專利名稱：控制器的設(shè)計(jì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照H無(wú)限大(H∞)邏輯設(shè)計(jì)多變量控制器的設(shè)計(jì)裝置。
背景技術(shù)：
在最近幾年，在反饋控制領(lǐng)域，H∞邏輯經(jīng)常廣泛使用，使得可以考慮一個(gè)實(shí)際控制對(duì)象和該控制對(duì)象的數(shù)字模型之間的誤差來(lái)設(shè)計(jì)該控制器。在常規(guī)的控制邏輯中，在設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)由傳輸函數(shù)和狀態(tài)公式代表的控制對(duì)象模型，并且該控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成穩(wěn)定該模型。此時(shí)，當(dāng)在實(shí)際控制對(duì)象和該模型之間存在有不重要的誤差時(shí)，被設(shè)計(jì)成穩(wěn)定該模型的控制器可以穩(wěn)定該實(shí)際控制對(duì)象。但是，當(dāng)在實(shí)際控制對(duì)象與該模型之間由于某種原因存在有重大誤差時(shí)，該控制器就不能穩(wěn)定該實(shí)際的控制對(duì)象。
在H∞邏輯中，即便在該實(shí)際的控制對(duì)象與該設(shè)計(jì)使用的數(shù)字模型之間存在有誤差，當(dāng)可以獲得有關(guān)該誤差的信息時(shí)，用于穩(wěn)定該實(shí)際控制對(duì)象的控制器也可以參考該誤差進(jìn)行設(shè)計(jì)。據(jù)稱與常規(guī)的控制邏輯相比，在設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)時(shí)，H∞邏輯很有可能直觀地給出控制規(guī)范。例如在使用一個(gè)常規(guī)控制邏輯設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，它的設(shè)計(jì)規(guī)范涉及在閉環(huán)系統(tǒng)或評(píng)估函數(shù)的加權(quán)矩陣內(nèi)的極。但是這些值的物理含義是不明確的，并且它也要求很多的訓(xùn)練和誤差來(lái)進(jìn)行設(shè)置。
相反，在H∞邏輯中，該控制規(guī)范(specification)可以按照包含有該控制對(duì)象和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)進(jìn)行定義。該H∞邏輯具有這種優(yōu)點(diǎn)，但是在理論上很驗(yàn)，并且在目前的條件下還沒(méi)有投入使用，因?yàn)樗蟠罅康闹R(shí)來(lái)構(gòu)建實(shí)際的控制系統(tǒng)，并且也很難按照過(guò)程控制中的頻率響應(yīng)對(duì)較少能處理的對(duì)象給出控制規(guī)范等等。
發(fā)明概述在設(shè)計(jì)多變量控制系統(tǒng)中使用的控制對(duì)象模型具有各種量值(magnitude)的誤差成分，其范圍從受操縱變量到受控變量。以這種方式，對(duì)于受操縱變量有各種模型誤差成分。在H∞邏輯中，由于是參照具有很大的誤差增益的成分來(lái)設(shè)計(jì)控制器的，具有小的誤差增益成分的就傾向于有非常保守的響應(yīng)，或者是過(guò)度穩(wěn)定的。在這種情形下，可以要求為每個(gè)受控變量調(diào)整控制權(quán)重以避免在受控變量之間的干擾。因此，引入一個(gè)稱為調(diào)整矩陣T的受操縱變量權(quán)重以便使得控制對(duì)象模型的誤差量值一致以及為受控變量的控制加權(quán)。但是，在常規(guī)的設(shè)計(jì)方法中，不能建立一個(gè)通用的方案來(lái)確定調(diào)整矩陣T，由此產(chǎn)生的問(wèn)題是該調(diào)整矩陣T難以進(jìn)行適應(yīng)性的選擇。由于很難確定調(diào)整矩陣T，所存在的另一個(gè)問(wèn)題是在多變量控制器的設(shè)計(jì)中很難使用該H∞邏輯。
