定値yrおよび外乱dの時間的変化がな
く、且つ制御偏差eがある範囲に入った状態を維持しつ
つ、ある一定時間Ts経過したなら安定であり、それ以
外の状態では安定でないという論理に基づいている。
【0026】22は学習手段であり、23の安定状態判定手
段からの出力である安定状態信号λと、加算点6で演算
された誤差δ、フィードフォワード補償器21で演算され
た各ファジィルールの前件部適合度μi (i=1〜N)、およ
び後件部実数値wi (i=1〜N)を入力として、前述の(6)
式に従って各ファジィルールの後件部実数値wi (i=1〜
N)を修正する。ただし、修正演算は制御状態が安定の場
合、すなわちλ=1の状態でのみ行い、安定でない状態
では行わない。
段からの出力である安定状態信号λと、加算点6で演算
された誤差δ、フィードフォワード補償器21で演算され
た各ファジィルールの前件部適合度μi (i=1〜N)、およ
び後件部実数値wi (i=1〜N)を入力として、前述の(6)
式に従って各ファジィルールの後件部実数値wi (i=1〜
N)を修正する。ただし、修正演算は制御状態が安定の場
合、すなわちλ=1の状態でのみ行い、安定でない状態
では行わない。
【0027】7は、学習モードでは開放され、運転モー
ドにおいて投入される接点を表す。学習モードではPI
D制御によるフィードバック補償器のみによって制御を
行うため、加算点5においてフィードフォワード補償量
ΔX1 を加算しない。
ドにおいて投入される接点を表す。学習モードではPI
D制御によるフィードバック補償器のみによって制御を
行うため、加算点5においてフィードフォワード補償量
ΔX1 を加算しない。
【0028】一方、運転モードでは、ファジィモデルに
よるフィードフォワード補償部とPID制御によるフィ
ードバック補償器との複合系として動作させるため、加
算点5において設定値yr、フィードバック補償量Δ
X2 、フィードフォワード補償量ΔX1 が加算される。
また運転モードでは、安定状態信号λの値は0に固定さ
れて、学習は行われない。
よるフィードフォワード補償部とPID制御によるフィ
ードバック補償器との複合系として動作させるため、加
算点5において設定値yr、フィードバック補償量Δ
X2 、フィードフォワード補償量ΔX1 が加算される。
また運転モードでは、安定状態信号λの値は0に固定さ
れて、学習は行われない。
【0029】
【作用】図1中の外乱dは一般的にベクトルと考えて良
いが、ここでは簡単のためにスカラであるとする。すな
わちファジィモデルによるフィードフォワード補償器は
設定値yrと一つの外乱dを入力とし、フィードフォワー
ド補償量ΔX1 を出力するものとする。
いが、ここでは簡単のためにスカラであるとする。すな
わちファジィモデルによるフィードフォワード補償器は
設定値yrと一つの外乱dを入力とし、フィードフォワー
ド補償量ΔX1 を出力するものとする。
【0030】設定値yrに対し図3(a) に示すように3つ
のメンバーシップ関数A1 、A2 、A3 を定義し、メン
バーシップ関数のグレードが1となるyrの値をそれぞれ
yr1〜yr3 とする。また外乱dについても図3(b) に示
すように2つのメンバーシップ関数B1 、B2 を定義
し、メンバーシップ関数のグレードが1となるdの値を
それぞれd1 、d2 とする。
のメンバーシップ関数A1 、A2 、A3 を定義し、メン
バーシップ関数のグレードが1となるyrの値をそれぞれ
yr1〜yr3 とする。また外乱dについても図3(b) に示
すように2つのメンバーシップ関数B1 、B2 を定義
し、メンバーシップ関数のグレードが1となるdの値を
それぞれd1 、d2 とする。
【0031】この場合ファジィモデルは次のような6つ
のファジィルールで構成される。 ルール1:if yr is A1 and d is B1 then ΔX1
=w1 ルール2:if yr is A2 and d is B1 then ΔX1
=w2 ルール3:if yr is A3 and d is B1 then ΔX1
=w3 ルール4:if yr is A1 and d is B2 then ΔX1
=w4 ルール5:if yr is A2 and d is B2 then ΔX1
=w5 ルール6:if yr is A3 and d is B2 then ΔX1
=w6
のファジィルールで構成される。 ルール1:if yr is A1 and d is B1 then ΔX1
