JPH09297604A - Generation method and automatic generation device for state equation - Google Patents
Generation method and automatic generation device for state equationInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多変数制御系の設
計に用いられる線形な状態方程式の生成方法及びかかる
状態方程式を入力されたブロック線図データと演算要素
とから自動的に生成する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for generating a linear state equation used for designing a multivariable control system, and an apparatus for automatically generating such a state equation from input block diagram data and arithmetic elements. Regarding
【0002】[0002]
【従来の技術】制御系の設計においては、制御対象とな
るプラントの動的挙動を表す数学モデルとして、下記の
第1式及び第2式にて表される線形な状態方程式が非常
に有効である。2. Description of the Related Art In designing a control system, a linear equation of state represented by the following first and second equations is very effective as a mathematical model representing the dynamic behavior of a plant to be controlled. is there.
【0003】 dX/dt=AX+BU ・・・・・(1) Y=CX+DU ・・・・・(2) 但し、第1式及び第2式において、Xはプラントの状態
を表す状態変数でn次元ベクトル、Uはプタントを操作
するための操作変数でm次元ベクトル、Yは制御の対象
とする出力変数でl次元ベクトルである。また、A,
B,C,Dは夫々(n×n),(n×m),(l×
n),(l×m)次元の定係数行列である。DX / dt = AX + BU (1) Y = CX + DU (2) However, in the first and second equations, X is a state variable that represents the state of the plant and is n-dimensional. A vector, U is an operation variable for operating the pant and is an m-dimensional vector, and Y is an output variable to be controlled and is an l-dimensional vector. Also, A,
B, C, and D are (n × n), (n × m), and (l ×), respectively.
n), (l × m) -dimensional constant coefficient matrix.
【0004】しかし、実際のプラントモデルは、第1式
及び第2式のような線形な状態方程式で表現できること
は稀であり、非線形状態方程式で表現される場合の方が
一般的である。例えばボイラ装置においては、その蒸気
特性が、連続の式、エネルギ保存の式、運動量保存の式
及び蒸気の状態方程式の組合せによって表され、数学モ
デルは非線形微分方程式及び非線形代数方程式により構
成され、その数式個数は250以上にもなる。However, an actual plant model is rarely represented by a linear equation of state such as the first and second equations, and is generally represented by a nonlinear equation of state. For example, in a boiler device, its steam characteristics are represented by a combination of a continuity equation, an energy conservation equation, a momentum conservation equation, and a vapor state equation, and the mathematical model is constituted by a nonlinear differential equation and a nonlinear algebraic equation. The number of mathematical expressions is 250 or more.
【0005】従来、このようなプラントモデルから状態
方程式への変換は、図8に示すように、プラントモデル
から必要個数の方程式を集約して非線形状態方程式 dXi
/dt=f(x1,x2,・・・・・,xn,u1,・・・・・,um)を得、この非線
形状態方程式の偏導関数∂fi/∂xjを求めて上記第
1式及び第2式に示した線形状態方程式を導き、これを
微分方程式解析システムで解いて時間応答計算結果を求
めると共に、同じプラントモデルからブロック線図デー
タを作成し、これをブロック線図解析システムで解いて
時間応答計算結果を求め、両方の計算結果から状態方程
式の妥当性を確認するといった方法で行われている。Conventionally, such a conversion from a plant model to a state equation is performed by consolidating a required number of equations from the plant model as shown in FIG.
/Dt=f(x1,x2,...,xn,u1,...,um) and obtain the partial derivative ∂f i / ∂x j of this nonlinear equation of state The linear state equations shown in Equations 1 and 2 are derived, and this is solved with a differential equation analysis system to obtain the time response calculation result, and block diagram data is created from the same plant model, and this is analyzed with the block diagram. The system is used to solve the problem, obtain the time response calculation result, and confirm the validity of the state equation from both calculation results.
