JP3039154B2 - How to adjust the controller - Google Patents
How to adjust the controllerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、コントローラの調整方
法に係り、特に、制御系の入出力変数の時間応答に基づ
いて制御パラメータを調整するのに好適なコントローラ
の調整方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a controller adjusting method, and more particularly to a controller adjusting method suitable for adjusting a control parameter based on a time response of an input / output variable of a control system.
【0002】[0002]
【従来の技術】コントローラにより制御対象を制御する
場合、制御対象の特性に合わせてコントローラの制御パ
ラメータを調整する必要がある。その1つの方法とし
て、「コントローラの調整方法および調整システム」
(特開平3−233702 号公報)に記載されている調整方法
がある。以下に、この従来の調整方法の概要を説明す
る。2. Description of the Related Art When a control target is controlled by a controller, it is necessary to adjust the control parameters of the controller according to the characteristics of the control target. As one of the methods, “adjustment method and adjustment system of controller”
(JP-A-3-233702). Hereinafter, an outline of the conventional adjustment method will be described.
【0003】従来の調整方法は、コントローラと制御対
象を組合わせた制御系の入出力変数の時系列信号に基づ
いてニューラル・ネットワークによりコントローラの制
御パラメータを決定するものである。In the conventional adjusting method, a control parameter of a controller is determined by a neural network based on a time series signal of input / output variables of a control system in which a controller and a control target are combined.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、種
々の制御対象に対応する場合、あるいは制御対象の特性
が大きく変化する場合、1つのニューラル・ネットワー
クで調整するのが難しく、制御対象の特性に対応して複
数のニューラル・ネットワークを用意しなければなら
ず、制御対象の種類が多い場合、あるいは制御対象の特
性変化が特に大きい場合、用意する調整用ニューラル・
ネットワークの個数が大幅に増加する、という問題があ
った。In the above-mentioned prior art, it is difficult to adjust with a single neural network when responding to various control objects or when the characteristics of the control object greatly change. If multiple types of neural networks must be prepared for various types of control objects, or if the characteristics of the control
There was a problem that the number of networks increased significantly.
【0005】本発明は、種々の制御対象に対応する場
合、あるいは制御対象の特性変化が特に大きい場合に
も、用意する調整用ニューラル・ネットワークの個数を
最小に抑え、制御パラメータを良好に調整できる方法の
提供を目的としている。According to the present invention, the number of adjustment neural networks to be prepared can be minimized and the control parameters can be adjusted well even when various control objects are supported or when the characteristic change of the control object is particularly large. It is intended to provide a method.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、制御対象あるいは制御系の入出力変数の時系列信号
を取込み、これらの信号を制御対象あるいは制御系の無
駄時間を基準にして時間軸の方向に正規化すると共に、
制御対象あるいは制御系の時間応答の変動幅を基準にし
て振幅方向に正規化し、この正規化した時系列信号に基
づいてニューラル・ネットワークによりコントローラの
制御パラメータを調整するようにした。In order to achieve the above object, a time series signal of input / output variables of a controlled object or a control system is fetched, and these signals are timed with reference to the dead time of the controlled object or the control system. Normalize to the direction of the axis,
A control parameter of the controller is adjusted by a neural network on the basis of the normalized time series signal based on the normalized time series signal based on the fluctuation width of the time response of the control object or the control system.
【0007】[0007]
【作用】制御対象あるいは制御系の入出力変数の時系列
信号を取込み、これらの信号を制御対象あるいは制御系
の無駄時間を基準にして時間軸の方向に正規化すると共
に、制御対象あるいは制御系の時間応答の変動幅を基準
にして振幅方向に正規化し、この正規化した時系列信号
に基づいてニューラル・ネットワークによりコントロー
ラの制御パラメータを調整するので、種々の制御対象に
も、あるいは制御対象の特性変化が大きい場合にも対応
でき、用意する調整用ニューラル・ネットワークの個数
を最小に抑え、制御パラメータを良好に調整できる。The present invention takes in time-series signals of input / output variables of a controlled object or a control system, normalizes these signals in the direction of the time axis based on the dead time of the controlled object or the control system. Is normalized in the amplitude direction based on the fluctuation width of the time response, and the control parameters of the controller are adjusted by the neural network based on the normalized time series signal. It is possible to cope with a case where the characteristic change is large. The number of prepared neural networks for adjustment can be minimized, and the control parameters can be satisfactorily adjusted.
【0008】[0008]
【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
【0009】本実施例は、制御対象1を制御するコント
ローラ2,制御対象1とコントローラ2を組合わせた制
御系の入出力変数の時系列信号を取込んで正規化する時
系列信号正規化処理システム3,正規化した入出力変数
の時系列信号と調整ルールによりコントローラ2の制御
パラメータを調整するパラメータ調整システム4,パラ
メータ調整システム4の調整ルールを学習により構築す
る調整ルール学習システム5から構成される。This embodiment is a time series signal normalization process for taking in and normalizing a time series signal of an input / output variable of a control system in which the controller 2 controls the control target 1 and the control target 1 and the controller 2 in combination. The system comprises a system 3, a parameter adjustment system 4 for adjusting the control parameters of the controller 2 based on the time series signals of the normalized input / output variables and the adjustment rules, and an adjustment rule learning system 5 for constructing the adjustment rules of the parameter adjustment system 4 by learning. You.
【0010】コントローラ2としてPID(比例・積分
・微分)コントローラを使用する場合について説明す
る。このPIDコントローラの伝達関数Gc(s)は、数
1で与えられる。The case where a PID (proportional / integral / differential) controller is used as the controller 2 will be described. The transfer function G c (s) of the PID controller is given by Equation 1.
【0011】[0011]
【数1】 (Equation 1)
【0012】ここで、Kp:比例ゲイン Ti:積分時間 Td:微分時間 また、制御対象1として伝達関数Gp(s)が、数2で示
す1次遅れ+無駄時間系で近似できる場合について説明
する。Here, K p : proportional gain T i : integration time T d : differentiation time Further, the transfer function G p (s) as the control target 1 can be approximated by a first-order lag + dead time system shown in Expression 2. The case will be described.
【0013】[0013]
【数2】 (Equation 2)
【0014】ここで、K:ゲイン T:時定数 L:無駄時間 時系列信号正規化処理システム3は、制御対象1とコン
トローラ2を組合わせた制御系の入出力変数の時系列信
号を取込み、これらの信号を数3に示すように制御対象
の無駄時間L及び制御系の時間応答の変動幅を基準にし
て正規化する。Here, K: gain T: time constant L: dead time The time-series signal normalization processing system 3 takes in a time-series signal of input / output variables of a control system in which the control target 1 and the controller 2 are combined. These signals are normalized based on the dead time L of the control target and the fluctuation width of the time response of the control system as shown in Expression 3.
【0015】[0015]
【数3】 (Equation 3)
【0016】ここで、 Z:入出力変数の時系列信号 ZN :正規化された入出力変数の時系列信号 fN :正規化関数 入出力変数の時系列信号Z及び正規化された入出力変数
の時系列信号ZN は、それぞれ数4,数5で表わされ
る。Here, Z: time series signal of input / output variables Z N : time series signal of normalized input / output variables f N : time series signal Z of normalized input / output variables and normalized input / output The time series signal Z N of the variable is expressed by Equations 4 and 5, respectively.
【0017】[0017]
【数4】 (Equation 4)
【0018】ここで、r(t−l):(t−l)サンプ
リング時点の目標値 y(t−l):(t−l)サンプリング時点の制御量 M:次数Here, r (tl): target value at the time of sampling (tl) y (tl): control amount at the time of sampling (tl) M: order
【0019】[0019]
【数5】 (Equation 5)
【0020】ここで、rN(tN−l):(tN−1)サ
ンプリング時点の正規化目標値 yN(tN−l):(tN−l)サンプリング時点の正規
化制御量 tN−l:正規化したサンプリング時点 MN:正規化した次数 なお、時系列信号の正規化処理については、後で詳細に
説明する。[0020] Here, r N (t N -l) :( t N -1) sampling points of the normalized target value y N (t N -l) :( t N -l) normalized controlled variable sampling time t N -l: normalized sampling point M N: degree Note normalized, the normalization process of the time series signal will be described later in detail.
