JPH06195105A - セルフチューニングコントローラ - Google Patents
セルフチューニングコントローラInfo
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- JPH06195105A JPH06195105A JP35714492A JP35714492A JPH06195105A JP H06195105 A JPH06195105 A JP H06195105A JP 35714492 A JP35714492 A JP 35714492A JP 35714492 A JP35714492 A JP 35714492A JP H06195105 A JPH06195105 A JP H06195105A
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- reference model
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 操作量の変動による影響を直接的に受けるこ
となくセルフチューニングを行なう。 【構成】 調節操作部１２と、目標値と制御量とに基づ
いて制御系全体の閉ループ伝達関数を同定する閉ループ
伝達関数同定部２０と、同定された閉ループ伝達関数の
係数と調節操作部１２の制御パラメータとを用いて制御
対象３０の伝達関数を同定する対象伝達関数同定部２２
と、制御系全体の望ましい制御性能を示す参照モデルを
設定する参照モデル設定部１８と、参照モデルと等価な
制御系を実現するための調節操作部１２の新たな制御パ
ラメータを決定するパラメータ計算部１６とを備える。
となくセルフチューニングを行なう。 【構成】 調節操作部１２と、目標値と制御量とに基づ
いて制御系全体の閉ループ伝達関数を同定する閉ループ
伝達関数同定部２０と、同定された閉ループ伝達関数の
係数と調節操作部１２の制御パラメータとを用いて制御
対象３０の伝達関数を同定する対象伝達関数同定部２２
と、制御系全体の望ましい制御性能を示す参照モデルを
設定する参照モデル設定部１８と、参照モデルと等価な
制御系を実現するための調節操作部１２の新たな制御パ
ラメータを決定するパラメータ計算部１６とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、制御対象の伝達関数
を同定しつつ調節操作部の制御パラメータを調整するセ
ルフチューニングコントローラに関する。
を同定しつつ調節操作部の制御パラメータを調整するセ
ルフチューニングコントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年では、各種の高度な制御を行なうこ
とができるデジタルコントローラが用いられている。デ
ジタルコントローラの応用として、いわゆるセルフチュ
ーニングコントローラが知られている。図６は、従来の
セルフチューニングコントローラの機能を示すブロック
図である。従来のセルフチューニングコントローラは、
調節操作部１０２（いわゆるコントローラ）と同定部１
０４とパラメータ計算部１０６とを備えている。同定部
１０４は、調節操作部１０２の出力である操作量と制御
対象２００において検出される制御量とに基づいて制御
対象２００の伝達関数Ｇｐを同定する。そして、パラメ
ータ計算部１０６が伝達関数Ｇｐに基づいて、調節操作
部１０２の制御パラメータを決定する。
とができるデジタルコントローラが用いられている。デ
ジタルコントローラの応用として、いわゆるセルフチュ
ーニングコントローラが知られている。図６は、従来の
セルフチューニングコントローラの機能を示すブロック
図である。従来のセルフチューニングコントローラは、
調節操作部１０２（いわゆるコントローラ）と同定部１
０４とパラメータ計算部１０６とを備えている。同定部
１０４は、調節操作部１０２の出力である操作量と制御
対象２００において検出される制御量とに基づいて制御
対象２００の伝達関数Ｇｐを同定する。そして、パラメ
ータ計算部１０６が伝達関数Ｇｐに基づいて、調節操作
部１０２の制御パラメータを決定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のセルフチューニ
ングコントローラは、上述のように操作量と制御量とに
基づいて制御対象の伝達関数を同定していた。操作量に
は通常かなり大きな変動があるので、同定によって得ら
れる制御対象の伝達関数Ｇｐや調節操作部の制御パラメ