【0006】かかる方法によるときは、言うまでもなく
数式の変換過程でエラーが生じやすく、そのチェックに
も時間がかかる。また、状態方程式のチェックや設計し
た制御方法の検証には原モデルによる解析が不可欠であ
るが、そのためには本計算のほかにシミュレーション用
のデータを別途作成する必要があり、作業が二度手間に
なる、といった問題がある。When using such a method, it goes without saying that an error is likely to occur in the process of converting the mathematical expression, and it takes time to check the error. In addition, analysis by the original model is indispensable for checking the equation of state and verifying the designed control method, but for that purpose, it is necessary to create separate data for simulation in addition to this calculation, which requires twice the labor. There is a problem such as.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記第1式及び第2式
に示すような線形な状態方程式が得られれば、最適レギ
ュレータ理論、ロバスト制御理論、それに適応制御理論
などの制御工学分野で確立されてきた理論を用いて、高
度な制御系を設計できる。また、その他の制御系設計手
法の多くも上記第1式及び第2式に示すような線形状態
方程式をベースにしている。さらに、行列Aの固有値な
どを調べることにより、プラントの動特性に関しても種
々のデータが得られる。このように線形な状態方程式
は、制御系の検討を行う際の不可欠な数学モデルであ
り、これを短時間で生成する方法及び装置の開発が嘱望
されている。If the linear equations of state as shown in the first and second equations are obtained, it is established in the field of control engineering such as optimal regulator theory, robust control theory, and adaptive control theory. Advanced control systems can be designed using the theory obtained. Many other control system design methods are also based on the linear state equations shown in the first and second equations. Further, by examining the eigenvalues of the matrix A, various data can be obtained regarding the dynamic characteristics of the plant. Such a linear equation of state is an indispensable mathematical model when studying a control system, and development of a method and a device for generating it in a short time is desired.
【0008】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、プラントモデルから
作成されるブロック線図データを基にして、制御系の検
討に不可欠な線形な状態方程式を自動的に生成する方法
及び装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a linear state indispensable for studying a control system based on block diagram data created from a plant model. It is to provide a method and apparatus for automatically generating equations.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するため、状態方程式の生成方法に関しては、加減
乗除などの代数演算要素や積分・1次遅れなどの時間に
依存する動的演算要素、時間に対応した出力を発生する
外部入力などの個々の演算要素と、各演算要素間の信号
の流れを表わす連結データとで構成されるブロック線図
データに対して、状態方程式の状態変数、操作変数、出
力変数にそれぞれ該当する演算要素が指定されたとき、
状態変数及び出力変数に該当する演算要素を起点に信号
を上流方向に状態変数及び操作変数に該当する演算要素
に至るまで辿ることにより状態変数及び出力変数の入力
変数の状態変数及び操作変数に関する偏導関数を求め、
この偏導関数から線形な状態方程式及び出力方程式を生
成するという構成にした。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention relates to an algebraic operation element such as addition, subtraction, multiplication and division, and a dynamic time-dependent operation such as integration, first-order delay, etc. regarding a method of generating a state equation. The state of the state equation for the block diagram data composed of individual operation elements such as operation elements and external inputs that generate outputs corresponding to time, and the connection data that represents the signal flow between each operation element. When the calculation element corresponding to each variable, operation variable, output variable is specified,
By tracing the signal in the upstream direction from the calculation element corresponding to the state variable and the output variable to the calculation element corresponding to the state variable and the manipulated variable, the deviation of the input variable of the state variable and the output variable with respect to the state variable and the manipulated variable can be obtained. Find the derivative,
A linear state equation and an output equation are generated from this partial derivative.