【0021】パラメータ調整システム4は、時系列信号
正規化処理システム3で正規化された入出力変数の時系
列信号ZN に基づいてコントローラ2の制御パラメータ
を調整する。この調整プロセスは、数6で表わされる。The parameter adjustment system 4 adjusts the control parameters of the controller 2 based on the time series signal Z N of the input / output variables normalized by the time series signal normalization processing system 3. This adjustment process is represented by Equation 6.
【0022】[0022]
【数6】 (Equation 6)
【0023】ここで、C:制御パラメータ F:調整関数 制御パラメータCは、PIDコントローラの場合、数7
となる。Here, C: control parameter F: adjustment function The control parameter C is expressed by the following equation (7) in the case of a PID controller.
Becomes
【0024】[0024]
【数7】 (Equation 7)
【0025】調整関数F(ZN )は、図2に示す多層
(m層)のニューラル・ネットワークで構成する。The adjustment function F (Z N ) is constituted by a multilayer (m-layer) neural network shown in FIG.
【0026】このニユーラル・ネットワークの構成要素
であるユニットの構成を図3に示す。FIG. 3 shows the configuration of a unit which is a component of this neural network.
【0027】このユニットの入出力関係は、数8,数9
で表わされる。The input / output relationship of this unit is expressed by the following equations (8) and (9).
Is represented by
【0028】[0028]
【数8】 (Equation 8)
【0029】[0029]
【数9】 (Equation 9)
【0030】ここで、 uj(k):第k層の第
jユニットへの入力の総和 vj(k):第k層の第jユニットの出力 wij(k−1,k):第(k−1)層の第iユニットか
ら第k層の第jユニットへの結合の重み係数 f:各ユニットの入出力関係を与える関数 ニューラル・ネットワークの第1層は、入力層であり、
第1層のユニットの出力は、ニューラル・ネットワーク
への入力信号となる。本発明の実施例においては、ニュ
ーラル・ネットワークへの入力信号は、制御対象1の正
規化された入出力変数の時系列信号ZN であり、その対
応は数10に示す。Here, u j (k): the sum of inputs to the j-th unit in the k-th layer v j (k): the output of the j-th unit in the k-th layer w ij (k-1, k): (K-1) weighting factor of the connection from the i-th unit of the layer to the j-th unit of the k-th layer f: a function that gives the input / output relationship of each unit The first layer of the neural network is an input layer,
The output of the first layer unit is the input signal to the neural network. In the embodiment of the present invention, the input signal to the neural network is a time series signal Z N of the normalized input / output variables of the controlled object 1, and the correspondence is shown in Expression 10.
【0031】[0031]
【数10】 (Equation 10)
【0032】また、ニューラル・ネットワークの最終層
(本発明の実施では第m層)は、出力層であり、この層
のユニットの出力は、ニューラル・ネットワークの出力
信号となる。本発明の実施例においては、ニューラル・
ネットワークの出力信号は、コントローラ2の制御パラ
メータCであり、その対応を数11に示す。The last layer (the m-th layer in the embodiment of the present invention) of the neural network is an output layer, and the output of a unit in this layer is an output signal of the neural network. In an embodiment of the present invention, a neural network
The output signal of the network is a control parameter C of the controller 2, and the correspondence is shown in Expression 11.
【0033】[0033]
【数11】 [Equation 11]
【0034】数6に示す調整関数F(ZN )は、数8,数
9に示すユニットの入出力関係が変化するとそれに伴っ
て変化する。すなわち、ニューラル・ネットワークの層
の個数,各層のユニットの個数,各ユニットの重み係数
wij(k−1,k)、各ユニットの入出力関係を与える関
数fが変化すると、調整関数F(ZN )が変化する。し
たがって、層の個数,各層のユニットの個数,各ユニッ
トの重み係数wij(k−1,k)、各ユニットの入出力
関係を与える関数fを調整することにより目的に適合す
る調整関数F(ZN )を構築できる。The adjustment function F (Z N ) shown in Equation 6 changes as the input / output relationship of the units shown in Equations 8 and 9 changes. That is, when the number of layers in the neural network, the number of units in each layer, the weight coefficient w ij (k−1, k) of each unit, and the function f that gives the input / output relationship of each unit change, the adjustment function F (Z N ) changes. Therefore, by adjusting the number of layers, the number of units in each layer, the weight coefficient w ij (k−1, k) of each unit, and the function f that gives the input / output relationship of each unit, the adjustment function F ( Z N ) can be constructed.
【0035】調整ルール学習システム5は、パラメータ
調整システム4の調整ルールを学習により構築する。次
に、この学習のアルゴリズムについて説明する。The adjustment rule learning system 5 constructs the adjustment rules of the parameter adjustment system 4 by learning. Next, the learning algorithm will be described.
【0036】先ず、学習用データとして入出力の組(Z
N ,C)が与えられたとき、数12に示す誤差の2乗を
損失関数Rとして定義する。First, an input / output pair (Z
Given N , C), the square of the error shown in Equation 12 is defined as a loss function R.
【0037】[0037]
【数12】 (Equation 12)
【0038】ここで、 w:ニューラル
・ネットワークの結合の重み係数をすべてまとめたもの vj(m)(w,ZN):入力ZN と重み係数wから総合的
に得られる第m層(出力層)の第jユニットの出力 wの修正量Δwは、損失関数Rのwについての勾配(gr
adient)から求められ、数13で表わされる。Here, w: a sum of all weighting factors of the connection of the neural network v j (m) (w, Z N ): an m-th layer obtained comprehensively from the input Z N and the weighting factor w The correction amount Δw of the output w of the j-th unit in the output layer) is the gradient (gr) of the loss function R with respect to w.
adient) and is expressed by Equation 13.
【0039】[0039]
【数13】 (Equation 13)
【0040】ここで、Δwij(k−1,k):第(k−
1)層の第iユニットから第k層の第jユニットへの結
合の重み係数wij(k−1,k)の修正量 ε:正の定数 ∂R/∂uj(k)=dj(k)とおくと、数13は、数1
4,数15,数16に変形できる。Here, Δw ij (k−1, k): (k−
1) Correction amount of weighting coefficient w ij (k-1, k) for coupling from the i-th unit of the layer to the j-th unit of the k-th layer ε: positive constant ∂R / ∂u j (k) = dj (k), Equation 13 becomes Equation 1
4, Equation 15 and Equation 16.
【0041】[0041]
【数14】 [Equation 14]
【0042】[0042]
【数15】 (Equation 15)
【0043】[0043]
【数16】 (Equation 16)
【0044】ここで、f′:各ユニットの入出力関係を
与える関数fの導関数 数14,数15,数16を用いると、結合の重み係数w
ij(k−1,k)の修正が、k=mからk=2に向かっ
て再帰的に計算される。すなわち、出力層での理想出力
C(j)と実際の出力vj(m)(w,ZN)との誤差を入
力として、出力層から入力層の方向へ、信号の伝播と逆
の方向にwil(k,k+1)で重みをつけた和をとりな
がら伝播していく。これが、誤差逆伝播学習アルゴリズ
ムである。Here, f ′: using the derivatives of the function f that gives the input / output relationship of each unit, Expressions 14, 15, and 16, gives the weighting coefficient w of the combination.
The modification of ij (k-1, k) is calculated recursively from k = m to k = 2. That is, an error between the ideal output C (j) in the output layer and the actual output v j (m) (w, Z N ) is input and the direction from the output layer to the input layer is opposite to the direction of signal propagation. Is propagated while taking the sum weighted by w il (k, k + 1). This is the error back propagation learning algorithm.
【0045】各ユニットの入出力関係を与える関数fが
すべてのユニットについて共通で、数17で表わされる
ものとする。It is assumed that a function f for giving an input / output relation of each unit is common to all units and is expressed by Expression 17.
【0046】[0046]
【数17】 [Equation 17]
【0047】数17より、数18が得られる。From Expression 17, Expression 18 is obtained.
【0048】[0048]
【数18】 (Equation 18)
【0049】数8と数18より、数19が導かれる。Expression 19 is derived from Expressions 8 and 18.
