JP4825960B2 - Control device, control parameter adjustment device, and control parameter adjustment method - Google Patents
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Description
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、その制御パラメータを調整する装置および方法、並びにそれらに用いられるプログラムに関する。 The present invention relates to a control device for controlling a physical state such as temperature and pressure of a control target, a device and method for adjusting control parameters thereof, and a program used for them.
従来の制御装置、例えば、PID制御装置では、ステップ応答法やリミットサイクル法などを用いてオートチューニングを行って、PID制御パラメータを調整して制御を行っており、システムの変動に対しては、システムを同定し、その同定結果に応じてPID制御パラメータを変更することにより対応している。 In a conventional control device, for example, a PID control device, auto-tuning is performed using a step response method or a limit cycle method, and control is performed by adjusting a PID control parameter. The system is identified and the PID control parameter is changed according to the identification result.
しかしながら、このような従来例では、特に、非線形性の強いシステムでは、その同定の信頼性が十分でなく、所望の制御特性が得られない場合があるという課題がある。 However, in such a conventional example, particularly in a system with strong nonlinearity, there is a problem that reliability of identification is not sufficient and desired control characteristics may not be obtained.
そこで、本件出願人は、システムに応じてより精度の高い制御特性が得られるようにした制御装置を既に提案している(特許文献1参照)。
提案している上記制御装置では、新たな状態ベクトルに対応して生成した制御パラメータなどの特性パラメータを、修正係数である学習係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正し、修正した特性パラメータを、データベースに蓄積する、すなわち、制御誤差またはモデル誤差が小さくなるように学習している。 The proposed control device corrects the characteristic parameter such as the control parameter generated corresponding to the new state vector by using the correction coefficient, which is a correction coefficient, so that the control error or the model error is reduced. The obtained characteristic parameters are accumulated in the database, that is, learning is performed so that the control error or the model error becomes small.
この学習には、ユーザが予め調整した上記学習係数が用いられるのであるが、この学習係数の調整は、制御対象に応じて、ユーザが試行錯誤的に行わねばならず、このため、調整作業が面倒であるといった課題がある。 For this learning, the learning coefficient previously adjusted by the user is used. However, the learning coefficient must be adjusted by the user on a trial and error basis according to the control target. There is a problem that it is troublesome.
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、ユーザによる学習係数の調整作業を不要にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to eliminate the need for a user to adjust the learning coefficient.
(1)本発明の制御装置は、制御パラメータに従って制御対象を制御する制御手段と、制御系の特徴量を含むベクトルが状態ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースのデータに基づいて、前記制御手段の制御パラメータを調整する調整手段とを備え、前記調整手段は、新たな状態ベクトルが与えられることにより、前記データベースの状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、修正係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する特性パラメータ修正部とを含み、前記特性パラメータ修正部で修正した特性パラメータを、前記データベースに蓄積する制御装置であって、前記特性パラメータ修正部は、前記修正係数を、予め定めた算出式に従って算出するものである。 (1) A control device according to the present invention includes a control unit that controls a control target according to a control parameter, a vector that includes a control system characteristic amount as a state vector, and a database that stores a control system characteristic parameter. Adjusting means for adjusting a control parameter of the control means based on the data, and the adjusting means is provided with a new state vector, so that the new state vector is changed based on the state vector of the database. A characteristic parameter generation unit that generates a corresponding characteristic parameter; and a characteristic parameter correction unit that corrects the characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit in a direction in which a control error or a model error is reduced using a correction coefficient; The characteristic parameter corrected by the characteristic parameter correction unit is stored in the database. A control device for a product, the characteristic parameter correction unit, the correction coefficient, and calculates in accordance with a predetermined calculation formula.
ここで、制御系の特徴量とは、制御系の特徴を表す量をいい、制御対象、制御装置および環境で構成される制御系において、制御対象、制御装置または環境の特徴を表す量をいい、例えば、制御量、操作量、制御誤差、周囲温度、外乱の大きさなどをいう。 Here, the characteristic amount of the control system refers to an amount representing the characteristic of the control system, and refers to an amount representing the characteristic of the control target, the control device, or the environment in the control system including the control target, the control device, and the environment. For example, the control amount, the operation amount, the control error, the ambient temperature, the magnitude of the disturbance, and the like.
この特徴量として、少なくとも制御量の時系列データを含むのが好ましく、あるいは、操作量の時系列データおよび目標値(設定値)の少なくともいずれか一方を含むのが好ましい。 The feature amount preferably includes at least control amount time-series data, or preferably includes at least one of operation amount time-series data and a target value (set value).
状態ベクトルとは、制御系の特徴量をベクトルで表現するものをいう。 A state vector refers to a vector that represents a control system feature value.
また、制御系の特性パラメータとは、制御系の特性を表すパラメータをいい、制御対象、制御装置および環境で構成される制御系において、制御対象、制御装置または環境の特性を表すパラメータをいい、例えば、制御パラメータ、制御対象の伝達関数の係数、制御対象の時定数、むだ時間、定常ゲインなどをいう。 Further, the characteristic parameter of the control system refers to a parameter that represents the characteristic of the control system, and in the control system configured by the control target, the control device, and the environment, refers to a parameter that represents the characteristic of the control target, the control device, or the environment. For example, it refers to a control parameter, a coefficient of a transfer function to be controlled, a time constant of the control object, a dead time, a steady gain, and the like.
制御系の特徴量と制御系の特性パラメータとは、対応させてデータベースに蓄積するのが好ましい。 It is preferable that the control system characteristic amount and the control system characteristic parameter are stored in the database in association with each other.
前記調整手段は、要求点である新たな状態ベクトルが与えられることにより、この新たな状態ベクトルに近い状態ベクトルをデータベースから選択し、選択した状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成するのが好ましい。 The adjustment means selects a state vector close to the new state vector from the database when a new state vector as a request point is given, and corresponds to the new state vector based on the selected state vector. It is preferred to generate characteristic parameters.
新たな状態ベクトルに近い状態ベクトルとは、新たな状態ベクトルとのベクトルの距離が近い状態ベクトル、あるいは、新たな状態ベクトルに類似した状態ベクトルをいう。ベクトルの距離は、重み付き距離またはマハラノビス距離であるのが好ましい。 The state vector close to the new state vector refers to a state vector that is close to the new state vector, or a state vector similar to the new state vector. The vector distance is preferably a weighted distance or a Mahalanobis distance.
特性パラメータ生成部は、パラメータ調整用データベースの状態ベクトルに基づいて、重み付き線形平均法または重み付き局所回帰法を用いて特性パラメータを、局所モデルとして構成するのが好ましい。 Preferably, the characteristic parameter generation unit configures the characteristic parameter as a local model using a weighted linear average method or a weighted local regression method based on the state vector of the parameter adjustment database.
モデル誤差とは、局所モデルを用いて予測した制御量と、実際の制御量との差をいう。 The model error means a difference between the control amount predicted using the local model and the actual control amount.
また、特性パラメータ修正部における修正は、最急勾配法(山登り法)によって制御誤差またはモデル誤差を減少させる方向に修正するのが好ましい。 Further, the correction in the characteristic parameter correction unit is preferably corrected in the direction of decreasing the control error or the model error by the steepest gradient method (hill climbing method).
この特性パラメータ修正部において、特性パラメータが、修正係数を用いて修正されるのであるが、修正前の特性パラメータと修正後の特性パラメータとの変化の度合い(変化率)が変動すると、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正の速度、すなわち、学習の速度が変動し、学習が進み過ぎて不安定になったり、あるいは、学習が遅過ぎたりすることになる。 In this characteristic parameter correction unit, the characteristic parameter is corrected using the correction coefficient. However, if the degree of change (change rate) between the characteristic parameter before correction and the characteristic parameter after correction changes, a control error or The speed of correction in the direction of reducing the model error, that is, the learning speed fluctuates, so that learning progresses too much and becomes unstable, or learning is too slow.