【0010】また、状態方程式の自動生成装置に関して
は、加減乗除などの代数演算要素や積分・1次遅れなど
の時間に依存する動的演算要素、時間に対応した出力を
発生する外部入力などの個々の演算要素と、各演算要素
間の信号の流れを表わす連結データとで構成されるブロ
ック線図データの入力部と、状態方程式の状態変数、操
作変数、出力変数にそれぞれ該当する演算要素の入力部
と、前記各入力部に前記ブロック線図と演算要素とが入
力されたとき、状態変数及び出力変数に該当する演算要
素を起点に信号を上流方向に状態変数及び操作変数に該
当する演算要素に至るまで辿ることにより状態変数及び
出力変数の入力変数の状態変数及び操作変数に関する偏
導関数を求め、この偏導関数から線形な状態方程式及び
出力方程式を生成する状態方程式の生成部と、演算結果
である状態方程式の係数行列の出力部と、当該出力部よ
り出力された状態方程式の係数行列をファイルする記憶
装置とを備えるという構成にした。With respect to the automatic generator of the state equation, algebraic calculation elements such as addition, subtraction, multiplication and division, dynamic calculation elements depending on time such as integration and first-order delay, and external inputs for generating outputs corresponding to time The input part of the block diagram data composed of individual calculation elements and the connection data representing the flow of signals between the calculation elements, and the calculation variables corresponding to the state variables, manipulated variables, and output variables of the state equation. When the block diagram and the operation element are input to the input section and each of the input sections, the operation corresponds to the state variable and the operation variable in the upstream direction with a signal starting from the operation element corresponding to the state variable and the output variable. The partial derivatives with respect to the state variables and the manipulated variables of the input variables of the state variables and output variables are obtained by tracing to the elements, and linear state equations and output equations are generated from these partial derivatives. A generation unit of the state equation that the output of the coefficient matrix of the state equation is a calculation result, and the configuration of and a storage device for files coefficient matrix output state equation from the output unit.
【0011】即ち、図1に示すブロック線図データにお
いて、制御対象の動的挙動を表す状態変数xi は1次遅
れや2次遅れなどの動的要素に対応させることができ、
制御したい変数である出力変数yi は動的要素又は代数
要素に対応させることができる。また、プラントを制御
するために利用される操作変数ui も動的要素又は代数
要素に対応させることができる。That is, in the block diagram data shown in FIG. 1, the state variable x i representing the dynamic behavior of the controlled object can be associated with a dynamic element such as a first-order lag or a second-order lag,
The output variables y i, which are variables to be controlled, can correspond to dynamic elements or algebraic elements. The manipulated variables u i used to control the plant can also correspond to dynamic or algebraic elements.
【0012】いま、与えられたブロック線図データから
状態変数xi と出力変数yi に関して下記の第3式及び
第4式の数式が導けたと仮定する。It is now assumed that the following formulas (3) and (4) are derived from the given block diagram data regarding the state variables x i and the output variables y i .
【0013】 dxi/dt=fi(x1,x2,・・・・・,xn,ul,・・・・・,um) ・・・・・(3) yi=gi(x1,x2,・・・・・,xn,ul,・・・・・,um) ・・・・・(4) 但し、fi ,gi は非線形関数である。Dx i / dt = f i (x 1 , x 2 , ・ ・ ・ ・ ・, x n , u l , ・ ・ ・ ・ ・, u m ) (3) y i = g i (x 1 , x 2 , ..., x n , u l , ..., u m ) (4) where f i and g i are non-linear functions.
【0014】xi 、yi 、ui の微小変動を仮定し、上
記第3式及び第4式をテイラー展開すると、第5式及び
第6式の線形式が得られる。If the third and fourth equations are Taylor-expanded on the assumption that minute variations of x i , y i , and u i are obtained, the linear forms of the fifth and sixth equations can be obtained.
【0015】[0015]
【数1】 [Equation 1]
【0016】Δxi 、Δyi 、Δui を夫々状態変数、
出力変数、操作変数とすれば、上記第5式及び第6式か
ら上記第1式及び第2式を作成することができる。ここ
で、行列Aのi行j列要素aijは、第5式の∂fi/∂
xjと等しい。Δx i , Δy i , and Δu i are state variables,
If the output variable and the manipulated variable are used, the first and second equations can be created from the fifth and sixth equations. Here, the i-th row and j-th column element a ij of the matrix A is ∂f i / ∂ in the fifth equation.
is equal to x j .