【0050】[0050]
【数19】 [Equation 19]
【0051】なお、学習を滑らかに速く収束させるため
に、数14は、数20のように修正することができる。In order to make learning converge smoothly and quickly, Equation 14 can be modified as Equation 20.
【0052】[0052]
【数20】 (Equation 20)
【0053】ここで、α:正の定数(α=1−εとして
もよい) τ:修正の回数 学習用データの入出力の組(ZN ,C)で、入力ZN を
学習用入力データと呼び、出力Cを学習用教師データと
呼ぶ。次に、本発明の実施例における学習用データの獲
得方法について説明する。Here, α: a positive constant (α = 1−ε may be used) τ: the number of corrections The input Z N is a learning input / output pair (Z N , C) of learning data input / output. And the output C is referred to as learning teacher data. Next, a method for acquiring learning data according to the embodiment of the present invention will be described.
【0054】コントローラの制御パラメータを調整する
場合、ある評価規準に従って調整する。この評価規準と
して、参照モデルがあり、この参照モデルの伝達関数に
制御系の伝達関数を部分的に一致させる調整方法すなわ
ち部分的モデル・マッチング法がある。1次遅れ+無駄
時間系で近似できる制御対象1をPIDコントローラで
制御する場合について図4により説明する。When adjusting the control parameters of the controller, they are adjusted according to a certain evaluation criterion. As the evaluation criterion, there is a reference model, and there is an adjustment method for partially matching the transfer function of the control system with the transfer function of the reference model, that is, a partial model matching method. A case where the control target 1 that can be approximated by the first-order delay + dead time system is controlled by the PID controller will be described with reference to FIG.
【0055】図4において、目標値r(s)に対する制
御量y(s)の閉ループ伝達関数W(s)は、数21で
表わされる。In FIG. 4, the closed-loop transfer function W (s) of the control amount y (s) with respect to the target value r (s) is expressed by Expression 21.
【0056】[0056]
【数21】 (Equation 21)
【0057】数1,数2を数21に代入すると数22が
得られる。By substituting equations (1) and (2) into equation (21), equation (22) is obtained.
【0058】[0058]
【数22】 (Equation 22)
【0059】無駄時間伝達関数Dead time transfer function
【0060】[0060]
【外1】 [Outside 1]
【0061】は、マクローリン展開すると数23で表わ
される。Is expressed by the following equation (23) when it is subjected to the macro-Lin expansion.
【0062】[0062]
【数23】 (Equation 23)
【0063】一方、参照モデルの伝達関数Wr(s)は、
数24で与えられる。On the other hand, the transfer function W r (s) of the reference model is
It is given by Equation 24.
【0064】[0064]
【数24】 (Equation 24)
【0065】ここで、αi :係数 σ:時間スケール・ファクタ 数23を数22に代入して得られる目標値r(s)に対
する制御量y(s)の閉ループ伝達関数W(s)と数2
4に示す参照モデルの伝達関数Wr(s)が部分的に一致
するためには、数25が成立つ必要がある。Here, α i : coefficient σ: time scale factor The closed-loop transfer function W (s) and the number of the control amount y (s) with respect to the target value r (s) obtained by substituting the equation 23 into the equation 22 2
In order for the transfer function W r (s) of the reference model shown in FIG. 4 to partially match, Equation 25 must be satisfied.
【0066】[0066]
【数25】 (Equation 25)
【0067】数25から、数26,数27,数28,数
29が得られ、これらの式によりPIDコントローラの
制御パラメータKp ,Ti ,Td 及び時間スケール・フ
ァクタσを決定できる。From Equation 25, Equations 26, 27, 28, and 29 are obtained, and the control parameters K p , T i , T d and the time scale factor σ of the PID controller can be determined from these equations.
【0068】[0068]
【数26】 (Equation 26)
【0069】[0069]
【数27】 [Equation 27]
【0070】[0070]
【数28】 [Equation 28]
【0071】[0071]
【数29】 (Equation 29)
【0072】数29を解いて最小正実根を時間スケール
・ファクタσとして決定し、数26,数27,数28に
より、Kp ,Ti ,Td を求めることができる。あるい
は、参照モデルが北森モデル(α2 =0.5,α3 =0.
15,α4 =0.03,… )の場合、数29の最小正実
根は、数30で近似でき、このσの近似値を用いて数2
6,数27,数28によりKp ,Ti ,Td を求めるこ
とができる。By solving Equation 29, the minimum true root is determined as the time scale factor σ, and K p , T i , and T d can be obtained from Equations 26, 27, and 28. Alternatively, the reference model is a Kitamori model (α 2 = 0.5, α 3 = 0.5.
15, α 4 = 0.03,...), The minimum positive real root of Expression 29 can be approximated by Expression 30, and using the approximate value of σ, Expression 2
K p , T i , and T d can be obtained from 6, 27, and 28.
【0073】[0073]
【数30】 [Equation 30]
【0074】学習用データの入出力の組(ZN ,C)
は、シミュレーションにより求める。これについても、
図4に示す制御系すなわち1次遅れ+無駄時間で近似で
きる制御対象1をPIDコントローラで制御する場合を
例に説明する。シミュレーションは、制御系のモデルを
用いて実施し、制御対象1の特性(K,T,L)を種々
変更すると共に、コントローラの特性(Kp ,Ti ,T
d )を種々変更して、種々の時間応答を求め、これらの
時間応答から目標値rと制御量yの正規化時系列信号を
学習用入力データZN として収集する。また、学習用入
力データZN を得たときの制御対象1のパラメータK,
T,Lを用いて、数29あるいは数30により時間スケ
ール・ファクタσを求め、さらにこのσを数26,数2
7,数28に代入して制御パラメータKp ,Ti ,Td
を求め、この制御パラメータKp ,Ti ,Td を学習用
教師データCとする。Set of input / output of learning data (Z N , C)
Is obtained by simulation. Again,
An example will be described in which the control system shown in FIG. 4, that is, a control target 1 that can be approximated by a first-order delay + dead time is controlled by a PID controller. The simulation is performed using a model of the control system, and variously changes the characteristics (K, T, L) of the controlled object 1 and the characteristics (K p , T i , T) of the controller.
d) a with various changes, determine the various time response, collecting a normalized time series signal of the target value r and a controlled variable y from these time response as the learning input data Z N. In addition, the parameter K of the control target 1 when the learning input data Z N is obtained,
Using T and L, a time scale factor σ is obtained by Expression 29 or Expression 30, and this σ is further calculated by Expression 26 or Expression 2
7, substituting into Equation 28 for the control parameters K p , T i , T d
And the control parameters K p , T i , and T d are used as learning teacher data C.
【0075】上記の方法で得た学習用データの入出力の
組(ZN ,C)を用いて、先に説明した誤差逆伝播学習
アルゴリズムによりニューラル・ネットワークを学習さ
せ、調整関数F(z)を構築する。Using the input / output pair (Z N , C) of the learning data obtained by the above method, the neural network is learned by the error back propagation learning algorithm described above, and the adjustment function F (z) To build.
【0076】なお、制御対象1の特性(K,T,L)を
種々変更すると共に、コントローラ2の特性(Kp ,T
i ,Td )を種々変更して、種々の時間応答を求める場
合、図5に示すように、目標値にテスト信号tS を重畳
してもよいし、目標値を直接変更するようにしてもよ
い。The characteristics (K, T, L) of the control target 1 are variously changed, and the characteristics (K p , T
When various time responses are obtained by variously changing i , T d ), as shown in FIG. 5, the test signal t S may be superimposed on the target value, or the target value may be directly changed. Is also good.
【0077】テスト信号としては、擬似ランダム信号,
正弦波信号,ステップ信号,ランプ信号等種々の信号が
利用できる。また、制御対象1の特性(K,T,L)及
びコントローラ2の特性(Kp ,Ti ,Td )を種々変
更する場合、等間隔でこれらの特性値を変更してもよい
し、一様乱数を用いてこれらの特性値を変更してもよ
い。As a test signal, a pseudo random signal,
Various signals such as a sine wave signal, a step signal, and a ramp signal can be used. Further, the characteristic control target 1 (K, T, L) and the controller 2 of the characteristic (K p, T i, T d) if variously changed, it may change the values of these characteristics at equal intervals, These characteristic values may be changed using uniform random numbers.