=w1 ルール2:if yr is A2 and d is B1 then ΔX1
=w2 ルール3:if yr is A3 and d is B1 then ΔX1
=w3 ルール4:if yr is A1 and d is B2 then ΔX1
=w4 ルール5:if yr is A2 and d is B2 then ΔX1
=w5 ルール6:if yr is A3 and d is B2 then ΔX1
=w6
【0032】図4は学習モードでの各信号の時間的変化
を表した図である。ここでは外乱dがd1 の近傍の値に
ある状態で設定値yrをyr1 、yr2 、yr3 の各点近傍に順
次変更し、各設定値において学習を行わせ、次いで外乱
dがd2 近傍の値にある状態で、設定値yrをyr3 、y
r2 、yr1 の各点近傍に順次変更し、各設定値における
学習を行わせている。
を表した図である。ここでは外乱dがd1 の近傍の値に
ある状態で設定値yrをyr1 、yr2 、yr3 の各点近傍に順
次変更し、各設定値において学習を行わせ、次いで外乱
dがd2 近傍の値にある状態で、設定値yrをyr3 、y
r2 、yr1 の各点近傍に順次変更し、各設定値における
学習を行わせている。
【0033】設定値yrおよび外乱dの各値において安定
状態信号λが1の区間、すなわち学習が行われている区
間を〜で表す。
状態信号λが1の区間、すなわち学習が行われている区
間を〜で表す。
【0034】いまある変数xが値x0 の近傍の値である
ということを x=〜x0 で表すことにする。
ということを x=〜x0 で表すことにする。
【0035】図4中の区間では、yr=〜yr1 、d=〜
d1 であるから、各メンバーシップ関数の適合度は A1(〜yr1)=〜1 B1(〜d1)=〜1 A2(〜yr1)=〜0 B2(〜d1)=〜0 A3(〜yr1)=0 となり、各ルールの前件部適合度は μ1 =A1(〜yr1)・B1(〜d1)=〜1 μ2 =A2(〜yr1)・B1(〜d1)=〜0 μ3 =A3(〜yr1)・B1(〜d1)=0 μ4 =A1(〜yr1)・B2(〜d1)=〜0 μ5 =A2(〜yr1)・B2(〜d1)=〜0 μ6 =A3(〜yr1)・B2(〜d1)=0 となる。このとき(6) 式の第2項である修正項が最も大
きな値となるのはルール1であり、学習によってルール
1の後件部実数値w1 は区間でのフィードバック補償
量ΔX2 (1) に漸近する方向に修正される。すなわち f (〜yr1,〜d1)=〜ΔX2 (1) なる関係が学習される。
d1 であるから、各メンバーシップ関数の適合度は A1(〜yr1)=〜1 B1(〜d1)=〜1 A2(〜yr1)=〜0 B2(〜d1)=〜0 A3(〜yr1)=0 となり、各ルールの前件部適合度は μ1 =A1(〜yr1)・B1(〜d1)=〜1 μ2 =A2(〜yr1)・B1(〜d1)=〜0 μ3 =A3(〜yr1)・B1(〜d1)=0 μ4 =A1(〜yr1)・B2(〜d1)=〜0 μ5 =A2(〜yr1)・B2(〜d1)=〜0 μ6 =A3(〜yr1)・B2(〜d1)=0 となる。このとき(6) 式の第2項である修正項が最も大
きな値となるのはルール1であり、学習によってルール
1の後件部実数値w1 は区間でのフィードバック補償
量ΔX2 (1) に漸近する方向に修正される。すなわち f (〜yr1,〜d1)=〜ΔX2 (1) なる関係が学習される。
【0036】またの区間では、yr=〜yr2 、d=〜d
1 であるから、各メンバーシップ関数の適合度は A1(〜yr2)=〜0 B1(〜d1)=〜1 A2(〜yr2)=〜1 B2(〜d1)=〜0 A3(〜yr2)=〜0 となり、各ルールの前件部適合度は μ1 =A1(〜yr2)・B1(〜d1)=〜0 μ2 =A2(〜yr2)・B1(〜d1)=〜1 μ3 =A3(〜yr2)・B1(〜d1)=〜0 μ4 =A1(〜yr2)・B2(〜d1)=〜0 μ5 =A2(〜yr2)・B2(〜d1)=〜0 μ6 =A3(〜yr2)・B2(〜d1)=0 となる。このとき(6) 式の第2項である修正項が最も大
きな値となるのはルール2であり、学習によってルール
2の後件部実数値w2 は区間でのフィードバック補償
量ΔX2 (2) に漸近する方向に修正される。すなわち f (〜yr2,〜d1)=〜ΔX2 (2) なる関係が学習される。