したがって、修正係数を算出する算出式は、学習の速度が変動しない修正係数を算出できるものであるのが好ましい。 Therefore, it is preferable that the calculation formula for calculating the correction coefficient can calculate a correction coefficient that does not change the learning speed.
本発明の制御装置によると、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな状態ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの状態ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成する、いわゆる、Just‐In‐Time(JIT)法あるいはModel‐on‐Demand(MOD)法に基づいて、制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、精度の高い制御特性が得られるとともに、新しい特性パラメータが生成される度に、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向に修正してデータベースに蓄積できるので、制御誤差またはモデル誤差を小さくするように学習してより精度の高い制御特性を得ることができる。 According to the control device of the present invention, the feature quantity and characteristic parameter of the control system are accumulated in the database, and when a new state vector is given, a new state vector is generated as a local model based on the accumulated state vector of the database. Control parameters are adjusted based on the so-called Just-In-Time (JIT) method or Model-on-Demand (MOD) method, which generates characteristic parameters corresponding to In addition to obtaining high-precision control characteristics, each time a new characteristic parameter is generated, the control error or model error can be corrected in the direction of decreasing and stored in the database, so that the control error or model error is reduced. It is possible to obtain more accurate control characteristics by learning.
しかも、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正は、予め定めた算出式によって算出される修正係数を用いて行なうので、ユーザが、制御対象に応じて、修正係数を試行錯誤的に調整する必要がない。
(2)本発明の制御装置の一つの実施形態では、前記制御系の特性パラメータを、前記制御手段の制御パラメータとしている。
制御パラメータは、制御手段のPID制御パラメータであるのが好ましい。
この実施形態によると、要求点に対応する特性パラメータとして制御パラメータを生成し、制御手段の制御パラメータを調整することができる。
Moreover, since correction in the direction of reducing the control error or model error is performed using a correction coefficient calculated by a predetermined calculation formula, the user adjusts the correction coefficient in a trial and error manner according to the control target. There is no need to do.
(2) In one embodiment of the control device of the present invention, the characteristic parameter of the control system is the control parameter of the control means.
The control parameter is preferably a PID control parameter of the control means.
According to this embodiment, a control parameter can be generated as a characteristic parameter corresponding to a required point, and the control parameter of the control means can be adjusted.
(3)上記(2)の実施形態では、前記算出式は、前記制御パラメータの項を含むとともに、目標値の項および制御量の項の少なくともいずれか一方の項を含むようにしてもよい。 (3) In the embodiment of (2) above, the calculation formula may include the term of the control parameter and at least one of the term of the target value and the term of the control amount.
算出式に含まれる制御パラメータの項は、特性パラメータ修正部における修正前の制御パラメータの項であるのが好ましい。 It is preferable that the term of the control parameter included in the calculation formula is a term of the control parameter before correction in the characteristic parameter correction unit.
この実施形態によると、修正係数を、制御パラメータに応じて変化させることができるとともに、目標値や制御量に応じて変化させることができる。 According to this embodiment, the correction coefficient can be changed according to the control parameter, and can be changed according to the target value and the control amount.
(4)上記(3)の実施形態では、前記算出式は、前記修正係数が、前記制御パラメータに比例し、かつ、前記目標値の2乗、前記目標値の最大値の2乗、前記制御量の2乗、前記制御量の最大値の2乗、または、前記目標値または前記目標値の最大値と前記制御量または前記制御量の最大値との積のいずれかに反比例することを示す式としてもよい。 (4) In the embodiment of (3) above, the calculation formula is such that the correction coefficient is proportional to the control parameter, and the square of the target value, the square of the maximum value of the target value, the control It is inversely proportional to either the square of the amount, the square of the maximum value of the control amount, or the product of the target value or the maximum value of the target value and the control amount or the maximum value of the control amount. It may be an expression.
この実施形態によると、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正の速度、すなわち、学習の速度が変動するのを抑制する修正係数を、算出することができる。 According to this embodiment, it is possible to calculate a correction coefficient that suppresses fluctuations in the correction speed in the direction of reducing the control error or the model error, that is, the learning speed.
(5)本発明の他の実施形態では、前記特性パラメータ修正部は、前記制御対象のむだ時間以上の周期で、前記特性パラメータの修正を行なうようにしてもよい。 (5) In another embodiment of the present invention, the characteristic parameter correction unit may correct the characteristic parameter at a period equal to or longer than the dead time of the control target.
この実施形態によると、修正係数を用いた修正の速度、すなわち、学習の速度が早過ぎてオーバーシュートや発振が生じるといったことを抑制できる。 According to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of overshoot and oscillation due to the speed of correction using the correction coefficient, that is, the learning speed is too fast.
(6)本発明の制御パラメータの調整装置は、制御パラメータに従って制御対象を制御する制御装置の前記制御パラメータを調整する装置であって、制御系の特徴量を含むベクトルが状態ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースのデータに基づいて、前記制御装置の制御パラメータを調整する調整手段を備え、前記調整手段は、新たな状態ベクトルが与えられることにより、前記データベースの状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、修正係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する特性パラメータ修正部とを含み、前記特性パラメータ修正部で修正した特性パラメータを、前記データベースに蓄積するものであって、前記特性パラメータ修正部は、前記修正係数を、予め定めた算出式に従って算出するものである。 (6) A control parameter adjusting device according to the present invention is a device that adjusts the control parameter of a control device that controls an object to be controlled in accordance with the control parameter, and stores a vector including a feature quantity of the control system as a state vector. And adjusting means for adjusting the control parameters of the control device based on the data of the database in which the characteristic parameters of the control system are stored, and the adjusting means is provided with a new state vector, so that Based on the state vector, a characteristic parameter generation unit that generates a characteristic parameter corresponding to the new state vector, and a characteristic parameter generated by the characteristic parameter generation unit uses a correction coefficient to reduce a control error or a model error. A characteristic parameter correction unit for correcting the direction, and the characteristic parameter The characteristic parameters fixed in correcting unit, there is accumulating in the database, the characteristic parameter correction unit, the correction coefficient, and calculates in accordance with a predetermined calculation formula.
本発明の制御パラメータの調整装置によると、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな状態ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの状態ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御装置の制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、精度の高い制御特性が得られるとともに、新しい特性パラメータが生成される度に、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向に修正してデータベースに蓄積できるので、制御誤差またはモデル誤差を小さくするように学習してより精度の高い制御特性を得ることができる。 According to the control parameter adjusting apparatus of the present invention, the control system feature quantity and characteristic parameters are accumulated in the database, and when a new state vector is given, a new local model is created based on the accumulated state vector of the database. Because the characteristic parameters corresponding to the state vector are generated and the control parameters of the control device are adjusted, highly accurate control characteristics can be obtained and new characteristic parameters are generated even in a highly nonlinear system. In addition, since the control error or the model error can be corrected in the direction of decreasing and stored in the database, it is possible to obtain control characteristics with higher accuracy by learning to reduce the control error or the model error.
しかも、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正は、予め定めた算出式によって算出される修正係数を用いて行なうので、ユーザが、制御対象に応じて、修正係数を試行錯誤的に調整する必要がない。 Moreover, since correction in the direction of reducing the control error or model error is performed using a correction coefficient calculated by a predetermined calculation formula, the user adjusts the correction coefficient in a trial and error manner according to the control target. There is no need to do.
(7)本発明の制御パラメータの調整装置の一つの実施形態では、前記制御系の特性パラメータを、前記制御装置の制御パラメータとしている。 (7) In one embodiment of the control parameter adjusting device of the present invention, the characteristic parameter of the control system is the control parameter of the control device.
