JPH07210207A - Adaptive controller - Google Patents

Adaptive controller

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Publication number
JPH07210207A
JPH07210207A JP296694A JP296694A JPH07210207A JP H07210207 A JPH07210207 A JP H07210207A JP 296694 A JP296694 A JP 296694A JP 296694 A JP296694 A JP 296694A JP H07210207 A JPH07210207 A JP H07210207A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
neural network
controlled object
linear model
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP296694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Kobayashi
正人 小林
Haruaki Otsuki
治明 大槻
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】制御対象の非線形性や外乱等の影響を考慮する
ことなく線形モデルに基づいて線形制御系を構成するこ
とができ、安定した応答を得ることが可能となる。 【構成】ニューラルネットワーク4は、現時点の補償器
の出力信号Ubf(k)16と、現時点から数ステップ過去
までの制御対象の出力信号[Y(k),Y(k−1),…,
Y(k−n)]と操作量[U(k−1),U(k−2),…,
U(k−m)]を入力し、操作量U(k)3を出力する。学
習手段8は、制御対象の出力2と線形モデルの出力7と
の誤差が最小になるようにニューラルネットワーク4の
学習を行う。
(57) [Summary] [Purpose] A linear control system can be constructed based on a linear model without considering the effects of non-linearity and disturbance of the controlled object, and a stable response can be obtained. [Structure] The neural network 4 outputs the output signal Ubf (k) 16 of the compensator at the present time and the output signals [Y (k), Y (k-1), ...
Y (k−n)] and manipulated variables [U (k−1), U (k−2), ...,
[U (k−m)] is input and the operation amount U (k) 3 is output. The learning means 8 learns the neural network 4 so that the error between the output 2 of the controlled object and the output 7 of the linear model is minimized.

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、ロボット,工作機械,
XYステージ,ディスク装置などの位置決め制御装置に
おいて、制御対象の非線形性や外乱,環境経時変化に対
応できる高精度な位置決め制御系を実現するニューラル
ネットワークを用いた適応制御装置に関する。
The present invention relates to a robot, a machine tool,
The present invention relates to an adaptive control device using a neural network that realizes a highly accurate positioning control system that can cope with nonlinearity of a controlled object, disturbance, and environmental change over time in a positioning control device such as an XY stage and a disk device.

【0002】[0002]

【従来の技術】適応制御方式には、モデル規範型適応制
御やセルフチューニングレギュレータなどがある。これ
らの方式では、制御対象の動特性モデルが線形ダイナミ
クスで記述できる場合にのみ効果があるが、制御対象の
非線形性や外乱,環境経時変化に対応することはできな
い。
2. Description of the Related Art Adaptive control systems include model reference adaptive control and self-tuning regulators. These methods are effective only when the dynamic characteristic model of the controlled object can be described by linear dynamics, but cannot deal with the nonlinearity of the controlled object, disturbance, and environmental change over time.

【0003】一方、ニューラルネットワークは、比較的
単純な構造で、非線形系を含めたダイナミクスモデルを
学習する能力を持つことが知られている。制御対象の非
線形性や環境経時変化に対応するための一手段として、
特開平2−54304号公報にニューラルネットワークを用い
た適応制御方式について開示されている。
On the other hand, it is known that a neural network has a relatively simple structure and is capable of learning a dynamics model including a non-linear system. As a means to deal with the non-linearity of the controlled object and the environmental change over time,
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-54304 discloses an adaptive control system using a neural network.

【0004】図8にそこで開示されている適応制御装置
を示す。これは、制御対象51とフィードバック補償器
57からなるフィードバックループ内に加算点61を設
け、その加算点へ目標値59からのフィードフォワード
ループをニューラルネットワーク54で構成する装置と
なっている。
FIG. 8 shows the adaptive control device disclosed therein. This is a device in which an addition point 61 is provided in a feedback loop including a controlled object 51 and a feedback compensator 57, and a feedforward loop from a target value 59 to the addition point is configured by a neural network 54.

【0005】この装置の動作は以下の通りである。すな
わち、ニューラルネットワークが学習を開始する前は、
目標値R59は制御サンプリング毎に制御対象の出力Y
52と比較され、その偏差60に基づいてフィードバッ
ク補償器57の演算が行われ演算結果Ub58 が操作量
U53として制御対象51に印加される。ニューラルネ
ットワーク54の学習が開始すると、目標値とその一次
微分である速度目標値と二次微分である加速度目標値を
ニューラルネットワークへ入力し、ニューラルネットワ
ークの出力Uf55をフィードバック補償器の出力Ub5
8に加算して、操作量U53を制御対象51に印加す
る。
The operation of this device is as follows. That is, before the neural network starts learning,
The target value R59 is the output Y of the control target for each control sampling.
52, the feedback compensator 57 calculates based on the deviation 60, and the calculation result Ub58 is applied to the controlled object 51 as the manipulated variable U53. When the learning of the neural network 54 is started, the target value, the velocity target value that is the first derivative thereof and the acceleration target value that is the second derivative thereof are input to the neural network, and the output Uf55 of the neural network is output as the output Ub5 of the feedback compensator.
Then, the manipulated variable U53 is applied to the controlled object 51.

【0006】図中、sは微分演算子である。ニューラル
ネットワーク54は、教師信号として操作量U53を用
い、J=(U−Uf)2=Ub2を最小にするように学習が進
む。すなわち、学習が進むにつれて、フィードバック補
償器57の出力Ub58 が小さくなり、徐々に制御対象
51の逆モデルがニューラルネットワーク54に構築さ
れ、獲得された逆モデルによるフィードフォワード制御
に移行していく。ニューラルネットワークの学習は、バ
ックプロパゲーション法を用いている。制御を行いなが
ら学習ができ、制御対象の特性変動,非線形性に対して
適応的に操作量を演算できるため、特にロボット等に応
用が検討されている。
In the figure, s is a differential operator. The neural network 54 uses the manipulated variable U53 as a teacher signal, and the learning proceeds so as to minimize J = (U−Uf) 2 = Ub 2 . That is, as the learning progresses, the output Ub58 of the feedback compensator 57 becomes smaller, the inverse model of the controlled object 51 is gradually constructed in the neural network 54, and the feedforward control by the obtained inverse model is started. The back propagation method is used for learning of the neural network. Since learning can be performed while controlling, and the manipulated variable can be adaptively calculated with respect to the characteristic variation and non-linearity of the controlled object, its application to a robot or the like is being studied.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、ニューラルネットワークをフィードフォワード補償
器として用いているため、目標値に対する追従性は向上
するが、制御対象に加わる外乱やノイズ等に対する抑制
効果が十分でないという問題があった。特に、従来技術
では、ニューラルネットワークの入力信号として目標値
と速度目標値と加速度目標値しか入力していないため、
ダイナミクス変動や外乱等の影響を受ける制御対象の逆
ダイナミクスをニューラルネットワーク内に構築するこ
とは困難であった。
However, in the prior art, since the neural network is used as the feedforward compensator, the followability with respect to the target value is improved, but the effect of suppressing the disturbance or noise added to the controlled object is improved. There was a problem that it was not enough. In particular, in the conventional technology, since only the target value, the velocity target value, and the acceleration target value are input as the input signal of the neural network,
It was difficult to construct the inverse dynamics of the controlled object, which is affected by dynamics fluctuation and disturbance, in the neural network.

