JPH0792685B2 - 繰返し制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 所定の一定の周期毎に、同じパターンの目標値が繰返し
与えられるフィードバック制御系に用いられる繰返し制
御装置に関する。

［従来の技術］ 第２図は従来の繰返し制御装置の一例を示すブロック図
であり、破線で囲った部分は繰返し制御器である。

繰返し制御装置は、目標値が第３図に示すような周期Ｌ
（秒）の一定のパターンを持ち、第４図に示すように繰
返し与えられる制御系に有効なシステムで目標値が繰返
される毎に、目標値と制御量の制御偏差が改善される。

以下、このことについて説明する。第２図において、制
御対象11の制御量と目標値とが減算器１に入力され、こ
こで制御偏差が求められる。サンプラ２は上記減算器１
の出力をサンプリング周期Ｔでサンプリングし、加算器
３は上記サンプラ２の出力と記憶要素６の出力を加算す
る。上記加算器３の出力はローパスフィルタ５を通り、
無駄時間Ｌ（秒）を持つ上記記憶要素６に入力される。
この記憶要素６はある（所定）目標値周期中に取込まれ
たデータを次の目標値周期まで記憶し、上記サンプラ２
と同期して周期Ｔで記憶値を出力する働きをする。上記
記憶要素６の出力は動的補償器７を通り、加算器９によ
って加算される。直列補償器10は、繰返し制御器がない
状態での系の安定を保つ働きをする。加算器９の出力
は、上記直列補償器10を経て、制御対象11への入力とな
る。以上の構成により、繰返し制御装置は、目標値と制
御量との制御偏差が減っていくように制御される。

ここで、上記構成において、サンプラ２でサンプリング
された制御偏差データがどのように処理されて動的補償
器７への入力となるかについて、第５図を参照して説明
する。いま、繰返し周期をＬ、サンプリング周期をＴと
すると、繰返しの１周期中にサンプラ２によってサンプ
リングされる制御偏差Ｅは、Ｎ＝L/T個ある。これを時
系列に０〜Ｎ−１と番号を付けることにする。このＮ個
の制御偏差Ｅ（ｉ）（ｉ＝０〜Ｎ−１）は、記憶要素６
内にセーブされたＮ個のデータＷ（ｉ）（ｉ＝０〜Ｎ−
１）と加算器３によって（１）式に従って加算される。

加算器３の出力Ｑは、ローパスフィルタ５への入力とな
る。

ローパスフィルタ５を2Nf＋１段のFIR形フィルタ（Fini
te impulse response filter）で構成すると、ロー
パスフィルタ５の出力W⁺（ｉ）は（２）式で表わされ
る。

W⁺（ｉ）＝a_NfQ（ｉ−Nf）＋a_Nf-1Q（ｉ−Nf＋１）＋… ＋a₁Q（ｉ−１）＋a₀Q（ｉ）＋a₁Q（ｉ＋１）＋… ＋a_Nf-1Q（ｉ＋Nf−１）＋a_NfQ（ｉ＋Nf） …（２） a₀〜a_Nf:適当な定数 （２）式よりＮ個のW⁺（ｉ）を計算するためには、Ｎ＋
2Nf個のＱ（ｉ）が必要であることが分る。そこで、不
足するＱ（−１）〜Ｑ（−Ｎf）、Ｑ（Ｎ）〜Ｑ（Ｎ＋N
_f-1）を次のようにおく。

Ｑ（−１）〜Ｑ（−Nf）の場合 Ｑ（ｉ）＝Q^-（Ｎ＋ｉ），−Nfｉ−１ Ｑ（Ｎ）〜Ｑ（Ｎ＋Nf−１）の場合 Ｑ（ｉ）＝Q⁺（ｉ−Ｎ）,NｉＮ＋Nf−１ …（３） ただし、Q^-は前周期の加算器３の出力である。すなわ
ち、加算器３の前周期の終わりのＮf個のデータであ
る。またQ⁺は次周期の加算器３の出力で、加算器３の出
力の次周期始めのＮf個のデータである。

ただし、この置換え操作が可能であるためには、第４図
に示すように繰返し周期が連続している必要がある。

ローパスフィルタ５の出力は記憶要素６に格納され、次
の周期まで記憶される。

第６図は、以上の動作を実現するための一例を示すブロ
ック図であり、ローパスフィルタ５は前述の通り2Nf＋
１段のFIR形フィルタで構成し、動的補償器７はＰ′＋
Ｐ″段のFIR形フィルタとｑ段IIR（Infine impulse r
esponse filter）で構成する。このとき、動的補償器
７の特性はGcは（４）式で表わされる。

