(57)【要約】【課題】  厳密な離散化手法と同等な制御可能範囲と精度を得られる適応制御装置を提供する。【解決手段】  制御モデル演算に入力するタイミングを調整する手段を備え、制御モデルが第１制御モデルと第２制御モデルとの構成となっており、第１制御モデルを演算する手段と、第１制御モデル演算に使うサンプリング時間を制御入力の周波数の条件で演算周期のサンプリング時間あるいは前記サンプリング時間の２分の１に切替えて設定する手段と、演算周期のサンプリング時間が第１制御モデルに設定されて演算された場合に第１制御モデル演算でえられる状態変数をホールドする手段と、制御入力の周波数の条件で第１制御モデルで演算された状態変数と、第２制御モデルで演算された状態変数を切替える手段と、切替手段の結果で選択された状態変数から出力推定値を演算する手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御システムの出力値を検出する手段と、制御モデルの制御出力を演算する手段と、前記制御モデル演算で推定された制御出力推定値と前記制御システムの出力値との差分演算する手段と、前記差分演算値をゼロとするように制御パラメータを調整する適応機構とを備えた適応制御装置において、
制御入力値を検出する手段と、
前記制御入力値の演算器内で制御モデル演算に入力するタイミングを調整する手段を備え、
前記制御モデルは第１制御モデルと第２制御モデルで構成され、
第１制御モデルを演算する手段と、
第１制御モデル演算に使用するサンプリング時間を制御入力周波数の条件により演算周期のサンプリング時間あるいは前記サンプリング時間の２分の１に切替えて設定する手段と、
前記演算周期のサンプリング時間が第１制御モデルに設定されて演算された場合に第１の制御モデル演算で得られる状態変数をホールドする手段と、
制御入力周波数の条件で第１制御モデルで演算された状態変数と、第２制御モデルで演算された状態変数を切替える手段と、
前記切替手段の結果で選択された状態変数から出力推定値を演算する手段とを備えたことを特徴とする適応制御装置。
【請求項２】
前記第1制御モデルと第２制御モデルは、ともにオイラー法の一次近似のような簡易的に離散化された制御システムの数式モデルであることを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項３】
前記制御入力を検出する手段を備える代わりに、制御演算器内で制御指令値と前記制御システムの出力値に基づき入力値を演算する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の適応制御装置。
【請求項４】
前記第1制御モデルと第２制御モデルは、ともにオイラー法の一次近似のような簡易的に離散化された制御システムの数式モデルであることを特徴とする請求項３記載の適応制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応的に制御パラメータを調整しながら、制御モデルの推定出力を実制御システムの出力に一致させる適応制御の演算器への実装技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の適応制御装置は、図２と３に示すような適応同定器とモデル規範形適応制御系の構成がある（例えば、非特許文献１参照）。ともに適応的にパラメータを調整しながら，制御モデルの推定出力を実制御システムの出力に一致させる適応制御であり，図２の適応機構３では制御モデルのパラメータｋ^を同定し，同定結果を制御モデル２内のパラメータに設定しながら推定出力を調節するものであり，推定出力が制御対象１である実制御システムの出力に一致した場合にパラメータは真値に収束することになる。図３の適応機構４では制御器５のパラメータｋ＾を演算し，演算結果を制御器のパラメータに設定しながら制御入力を調整するものであり，推定出力が実制御システムの出力に一致した場合に制御器５のパラメータは最適値に収束することになる。これら適応制御の演算器への実装において，制御モデルが複雑な場合は演算量増加の為，厳密な離散化が難しく，オイラー方の一次近似などの簡易的な離散化により実装することになる。図４に適応同定器を離散化した場合の例を示す。式（１）の連続系で表される電動機モデルをオイラー法の一次近似で離散化すると数（２）の差分方程式がえられる。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
【数２】
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ここで，ｎ−1は前回の演算における状態変数を示し，ｎは現在の演算における状態変数を示し，Δｔは１演算周期の時間，すなわち，１サンプリング時間を示している。このように従来の適応制御装置は、演算器への実装において，数式２の差分方程式に基づき，制御モデルの推定出力値が演算されていた。
【０００５】