【0008】また、従来技術では、事前に入手すること
が可能な非線形システムの線形なダイナミクスの情報を
有効に活用することができないという問題があった。特
に、従来技術では、非線形な制御対象を安定化するフィ
ードバック補償器が必要となる。通常、フィードバック
補償器を設計する際には非線形な制御対象の線形化した
ダイナミクスの情報を必要とするが、従来技術ではこの
線形化したダイナミクスの情報をニューラルネットワー
クの学習の際に有効に活用することが困難であった。
Further, in the conventional technique, there is a problem that it is impossible to effectively utilize the information of the linear dynamics of the non-linear system which can be obtained in advance. In particular, the conventional technique requires a feedback compensator that stabilizes a nonlinear control target. Normally, when designing a feedback compensator, linearized dynamics information of a non-linear control target is required, but in the prior art, this linearized dynamics information is effectively used in learning a neural network. Was difficult.

【0009】本発明の目的は、制御対象の非線形性や外
乱に対しても十分な抑制効果を持ち、ニューラルネット
ワークの学習の負荷を軽減し高精度に学習することが可
能なニューラルネットワークを用いた適応制御装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to use a neural network which has a sufficient effect of suppressing non-linearity and disturbance of a controlled object, reduces the learning load of the neural network, and is capable of highly accurate learning. An object is to provide an adaptive control device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第一の発明は、制御対象の制御出力を目標値に一致さ
せるように前記目標値と前記制御出力との制御偏差をフ
ィードバック制御する制御器を有する制御装置におい
て、前記制御器の出力を入力信号とするニューラルネッ
トワークモデルと、前記制御器の出力を入力信号とする
線形モデルと、前記ニューラルネットワークの出力を前
記制御対象の入力信号とし、前記制御対象の出力と前記
線形モデルの出力が等しくなるように前記ニューラルネ
ットワークの各層間の重みを変化させる学習手段とを含
むものである。
A first invention for achieving the above object is to feedback-control a control deviation between a target value and the control output so that a control output of a controlled object coincides with the target value. In a control device having a controller, a neural network model having an output of the controller as an input signal, a linear model having an output of the controller as an input signal, and an output of the neural network as an input signal of the controlled object. , Learning means for changing the weight between the layers of the neural network so that the output of the controlled object and the output of the linear model become equal.

【0011】また、上記目的を達成するための第二の発
明は、制御対象の制御出力を目標値に一致させるように
前記目標値と前記制御出力との制御偏差をフィードバッ
ク制御する制御器を有する制御装置において、前記制御
器の出力を入力信号とするニューラルネットワークモデ
ルと、前記制御器の出力を入力信号とする線形モデル
と、前記制御器の出力を前記制御対象の入力信号とし、
前記制御対象の出力と、前記線形モデルの出力に前記ニ
ューラルネットワークの出力を加算した信号とが等しく
なるように前記ニューラルネットワークの各層間の重み
を変化させる学習手段と、前記ニューラルネットワーク
の出力が前記制御対象の出力を補正する手段とを含むも
のである。
A second aspect of the present invention for achieving the above object has a controller for feedback-controlling the control deviation between the target value and the control output so that the control output of the controlled object coincides with the target value. In the control device, a neural network model having an output of the controller as an input signal, a linear model having an output of the controller as an input signal, and an output of the controller as an input signal of the control target,
Learning means for changing the weights between the layers of the neural network so that the output of the controlled object and the signal of the output of the neural network added to the output of the linear model are equal, and the output of the neural network is And means for correcting the output of the controlled object.

【0012】また、上記目的を達成するための第三の発
明は、制御対象の制御出力を目標値に一致させるように
前記目標値と前記制御出力との制御偏差をフィードバッ
ク制御する制御器を有する制御装置において、前記制御
対象への入力信号を入力するニューラルネットワークモ
デルと、前記ニューラルネットワークの出力と前記制御
対象への入力信号とを加算した信号と、前記加算した信
号を入力信号とする線形モデルと、前記制御対象の出力
と前記線形モデルの出力が等しくなるように前記ニュー
ラルネットワークの各層間の重みを変化させる学習手段
と、前記ニューラルネットワークの出力が前記目標値を
補正する手段とを含むものである。
Further, a third invention for achieving the above object has a controller for performing feedback control of a control deviation between the target value and the control output so that the control output of the controlled object coincides with the target value. In the control device, a neural network model for inputting an input signal to the controlled object, a signal obtained by adding an output of the neural network and an input signal to the controlled object, and a linear model having the added signal as an input signal And learning means for changing the weight between the layers of the neural network so that the output of the controlled object and the output of the linear model become equal, and a means for correcting the target value by the output of the neural network. .

【0013】さらに、第一の発明をディスク装置へ適用
した場合は、情報が記録される円板と、前記円板との間
で情報の読みだしまたは書き込みを行うヘッドと、前記
円板に記録された位置情報と前記ヘッドの位置との偏差
を検出し偏差位置信号を出力するヘッド位置検出器と、
前記偏差位置信号を零にするように前記偏差位置信号を
フィードバック制御する制御器と、前記制御器の出力を
駆動入力とする前記ヘッドと一体に移動するアクチュエ
ータを備えたディスク装置において、前記制御器の出力
を入力信号とするニューラルネットワークモデルと、前
記制御器の出力を入力信号とする線形モデルと、前記ニ
ューラルネットワークの出力を前記アクチュエータの入
力信号とし、前記偏差位置信号と前記線形モデルの出力
が等しくなるように前記ニューラルネットワークの各層
間の重みを変化させる学習手段とを含むものである。
Further, when the first invention is applied to a disc device, a disc on which information is recorded, a head for reading or writing information between the disc and the disc is recorded. A head position detector that detects a deviation between the position information and the position of the head, and outputs a deviation position signal;
A controller comprising: a controller for feedback-controlling the deviation position signal so as to make the deviation position signal zero; and an actuator that moves integrally with the head using the output of the controller as a drive input, A neural network model whose input signal is the output of, a linear model whose output is the output of the controller, an output of the neural network is the input signal of the actuator, and the deviation position signal and the output of the linear model are And learning means for changing the weights between the layers of the neural network so as to be equal.