【0017】しかし、ボイラのような実際のプラントで
は、モデルに含まれる変数が2000〜3000と多
く、また微分方程式と代数方程式の混合となるため、事
実上上記第3式及び第4式を導くことが難しい。However, in an actual plant such as a boiler, the variables included in the model are as many as 2000 to 3000, and the differential equations and algebraic equations are mixed, so that the above third and fourth equations are virtually derived. Difficult to do.
【0018】一方、ブロック線図が有向グラフであるこ
とに着目すると、信号の流れを逆方向に辿ることにより
変数間の偏導関数を数値的に求めることができる。この
方法を用いれば、第3式及び第4式がなくとも、第5式
及び第6式の∂f/∂x、∂f/∂u、∂g/∂x、∂
g/∂uが直接的に決定でき、上記第1式及び第2式の
A,B,C,Dを計算機内で自動的に作成できる。On the other hand, noting that the block diagram is a directed graph, the partial derivative between variables can be numerically obtained by tracing the signal flow in the opposite direction. By using this method, ∂f / ∂x, ∂f / ∂u, ∂g / ∂x, ∂ of the fifth and sixth equations can be obtained without using the third and fourth equations.
g / ∂u can be directly determined, and A, B, C, D of the first and second equations can be automatically created in the computer.
【0019】動特性シミュレーションのためのブロック
線図データには、これまで用いていた制御装置や制御系
設計の対象外のモデルが含まれることが普通である。こ
の場合でも、図1に示すように状態方程式の作成対象と
する要素を指定し、指定要素間の偏導関数を用いること
により、任意の範囲のブロック線図データを線形な状態
方程式に変換することが可能である。このようにして線
形な状態方程式が求められれば、以後は汎用のブロック
線図解析システムを用い、前記の最適レギュレータ理
論、ロバスト制御理論、適応性御理論などを適用するこ
とによって高度な制御系を設計できる。The block diagram data for the dynamic characteristic simulation usually includes a model that has not been used for the control device or control system design that has been used so far. Even in this case, as shown in FIG. 1, the element for which the state equation is to be created is designated and the partial derivative between the designated elements is used to convert the block diagram data in an arbitrary range into a linear state equation. It is possible. If a linear equation of state is obtained in this way, a general-purpose block diagram analysis system will be used thereafter to apply an advanced regulator theory, robust control theory, adaptive control theory, etc. to a sophisticated control system. Can be designed.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】図2に、本発明に係る状態方程式
の自動生成装置を示す。同図から明らかなように、本例
の状態方程式の自動生成装置は、入力データ及び計算結
果等の表示を行うグラフィックディスプレイなどの表示
手段1と、各種の処理及び演算を行うワークステーショ
ンやパーソナルコンピュータ等の演算手段2と、ハード
ディスク装置等の記憶手段7とを有しており、演算手段
2には、ブロック線図データに入力部3と、状態方程式
の状態変数、操作変数、出力変数に該当する演算要素の
入力部4と、計算対象である線形な状態方程式の自動生
成部5と、演算結果である状態方程式の係数行列の出力
部6とが備えられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows an apparatus for automatically generating a state equation according to the present invention. As is apparent from the figure, the automatic state equation generation apparatus of this example includes a display means 1 such as a graphic display for displaying input data and calculation results, and a workstation or personal computer for performing various processes and calculations. And the like, and a storage unit 7 such as a hard disk device. The calculation unit 2 corresponds to the block diagram data input unit 3 and the state variables, operation variables, and output variables of the state equation. There is provided an input unit 4 of a calculation element, an automatic generation unit 5 of a linear state equation which is a calculation target, and an output unit 6 of a coefficient matrix of a state equation which is a calculation result.