ータが、操作量の影響を受けて変動してしまうという問
題があった。
ングコントローラは、上述のように操作量と制御量とに
基づいて制御対象の伝達関数を同定していた。操作量に
は通常かなり大きな変動があるので、同定によって得ら
れる制御対象の伝達関数Ｇｐや調節操作部の制御パラメ
ータが、操作量の影響を受けて変動してしまうという問
題があった。
【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、操作量の変動に
よる影響を直接的に受けることなくセルフチューニング
を行なうことのできるセルフチューニングコントローラ
を提供することを目的とする。
を解決するためになされたものであり、操作量の変動に
よる影響を直接的に受けることなくセルフチューニング
を行なうことのできるセルフチューニングコントローラ
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】上述の課題を解決するた
め、この発明によるセルフチューニングコントローラ
は、（Ａ）与えられた目標値と、制御対象から検出され
た制御量とに応じて前記制御対象に与える操作量を出力
する調節操作部と、（Ｂ）前記目標値と前記制御量とに
基づいて、前記調節操作部と前記制御対象とを含む制御
系全体の伝達関数を同定する第１の同定部と、（Ｃ）前
記第１の同定部で同定された制御系全体の伝達関数の係
数と、前記制御量を得る際に用いられていた前記調節操
作部の制御パラメータとを用いて、前記制御対象の伝達
関数を同定する第２の同定部と、（Ｄ）前記制御系全体
の望ましい制御性能を示す参照モデル伝達関数を設定す
る参照モデル設定部と、（Ｅ）前記参照モデル伝達関数
の係数と、前記第２の同定部で同定された前記制御対象
の伝達関数の係数とを用いて、前記参照モデル伝達関数
と等価な制御系を実現するための前記調節操作部の新た
な制御パラメータを決定するパラメータ決定部と、を備
える。
め、この発明によるセルフチューニングコントローラ
は、（Ａ）与えられた目標値と、制御対象から検出され
た制御量とに応じて前記制御対象に与える操作量を出力
する調節操作部と、（Ｂ）前記目標値と前記制御量とに
基づいて、前記調節操作部と前記制御対象とを含む制御
系全体の伝達関数を同定する第１の同定部と、（Ｃ）前
記第１の同定部で同定された制御系全体の伝達関数の係
数と、前記制御量を得る際に用いられていた前記調節操
作部の制御パラメータとを用いて、前記制御対象の伝達
関数を同定する第２の同定部と、（Ｄ）前記制御系全体
の望ましい制御性能を示す参照モデル伝達関数を設定す
る参照モデル設定部と、（Ｅ）前記参照モデル伝達関数
の係数と、前記第２の同定部で同定された前記制御対象
の伝達関数の係数とを用いて、前記参照モデル伝達関数
と等価な制御系を実現するための前記調節操作部の新た
な制御パラメータを決定するパラメータ決定部と、を備
える。
【０００６】
【作用】第１の同定部は、目標値と制御量とに基づいて
制御系全体の伝達関数を同定するので、操作量の変動に
よる影響を直接的に受けることなく同定を実行できる。
制御系全体の伝達関数は、制御対象の伝達関数と調節操
作部の伝達関数とによって決まるので、第２の同定部
は、同定された制御系全体の伝達関数の係数と調節操作
部の制御パラメータとを用いれば、制御対象の伝達関数
を同定できる。制御対象の伝達関数が解れば、参照モデ
ルの伝達関数を実現するための調節操作部の制御パラメ
ータをパラメータ設定部が決定することができる。
制御系全体の伝達関数を同定するので、操作量の変動に
よる影響を直接的に受けることなく同定を実行できる。
制御系全体の伝達関数は、制御対象の伝達関数と調節操
作部の伝達関数とによって決まるので、第２の同定部
は、同定された制御系全体の伝達関数の係数と調節操作
部の制御パラメータとを用いれば、制御対象の伝達関数
を同定できる。制御対象の伝達関数が解れば、参照モデ
ルの伝達関数を実現するための調節操作部の制御パラメ
ータをパラメータ設定部が決定することができる。
【０００７】
Ａ．制御系全体の構成：図１は、この発明の一実施例と
してのセルフチューニングコントローラの機能を示すブ
ロック図である。このセルフチューニングコントローラ
１０は、調節操作部１２と、同定部１４と、パラメータ
計算部１６と、参照モデル設定部１８とを備えている。
また、同定部１４は、閉ループ伝達関数同定部２０と対
象伝達関数同定部２２とを含んでいる。このセルフチュ
ーニングコントローラはデジタルコンピュータによって