この実施形態によると、要求点に対応する特性パラメータとして制御パラメータを生成し、制御装置の制御パラメータを調整することができる。 According to this embodiment, a control parameter can be generated as a characteristic parameter corresponding to a required point, and the control parameter of the control device can be adjusted.
(8)上記(7)の実施形態では、前記算出式は、前記制御パラメータの項を含むとともに、目標値の項および制御量の項の少なくともいずれか一方の項を含むようにしてもよい。 (8) In the embodiment of the above (7), the calculation formula may include a term of the control parameter and at least one of a term of the target value and a term of the control amount.
この実施形態によると、修正係数を、制御パラメータに応じて変化させることができるとともに、目標値や制御量に応じて変化させることができる。 According to this embodiment, the correction coefficient can be changed according to the control parameter, and can be changed according to the target value and the control amount.
(9)上記(8)の実施形態では、前記算出式は、前記修正係数が、前記制御パラメータに比例し、かつ、前記目標値の2乗、前記目標値の最大値の2乗、前記制御量の2乗、前記制御量の最大値の2乗、または、前記目標値または前記目標値の最大値と前記制御量または前記制御量の最大値との積のいずれかに反比例することを示す式としてもよい。 (9) In the embodiment of (8), the calculation formula is such that the correction coefficient is proportional to the control parameter, and the square of the target value, the square of the maximum value of the target value, the control It is inversely proportional to either the square of the amount, the square of the maximum value of the control amount, or the product of the target value or the maximum value of the target value and the control amount or the maximum value of the control amount. It may be an expression.
この実施形態によると、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正の速度、すなわち、学習の速度が変動するのを抑制する修正係数を、算出することができる。 According to this embodiment, it is possible to calculate a correction coefficient that suppresses fluctuations in the correction speed in the direction of reducing the control error or the model error, that is, the learning speed.
(10)本発明の制御パラメータの調整装置の他の実施形態では、前記特性パラメータ修正部は、前記制御対象のむだ時間以上の周期で、前記特性パラメータの修正を行なうものである。 (10) In another embodiment of the control parameter adjusting device of the present invention, the characteristic parameter correction unit corrects the characteristic parameter in a cycle equal to or longer than the dead time of the control target.
この実施形態によると、修正係数を用いた修正の速度、すなわち、学習の速度が早過ぎてオーバーシュートや発振が生じるといったことを抑制できる。 According to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of overshoot and oscillation due to the speed of correction using the correction coefficient, that is, the learning speed is too fast.
(11)本発明の制御パラメータの調整方法は、制御パラメータに従って制御対象を制御する制御装置の前記制御パラメータを調整する方法であって、制御系の特徴量を含むベクトルを状態ベクトルとしてデータベースに蓄積するとともに、制御系の特性パラメータを前記データベースに蓄積するステップと、新たな状態ベクトルが与えられることにより、前記データベースの状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成するステップと、生成した特性パラメータを、修正係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正ステップと、修正した特性パラメータを、前記データベースに蓄積する蓄積ステップと、特性パラメータに基づいて、前記制御パラメータを調整するステップとを含み、前記修正ステップでは、前記修正係数を、予め定めた算出式に従って算出するものである。 (11) A method for adjusting a control parameter according to the present invention is a method for adjusting the control parameter of a control device that controls an object to be controlled in accordance with the control parameter, and stores a vector including a control system feature amount as a state vector in a database And storing a control system characteristic parameter in the database and generating a characteristic parameter corresponding to the new state vector based on the state vector of the database given a new state vector. A correction step for correcting the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced using a correction coefficient, an accumulation step for storing the corrected characteristic parameter in the database, and the characteristic parameter, Step for adjusting the control parameter Wherein the door, in the correction step, the correction coefficient, and calculates in accordance with a predetermined calculation formula.
本発明の制御パラメータの調整方法によると、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな状態ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの状態ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御装置の制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、精度の高い制御特性が得られるとともに、新しい特性パラメータが生成される度に、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向に修正してデータベースに蓄積できるので、制御誤差またはモデル誤差を小さくするように学習してより精度の高い制御特性を得ることができる。 According to the control parameter adjustment method of the present invention, the control system feature quantity and characteristic parameters are accumulated in the database, and when a new state vector is given, a new local model is created based on the accumulated state vector of the database. Because the characteristic parameters corresponding to the state vector are generated and the control parameters of the control device are adjusted, highly accurate control characteristics can be obtained and new characteristic parameters are generated even in a highly nonlinear system. In addition, since the control error or the model error can be corrected in the direction of decreasing and stored in the database, it is possible to obtain control characteristics with higher accuracy by learning to reduce the control error or the model error.
しかも、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正は、予め定めた算出式によって算出される修正係数を用いて行なうので、ユーザが、制御対象に応じて、修正係数を試行錯誤的に調整する必要がない。 Moreover, since correction in the direction of reducing the control error or model error is performed using a correction coefficient calculated by a predetermined calculation formula, the user adjusts the correction coefficient in a trial and error manner according to the control target. There is no need to do.
(12)本発明の制御パラメータの調整方法の一つの実施形態では、前記制御系の特性パラメータを、前記制御装置の制御パラメータとしてもよい。 (12) In one embodiment of the control parameter adjustment method of the present invention, the characteristic parameter of the control system may be a control parameter of the control device.
この実施形態によると、要求点に対応する特性パラメータとして制御パラメータを生成し、制御装置の制御パラメータを調整することができる。 According to this embodiment, a control parameter can be generated as a characteristic parameter corresponding to a required point, and the control parameter of the control device can be adjusted.
(13)上記(12)の実施形態では、前記算出式は、前記制御パラメータの項を含むとともに、前記制御パラメータの項を含むとともに、目標値の項および制御量の項の少なくともいずれか一方の項を含むようにしてもよい。 (13) In the embodiment of (12), the calculation formula includes the control parameter term, the control parameter term, and at least one of the target value term and the controlled variable term. Terms may be included.
この実施形態によると、修正係数を、制御パラメータに応じて変化させることができるとともに、目標値や制御量に応じて変化させることができる。 According to this embodiment, the correction coefficient can be changed according to the control parameter, and can be changed according to the target value and the control amount.
(14)上記(13)の実施形態では、前記算出式は、前記修正係数が、前記制御パラメータに比例し、かつ、前記目標値の2乗、前記目標値の最大値の2乗、前記制御量の2乗、前記制御量の最大値の2乗、または、前記目標値または前記目標値の最大値と前記制御量または前記制御量の最大値との積のいずれかに反比例することを示す式としてもよい。 (14) In the embodiment of the above (13), the calculation formula is such that the correction coefficient is proportional to the control parameter, the square of the target value, the square of the maximum value of the target value, the control It is inversely proportional to either the square of the amount, the square of the maximum value of the control amount, or the product of the target value or the maximum value of the target value and the control amount or the maximum value of the control amount. It may be an expression.
この実施形態によると、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正の速度、すなわち、学習の速度が変動するのを抑制する修正係数を、算出することができる。 According to this embodiment, it is possible to calculate a correction coefficient that suppresses fluctuations in the correction speed in the direction of reducing the control error or the model error, that is, the learning speed.
(15)本発明の制御パラメータの調整方法の他の実施形態では、前記修正ステップの特性パラメータの修正の周期が、前記制御対象のむだ時間以上としてもよい。 (15) In another embodiment of the control parameter adjustment method of the present invention, the characteristic parameter correction period of the correction step may be equal to or longer than the dead time of the control target.
この実施形態によると、修正係数を用いた修正の速度、すなわち、学習の速度が早過ぎてオーバーシュートや発振が生じるといったことを抑制できる。 According to this embodiment, it is possible to suppress the occurrence of overshoot and oscillation due to the speed of correction using the correction coefficient, that is, the learning speed is too fast.