【0014】また、上記第二の発明をディスク装置へ適
用した場合は、情報が記録される円板と、前記円板との
間で情報の読みだしまたは書き込みを行うヘッドと、前
記円板に記録された位置情報と前記ヘッドの位置との偏
差を検出し偏差位置信号を出力するヘッド位置検出器
と、前記偏差位置信号を零にするように前記偏差位置信
号をフィードバック制御する制御器と、前記制御器の出
力を駆動入力とする前記ヘッドと一体に移動するアクチ
ュエータを備えたディスク装置において、前記制御器の
出力を入力信号とするニューラルネットワークモデル
と、前記制御器の出力を入力信号とする線形モデルと、
前記制御器の出力を前記アクチュエータの入力信号と
し、前記偏差位置信号と、前記線形モデルの出力に前記
ニューラルネットワークの出力を加算した信号とが等し
くなるように前記ニューラルネットワークの各層間の重
みを変化させる学習手段と、前記ニューラルネットワー
クの出力が前記偏差位置信号を補正する手段とを含むも
のである。
When the second invention is applied to a disk device, a disc on which information is recorded, a head for reading or writing information between the disc, and the disc. A head position detector that detects a deviation between the recorded position information and the position of the head and outputs a deviation position signal, and a controller that feedback-controls the deviation position signal so that the deviation position signal becomes zero. In a disk device including an actuator that moves integrally with the head that uses the output of the controller as a drive input, a neural network model that uses the output of the controller as an input signal and an output of the controller as an input signal A linear model,
The output of the controller is used as the input signal of the actuator, and the deviation position signal and the weight of each layer of the neural network are changed so that the signal obtained by adding the output of the neural network to the output of the linear model becomes equal. The learning means and the output of the neural network correct the deviation position signal.

【0015】また、上記第三の発明をディスク装置へ適
用した場合は、情報が記録される円板と、前記円板との
間で情報の読みだしまたは書き込みを行うヘッドと、前
記円板に記録された位置情報と前記ヘッドの位置との偏
差を検出し偏差位置信号を出力するヘッド位置検出器
と、前記偏差位置信号を零にするように前記偏差位置信
号をフィードバック制御する制御器と、前記制御器の出
力を駆動入力とする前記ヘッドと一体に移動するアクチ
ュエータを備えたディスク装置において、前記アクチュ
エータへの入力信号を入力するニューラルネットワーク
モデルと、前記ニューラルネットワークの出力と前記ア
クチュエータへの入力信号とを加算した信号と、前記加
算した信号を入力信号とする線形モデルと、前記アクチ
ュエータの出力と前記線形モデルの出力が等しくなるよ
うに前記ニューラルネットワークの各層間の重みを変化
させる学習手段と、前記ニューラルネットワークの出力
が前記制御器の出力を補正する手段とを含むものであ
る。
When the third invention is applied to a disk device, a disc on which information is recorded, a head for reading or writing information between the disc, and the disc. A head position detector that detects a deviation between the recorded position information and the position of the head and outputs a deviation position signal, and a controller that feedback-controls the deviation position signal so that the deviation position signal becomes zero. In a disk device including an actuator that moves integrally with the head, which uses the output of the controller as a drive input, a neural network model that inputs an input signal to the actuator, an output of the neural network and an input to the actuator A signal and a linear model having the added signal as an input signal; And learning means for output of the linear model to change the weight of each layer of the neural network to be equal, the output of the neural network is intended to include a means for correcting the output of the controller.

【0016】[0016]

【作用】本発明では、制御対象を希望の線形モデルとな
るようにニューラルネットワークを用いて操作量や目標
値を補正するため、制御対象の非線形性や外乱等の影響
を考慮することなく設定した線形モデルに基づいて種々
の線形制御系を構成することができ、高精度で高速な応
答を得ることが可能となる。設計者が設定する希望の線
形モデルは、非線形な制御対象の平衡点まわりでの線形
化したダイナミクスに設定することが望ましいが、設定
した線形モデルと実際の線形化ダイナミクスとの間の誤
差は、ニューラルネットワーク内に獲得され適切に補償
されるため、特に厳密な線形化モデルを設定する必要は
ない。
In the present invention, since the manipulated variable and the target value are corrected by using the neural network so that the controlled object becomes a desired linear model, it is set without considering the influence of the non-linearity or the disturbance of the controlled object. Various linear control systems can be constructed based on the linear model, and high-accuracy and high-speed response can be obtained. The desired linear model set by the designer is preferably set to the linearized dynamics around the equilibrium point of the nonlinear controlled object, but the error between the set linear model and the actual linearized dynamics is It is not necessary to set a particularly exact linearization model as it is captured and properly compensated in the neural network.

【0017】また、第一の発明では、ニューラルネット
ワークが制御ループ内に直列に挿入されているため、制
御対象に乗法的な非線形性や外乱が作用した場合に特に
効果を発揮する。第二の発明では、ニューラルネットワ
ークが目標値を加法的に修正するため、制御対象の出力
端に加法的な非線形性や外乱が作用した場合に特に効果
を発揮する。第三の発明では、ニューラルネットワーク
が操作量を加法的に修正するため、制御対象の入力端に
加法的な非線形性や外乱が作用した場合に特に効果を発
揮する。
Further, in the first invention, since the neural network is inserted in series in the control loop, it is particularly effective when multiplicative nonlinearity or disturbance acts on the controlled object. In the second invention, since the neural network corrects the target value additively, it is particularly effective when additive nonlinearity or disturbance acts on the output end of the controlled object. In the third invention, since the neural network corrects the manipulated variable additively, it is particularly effective when additive nonlinearity or disturbance acts on the input end of the controlled object.

【0018】以上、本発明は制御対象の非線形性や外乱
等の作用する箇所に応じてニューラルネットワークを用
いて効果的に補正する手段を提供するものであるが、い
ずれの発明も特定した箇所の非線形性や外乱の影響のみ
を抑制するものではなく、他の箇所で作用する非線形性
や外乱の影響も有効に抑制することが可能である。
As described above, the present invention provides means for effectively correcting by using a neural network in accordance with a non-linearity of a controlled object or a location where disturbance or the like acts. Not only the influence of the non-linearity and the disturbance is suppressed, but also the influence of the non-linearity and the disturbance acting in other places can be effectively suppressed.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて詳細に
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0020】図1は、第一の発明の一実施例を表す図で
ある。第一の発明は、制御対象に乗法的な非線形性や外
乱が作用した場合に特に効果を発揮する。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the first invention. The first invention is particularly effective when multiplicative non-linearity or disturbance acts on the controlled object.