【0078】次に、時系列信号の正規化について説明す
る。先ず、参照モデルであるが、数24において時間ス
ケール・ファクタσが変化すると、入力に対する出力の
時間応答の形状が時間軸の方向に伸縮する。すなわち、
時間スケール・ファクタσが2倍になると、入力に対す
る出力の時間応答の形状は、時間軸の方向に2倍伸び、
立上がり時間も2倍になる。逆に、時間スケール・ファ
クタσが半分になると、入力に対する出力の時間応答の
形状は、時間軸の方向に半分に縮み、立上がり時間も半
分になる。Next, normalization of a time-series signal will be described. First, as for the reference model, when the time scale factor σ changes in Equation 24, the shape of the time response of the output to the input expands and contracts in the direction of the time axis. That is,
When the time scale factor σ doubles, the shape of the time response of the output to the input doubles in the direction of the time axis,
The rise time is also doubled. Conversely, when the time scale factor σ is halved, the shape of the time response of the output to the input shrinks by half in the direction of the time axis, and the rise time is also halved.
【0079】ところで、参照モデルが北森モデルの場
合、先に説明したように時間スケール・ファクタσは、
数30で近似できる。この数30を数24に代入する
と、数31が得られる。When the reference model is the Kitamori model, the time scale factor σ is
It can be approximated by Equation 30. By substituting Equation 30 into Equation 24, Equation 31 is obtained.
【0080】[0080]
【数31】 (Equation 31)
【0081】この数31は、制御系の伝達関数が北森モ
デルに部分的に一致するように制御パラメータKp ,T
i ,Td を調整したときの制御系の伝達関数を近似的に
表わしており、無駄時間Lのみの関数になっている。し
たがって、制御系の入力に対する出力の時間応答の形状
は、制御対象1の特性パラメータである無駄時間Lのみ
に対応して時間軸の方向に伸縮する。すなわち、無駄時
間Lが2倍になると、入力に対する出力の時間応答の形
状は、時間軸の方向に2倍伸び、立上がり時間も2倍に
なる。逆に、無駄時間Lが半分になると、入力に対する
出力の時間応答の形状は、時間軸の方向に半分に縮み、
立上がり時間も半分になる。The equation (31) is based on the control parameters K p and T so that the transfer function of the control system partially matches the Kitamori model.
The transfer function of the control system when i and Td are adjusted is approximately represented, and is a function of only the dead time L. Therefore, the shape of the time response of the output with respect to the input of the control system expands and contracts in the direction of the time axis corresponding to only the dead time L which is the characteristic parameter of the control target 1. That is, if the dead time L is doubled, the shape of the time response of the output to the input is doubled in the direction of the time axis, and the rise time is also doubled. Conversely, when the dead time L is halved, the shape of the time response of the output to the input shrinks by half in the direction of the time axis,
The rise time is halved.
【0082】上記のことから、制御系の伝達関数が北森
モデルに部分的に一致するように制御パラメータKp ,
Ti ,Td を調整したとき、制御系の入出力変数の時系
列信号を数32に示すように、無駄時間Lの整数分の1
でサンプリングすると、入力に対する出力の時間応答
は、ほぼ同一の形状になることが分かる。From the above, the control parameters K p and K p are adjusted so that the transfer function of the control system partially matches the Kitamori model.
When T i and T d are adjusted, the time series signal of the input / output variable of the control system is expressed by the integral time of the dead time L as shown in Expression 32.
, It can be seen that the time response of the output with respect to the input has almost the same shape.
【0083】[0083]
【数32】 (Equation 32)
【0084】ここで、Δt:サンプリング周期 N:整数 すなわち、先に説明したように、数31で近似表現され
る制御系においては、入力に対する出力の時間応答の形
状は、制御対象1の特性パラメータで無駄時間Lのみに
対応して時間軸の方向に伸縮するが、数32に示すよう
に、制御系の入出力変数の時系列信号を無駄時間Lの整
数分の1でサンプリングすると、入力に対する出力の時
間応答は、ほぼ同一の形状になる。例えば、無駄時間L
が2倍になると、入力に対する出力の時間応答の形状
は、時間軸の方向に2倍伸びるが、サンプリング周期も
2倍になるので、入力に対する出力の形状は、ほぼ同一
になる。また、無駄時間Lが半分になると、入力に対す
る出力の時間応答の形状は、時間軸の方向に半分に縮む
が、サンプリング周期も半分になるので、この場合も入
力に対する出力の形状は、ほぼ同一になる。Here, Δt: sampling period N: integer That is, as described above, in the control system approximated by the equation 31, the shape of the time response of the output to the input is determined by the characteristic parameter of the controlled object 1. Expands and contracts in the direction of the time axis in response to only the dead time L. However, as shown in Expression 32, when the time-series signal of the input / output variable of the control system is sampled at an integer fraction of the dead time L, The time response of the output will be of approximately the same shape. For example, the dead time L
Is doubled, the shape of the time response of the output with respect to the input extends twice in the direction of the time axis, but the sampling period also doubles, so that the shape of the output with respect to the input becomes almost the same. When the dead time L is reduced by half, the shape of the time response of the output to the input is reduced by half in the direction of the time axis, but the sampling period is also reduced by half. become.
【0085】一方、制御パラメータKp ,Ti ,Td に
ついては、最適に調整されている状態から比例ゲインK
p を大きくすると、オーバシスートが大きくなり、積分
時間Ti を大きくすると、立上がり時間が長くなり、微
分時間Td を大きくすると、振動が生じ易くなる等、ほ
ぼ同様な特性変化が生じる。また、制御系の無駄時間遅
れは、制御対象の無駄時間Lとほぼ等しい。On the other hand, regarding the control parameters K p , T i , and T d , the proportional gain K
When p is increased, the oversist is increased, when the integration time T i is increased, the rise time is prolonged, and when the differentiation time T d is increased, vibrations are likely to occur. Further, the dead time delay of the control system is substantially equal to the dead time L of the control target.
【0086】これらのことから、制御系が最適に調整さ
れていないときでも、制御系の入出力変数の時系列信号
を数32に示すように、無駄時間Lの整数分の1でサン
プリングすると、入力に対する出力の時間応答は、ほぼ
制御系の調整状態に応じた形状になることが分かる。な
お、このことは、部分的モデル・マッチング法を利用す
る場合に限らず、他の調整方法を利用する場合にも同じ
ことが言える。From these facts, even when the control system is not optimally adjusted, if the time series signal of the input / output variable of the control system is sampled at an integral fraction of the dead time L as shown in Expression 32, It can be seen that the time response of the output with respect to the input has a shape substantially corresponding to the adjustment state of the control system. Note that this is not limited to the case where the partial model matching method is used, and the same can be said for the case where another adjustment method is used.
【0087】したがって、制御系の入出力変数の時系列
信号を取込み、これらの信号を制御対象の無駄時間Lを
基準にして時間軸の方向に正規化し、例えば、無駄時間
Lの整数分の1でサンプリングし、この正規化した時系
列信号に基づいてニューラル・ネットワークによりコン
トローラの制御パラメータを調整すれば、制御対象の特
性変化が大きい場合にも、用意する調整用ニューラル・
ネットワークの個数を増加させることなく最小の個数で
制御パラメータの調整ができる。Therefore, the time series signals of the input / output variables of the control system are fetched, and these signals are normalized in the direction of the time axis with reference to the dead time L of the control object. If the control parameters of the controller are adjusted by a neural network based on the normalized time series signal, even if the characteristic change of the controlled
Control parameters can be adjusted with a minimum number without increasing the number of networks.
【0088】さらに、制御系の伝達関数である数22を
変形すると、数33が得られる。Further, when Expression 22 which is a transfer function of the control system is modified, Expression 33 is obtained.
【0089】[0089]
【数33】 [Equation 33]
【0090】この数33から、制御系の伝達関数の定常
ゲインは、1であることが分かる。このことから、制御
系の入出力変数の時系列信号を入力変数で正規化する
と、入力及び入力に対する出力の時間応答は、入力の変
動幅に関係なく、ほぼ制御系の調整状態に応じた形状に
なることが分かる。From the equation (33), it can be seen that the steady gain of the transfer function of the control system is 1. From this, when the time-series signal of the input / output variables of the control system is normalized by the input variables, the time response of the input and the output to the input is substantially in accordance with the adjustment state of the control system regardless of the fluctuation range of the input. It turns out that it becomes.