本発明によれば、制御系の特徴量および特性パラメータを、データベースに蓄積し、新たな状態ベクトルが与えられると、蓄積されたデータベースの状態ベクトルに基づいて、局所モデルとして新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成して制御パラメータを調整するので、非線形性の強いシステムであっても、精度の高い制御特性が得られるとともに、新しい特性パラメータが生成される度に、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向に修正するので、精度の高い制御特性を得ることができる。 According to the present invention, feature quantities and characteristic parameters of a control system are accumulated in a database, and when a new state vector is given, a new state vector is supported as a local model based on the accumulated state vector of the database. Control parameters are adjusted and control parameters are adjusted, so that even highly nonlinear systems can obtain highly accurate control characteristics, and each time a new characteristic parameter is generated, control errors or model errors are reduced. Since the correction is made in the direction of decreasing, highly accurate control characteristics can be obtained.
しかも、制御誤差またはモデル誤差を小さくする方向への修正は、予め定めた算出式に従って算出された修正係数を用いて行なうので、ユーザが、制御対象に応じて、修正係数を試行錯誤的に調整する必要がない。 In addition, since the correction in the direction of reducing the control error or the model error is performed using a correction coefficient calculated according to a predetermined calculation formula, the user adjusts the correction coefficient in a trial and error manner according to the control target. There is no need to do.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
先ず、本発明の実施形態の特徴的な説明に先立って、上記特許文献1にも開示されている本発明の前提構成について説明する。
(Embodiment 1)
First, prior to a characteristic description of an embodiment of the present invention, a premise configuration of the present invention disclosed in
図1は、本発明の一つの実施の形態に係る制御装置としての温度調節器の要部のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of a main part of a temperature regulator as a control device according to one embodiment of the present invention.
この実施の形態の温度調節器1は、熱処理装置などの制御対象2の温度制御を行うものであり、図示しない上位機器や設定部から設定された設定温度(目標温度)rと、制御対象2に配設された図示しない温度センサからの制御量である検出温度yとの偏差eに基づいて、操作量uを演算算出する制御手段としてのPID制御器3を備えるとともに、このPID制御器3におけるPID制御パラメータを調整する調整手段4を備えている。
The
この実施の形態の温度調節器1では、精度の高い制御特性が得られるようにするために、次のようにしている。
In the
すなわち、新しいデータが得られる度に、データベース6に保存し、必要性が生じた場合には、過去に蓄積された大量のデータベース6から要求点に類似したものを近傍として取り出し、局所モデルを作る方法、いわゆる、Just‐In‐Time(JIT)法に基づいて、PID制御器3のPID制御パラメータを調整するものである。
That is, each time new data is obtained, it is stored in the
ここで、先ず、JITモデリング法について説明する。 First, the JIT modeling method will be described.
今、次式で表される離散時間非線形システムを考える。 Consider a discrete-time nonlinear system expressed by the following equation.
この実施の形態では、以上のようなJIT法に基づいて、図1のブロック図におけるPID制御器3のPID制御パラメータを調整するものである。
In this embodiment, the PID control parameter of the
ここでは、次式のような速度型I‐PD制御則を適用する。 Here, a speed type I-PD control law as shown below is applied.
本手法の基本的な考え方は、JIT法により、次式のような逆モデルとしてPID制御パラメータを得ることである。 The basic idea of this method is to obtain PID control parameters as an inverse model such as the following equation by the JIT method.
以下に、JIT‐PIDコントローラのアルゴリズムを示す。
[STEP1] 初期データベースの作成
JIT法では、過去の蓄積データがない場合、原理的に同定が行えないため、本手法においては、ある平衡点周りでCHR(Chien,Hrones&Reswick)法を用いて初期データベースを作成する。
[STEP2] 距離の計算、近傍の選択
時刻tにおけるPIDパラメータK(t)の予測値を得るために必要な状態ベクトルを要求点qと呼ぶ。その要求点qとデータベースに蓄えられている状態ベクトルとの距離を、次式の重みつきL1ノルムにより求める。
The JIT-PID controller algorithm is shown below.
[STEP 1] Creation of initial database In the JIT method, if there is no past accumulated data, it is impossible to identify in principle. Create
[STEP 2] Distance calculation, neighborhood selection A state vector necessary for obtaining a predicted value of the PID parameter K (t) at time t is called a request point q. The distance between the request point q and the state vector stored in the database is obtained by the weighted L1 norm of the following equation.
[STEP3] 局所モデルの構成
続いて、STEP2において選択された近傍に対して、以下で示される、重みつき局所線形平均法(LWA)により局所モデルを構成する。
[STEP 3] Configuration of Local Model Next, a local model is configured for the neighborhood selected in
STEP3において、局所モデルとして得られるPID制御パラメータKoldは、制御誤差(ε:=yr−y)を考慮していないため、STEP2、STEP3を繰り返し行い、PID制御パラメータを逐次抽出したとしても、システムの状態に応じてPID制御パラメータが適切に調整されない恐れがある。そこで、STEP2で得られたPID制御パラメータKoldに対して制御誤差εにより修正を行ない、その修正されたデータKnewをデータベースに蓄えるものとする。
その修正方法は、次式のように与える。 The correction method is given by the following equation.
この実施の形態では、データベース6には、図2に示されるように、制御系の特徴量を含むベクトルである状態ベクトルと、この状態ベクトルに対応するPID制御パラメータとからなるデータが、蓄積される。すなわち、1組の状態ベクトルに、1組のPID制御パラメータが対応している。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
この実施の形態では、状態ベクトルは、図3に示されるように、参照モデル5の出力yrと、制御量である制御対象2の検出温度yの時系列データとからなり、PID制御パラメータは、上述のKp=kc、KI=kcTs/TI、KD=kcTD/Tsからなる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the state vector is composed of the output yr of the
この実施の形態のPIDチューニング部7は、図4の機能ブロック図に示されるように、近傍選択部8と、PID制御パラメータ生成部としての局所モデル生成部9と、データ修正部10とを備えている。
The
近傍選択部8では、上述の要求点が与えられる度に、すなわち、最新の時刻tにおける状態ベクトルが与えられる度に、この状態ベクトルと、データベース6に蓄積されている状態ベクトルとの距離を、上述の(10)式の重みつきL1ノルムにより求め、この距離の小さいものからk個の状態ベクトルを近傍として選択する。
In the neighborhood selection unit 8, every time the above-mentioned request point is given, that is, every time the state vector at the latest time t is given, the distance between this state vector and the state vector stored in the
局所モデル生成部9では、選択された近傍の状態ベクトルに対して、重みつき局所線形平均法により、PID制御パラメータKoldを求める。すなわち、選択された近傍のk個の状態ベクトルを用いて上述の(12)式に従って重みを決定し、この重みを、上述の(11)式に従って前記k個の状態ベクトルに対応するPID制御パラメータに乗じて(加重平均して) PID制御パラメータKoldを求めるのである。 The local model generation unit 9 obtains the PID control parameter K old by the weighted local linear average method for the selected nearby state vector. That is, a weight is determined according to the above equation (12) using the k neighboring state vectors selected, and this weight is determined as a PID control parameter corresponding to the k state vectors according to the above equation (11). Is multiplied (by weighted average) to obtain the PID control parameter K old .