而且，在H∞邏輯中，要求確定稱為靈敏度權(quán)重Ws的頻率權(quán)重以確定閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置值隨動(dòng)特性。由于H∞邏輯是頻率領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方法，所存在的問(wèn)題是在機(jī)械系統(tǒng)的控制中很容易，但是在頻域如過(guò)程控制這樣的不可處理的控制系統(tǒng)中確很難，由此很難適應(yīng)性地選擇靈敏度權(quán)重Ws。而且由于很難給出頻率域的控制規(guī)范，并且很難確定靈敏度權(quán)重Ws，所存在的問(wèn)題是在設(shè)計(jì)過(guò)程控制領(lǐng)域使用的控制器時(shí)很難使用H∞邏輯。
如上面所述的，存在的常規(guī)的問(wèn)題是在設(shè)計(jì)控制器很難使用H∞邏輯。
提出本發(fā)明就是為了解決這些問(wèn)題，并且另一個(gè)目標(biāo)是提供一種設(shè)計(jì)裝置，它可以很容易地控制H∞邏輯設(shè)計(jì)控制器。
按照本發(fā)明的控制器的設(shè)計(jì)裝置包括存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)通用化設(shè)備(plant)；參數(shù)計(jì)算裝置，用于按照一個(gè)控制對(duì)象模型的響應(yīng)特性或一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)特性計(jì)算該通用化裝置的成分參數(shù)，其中該閉環(huán)系統(tǒng)是由該控制對(duì)象模型和該控制器組成；以及控制器計(jì)算裝置，用于通過(guò)將這些參數(shù)施加給存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。
在按照本發(fā)明的配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該通用化裝置具有控制對(duì)象模型，以及受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整輸入給該控制對(duì)象模型的受操縱變量的輸入(其在控制對(duì)象模型的前一級(jí)提供)，該參數(shù)計(jì)算裝置包括包括頻率響應(yīng)計(jì)算裝置，用于計(jì)算該控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)，以及調(diào)整矩陣計(jì)算裝置，用于按照該控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)利用受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置確定受操縱變量的權(quán)重，以便控制對(duì)象模型的各增益是一致的，并且該控制器計(jì)算裝置通過(guò)將調(diào)整矩陣T施加給存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置的受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。
而且，在按照本發(fā)明的配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該通用化裝置具有用于受操縱變量的第一控制對(duì)象模型、用于干擾的第二控制對(duì)象模型以及用于調(diào)整受操縱變量到第一控制對(duì)象模型的輸入的操縱變量權(quán)重調(diào)整因子(其設(shè)置在第一控制對(duì)象模型的先前級(jí))，該參數(shù)計(jì)算裝置包括用于計(jì)算第一控制對(duì)象模型和第二控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)計(jì)算裝置以及用于按照第一和第二控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)利用受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置計(jì)算確定受操縱變量的權(quán)重的調(diào)整矩陣T的調(diào)整矩陣計(jì)算裝置，以便第一控制對(duì)象模型的各個(gè)增益與第二控制對(duì)象模型的增益的最大值一致，和該控制器計(jì)算裝置通過(guò)將該調(diào)整矩陣T施加給存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置的操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。