1 であるから、各メンバーシップ関数の適合度は A1(〜yr2)=〜0 B1(〜d1)=〜1 A2(〜yr2)=〜1 B2(〜d1)=〜0 A3(〜yr2)=〜0 となり、各ルールの前件部適合度は μ1 =A1(〜yr2)・B1(〜d1)=〜0 μ2 =A2(〜yr2)・B1(〜d1)=〜1 μ3 =A3(〜yr2)・B1(〜d1)=〜0 μ4 =A1(〜yr2)・B2(〜d1)=〜0 μ5 =A2(〜yr2)・B2(〜d1)=〜0 μ6 =A3(〜yr2)・B2(〜d1)=0 となる。このとき(6) 式の第2項である修正項が最も大
きな値となるのはルール2であり、学習によってルール
2の後件部実数値w2 は区間でのフィードバック補償
量ΔX2 (2) に漸近する方向に修正される。すなわち f (〜yr2,〜d1)=〜ΔX2 (2) なる関係が学習される。
【0037】同様にしての各区間においてルー
ル3〜6の後件部実数値w3 〜w6が修正され f (〜yr3,〜d1)=〜ΔX2 (3) f (〜yr3,〜d2)=〜ΔX2 (4) f (〜yr2,〜d2)=〜ΔX2 (5) f (〜yr1,〜d2)=〜ΔX2 (6) なる関係が学習される。
ル3〜6の後件部実数値w3 〜w6が修正され f (〜yr3,〜d1)=〜ΔX2 (3) f (〜yr3,〜d2)=〜ΔX2 (4) f (〜yr2,〜d2)=〜ΔX2 (5) f (〜yr1,〜d2)=〜ΔX2 (6) なる関係が学習される。
【0038】以上により各ルールの後件部実数値が逐次
修正され、(7) 式の関数fが学習されることになる。
修正され、(7) 式の関数fが学習されることになる。
【0039】上記学習モードによりフィードフォワード
演算モデルの学習が終了した段階で運転モードに移行す
る。運転モードでは、図1における接点7が投入され、
補償量ΔX1 は加算点5で加算されるため、制御系全体
はフィードフォワード/フィードバック複合系として動
作する。
演算モデルの学習が終了した段階で運転モードに移行す
る。運転モードでは、図1における接点7が投入され、
補償量ΔX1 は加算点5で加算されるため、制御系全体
はフィードフォワード/フィードバック複合系として動
作する。
【0040】
【実施例】樹脂・ゴム用カレンダ装置の自動厚み制御に
本発明を適用した場合の実施例について説明する。カレ
ンダ装置は数本の加熱ロールによって樹脂・ゴムを一定
の肉厚のシートに整形する圧延機械であり、自動厚み制
御は製品の肉厚を均一に維持するために行うものであ
る。図6はカレンダ装置の基本構造を概念的に示した図
である。図6(a) はロールの断面方向から見た図であ
り、図6(b) はシート出側方向から見た図である。図6
の61, 62はロール、63, 64は厚み検出器であり、65は圧
延整形された樹脂またはゴムを表している。
本発明を適用した場合の実施例について説明する。カレ
ンダ装置は数本の加熱ロールによって樹脂・ゴムを一定
の肉厚のシートに整形する圧延機械であり、自動厚み制
御は製品の肉厚を均一に維持するために行うものであ
る。図6はカレンダ装置の基本構造を概念的に示した図
である。図6(a) はロールの断面方向から見た図であ
り、図6(b) はシート出側方向から見た図である。図6
の61, 62はロール、63, 64は厚み検出器であり、65は圧
延整形された樹脂またはゴムを表している。
【0041】厚み検出値が厚み指令より大きいも場合に
はロールギャップを小さくし、逆に小さい場合にはロー
ルギャップを大きくして、シート厚みを一定に維持す
る。さらにシートの幅方向に厚みの偏りがある場合に
は、左右両側のロールギャップを独立に制御し、厚みを
均一にするというのが自動厚み制御の基本的な考え方で
ある。
はロールギャップを小さくし、逆に小さい場合にはロー
ルギャップを大きくして、シート厚みを一定に維持す
る。さらにシートの幅方向に厚みの偏りがある場合に
は、左右両側のロールギャップを独立に制御し、厚みを
均一にするというのが自動厚み制御の基本的な考え方で
ある。
【0042】一般に、カレンダ装置における厚み検出器
は、ロールギャップ位置に近接して配置されることが望
ましいが、カレンダ装置の構造的な制約により、ロール
ギャップ位置から厚み検出器位置までは一定の距離が必
要となる。従って厚み検出についてはむだ時間が存在
し、しかもむだ時間の値は圧延速度に反比例するという
性質を有する。このため単独のフィードバック補償器で
は良好な制御を行うことができず、特に圧延速度変更時
の厚み変動を抑制することは困難であると考えられる。
は、ロールギャップ位置に近接して配置されることが望
