(57)【要約】【課題】比較的高い周波数で変動する指令入力に制御対象の出力を遅れることなく追従させる制御装置を提供する。【解決手段】指令入力の変動分の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力で選択された１つのフィルタの入力にフィードフォワード演算器の出力を接続し前記フィルタの出力を選択して出力するフィルタ選択器とを具備し、前記フィルタ選択器の出力を安定化補償装置の出力に加算する。【選択図】図１
2006011819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の指令入力と該制御対象の状態量との偏差量を比例又は比例積分器等からなる安定化補償装置と、前記指令入力を前記制御対象の逆システムの伝達関数に通して出力するフィードフォワード演算器と、該フィードフォワード演算器の出力を低域通過フィルタに通して出力するノイズ除去器と、前記安定化補償装置とノイズ除去器の出力の和を前記制御対象に印加するようにした制御装置において、前記指令入力の変動分の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力で選択された１つのフィルタの入力に前記フィードフォワード演算器の出力を接続し前記フィルタの出力を選択して出力するフィルタ選択器とを具備し、前記フィルタ選択器の出力を前記ノイズ除去器の出力の代わりに前記安定化補償装置の出力に加算することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
制御対象の入力量と状態量とから前記制御対象の逆システムの伝達関数を用いて前記制御対象の運転特性に影響を与える変動要素を含めた等価外乱を算出する等価外乱推定器と、前記等価外乱の変動分の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力で選択された１つのフィルタの入力に前記等価外乱推定器の出力を接続し、前記フィルタの出力を選択して出力するフィルタ選択器とを具備し、前記フィルタ選択器の出力を前記安定化補償装置の出力に加算する制御装置において、前記等価外乱推定器の入力である前記状態量の代わりに前記状態量から前記指令入力を減算したものとすることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィードバック制御に関するもので、指令入力が比較的高い周波数で周期的に変化するシステムの制御応答を改善する手法を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に指令のフィードフォワードを用いた制御システムを示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
実際の制御対象５の指令入力ｙｒｅｆと制御対象５の状態量ｙとの偏差量を偏差演算器１で求め安定化補償装置２に出力する。安定化補償装置２では、入力した偏差量を比例または比例積分増幅して操作量ｕ１として出力する。フィードフォワード演算器１４は、指令入力ｙｒｅｆを既知の制御対象４の逆システムの伝達関数に通して出力する。ノイズ除去器８は、フィードフォワード演算器６の出力を低域通過フィルタに通して出力する。その出力は加算器３により安定化補償装置２の出力ｕ１と加算されて操作量ｕとして出力される。操作量ｕは実際の制御対象５に印加される。このような構成にすることで、指令入力の変化に対して状態量ｙを遅れることなく追従させることができる。（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特開平６−６７７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術で示した図３のシステムにおいて、ノイズ除去器８の低域通過フィルタの時定数よりも指令入力ｙｒｅｆの変化する周波数が比較的高い場合を想定する。するとフィードフォワード演算器１４の出力は指令入力ｙｒｅｆと同じ周波数で変動するので、低域通過フィルタであるノイズ除去器８を通すことにより振幅は小さくなり、位相も遅れることになる。すると指令入力の変化に状態量を遅れることなく追従させることは困難となる。
【０００４】
