JPS60263207A - プロセス制御装置 - Google Patents
プロセス制御装置Info
- Publication number
- JPS60263207A JPS60263207A JP12036784A JP12036784A JPS60263207A JP S60263207 A JPS60263207 A JP S60263207A JP 12036784 A JP12036784 A JP 12036784A JP 12036784 A JP12036784 A JP 12036784A JP S60263207 A JPS60263207 A JP S60263207A
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- JP
- Japan
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- control
- operator
- feedforward
- feedback
- calculator
- Prior art date
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、フィードバック制御器とフィードフォワード
制御器とを用いて、制御対象となるプロセスを制御する
プロセス制御装置に関する。
制御器とを用いて、制御対象となるプロセスを制御する
プロセス制御装置に関する。
外乱を抑制し、出力を目標値信号に追従させるフィード
バック・フィードフォワードサーボ系の制御定数の演算
式については、これまで、杜氏らの方法(朴、鈴木、藤
井共著:積分形コンl−ローラをもつ多変数線形最適追
従系の設計、計測自動制御学会論文集、 Vol、 1
0. NQl 、1972 )が知られている。すなわ
ち、これは制御対象の動特性を、x (t ) =A・
x (t ) +B−u (t ) −−−−・−(1
)y (t )=C−x (t ) ・・・ ・・・
(2)といった状態方程式で記述するとともに積分コン
トローラとフィードフォワード補償器を含めた拡大系に
よって、評価関数が最少になるような操作信号を1(i
ccati方程式の解行列を用いて演算するようにして
いる。ここで、V(t)は出力、X(t)は状態量、u
B)は入力であり、A、BXCはそれぞれnxn、nx
m、Pxnの行列である。
バック・フィードフォワードサーボ系の制御定数の演算
式については、これまで、杜氏らの方法(朴、鈴木、藤
井共著:積分形コンl−ローラをもつ多変数線形最適追
従系の設計、計測自動制御学会論文集、 Vol、 1
0. NQl 、1972 )が知られている。すなわ
ち、これは制御対象の動特性を、x (t ) =A・
x (t ) +B−u (t ) −−−−・−(1
)y (t )=C−x (t ) ・・・ ・・・
(2)といった状態方程式で記述するとともに積分コン
トローラとフィードフォワード補償器を含めた拡大系に
よって、評価関数が最少になるような操作信号を1(i
ccati方程式の解行列を用いて演算するようにして
いる。ここで、V(t)は出力、X(t)は状態量、u
B)は入力であり、A、BXCはそれぞれnxn、nx
m、Pxnの行列である。
ラ しかしながら、現実の制御対象の動特性を状態方程
式の形で正確に測定することは困難であるし、また、R
1ccati方程式を効率よくめるのは簡単ではないの
で、この方法は実用上問題がある。
式の形で正確に測定することは困難であるし、また、R
1ccati方程式を効率よくめるのは簡単ではないの
で、この方法は実用上問題がある。
これに対して、北森氏は(制御対象の部分的知識に基づ
く制御系の設計法、計測自動制御学会論文集、 Vol
、 15. No、 4.1979)において、制御系
のモデルGm(S)。
く制御系の設計法、計測自動制御学会論文集、 Vol
、 15. No、 4.1979)において、制御系
のモデルGm(S)。
・・・・・・(3)
を用意し、このモデルに一致するように、I −PD制
御系とPID制御系の制御定数を演算する方法を提案し
ている。この方法は、制御対象の比較的同定しやすい低
周波パラメータに基づき、しかも、使用可能な測定信号
に基づき補償器を構成できるので実用性が高いと言えよ
う。しかしながら、これは基本的にはフィードバック補
償演算器の制御定数の演算方式の提案であり、制御系の
目標値に対する連応性の改善に寄与する零点の設計、す
なわちフィードフォワード補償演算器の制御定数につい
ては具体的演算方式を何等示していない。
御系とPID制御系の制御定数を演算する方法を提案し
ている。この方法は、制御対象の比較的同定しやすい低
周波パラメータに基づき、しかも、使用可能な測定信号
に基づき補償器を構成できるので実用性が高いと言えよ
う。しかしながら、これは基本的にはフィードバック補
償演算器の制御定数の演算方式の提案であり、制御系の
目標値に対する連応性の改善に寄与する零点の設計、す
なわちフィードフォワード補償演算器の制御定数につい
ては具体的演算方式を何等示していない。
本発明は、制御対象の部分的知識に基づき、目標値に対
する連応性を改善するとともにフィードバック制御系と