【0021】図1において、1は制御対象、2は制御対
象の出力Y、3は制御対象への入力U、4はニューラル
ネットワーク、6は設計者が指定する線形モデル、8は
誤差信号9を最小にするようにニューラルネットワーク
4の各層間の結合加重をバックプロパゲーション法など
を用いて演算する学習手段、14は目標値R、10は線
形モデル6を安定に制御できるように設計されたフィー
ドバック補償器、12は線形モデル6の逆ダイナミクス
に基づいて高応答性を目的として設計されたフィードフ
ォワード補償器である。ここで、線形モデル6は、非線
形な制御対象を平衡点まわりで線形化したモデルに設定
することが望ましいが、それに限る必要はなく希望の線
形モデルとしてもよい。物理モデルを導くことが困難な
場合には、例えば、2次の線形モデルと仮定し、平衡点
まわりでのパラメータ同定を事前に行い、得られた結果
を線形モデルとして用いればよい。また、フィードフォ
ワード補償器12は、高応答性を必要としなければ用い
る必要はない。
In FIG. 1, 1 is a controlled object, 2 is an output Y of the controlled object, 3 is an input U to the controlled object, 4 is a neural network, 6 is a linear model specified by the designer, and 8 is an error signal 9. Learning means for computing the connection weight between the layers of the neural network 4 so as to minimize it by using a backpropagation method, 14 is a target value R, and 10 is feedback designed so that the linear model 6 can be stably controlled. The compensator 12 is a feedforward compensator designed for high response based on the inverse dynamics of the linear model 6. Here, the linear model 6 is preferably set to a model in which a non-linear control target is linearized around the equilibrium point, but the linear model 6 is not limited to this and may be a desired linear model. When it is difficult to derive the physical model, for example, a second-order linear model is assumed, parameter identification around the equilibrium point is performed in advance, and the obtained result may be used as the linear model. Further, the feedforward compensator 12 need not be used unless high responsiveness is required.

【0022】次に、本実施例のステップk時刻における
制御の流れについて説明する。まず、制御対象の出力Y
(k)2を読み取る。フィードバック補償器10は、目標
値R(k)14と制御対象の出力Y(k)2との偏差に基づ
いてUb(k)11 を発生する。フィードフォワード補償
器12は、目標値R(k)14に基づいてUf(k)13を
発生する。Uf(k)13とUb(k)11は加算され、Ubf
(k)16となる。ニューラルネットワーク4は、Ubf
(k)16、および制御対象の出力Y(k),1ステップ過
去の出力Y(k−1),…,nステップ過去の出力Y(k
−n)、および1ステップ過去の操作量U(k−1),2
ステップ過去の操作量U(k−2),…,mステップ過去
の操作量U(k−m)を入力層に設定する。ステップn及
びmの選定は、それぞれ線形モデル6の分母と分子の次
数と同じかそれ以上に設定することが望ましい。
Next, the flow of control at time k in this embodiment will be described. First, the output Y of the controlled object
(k) Read 2. The feedback compensator 10 generates Ub (k) 11 based on the deviation between the target value R (k) 14 and the output Y (k) 2 of the controlled object. The feedforward compensator 12 generates Uf (k) 13 based on the target value R (k) 14. Uf (k) 13 and Ub (k) 11 are added, and Ubf
(k) It becomes 16. Neural network 4 is Ubf
(k) 16 and the output Y (k) of the controlled object, the output Y (k-1) of one step past, ..., The output Y (k of the past n steps
-N), and the operation amount U (k-1), 2 one step past
The operation amount U (k−2), which is past step, is set to the input layer. The selection of steps n and m is preferably set to be equal to or higher than the orders of the denominator and the numerator of the linear model 6.

【0023】ニューラルネットワーク4は、制御対象に
加わる非線形性や外乱を獲得する都合上、三層以上が望
ましいが、二層にして線形なニューロンを用いることで
演算処理を低減しても良い。また、中間層の出力を入力
層の入力にフィードバックするリカレント型のニューラ
ルネットワークを用いても良い。この場合は、制御対象
の出力Y(k)2,操作量U(k−1)3,補償器の出力U
bf(k)16のみをニューラルネットワーク4の入力層に
入力すればよい。ニューラルネットワークの出力は、k
ステップにおける制御対象への操作量U(k)3となる。
The neural network 4 preferably has three or more layers for the purpose of acquiring non-linearity and disturbance added to the controlled object, but it is also possible to reduce the arithmetic processing by using two layers of linear neurons. Alternatively, a recurrent neural network that feeds back the output of the intermediate layer to the input of the input layer may be used. In this case, the output of the controlled object Y (k) 2, the manipulated variable U (k-1) 3, the output of the compensator U
Only bf (k) 16 needs to be input to the input layer of the neural network 4. The output of the neural network is k
The operation amount U (k) 3 for the controlled object in the step is obtained.

【0024】以上の演算が終了した後に、ニューラルネ
ットワーク4の学習が行われる。本発明では、ニューラ
ルネットワーク4と制御対象1のダイナミクスの積が、
設定した線形モデル6と等しくなるようにニューラルネ
ットワーク4の学習を行う。すなわち、学習手段8を用
いて、制御対象の出力Y(k)2と線形モデルの出力Ym
(k)7の差が最小になるようにニューラルネットワーク
4の学習を行う。
After the above calculation is completed, learning of the neural network 4 is performed. In the present invention, the product of the dynamics of the neural network 4 and the controlled object 1 is
The neural network 4 is trained so as to be equal to the set linear model 6. That is, using the learning means 8, the output Y (k) 2 of the controlled object and the output Ym of the linear model are obtained.
(k) Learning of the neural network 4 is performed so that the difference of 7 is minimized.

【0025】まず、ニューラルネットワーク4の構造に
ついて説明する。ニューラルネットワークの構造は、基
本的には多層構造をとり、例えば、三層構造では、入力
層の各ニューロンは中間層のニューロンの入力となり、
中間層のニューロンの出力は出力層の入力となる。以
下、層数を三層に限定して説明する。ここで、入力層と
中間層間の結合荷重をWijとし、中間層と出力層間の結
合荷重をVj とする。各ニューロンの入出力特性は、シ
グモイド関数によってモデル化される。シグモイド関数
F(X)は、Xを入力信号とすると
First, the structure of the neural network 4 will be described. The structure of the neural network basically has a multilayer structure. For example, in the three-layer structure, each neuron in the input layer becomes an input of a neuron in the intermediate layer,
The output of the neuron in the middle layer becomes the input of the output layer. Hereinafter, the number of layers will be limited to three for the description. Here, the coupling load between the input layer and the intermediate layer is Wij, and the coupling load between the intermediate layer and the output layer is Vj. The input / output characteristics of each neuron are modeled by a sigmoid function. The sigmoid function F (X) is

【0026】[0026]

【数1】 F(X)=2/(1+exp(−X))−1 …(数1) で表される。ここでは、入力層のニューロンはシグモイ
ド変換を施さず、中間層および出力層のニューロンはシ
グモイド変換を施す。入力層への入力信号をXi(k)(i
=1〜n+m+2),中間層の出力信号をHj(k)(j
=1〜q),出力層の出力信号をU(k)(第一の発明で
は操作量U(k)に等しい)とする。ただし、中間層のニ
ューロン数qは、試行錯誤的に決定する必要がある。す
ると、Hj(k),U(k)は、それぞれ数2,数3のよう
になる。ただし、ここではオフセット量については記述
しない。
## EQU1 ## F (X) = 2 / (1 + exp (-X))-1 (Expression 1) Here, the neurons in the input layer do not undergo sigmoid transformation, and the neurons in the intermediate layer and the output layer do sigmoid transformation. The input signal to the input layer is Xi (k) (i
= 1 to n + m + 2), the output signal of the intermediate layer is Hj (k) (j
= 1 to q), and the output signal of the output layer is U (k) (equal to the manipulated variable U (k) in the first invention). However, the number of neurons q in the intermediate layer needs to be determined by trial and error. Then, Hj (k) and U (k) are as shown in Equations 2 and 3, respectively. However, the offset amount is not described here.