ましいが、カレンダ装置の構造的な制約により、ロール
ギャップ位置から厚み検出器位置までは一定の距離が必
要となる。従って厚み検出についてはむだ時間が存在
し、しかもむだ時間の値は圧延速度に反比例するという
性質を有する。このため単独のフィードバック補償器で
は良好な制御を行うことができず、特に圧延速度変更時
の厚み変動を抑制することは困難であると考えられる。
【0043】フィードフォワード補償を用いることによ
り、与えられた厚み指令に対して、ロールギャップを厚
み指令よりもどれくらい狭めるかという補償を、厚みの
実際値が得られる前に先回りして行うことができ、圧延
速度指令変更時の厚み変動を抑制すると共に、厚み指令
値の変化に対する応答性を向上させることが可能とな
る。
り、与えられた厚み指令に対して、ロールギャップを厚
み指令よりもどれくらい狭めるかという補償を、厚みの
実際値が得られる前に先回りして行うことができ、圧延
速度指令変更時の厚み変動を抑制すると共に、厚み指令
値の変化に対する応答性を向上させることが可能とな
る。
【0044】図7はカレンダ装置の自動厚み制御に本発
明を適用した場合の制御ブロック線図である。
明を適用した場合の制御ブロック線図である。
【0045】1はPI制御によるフィードバック補償
器、21はファジィモデルによるフィードフォワード補償
器、31はギャップ制御系、32はカレンダ装置を表す。
器、21はファジィモデルによるフィードフォワード補償
器、31はギャップ制御系、32はカレンダ装置を表す。
【0046】厚み指令および圧延速度指令をそれぞれg
r 、Ur で表す。厚み検出器は図6に示したようにロー
ル幅方向2点に配置されており、シート出側から見て右
側の検出値をgR 、左側の検出値をgL とする。加算点
41および42において厚み指令gr と左右の厚み検出値と
の偏差eR 、eL が演算されフィードバック補償器1の
入力となる。フィードバック補償器1はPI演算に基づ
き左右のロールギャップ指令に対するフィードバック補
償量Δh2R、Δh2Lを出力する。
r 、Ur で表す。厚み検出器は図6に示したようにロー
ル幅方向2点に配置されており、シート出側から見て右
側の検出値をgR 、左側の検出値をgL とする。加算点
41および42において厚み指令gr と左右の厚み検出値と
の偏差eR 、eL が演算されフィードバック補償器1の
入力となる。フィードバック補償器1はPI演算に基づ
き左右のロールギャップ指令に対するフィードバック補
償量Δh2R、Δh2Lを出力する。
【0047】21はファジィモデルに基づくフィードフォ
ワード補償器であり、厚み指令grおよび圧延速度指令
Ur を入力とし、ロールギャップ指令に対するフィード
フォワード補償量Δh1 を出力するものである。
ワード補償器であり、厚み指令grおよび圧延速度指令
Ur を入力とし、ロールギャップ指令に対するフィード
フォワード補償量Δh1 を出力するものである。
【0048】厚み指令gr 、左右のフィードバック補償
量Δh2R、Δh2Lおよびフィードフォワード補償量Δh
1 は、加算点51, 52においてそれぞれ加算され、左右の
ロールギャップ指令hrR、hrLとなる。
量Δh2R、Δh2Lおよびフィードフォワード補償量Δh
1 は、加算点51, 52においてそれぞれ加算され、左右の
ロールギャップ指令hrR、hrLとなる。
【0049】31はギャップ制御系であり、ロールギャッ
プ実際値hR 、hL を与えられたギャップ指令hrR、h
rLに一致させる機能を持つものである。
プ実際値hR 、hL を与えられたギャップ指令hrR、h
rLに一致させる機能を持つものである。
【0050】8は平均値演算手段であり、左右のフィー
ドバック補償量Δh2R、Δh2Lの平均(Δh2R+Δ
h2L)/2を演算してΔh2 として出力する。
ドバック補償量Δh2R、Δh2Lの平均(Δh2R+Δ
h2L)/2を演算してΔh2 として出力する。
【0051】ファジィモデルによるフィードフォワード
補償量Δh1 とPID補償器によるフィードバック補償
量の平均値Δh2 との差δが加算点6において演算さ
れ、学習手段22の入力となる。
補償量Δh1 とPID補償器によるフィードバック補償
量の平均値Δh2 との差δが加算点6において演算さ
れ、学習手段22の入力となる。
【0052】23は安定状態判定手段であり、厚み指令g
r 、圧延速度指令Ur および左右の厚み偏差eR 、eL