【0091】したがって、制御系の入出力変数の時系列
信号を取込み、これらの信号を制御対象の無駄時間Lを
基準にして時間軸の方向に正規化し、例えば、無駄時間
Lの整数分の1でサンプリングすると共に、無駄時Lで
正規化した入出力変数の時系列信号をさらに入力変数で
正規化する。例えば数34に示すように入力変数の変動
幅で振幅方向に正規化し、この正規化した時系列信号Z
N に基づいてニューラル・ネットワークによりコントロ
ーラの制御パラメータCを調整すれば、制御対象の特性
変化が大きい場合にも、用意する調整用ニューラル・ネ
ットワークの個数を増加させることなく最小の個数で制
御パラメータの調整ができる。Therefore, the time series signals of the input / output variables of the control system are fetched, and these signals are normalized in the direction of the time axis with reference to the dead time L of the control object. And the time series signal of the input / output variable normalized by the dead time L is further normalized by the input variable. For example, as shown in Expression 34, the normalized time-series signal Z is normalized in the amplitude direction by the variation width of the input variable.
If the control parameter C of the controller is adjusted by the neural network based on N , even if the characteristic change of the control target is large, the control parameter C can be controlled with the minimum number without increasing the number of prepared neural networks for adjustment. Can be adjusted.
【0092】[0092]
【数34】 (Equation 34)
【0093】ここで、Δr(tN−l):時間軸の方向に
正規化した目標値rの変動値 Δy(tN−l):時間軸の方向に正規化した制御量yの
変動値 Δrmax :目標値rの変動幅 なお、入力変数の変動幅としては、時間的に動的な変動
幅あるいは時間的に静的な変動幅のどちらを利用しても
よい。Here, Δr (t N− 1): the fluctuation value of the target value r normalized in the direction of the time axis Δy (t N− 1): the fluctuation value of the control amount y normalized in the direction of the time axis Δr max : the fluctuation range of the target value r As the fluctuation range of the input variable, either a temporally dynamic fluctuation range or a temporally static fluctuation range may be used.
【0094】本発明の一実施例では、コントローラ2と
して数1に示すPIDコントローラを使用する場合につ
いて説明したが、本発明は、数35に伝達関数GC(s)
を示すPI(比例・積分)コントローラを使用する場合
にも適用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the PID controller shown in Expression 1 is used as the controller 2 has been described. However, in the present invention, the transfer function G C (s) is expressed by Expression 35.
The present invention can also be applied to a case where a PI (proportional / integral) controller is used.
【0095】[0095]
【数35】 (Equation 35)
【0096】また、本発明は、数36,数37にその特
性を示すI−PDコントローラ、あるいはI−Pコント
ローラを使用する場合にも適用できる。The present invention can also be applied to the case where an I-PD controller or an IP controller having the characteristics shown in Expressions 36 and 37 is used.
【0097】[0097]
【数36】 [Equation 36]
【0098】ここで、x(s):操作量 r(s):目標値 y(s):制御量 Kp :比例ゲイン Ti :積分時間 Td :微分時間Here, x (s): manipulated variable r (s): target value y (s): controlled variable K p : proportional gain T i : integration time T d : differentiation time
【0099】[0099]
【数37】 (37)
【0100】なお、参照モデルを一般化して、各種制御
系の時間スケール・ファクタσを整理して示すと表1の
ようになる。The reference model is generalized and the time scale factors σ of various control systems are summarized and shown in Table 1.
【0101】[0101]
【表1】 [Table 1]
【0102】この表から、PID,PI,I−PD,I
−Pコントローラを使用した各種制御系のσ/Lが、n
(=L/T)の関数で与えられることが分かる。また、
この表1は、参照モデルが、北森モデルの場合につい
て、種々のnとσ/Lの関係も示している。すなわち、
PIDコントローラは、先に説明したように、広範なn
に対してσ/Lが1.37 で近似でき、PI,I−P
D,I−Pの各種制御系は、nの変化に従ってσ/Lが
少し変化するが、その変化はそれ程大きくないのでσ/
Lを一定値で近似しても問題なく、本発明は、先に述べ
たようにPI,I−PD,I−Pコントローラを使用し
た各種制御系にも適用できる。あるいは、制御対象の特
性変化の範囲が分かっている場合は、その範囲内でσ/
Lを一定値と近似してもよく、本発明が適用できる。な
お、この場合は、全範囲を一定値で近似する場合と比べ
て近似精度が向上する。From this table, PID, PI, I-PD, I
Σ / L of various control systems using the P controller is n
(= L / T). Also,
Table 1 also shows various relationships between n and σ / L when the reference model is the Kitamori model. That is,
The PID controller has a wide range of n
Σ / L can be approximated by 1.37 with respect to PI, IP
In various control systems of D and IP, σ / L slightly changes in accordance with the change of n, but since the change is not so large, σ / L
Even if L is approximated by a constant value, there is no problem, and the present invention can be applied to various control systems using the PI, I-PD, and IP controllers as described above. Alternatively, when the range of the characteristic change of the control target is known, σ /
L may be approximated to a constant value, and the present invention is applicable. In this case, the approximation accuracy is improved as compared with the case where the entire range is approximated by a constant value.
【0103】また、本発明の一実施例では、コントロー
ラ2として数1に示す位置型PIDコントローラを使用
する場合について説明したが、本発明は、図6,図7に
示すように、速度型PIDコントローラ,速度型PIコ
ントローラ等の速度型コントローラを使用する場合にも
適用できる。Further, in the embodiment of the present invention, the case where the position type PID controller shown in Formula 1 is used as the controller 2 has been described. However, the present invention is applied to the case where the speed type PID controller is used as shown in FIGS. The present invention can be applied to a case where a speed controller such as a controller or a speed PI controller is used.
【0104】また、本発明の一実施例では、コントロー
ラ2として数1に示すように連続時間型PIDコントロ
ーラを使用する場合について説明したが、本発明は、数
38〜数41に示す離散時間型PIDコントローラ,離
散時間型PIコントローラ等の離散時間型コントローラ
を使用する場合にも適用できる。In the embodiment of the present invention, the case where a continuous-time PID controller is used as the controller 2 as shown in Equation 1 has been described. The present invention can be applied to a case where a discrete-time controller such as a PID controller or a discrete-time PI controller is used.
【0105】[0105]
【数38】 (38)
【0106】ここで、Kp :比例ゲイン Ki :積分ゲイン Kd :微分ゲインHere, K p : proportional gain Ki : integral gain K d : differential gain
【0107】[0107]
【数39】 [Equation 39]
【0108】[0108]
【数40】 (Equation 40)
【0109】[0109]
【数41】 [Equation 41]
【0110】すなわち、本発明は、コントローラ2とし
て連続時間位置型PIDコントローラに限定されること
なく、種々のタイプのコントローラを使用する場合にも
適用できる。That is, the present invention is not limited to the continuous time position type PID controller as the controller 2 but can be applied to a case where various types of controllers are used.
【0111】本発明の一実施例では、制御対象1の伝達
関数が1次遅れ+無駄時間系で近似できる場合について
説明したが、本発明は、制御対象1の伝達関数が数42
に示す2次遅れ+無駄時間系で近似できる場合にも適用
できる。In the embodiment of the present invention, the case where the transfer function of the controlled object 1 can be approximated by a first-order lag + dead time system has been described.
This can also be applied to the case where approximation can be made with a second-order delay + dead time system shown in FIG.
【0112】[0112]
【数42】 (Equation 42)
【0113】ここで、T1,T2:時定数 また、本発明は、制御対象1の伝達関数が数43に示す
積分+無駄時間系で近似できる場合、あるいは数44に
示す積分+1次遅れ+無駄時間系で近似できる場合にも
適用できる。Here, T 1 and T 2 are time constants. In the present invention, when the transfer function of the controlled object 1 can be approximated by the integral + dead time system shown in Equation 43, or the integral + 1 order delay shown in Equation 44 + It can also be applied to the case where approximation can be made with a dead time system.