上記問題点を解決するために、ノイズ除去器８の時定数を指令入力の変動周波数より十分に短くすればよいが、そうするとフィードフォワード演算器１４で増幅されたノイズを十分に抑制することができなくなり、システムを不安定にしてしまう。またこのシステムをディジタルによる離散時間制御で実現した場合は、ノイズ除去器８の時定数を短くするために、離散時間制御でのサンプリング周期を十分短くしなければならなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述した問題点を解決するために、制御対象の指令入力と該制御対象の状態量との偏差量を比例又は比例積分器等からなる安定化補償装置と、前記指令入力を前記制御対象の逆システムの伝達関数に通して出力するフィードフォワード演算器と、該フィードフォワード演算器の出力を低域通過フィルタに通して出力するノイズ除去器と、前記安定化補償装置とノイズ除去器の出力の和を前記制御対象に印加するようにした制御装置において、前記指令入力の変動分の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力で選択された１つのフィルタの入力に前記フィードフォワード演算器の出力を接続し前記フィルタの出力を選択して出力するフィルタ選択器とを具備し、前記フィルタ選択器の出力を前記ノイズ除去器の出力の代わりに前記安定化補償装置の出力に加算することを特徴とする。
また制御対象の入力量と状態量とから前記制御対象の逆システムの伝達関数を用いて前記制御対象の運転特性に影響を与える変動要素を含めた等価外乱を算出する等価外乱推定器と、前記等価外乱の変動分の基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する位相選択器と、Ｎ個のフィルタ群と、前記フィルタ群の中から前記位相選択器の出力で選択された１つのフィルタの入力に前記等価外乱推定器の出力を接続し、前記フィルタの出力を選択して出力するフィルタ選択器とを具備し、前記フィルタ選択器の出力を前記安定化補償装置の出力に加算する制御装置において、前記等価外乱推定器の入力である前記状態量の代わりに前記状態量から前記指令入力を減算したものとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、フィードフォワード演算器１４で増幅されたノイズを十分に抑制した上でフィードフォワード演算器１４の所定の周波数成分だけは大きさも位相も変化させることなく加算器３に出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
指令入力に比較的高い周波数の交流分があっても、ノイズなどの要因でシステムを不安定にすることなく制御対象の状態量を指令入力に追従させることができた。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の１実施例のブロック図である。図１を図３と比較すると、図３のノイズ除去器８がフィルタ群１０とフィルタ選択器１２と位相選択器１１に置き換わっているだけなので、以下では上記部分のみの説明をする。
位相選択器１１は、指令入力ｙｒｅｆの変動分の基本波周期が既知である場合に、前記基本波周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する。つまり位相選択器１１の出力は１、２、・・・Ｎ−１、Ｎ、１、２・・・と変化し、１からＮまで変化する時間は前記基本波周期と一致する。フィルタ選択器１２は、フィルタ群１０中のＮ個のフィルタの中から位相選択器１１の出力に応じて１つのフィルタを選択し、選択されたフィルタの入力にフィードフォワード演算器１４の出力を接続してフィルタ動作させ、選択されたフィルタの出力を加算器３に出力する。フィルタ群１０の中でフィルタ選択器１２で選択されなかったＮ−１個のフィルタは、フィルタの出力値は保ったままでフィルタ動作を停止した状態となる。フィルタ群１０中のＮ個のフィルタは、フィードフォワード演算器１４出力のノイズを十分に抑制できる時定数の低域通過フィルタである。
【０００９】
以下では、図１の構成で、前記効果が得られる理由を説明する。
フィルタ群１０中のフィルタの名前をＦ１、Ｆ２・・・ＦＮとする。各フィルタは、位相選択器１１の出力に応じてフィルタ選択器１２により選択されるわけであり、位相選択器１１の出力が１からＮまで変化する時間と指令入力ｙｒｅｆの変動分の基本波周期つまりフィードフォワード演算器１４出力の基本波の周期とは一致している。従って、各フィルタは、フィードフォワード演算器１４出力の基本波の同じ位相時にのみ選択されることになる。つまり例えばＮ＝４ならば、前記基本波の位相が−４０度から５０度の範囲では必ずフィルタＦ１が選択され、位相が５０度から１４０度の範囲ではＦ２が選択され、位相が１４０度から２３０度の範囲ではＦ３が選択され、位相が２３０度から３２０度（つまり−４０度）の範囲ではＦ４が選択されることになる。よって、各フィルタの入力はいつでも同じような値であり、前記基本波の周波数で変化しないことになる。そうすると、各フィルタの時定数を短くする必要はなくなり、ノイズを十分に除去できるような長い時定数とすることができる。フィルタ選択器１２は、前記基本波の位相に応じてフィルタ群からフィルタを順次選択して出力するので、各フィルタはほとんど直流量をフィルタしているだけであるが、フィルタ選択器１２の出力は前記基本波で脈動する交流分を含むことになり、前記基本波成分においては位相遅れやゲインの低下などは発生しないことになる。