▲ｂ⁺ ₁▼〜▲ｂ⁺ _P▼,b₀,▲ｂ^- ₁▼〜▲ｂ⁻ _Ｐ″▼,C₀〜C
_q:適当な定数 記憶要素６は、シフトレジスタで実現される。ただし、
シフトレジスタの段数は、ローパスフィルタ５がＮf・
Ｔ（秒）、動的補償器７がＰ′・Ｔ（秒）の無駄時間を
もつので、その分を指し引いたＮ−Ｎf−Ｐ′段でよ
い。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上述べた従来の繰返し制御装置では、ローパスフィル
タ５の入力データに加算器３の前周期の終わりのデータ
と、次の周期の始めのデータが追加されて、（２）式の
計算（フィルタリング処理）が行われる。そのため、繰
返し制御装置の周期始めの出力値は、前周期終わりの偏
差に依存する。また、周期終りの出力値は、次周期始め
の偏差に依存する。すると、次の問題がある。第７図に
示すように、インターバル間に別の制御モードが入る場
合、前周期と今周期の偏差は全く独立した値と考えるべ
きである。前周期始めの出力値に影響すると、かえって
好ましくない出力が出てしまう虞れがある。

そこで、本発明は繰返される周期と周期の間のインター
バルで別の制御データが入る場合でも、前周期や次周期
の偏差の影響を受けず、それに起因した不適当な出力が
出る虞れがない繰返し制御装置を提供することを目的と
する。

［問題点は解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、所定のインターバル
を持って同じパターンの目標値（１周期Ｌ秒）が繰返し
与えられるフィードバック制御系において、 上記目標値と制御対象の制御量の差である制御偏差をサ
ンプリングするサンプラと、 有限インパルス応答フィルタの出力を上記目標値の周期
Ｌ秒分記憶し、次の目標値パターンが与えられると、上
記サンプラと同期して上記記憶内容を出力する記憶要素
と、 この記憶要素の出力を入力する動的補償器と、 この動的補償器の出力をデジタル／アナログ変換するD/
A変換器と、 このD/A変換器の出力と上記制御偏差とを加算する第１
の加算器と、 上記サンプラの出力と上記記憶要素の出力とを加算する
第２の加算器と、 この第２の加算器の出力値を１周期Ｌ秒分、データ列と
して格納し、そのデータ列の最初に、そのデータ列の最
初の値と等しい値を必要段数だけ付加し、またそのデー
タ列の最後にそのデータ列の最後の値と等しい値を必要
段数だけ付加する演算を行って上記有限インパルス応答
フィルタへ出力する演算装置とからなるものである。

［作用］ 本発明は上記のように構成されていることから、前周期
と次周期の偏差が影響しないため、インターバル間に別
の制御モードが入っても、現在の周期の繰返し制御器の
出力は、前周期と次周期の偏差の影響を受けず、新たに
現在の周期の偏差を改善することが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明による繰返し制御装置の一実施例を
示すブロック図である。いま、繰返し周期を１秒とし、
サンプリング周期を２ミリ秒とし、ローパスフィルタ
（安定化フィルタ）５の段数を13段とし、さらに直列補
償器10と制御対象11全体の伝達特性を例えば（５）式の
ようにした場合について説明する。

第１図において、制御量と目標値を減算器１に入力して
制御偏差を算出し、この制御偏差をサンプラ２で２ミリ
秒毎１周期分、メモリ配列Ｅ（０）〜Ｅ（499）に格納
する。

次に、前周期に計算され、メモリ配列Ｗ（０）〜Ｗ（49
9）を次式に従って加算器３により加算し、Ｑ（６）〜
Ｑ（505）に格納する。

Ｅ（Ｉ）＋Ｗ（Ｉ）→Ｑ（６＋Ｉ） …（６） ０Ｉ499 なお、Ｑ（０）〜Ｑ（５）にはＱ（６）と同じ値を格納
し、Ｑ（506）〜Ｑ（511）にはＱ（505）と同じ値を格
納する。

このＱからローパスフィルタ５は、その出力Ｗを例えば
（７）式に従って算出する。

Ｗ（Ｉ）＝0.012Q（Ｉ）＋0.021Q（Ｉ＋１） ＋0.047Q（Ｉ＋２）＋0.082Q（Ｉ＋３） ＋0.117Q（Ｉ＋４）＋0.143Q＋（Ｉ＋５） ＋0.153Q（Ｉ＋６）＋0.143Q（Ｉ＋７） ＋0.117Q（Ｉ＋８）＋0.082Q（Ｉ＋９） ＋0.047Q（Ｉ＋10）＋0.021Q（Ｉ＋11） ＋0.012Q（Ｉ＋12） ０Ｉ499 …（７） これが現在の周期（今周期）のＷ（Ｉ）である。これは
次周期まで保存される。ここで、（７）式には、前周期
や次周期の制御偏差Ｅが含まれていないことが本発明の
特徴である。

