JPH08506440A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、指令量（ｗ）と制御量（ｘ）との間の制御偏差（ｄ）を求める比較装置（１）と、比較装置（１）に後置接続され制御対象（３）の操作量（ｙ）を求める補正および操作装置（２）とを有する制御装置に関する。制御装置は、装置（４）力制御量（ｘ）から微分商（ｑ）を求めて補正および操作装置（２）に供給し、補正および操作装置（２）が制御規則に応じて微分商（ｑ）および制御偏差（ｄ）から、瞬時状態（Ｚ０、Ｚ１、…）から出発して、後続状態（Ｚ０、Ｚ１、…）を選び、またこの後続状態（Ｚ０、Ｚ１、…）に応じて操作量（ｙ）に作用することより、迅速に操作量（ｙ）に作用する。本発明はプログラム記憶式制御に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 制御装置 本発明は、指令量と制御量との間の制御偏差を求める比較装置と、比較装置に 後置接続され制御対象の操作量を求める補正および操作装置とを有する制御装置 に関する。 制御課題を解決するため、たとえば電動機の回転数を制御するため、制御装置 を使用することは公知である。電動機の回転数（制御量）は制御装置の測定装置 により検出され、比較装置に供給される。この検出された制御量と目標回転数に 相応する指令量とから比較装置が制御偏差を形成し、この制御偏差から補正およ び操作装置が制御対象に作用し制御量の所望の調整を行う操作量を発生する。 前記の制御課題は相応の制御プログラムを有するプログラム記憶式制御装置に よっても解決され得る。先ず、アナログ形態で存在する制御量が走査されてディ ジタル形態に変換される。続いてプログラム記憶式制御装置がこれらの制御量お よび指令量から制御偏差を計算し、また制御アルゴリズムの規範に従って制御偏 差から操作量を計算し、この操作量がアナログ量への変換の後に出力される。通 常のプログラム記憶式制御装置によるこのような解決策は、制御プログラムの個 々の命令がメモリから次々に読出され、解釈され、また最後に相応のオペレーシ ョンが実行されなければならないという欠点を有する。制御プログラムの処理の ために必要とされる時間は指令量および制御量が走査される走査時点を決定する 。さらに、制御量をアナログ量からディジタル量に変換する精度は所望の制御精 度に相応しなければならない。ちなみに制御対象の特性への制御装置の個別の適 応は（適応性制御装置）たいていの場合走査時間の増大によってのみ可能である 。 これらの欠点はファジイ制御装置により部分的に除去できるが、その場合にも 走査時間が長いという欠点が残る。なぜならば、指令量および制御量の瞬時値が 先ず真理値に変換され、そのために考察される量の数値的な値範囲が言語学上の 値により特徴付けられ、また従属関数により記述される（ファジイ化）からであ る。最後に言語学上の調節が処理され、また従属関数が操作量ｙの代表的な数値 に逆変換される（デファジイ化）。 ドイツ特許出願公開第3743438号明細書から有限オートマトンを用いて入力信 号に関係して制御信号を発生するための方法が公知である。オートマトンのデー タメモリは、各瞬時状態に対応付けられており、また多くの部分範囲から成る範 囲に分割されている。これらはそれぞれ入力ベクトルに対応付けられており、そ の際に入力ベクトルは瞬時状態に対して重要な入力量のそのつどの瞬時状態に対 して重要な組み合わせである。現在の入力中の入力量の全体からそのつどの瞬時 状態に対して重要な組み合わせが現在の入力ベクトルとして選び出され、また、 瞬時状態に対応付けられている範囲のなかに含まれ現在の入力ベクトルに対応付 けられているデータメモリの部分範囲が読出される。それにより入力量の状態変 化への反応時間が短縮される。 