実現されており、各部１２〜２２は所定のプログラムを
コンピュータが実行することによって実現される。
してのセルフチューニングコントローラの機能を示すブ
ロック図である。このセルフチューニングコントローラ
１０は、調節操作部１２と、同定部１４と、パラメータ
計算部１６と、参照モデル設定部１８とを備えている。
また、同定部１４は、閉ループ伝達関数同定部２０と対
象伝達関数同定部２２とを含んでいる。このセルフチュ
ーニングコントローラはデジタルコンピュータによって
実現されており、各部１２〜２２は所定のプログラムを
コンピュータが実行することによって実現される。
【０００８】図２は、図１における制御対象３０の具体
例を示すブロック図である。図２の例では、制御対象３
０は円筒状の石英管３２と、石英管３２の周囲を取り囲
む赤外線ヒータ３４と、赤外線ヒータ３４の近傍に取付
られた熱電対３５と、電力調整器３６と、電力調整器３
６用の電源３８とを含んでいる。図２において、セルフ
チューニングコントローラ１０から電力調整器３６に与
えられる出力信号が操作量であり、熱電対３５からセル
フチューニングコントローラ１０に入力されるヒータ温
度信号が制御量である。
例を示すブロック図である。図２の例では、制御対象３
０は円筒状の石英管３２と、石英管３２の周囲を取り囲
む赤外線ヒータ３４と、赤外線ヒータ３４の近傍に取付
られた熱電対３５と、電力調整器３６と、電力調整器３
６用の電源３８とを含んでいる。図２において、セルフ
チューニングコントローラ１０から電力調整器３６に与
えられる出力信号が操作量であり、熱電対３５からセル
フチューニングコントローラ１０に入力されるヒータ温
度信号が制御量である。
【０００９】以下ではまず、調節操作部１２と制御対象
３０とで構成される制御系の閉ループ伝達関数を連続時
間系と離散時間系について求めるとともに、離散時間系
の閉ループ伝達関数に対応する差分方程式を求める手順
を説明する。次に、制御系の差分方程式および閉ループ
伝達関数の同定、制御対象の伝達関数の同定、調節操作
部１２の制御パラメータの決定について順次説明する。
３０とで構成される制御系の閉ループ伝達関数を連続時
間系と離散時間系について求めるとともに、離散時間系
の閉ループ伝達関数に対応する差分方程式を求める手順
を説明する。次に、制御系の差分方程式および閉ループ
伝達関数の同定、制御対象の伝達関数の同定、調節操作
部１２の制御パラメータの決定について順次説明する。
【００１０】Ｂ．制御系の閉ループ伝達関数および差分
方程式：制御対象３０の伝達関数Ｇｐ（ｓ）を、むだ時
間と１次遅れで表わされると考えると、伝達関数Ｇｐ
（ｓ）は次の数式１で与えられる。
方程式：制御対象３０の伝達関数Ｇｐ（ｓ）を、むだ時
間と１次遅れで表わされると考えると、伝達関数Ｇｐ
（ｓ）は次の数式１で与えられる。
【数１】 ここで、Ｋはゲイン、Ｌはむだ時間、Ｔは１次遅れ時間
である。
である。
【００１１】数式１において、むだ時間を表わす指数関
数をマクローリン展開し、伝達関数Ｇｐの分母をｓの３
次項まで取って近似すると、数式１は次の数式２のよう
に書き換えられる。
数をマクローリン展開し、伝達関数Ｇｐの分母をｓの３
次項まで取って近似すると、数式１は次の数式２のよう
に書き換えられる。
【数２】 ここで、ｇi （i= 0,1,2,3）は定数である。
【００１２】この実施例においては、調節操作部１２の
制御方式としてＩ−ＰＤ制御を採用する。図３は、調節
操作部１２の機能を示すブロック図である。調節操作部
１２は、目標値Ｒと制御量Ｙの偏差Ｅに応じた積分動作
を行なう積分要素１２ａと、制御量Ｙに応じた比例動作
と微分動作を行なう比例微分要素１２ｂとで構成され
る。
制御方式としてＩ−ＰＤ制御を採用する。図３は、調節
操作部１２の機能を示すブロック図である。調節操作部
１２は、目標値Ｒと制御量Ｙの偏差Ｅに応じた積分動作
を行なう積分要素１２ａと、制御量Ｙに応じた比例動作
と微分動作を行なう比例微分要素１２ｂとで構成され
る。
【００１３】操作量Ｍ（ｓ）は、目標値Ｒ（ｓ）と制御
量Ｙ（ｓ）とによって次の数式３のように与えられる。
量Ｙ（ｓ）とによって次の数式３のように与えられる。
【数３】 ここで、ｆ0 は比例定数、ｆ1 は微分定数、ｋi は積分
定数である。
定数である。
【００１４】調節操作部１２と制御対象３０とで構成さ
れる制御系全体の閉ループ伝達関数Ｗ（ｓ）は次の数式
４で表わされる。
れる制御系全体の閉ループ伝達関数Ｗ（ｓ）は次の数式
４で表わされる。