を入力とし、安定状態信号λを出力するものである。安
定状態信号λは、1が安定状態であることを、0が安定
状態でないことを表す。安定状態判定手段は、厚み指令
gr および圧延速度指令Ur の時間的変化がなく、且つ
左右の厚み偏差eR 、eL が共にある範囲(±50μm 程
度)に入った状態を維持しつつ、ある一定時間Ts (5
秒程度)経過したならば安定であり、それ以外の状態で
は安定でないという論理に基づく。
r 、圧延速度指令Ur および左右の厚み偏差eR 、eL
を入力とし、安定状態信号λを出力するものである。安
定状態信号λは、1が安定状態であることを、0が安定
状態でないことを表す。安定状態判定手段は、厚み指令
gr および圧延速度指令Ur の時間的変化がなく、且つ
左右の厚み偏差eR 、eL が共にある範囲(±50μm 程
度)に入った状態を維持しつつ、ある一定時間Ts (5
秒程度)経過したならば安定であり、それ以外の状態で
は安定でないという論理に基づく。
【0053】22は学習手段であり、安定状態判定手段23
からの出力である安定状態信号λと加算点6で演算され
た誤差δ、フィードフォワード補償器21で演算された各
ファジィルールの前件部適合度μi (i=1〜25) および後
件部実数値wi (i=1〜25) を入力として、前述の(6) 式
に従って各ファジィルールの後件部実数値wi (i=1〜2
5) を修正する。ただし、修正演算は制御状態が安定の
場合、すなわちλ=1の状態でのみ行い、安定でない状
態では行わない。
からの出力である安定状態信号λと加算点6で演算され
た誤差δ、フィードフォワード補償器21で演算された各
ファジィルールの前件部適合度μi (i=1〜25) および後
件部実数値wi (i=1〜25) を入力として、前述の(6) 式
に従って各ファジィルールの後件部実数値wi (i=1〜2
5) を修正する。ただし、修正演算は制御状態が安定の
場合、すなわちλ=1の状態でのみ行い、安定でない状
態では行わない。
【0054】7は、学習モードでは開放され、運転モー
ドにおいて投入される接点である。表1に本実施例にお
けるフィードフォワード補償器のためのファジィルール
を示す。また図8に厚み指令gr と圧延速度指令Ur と
に対するメンバーシップ関数を示す。
ドにおいて投入される接点である。表1に本実施例にお
けるフィードフォワード補償器のためのファジィルール
を示す。また図8に厚み指令gr と圧延速度指令Ur と
に対するメンバーシップ関数を示す。
【表1】
【0055】前述の学習モードの運転方法と同様に、幾
つかの厚み指令と圧延速度指令の組み合わせにおける学
習を行うことによって、フィードフォワード演算モデル
を決定することができる。図9に実施例において得られ
たフィードフォワード演算モデルを示す。
つかの厚み指令と圧延速度指令の組み合わせにおける学
習を行うことによって、フィードフォワード演算モデル
を決定することができる。図9に実施例において得られ
たフィードフォワード演算モデルを示す。
【0056】また、図10は、PI制御によるフィードバ
ック補償器のみの制御において、圧延速度指令を高速、
中速、低速の3段階に変更した場合の応答を示したもの
であり、図11は学習モードで学習させたフィードフォワ
ード演算モデルを用い、フィードバック/フィードフォ
ワード複合系として制御した場合の応答を示したもので
ある。
ック補償器のみの制御において、圧延速度指令を高速、
中速、低速の3段階に変更した場合の応答を示したもの
であり、図11は学習モードで学習させたフィードフォワ
ード演算モデルを用い、フィードバック/フィードフォ
ワード複合系として制御した場合の応答を示したもので
ある。
【0057】フィードバック/フィードフォワード複合
系として制御した場合の制御偏差の変動は、フィードバ
ック補償器のみで制御した場合の制御偏差よりも著しく
抑制されていることがわかる。これにより本発明の有効
性が確認できる。
系として制御した場合の制御偏差の変動は、フィードバ
ック補償器のみで制御した場合の制御偏差よりも著しく
抑制されていることがわかる。これにより本発明の有効
性が確認できる。
【0058】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、従来の
フィードバック/フィードフォワード複合制御系におけ
るフィードフォワード補償器として、簡略化ファジィモ
デルを利用することによって、制御対象の非線形特性を