本発明の課題は、操作量に迅速に作用する冒頭に記載した種類の制御装置を提 供することにある。 この課題は請求項１の特徴部分にあげられている措置により解決される。 本発明の有利な実施態様は請求項２以下にあげられている。 本発明による制御装置は特にプログラム記憶式状態制御に用いられる。 本発明の実施例を示す図面により本発明、その実施例および利点を一層詳細に 説明する。 図１は制御装置のブロック図、 図２は予め定め得る値範囲内のアナログ量の相対的偏差へのディジタルベクト ルの対応付けを示す図、 図３は状態平面を示す図、 図４は図１による制御装置における制御過程の間の指令量および制御量の時間 的経過を示す図、 図５は制御過程の間の状態移行を示す図である。 図１に符号１を付されているのは制御装置５の比較装置である。指令量ｗと、 測定装置６により制御量ｘａから導出される検出制御量ｘとから時点ｔで ｄ＝ｋ１（ｘ（ｔ）−ｗ（ｔ）） ここでｋ１は一定量 の形態の制御偏差を求める。装置４は制御量ｘから時点ｔ＋Δｔで ｑ＝｛ｘ（ｔ）−ｘ（ｔ−Δｔ）｝／Δｔ） の形態の微分商を形成し、この微分商は装置４および比較装置１に後置接続され ている補正および操作装置２に制御偏差ｄと一緒に供給される。メモリを有する 補正および操作装置２はこのメモリに記憶されている制御規則に従って制御偏差 ｄ、微分商ｑおよび瞬時状態に関係して後続状態を選び出し、この後続状態に相 応して制御対象３の操作量ｙに作用する。その際にこの後続状態への移行の際に 、この状態に対応付けられている予め作成された関数に従って操作量ｙの新しい 値が計算される。 制御規則を説明するため先ず図２を参照する。この図面はアナログ値の相応の 相対的偏差ａｗ、ｂｗへのディジタルベクトルｘｄ、ｘｑの対応付けを示す。そ の際に３ビット幅のデノジタルベクトルｘｄは予め定め得る限界ａ、ｂ…ｆ内の 相対的偏差 ａｗ＝（ｄ／ｗ）・１００〔％〕 を描写し、また同じく３ビット幅のディジタルベクトルｘｑはこれらの限界内の 相対的偏差 ｂｗ＝（ｑ／ｘ）・１００〔％／ｓ〕 を描写する。ここでｄは制御偏差、ｗは指令量、ｘは検出された制御量、ｑは微 分商、またｓは時間単位秒を意味する。たとえば座標（０００）を有するディジ タルベクトルｘｄ、ｑは−１００％から−６０％までの範囲内のアナログ量の相 対的偏差ａｗ、ｂｗに対応付けられており、また座標（１１１）を有するディジ タルベクトルｘｄ、ｘｑは＋６０％から＋１００％までの範囲に対応付けられて いる。 図３はディジタルベクトルｘd、ｘｑにより張られる状態平面を示す。制御対 象３（図１）の挙動に関する知識に基づいて状態平面の格子面に状態Ｚ０、Ｚ１ 、Ｚ１′が対応付けられており、その際に多くの格子面に同一の状態が対応付け られ得る。状態Ｚ１′、Ｚ２′…Ｚ７′はたとえば軸線Ａ−Ａ′に関して状態Ｚ １、Ｚ２…Ｚ７に対して鏡面対称に配置されている。格子面ＲＦ７の状態Ｚ７は たとえば“電動機の回転数を目標回転数へ上昇させるための最大操作量ｙ”を意 味し、 また格子面ＲＦ７′の状態Ｚ７′は“電動機の回転数を目標回転数へ低下させる ための最大操作量ｙ”を意味する。 以下では、図４および図５を参照して、本発明による制御装置の機能および作 用を一層詳細に説明する。 図５には、状態平面の図３中に符号Ｉを付されている象限が示されており、こ の象限に図４に示されている制御過程の間の状態移行が種々の時点で示されてい る。制御過程の間に制御量ｘが図４に示されている曲線のように経過すること、 また時点ｔ０で現在の瞬時状態が状態Ｚ３である（図５）ことが仮定される。時 点ｔ１で指令量ｗからの制御量ｘの相対的偏差ａｗは約−６０％と約−１００％ との間の範囲内にあり、それによって補正および操作装置２は制御規則に従って この偏差ａｗに相応するディジタルベクトルｘｄ＝（０００）を形成する（図２ ）。