而且，在按照本發(fā)明的一個(gè)配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置具有控制變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整在包含該操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置、用于受操縱變量的控制對(duì)象模型和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的受控變量，以及該設(shè)計(jì)裝置具有設(shè)置裝置，用于利用該控制變量權(quán)重調(diào)整裝置設(shè)置用于確定所控制的變量的權(quán)重的權(quán)重矩陣S。
而且，在按照本發(fā)明的一個(gè)配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置具有控制變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整在頻率靈敏度權(quán)重調(diào)整裝置的前一級(jí)或后一級(jí)內(nèi)的受控變量以確定包含該受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置、用于受操縱變量的控制對(duì)象模型和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置值隨動(dòng)特性，以及該設(shè)計(jì)裝置具有設(shè)置裝置，用于利用該控制變量權(quán)重調(diào)整裝置設(shè)置用于確定所控制的變量的權(quán)重的權(quán)重矩陣S。
在按照本發(fā)明的一個(gè)配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該參數(shù)計(jì)算裝置具有用于設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性的設(shè)置裝置和按照該閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性用于計(jì)算頻率靈敏度權(quán)重以確定該閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置值隨動(dòng)特性的頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算裝置，以及該控制器計(jì)算裝置通過(guò)將頻率靈敏度權(quán)重施加給存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)裝置內(nèi)的通用化裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。
而且，在按照本發(fā)明的一個(gè)配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算裝置按照閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性計(jì)算該頻率靈敏度權(quán)重，以及從該設(shè)置值到偏差的閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)的設(shè)計(jì)指數(shù)(index)在乘以頻率靈敏度權(quán)重后小于1。
在按照本發(fā)明的一個(gè)配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該設(shè)置裝置利用一個(gè)一階滯后特性來(lái)近似該閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性。
在按照本發(fā)明的一個(gè)配置的控制器的設(shè)計(jì)裝置中，該設(shè)置裝置利用一個(gè)二階系統(tǒng)特性來(lái)近似該閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是表示在本發(fā)明的第一實(shí)施例中一個(gè)控制器的設(shè)計(jì)裝置的配置的方框圖；