この局所モデル生成部9で生成されたPID制御パラメータKoldを、PID制御器3に設定するものである。
The PID control parameter K old generated by the local model generation unit 9 is set in the
データ修正部10では、局所モデル生成部9で生成されたPID制御パラメータKoldに対して、上述の(13)〜(17)式に示されるように、制御誤差が小さくなる方向に修正を行い、この修正したPID制御パラメータKnewを、状態ベクトルに対応させてデータベース6に蓄積するものである。
The
このデータ修正部10では、制御誤差に基づいて修正するために、参照モデル5の出力yrおよび制御量である検出温度yが与えられている。
In this
この実施の形態では、PID制御器3および調整手段4は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、このマイクロコンピュータのROMに格納されている本発明に係るプログラムを実行することにより、JIT法に基づいてPID制御パラメータの調整を行うものであり、上述のデータベース6は、例えば、マイクロコンピュータのRAM上に構成されてもよいし、外部記憶装置を用いてもよい。
In this embodiment, the
この実施の形態では、データベース6に蓄積できるデータ量に限りがあり、また、制御対象2が経時変化する場合には、古いデータは削除した方が好ましいことから、既定のデータ量に達した後には、古いデータから削除するようにしている。
In this embodiment, the amount of data that can be stored in the
以上のようにJIT法に基づいて、PID制御器3のPID制御パラメータを調整する温度調節器1の有効性を評価するために数値例を以下に示す。
As described above, numerical examples are shown below to evaluate the effectiveness of the
ここでは、制御対象として、ポリスチレン重合反応器を考える。その反応器におけるジャケットの温度u(t)と反応温度y(t)との間の関係式は、次式で与えられる(中西,花熊:プロセス制御の基礎と実践,朝倉出版,(1992))。 Here, a polystyrene polymerization reactor is considered as a control target. The relational expression between the jacket temperature u (t) and the reaction temperature y (t) in the reactor is given by the following equation (Nakanishi, Hanakuma: Process Control Basics and Practice, Asakura Publishing, (1992) ).
このシステムに対して、JIT法に基づくPID制御パラメータの調整の手法を適用する。 A PID control parameter adjustment method based on the JIT method is applied to this system.
ここで、参照モデルに含まれている設計多項式T(z−1)を以下のように設計する。 Here, the design polynomial T (z −1 ) included in the reference model is designed as follows.
このときの制御結果を、図5に、また、PID制御パラメータの時間的変化を、図6に示す。 FIG. 5 shows the control result at this time, and FIG. 6 shows the temporal change of the PID control parameter.
これらの図に示されるように、システムの非線形性に応じて、PID制御パラメータが適切にオンライン調整されており、良好な制御結果が得られていることが分かる。 As shown in these figures, it can be seen that the PID control parameters are appropriately adjusted online according to the nonlinearity of the system, and a good control result is obtained.
かかる温度調節器では、上述のように、新たな状態ベクトルに対応して生成したPID制御パラメータを、制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に、修正係数である学習係数ηを用いて修正しているが、この学習係数ηは、ユーザが設定した固定値となっている。このため、上述の(13)式に示すように、PID制御パラメータK(t)の値の大小によって、PID制御パラメータの修正幅が変化し、学習が遅くなったり、あるいは、学習が進み過ぎて発振しやすくなる。 In such a temperature controller, as described above, the PID control parameter generated corresponding to the new state vector is corrected using the learning coefficient η, which is a correction coefficient, in a direction in which the control error or the model error is reduced. However, the learning coefficient η is a fixed value set by the user. For this reason, as shown in the above equation (13), the correction range of the PID control parameter changes depending on the value of the PID control parameter K (t), and the learning becomes slow or the learning progresses too much. It becomes easy to oscillate.
このため、ユーザが、適切な学習係数ηとなるように、制御対象に応じて試行錯誤的に調整しなければならず、実運転時と同じ条件で実際の制御対象を用いた試運転を繰り返さなければならない場合があるという課題がある。 For this reason, the user has to make trial and error adjustments according to the control target so as to obtain an appropriate learning coefficient η, and the trial run using the actual control target must be repeated under the same conditions as during actual operation. There is a problem that it may be necessary.
そこで、この実施形態では、学習係数ηを、予め求めた算出式に従って算出できるようにしている。 Therefore, in this embodiment, the learning coefficient η can be calculated according to a previously calculated calculation formula.
すなわち、この実施形態では、学習係数ηを、下記のいずれかの式に従って算出する。
η=[ηP ηI ηD]=A・Kold(t)/r(t)2
η=[ηP ηI ηD]=A・Kold(t)/y(t)2
η=[ηP ηI ηD]=A・Kold(t)/[r(t)・y(t)]
ここで、Aは定数であり、例えば、A=0.1〜10であるのが好ましく、Koldは局所モデル生成部9で生成された上述のPID制御パラメータ、r(t)は上述の設定値(目標温度)、y(t)は制御量である上述の出力(検出温度)である。
That is, in this embodiment, the learning coefficient η is calculated according to one of the following formulas.
η = [η P η I η D ] = A · K old (t) / r (t) 2
η = [η P η I η D ] = A · K old (t) / y (t) 2
η = [η P η I η D ] = A · K old (t) / [r (t) · y (t)]
Here, A is a constant, for example, preferably A = 0.1 to 10, K old is the above-mentioned PID control parameter generated by the local model generation unit 9, and r (t) is the above setting. The value (target temperature) and y (t) are the above-mentioned output (detected temperature) which is a controlled variable.
次に、この算出式の導出の過程について説明する。 Next, the process of deriving this calculation formula will be described.
学習が進み過ぎたり、遅くなり過ぎたりすることなく、一定の学習速度を保つための条件を導出する。 A condition for maintaining a constant learning speed without deriving too much or slowing down learning is derived.
先ず、学習速度を次のように定義する。 First, the learning speed is defined as follows.
学習速度=PIDゲインの変化率=Knew/Kold (20)
ここで、上記(15),(16)式より誤差の評価規範Jおよび上記(13),(14),(17)式よりKnewは、下記のように表される。
Learning speed = PID gain change rate = K new / K old (20)
Here, the (15), (16) Evaluation of the error from the equation norms J and above (13), (14), K new new from equation (17) is expressed as follows.
Kpnew(t)=Kpold(t)+ηP・ε(t+1){y(t−1)−y(t)}とにより、
学習速度=Kpnew/Kpold
=[Kpold+ηP・ε(t+1){y(t−1)−y(t)}]/Kpold
=1+{ηP・ε(t+1){y(t−1)−y(t)}}/Kpold
となる。
Learning speed = Kp new / Kp old
= [Kp old + η P · ε (t + 1) {y (t−1) −y (t)}] / Kp old
= 1 + {η P · ε (t + 1) {y (t−1) −y (t)}} / Kp old
It becomes.
したがって、Kpの学習速度は、概ねε(t+1)と{y(t−1)−y(t)}とに比例し、Kpoldに反比例することが分かる。 Therefore, it can be seen that the learning speed of Kp is approximately proportional to ε (t + 1) and {y (t−1) −y (t)} and inversely proportional to Kp old .
さらに、ε(t+1)は概ねr(t)に比例し、{y(t−1)−y(t)}は概ねy(t)に比例する。 Furthermore, ε (t + 1) is approximately proportional to r (t), and {y (t−1) −y (t)} is approximately proportional to y (t).
結果として、Kpの学習速度は、概ねr(t)、y(t)に比例し、Kpoldに反比例する。 As a result, the learning speed of Kp is approximately proportional to r (t) and y (t) and inversely proportional to Kp old .
すなわち、
Kpの学習速度∝r(t)・y(t)/Kpold
ここで、学習速度を、これらの変数によらず一定に保つためには、これらの変数の逆数を、ηに設定することによって、変数の影響をキャンセルすればよい。
That is,
Kp learning speed ∝r (t) · y (t) / Kp old
Here, in order to keep the learning speed constant regardless of these variables, the influence of the variables may be canceled by setting the inverse of these variables to η.
具体的には、
ηP∝Kpold/[r(t)・y(t)]
したがって、定数Aを用いて次のように表せる。
In particular,
η P ∝Kp old / [r (t) · y (t)]
Therefore, it can be expressed as follows using the constant A.