【0021】図3に、演算手段2の内部処理フローを示
す。この図から明らかなように、本例においては、線形
な状態方程式の生成が、(S1)ブロック線図データの
読み込み、(S2)状態変数、操作変数、出力変数の読
み込み、(S3)これらのデータを用いた状態方程式の
作成、(S4)演算結果である係数行列の記憶手段7へ
の出力という手順で行われる。FIG. 3 shows an internal processing flow of the calculating means 2. As is clear from this figure, in the present example, the generation of the linear state equation is performed by (S1) reading the block diagram data, (S2) reading the state variables, the operation variables, and the output variables, and (S3) The state equation is created using the data, and (S4) the coefficient matrix that is the calculation result is output to the storage means 7.
【0022】手順S1におけるブロック線図データの入
力処理は、ブロック線図データのデータ形式に依存する
が、一般的には下記の第7式に示すようなものが広く用
いられている。The input processing of the block diagram data in step S1 depends on the data format of the block diagram data, but generally, the one shown in the following formula (7) is widely used.
【0023】 変数名:=演算子(入力変数1,・・・,入力変数k1,$係数1,・・・,係数k2); ・・・・・・・(7) 図4に、ブロック線図データの一例を示す。入力変数
は、上流側の要素を示すことになるので、上記第7式の
ような表現で各要素の計算内容と信号の流れを表現でき
る。ブロック線図データの入力部3では、図4のデータ
を入力し、{変数名,演算子,入力変数1,・・・,入力変
数k1,$係数1,・・・,係数k2} の組で記憶する。処理
を高速化するため、変数名及び入力変数はコード化して
記憶することができる。Variable name: = operator (input variable 1, ..., Input variable k 1 , $ coefficient 1, ..., Coefficient k 2 ); (7) In FIG. An example of block diagram data is shown. Since the input variable indicates the element on the upstream side, the calculation content of each element and the signal flow can be expressed by the expression like the above-mentioned expression 7. In the block diagram data input unit 3, the data of FIG. 4 is input, and {variable name, operator, input variable 1, ..., Input variable k 1 , $ coefficient 1, ..., Coefficient k 2 } Memorize in pairs. To speed up the process, variable names and input variables can be coded and stored.
【0024】図3の手順S2では、状態方程式の状態変
数、操作変数、出力変数とブロック線図データの要素と
の対応付けを行う。図5に、指定形式の一例を示す。状
態変数、操作変数、出力変数の入力部4は、これらのデ
ータを入力し、{状態変数、ブロック線図要素の変数
名}の組で記憶する。In step S2 of FIG. 3, the state variables, operation variables, and output variables of the state equation are associated with the elements of the block diagram data. FIG. 5 shows an example of the designation format. The input unit 4 for state variables, manipulated variables, and output variables inputs these data and stores them as a set of {state variable, variable name of block diagram element}.
【0025】図3の手順S3では、図6の処理フローに
したがって状態方程式を作成する。ブロック線図データ
は、初期時点に外部入力変数と動的変数が値を保持す
る。このため、これらの外部入力変数及び動的変数を基
にして代数要素の値を計算すべく、まず手順S11にお
いて計算の順序付けを行う。これは、初期時点における
外部入力変数及び動的変数を起点にして、その変数がど
の変数の入力変数として用いられているかを探索するこ
とによって決定することができる。次いで、手順S12
において動的変数に初期値を設定した後、手順S13に
移行し、初期時点における外部入力変数及び動的変数を
起点として、手順S11で決定した計算順序にしたがっ
て、代数変数zi の値を計算する。またこれと同時に、
各変数ごとにその入力変数に関する偏微分係数(要素偏
微分係数)∂φi/∂zjを求めておく。但し、φi は変
数iの計算式を表す。In step S3 of FIG. 3, a state equation is created according to the processing flow of FIG. In the block diagram data, external input variables and dynamic variables hold values at the initial point. Therefore, in order to calculate the values of the algebraic elements based on these external input variables and dynamic variables, the calculation is first ordered in step S11. This can be determined by starting from the external input variable and the dynamic variable at the initial time point and searching for which variable the variable is used as the input variable. Then, step S12
After setting the initial value to the dynamic variable in step S13, the process proceeds to step S13, and the value of the algebraic variable z i is calculated according to the calculation order determined in step S11 with the external input variable and the dynamic variable at the initial point as starting points. To do. At the same time,
The partial differential coefficient (element partial differential coefficient) ∂φ i / ∂z j related to the input variable is obtained for each variable. However, φ i represents the calculation formula of the variable i.