適切に表現するとともに、簡略化ファジィモデルの学習
アルゴリズムを用いてファジィ補償器のオートチューニ
ングをも可能にするという特徴を有する。
フィードバック/フィードフォワード複合制御系におけ
るフィードフォワード補償器として、簡略化ファジィモ
デルを利用することによって、制御対象の非線形特性を
適切に表現するとともに、簡略化ファジィモデルの学習
アルゴリズムを用いてファジィ補償器のオートチューニ
ングをも可能にするという特徴を有する。
【図1】本発明の基本技術思想の理解を容易にするため
に示した自動制御装置のブロック線図である。
に示した自動制御装置のブロック線図である。
【図2】PID制御による制御応答を概念的に示すグラ
フである。
フである。
【図3】メンバーシップ関数を示す図で、(a) は設定値
yrについてのメンバーシップ関数、(b) は外乱dについ
てのメンバーシップ関数を示している。
yrについてのメンバーシップ関数、(b) は外乱dについ
てのメンバーシップ関数を示している。
【図4】学習モードでの各信号の時間的変化を表したグ
ラフである。
ラフである。
【図5】従来のフィードバック補償器とフィードフォワ
ード補償器とを組み合わせた複合制御系を示すブロック
線図である。
ード補償器とを組み合わせた複合制御系を示すブロック
線図である。
【図6】カレンダ装置の基本構造を概念的に示した図で
あって、(a) はロールの断面方向から見た図であり、
(b) はシート出側方向から見た図である。
あって、(a) はロールの断面方向から見た図であり、
(b) はシート出側方向から見た図である。
【図7】カレンダ装置の自動厚み制御に本発明を適用し
た場合の制御ブロック線図である。
た場合の制御ブロック線図である。
【図8】図7の装置におけるメンバーシップ関数を示す
図で(a) は厚み指令gr に対するメンバーシップ関数
を、(b) は圧延速度指令Ur に対するメンバーシップ関
数を示す。
図で(a) は厚み指令gr に対するメンバーシップ関数
を、(b) は圧延速度指令Ur に対するメンバーシップ関
数を示す。
【図9】実施例において得られたフィードフォワード演
算モデルを示す図である。
算モデルを示す図である。
【図10】PI制御によるフィードバック補償器のみの
制御において、圧延速度指令を高速、中速、低速の3段
階に変更した場合の応答を示したグラフである。
制御において、圧延速度指令を高速、中速、低速の3段
階に変更した場合の応答を示したグラフである。
【図11】学習モードで学習させたフィードフォワード
演算モデルを用い、フィードバック/フィードフォワー
ド複合系として、圧延速度指令を高速、中速、低速の3
段階に変更した場合の応答を示したグラフてある。
演算モデルを用い、フィードバック/フィードフォワー
ド複合系として、圧延速度指令を高速、中速、低速の3
段階に変更した場合の応答を示したグラフてある。
1 フィードバック補償器 2 フィードフォワード補償器 3 制御対象 4,5,6 加算点 7 接点 8 平均値演算手段 21 ファジィモデルによるフィードフォワード補償器 22 学習手段 23 安定状態判定手段 31 ギャップ制御系 32 カレンダ装置 41, 42,51, 52 加算点 61, 62 ロール 63, 64 厚み検出器 65 圧延整形された樹脂またはゴム
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年10月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0041
【補正方法】変更
【補正内容】
【0041】厚み検出値が厚み指令よりも大きい場合に
はロールギャップを小さくし、逆に小さい場合にはロー
ルギャップを大きくして、シート厚みを一定に維持す
る。さらにシートの幅方向に厚みの偏りが或る場合に
は、左右両側のロールギャップを独立に制御し、厚みを
均一にするというのが自動厚み制御の基本的な考え方で
ある。
はロールギャップを小さくし、逆に小さい場合にはロー
ルギャップを大きくして、シート厚みを一定に維持す
る。さらにシートの幅方向に厚みの偏りが或る場合に
は、左右両側のロールギャップを独立に制御し、厚みを
均一にするというのが自動厚み制御の基本的な考え方で
ある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】
Claims (1)
- 【請求項1】制御量を設定値に追従させる追従制御系に