ηP=A・Kpold/[r(t)・y(t)]
また、r(t)≒y(t)とすれば、
ηP=A・Kpold/[r(t)・y(t)]≒A・Kpold/r(t)2
≒A・Kpold/y(t)2
KI,KDについても、同様に、次のような算出式が導出できる。
η P = A · Kp old / [r (t) · y (t)]
If r (t) ≈y (t),
η P = A · Kp old / [r (t) · y (t)] ≈A · Kp old / r (t) 2
≒ A ・ Kp old / y (t) 2
K I, for even K D, likewise, can be derived to calculate equation as follows.
ηI=A・KI old/[r(t)・y(t)]≒A・KI old/r(t)2
≒A・KI old/y(t)2
ηD=A・KD old/[r(t)・y(t)]≒A・KD old/r(t)2
≒A・KD old/y(t)2
以上をまとめると、
η=[ηP ηI ηD]=A・Kold(t)/r(t)2 (23)
η=[ηP ηI ηD]=A・Kold(t)/y(t)2 (24)
η=[ηP ηI ηD]=A・Kold(t)/[r(t)・y(t)](25)
なお、定数Aは、比例、積分、微分の各学習係数ηP、ηI、ηD毎に、異ならせてもよい。
η I = A · K I old / [r (t) · y (t)] ≈A · K I old / r (t) 2
≒ A ・ K I old / y (t) 2
η D = A · K D old / [r (t) · y (t)] ≈A · K D old / r (t) 2
≒ A ・ K D old / y (t) 2
In summary,
η = [η P η I η D ] = A · K old (t) / r (t) 2 (23)
η = [η P η I η D ] = A · K old (t) / y (t) 2 (24)
η = [η P η I η D ] = A · K old (t) / [r (t) · y (t)] (25)
The constant A may be different for each of the proportional, integral, and differential learning coefficients η P , η I , and η D.
また、目標温度r(t)の最大値rmax、あるいは、制御量y(t)の最大値ymaxが、予め分かっているような場合には、上記各式(23)〜(25)において、r(t)の代わりにrmaxを、あるいは、y(t)の代わりにymaxを用いてもよい。 Further, when the maximum value rmax of the target temperature r (t) or the maximum value ymax of the control amount y (t) is known in advance, in the above equations (23) to (25), r Rmax may be used instead of (t), or ymax may be used instead of y (t).
この実施形態では、例えば、上記(23)の算出式に従って、学習係数ηを算出し、この学習係数ηを用いてPID制御パラメータを修正するものである。 In this embodiment, for example, the learning coefficient η is calculated according to the calculation formula (23), and the PID control parameter is corrected using the learning coefficient η.
すなわち、上述のデータ修正部10では、局所モデル生成部9で生成されたPID制御パラメータKold(t)および目標値r(t)を用いて上記(23)式より学習係数ηを算出し、算出した学習係数ηを用いてPID制御パラメータKold(t)を修正し、修正したPID制御パラメータKnewを状態ベクトルに対応させてデータベース6に蓄積するのである。なお、算出式における定数Aは、例えば、A=1をデフォルト値として設定しておき、ユーザが、必要に応じて調整できるようにしてもよい。
That is, in the
ここで、定数Aについて説明する。図7は、学習係数ηの算出式として、上記(23)式を用いて、定数Aを、A=0.1、1、10とした場合の出力y(t)の変化のシミュレーション結果を示すものであり、実線がA=1、破線がA=0.1、一点鎖線がA=10をそれぞれ示しており、目標値を仮想線で併せて示している。 Here, the constant A will be described. FIG. 7 shows a simulation result of a change in output y (t) when the constant A is set to A = 0.1, 1, 10 using the above equation (23) as a calculation formula for the learning coefficient η. The solid line indicates A = 1, the broken line indicates A = 0.1, the alternate long and short dash line indicates A = 10, and the target value is also indicated by a virtual line.
この図7のシミュレーションでは、制御対象の特性は、むだ時間Lと一次遅れ{k/(τs+1)}の特性であり、時定数τ=100秒、むだ時間L=1秒、定常ゲイン(システムゲイン)K=100〜300℃であって、目標値が10℃のとき、K=300℃、目標値が30℃のとき、K=100℃であり、前記以外の目標値では、直線補間した値である。また、ゲインは、Kp=0.33、KI=0.011、KD=0.118である。 In the simulation of FIG. 7, the characteristics of the controlled object are the characteristics of the dead time L and the first order delay {k / (τs + 1)}, the time constant τ = 100 seconds, the dead time L = 1 second, and the steady state gain (system gain). ) When K = 100 to 300 ° C. and the target value is 10 ° C., K = 300 ° C., and when the target value is 30 ° C., K = 100 ° C. For other target values, linear interpolation is used. It is. The gains are Kp = 0.33, K I = 0.011, and K D = 0.118.
図8および図9には、図7における時間t=200〜600、1400〜1800の区間を拡大して示している。 8 and 9 show the sections of time t = 200 to 600 and 1400 to 1800 in FIG. 7 in an enlarged manner.
A=0.1、1、10のいずれの場合も学習が進むにつれて目標値とのずれが改善されているが、破線で示されるA=0.1では、学習の速度が遅く、一点鎖線で示されるA=10では、学習が進み過ぎてオーバーシュートが生じているのに対して、A=1では、オーバーシュートが生じることもなく、また、学習の速度も遅くなく、適切な値であることが分かる。 In any case of A = 0.1, 1 and 10, the deviation from the target value is improved as the learning progresses. However, at A = 0.1 shown by the broken line, the learning speed is slow, and the dashed line At A = 10 shown, learning progresses too much and overshoot occurs, whereas when A = 1, overshoot does not occur and the learning speed is not slow, which is an appropriate value. I understand that.
図10は、定数Aを、A=0.1、1、10とした場合のISE(Integral of Squared Error:二乗積分誤差)の変化を示しており、横軸は、学習回数に対応している。実線がA=1、破線がA=0.1、一点鎖線がA=10をそれぞれ示している。この図10に示されるように、一点鎖線で示されるA=10では、学習速度が大きく、Aを10より大きくしても学習速度の向上は期待できず、逆に発振が生じる虞がある。破線で示されるA=0.1では、学習速度がやや遅く、Aを0.1よりも小さくすると、学習に時間がかかることになる。 FIG. 10 shows a change in ISE (Integral of Squared Error) when the constant A is set to A = 0.1, 1, 10, and the horizontal axis corresponds to the number of learnings. . The solid line indicates A = 1, the broken line indicates A = 0.1, and the alternate long and short dash line indicates A = 10. As shown in FIG. 10, when A = 10 indicated by the alternate long and short dash line, the learning speed is large, and even if A is larger than 10, no improvement in the learning speed can be expected. When A = 0.1 indicated by a broken line, the learning speed is slightly slow, and if A is smaller than 0.1, learning takes time.
したがって、定数Aは、A=0.1〜10の範囲であるのが好ましい。 Therefore, the constant A is preferably in the range of A = 0.1-10.
次に、この実施形態による効果をシミュレーションに基づいて説明する。 Next, the effect by this embodiment is demonstrated based on simulation.
図11は、時定数τとむだ時間Lとの比(L/τ)が、0.01であって、目標値が10〜30、制御対象の定常ゲインKが100〜300の場合の出力y(t)の変化を示すものであり、実線が実施形態の出力を、破線が学習係数ηを固定した比較例の出力をそれぞれ示し、目標値を仮想線で併せて示している。 FIG. 11 shows the output y when the ratio (L / τ) between the time constant τ and the dead time L is 0.01, the target value is 10 to 30, and the steady gain K to be controlled is 100 to 300. The change of (t) is shown, the solid line shows the output of the embodiment, the broken line shows the output of the comparative example in which the learning coefficient η is fixed, and the target value is also shown by a virtual line.