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】[0028]

【数3】 [Equation 3]

【0029】次に、ニューラルネットワーク4の学習ア
ルゴリズムについて説明する。ニューラルネットワーク
4の学習手段8は、ニューロン間の結合荷重を変化させ
ることによって行われる。ここでは、誤差逆伝播法(バ
ックプロパゲーションアルゴリズム)について説明す
る。学習手段8は、制御対象の出力Y(k)2と線形モデ
ルの出力Ym(k)7との誤差E(k)の二乗誤差、すなわ
ち、
Next, the learning algorithm of the neural network 4 will be described. The learning means 8 of the neural network 4 is performed by changing the connection weight between neurons. Here, the back propagation method (back propagation algorithm) will be described. The learning unit 8 squares the error E (k) between the output Y (k) 2 of the controlled object and the output Ym (k) 7 of the linear model, that is,

【0030】[0030]

【数4】 J(k)=(Y(k)−Ym(k))2/2 =E(k)2/2 …(数4) を最小にするように、結合荷重を変えることを行う。こ
の学習処理は、出力層から入力層へ向かって順次行う。
Equation 4] J (k) = (Y ( k) -Ym (k)) a 2/2 = E (k) 2/2 ... ( Equation 4) so as to minimize, performs varying the connection weights . This learning process is sequentially performed from the output layer to the input layer.

【0031】結合荷重は、数5〜数8に従って変化させ
る。
The coupling load is changed according to the equations (5) to (8).

【0032】[0032]

【数5】 △Vj(k)=−η・∂J(k)/∂Vj(k) =η・E(k)・∂Y(k)/∂U(k)・(1−U(k)2)/2・Hj(k) …(数5)[Formula 5] ΔVj (k) = − η ・ ∂J (k) / ∂Vj (k) = η ・ E (k) ・ ∂Y (k) / ∂U (k) ・ (1-U (k ) 2 ) / 2 · Hj (k) (Equation 5)

【0033】[0033]

【数6】 △Wji(k)=−η・∂J(k)/∂Wji(k) =η・E(k)・∂Y(k)/∂U(k)・(1−U(k)2) ・Vj(k)・(1−Hj(k)2)/2・Xi(k) …(数6)[Equation 6] ΔWji (k) = − η ・ ∂J (k) / ∂Wji (k) = η ・ E (k) ・ ∂Y (k) / ∂U (k) ・ (1-U (k ) 2 ) ・ Vj (k) ・ (1-Hj (k) 2 ) / 2 ・ Xi (k) (Equation 6)

【0034】[0034]

【数7】 Vj(k+1)=Vj(k)+△Vj(k) …(数7)[Expression 7] Vj (k + 1) = Vj (k) + ΔVj (k) (Expression 7)

【0035】[0035]

【数8】 Wji(k+1)=Wji(k)+△Wji(k) …(数8) ここで、ηは学習定数でニューロンの数や層の数さらに
は入出力値等から経験的に決定される。また、第一の発
明では、数5および数6の計算の際に、∂Y(k)/∂U
(k)の制御対象の情報が必要になる。これは、制御対象
の非線形性が弱い場合には、線形化したモデルの直流ゲ
インを∂Y(k)/∂U(k)とすればよい。また、制御対
象の非線形が強い場合には、事前に制御対象のダイナミ
クスを別の同定用のニューラルネットワークに学習さ
せ、∂Y(k)/∂U(k)の代わりに同定したニューラル
ネットワークから入力の変化分に対する出力の変化分を
計算すればよい。
[Equation 8] Wji (k + 1) = Wji (k) + ΔWji (k) (Equation 8) where η is a learning constant, which is empirically determined from the number of neurons, the number of layers, and input / output values. To be done. In addition, in the first invention, ∂Y (k) / ∂U is used in the calculation of Formula 5 and Formula 6.
Information on the controlled object in (k) is required. If the non-linearity of the controlled object is weak, the DC gain of the linearized model may be set to ∂Y (k) / ∂U (k). When the nonlinearity of the controlled object is strong, the dynamics of the controlled object are learned in advance by another neural network for identification, and input from the identified neural network instead of ∂Y (k) / ∂U (k). It suffices to calculate the change in the output with respect to the change in.

【0036】図2は、図1で制御ループ内に直列に結合
されているニューラルネットワークを制御ループと並列
に配置したニューラルネットワークを用いた適応制御装
置である。ここで、17はループ内に設けた加算点であ
る。ニューラルネットワーク4の出力Un は、補償器の
出力信号Ubf16を加法的に補正する。すなわち、本実
施例では、従来の制御系の構造を変更することなく、ニ
ューラルネットワーク4,学習手段8、および線形モデ
ル6を付加することで特性の改善を行うことができる。
さらに、誤差信号E(k)9の収束状況に基づいてニュー
ラルネットワークの出力のループ内への補正を制御する
ことができる。
FIG. 2 shows an adaptive control device using a neural network in which the neural networks connected in series in the control loop in FIG. 1 are arranged in parallel with the control loop. Here, 17 is an addition point provided in the loop. The output Un of the neural network 4 additively corrects the output signal Ubf16 of the compensator. That is, in the present embodiment, the characteristics can be improved by adding the neural network 4, the learning means 8 and the linear model 6 without changing the structure of the conventional control system.
Furthermore, the correction of the output of the neural network into the loop can be controlled based on the convergence of the error signal E (k) 9.

【0037】図3は、第二の発明の一実施例を表すブロ
ック図である。第二の発明は、制御対象の出力端に加法
的な非線形性や外乱が作用した場合に特に効果を発揮す
る。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the second invention. The second invention is particularly effective when additive nonlinearity or disturbance acts on the output end of the controlled object.