圖2是以公式表示的一個(gè)實(shí)際控制對(duì)象模型的配置的方框圖；圖3是表示常規(guī)的通用化裝置的配置的方框圖；圖4是表示與本發(fā)明的設(shè)計(jì)裝置一起使用的通用化裝置的配置的方框圖；圖5是表示具有加到圖4的通用化裝置的控制器的魯棒控制系統(tǒng)的配置的方框圖；圖6是表示包含利用本發(fā)明的第一實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置設(shè)計(jì)的控制器的實(shí)際控制器的配置的方框圖；圖7是表示在控制對(duì)象的數(shù)字模型中附加誤差的方框圖；圖8是表示在確定靈敏度權(quán)重時(shí)使用的閉環(huán)系統(tǒng)的配置的方框圖；圖9是用于解釋本發(fā)明的第一實(shí)施例內(nèi)的調(diào)整矩陣的操作圖表；圖10是用于解釋本發(fā)明的第二實(shí)施例內(nèi)的調(diào)整矩陣的操作圖表；圖11是表示本發(fā)明第三實(shí)施例內(nèi)的控制器的設(shè)計(jì)裝置的配置的方框圖；圖12是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例內(nèi)的通用化裝置的配置的方框圖；圖13是表示包含使用本發(fā)明的第三實(shí)施例內(nèi)的設(shè)計(jì)裝置設(shè)計(jì)的控制器的一個(gè)實(shí)際控制器的配置的方框圖；
圖14是表示在本發(fā)明第四實(shí)施例中的通用化裝置的配置的方框圖；圖15是表示在本發(fā)明的第五實(shí)施例中的控制器的設(shè)計(jì)裝置的配置的方框圖；圖16是表示以公式形式表示的一個(gè)實(shí)際控制對(duì)象的模型的配置的方框圖；圖17是表示常規(guī)通用化裝置的配置的方框圖；圖18是表示與本發(fā)明的設(shè)計(jì)裝置一起使用的通用化裝置的配置的方框圖；圖19是表示具有加到圖18的通用化裝置的控制器的魯棒控制系統(tǒng)的配置的方框圖；圖20是表示包含使用該發(fā)明的設(shè)計(jì)裝置設(shè)計(jì)的控制器的一個(gè)實(shí)際控制器的配置的方框圖；圖21是表示控制對(duì)象的數(shù)字模型內(nèi)的附加誤差的方框；圖22是表示在確定靈敏度權(quán)重時(shí)使用的閉環(huán)系統(tǒng)的配置的方框圖；圖23是表示當(dāng)用二階系統(tǒng)近似該閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)的時(shí)間響應(yīng)特性的圖表。
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式第一實(shí)施例下面參照附圖通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1是表示在本發(fā)明的第一實(shí)施例中一個(gè)控制器的設(shè)計(jì)裝置的配置的方框圖。圖1的設(shè)計(jì)裝置包括一個(gè)控制對(duì)象模型輸入單元1，用于輸入控制對(duì)象模型參數(shù)；控制對(duì)象模型注冊(cè)單元2，用于在后面描述的存儲(chǔ)器單元中注冊(cè)該模型參數(shù)；存儲(chǔ)器單元3，用于存儲(chǔ)通用化裝置的公式和作為該通用化裝置的一部分的控制對(duì)象模型的公式(formulae)；頻率響應(yīng)計(jì)算單元4，用于計(jì)算控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)；用于計(jì)算一個(gè)調(diào)整矩陣T的調(diào)整矩陣計(jì)算單元5，該矩陣T用于使該控制對(duì)象模型的誤差量值一致以便該控制對(duì)象模型的各增益與該控制對(duì)象模型的增益的最大值一致；以及一個(gè)控制器計(jì)算單元6，通過(guò)將該調(diào)整矩陣T施加給存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元3內(nèi)的通用化裝置來(lái)計(jì)算一個(gè)控制器的參數(shù)。
按照H∞邏輯設(shè)計(jì)該控制器的算法根據(jù)使用該控制對(duì)象代表的通用化裝置而受到影響，因此首先描述該通用化裝置。圖2是以公式表示的一個(gè)實(shí)際控制對(duì)象模型的配置的方框圖，如圖2所示的該控制對(duì)象的數(shù)字模型是由用于受操縱變量的第一控制對(duì)象模型11和用于干擾W的第二控制對(duì)象模型12構(gòu)成，參考號(hào)Pw表示模型12的傳輸函數(shù)。模型11、12是利用對(duì)實(shí)際控制對(duì)象的逐步響應(yīng)測(cè)試而得到的數(shù)據(jù)作為模型標(biāo)識(shí)的結(jié)果而得到的，被該控制對(duì)象輸出的控制變量y是模型11和12的輸出總和。