また、図12は、時定数τとむだ時間Lとの比(L/τ)が、0.01であって、目標値が1000〜3000、制御対象の定常ゲインKが10000〜30000の場合の出力y(t)の変化を示すものであり、実線が実施形態の出力を、破線が学習係数ηを固定した比較例の出力をそれぞれ示している。 FIG. 12 shows a case where the ratio (L / τ) between the time constant τ and the dead time L is 0.01, the target value is 1000 to 3000, and the steady gain K to be controlled is 10000 to 30000. The change of the output y (t) is shown, the solid line indicates the output of the embodiment, and the broken line indicates the output of the comparative example in which the learning coefficient η is fixed.
なお、比較例の学習係数ηの固定値は、時定数τとむだ時間Lとの比(L/τ)が、0.01であって、目標値が100〜300、制御対象の定常ゲインKが1000〜3000の場合に、試行錯誤的に調整した値とした。
また、定数Aは、A=1とした。
The fixed value of the learning coefficient η in the comparative example is that the ratio (L / τ) between the time constant τ and the dead time L is 0.01, the target value is 100 to 300, and the steady gain K to be controlled. In the case of 1000 to 3000, the value was adjusted by trial and error.
The constant A is A = 1.
図11では、いずれも学習によって改善されているが、実施形態の方が、学習の速度が早く良好であることが分かる。 In FIG. 11, both are improved by learning, but it can be seen that the embodiment is faster and better in learning.
図12において、学習係数ηを固定した破線の比較例では、学習が進み過ぎて発振しているのに対して、学習係数ηを算出式に従って算出する実線の実施形態では、発振がなく、学習による改善効果も認められる。 In FIG. 12, in the comparative example of the broken line in which the learning coefficient η is fixed, the learning progresses too much and oscillates, whereas in the solid line embodiment in which the learning coefficient η is calculated according to the calculation formula, there is no oscillation and learning. The improvement effect by is also recognized.
(実施の形態2)
上述の学習の周期を、制御周期と一致させることが考えられるが、この場合、学習の周期が、むだ時間よりも短いときには、学習が困難になり、発振することがある。
(Embodiment 2)
It is conceivable to match the learning cycle with the control cycle, but in this case, when the learning cycle is shorter than the dead time, learning becomes difficult and oscillation may occur.
そこで、本発明の他の実施形態では、学習の周期を制御周期に一致させるのではなく、むだ時間に一致させるものである。 Therefore, in another embodiment of the present invention, the learning cycle is not matched with the control cycle, but is matched with the dead time.
すなわち、上述のデータ修正部10によるデータ修正の周期を、予め計測した制御対象2のむだ時間に一致させるものである。
That is, the period of data correction by the
このように学習の周期をむだ時間に一致させた実施形態と学習の周期を制御周期(1秒)に一致させた比較例のシミュレーション結果について説明する。 The simulation results of the embodiment in which the learning period is made to coincide with the dead time and the comparative example in which the learning period is made to coincide with the control period (1 second) will be described.
図13は、時定数τ(=100)とむだ時間Lとの比(L/τ)が、0.1であって、目標値が100〜300、制御対象の定常ゲインKが1000〜3000の場合の出力y(t)の変化を示すものであり、同図(a)が学習の周期Tsをむだ時間Lに一致させた実施形態の出力を、同図(b)が学習の周期Tsを制御周期である固定値(1秒)に一致させた比較例の出力をそれぞれ示し、目標値を仮想線で併せて示している。 FIG. 13 shows that the ratio (L / τ) between the time constant τ (= 100) and the dead time L is 0.1, the target value is 100 to 300, and the steady gain K to be controlled is 1000 to 3000. FIG. 4A shows the change in the output y (t) in the case where FIG. 4A shows the output of the embodiment in which the learning cycle Ts is matched with the dead time L, and FIG. 4B shows the learning cycle Ts. The output of the comparative example matched with the fixed value (1 second) which is a control period is shown, respectively, and the target value is also shown with the virtual line.
また、図14は、目標値および制御対象の定常ゲインKが図13と同じであって、時定数τ(=100)とむだ時間Lとの比(L/τ)を0.5とした場合の出力y(t)の変化を示すものであり、同図(a)が学習の周期Tsをむだ時間Lに一致させた実施形態の出力を、同図(b)が学習の周期Tsを制御周期である固定値(1秒)に一致させた比較例の出力をそれぞれ示している。 FIG. 14 shows a case where the target value and the steady gain K to be controlled are the same as those in FIG. 13, and the ratio (L / τ) between the time constant τ (= 100) and the dead time L is 0.5. The output y (t) of FIG. 4 shows the change of the output of the embodiment in which the learning period Ts coincides with the dead time L, and FIG. 4B controls the learning period Ts. The output of the comparative example matched with the fixed value (1 second) which is a period is shown, respectively.
学習の周期Tsを制御周期に一致させた比較例では、図13(b)および図14(b)に示すように、学習の周期Tsが、むだ時間Lよりも短くなって発振が生じているのに対して、学習の周期Tsをむだ時間Lに一致させた実施形態では、図13(a)および図14(a)に示すように学習の効果が認められる。 In the comparative example in which the learning cycle Ts is made to coincide with the control cycle, the learning cycle Ts becomes shorter than the dead time L and oscillation occurs, as shown in FIGS. 13B and 14B. On the other hand, in the embodiment in which the learning cycle Ts is made to coincide with the dead time L, the learning effect is recognized as shown in FIGS. 13 (a) and 14 (a).
(実施の形態3)
図15は、本発明の他の実施の形態に係る制御パラメータの調整装置を備えるシステムの図1に対応する構成図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
(Embodiment 3)
FIG. 15 is a configuration diagram corresponding to FIG. 1 of a system including a control parameter adjusting device according to another embodiment of the present invention, and parts corresponding to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals. Attached.
上述の実施の形態では、JIT法に基づいて、PID制御パラメータを調整する調整手段4を、温度調節器1に内蔵したけれども、この実施の形態では、上述の調整手段を、PLCやパソコンなど外部装置に内蔵させて制御パラメータの調整装置11を構成し、この調整装置11によって、PID制御器3を備える汎用の温度調節器1aのPID制御パラメータを調整するものである。
In the above-described embodiment, the adjusting means 4 for adjusting the PID control parameter is incorporated in the
調整装置11には、温度調節器1aからの設定値rおよび制御対象2からの検出温度yのデータが、通信やA/D変換によって逐次与えられる一方、温度調節器1aには、調整装置11からのPID制御パラメータが、通信によって逐次与えられて調整されるように構成されている。
The
調整装置11によるJIT法に基づくPID制御パラメータの調整動作は、上述の実施の形態と同様である。
The adjustment operation of the PID control parameter based on the JIT method by the
(その他の実施の形態)
本発明の他の実施形態として、参照モデルを省略し、状態ベクトルとして、参照モデル5の出力に代えて設定値rを用いてもよい。
(Other embodiments)
As another embodiment of the present invention, the reference model may be omitted, and the set value r may be used as the state vector instead of the output of the
上述の各実施の形態では、PID制御に適用して説明したけれども、本発明は、PID制御に限らず、例えば、GPC(一般化予測制御)などの他の制御パラメータの調整に適用できるのは勿論である。 In each of the above-described embodiments, description has been made by applying to PID control. However, the present invention is not limited to PID control, but can be applied to adjustment of other control parameters such as GPC (Generalized Predictive Control). Of course.
上述の実施の形態では、温度制御を行う温度調節器に適用して説明したけれども、本発明は、温度調節器に限るものではなく、制御対象の圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理状態を制御する制御装置に適用できるものである。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by applying to a temperature controller that performs temperature control. However, the present invention is not limited to a temperature controller, and various pressures, flow rates, speeds, liquid levels, and the like to be controlled The present invention can be applied to a control device that controls a physical state.
上述の実施の形態では、マイクロコンピュータのROMに格納されたプログラムを読み取って実行したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ等に記録しておき、必要に応じてこれら記録媒体から読み取って実行するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the program stored in the ROM of the microcomputer is read and executed. However, as another embodiment of the present invention, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic It may be recorded on a tape or the like, and read from these recording media and executed as necessary.