【数４】
【００１５】数式４を離散時間系のＺ変換で近似する
と、次の数式５が得られる。
と、次の数式５が得られる。
【数５】 ここで、ｙt は離散時間系における制御量、ｒt は離散
時間系における目標値である。なお、数式５の係数ａ0
〜ａ4 は次の数式６で与えられる。
時間系における目標値である。なお、数式５の係数ａ0
〜ａ4 は次の数式６で与えられる。
【数６】 ここで、△ｔはサンプリング周期である。
【００１６】上記の数式５を離散時間系の差分方程式に
変換すると、次の数式７が得られる。
変換すると、次の数式７が得られる。
【数７】 ここで、Ａi ，Ｂ0 は次の数式８で与えられる。
【数８】 数式６，７，８が、同定の対象となる制御系の差分方程
式である。
式である。
【００１７】Ｃ．差分方程式および閉ループ伝達関数の
同定：閉ループ伝達関数同定部２０は、逐次最小２乗法
を用いて上記の差分方程式の係数を決定する。なお、各
種の最小２乗法を用いたシステムの同定は自動制御の分
野において周知の技術なので、以下では概要のみを簡単
に説明する。
同定：閉ループ伝達関数同定部２０は、逐次最小２乗法
を用いて上記の差分方程式の係数を決定する。なお、各
種の最小２乗法を用いたシステムの同定は自動制御の分
野において周知の技術なので、以下では概要のみを簡単
に説明する。
【００１８】最小２乗法で同定を行なう場合に、数式７
の差分方程式は、いわゆる式誤差ｅを含む次の数式９の
ような線形回帰モデル表示に書き換えられる。
の差分方程式は、いわゆる式誤差ｅを含む次の数式９の
ような線形回帰モデル表示に書き換えられる。
【数９】 ここで、肩付き文字の「 T］は転置行列を表わす。
【００１９】この実施例における逐次最小２乗法では、
ＺNとｙNの値（すなわち、時刻ｔまでの制御量ｙt〜ｙ
t-4と、時刻ｔにおける目標値ｒt ）に基づいて、式誤
差ｅの２乗を最小にするようなθN の値を推定する。θ
N の推定値＜θN ＞は、次の数式１０の漸化式で与えら
れる。
ＺNとｙNの値（すなわち、時刻ｔまでの制御量ｙt〜ｙ
t-4と、時刻ｔにおける目標値ｒt ）に基づいて、式誤
差ｅの２乗を最小にするようなθN の値を推定する。θ
N の推定値＜θN ＞は、次の数式１０の漸化式で与えら
れる。
【数１０】 ここで、下付き文字の「 N」は時刻ｔまでに得られたデ
ータ点数を示している。すなわち、＜θN-1 ＞は時刻
（ｔ−１）における推定値である。
ータ点数を示している。すなわち、＜θN-1 ＞は時刻
（ｔ−１）における推定値である。
【００２０】数式１０において、θN の初期値＜θ0 ＞
とＰN の初期値Ｐ0 を予め設定しておけば、数式１０に
従って各時刻における推定値＜θN ＞が算出できる。初
期値Ｐ0 は、１０4 程度の値の単位行列に設定される。
または、初期値＜θ0 ＞は、各要素が１０-3程度の０に
近い値の行列、または、なるべく推定される値に近い値
を有する行列に予め設定する。例えば、図２の制御系に
対してセルフチューニングを一度実行し、その結果とし
て得られた推定値＜θN ＞を初期値＜θ0 ＞として設定
する。こうすれば、早い時刻からよい推定値を得ること
ができる。
とＰN の初期値Ｐ0 を予め設定しておけば、数式１０に
従って各時刻における推定値＜θN ＞が算出できる。初
期値Ｐ0 は、１０4 程度の値の単位行列に設定される。
または、初期値＜θ0 ＞は、各要素が１０-3程度の０に
近い値の行列、または、なるべく推定される値に近い値
を有する行列に予め設定する。例えば、図２の制御系に
対してセルフチューニングを一度実行し、その結果とし
て得られた推定値＜θN ＞を初期値＜θ0 ＞として設定
する。こうすれば、早い時刻からよい推定値を得ること
ができる。
【００２１】θN は数式９で定義されているように、数
式７に示す差分方程式の係数なので、その推定値＜θN
＞が得られれば差分方程式が同定されたことになる。な
お、差分方程式（数式７）の係数と閉ループ伝達関数
（数式５）の係数ａ0 〜ａ4 とは、数式８によって関係
づけられているので、差分方程式の係数が求まれば閉ル
ープ伝達関数の係数も容易に算出できる。換言すれば、
制御系の差分方程式を同定することは、離散時間系の閉
ループ伝達関数を同定することと等価である。
式７に示す差分方程式の係数なので、その推定値＜θN
＞が得られれば差分方程式が同定されたことになる。な
お、差分方程式（数式７）の係数と閉ループ伝達関数
（数式５）の係数ａ0 〜ａ4 とは、数式８によって関係