相対的偏差ｂｗは時点ｔ０およびｔ１での制御量ｘから ｛ｘ（ｔ１）−ｘ（ｔ１−ｔ０）｝／（ｔ１−ｔ０） として計算される微分商から求められ、また約＋１５％と約＋３０％との間の範 囲内にある。補正および操作装置２はそれによりディジタルベクトルｘｑ＝（１ ０１）を形成し、また時点ｔ１で形成されたディジタルベクトル対ｘｄ、ｘｑに より、時点ｔ０で有効な瞬時状態Ｚ３から出発して、後続状態Ｚ２（図３）を選 び出す。この後続状態Ｚ２への移行の際にこの状態に相応する機能が実行され、 この機能により操作量ｙに対する新しい値がたとえば式 ｙ_z2＝ｋ２・ｙ_z3 に相応して計算される。ここでｋ２は正の実の定数を意味する。相応して時点ｔ ２で形成されたディジタルベクトル対ｘｄ／ｘｑ＝（００１）／（１０１）を有 する時点ｔ１で有効な瞬時状態Ｚ２から後続状態Ｚ１へ移行し、また操作量ｙの 新しい値が式 ｙ_z1＝ｋ３・ｙ_Z2 に相応して計算される。ここでｋ３は正の実の定数を意味する。 時点t３＝ｔ２＋Δtでディジタルベクトルｘｄ₃／ｘｑ₃＝（００１）／（１１ ０）を有する補正および操作装置２が状態Ｚ１から後続状態Ｚ０に切換わり、ま た状態移行の間にこの後続状態に相応する機能が操作量ｙの計算を顧慮して実 行される。 本発明による制御装置は各状態切換わりの際に操作量ｙの新しい計算のための 個別に実行可能な機能の実行を許す。それにより、各状態移行の際に操作量ｙが 任意に扱われ得る。このことは任意の制御特性を有する高速の調節器の実現を許 す。制御対象にほぼ無関係であるべき制御特性を有し、また公知のプログラム記 憶式制御に比較して操作量の計算のためにはるかに短い時間しか必要としない制 御装置が実現される。従来の制御装置にくらべて、相応のパラメータ設定ｋｐ、 ｋｉ、ｋｄを有する正確なＰＩＤ制御特性への調節器の拘束が廃止されるという 別の利点も得られる。制御規則は簡略化されて下記のように記述され得る。 制御装置が時点ｔ１で状態Ｚｉ（ｔ）に位置しており、またそれが時点ｔｋ＝ ｔｉ＋Δｔで新たに配列されたディジタル入力ベクトル対ｘｄｋ、ｘｑｋを走査 するならば、制御装置は新しい入力ベクトル対に対応付けられている後続状態Ｚ ｋに移行し、また任意に選択可能で予め制御装置のメモリに記憶された関数ｆｋ によって新しい操作量ｙｋを形成する。制御対象の非線形挙動に関する“知識” は制御装置において考慮に入れられ得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．指令量（ｗ）と制御量（ｘ）との間の制御偏差（ｄ）を求める比較装置（１ ）と、 比較装置（１）に後置接続され制御対象（３）の操作量（ｙ）を求める補正お よび操作装置（２）と を有する制御装置において、 装置（４）が制御量（ｘ）から微分商（ｑ）を求めて補正および操作装置（２ ）に供給し、補正および操作装置（２）が制御規則に応じて微分商（９）および 制御偏差（ｄ）から、瞬時状態（Ｚ０、Ｚ１、…）から出発して、後続状態（Ｚ ０、Ｚ１、…）を選び、またこの後続状態（Ｚ０、Ｚ１、…）に応じて操作量（ ｙ）に作用することにより、迅速に操作量（ｙ）に作用する ことを特徴とする制御装置。 ２．補正および操作装置（２）が制御規則に従って、 制御偏差（ｄ）および微分商（ｑ）のそれぞれ予め定め得る値範囲にディジタ ルベクトル（ｘｄ、ｘｑ）を対応付け、 状態（Ｚ０、Ｚ１、…）を有する状態平面をディジタルベクトル（ｘｄ、ｘｑ ）により張り、また ディジタルベクトル対（ｘｄ／ｘｑ）を有する状態（Ｚ０、Ｚ１、…）を選び 出す ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。 ３．操作量（ｙ）への作用が後続状態（Ｚ０、Ｚ１、…）に相応して予め定めら れた機能により実行されることを特徴とする請求項１または２記載の制御装置。 ４．請求項１ないし３の１つによる制御装置を有するプログラム記憶式状態制御 装置。