おいて、PID制御によるフィードバック補償器とファ
ジィ推論によるフィードフォワード補償器とからなる複
合系を構成し、制御偏差が目標偏差内に入り安定状態に
到達したか否かを判定する安定状態判定手段と、PID
制御によるフィードバック補償器のみが動作する状態
で、前記安定状態判定手段により安定状態に到達したと
判定された段階で、ファジィ推論によるフィードフォワ
ード補償器の出力を、PID制御によるフィードバック
補償器の出力に合致させるようにファジィ推論の内部パ
ラメータを逐次修正する学習手段とを有し、種々の設定
値において前記学習を繰り返した後はPID制御による
フィードバック補償器とファジィ推論によるフィードフ
ォワード補償器との複合系として動作することを特徴と
する自動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4196931A JP2831880B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 自動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4196931A JP2831880B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 自動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06149308A true JPH06149308A (ja) | 1994-05-27 |
| JP2831880B2 JP2831880B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=16366045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4196931A Expired - Lifetime JP2831880B2 (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 自動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2831880B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5773938A (en) * | 1995-07-04 | 1998-06-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for controlling speed of a rotary motor |
| JP2006523361A (ja) * | 2003-04-11 | 2006-10-12 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 2次元マイクロ電気機械的システム(mems)ベースのスキャナのためのサーボ・システムおよびそのサーボ・システムを使用するための方法 |
| JP2018173777A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | ファナック株式会社 | 機械学習装置、サーボ制御装置、サーボ制御システム、及び機械学習方法 |
| CN112947088A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-11 | 中国人民解放军火箭军工程大学 | 一种基于密闭空间的温湿度系统的建模和控制方法 |
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1992
- 1992-07-23 JP JP4196931A patent/JP2831880B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN113359421A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-07 | 上海师范大学 | 一种压电精密气体流量阀的复合控制系统及方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2831880B2 (ja) | 1998-12-02 |
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