【非特許文献１】鈴木隆著「アダプティブコントロール」コロナ社、２００１年８月１０日、ｐ．４−５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の適応制御装置は、簡易的離散化手法で実装され、かつ演算時間が十分に短くできない場合に、図５に示すように急変したり、あるいは高周波信号の制御入力に対して、離散化誤差が増大し，適応制御装置で推定された状態変数やパラメータを利用した制御系は不安定となるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、演算時間の短縮が図れない場合においても簡易的な離散化のみで，厳密な離散化手法と同等な制御可能範囲と精度を得ることができる適応制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の本発明は、制御システムの出力値を検出する手段と、制御入力値を検出する手段と、制御モデルを演算する手段と、制御モデル演算で推定された制御出力推定値と制御システムの出力値との差分演算する手段と、差分演算値をゼロとするように制御パラメータを調整する適応機構とを備えた適応制御装置において、制御入力値の演算器内で制御モデル演算に入力するタイミングを調整する手段を備え、制御モデルは第１制御モデルと第２制御モデルで構成され、第１制御モデルを演算する手段と、第１制御モデル演算に使用するサンプリング時間を制御入力周波数の条件により演算周期のサンプリング時間あるいは前記サンプリング時間の２分の１に切替えて設定する手段と、演算周期のサンプリング時間が第１制御モデルに設定されて演算された場合に第１の制御モデル演算で得られる状態変数をホールドする手段と、制御入力周波数の条件で第１制御モデルで演算された状態変数と、第２制御モデルで演算された状態変数を切替える手段と、切替手段の結果で選択された状態変数から出力推定値を演算する手段とを備えるようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の適応制御装置において、第1制御モデルと第２制御モデルは、ともにオイラー法の一次近似のような簡易的に離散化された制御システムの数式モデルであるようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、請求項１記載の適応制御装置において、制御入力を検出する手段を備える代わりに、制御演算器内で制御指令値と前記制御システムの出力値に基づき制御入力値を演算する手段を備えるようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、請求項３記載の適応制御装置において、第1制御モデルと第２制御モデルは、ともにオイラー法の一次近似のような簡易的に離散化された制御システムの数式モデルであるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、演算時間の短縮が図れない場合においても厳密な離散化手法と同等な制御可能範囲と精度をえることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明における適応制御装置を適応同定器に実施した場合の形態を示すブロック図である。
図１において、１は制御対象であり操作量ｕを入力としてｘを制御出力変換器６へ出力する。６は制御出力演算器でｘを入力としｙをゼロ次ホールド器１０１へ出力する。１０１はゼロ次ホールド器で、操作量ｕをホールドしてｕ（ｎ）を演算タイミング調整器１５へ出力する。１５は演算タイミング調整器で、ｕ（ｎ）を入力して演算タイミングｕ（ｎ−１）とｕ（ｎ−０．５）を各々第１制御モデル２２、第２制御モデル２３へ出力する。１２は第１制御モデル２２のサンプリング時間設定器であり第１制御モデル２２にサンプリング時間Δｔ０を出力する。２２は第１制御モデルであり、サンプリング時間Δｔ０と演算タイミングｕ（ｎ−１）とｘ＾（ｎ−１）を入力し、ｘ＾（ｎ−０．５）とｘ＾（ｎ）を１３と第２制御モデル２３へ出力する。２３は制御モデル２で演算タイミングｕ（ｎ−０．５）とｘ＾（ｎ−０．５）を入力しｘ＾（ｎ）を切替スイッチ１４を介して６と９へ出力する。９は１サンプリング遅れ要素であり、ｘ＾（ｎ）を入力し、ｘ＾（ｎ−１）を第１制御モデル２２へ出力する。６は制御出力演算器でｘを入力しｙをゼロ次ホールド１０２へ出力する。１０２はゼロ次ホールド器でｙを入力しｙ（ｎ）を加算器７へ出力する。７は加算器でｙ（ｎ）とｙ＾（ｎ）の差をとりｅ（ｎ）を適応機構３１へ出力する。３３は適応機構であり、ｅ（ｎ）を入力しｋ＾（ｎ）を第１制御モデル２２と第２制御モデル２３へ出力する。ｋ＾（ｎ）は第１制御モデル１および第２制御モデルの係数Ａ＾とＢを調整する。
次に動作について説明する。図１において、第1の制御モデル２２は前回の演算周期（ｎ−１）の制御入力と演算周期（ｎ−１）に第２の制御モデル２３で演算された状態変数を用いて，制御モデル演算を実施するもので，演算の際に１２のサンプリング時間設定器により制御入力の周波数がオイラー法の一次近似で十分な演算精度が期待される低周波の場合は１演算周期のサンプリング時間を第１の制御モデルに設定し，オイラー法の一次近似が不十分となる高周波の場合には前記サンプリング時間の２分の１を第１の制御モデルに設定し，低周波時は最新サンプリング点（ｎ）の状態変数Ｘ＾（ｎ）（＾はモデルの出力で推定値であることを表す。以下同じ）を高周波時には中間サンプリング点（ｎ−０.５）の状態変数Ｘ＾（ｎ−０.５）を演算するものである。低周波時には従来のオイラ−法の一次近似で十分であるので，切替スイッチ１４にて最新サンプリング点(ｎ)の状態変数Ｘ＾（ｎ）を選択し，第２の制御モデル２３は演算しない。高周波時には中間サンプリング点（ｎ−０.５）の状態変数Ｘ＾（ｎ−０.５）を第２の制御モデル２３に代入し，最新のサンプリング点(n)の状態変数Ｘ＾（ｎ）を予測演算する。本発明が非特許文献１と異なる部分は、第１の制御モデルと第２の制御モデルを備えた部分である。