【0114】[0114]
【数43】 [Equation 43]
【0115】[0115]
【数44】 [Equation 44]
【0116】すなわち、本発明は、制御対象1の伝達関
数が1次遅れ+無駄時間系で近似できる場合に限定され
ることなく、無駄時間を含まない項+無駄時間系で近似
できる種々のタイプのプロセスに適用できる。That is, the present invention is not limited to the case where the transfer function of the controlled object 1 can be approximated by a first-order lag + dead time system, and includes various types that can be approximated by a term including no dead time + dead time system. The process can be applied.
【0117】本発明の一実施例では、ニューラル・ネッ
トワークへの入力信号として、数10に示すように制御
系の入出力変数の正規化時系列信号ZN を用いる場合に
ついて説明したが、本発明は、数45に示すように制御
系の入出力変数の正規化時系列信号の時間変化分を用い
る場合にも適用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the normalized time series signal Z N of the input / output variable of the control system is used as the input signal to the neural network as shown in Expression 10 has been described. Can also be applied to the case where the time change of the normalized time-series signal of the input / output variable of the control system is used as shown in Expression 45.
【0118】[0118]
【数45】 [Equation 45]
【0119】本発明の一実施例では、ニューラル・ネッ
トワークへの入力信号として、数10に示すように制御
系の入出力変数の正規化時系列信号ZN を用いる場合に
ついて説明したが、本発明は、数46,数47に示すよ
うに制御対象1の入出力変数及び目標値の正規化時系列
信号を用いる場合にも適用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the normalized time series signal Z N of the input / output variable of the control system is used as the input signal to the neural network as shown in Expression 10 has been described. Can also be applied to the case where the normalized time-series signal of the input / output variables and the target value of the control target 1 is used as shown in Expressions 46 and 47.
【0120】[0120]
【数46】 [Equation 46]
【0121】[0121]
【数47】 [Equation 47]
【0122】また、本発明は、ニューラル・ネットワー
クへの入力信号として、数48,数49に示すように制
御偏差及び制御対象1の入出力変数の正規化時系列信号
を用いる場合にも適用できる。The present invention can also be applied to a case in which a control deviation and a normalized time-series signal of input / output variables of the controlled object 1 are used as input signals to the neural network as shown in Expressions 48 and 49. .
【0123】[0123]
【数48】 [Equation 48]
【0124】[0124]
【数49】 [Equation 49]
【0125】すなわち、本発明は、ニューラル・ネット
ワークへの入力信号として、制御系の入出力変数のうち
から適当に変数を選択し、それらの正規化時系列信号の
加減乗除,時間変化分等の処理値を用いる場合にも適用
できる。That is, according to the present invention, as input signals to the neural network, variables are appropriately selected from input / output variables of the control system, and addition, subtraction, multiplication and division of these normalized time-series signals, time variation, etc. It can be applied to the case where the processing value is used.
【0126】本発明の一実施例では、ニューラル・ネッ
トワークの入力信号として、数10に示すように制御系
の入出力変数の正規化時系列信号を用いる場合について
説明したが、本発明は、数50に示すようにコントロー
ラ2の制御パラメータKp ,Ti ,Td 及び制御系の入
出力変数の正規化時系列信号を用いる場合にも適用でき
る。In the embodiment of the present invention, the case where the normalized time series signal of the input / output variable of the control system is used as the input signal of the neural network as shown in Expression 10 has been described. As shown by reference numeral 50, the present invention can be applied to the case where the control parameters K p , T i , T d of the controller 2 and the normalized time series signal of the input / output variables of the control system are used.
【0127】[0127]
【数50】 [Equation 50]
【0128】ここで、Kp*,Ti*,Td*:Kp ,Ti ,
Td の現在値 また、本発明は、ニューラル・ネットワークへの入力信
号として、数51,数52に示すように、コントローラ
2の制御パラメータKp ,Ti ,Td 、制御対象1の入
出力変数及び目標値の正規化時系列信号を用いる場合に
も適用できる。Here, K p *, T i *, T d *: K p , T i ,
Present value of T d Further , according to the present invention, as input signals to the neural network, the control parameters K p , T i , T d of the controller 2 and the input / output of The present invention can also be applied to a case where a normalized time-series signal of a variable and a target value is used.
【0129】[0129]
【数51】 (Equation 51)
【0130】[0130]
【数52】 (Equation 52)
【0131】また、本発明は、ニューラル・ネットワー
クへの入力信号として、数53,数54に示すように、
コントローラ2の制御パラメータKp ,Ti ,Td 、制
御偏差及び制御対象1の入出力変数の正規化時系列信号
を用いる場合にも適用できる。Further, according to the present invention, as input signals to the neural network,
The present invention can also be applied to the case where the control parameters K p , T i , T d of the controller 2, the control deviation, and the normalized time series signal of the input / output variables of the control target 1 are used.
【0132】[0132]
【数53】 (Equation 53)
【0133】[0133]
【数54】 (Equation 54)
【0134】すなわち、本発明は、ニューラル・ネット
ワークへの入力信号として、制御系の入出力変数のうち
から適当な変数を選択し、それらの正規化時系列信号の
加減乗除,時間変化分等の処理値及びコントローラ2の
制御パラメータ値を用いる場合にも適用できる。That is, according to the present invention, as input signals to the neural network, appropriate variables are selected from input / output variables of the control system, and addition / subtraction / multiplication / division of these normalized time-series signals, time variation, etc. The present invention can be applied to the case where the processing value and the control parameter value of the controller 2 are used.
【0135】本発明の一実施例では、ニューラル・ネッ
トワークの出力信号として、数11に示すようにコント
ローラ2の制御パラメータKp ,Ti ,Td の絶対値を
用いる場合について説明したが、本発明は、数55に示
すようにコントローラ2の制御パラメータKp ,Ti ,
Td の修正分を用いる場合にも適用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the absolute values of the control parameters K p , T i , and T d of the controller 2 are used as output signals of the neural network as shown in Expression 11 has been described. According to the present invention, the control parameters K p , T i ,
The present invention can also be applied to the case where the corrected amount of Td is used.
【0136】[0136]
【数55】 [Equation 55]
【0137】ここで、ΔKp ,ΔTi ,ΔTd :Kp ,
Ti ,Td の修正分 この場合、制御パラメータKp ,Ti ,Td は、数56
により求められる。Here, ΔK p , ΔT i , ΔT d : K p ,
T i, modify content in this case the T d, the control parameter K p, T i, T d, the number 56
Required by
【0138】[0138]
【数56】 [Equation 56]
【0139】また、本発明は、ニューラル・ネットワー
クの出力信号として、数57に示すようにコントローラ
2の制御パラメータKp ,Ti ,Td の修正比率Cp ,
Ci,Cd を用いる場合にも適用できる。Further, according to the present invention, as the output signal of the neural network, the correction ratio C p of the control parameters K p , T i , T d of the controller 2 as shown in Expression 57,
The present invention can be applied to the case where C i and C d are used.
【0140】[0140]
【数57】 [Equation 57]
【0141】この場合、制御パラメータKp ,Ti ,T
d は、数58により求められる。In this case, the control parameters K p , T i , T
d is obtained by Expression 58.
【0142】[0142]
【数58】 [Equation 58]
【0143】本発明の一実施例では、学習用入力データ
をシミュレーションにより求めるとき、図5に示すよう
に、目標値にテスト信号tS を重畳させる場合について
説明したが、本発明は、図8,図9に示すように、テス
ト信号tS を操作量あるいは制御量に重畳させる場合に
も適用できる。なお、テスト信号tS としては、擬似ラ
ンダム信号,正弦波信号,ステップ信号,ランプ信号等
種々の信号が利用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the test signal t S is superimposed on the target value as shown in FIG. 5 when learning input data is obtained by simulation has been described. As shown in FIG. 9, the present invention can be applied to a case where the test signal t S is superimposed on the operation amount or the control amount. Note that various signals such as a pseudo random signal, a sine wave signal, a step signal, and a ramp signal can be used as the test signal t S.