【0038】ステップk時刻における制御の流れについ
て説明する。まず、制御対象の出力Y(k)2を読み取
る。ニューラルネットワーク4は、制御対象の出力Y
(k),1ステップ過去の出力Y(k−1),…,nステッ
プ過去の出力Y(k−n)、および1ステップ過去の操作
量U(k−1),2ステップ過去の操作量U(k−2),
…,mステップ過去の操作量U(k−m)を入力層に設定
する。次に、ニューラルネットワークの出力Yn(k)5
を用いて目標値R(k)14を補正する。フィードバック
補償器10は、補正された目標値18と制御対象の出力
2との偏差に基づいてUb(k)11 を発生し、フィード
フォワード補償器12は、補正された目標値18に基づ
いてUf(k)13を発生する。Uf(k)13とUb(k)1
1 は加算され、kステップにおける操作量U(k)3と
なる。
The control flow at the time of step k will be described. First, the output Y (k) 2 to be controlled is read. The neural network 4 outputs the output Y of the controlled object.
(k), one step past output Y (k−1), ..., n steps past output Y (k−n), and one step past manipulated variable U (k−1), two steps past manipulated variable U (k-2),
..., m operation steps past U (km) are set in the input layer. Next, output Yn (k) 5 of the neural network
Is used to correct the target value R (k) 14. The feedback compensator 10 generates Ub (k) 11 based on the deviation between the corrected target value 18 and the output 2 to be controlled, and the feedforward compensator 12 generates Uf (k) 11 based on the corrected target value 18. (k) 13 is generated. Uf (k) 13 and Ub (k) 1
1 is added and becomes the manipulated variable U (k) 3 at the k step.

【0039】以上の演算が終了した後に、ニューラルネ
ットワーク4の学習が行われる。本発明では、ニューラ
ルネットワークの出力5と設定した線形モデルの出力7
の加算した信号が、制御対象の出力2と等しくなるよう
にニューラルネットワークの学習を行う。すなわち、学
習手段8は、制御対象の出力Y(k)2と線形モデルの出
力Ym(k)7とニューラルネットワークの出力Yn(k)の
誤差E(k)の二乗誤差、すなわち、
After the above calculation is completed, learning of the neural network 4 is performed. In the present invention, the output 5 of the neural network and the output 7 of the set linear model are set.
Learning of the neural network is performed so that the added signal of is equal to the output 2 of the controlled object. That is, the learning means 8 is a squared error of the error E (k) between the output Y (k) 2 of the controlled object, the output Ym (k) 7 of the linear model, and the output Yn (k) of the neural network, that is,

【0040】[0040]

【数9】 J(k)=(Y(k)−Ym(k)−Yn(k))2/2 =E(k)2/2 …(数9) を最小にするように、結合荷重を変えることを行う。こ
の学習処理は、出力層から入力層へ向かって順次行う。
Equation 9] J (k) = a (Y (k) -Ym (k ) -Yn (k)) 2/2 = E (k) 2/2 ... ( number 9) so as to minimize coupling load To change. This learning process is sequentially performed from the output layer to the input layer.

【0041】結合荷重は、次式に従って変化させる。The coupling load is changed according to the following equation.

【0042】[0042]

【数10】 △Vj(k)=−η・∂J(k)/∂Vj(k) =η・E(k)・(1−Yn(k)2)/2・Hj(k) …(数10)[Formula 10] ΔVj (k) = − η · ∂J (k) / ∂Vj (k) = η · E (k) · (1-Yn (k) 2 ) / 2 · Hj (k)… ( (Number 10)

【0043】[0043]

【数11】 △Wji(k)=−η・∂J(k)/∂Wji(k) =η・E(k)・(1−Yn(k)2)・Vj(k) ・(1−Hj(k)2)/2・Xi(k) …(数11)[Expression 11] ΔWji (k) = − η · ∂J (k) / ∂Wji (k) = η · E (k) · (1-Yn (k) 2 ) · Vj (k) · (1- Hj (k) 2 ) / 2 · Xi (k) (Equation 11)

【0044】[0044]

【数12】 Vj(k+1)=Vj(k)+△Vj(k) …(数12)[Equation 12] Vj (k + 1) = Vj (k) + ΔVj (k) (Equation 12)

【0045】[0045]

【数13】 Wji(k+1)=Wji(k)+△Wji(k) …(数13) 上式より、第二の発明では、第一の発明で数5および数
6を計算する際に必要とした∂Y(k)/∂U(k)の制御
対象の事前情報を必要としない。
[Equation 13] Wji (k + 1) = Wji (k) + ΔWji (k) (Equation 13) From the above equation, in the second invention, it is necessary to calculate Equations 5 and 6 in the first invention. It does not require the prior information of the controlled object of ∂Y (k) / ∂U (k).

【0046】図4は、第三の発明の一実施例を表すブロ
ック図である。第三の発明は、制御対象の入力端に加法
的な非線形性や外乱が作用した場合に特に効果を発揮す
る。
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the third invention. The third invention is particularly effective when additive non-linearity or disturbance acts on the input end of the controlled object.

【0047】ステップk時刻における制御の流れについ
て説明する。まず、制御対象の出力Y(k)2を読み取
る。フィードバック補償器10は、目標値R(k)14 と
制御対象の出力2との偏差に基づいてUb(k)11 を発
生する。フィードフォワード補償器12は、目標値R
(k)14に基づいてUf(k)13を発生する。ニューラ
ルネットワーク4は、制御対象の出力Y(k),1ステッ
プ過去の出力Y(k−1),…,nステップ過去の出力Y
(k−n)、および1ステップ過去の操作量U(k−1),
2ステップ過去の操作量U(k−2),…,mステップ過去
の操作量U(k−m)を入力層に設定する。ニューラルネ
ットワーク4の出力Yn(k)5は、Uf(k)13とUb
(k)11 の加算した信号を補正して、kステップにお
ける操作量U(k)3となる。
The control flow at the time of step k will be described. First, the output Y (k) 2 to be controlled is read. The feedback compensator 10 generates Ub (k) 11 based on the deviation between the target value R (k) 14 and the output 2 of the controlled object. The feedforward compensator 12 has a target value R
Uf (k) 13 is generated based on (k) 14. The neural network 4 outputs the output Y (k) of the controlled object, the output Y (k-1) of one step past, ..., The output Y of n steps past.
(k−n), and the operation amount U (k−1) one step past,
The operation amount U (k−2), which is two steps past, is set to the input layer, the operation amount U (k−m) which is m steps past. The output Yn (k) 5 of the neural network 4 is Uf (k) 13 and Ub
The signal added by (k) 11 is corrected to obtain the manipulated variable U (k) 3 at the k step.