フィードフォワード制御系との制御定数を演算する手段
を有するプロセス制御装置を提供することを目的として
いる。
する連応性を改善するとともにフィードバック制御系と
フィードフォワード制御系との制御定数を演算する手段
を有するプロセス制御装置を提供することを目的として
いる。
本発明に係るプロセス制御装置は、フィードバック・フ
ィードフォワード制御系の制御定数を、制御対象のパラ
メータと、極および零点を有する新しい参照モデルとを
用い、部分的モデルマツチングの考え方に基づき演算す
る手段を備えたものである。
ィードフォワード制御系の制御定数を、制御対象のパラ
メータと、極および零点を有する新しい参照モデルとを
用い、部分的モデルマツチングの考え方に基づき演算す
る手段を備えたものである。
フィードバック・フィードフォワード制御系において、
フィードバック補償演算器ばかりでなく、フィードフォ
ワード補償演算器の制御定数が部分的モデルマツチング
に基づいた簡単な数ステップの四則演算のみで演算でき
るので、演算器を大幅に軽減できる。また、フィードフ
ォワード補償により、目標値変化に対して、操作端に直
接に働きかける成分があるので制御系の連応性を改善す
ることができる。更に、フィードフォワード補償は、フ
ィードバック補償の外側で作用するので、外乱に対する
抑制力は何等劣化しない利点もある。
フィードバック補償演算器ばかりでなく、フィードフォ
ワード補償演算器の制御定数が部分的モデルマツチング
に基づいた簡単な数ステップの四則演算のみで演算でき
るので、演算器を大幅に軽減できる。また、フィードフ
ォワード補償により、目標値変化に対して、操作端に直
接に働きかける成分があるので制御系の連応性を改善す
ることができる。更に、フィードフォワード補償は、フ
ィードバック補償の外側で作用するので、外乱に対する
抑制力は何等劣化しない利点もある。
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係るプロセス制御装置の
概略構成を示すブロック図である。
概略構成を示すブロック図である。
同図に置いて、2点鎖線で囲まれた部分1はフィードバ
ック・フィードフォワード制御器を示し、また、2は制
御対象を示しているっ フィードバック・フィードフォワード制御器1は、制御
対象2の出力y(t)をフィードバックするとともに目
標値r(t)を入力して、最終的な操作信号uB)を発
生するために、偏差e(t)を入力する主制御器3と、
出力y(t)のフィードバック補償演算器4と、目標値
r(t)のフィードフォワード補償演算器5とを包含し
ている。2点鎖線で囲まれた部分6は、制御定数演算装
置である。この制御定数演算装置6は、制御対象2の伝
達関数G11(S)のパラメータの入力を行なう伝達関
数パラメータ入力演算器(GPIN)7と、参照モデル
のパラメータと補償演算器の次数とを入力する設計パラ
メータ入力演算器(DPI)8と、部分的モデルマツチ
ングに基づいて制御定数を演算する制御定数演算器(C
PD)9とから構成され、GPIN7の出力とDPI8
の出力とをCP[)9に入力して、フィードバック・フ
ィードフォワード制御器1の各補償演算器および主制御
器の制御定数を出力するようにしている。
ック・フィードフォワード制御器を示し、また、2は制
御対象を示しているっ フィードバック・フィードフォワード制御器1は、制御
対象2の出力y(t)をフィードバックするとともに目
標値r(t)を入力して、最終的な操作信号uB)を発
生するために、偏差e(t)を入力する主制御器3と、
出力y(t)のフィードバック補償演算器4と、目標値
r(t)のフィードフォワード補償演算器5とを包含し
ている。2点鎖線で囲まれた部分6は、制御定数演算装
置である。この制御定数演算装置6は、制御対象2の伝
達関数G11(S)のパラメータの入力を行なう伝達関
数パラメータ入力演算器(GPIN)7と、参照モデル
のパラメータと補償演算器の次数とを入力する設計パラ
メータ入力演算器(DPI)8と、部分的モデルマツチ
ングに基づいて制御定数を演算する制御定数演算器(C
PD)9とから構成され、GPIN7の出力とDPI8
の出力とをCP[)9に入力して、フィードバック・フ
ィードフォワード制御器1の各補償演算器および主制御
器の制御定数を出力するようにしている。
次に、制御定数演算装置6で各制御定数の演算について
説明する。
説明する。
今、制御対象2の伝達関数Gl)’(S)が、なんらか
の同定手段により、 ・・・・・・(4) と同定されているものとす玩と、GPIN7は、00、
gl、(12,lJ3の各パラメータを入力する。次に
、DPI8は、サーボ系の制御仕様を表現する参照モデ
ルMr(S)、 ・・・・・・(5) のパラメータ、α2.α3.α4・・・・・・、 β1
゜β2・・・・・・を入力するとともに主制御器3、フ
ィードバック補償演算器4およびフィードフォワード補
償演算器5の伝達関数μΣ、Fe(S)、FF(S)、
但し、 の次数nc 、nB 、nF を入力する。
の同定手段により、 ・・・・・・(4) と同定されているものとす玩と、GPIN7は、00、
gl、(12,lJ3の各パラメータを入力する。次に