づけられているので、差分方程式の係数が求まれば閉ル
ープ伝達関数の係数も容易に算出できる。換言すれば、
制御系の差分方程式を同定することは、離散時間系の閉
ループ伝達関数を同定することと等価である。
【００２２】Ｄ．制御対象の伝達関数の同定：推定値＜
θN ＞が得られると、対象伝達関数同定部２２が、上記
の数式６と数式８の関係から、制御対象３０の連続時間
系の伝達関数Ｇｐ（ｓ）（数式２）の係数ｇ0 〜ｇ3 を
次の数式１１に従って算出する。
θN ＞が得られると、対象伝達関数同定部２２が、上記
の数式６と数式８の関係から、制御対象３０の連続時間
系の伝達関数Ｇｐ（ｓ）（数式２）の係数ｇ0 〜ｇ3 を
次の数式１１に従って算出する。
【数１１】 ここで、ｋi(t-1)，ｆ0(t-1)，ｆ1(t-1)は、現在の時刻
ｔの１周期前の時刻（ｔ−１）において使用した制御パ
ラメータｋi ，ｆ0 ，ｆ1 の値である。
ｔの１周期前の時刻（ｔ−１）において使用した制御パ
ラメータｋi ，ｆ0 ，ｆ1 の値である。
【００２３】以上のようにして制御対象３０の伝達関数
が同定されると、次に、予め設定された参照モデルと制
御系の閉ループ伝達関数（数式４）のマッチングが実行
され、調節操作部１２の制御パラメータが決定される。
が同定されると、次に、予め設定された参照モデルと制
御系の閉ループ伝達関数（数式４）のマッチングが実行
され、調節操作部１２の制御パラメータが決定される。
【００２４】Ｅ．制御パラメータの決定：参照モデル
は、制御系の望ましい制御性能を表現した伝達関数であ
る。参照モデルについては、例えば、「制御系設計の為
の実用的な汎用参照モデル」（計測自動制御学会論文
集、第１９卷第７号第７４頁〜第７６頁、昭和５８年７
月）に詳しく記載されている。
は、制御系の望ましい制御性能を表現した伝達関数であ
る。参照モデルについては、例えば、「制御系設計の為
の実用的な汎用参照モデル」（計測自動制御学会論文
集、第１９卷第７号第７４頁〜第７６頁、昭和５８年７
月）に詳しく記載されている。
【００２５】この実施例では、連続時間系の閉ループ伝
達関数（数式４）の分母が４次式で近似されているの
で、これに適した参照モデルの伝達関数Ｇｍ（ｓ）は次
の数式１２のように表わされる。
達関数（数式４）の分母が４次式で近似されているの
で、これに適した参照モデルの伝達関数Ｇｍ（ｓ）は次
の数式１２のように表わされる。
【数１２】 ここで、σは参照モデルのステップ応答が約６０％に立
ち上がるまでの時間である。
ち上がるまでの時間である。
【００２６】数式１２の係数αi は、例えば次の数式１
３によって与えられる。
３によって与えられる。
【数１３】 ここで、ｂi は表１の２項展開標準形の係数列であり、
ｃi は表２のＩＴＡＥ標準形の係数列である。βは、こ
れらの２種類の標準形を内外挿するための重み係数であ
り、応答形状係数とも呼ばれている。
ｃi は表２のＩＴＡＥ標準形の係数列である。βは、こ
れらの２種類の標準形を内外挿するための重み係数であ
り、応答形状係数とも呼ばれている。
【表１】
【表２】 なお、表１と表２におけるｎは、参照モデルの分母の次
数である。この実施例では、参照モデル（数式１２）の
分母の次数は４なので、ｎ＝４の行の係数が用いられ
る。
数である。この実施例では、参照モデル（数式１２）の
分母の次数は４なので、ｎ＝４の行の係数が用いられ
る。
【００２７】オペレータは、予め数式１３における重み
係数βの値を参照モデル設定部１８に設定しておく。参
照モデル設定部１８は、設定された重み係数βの値と、
表１および表２の係数列を記憶するメモリである。パラ
メータ計算部１６は、参照モデル設定部１８に設定され
ている参照モデルの伝達関数（数式１２，１３）と、制
御系の閉ループ伝達関数（数式４）とを比較し、それぞ
れの分母における各次数の係数を互いに等しいと置くこ
と（いわゆるマッチング）によって調節操作部１２の制
御パラメータを決定する。これによると、ＰＩＤ定数は
次の数式１４に従って算出される。
係数βの値を参照モデル設定部１８に設定しておく。参
照モデル設定部１８は、設定された重み係数βの値と、
表１および表２の係数列を記憶するメモリである。パラ
メータ計算部１６は、参照モデル設定部１８に設定され
ている参照モデルの伝達関数（数式１２，１３）と、制
御系の閉ループ伝達関数（数式４）とを比較し、それぞ
れの分母における各次数の係数を互いに等しいと置くこ
と（いわゆるマッチング）によって調節操作部１２の制
御パラメータを決定する。これによると、ＰＩＤ定数は