さて、現在の周期の動的補償器７は、その出力Ｘを前周
期のＷから例えば次式によって算出される。

Ｘ（Ｉ）＝33W（Ｉ−２）−27W（Ｉ−１） −34.7W（Ｉ）＋30.6W（Ｉ＋１） ２Ｉ498 （８） Ｘ（０）＝Ｘ（１）＝Ｘ（499）＝0.0 （８′） または、（８′）式を使用せず、（８″）式のように、
Ｗ（−２）,W（−１）,W（500）をおくことによって
（８）式からＸ（０）,X（１）,X（499）を算出しても
よい。

Ｗ（−２）＝Ｗ（−１）＝Ｗ（０）， Ｗ（500）＝Ｗ（499）， （８″） この動的補償器７の出力Ｘを、D/A変換器８でD/A変換し
てアナログ信号に変えた後、減算器１の出力を、加算器
９により加算する。加算器９の出力は、直列補償器10を
経て制御対象11の入力となる。

以上述べた実施例は従来以下のような問題点に対処する
ため、なされたものである。すなわち、フィルタリング
処理を行う（２）式の演算において、入力すべきＱ（−
Ｎf）〜Ｑ（−１）,Q（Ｎ）〜Ｑ（Ｎ−１＋Ｎf）に、前
周期や次周期の加算器３の出力値を代入していたため
｛（３）式参照）｝、前周期や次周期の偏差が、現在の
周期の（２）式の演算に影響し、ひいては繰返し制御器
の出力にも影響を与えていた。

このようことから、本発明の実施例では、Ｑ（−Ｎf）
〜Ｑ（−１）,Q（Ｎ）〜Ｑ（Ｎ＋N_f-1）に前周期や次周
期の加算器３の出力値を用いず、 の様に、演算装置４により演算する。ここでＱ（０）
は、現在の周期の加算器３の出力値の時系列の最初の値
であり、Ｑ（Ｎ−１）は現在の周期の加算器３の出力値
の時系列の最後の値である。すると、（２）式の演算
に、前周期、次周期の偏差が影響しないため、インター
バル間に別の制御モードが入っても現在の周期の繰返し
制御器の出力は、前周期と次周期の偏差の影響を受け
ず、新たに現在の周期の偏差を改善する制御指令が与え
られる。

［発明の効果］ 以上述べた本発明による繰返し制御装置によれば、その
出力を計算する際、前周期の偏差や次周期の偏差を必要
としないため、繰返される周期期間のインターバルで別
の制御モードが入る場合でも、前周期や次周期の偏差の
影響を受けず、それに起因した不適当な出力が出る虞れ
がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による繰返し制御装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図は従来の繰返し制御装置の一例を示
すブロック図、第３図は第２図の繰返し制御装置に与え
られる目標値パターン例を示す図、第４図は第２図の目
標値パターンの与えられ方を説明するための図、第５図
は従来の繰返し制御装置で行う演算の説明図、第６図は
従来の繰返し制御装置の一具体例を示す図、第７図は目
標値の周期と周期の間に別の制御モードが入る場合、繰
返し制御装置に与えられる目標値パターンの与えられ方
を説明するための図である。 １……減算器、２……サンプラ、３……加算器、４……
演算装置、５……ローパスフィルタ、６……記憶要素、
７……動的補償器、８……D/A変換器、９……加算器、1
0……直列補償器、11……制御対象。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸上 寿夫 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 中野 道雄 神奈川県横浜市緑区荏田北２の７の47 (56)参考文献 特開 昭55−135903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89120（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のインターバルを持って同じパターン
   の目標値（１周期Ｌ秒）が繰返し与えられるフィードバ
   ック制御系において、 上記目標値と制御対象の制御量の差である制御偏差をサ
   ンプリングするサンプラと、 有限インパルス応答フィルタの出力を上記目標値の周期
   Ｌ秒分記憶し、次の目標値パターンが与えられると、上
   記サンプラと同期して上記記憶内容を出力する記憶要素
   と、 この記憶要素の出力を入力する動的補償器と、 この動的補償器の出力をデジタル／アナログ変換するD/
   A変換器と、 このD/A変換器の出力と上記制御偏差とを加算する第１
   の加算器と、 上記サンプラの出力と上記記憶要素の出力とを加算する
   第２の加算器と、 この第２の加算器の出力値を１周期Ｌ秒分、データ列と
   して格納し、そのデータ列の最初に、そのデータ列の最
   初の値と等しい値を必要段数だけ付加し、またそのデー
   タ列の最後にそのデータ列の最後の値と等しい値を必要
   段数だけ付加する演算を行って上記有限インパルス応答
   フィルタへ出力する演算装置と、 からなる繰返し制御装置。