JPH06187006A - 外乱補償装置 - Google Patents

外乱補償装置

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JPH06187006A
JPH06187006A JP3321924A JP32192491A JPH06187006A JP H06187006 A JPH06187006 A JP H06187006A JP 3321924 A JP3321924 A JP 3321924A JP 32192491 A JP32192491 A JP 32192491A JP H06187006 A JPH06187006 A JP H06187006A
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JP
Japan
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disturbance
signal
output
control
compensating means
Prior art date
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Pending
Application number
JP3321924A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasunori Kobayashi
靖典 小林
Shigehiko Yamamoto
重彦 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】オペレータの試行錯誤により行われていた外乱
補償手段のパラメータの設定を、労力を必要とせず行う
ことができるようにすると共に、プロセスに混入する外
乱を効果的に打ち消す。 【構成】ステップ外乱発生手段と、外乱信号を入力し制
御演算部からの制御出力に外乱補償の為の信号を与えて
それを修正する内部パラメータが変更可能に構成された
外乱補償手段と、外乱信号と外乱補償手段からの信号に
より修正された制御演算部からの信号を入力するプロセ
スモデルと、外乱補償手段の内部パラメータを変更する
ための学習用信号を出力する信号発生手段と、学習動作
時においては前記プロセスモデルからの応答出力を入力
し、適応動作時おいては制御対象プロセスからの応答信
号を入力するニューラルネットワーク波形認識部と、適
応動作時においてニューラルネットワーク波形認識部の
出力に基づき前記外乱補償手段の内部パラメータを変更
・修正するパラメータ修正手段とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プロセスを制御するた
めの調節計などに適用されるフィードフォーワード外乱
補償装置に関し、更に詳しくは、プロセスに混入する外
乱に応じてパラメータ(ゲインや時定数)を最適な値に
自動調節(自動チューニング)して、その外乱の影響を
効果的に抑制するようにした外乱補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、通常のプロセス制御において
は、フィードバック調節計が広く用いられており、そこ
に設定されるPID制御演算定数等のパラメータも、自
動的にチューニングする手法が数多く提案されている。
【0003】一方、外乱の影響を効果的に無くする場合
の制御装置として、フィードフォワード制御装置も実用
化されている。この種の装置に適用されているフィード
フォワード補償器において、そのパラメータのチューニ
ングは、オペレータが試行錯誤により設定しており、相
当の労力と勘を必要としていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な状
況に鑑みてなされたもので、ステップ外乱に対して、ゲ
イン・時定数等のパラメータを自動的に最適な値に修正
することのできる自動チューニング機能を備えたフィー
ドフォーワード外乱補償装置を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】この様な目的を達成する
本発明は、プロセスからのプロセス信号と制御目標値と
の偏差に対して所定の制御演算を行い、演算結果を操作
信号としてプロセスへ出力するようにした制御演算部を
有した制御装置において、ステップ状の外乱信号を出力
するステップ外乱発生手段と、このステップ外乱発生手
段からの外乱信号を入力し前記制御演算部からの制御出
力に外乱補償の為の信号を与えてそれを修正する内部パ
ラメータが変更可能に構成された外乱補償手段と、前記
ステップ外乱発生手段からの外乱信号と外乱補償手段か
らの信号により修正された制御演算部からの信号を入力
するプロセスモデルと、外乱補償手段の内部パラメータ
を変更するための学習用信号を出力する信号発生手段
と、学習動作時においては前記プロセスモデルからの応
答出力を入力し、適応動作時おいては制御対象プロセス
からの応答信号を入力するニューラルネットワーク波形
認識部と、適応動作時においてニューラルネットワーク
波形認識部の出力に基づき前記外乱補償手段の内部パラ
メータを変更・修正するパラメータ修正手段と、を設け
たことを特徴とするフィードフォーワード外乱補償装置
である。
【0006】
【作用】プロセスモデルを含む構成は、外乱に対する外
乱補償手段の種々のパラメータに対する制御系の閉ルー
プ応答波形をシミュレーションする機能を有している。
【0007】外乱補償手段は、学習動作時において信号
発生手段からの信号に基づいて内部パラメータが変更さ
れる。ニューラルネットワーク波形認識部は、学習動作
時において、閉ループ応答波形を学習することにより、
外乱補償手段の内部パラメータの適否を学習する。
【0008】適応動作時には、学習を終えたニューラル