【0026】手順S14〜S16では、上記第3式及び
第4式の右辺の偏導関数を求める。第3式の右辺の偏導
関数∂fi/∂xjは、動的変数の入力変数に関する偏導
関数が求められれば、図7に示す方法で簡単に決定でき
る。In steps S14 to S16, the partial derivatives on the right sides of the third and fourth equations are obtained. The partial derivative ∂f i / ∂x j on the right side of the third equation can be easily determined by the method shown in FIG. 7 if the partial derivative related to the input variable of the dynamic variable is obtained.
【0027】図7では、elm3に着目した処理方法を
示している。まず、全変数に対して数値を格納できる表
を用意し、動的変数elm3の入力変数elm2に対応
する位置に“1”を設定する。次に、信号を上流に辿
り、elm2の入力変数であるelm1,elm4の位
置にelm2に対するelm1,elm4の偏微係数
“1”,“−1”をそれぞれ設定する。elm1は操作
変数であり、そこで探索を打ち切る。一方、elm4の
上流変数はx1 であり、x1 の位置にelm4の位置の
値“−1”と偏微係数∂h2/∂(elm3)=∂h2/∂x1
の積を設定する。elm3は動的変数であり、処理はこ
こで終了する。以上の演算は、下記の偏微分のチェーン
ルールを実行したことになり、各変数の位置にはelm
3に対する各変数の偏導関数が格納される。FIG. 7 shows a processing method focusing on elm3. First, a table that can store numerical values for all variables is prepared, and "1" is set in the position corresponding to the input variable elm2 of the dynamic variable elm3. Next, the signal is traced upstream, and the deviation coefficients "1" and "-1" of elm1 and elm4 with respect to elm2 are set at the positions of elm1 and elm4, which are the input variables of elm2. elm1 is an instrumental variable, and terminates the search there. On the other hand, upstream variables elm4 is x 1, the partial derivative .differential.H 2 / ∂ a value "-1" position elm4 the position of x 1 (elm3) = ∂h 2 / ∂x 1
Set the product of. elm3 is a dynamic variable, and the processing ends here. The above calculation means that the following chain rule of partial differentiation is executed, and elm is set at the position of each variable.
The partial derivative of each variable for 3 is stored.
【0028】[0028]
【数2】 [Equation 2]
【0029】一方、x1(elm3)は下記の第8式の
方程式で表されるので、その状態方程式は下記の第9式
のようになる。On the other hand, since x 1 (elm3) is expressed by the equation 8 below, the equation of state is expressed by equation 9 below.
【0030】[0030]
【数3】 (Equation 3)
【0031】上記第9式から上記第5式の∂f1/∂
x1,∂f1/∂x2,・・・・・が下記の第10式に示
すように具体的に決定できる。∂f 1 / ∂ in the above equations 9 to 5
x 1 , ∂f 1 / ∂x 2 , ... Can be specifically determined as shown in the following tenth formula.