、DPI8は、サーボ系の制御仕様を表現する参照モデ
ルMr(S)、 ・・・・・・(5) のパラメータ、α2.α3.α4・・・・・・、 β1
゜β2・・・・・・を入力するとともに主制御器3、フ
ィードバック補償演算器4およびフィードフォワード補
償演算器5の伝達関数μΣ、Fe(S)、FF(S)、
但し、 の次数nc 、nB 、nF を入力する。
そして、CPD9は、gi (i =0.1,2.・・
・)と、αi (i =2’、3.・・・)、ri (
i =1.2.・・・)と、no2口B、 nFとから
、次に示す制御定数、Co 、 C1,C2、・= −
、Cn。
・)と、αi (i =2’、3.・・・)、ri (
i =1.2.・・・)と、no2口B、 nFとから
、次に示す制御定数、Co 、 C1,C2、・= −
、Cn。
fso、fBs、・・・・・・、fBnBfFl 、f
F2 l…… 、fFnFを演算する。たとえば、ri
。== o、nB=1、np= 0、α2、α3、α4
、β!であったとすると、目標値r(t)から出力y(
t−)までの伝達関数が、y (t) C(S)十九F
F (S )・・・・・・(7) となる。したがって、分母と分子をSのべき毎にまとめ
て(5)式の参照モデルとマツチングさせると次のよう
になる。
F2 l…… 、fFnFを演算する。たとえば、ri
。== o、nB=1、np= 0、α2、α3、α4
、β!であったとすると、目標値r(t)から出力y(
t−)までの伝達関数が、y (t) C(S)十九F
F (S )・・・・・・(7) となる。したがって、分母と分子をSのべき毎にまとめ
て(5)式の参照モデルとマツチングさせると次のよう
になる。
1+β1σS+α2I2(σS)2
・・・・・・(8)
そこで、両辺の分母同志と分子同志を等しいと置くこと
により次式を得る。
により次式を得る。
ここで、(6)式において、n=o、nB= i、nF
= Oとすると、(9)式から次式の関係を得ることが
できる。
= Oとすると、(9)式から次式の関係を得ることが
できる。
この(10)式より、次のような設計則が導かれる。
すなわち、各補償演算器の次数を設定すると、(11)
式のような簡単に四則演算により、フィードバック系ば
かりでなくフィードフォワード系の制御定数が演算され
る。
式のような簡単に四則演算により、フィードバック系ば
かりでなくフィードフォワード系の制御定数が演算され
る。
次に、この制御装置を用いて、プロセスを制御した結果
を説明する。
を説明する。
この制御装置において、no−0、nB=1、n、w
Oと設定することにより、フィードフォワードI−PD
制御系が構成されるが、第2図はそのブロック図である
。プロセスパラメータを用いて(11)式により各制御
定数が演算され、各補償I 演算器に設定される。第3
図は、この制御系の応答波形を示したものである。そし
て、第3図(a)は、シ乱をd(t)=Cとし、目11
111r(t)を1=0で単位ステップ変化させたとき
の出力V(t)の応答を示している。また、点線は、フ
ィードフォワード制御系がないときの出力の応答であり
、実線は設計されたフィードフォワード制御系を用いた
ときの出力の応答である。このように、連込性が改善さ
れていることがわかる。第3図(b)は、目標値をr(
t)=Cとし、外乱d(t)を時刻1=0で単位ステッ
プ変化させたときの出力の応答波形である。フィードフ
ォワード制御系のある、なしに拘らず、同様に良好なレ
ギュレーション波形が得られている。
Oと設定することにより、フィードフォワードI−PD
制御系が構成されるが、第2図はそのブロック図である
。プロセスパラメータを用いて(11)式により各制御
定数が演算され、各補償I 演算器に設定される。第3
図は、この制御系の応答波形を示したものである。そし
て、第3図(a)は、シ乱をd(t)=Cとし、目11
111r(t)を1=0で単位ステップ変化させたとき
の出力V(t)の応答を示している。また、点線は、フ
ィードフォワード制御系がないときの出力の応答であり
、実線は設計されたフィードフォワード制御系を用いた
ときの出力の応答である。このように、連込性が改善さ
れていることがわかる。第3図(b)は、目標値をr(
t)=Cとし、外乱d(t)を時刻1=0で単位ステッ
プ変化させたときの出力の応答波形である。フィードフ
ォワード制御系のある、なしに拘らず、同様に良好なレ
ギュレーション波形が得られている。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
ない。すなわち、第2図の制御系は、等価変換すると、
第4図に示すような目標値フィルタを有するフィードフ
ォワードPID制御系で構成することができる。ここで
、3−2が目標値フィルタであり、3−1がPIDII
JII器である。
ない。すなわち、第2図の制御系は、等価変換すると、
第4図に示すような目標値フィルタを有するフィードフ
ォワードPID制御系で構成することができる。ここで
、3−2が目標値フィルタであり、3−1がPIDII
JII器である。
Kc −T; 、Tdは、Co 、Cs 、C2から(
12)式の関係でめることができる。