圖3是表示常規(guī)的包含控制對(duì)象的這種數(shù)字模型的通用化裝置的配置的方框圖，該通用化裝置包括提供用于確定設(shè)置值隨動(dòng)特性的、稱為靈敏度權(quán)重Ws的頻率權(quán)重和用于確定魯棒穩(wěn)定性、稱作補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的頻率權(quán)重，以及包括引入設(shè)置值r、除控制對(duì)象的輸入u(受操縱變量)外的輸出z1和z2、輸入(干擾)w和輸出y(受控變量)來(lái)實(shí)現(xiàn)如圖3所示的設(shè)置值隨動(dòng)特性和魯棒穩(wěn)定性。偏差e(＝y(tǒng)-r)是觀測(cè)量或控制器的輸入(未示出)。參考號(hào)13表示代表靈敏度權(quán)重Ws的方框(頻率靈敏度權(quán)重調(diào)整裝置)，參考號(hào)Z1表示用于影響設(shè)置值隨動(dòng)特性的評(píng)估的輸出。而且，參考號(hào)14表示代表補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的方框，而參考號(hào)Z2表示用于影響該魯棒穩(wěn)定性的評(píng)估的輸出。
常規(guī)地，在如圖3所示的通用化裝置中，在控制對(duì)象的數(shù)字模型的基礎(chǔ)上通過(guò)估計(jì)模型的不確定性來(lái)確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，并且該靈敏度權(quán)重Ws是通過(guò)參照針對(duì)設(shè)置值r的隨動(dòng)能力直接規(guī)定頻率特性來(lái)確定的，由此該控制器的參數(shù)是通過(guò)γ迭代來(lái)確定的。但是，由于使用圖3的通用化裝置，該控制器是在由針對(duì)該受操縱變量的設(shè)備輸出的增益中的差異導(dǎo)致的更大增益的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，所得到的控制器很可能非常保守或者過(guò)度穩(wěn)定。而且，設(shè)置值隨動(dòng)特性和干擾響應(yīng)特性通常是互相反的，最好是利用符合目標(biāo)的權(quán)重而不是同樣的權(quán)重進(jìn)行設(shè)計(jì)。再者，在圖3的不包含集成元素的通用化裝置中，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定狀態(tài)偏差。如果該靈敏度權(quán)重Ws設(shè)置有集成特征，該控制器就可能具有集成特征，但該通用化裝置就變得不穩(wěn)定，這不會(huì)導(dǎo)致通常的H∞問(wèn)題。
因此，在該實(shí)施例中，考慮如圖4的示的通用化裝置。在圖4中，參考號(hào)M表示一個(gè)用于調(diào)整干擾W對(duì)所控制變量y的影響的調(diào)整矩陣，參考號(hào)T表示一個(gè)用于使控制對(duì)象模型的誤差的量值一致的調(diào)整矩陣，而參考號(hào)α-1I表示向該控制器提供集成特性以消除穩(wěn)定狀態(tài)偏差的權(quán)重。因此。α(s)被定義為α(s)＝s/(s＋a)，其中s是拉普拉斯算子，a(a＞0)是任意的實(shí)數(shù)。參考號(hào)15表示一個(gè)代表調(diào)整矩陣M的方框，參考號(hào)16表示代表調(diào)整矩陣T的方框(受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置)，參考號(hào)17表示代表權(quán)重α-1I的方框，偏差e2是乘了加權(quán)α-1I的偏差e，并被輸入進(jìn)該控制器。圖5是表示一個(gè)魯棒控制系統(tǒng)的配置，其中一個(gè)控制器K被加到上述的通用化裝置，在圖5中參考號(hào)18表示代表控制器K的方框。
本實(shí)施例中控制器的設(shè)計(jì)裝置致力于確定控制器K的參數(shù)以便所控制的變量y(作為控制對(duì)象的輸出)符合設(shè)置值r，消除了干擾W的影響，并且即使當(dāng)該控制對(duì)象波動(dòng)或在該控制對(duì)象的模型內(nèi)有誤差時(shí)也可以穩(wěn)定該對(duì)象。H∞問(wèn)題可以看作是降低從(r，w)到(z1，z2)的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)(增益)，也就是說(shuō)，設(shè)置值隨動(dòng)特性、魯棒穩(wěn)定性和干擾抑制可以下面方式進(jìn)行考慮。