【0048】以上の演算が終了した後に、ニューラルネ
ットワーク4の学習が行われる。本発明では、ニューラ
ルネットワークの出力Yn(k)5 と操作量U(k)3の加
算信号を入力した線形モデル4の出力Ym(k)7 が、制
御対象の出力Y(k)2と等しくなるようにニューラルネ
ットワークの学習を行う。すなわち、学習手段8は、制
御対象の出力Y(k)2と線形モデルの出力Ym(k)7 の
誤差E(k)の二乗誤差、すなわち、
After the above calculation is completed, learning of the neural network 4 is performed. In the present invention, the output Ym (k) 7 of the linear model 4 to which the output signal Yn (k) 5 of the neural network and the addition signal of the manipulated variable U (k) 3 are input is equal to the output Y (k) 2 of the controlled object. Learn the neural network so that That is, the learning means 8 has a squared error of the error E (k) between the output Y (k) 2 of the controlled object and the output Ym (k) 7 of the linear model, that is,

【0049】[0049]

【数14】 J(k)=(Y(k)−Ym(k))2/2 =E(k)2/2 …(数14) を最小にするように、結合荷重を変えることを行う。こ
の学習処理は、出力層から入力層へ向かって順次行う。
Equation 14] J (k) = (Y ( k) -Ym (k)) a 2/2 = E (k) 2/2 ... ( number 14) to minimize, performs varying the connection weights . This learning process is sequentially performed from the output layer to the input layer.

【0050】結合荷重は、次式に従って変化させる。The coupling load is changed according to the following equation.

【0051】[0051]

【数15】 △Vj(k)=−η・∂J(k)/∂Vj(k) =η・E(k)・b0・(1−Yn(k)2)/2・Hj(k)…(数15)[Formula 15] ΔVj (k) = − η · ∂J (k) / ∂Vj (k) = η · E (k) · b0 · (1-Yn (k) 2 ) / 2 · Hj (k) … (Equation 15)

【0052】[0052]

【数16】 △Wji(k)=−η・∂J(k)/∂Wji(k) =η・E(k)・b0・(1−Yn(k)2)・Vj(k) ・(1−Hj(k)2)/2・Xi(k) …(数16)[Expression 16] ΔWji (k) = − η · ∂J (k) / ∂Wji (k) = η · E (k) · b0 · (1-Yn (k) 2 ) · Vj (k) · ( 1-Hj (k) 2 ) / 2 · Xi (k) (Equation 16)

【0053】[0053]

【数17】 Vj(k+1)=Vj(k)+△Vj(k) …(数17)[Expression 17] Vj (k + 1) = Vj (k) + ΔVj (k) (Expression 17)

【0054】[0054]

【数18】 Wji(k+1)=Wji(k)+△Wji(k) …(数18) ただし、b0は線形モデル6の直流ゲイン、すなわち、
b0=∂Ym(k)/∂Yn(k) である。上式より、第三
の発明では、第一の発明で数5および数6を計算する際
に必要とした∂Y(k)/∂U(k)の制御対象の事前情報
を必要としない。
Wji (k + 1) = Wji (k) + ΔWji (k) (Equation 18) where b0 is the DC gain of the linear model 6, that is,
b0 = ∂Ym (k) / ∂Yn (k). From the above equation, the third invention does not require the prior information of the control target of ∂Y (k) / ∂U (k), which was required when calculating the equations 5 and 6 in the first invention.

【0055】図5は、第一の発明の上記実施例をディス
ク装置で実現するハードウエアのブロック図の一例であ
る。図5に示す構成法は、第二の発明や第三の発明の上
記実施例を実現するハードウエアの構成方法としても有
効である。
FIG. 5 is an example of a block diagram of hardware for realizing the above-described embodiment of the first invention in a disk device. The configuration method shown in FIG. 5 is also effective as a hardware configuration method for realizing the above-described embodiments of the second invention and the third invention.

【0056】図5に示すように、図1における制御対象
1はヘッド支持機構系からなる。ヘッド支持機構系は、
具体的には、ヘッド31を支持する機構32,その機構
を駆動するボイスコイルモータ33,ボイスコイルモー
タに電流を印加するパワーアンプ34,ディジタル信号
をアナログ信号に変換するDA変換器35,ディスク円
板30に記録されたトラック上の目標軌道36とヘッド
31との偏差位置信号37:Ye を検出するヘッド位置
検出手段38、及びアナログ信号をディジタル信号に変
換するAD変換器39において、DA変換器からAD変
換器までのダイナミクスを表す。
As shown in FIG. 5, the controlled object 1 in FIG. 1 comprises a head support mechanism system. The head support mechanism system
Specifically, a mechanism 32 that supports the head 31, a voice coil motor 33 that drives the mechanism, a power amplifier 34 that applies a current to the voice coil motor, a DA converter 35 that converts a digital signal into an analog signal, and a disk circle. A head position detecting means 38 for detecting the deviation position signal 37: Ye between the target track 36 on the track recorded on the plate 30 and the head 31, and an AD converter 39 for converting an analog signal into a digital signal are DA converters. To the AD converter.

【0057】これらのダイナミクスは、基本的には二次
遅れ系でモデル化される。しかし、ボイスコイルモータ
33の位置によるゲイン変動や、ヘッド位置検出手段3
8の非線形性や、ヘッド支持機構32の温度によるダイ
ナミクス変動などの乗法的非線形変動が存在する。ま
た、トラック上に記録されている目標軌道36は、目標
軌道を記録する際のディスク装置の振動やディスク円板
30の回転振動によりわずかながら真円よりうねって記
録される。すなわち、ディスク装置では、制御対象の出
力端に加法的な外乱が存在する。ディスク装置の制御目
的は、制御対象に加わる乗法的・加法的な非線形性の影
響を除去し、偏差位置信号と目標値との偏差を零にする
ことであり、この目的は、上記第一,第二,第三の発明
によって解決される。
These dynamics are basically modeled by a quadratic delay system. However, the gain variation due to the position of the voice coil motor 33 and the head position detecting means 3
8 and a multiplicative non-linear variation such as dynamic variation due to the temperature of the head support mechanism 32. Further, the target trajectory 36 recorded on the track is slightly undulated from a perfect circle due to the vibration of the disk device at the time of recording the target trajectory and the rotational vibration of the disk disc 30. That is, in the disk device, there is an additive disturbance at the output end of the controlled object. The control purpose of the disk device is to eliminate the influence of multiplicative / additive non-linearity applied to the controlled object, and to make the deviation between the deviation position signal and the target value zero. It is solved by the second and third inventions.