12)式の関係でめることができる。
また、第1図と第2図の制御系は、ステップ目標値とス
テップ外乱に対して定常偏差が残らない構造となってい
るが、ランプ目標値やランプ外乱に対しては定常偏差が
残ってしまう。このような場合は、第5図に示す制御系
おいて、n=2とすればよい。ただし、この系において
、主制御器3と、フィードフォワード補償器5と、フィ
ードバック補償器4との各補償演算多項式〇(S)、F
F (S )、Fe (S )は、それぞれ、C(S
) =C(1+Ct S +−・・・”+cn、5nc
FF (S )=fp(1+ fFl 3+・・−・・
・+L□fSnfFB (S ) = fBtr +
fa t S +−−−−・−+f snbnb である。
テップ外乱に対して定常偏差が残らない構造となってい
るが、ランプ目標値やランプ外乱に対しては定常偏差が
残ってしまう。このような場合は、第5図に示す制御系
おいて、n=2とすればよい。ただし、この系において
、主制御器3と、フィードフォワード補償器5と、フィ
ードバック補償器4との各補償演算多項式〇(S)、F
F (S )、Fe (S )は、それぞれ、C(S
) =C(1+Ct S +−・・・”+cn、5nc
FF (S )=fp(1+ fFl 3+・・−・・
・+L□fSnfFB (S ) = fBtr +
fa t S +−−−−・−+f snbnb である。
一般に、外生信号である目標値と外乱のどちらか大きい
方の次数をneとすると、 n=n + 1 ・・・・・・ (13)とすることに
より、定常偏差を零にすることができる。ただし、ステ
ップ信号の次数はne= 0、ランプ信号ではne−i
である。このような、高次の外生信号に対しても第5図
のように構成することにより、定常偏差が零となる制御
装置を得ることができる。また、連続演算素子を用いた
制御系ばかりではなく、マイクロコンピュータを内蔵し
たデジタルプロセスコントローラのような離散値系に対
しても実現することができる。
方の次数をneとすると、 n=n + 1 ・・・・・・ (13)とすることに
より、定常偏差を零にすることができる。ただし、ステ
ップ信号の次数はne= 0、ランプ信号ではne−i
である。このような、高次の外生信号に対しても第5図
のように構成することにより、定常偏差が零となる制御
装置を得ることができる。また、連続演算素子を用いた
制御系ばかりではなく、マイクロコンピュータを内蔵し
たデジタルプロセスコントローラのような離散値系に対
しても実現することができる。
第1図は本発明の一実施例に係る制御装置のブロック的
構成図、第2図は同装置のフィードフォワード・IPD
制御系のブロック的構成図、第3図は同制御系の応答波
形図、第4図は第2図と等価な目標値フィルタとフィー
ドフォワードPID制御系のブロック的構成図、第5図
は高次の外生信号に対して定常偏差の残らないフィード
フォワード)−PD制御系のブロック的構成図である。 3・・・主制御器、4・・・フィードバック補償演算器
、5・・・フィードフォワード補償演算器、6・・・制
御定数演算装置、7・・・伝達関数パラメータ入力演算
器8・・・設計パラメータ入力演算器、9・・・制御定
数演算器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 8
構成図、第2図は同装置のフィードフォワード・IPD
制御系のブロック的構成図、第3図は同制御系の応答波
形図、第4図は第2図と等価な目標値フィルタとフィー
ドフォワードPID制御系のブロック的構成図、第5図
は高次の外生信号に対して定常偏差の残らないフィード
フォワード)−PD制御系のブロック的構成図である。 3・・・主制御器、4・・・フィードバック補償演算器
、5・・・フィードフォワード補償演算器、6・・・制
御定数演算装置、7・・・伝達関数パラメータ入力演算
器8・・・設計パラメータ入力演算器、9・・・制御定
数演算器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 8
Claims (1)
- (1)制御対象となるプロセスの出力信号と目標値信号
とを入力して第1の操作信号を出力するフィードバック
制御演算器と、前記目標値信号を入力して前記制御対象
に直接働きかける第2の操作信号を出力するフィードフ
ォワード制御演算器とを備え、前記第1の操作信号と前
記第2の操作信号とを加算して前記制御対象の操作信号
とするプロセス制@装置において、前記制御対象の動特
性パラメータと、制御の制御特性を規定する零点を有す
る参照モデルの係数と、前記フィードバック制御演算器
および前記フィードフォワード制御演算器の次数とを入
力し、これらを設定することにより部分的モデルマツチ
ング法に基づいて前記フィードバック制御演算器および
前記フィードフォワード制御演算器の制御定数を演算す
る手段を具備してなることを特徴とするプロセス制御装
置。 (2前記フィードバック制御演算器は、目標値フィルタ
と、この目標値フィルタで得られた信号と制御対象とな
るプロセスの出力との偏差信号を比例、積分、微分演算
し前記プロセスの操作信号を得る主制御器とで構成され
てなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプ
ロセス制御装置。 (a 前記フィードバック制御演算器は、目標値信号と
制御対象となるプロセスからフィードバックした出力信
号との偏差を演算する減算器と、この減算器で得られた
偏差を積分演算する主制御器と、前記プロセスの出力信
号を比例、微分演算するフィードバック補償演算器とで
構成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のプロセス制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12036784A JPH0797285B2 (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | プロセス制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12036784A JPH0797285B2 (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | プロセス制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60263207A true JPS60263207A (ja) | 1985-12-26 |
| JPH0797285B2 JPH0797285B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=14784443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12036784A Expired - Lifetime JPH0797285B2 (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | プロセス制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797285B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62219001A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Toshiba Corp | 制御装置 |
| JPH0196701A (ja) * | 1987-10-09 | 1989-04-14 | Nobuo Yamamoto | 内部モデル協調型フイードフオワード手法を用いた制御系 |
| JPH0354602A (ja) * | 1989-07-22 | 1991-03-08 | Nobuo Yamamoto | 制御系の時間差比較2自由度制御方法及び装置 |
| US5541833A (en) * | 1987-03-30 | 1996-07-30 | The Foxboro Company | Multivariable feedforward adaptive controller |
| 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 |
| JP2011152005A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Meidensha Corp | 電動機の速度制御装置 |
-
1984
- 1984-06-12 JP JP12036784A patent/JPH0797285B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62219001A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Toshiba Corp | 制御装置 |
| US5541833A (en) * | 1987-03-30 | 1996-07-30 | The Foxboro Company | Multivariable feedforward adaptive controller |
| JPH0196701A (ja) * | 1987-10-09 | 1989-04-14 | Nobuo Yamamoto | 内部モデル協調型フイードフオワード手法を用いた制御系 |
| JPH0354602A (ja) * | 1989-07-22 | 1991-03-08 | Nobuo Yamamoto | 制御系の時間差比較2自由度制御方法及び装置 |
| 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 |
| JP2011152005A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Meidensha Corp | 電動機の速度制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0797285B2 (ja) | 1995-10-18 |
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