ネットワーク波形認識部に、制御対象プロセスからの応
答信号が与えられ、ここからの出力に基づき、パラメー
タ修正手段が外乱補償手段の内部パラメータを自動的に
最適な値になるように修正する。
【0009】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は、本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。図において、1は制御対象であるプロセ
ス、2は制御演算部で、適応動作時において、プロセス
1からのプロセス信号PVと制御目標値SVとの偏差に
対して所定の制御演算(例えばPID制御演算)を行
い、演算結果を操作信号(制御出力)MVとしてプロセ
ス1へ出力するように構成されていて、PID調節計等
が用いられる。
【0010】3はステップ状の外乱信号を出力するステ
ップ外乱発生手段、4はこのステップ外乱発生手段3か
らの外乱信号を入力し、制御演算部2からの制御出力M
Vに外乱補償の為の補償信号CNを与えて(この例では
CNを引き算して)、それを修正する内部パラメータが
変更可能に構成された外乱補償手段である。
【0011】5はステップ外乱発生手段3からの外乱信
号と外乱補償手段4からの信号により修正された制御演
算部2からの信号を入力するプロセスモデルで、制御対
象プロセス1をシミュレートしたものであって、内部に
は学習用の外乱特性モデル51と、学習用のプロセスモ
デル52とを含んでいる。なお、ここでは1次遅れと、
無駄時間とで表されるものを想定しているが、制御対象
プロセス1に応じて例えば、2次遅れ等を含むものを用
いることも可能である。
【0012】6は外乱補償手段4の内部パラメータを変
更するための学習用信号を出力する信号発生手段、7は
ニューラルネットワーク波形認識部で、バックプロパゲ
ーション機能を有している。このニューラルネットワー
ク波形認識部7は、学習動作時においては、プロセスモ
デル5からの応答出力を入力すると共に、ステップ外乱
発生手段3からステップ外乱発生のタイミング信号を入
力し、適応動作時おいては制御対象プロセス1からの応
答信号と、そのプロセス1に混入する外乱信号を測定す
る外乱測定手段8からのタイミング信号を入力する。
【0013】9は適応動作時において、ニューラルネッ
トワーク波形認識部7の出力に基づき、外乱補償手段4
の内部パラメータ(例えばゲインKf,時定数Tf)を
変更・修正するパラメータ修正手段である。S1〜S5
はいずれもスイッチで、ニューラルネットワーク波形認
識部7の学習時は、L側に接続され、適応動作時はA側
に接続されるようになっている。
【0014】図2は、ニューラルネットワーク波形認識
部7の要部の構成概念図である。この図において、70
はニューラルネットワークで、人間の脳のニューロンに
対応した多数のユニットU11〜Umnが複雑に接続し
合って構成されており、各ユニットの動作、及びユニッ
ト間の接続をうまく決めることで、入力された信号を一
定の規則で変換し、出力させ、パターン認識機能を持つ
ようにしたものである。
【0015】このニューラルネットワークの構成は、例
えば合原一幸著「ニューラル,コンピュータ−脳と神経
に学ぶ,東京電機大学出版局(1988)や、日経エレ
クトロニクス1987年8.10(no.427)P1
15〜124に詳しく開示されている。
【0016】71は応答波形入力手段で、プロセスモデ
ル5からの閉ループ応答波形を、ニューラルネットワー
ク70に何度も入力させ、このニューラルネットワーク
に学習をさせる機能を有している。72は教師信号Tp
1〜Tp6を出力する教師信号発生手段、73はニュー
ラルネットワーク70からの出力信号O1〜O6と、教
師信号発生手段72からの教師信号Tp1〜Tp6との
比較結果を入力し、ニューラルネットワーク70を修正
する信号を出力するバックプロパゲーション手段であ
る。この構成は、前記した技術文献に開示されている。
【0017】74はニューラルネットワーク70からの
信号と、教師信号発生手段72からの信号とを比較する
比較手段で、ここでの比較結果が、バックプロパゲーシ
ョン手段73に印加される。
【0018】パラメータ修正手段9は、適応動作時にお
いて、ニューラルネットワーク70からの信号に基づ
き、外乱補償手段4に設定されているパラメータを自動
的に修正するように構成してある。
【0019】このように構成した装置の動作を、ニュー
ラルネットワーク波形認識部7の学習動作と、学習結果
に基づく適応動作とに分けて説明すれば以下の通りであ
る。 (学習動作)この学習動作モードでは、各スイッチ手段
S1〜S5は、いずれもL側に接続され、各ネットワー
ク間の結合強度をバックプロパゲーション手段73によ
って調整し、設定されたパラメータに対して、それが適
性か否かの正しい評価が行えるようにするものであり、
以下のステップで行われる。 (a)先ず、学習用のデータとして何通りか既知のパラ
メータ(ゲイン,時定数)を外乱補償手段4に与えたと
きの応答波形をシミュレーションによって求める。 (b)外乱を打ち消す最適ゲイン・時定数を外乱補償手
段4に与えたときの最適応答波形をシミュレーションに
よって求める。 (c)前記した(a),(b)の各ステップで求めた2
つの応答波形を等間隔毎にサンプリングして、それぞれ
の差をネットワークの入力値とする。 (d)ネットワークの出力層には、(a)のステップ
で、外乱補償手段4に与えたゲイン・時定数に対する大
小の評価(かなり大きい,少し小さい,適当などの評
価)を、ケイン・時定数それぞれに割り当てる。そのよ
うにしておいて、ゲイン・時定数それぞれについて、出
力値の最も大きいものをネットワークの出力値とする。 (e)ネットワークは、自身の行った評価と、事前に評
価範囲を決めておいた教師信号発生手段72からの評価