【0058】図5における演算処理は、マイクロプロセ
ッサシステム46内で実行される。マイクロプロセッサ
システム46では、マイクロプロセッサ41とニューロ
プロセッサ40がバスライン45を介して、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)42,ROM(読みだし専用メ
モリ)43に接続されている。ROM43は、ニューラ
ルネットワーク4の構造,学習手段8,フィードバック
補償器10,フィードフォワード補償器12、および線
形モデル6のプログラムを格納する。RAM42は、制
御対象の入出力信号を一時的に記憶する役割をはたす。
ニューロプロセッサ40は、マイクロプロセッサ41で
代用してもよいが、AD変換器39の出力結果を基にニ
ューラルネットワークの演算(数2,数3)と学習の演
算(数7,数8)を高速に実行する。ニューラルネット
ワークの出力の結果は、操作量3となり、バスライン4
5を介してDA変換器35へ印加される。コマンド発生
器44は、AD変換器の出力信号を監視し、学習手段9
のスイッチの役割をはたす。
The arithmetic processing in FIG. 5 is executed in the microprocessor system 46. In the microprocessor system 46, the microprocessor 41 and the neuroprocessor 40 are connected to a RAM (random access memory) 42 and a ROM (read-only memory) 43 via a bus line 45. The ROM 43 stores the structure of the neural network 4, the learning means 8, the feedback compensator 10, the feedforward compensator 12, and the program of the linear model 6. The RAM 42 plays a role of temporarily storing an input / output signal to be controlled.
The neuroprocessor 40 may be replaced by the microprocessor 41, but the neural network operation (Equations 2 and 3) and learning operation (Equations 7 and 8) are performed at high speed based on the output result of the AD converter 39. To run. The output of the neural network is the manipulated variable 3, and the bus line 4
It is applied to the DA converter 35 via 5. The command generator 44 monitors the output signal of the AD converter, and the learning means 9
Play the role of a switch.

【0059】図6は、上記実施例を用いない場合のディ
スク装置の操作量U3から制御対象の出力Y2までのヘ
ッド支持機構系のゲイン線図の一例である。加振信号の
ゲインを変えて3回測定した結果をプロットしている。
基本的には二次遅れ系としてモデル化可能であるが、低
域にはベアリング等の粘性抵抗等の影響が、高域にはヘ
ッドを支える支持系の影響が表れているのが分かる。従
来は、これらの影響を考慮することなく、平均化した二
次遅れ系で制御対象をモデル化し、各補償器の設計を行
っていた。
FIG. 6 is an example of a gain diagram of the head support mechanism system from the operation amount U3 of the disk device to the output Y2 of the controlled object when the above embodiment is not used. The results of measurement three times while changing the gain of the excitation signal are plotted.
Basically, it can be modeled as a second-order lag system, but it can be seen that the influence of viscous resistance of bearings etc. in the low range and the influence of the support system supporting the head appear in the high range. Conventionally, each compensator has been designed by modeling the controlled object with an averaged second-order lag system without considering these effects.

【0060】一方、図7は、実施例を用いた場合の補償
器の出力信号Ubf16から制御対象の出力Y2までのヘ
ッド支持機構系のゲイン線図の一例である。図6と同様
に、加振信号のゲインを変えて3回測定した結果をプロ
ットしている。ニューラルネットワークによって低域の
非線形性と高域の非線形性が補償され、すべての周波数
帯域で設計者が設定した二次遅れ系の線形モデルとなっ
ていることが分かる。これにより、線形モデルに基づい
たフィードバック補償器やフィードフォワード補償器が
有効に働き、制御対象に非線形や外乱が存在するにもか
かわらず、安定した応答を得ることが可能となる。
On the other hand, FIG. 7 is an example of a gain diagram of the head support mechanism system from the output signal Ubf16 of the compensator to the output Y2 to be controlled when the embodiment is used. Similar to FIG. 6, the results of measurement three times while changing the gain of the excitation signal are plotted. It can be seen that the neural network compensates the low-frequency nonlinearity and the high-frequency nonlinearity, and the linear model of the second-order lag system is set by the designer in all frequency bands. As a result, the feedback compensator and the feedforward compensator based on the linear model work effectively, and it becomes possible to obtain a stable response even if the controlled object has nonlinearity or disturbance.

【0061】実施例では、ディスク装置について説明し
たが、本発明はロボットなどの他のメカトロニクス機器
のシステムに適用しても上記と同様の効果を得ることが
できる。
Although the disk device has been described in the embodiment, the same effects as described above can be obtained by applying the present invention to a system of other mechatronics equipment such as a robot.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明によれば、制御対象を希望の線形
モデルとなるようにニューラルネットワークを用いて操
作量や目標値を補正する。このため、制御対象の非線形
性や外乱等の影響を考慮することなく設定した線形モデ
ルに基づいて線形制御系を構成することができ、安定し
た応答を得ることが可能となる。
According to the present invention, the manipulated variable and the target value are corrected by using a neural network so that the controlled object becomes a desired linear model. Therefore, the linear control system can be configured based on the set linear model without considering the influence of the non-linearity of the controlled object or the disturbance, and the stable response can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四の実施例を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明のディスク装置への一例を示すブロック
図。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a disk device of the present invention.

【図6】本発明を用いない場合のゲイン線図。FIG. 6 is a gain diagram when the present invention is not used.

【図7】本発明を用いた場合のゲイン線図。FIG. 7 is a gain diagram when the present invention is used.

【図8】従来のブロック図。FIG. 8 is a conventional block diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…制御対象、2…制御対象の出力、3…操作量、4…
ニューラルネットワーク、6…線形モデル、7…線形モ
デルの出力、8…学習手段、9…学習手段への誤差信
号、10…フィードバック補償器、11…フィードバッ
ク補償器の出力、12…フィードフォワード補償器、1
3…フィードフォワード補償器の出力、14…目標値、
15…目標値と制御対象の出力の偏差。
1 ... Control object, 2 ... Output of control object, 3 ... Operation amount, 4 ...
Neural network, 6 ... Linear model, 7 ... Linear model output, 8 ... Learning means, 9 ... Error signal to learning means, 10 ... Feedback compensator, 11 ... Feedback compensator output, 12 ... Feedforward compensator, 1
3 ... Output of feedforward compensator, 14 ... Target value,
15 ... Deviation between target value and output of controlled object.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御対象の制御出力を目標値に一致させる
ように前記目標値と前記制御出力との制御偏差をフィー
ドバック制御する制御器を有する制御装置において、 前記制御器の出力を入力信号とするニューラルネットワ
ークモデルと、前記制御器の出力を入力信号とする線形
モデルと、前記ニューラルネットワークの出力を前記制
御対象の入力信号とし、前記制御対象の出力と前記線形
モデルの出力が等しくなるように前記ニューラルネット
ワークの各層間の重みを変化させる学習手段とを含むこ
とを特徴とする適応制御装置。
1. A controller having a controller for feedback-controlling a control deviation between the target value and the control output so that a control output of a controlled object coincides with the target value, wherein an output of the controller is an input signal. A neural network model, a linear model using the output of the controller as an input signal, and an output of the neural network as the input signal of the controlled object so that the output of the controlled object and the output of the linear model become equal. An adaptive control device comprising: learning means for changing a weight between layers of the neural network.
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