【0032】[0032]
【数4】 (Equation 4)
【0033】∂f1/∂x1は上記第1式に示す係数行列
Aの第1行第1列、∂f1/∂x2は当該係数行列Aの第
1行第2列、∂f1/∂u1は上記第1式に示す係数行列
Bの第1行第1列、∂f1/∂u2は当該係数行列Bの第
1行第2列に設定する。つまり、これによって、第1式
に示す係数行列A,Bの第1行が決定できる。そして、
図6に示すようにこれを全状態変数及び出力変数に関し
て繰り返すことにより、第1式及び第2式の係数行列
A,B,C,Dが完成できる。∂f 1 / ∂x 1 is the 1st row and 1st column of the coefficient matrix A shown in the above formula 1, and ∂f 1 / ∂x 2 is the 1st row and 2nd column of the coefficient matrix A and ∂f 1 / ∂u 1 is set in the first row, first column of the coefficient matrix B shown in the first expression, and ∂f 1 / ∂u 2 is set in the first row, second column of the coefficient matrix B. That is, by this, the first row of the coefficient matrices A and B shown in the first equation can be determined. And
By repeating this for all state variables and output variables as shown in FIG. 6, the coefficient matrices A, B, C, and D of the first and second equations can be completed.
【0034】この係数行列A,B,C,Dは、図3の手
順S4で図2の記憶手段7に出力される。この場合、係
数行列A,B,C,Dは、他の制御系設計システムや動
特性解析システムでの利用が容易になるように、文字型
データで出力することがより好ましい。The coefficient matrices A, B, C and D are output to the storage means 7 of FIG. 2 in step S4 of FIG. In this case, it is more preferable that the coefficient matrices A, B, C and D be output as character type data so that they can be easily used in other control system design systems and dynamic characteristic analysis systems.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御系の設計や動特性解析に大きな効果を発揮する線形
状態方程式が非線形ブロック線図データから自動的に作
成できるので、状態方程式の作成時間を大幅に短縮でき
ると共に、状態方程式の作成エラーを防止することがで
きる。また、線形状態方程式の基になる非線形ブロック
線図データとしては、動特性シミュレーションに用いら
れるものをそのまま利用することができるので、データ
の共用化が図れると共にブロック線図シミュレータを用
いることによって原モデルと線形状態方程式モデルの比
較が容易になり、制御系の設計を効率的に行うことがで
きる。As described above, according to the present invention,
Since linear state equations that have a great effect on control system design and dynamic characteristic analysis can be automatically created from nonlinear block diagram data, the state equation creation time can be greatly shortened and state equation creation errors can be prevented. can do. As the nonlinear block diagram data that is the basis of the linear equation of state, the data used for the dynamic characteristic simulation can be used as it is. Therefore, the data can be shared and the original model can be used by using the block diagram simulator. And the linear equation of state model can be easily compared, and the control system can be efficiently designed.
【図1】本発明に係る状態方程式生成法の説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory diagram of a state equation generation method according to the present invention.
【図2】実施形態例に係る状態方程式生成装置の構成図
である。FIG. 2 is a configuration diagram of a state equation generation device according to an exemplary embodiment.
【図3】状態方程式の生成手順を示すフローチャートで
ある。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for generating a state equation.
【図4】ブロック線図データの一例を示す説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of block diagram data.
【図5】状態変数、操作変数、及び出力変数の指定例を
示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of designation of state variables, operation variables, and output variables.
【図6】状態方程式の自動生成部で実行される手順を示
すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a procedure executed by an automatic generation unit of a state equation.
【図7】ブロック線図における偏導関数の計算法を示す
説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method of calculating a partial derivative in a block diagram.
【図8】従来の状態方程式生成法を示すフローチャート
である。FIG. 8 is a flowchart showing a conventional state equation generation method.
1 表示手段 2 演算手段 3 ブロック線図データ入力部 4 状態変数、操作変数、出力変数の入力部 5 状態方程式の自動生成部 6 状態方程式の係数行列出力部 7 記憶手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 display means 2 computing means 3 block diagram data input section 4 input section for state variables, manipulated variables, output variables 5 automatic generation section for state equations 6 coefficient matrix output section for state equations 7 storage means
Claims (2)
次遅れなどの時間に依存する動的演算要素、時間に対応
した出力を発生する外部入力などの個々の演算要素と、
各演算要素間の信号の流れを表わす連結データとで構成
されるブロック線図データに対して、状態方程式の状態
変数、操作変数、出力変数にそれぞれ該当する演算要素
が指定されたとき、状態変数及び出力変数に該当する演
算要素を起点に信号を上流方向に状態変数及び操作変数
に該当する演算要素に至るまで辿ることにより状態変数
及び出力変数の入力変数の状態変数及び操作変数に関す
る偏導関数を求め、この偏導関数から線形な状態方程式
及び出力方程式を生成することを特徴とする状態方程式
の生成方法。1. An algebraic arithmetic element such as addition, subtraction, multiplication and division, and integration.