【0144】本発明の一実施例では、コントローラ2の
制御パラメータを調整するとき、図1に示すように操業
データを利用する場合について説明したが、本発明は、
図10,図11,図12に示すように、テスト信号を目
標値,操作量あるいは制御量に重畳させる場合にも適用
できる。なお、テスト信号としては、擬似ランダム信
号,正弦波信号,ステップ信号等種々の信号が利用でき
る。In one embodiment of the present invention, the case where the operation data is used as shown in FIG. 1 when adjusting the control parameters of the controller 2 has been described.
As shown in FIGS. 10, 11, and 12, the present invention can be applied to a case where a test signal is superimposed on a target value, an operation amount, or a control amount. Note that various signals such as a pseudo random signal, a sine wave signal, and a step signal can be used as the test signal.
【0145】本発明の一実施例では、制御パラメータの
調整ルールを学習するとき、教師用データの作成のため
に部分的モデル・マッチング法を使用し、その参照モデ
ルとして北森モデルを使用する場合について主に説明し
たが、本発明は、参照モデルが北森モデルに限定される
ことはなく、他の種々の参照モデルを使用する場合にも
適用できる。なお、他の参照モデルの例を表2に示す。In one embodiment of the present invention, when learning the adjustment rule of the control parameter, a case where a partial model matching method is used for generating teacher data and a Kitamori model is used as a reference model thereof. Although mainly described, the present invention is not limited to the reference model of the Kitamori model, and can be applied to a case where various other reference models are used. Table 2 shows examples of other reference models.
【0146】[0146]
【表2】 [Table 2]
【0147】本発明の一実施例では、制御パラメータの
調整ルールを学習するとき、教師用データの作成のため
に部分的モデル・マッチング法を使用する場合について
説明したが、本発明は、部分的モデル・マッチング法に
限定されることはなく、(1)ziegler−Nichols法、
(2)chien−Hrones−Roswick法等種々の調整方法(増淵
正美著「改訂自動制御基礎理論」、コロナ社、昭和52
年6月参照)を使用する場合にも適用できる。In one embodiment of the present invention, a case has been described in which a partial model matching method is used to create teacher data when learning the adjustment rules for the control parameters. Without being limited to the model matching method, (1) the ziegler-Nichols method,
(2) Various adjustment methods such as the chien-Hrones-Roswick method (Revised Automatic Control Basic Theory by Masami Masubuchi, Corona, Showa 52)
This is also applicable to the case of using
【0148】本発明の一実施例では、コントローラ2と
して数1に示すPIDコントローラを1種類使用する場
合について説明したが、本発明は、PIコントローラ,
I−PDコントローラ,I−Pコントローラ等種々のコ
ントローラ及びこれらのコントローラの調整ルールを用
意しておき、これらのコントローラ及び調整ルールから
1つのコントローラ及び対応する調整ルールを選択して
使用する場合にも適用できる。このとき、(1)種々のコ
ントローラの調整ルールをコントローラに対応して別々
の重み係数として用意する方法、(2)種々のコントロー
ラの調整ルールを1種類の重み係数で対応する方法、が
ある。後者の方法では、ニューラル・ネットワークへの
入力信号として、数59,数60に示すように、コント
ローラの種類を示す変数CT ,目標値及び制御対象1の
入出力変数の正規化時系列信号を用いる。In the embodiment of the present invention, the case where one kind of the PID controller shown in Formula 1 is used as the controller 2 has been described.
Various controllers such as an I-PD controller and an IP controller and adjustment rules for these controllers are prepared, and one controller and a corresponding adjustment rule are selected from these controllers and adjustment rules for use. Applicable. At this time, there are (1) a method in which adjustment rules of various controllers are prepared as separate weight coefficients corresponding to the controllers, and (2) a method in which adjustment rules of various controllers are handled by one type of weight coefficient. In the latter method, as input signals to the neural network, as shown in Expressions 59 and 60, a variable C T indicating the type of the controller, a target value, and a normalized time-series signal of the input / output variables of the controlled object 1 are represented. Used.
【0149】[0149]
【数59】 [Equation 59]
【0150】[0150]
【数60】 [Equation 60]
【0151】本発明の一実施例では、制御パラメータの
調整ルールを学習するとき、教師用データの作成のため
に部分的モデル・マッチング法を使用し、その参照モデ
ルとして応答波形の特徴量であるオーバシュート量と減
衰比が固定の北森モデルを使用する場合について主に説
明したが、本発明は、オーバシュート量,減衰比等の応
答波形の特徴量が可変の参照モデルを使用し、制御パラ
メータの調整においてオーバシュート量,減衰比等の応
答波形の特徴量を指定できるようにする場合にも適用で
きる。このとき、(1)コントローラの調整ルールを種々
のオーバシュート量、減衰比等に対応して別々の重み係
数として用意する方法、(2)コントローラの調整ルール
を種々のオーバシュート量,減衰比等121種類の重み
係数で対応する方法、がある。後者の方法では、ニュー
ラル・ネットワークへの入力信号として、数61,数6
2に示すように、オーバシュート量,減衰比等を指定す
る変数0,A,目標値及び制御対象1の入出力変数の正
規化時系列信号を用いる。In one embodiment of the present invention, when learning the adjustment rule of the control parameter, a partial model matching method is used for generating teacher data, and the characteristic amount of the response waveform is used as a reference model. Although the case where the Kitamori model with a fixed overshoot amount and damping ratio is used has been mainly described, the present invention uses a reference model in which the characteristic amount of the response waveform such as the overshoot amount and damping ratio is variable, It is also applicable to the case where the characteristic amount of the response waveform such as the amount of overshoot and the damping ratio can be designated in the adjustment of. At this time, (1) a method of preparing controller adjustment rules as separate weighting factors corresponding to various overshoot amounts, damping ratios, etc., and (2) a method of preparing controller adjustment rules, various overshoot amounts, damping ratios, etc. There is a method corresponding to 121 kinds of weight coefficients. In the latter method, Equations 61 and 6 are used as input signals to the neural network.
As shown in FIG. 2, variables 0 and A for specifying an overshoot amount, a damping ratio, and the like, a target value, and normalized time-series signals of input / output variables of the controlled object 1 are used.
【0152】[0152]
【数61】 [Equation 61]
【0153】[0153]
【数62】 (Equation 62)
【0154】本発明の一実施例では、制御対象1が1次
遅れ+無駄時間系で近似できる1入力1出力系について
説明したが、本発明は、制御対象が多入力多出力系の場
合にも適用できる。この場合、種々の化学プラント,火
力プラント等の多入力多出力系のコントローラに対応し
て調整ルールを用意しておき、これらの調整ルールから
適当な調整ルールを選択する。In one embodiment of the present invention, a one-input one-output system in which the control target 1 can be approximated by a first-order lag + dead time system has been described. However, the present invention relates to a case where the control target is a multi-input multi-output system. Can also be applied. In this case, adjustment rules are prepared corresponding to controllers of a multi-input multi-output system such as various chemical plants and thermal power plants, and an appropriate adjustment rule is selected from these adjustment rules.
【0155】本発明の一実施例では、学習用入力データ
をシミュレーションにより求める場合について説明した
が、本発明は、種々の特性のプラントの制御系の時間応
答(操業データ)のうち良好な特性の時間応答を記録し
ておき、この時間応答から得られる制御系の入出力変数
の正規化時系列信号を学習用入力データとし、また、良
好な特性の時間応答に対応する制御パラメータを記録し
ておき、このパラメータを学習用教師データとして使用
し、ニューラル・ネットワークを学習させる場合にも適
用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the learning input data is obtained by simulation has been described. However, the present invention is applicable to the time response (operation data) of the control system of the plant having various characteristics. The time response is recorded, and the normalized time-series signal of the input / output variables of the control system obtained from the time response is used as input data for learning, and the control parameters corresponding to the time response with good characteristics are recorded. In addition, the present invention can be applied to a case where a neural network is trained by using this parameter as learning teacher data.