次の数式１４に従って算出される。
【数１４】 ここで、ｋi *はＩ定数、ｆ0 *はＰ定数、ｆ1 *はＤ定数で
あり、肩付きの記号「 *」は、時刻ｔにおいて新たに得
られた値であることを示している。数式１４において、
制御対象３０の伝達関数の係数ｇi は、数式１１に従っ
て予め求められている。
あり、肩付きの記号「 *」は、時刻ｔにおいて新たに得
られた値であることを示している。数式１４において、
制御対象３０の伝達関数の係数ｇi は、数式１１に従っ
て予め求められている。
【００２８】なお、この実施例では、数式１におけるむ
だ時間の項をマクローリン展開で近似したので、制御系
の閉ループ伝達関数（数式４）の分母を高次多項式によ
って表わすことができ、この結果、参照モデルとのマッ
チングを容易に行なうことができるという特徴がある。
だ時間の項をマクローリン展開で近似したので、制御系
の閉ループ伝達関数（数式４）の分母を高次多項式によ
って表わすことができ、この結果、参照モデルとのマッ
チングを容易に行なうことができるという特徴がある。
【００２９】調節操作部１２は、数式１４で求められた
制御パラメータを用いて、数式３を差分方程式で表わし
た次の数式１５に従って操作量ｍt を算出し、制御対象
３０に出力する。
制御パラメータを用いて、数式３を差分方程式で表わし
た次の数式１５に従って操作量ｍt を算出し、制御対象
３０に出力する。
【数１５】
【００３０】Ｆ．制御手順および制御結果：図４は、上
述した制御を実行する手順を示すフローチャートであ
る。ステップＳ１では各種のパラメータの初期値を設定
する。また、ステップＳ２では目標値ｒt を設定する。
なお、目標値ｒt の時間変化は、セルフチューニングコ
ントローラ１２内部の図示しないメモリに予め記憶され
ている。
述した制御を実行する手順を示すフローチャートであ
る。ステップＳ１では各種のパラメータの初期値を設定
する。また、ステップＳ２では目標値ｒt を設定する。
なお、目標値ｒt の時間変化は、セルフチューニングコ
ントローラ１２内部の図示しないメモリに予め記憶され
ている。
【００３１】ステップＳ３では制御量ｙt を読み込む。
図２の例では、ヒータ温度信号が制御量である。ステッ
プＳ４では逐次最小２乗法（数式１０）に従って数式７
の係数Ｂ0 ，Ａi を推定する。そして、ステップＳ５で
は数式１１に従って制御対象３０の伝達関数の係数ｇi
を算出する。ステップＳ６では数式１４に従って新たな
ＰＩＤ定数を算出し、ステップＳ７では数式１５に従っ
て操作量ｍt を算出し、制御対象３０（図２の電力調整
器３６）に出力する。ステップＳ８では制御が終了した
か否かが判断され、終了していなければステップＳ２に
戻り、ステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。
図２の例では、ヒータ温度信号が制御量である。ステッ
プＳ４では逐次最小２乗法（数式１０）に従って数式７
の係数Ｂ0 ，Ａi を推定する。そして、ステップＳ５で
は数式１１に従って制御対象３０の伝達関数の係数ｇi
を算出する。ステップＳ６では数式１４に従って新たな
ＰＩＤ定数を算出し、ステップＳ７では数式１５に従っ
て操作量ｍt を算出し、制御対象３０（図２の電力調整
器３６）に出力する。ステップＳ８では制御が終了した
か否かが判断され、終了していなければステップＳ２に
戻り、ステップＳ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。
【００３２】図５は、上述の方法および手順に従って図
２の制御系を制御した結果を示すグラフである。この例
では、２００℃／min の昇温速度で室温から５００℃ま
で加熱している。図５から解るように、操作量ｍt には
かなりの変動が生じているが、制御量ｙt は操作量ｍt
に比べて変動が小さい。上記の実施例では、従来のよう
に制御量ｙt と操作量ｍt を用いて制御対象を同定する
代わりに、制御量ｙtと目標値ｒt とに基づいて制御系
全体と制御対象とを同定しているので、同定に伴う誤差
を小さく抑えることができるという利点がある。この結
果、操作量ｍtの変動の影響を直接的に受けずに安定し
た制御パラメータ（すなわＰＩＤ定数）を求めることが
可能となっている。
２の制御系を制御した結果を示すグラフである。この例
では、２００℃／min の昇温速度で室温から５００℃ま
で加熱している。図５から解るように、操作量ｍt には
かなりの変動が生じているが、制御量ｙt は操作量ｍt