Time-dependent dynamic operation elements such as next-delay, individual operation elements such as external inputs that generate output corresponding to time,
When the operation elements corresponding to the state variable, operation variable, and output variable of the state equation are specified for the block diagram data composed of the connection data representing the signal flow between the operation elements, the state variable And the partial derivative with respect to the state variable and the manipulated variable of the input variable of the state variable and the output variable by tracing the signal in the upstream direction from the computation element corresponding to the output variable to the computation element corresponding to the state variable and the manipulated variable. And a linear equation of state and an output equation are generated from this partial derivative.
次遅れなどの時間に依存する動的演算要素、時間に対応
した出力を発生する外部入力などの個々の演算要素と、
各演算要素間の信号の流れを表わす連結データとで構成
されるブロック線図データの入力部と、 状態方程式の状態変数、操作変数、出力変数にそれぞれ
該当する演算要素の入力部と、 前記各入力部に前記ブロック線図データと演算要素とが
入力されたとき、状態変数及び出力変数に該当する演算
要素を起点に信号を上流方向に状態変数及び操作変数に
該当する演算要素に至るまで辿ることにより状態変数及
び出力変数の入力変数の状態変数及び操作変数に関する
偏導関数を求め、この偏導関数から線形な状態方程式及
び出力方程式を生成する状態方程式の生成部と、 演算結果である状態方程式の係数行列の出力部と、 当該出力部より出力された状態方程式の係数行列をファ
イルする記憶装置とを備えたことを特徴とする状態方程
式の自動生成装置。2. An algebraic arithmetic element such as addition, subtraction, multiplication and division, and integration.
Time-dependent dynamic operation elements such as next-delay, individual operation elements such as external inputs that generate output corresponding to time,
An input unit of block diagram data composed of connection data representing the flow of signals between the respective arithmetic elements, an input unit of arithmetic elements corresponding to state variables, manipulated variables and output variables of the state equation, and When the block diagram data and the arithmetic element are input to the input unit, the signal is traced upstream from the arithmetic element corresponding to the state variable and the output variable to the arithmetic element corresponding to the state variable and the manipulated variable. By calculating the partial derivatives with respect to the input variables of the state variables and output variables and the manipulated variables, the state equation generator that generates linear state equations and output equations from these partial derivatives, and the state that is the operation result An automatic generation of a state equation, comprising: an output unit for the coefficient matrix of the equation; and a storage device for storing the coefficient matrix for the state equation output from the output unit. Equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10948396A JPH09297604A (en) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | Generation method and automatic generation device for state equation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10948396A JPH09297604A (en) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | Generation method and automatic generation device for state equation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09297604A true JPH09297604A (en) | 1997-11-18 |
Family
ID=14511394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10948396A Pending JPH09297604A (en) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | Generation method and automatic generation device for state equation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09297604A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012022462A (en) * | 2010-07-13 | 2012-02-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Editing method and editing device |
| US10474776B2 (en) | 2014-10-29 | 2019-11-12 | Nec Corporation | Pipe network analysis apparatus, pipe network analysis method, and storage medium |
-
1996
- 1996-04-30 JP JP10948396A patent/JPH09297604A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012022462A (en) * | 2010-07-13 | 2012-02-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Editing method and editing device |
| US10474776B2 (en) | 2014-10-29 | 2019-11-12 | Nec Corporation | Pipe network analysis apparatus, pipe network analysis method, and storage medium |
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