【0156】本発明の一実施例では、制御系の入出力信
号を逐次的に取込んで、制御パラメータの調整を逐次的
に実施する場合について主に説明したが、本発明は、制
御系の入出力信号を逐次的に取込んで、制御パラメータ
の調整をバッチ的に実施する場合にも適用できる。すな
わち、逐次的に取込んだ制御系の入出力信号がある程度
まとまって集まった時点でバッチ的に制御パラメータを
調整する場合にも適用できる。In the embodiment of the present invention, the case where the input / output signals of the control system are sequentially taken and the adjustment of the control parameter is carried out sequentially has been mainly explained. The present invention can also be applied to a case where input / output signals are sequentially acquired and control parameters are adjusted in a batch manner. That is, the present invention can be applied to a case where control parameters are adjusted in batches at a point in time when input and output signals of a control system which are sequentially captured are gathered to some extent.
【0157】本発明の一実施例では、取込んだ制御系の
入出力変数の時系列信号を制御対象の無駄時間を基準に
して時間軸の方向に正規化するようにしたが、取込んだ
制御系の入出力変数の時系列信号を制御系の無駄時間を
基準にして時間軸の方向に正規化してもよい。In one embodiment of the present invention, the time series signals of the input / output variables of the control system are normalized in the direction of the time axis based on the dead time of the control object. The time series signal of the input / output variable of the control system may be normalized in the direction of the time axis with reference to the dead time of the control system.
【0158】本発明の一実施例では、制御系の入出力変
数の時系列信号を制御対象の無駄時間Lの整数分の1で
サンプリングすることにより、時間軸の方向に正規化す
るようにしたが、数63に示すように制御系の入出力変
数の時系列信号を無駄時間Lに比例した周期Δtでサン
プリングすることにより、時間軸の方向に正規化するよ
うにしてもよい。In one embodiment of the present invention, the time-series signals of the input / output variables of the control system are normalized in the direction of the time axis by sampling the dead time L of the control object by an integer fraction of an integer. However, as shown in Equation 63, the time series signal of the input / output variable of the control system may be normalized in the direction of the time axis by sampling at a period Δt proportional to the dead time L.
【0159】[0159]
【数63】 [Equation 63]
【0160】ここで、a:定数 本発明の一実施例では、制御系の入出力変数の時系列信
号を入力変数の変動幅で振幅方向に正規化するようにし
たが、数64に示すように制御系の入出力変数の時系列
信号を各変数の変動幅で振幅方向に正規化するようにし
てもよい。Here, a: constant In one embodiment of the present invention, the time series signal of the input / output variable of the control system is normalized in the amplitude direction by the variation width of the input variable. Alternatively, the time series signal of the input / output variable of the control system may be normalized in the amplitude direction by the variation width of each variable.
【0161】[0161]
【数64】 [Equation 64]
【0162】ここで、Δymax :制御量yの変動量 なお、入出力変数の変動幅としては、時間的に動的な変
動幅あるいは時間的に静的な変動幅のどちらを利用して
もよい。Here, Δy max : the fluctuation amount of the control amount y It is to be noted that the fluctuation width of the input / output variable can be either a dynamic fluctuation width in time or a static fluctuation width in time. Good.
【0163】本発明の一実施例では、制御対象あるいは
制御系の無駄時間の計測方法について具体的に説明しな
かったが、無駄時間の計測については、ステップ応答
法、最小2乗推定法等があり(渡辺嘉二郎他2名著「パ
ソコンによる制御工学」,海文堂,1990年11月参
照)、これらの方法が利用できる。In the embodiment of the present invention, the method of measuring the dead time of the control object or the control system has not been specifically described. However, the step response method, the least square estimation method, and the like are used for measuring the dead time. Yes (see Kajiro Watanabe et al., "Control Engineering Using a Personal Computer", Kaibundo, November 1990), and these methods can be used.
【0164】[0164]
【発明の効果】本発明によれば、制御対象あるいは制御
系の入出力変数の時系列信号を取込み、これらの信号を
制御対象あるいは制御系の無駄時間を基準にして時間軸
の方向に正規化すると共に、制御対象あるいは制御系の
時間応答の変動幅を基準にして振幅方向に正規化し、こ
の正規化した時系列信号に基づいてニューラル・ネット
ワークによりコントローラの制御パラメータを調整する
ので、種々の制御対象にも、あるいは制御対象の特性変
化が大きい場合にも対応でき、用意する調整用ニューラ
ル・ネットワークの個数を最小に抑え、制御パラメータ
を良好に調整できる。According to the present invention, the time series signals of the input / output variables of the control target or the control system are fetched, and these signals are normalized in the direction of the time axis based on the dead time of the control target or the control system. In addition, the control parameters of the controller are adjusted by the neural network based on the normalized time series signal based on the normalized time series signal based on the fluctuation width of the time response of the control target or the control system. It is possible to cope with a case where the characteristic change of the control target or the control target is large. The number of prepared neural networks for adjustment can be minimized, and the control parameters can be satisfactorily adjusted.
【図1】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 1 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】ニューラル・ネットワークの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a neural network.
【図3】ニューラル・ネットワークのユニットの構成図
である。FIG. 3 is a configuration diagram of a unit of a neural network.
【図4】制御対象をPIDコントローラで制御する一例
を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example in which a control target is controlled by a PID controller.
【図5】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 5 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 6 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図7】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 7 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図8】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 8 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図9】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 9 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図10】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 10 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図11】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 11 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
【図12】本発明の一実施例を示す制御構成図である。FIG. 12 is a control configuration diagram showing one embodiment of the present invention.
1…制御対象、2…コントローラ、3…時系列信号正規
化処理システム、4…パラメータ調整システム、5…調
整ルール学習システム。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control target, 2 ... Controller, 3 ... Time series signal normalization processing system, 4 ... Parameter adjustment system, 5 ... Adjustment rule learning system.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠山 栄二 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社 日立製作所 大みか工場内 (72)発明者 横川 篤 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社 日立製作所 大みか工場内 (56)参考文献 特開 平2−8903(JP,A) 特開 平3−233702(JP,A) 特開 平2−108179(JP,A) 特開 平3−129401(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 11/00 - 13/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Eiji Toyama 5-2-1 Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi, Ltd. Omika Plant (72) Inventor Atsushi Yokokawa 5-chome Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 In the Omika factory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-2-8903 (JP, A) JP-A-3-233702 (JP, A) JP-A-2-108179 (JP, A) 3-129401 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G05B 11/00-13/04
Claims (2)
象を制御するコントローラの調整方法において、制御対
象或いはコントローラと制御対象を組合わせた制御系の
入出力変数の時系列信号を取込み、これらの信号を制御
対象或いは制御系の無駄時間を基準にして時間軸の方向
に正規化し、この正規化した時系列信号に基づいてニュ
ーラル・ネットワークによりコントローラの制御パラメ
ータを決定することを特徴とするコントローラの調整方
法。1. A method for adjusting a controller for controlling a control target so that a control amount matches a target value, wherein a time series signal of input / output variables of a control system or a control system in which the controller and the control target are combined is acquired. These signals are normalized in the direction of the time axis with reference to the dead time of the control object or control system, and the control parameters of the controller are determined by a neural network based on the normalized time series signals. How to adjust the controller.
象を制御するコントローラの調整方法において、制御対
象或いはコントローラと制御対象を組合わせた制御系の
入出力変数の時系列信号を取込み、これらの信号を制御
対象或いは制御系の無駄時間を基準にして時間軸の方向
に正規化するとともに、制御対象或いは制御系の時間応
答の変動幅を基準にして振幅方向に正規化し、この正規
化した時系列信号に基づいてニューラル・ネットワーク
によりコントローラの制御パラメータを決定することを
特徴とするコントローラの調整方法。2. A method for adjusting a controller for controlling a control target so that a control amount matches a target value, wherein a time series signal of an input / output variable of a control target or a control system in which the controller and the control target are combined is acquired. These signals are normalized in the direction of the time axis based on the dead time of the control target or the control system, and normalized in the amplitude direction based on the fluctuation width of the time response of the control target or the control system. A controller adjustment method comprising: determining a control parameter of a controller by a neural network based on the obtained time-series signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4221211A JP3039154B2 (en) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | How to adjust the controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4221211A JP3039154B2 (en) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | How to adjust the controller |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0667705A JPH0667705A (en) | 1994-03-11 |
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| JPH0667705A (en) | 1994-03-11 |
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