上述の各実施の形態では、近傍選択部によって要求点に近い状態ベクトルを選択したけれども、本発明の他の実施の形態として、近傍選択部を省略し、データベースの全ての状態ベクトルに基づいて、特性パラメータを生成してもよい。 In each of the above embodiments, a state vector close to the request point has been selected by the neighborhood selection unit, but as another embodiment of the present invention, the neighborhood selection unit is omitted and based on all the state vectors in the database, A characteristic parameter may be generated.
本発明は、温度調節器などの制御装置に有用である。 The present invention is useful for a control device such as a temperature controller.
1 温度調節器 2 制御対象
3 PID制御器 4 調整手段
5 参照モデル 6 データベース
7 PIDチューニング部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記調整手段は、新たな状態ベクトルが与えられることにより、前記データベースの状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、修正係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する特性パラメータ修正部とを含み、前記特性パラメータ修正部で修正した特性パラメータを、前記データベースに蓄積する制御装置であって、
前記特性パラメータ修正部は、前記修正係数を、予め定めた算出式に従って算出し、
前記制御系の特性パラメータは、前記制御手段の制御パラメータであり、
前記算出式は、前記制御パラメータの項を含むとともに、目標値の項および制御量の項の少なくともいずれか一方の項を含み、
さらに、前記算出式は、前記修正係数が、前記制御パラメータに比例し、かつ、前記目標値の2乗、前記目標値の最大値の2乗、前記制御量の2乗、前記制御量の最大値の2乗、または、前記目標値または前記目標値の最大値と前記制御量または前記制御量の最大値との積のいずれかに反比例することを示す式であることを特徴とする制御装置。 Control means for controlling an object to be controlled in accordance with the control parameter, and a vector including a control system characteristic amount is accumulated as a state vector, and the control means controls the control means based on database data in which a control system characteristic parameter is accumulated. Adjusting means for adjusting the parameters,
The adjusting means is provided with a new state vector, and based on the state vector of the database, a characteristic parameter generating unit that generates a characteristic parameter corresponding to the new state vector, and the characteristic parameter generating unit A characteristic parameter correction unit that corrects the characteristic parameter in a direction in which the control error or the model error is reduced by using a correction coefficient, and the characteristic parameter corrected by the characteristic parameter correction unit is stored in the database There,
The characteristic parameter correction unit calculates the correction coefficient according to a predetermined calculation formula ,
The characteristic parameter of the control system is a control parameter of the control means,
The calculation formula includes a term of the control parameter, and includes at least one of a term of a target value and a term of a control amount,
Further, the calculation formula is such that the correction coefficient is proportional to the control parameter, and the square of the target value, the square of the maximum value of the target value, the square of the control amount, and the maximum of the control amount. The control device is characterized by being inversely proportional to either the square of the value or the product of the target value or the maximum value of the target value and the control amount or the maximum value of the control amount. .
制御系の特徴量を含むベクトルが状態ベクトルとして蓄積されるとともに、制御系の特性パラメータが蓄積されるデータベースのデータに基づいて、前記制御装置の制御パラメータを調整する調整手段を備え、
前記調整手段は、新たな状態ベクトルが与えられることにより、前記データベースの状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成する特性パラメータ生成部と、前記特性パラメータ生成部で生成した特性パラメータを、修正係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する特性パラメータ修正部とを含み、前記特性パラメータ修正部で修正した特性パラメータを、前記データベースに蓄積するものであって、
前記特性パラメータ修正部は、前記修正係数を、予め定めた算出式に従って算出し、
前記制御系の特性パラメータは、前記制御装置の制御パラメータであり、
前記算出式は、前記制御パラメータの項を含むとともに、目標値の項および制御量の項の少なくともいずれか一方の項を含み、
さらに、前記算出式は、前記修正係数が、前記制御パラメータに比例し、かつ、前記目標値の2乗、前記目標値の最大値の2乗、前記制御量の2乗、前記制御量の最大値の2乗、または、前記目標値または前記目標値の最大値と前記制御量または前記制御量の最大値との積のいずれかに反比例することを示す式であることを特徴とする制御パラメータの調整装置。 A device for adjusting the control parameter of a control device that controls a control object according to a control parameter,
A vector including a control system feature amount is accumulated as a state vector, and an adjustment unit that adjusts a control parameter of the control device based on data in a database in which a control system characteristic parameter is accumulated,
The adjusting means is provided with a new state vector, and based on the state vector of the database, a characteristic parameter generating unit that generates a characteristic parameter corresponding to the new state vector, and the characteristic parameter generating unit A characteristic parameter correction unit that corrects the characteristic parameter in a direction that reduces a control error or a model error by using a correction coefficient, and stores the characteristic parameter corrected by the characteristic parameter correction unit in the database. And
The characteristic parameter correction unit calculates the correction coefficient according to a predetermined calculation formula ,
The characteristic parameter of the control system is a control parameter of the control device,
The calculation formula includes a term of the control parameter, and includes at least one of a term of a target value and a term of a control amount,
Further, the calculation formula is such that the correction coefficient is proportional to the control parameter, and the square of the target value, the square of the maximum value of the target value, the square of the control amount, and the maximum of the control amount. A control parameter characterized by being inversely proportional to either the square of the value or the product of the target value or the maximum value of the target value and the control amount or the maximum value of the control amount Adjustment device.
制御系の特徴量を含むベクトルを状態ベクトルとしてデータベースに蓄積するとともに、制御系の特性パラメータを前記データベースに蓄積するステップと、新たな状態ベクトルが与えられることにより、前記データベースの状態ベクトルに基づいて、前記新たな状態ベクトルに対応する特性パラメータを生成するステップと、生成した特性パラメータを、修正係数を用いて制御誤差またはモデル誤差が小さくなる方向に修正する修正ステップと、修正した特性パラメータを、前記データベースに蓄積する蓄積ステップと、特性パラメータに基づいて、前記制御パラメータを調整するステップとを含み、
前記修正ステップでは、前記修正係数を、予め定めた算出式に従って算出し、
前記制御系の特性パラメータは、前記制御装置の制御パラメータであり、
前記算出式は、前記制御パラメータの項を含むとともに、前記制御パラメータの項を含むとともに、目標値の項および制御量の項の少なくともいずれか一方の項を含み、
さらに、前記算出式は、前記修正係数が、前記制御パラメータに比例し、かつ、前記目標値の2乗、前記目標値の最大値の2乗、前記制御量の2乗、前記制御量の最大値の2乗、または、前記目標値または前記目標値の最大値と前記制御量または前記制御量の最大値との積のいずれかに反比例することを示す式であることを特徴とする制御パラメータの調整方法。 A method of adjusting the control parameter of a control device that controls a controlled object according to a control parameter,
A vector containing a control system feature amount is stored in the database as a state vector, and a control system characteristic parameter is stored in the database, and a new state vector is given, so that A step of generating a characteristic parameter corresponding to the new state vector, a correction step of correcting the generated characteristic parameter in a direction in which a control error or a model error is reduced using a correction coefficient, and a corrected characteristic parameter, Accumulating in the database, and adjusting the control parameter based on a characteristic parameter;
In the correction step, the correction coefficient is calculated according to a predetermined calculation formula ,
The characteristic parameter of the control system is a control parameter of the control device,
The calculation formula includes a term for the control parameter, a term for the control parameter, a term for the target value, and a term for the controlled variable.
Further, the calculation formula is such that the correction coefficient is proportional to the control parameter, and the square of the target value, the square of the maximum value of the target value, the square of the control amount, and the maximum of the control amount. A control parameter characterized by being inversely proportional to either the square of the value or the product of the target value or the maximum value of the target value and the control amount or the maximum value of the control amount Adjustment method.
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