との比較を行って、その違いに基づいてバックプロパゲ
ーションを行い、ネットワークの結合強度を修正する。 (f)以上の一連の動作を繰り返すことによって、ネッ
トワークの結合強度を最適化して行く。
【0020】図3は、外乱補償手段4に与える学習用の
ゲイン・時定数の一例とその評価を示す図である。ここ
では、ゲインKfと時定数Tfの組合わせの25種類の
値を与えるようにしたものである。
【0021】図4は、これらの25通りの値を外乱補償
手段4に与えたときの、応答波形を示す図である。数万
回の学習を繰り返すことにより、ゲインについて90%
以上、時定数について60%以上の正解率を得られるよ
うになっている。 (適用動作)この適応動作モードでは、各スイッチ手段
S1〜S5は、いずれもA側に接続され、制御演算部2
からプロセス1へ出力される制御出力MVの値を、外乱
補償手段4からの信号によって修正する為の動作であ
り、外乱補償手段4のパラメータは、ニューラルネット
ワーク波形認識部7からの信号に基づいて修正されるも
ので、以下のステップで行われる。 (a)先ず、プロセス1に混入する外乱に対して適当と
思われるゲイン・時定数を外乱補償手段4に初期値とし
て与え、プロセス1からの応答波形をネットワークへの
入力とし、それを認識する。 (b)学習動作時の(b)〜(e)に示すのと同じステ
ップを行う。 (f)ネットワークの出力値が、ゲイン・時定数それぞ
れに関して、「適当」でない場合、以下の修正ロジック
により、外乱補償手段4に設定してある現在のパラメー
タ(ゲイン・時定数)の修正を行う。
【0022】ゲイン大が最大→修正後ゲイン=修正前ゲ
イン−a(ゲイン大の出力値−ゲイン最適の出力値) ゲイン最適 → 修正せず ゲイン小が最大→修正後ゲイン=修正前ゲイン+a(ゲ
イン小の出力値−ゲイン最適の出力値) 時定数についても同様のロジックで修正する。 (g)以上の動作を繰り返すことにより、ゲイン・時定
数が共に最適と判断されるようになり、外乱補償手段4
に外乱を打ち消すのに最適なパラメータ(ゲイン・時定
数)が設定され、適応動作が終了する。
【0023】図5は、適応動作時の応答波形を示す図で
ある。この例では、2回の修正で外乱をほぼ打ち消すこ
とができるようになっている。図6は、適応動作時の外
乱補償手段4に設定されるパラメータ(ゲイン・時定
数)の推移を示す図である。
【0024】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、これまでオペレータの試行錯誤により行われてい
た外乱補償手段のパラメータの設定を、労力を必要とせ
ず行うことができる上に、プロセスに混入する外乱を効
果的に打ち消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。
【図2】ニューラルネットワーク波形認識部の要部の構
成概念図である。
【図3】外乱補償手段に与える学習用のゲイン・時定数
の一例とその評価を示す図である。
【図4】図3の各パラメータを外乱補償手段に与えたと
きの、応答波形を示す図である。
【図5】適応動作時の応答波形を示す図である。
【図6】適応動作時の外乱補償手段に設定されるパラメ
ータ(ゲイン・時定数)の推移を示す図である。
【符号の説明】
1 制御対象プロセス 2 制御演算部 3 ステップ外乱発生手段 4 外乱補償手段 5 プロセスモデル 6 信号発生手段 7 ニューラルネットワーク波形認識部 8 外乱測定手段 9 パラメータ修正手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06G 7/60

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プロセスからのプロセス信号と制御目標
    値との偏差に対して所定の制御演算を行い、演算結果を
    操作信号としてプロセスへ出力するようにした制御演算
    部を有する制御装置において、 ステップ状の外乱信号を出力するステップ外乱発生手段
    (3)と、 このステップ外乱発生手段からの外乱信号を入力し前記
    制御演算部からの制御出力に外乱補償の為の信号を与え
    てそれを修正する内部パラメータが変更可能に構成され
    た外乱補償手段(4)と、 前記ステップ外乱発生手段からの外乱信号と外乱補償手
    段からの信号により修正された制御演算部からの信号を
    入力するプロセスモデル(5)と、 外乱補償手段の内部パラメータを変更するための学習用
    信号を出力する信号発生手段(6)と、 学習動作時においては前記プロセスモデルからの応答出
    力を入力し、適応動作時おいては制御対象プロセスから
    の応答信号を入力するニューラルネットワーク波形認識
    部(7)と、 適応動作時においてニューラルネットワーク波形認識部
    の出力に基づき前記外乱補償手段の内部パラメータを変
    更・修正するパラメータ修正手段(9)と、を設けたこ
    とを特徴とするフィードフォーワード外乱補償装置。
JP3321924A 1991-12-05 1991-12-05 外乱補償装置 Pending JPH06187006A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022124281A1 (ja) * 2020-12-11 2022-06-16 キヤノン株式会社 制御装置、調整方法、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法
JP2022139055A (ja) * 2021-03-11 2022-09-26 オムロン株式会社 制御システム、予測モデル生成装置、及びコンピュータプログラム

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