【００１１】
図６に本発明の原理を示す。１演算周期内に中間サンプリング点(ｎ−０．５)という概念を持ち，前回の演算周期(n-1)の状態変数から中間サンプリング点（ｎ−０.５）の状態変数を演算し，中間サンプリング点（ｎ−０.５）の状態変数から最新のサンプリング点（ｎ）の状態変数を演算することで，それぞれの区間でそれぞれのサンプリング点を結ぶ直線で状態変化量を近似することができる。これにより簡易的な離散化法のみを用いて離散化誤差を低減することができる。しかしながら，簡易的な離散化で十分な精度が期待できる制御入力が低周波の場合は，この演算は冗長なものとなるため，第１制御モデル演算で設定するサンプリング時間と制御モデル演算でえられる状態変数を切替られるようにしたことも本発明の特徴である。また，制御モデル演算で重要なことは第１制御モデル２２と第２制御モデル２３への制御入力は，演算タイミング調整器１５によって，それぞれサンプリング点（ｎ−１）、（ｎ−０.５）に合わせなければならないことである。演算タイミング調整器１５は時間進み，遅れ機能，交流入力の場合は位相進み，遅れ機能を有するものである。通常制御入力にフィードフォワード制御やフィードバック制御によってえられる制御対象の指令入力を使う場合は前回の演算周期で設定されたため最低１サンプリング周期の遅れが生じる。また，制御対象の入力として設定してもハードウェアの条件により制御対象へ供給されるのは０から１サンプリング周期の間で遅れが生じることがある。したがって，制御モデル演算への入力は実際に制御対象へ入力が供給されるタイミングに近づけるようにしたことも本発明の特徴である。適応機構３１は第２の制御モデルの出力値ｙ＾（ｎ）と実測された制御対象（実制御システム）の出力値ｙ（ｎ）との差分演算７した結果に基づき，第１制御モデルおよび第２制御モデルの未知パラメータを同定し，逐次両制御モデルに設定するものである。適応機構の同定アルゴリズムによっては，差分演算７の結果のみならず，第２制御モデルの状態変数を用いることがある。
【００１２】
このように第１制御モデルによって予めサンプリング点（ｎ）の状態変数を予測演算し，第２制御モデルの前回サンプリング点（ｎ−１）の状態変数から中間変数をもとめ，第２制御モデルをその中間変数とサンプリング点を中間点に調整した制御入力を用いて演算するという構成をしているので，簡易的な離散化演算のみを用いて厳密な離散化演算と同等な演算精度をえることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
発明の実施例では適応同定器を示したが，図３のモデル規範形適応制御系へも実施可能である。また，図１において，差分演算７の結果に基づき制御入力Ｕ（ｎ−０.５）を第２の制御モデル出力値ｙ＾（ｎ）が実測された制御対象（実制御システム）の出力値ｙ（ｎ）に調整する機能を追加し，適応観測器へと拡張することもできる。図７は制御対象を誘導電動機とし，誘導電動機の速度を適応的に同定しながら磁束を推定する適応観測器へ本発明を実施した場合の実験結果を示す図である。制御入力値と状態変数が高周波となる高速度領域において従来法は制御不能となっているのに対し，本発明ではその領域でも良好に速度の同定および制御ができている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における適応制御装置の実施形態の構成を表すブロック図
【図２】従来の適応同定器を説明する図
【図３】従来のモデル規範形適応制御系を説明する図
【図４】従来の離散化された適応同定器を表すブロック図
【図５】従来の離散化誤差を説明する図
【図６】本発明の効果を説明する図
【図７】本発明を誘導電動機の速度適応磁束観測器へ実施した場合の実験結果を示す図
【符号の説明】
【００１５】
１  制御対象（実制御システム）
２  制御モデル
３  適応機構（適応同定器）
４  適応機構（モデル規範形適応制御系）
５  フィードバック制御器
６  制御出力演算器
７  制御出力値と制御出力推定値との差分演算器
８  制御指令値と制御出力との差分演算器
９  １サンプリング時間遅れ要素
１０  ゼロ次ホールド（サンプル器）
１２  第１制御モデルのサンプリング時間設定器
１３  第１制御モデルの状態変数ホールド器
１４  切替スイッチ
１５  演算タイミング調整期
２１  制御離散化モデル
２２  第１制御モデル
２３  第２制御モデル
３１  適応機構（離散化された適応同定器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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