に比べて変動が小さい。上記の実施例では、従来のよう
に制御量ｙt と操作量ｍt を用いて制御対象を同定する
代わりに、制御量ｙtと目標値ｒt とに基づいて制御系
全体と制御対象とを同定しているので、同定に伴う誤差
を小さく抑えることができるという利点がある。この結
果、操作量ｍtの変動の影響を直接的に受けずに安定し
た制御パラメータ（すなわＰＩＤ定数）を求めることが
可能となっている。
【００３３】Ｇ．変形例：なお、この発明は上記実施例
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。
【００３４】（１）調節操作部１２はＩ−ＰＤ制御を行
なうこととしたが、本発明は、ＰＩＤ制御その他の種々
の制御方式についても適用可能である。 （２）上記実施例では温度制御について本発明を適用し
たが、圧力、流量などのプロセス制御や、ロボットの位
置制御などのサーボ機構の制御などにも適用可能であ
る。
なうこととしたが、本発明は、ＰＩＤ制御その他の種々
の制御方式についても適用可能である。 （２）上記実施例では温度制御について本発明を適用し
たが、圧力、流量などのプロセス制御や、ロボットの位
置制御などのサーボ機構の制御などにも適用可能であ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセルフチ
ューニングコントローラによれば、目標値と制御量とに
基づいて伝達関数を同定するので、操作量の変動による
影響を直接的に受けることなくセルフチューニングを行
なうことができるという効果がある。
ューニングコントローラによれば、目標値と制御量とに
基づいて伝達関数を同定するので、操作量の変動による
影響を直接的に受けることなくセルフチューニングを行
なうことができるという効果がある。
【図１】この発明の一実施例としてのセルフチューニン
グコントローラの機能を示すブロック図。
グコントローラの機能を示すブロック図。
【図２】制御対象３０の具体例を示すブロック図。
【図３】調節操作部１２の機能を示すブロック図。
【図４】実施例における制御手順を示すフローチャー
ト。
ト。
【図５】実施例における制御結果を示すグラフ。
【図６】従来のセルフチューニングコントローラの機能
を示すブロック図。
を示すブロック図。
１０…セルフチューニングコントローラ １２…調節操作部 １２ａ…積分要素 １２ｂ…比例微分要素 １４…同定部 １６…パラメータ計算部 １８…参照モデル設定部 ２０…閉ループ伝達関数同定部 ２２…対象伝達関数同定部 ３０…制御対象 ３２…石英管 ３４…赤外線ヒータ ３５…熱電対 ３６…電力調整器 ３８…電源 Ａi ，Ｂ0 …制御系の差分方程式の係数 Ｅ（ｓ）…偏差 Ｇｍ（ｓ）…参照モデルの伝達関数 Ｇｐ（ｓ）…制御対象の伝達関数 Ｍ（ｓ），ｍt …操作量 Ｒ（ｓ），ｒt …目標値 Ｗ（ｓ）…閉ループ伝達関数 Ｙ（ｓ），ｙt …制御量 ａi …係数 ｅ…式誤差 ｇi…係数 ｋi ，ｆ0 ，ｆ1 …制御パラメータ（積分定数、比例
定数、微分定数） αi…参照モデルの伝達関数の係数 β…参照モデルにおける重み係数
定数、微分定数） αi…参照モデルの伝達関数の係数 β…参照モデルにおける重み係数
Claims (1)
- 【請求項１】 制御対象の伝達関数を同定しつつ調節操
作部の制御パラメータを調整するセルフチューニングコ
ントローラであって、（Ａ）与えられた目標値と、制御
対象から検出された制御量とに応じて前記制御対象に与
える操作量を出力する調節操作部と、（Ｂ）前記目標値
と前記制御量とに基づいて、前記調節操作部と前記制御
対象とを含む制御系全体の伝達関数を同定する第１の同
定部と、（Ｃ）前記第１の同定部で同定された制御系全
体の伝達関数の係数と、前記制御量を得る際に用いられ
ていた前記調節操作部の制御パラメータとを用いて、前
記制御対象の伝達関数を同定する第２の同定部と、
（Ｄ）前記制御系全体の望ましい制御性能を示す参照モ
デル伝達関数を設定する参照モデル設定部と、（Ｅ）前
記参照モデル伝達関数の係数と、前記第２の同定部で同
定された前記制御対象の伝達関数の係数とを用いて、前
記参照モデル伝達関数と等価な制御系を実現するための
前記調節操作部の新たな制御パラメータを決定するパラ
メータ決定部と、を備えるセルフチューニングコントロ
ーラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35714492A JPH06195105A (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | セルフチューニングコントローラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35714492A JPH06195105A (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | セルフチューニングコントローラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06195105A true JPH06195105A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18452605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35714492A Pending JPH06195105A (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | セルフチューニングコントローラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06195105A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003009599A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | 同期電動機の制御装置、エレベータの制御装置 |
| JP2006277652A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | サーボゲイン算出方法、サーボゲイン算出プログラム及びサーボゲイン算出装置 |
| JP2009276981A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Hiroshima Univ | Ｐｉｄコントローラのチューニング装置、ｐｉｄコントローラのチューニング用プログラムおよびｐｉｄコントローラのチューニング方法 |
| JP2010049392A (ja) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Hiroshima Univ | Ｐｉｄコントローラのチューニング装置、ｐｉｄコントローラのチューニング用プログラムおよびｐｉｄコントローラのチューニング方法 |
| JP2012173889A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Fuji Electric Co Ltd | 制御装置 |
-
1992
- 1992-12-22 JP JP35714492A patent/JPH06195105A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003009599A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | 同期電動機の制御装置、エレベータの制御装置 |
| JP2006277652A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | サーボゲイン算出方法、サーボゲイン算出プログラム及びサーボゲイン算出装置 |
| JP2009276981A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Hiroshima Univ | Ｐｉｄコントローラのチューニング装置、ｐｉｄコントローラのチューニング用プログラムおよびｐｉｄコントローラのチューニング方法 |
| JP2010049392A (ja) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Hiroshima Univ | Ｐｉｄコントローラのチューニング装置、ｐｉｄコントローラのチューニング用プログラムおよびｐｉｄコントローラのチューニング方法 |
| JP2012173889A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Fuji Electric Co Ltd | 制御装置 |
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