【００１０】
図２は、図４で示された制御器に本発明を適用した場合を示す。図４は、外乱オブザーバを備えた制御器であり、該外乱オブザーバの部分のみ説明する。
等価外乱推定器１３は、制御対象の逆システム６と加減算器７で構成され、実際の制御対象５に含まれる等価外乱ｄを推定して出力する。位相選択器１１は、等価外乱ｄの変動分の基本波周期が既知である場合に、前記基本波成分の周期の１／Ｎ倍の時間毎に１からＮまでの整数を鋸波状にインクリメントして出力する。つまり位相選択器１１の出力は１、２、・・・Ｎ−１、Ｎ、１、２・・・と変化し、１からＮまでの時間は等価外乱ｄの変動分の基本波周期と一致する。フィルタ選択器１２は、フィルタ群１０の中のＮ個のフィルタの中から位相選択器１１の出力に応じて１つのフィルタを選択し、選択されたフィルタの入力に等価外乱推定器１３の出力を接続してフィルタ動作させ、選択されたフィルタの出力を加算器３に外乱推定値ｄｅとして出力する。フィルタ群１０の中でフィルタ選択器１２で選択されなかったＮ−１個のフィルタは、フィルタの出力値は保ったままでフィルタ動作を停止した状態となる。
【００１１】
図４の構成により、等価外乱ｄが比較的高い周波数の基本波交流分を持つ場合でも、フィルタ選択器１２で選択出力された外乱推定値ｄｅは、等価外乱ｄとほぼ同じ振幅で位相が遅れることがない信号となり、操作量ｕに等価外乱ｄと逆位相の信号を重畳することができるので、等価外乱にロバストなシステムを構築することができる。しかし、図４の構成では指令入力ｙｒｅｆに比較的高い周波数の交流分が含まれた場合、状態量ｙをｙｒｅｆに遅れることなく追従させることは困難である。そこで、図３のフィードフォワード演算器１４とノイズ除去器８から成るフィードフォワード制御器を追加することが考えられるが、前記「発明が解決しようとする課題」に記されたように十分に追従させることは困難である。また、図４に図1同様に本出願「請求項1」記載のフィードフォワード演算器１４、位相選択器１１、Ｎ個のフィルタ群１０、およびフィルタ選択器１２を追加すればよいが、これでは、回路構成が複雑になる。そこで図４に本発明を適用した図２の構成が提供される。
【００１２】
図２は、図４の制御対象の逆システム６の入力に加減算器９を追加したものであり、制御対象の逆システム６の入力から指令入力ｙｒｅｆを引いた構成となっている。この構成により、図１のフィードフォワード演算器１４と制御対象の逆システム６とは同じものであるため、図２の外乱推定値ｄｅは、図１のフィルタ選択器１２の出力と図４の外乱推定値ｄｅとの和となり、図４に図１のフィードフォワード演算器１４や位相選択器１１やフィルタ群１０やフィルタ選択器１２を新たに追加した場合と同じ結果が簡単な回路構成で実現できる。但し、図２の位相選択器１１やフィルタ群１０やフィルタ選択器１２は、外乱推定とフィードフォワードの両者の和を入力しているので、等価外乱ｄに含まれる交流分の基本波周波数と指令入力ｙｒｅｆに含まれる交流分の基本波周波数とは一致していなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明により、周期的に変動する指令に制御対象出力の状態量を遅れることなく追従させることができ、かつノイズの混入を抑制して安定に制御できることから、産業上の利用の可能性は大いにある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例を示した説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示した説明図である。
【図３】図１に対応した従来の技術を示した説明図である。
【図４】図２に対応した従来の技術を示した説明図である。
【符号の説明】
【００１５】
１    偏差演算器
２    安定化補償装置
３    加算器
４    既知の制御対象
５    実際の制御対象
６    制御対象の逆システム
７    加減算器
８    ノイズ除去器
９    加減算器
１０    フィルタ群
１１    位相選択器
１２    フィルタ選択器
１３    等価外乱推定器
１４    フィードフォワード演算器
【図１】
2006011819.tif 000003
【図２】
2006011819.tif 000004
【図３】
2006011819.tif 000005
【図４】
2006011819.tif 000006