(A)設(shè)置值隨動(dòng)特性如果由設(shè)置值r到偏差e的傳輸函數(shù)(更確切地說(shuō)，具有從r－z1被乘以頻率加權(quán)α-1Ws的設(shè)置值r的傳輸函數(shù))的H∞范數(shù)(增益)被降低，則可以減少偏差e，以便設(shè)置值隨動(dòng)特性更好。在此，α-1Ws是用于限制隨動(dòng)帶(band)(即僅在低帶中隨動(dòng))的頻率加權(quán)。
(B)魯棒穩(wěn)定性由于控制對(duì)象的特性變化或在模型化時(shí)的誤差，在實(shí)際控制對(duì)象與其模型之間存在著誤差，來(lái)自所標(biāo)識(shí)的模型的誤差的最大值被估測(cè)為Δ(s)，并且設(shè)計(jì)該控制器K以便從設(shè)置值r到z2的H∞范數(shù)小于或等于1，對(duì)于這種誤差使用諸如|Δ(jω)|＜|Wt(jω)|的補(bǔ)償靈敏度加權(quán)Wt(s)，由此可以達(dá)到魯棒穩(wěn)定性。
(C)干擾抑制如果由干擾w到偏差e的傳輸函數(shù)(更確切地說(shuō)，具有從w－z1被乘以頻率加權(quán)α-1Ws的干擾w的傳輸函數(shù))的H∞范數(shù)(增益)被降低，那么即使進(jìn)入了干擾w也可以減少偏差e，由此可以改善干擾抑制。
下一步，假定如圖4所示的通用化裝置的狀態(tài)空間表達(dá)式由下式給出xp＝Apxp＋Bp1Mw＋Bp2Tu…(1)y＝Cpxp＋Dp1Mw＋Dp2Tu …(2)在上面的表達(dá)式(1)和(2)中，xp是狀態(tài)的數(shù)量，而Ap、Bp1、Bp2、Cp、Dp1和Dp2是控制對(duì)象的數(shù)字模型11、12的參數(shù)。由表達(dá)式(2)可以看出，偏差e可以用下列表達(dá)式獲得e＝y(tǒng)－r＝Cpxp＋Dp1Mw＋Dp2Tu－r…(3)利用如圖4所示的通用化裝置的配置，可以下列表達(dá)式定義輸出z1’和z2’z1’＝e2…(4)
z2’＝u …(5)用于向該控制器提供集成特性的頻率加權(quán)可以用下列表達(dá)式定義，利用表達(dá)式(3)，xα＝Aαxα＋Bαe＝Aαxα＋BαCpxp＋BαDp1Mw＋BαDp2Tu－Bαr…(6)e2＝Cαxα＋Dαe＝Cαxα＋DαCpxp＋DαDp1Mw＋DαDp2Tu－Dαr …(7)在表達(dá)式(6)和(7)中，xp是α-1I的狀態(tài)的數(shù)量，而Aα、Bα、Cα、Dα是α-1I的參數(shù)。排列上面的表達(dá)式并用狀態(tài)空間來(lái)表示它們，可以獲得下列表達(dá)式ddtXpXα=Ap0BαCPAαXpXα+0Bp1MBp2T-BαBαDp1MBαDp2Trwu]---(8)]]>Z1'Z2'=DαCpCα00XpXα+-DαDαDp1MDαDp2T00Irwu]---(9)]]>e2=[DαCpCα]xpxα+[-DαDαDp1MDαDp2T]rwu---(10)]]>以Doile計(jì)數(shù)法表示表達(dá)式(8)、(9)和(10)，可以得到下列表達(dá)式G(s)=AB1B2C1C11D12C2C21D22---(11)]]>參數(shù)A可以用下列式表示A=Ap0BαCpAα---(12)]]>參數(shù)B1和B2可以用下列式表示B1=0Bp1M-BαBαDp1M,B2=Bp2TBαDP2T---(13)]]>參數(shù)C1和C2可以用下列式表示C1=DαCpCα00,C2=[DαCpCα]---(14)]]>并且，參數(shù)D11、D12、D21、D22可以用下列式表示D11=-DαDαDp1M00,D12=DαDp2TI]]>D21=[DαDαDp1M],D22=DαDp2T……(15)設(shè)計(jì)了靈敏度權(quán)重Ws和補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，并將其與表達(dá)式(11)的輸出部分進(jìn)行相乘。通過(guò)γ迭代就可以獲得以狀態(tài)空間表述的控制器K。在此，表達(dá)式(11)的輸出部分表示對(duì)應(yīng)于圖4中輸出z1’和z2’的輸出部分，因此，表達(dá)式(11)的參數(shù)C1、D11、D12的輸出公式可與一個(gè)對(duì)角矩陣Q相乘，該對(duì)角矩陣由下列從左側(cè)開(kāi)始具有靈敏度權(quán)重Ws和補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的對(duì)角元素的表達(dá)式表示，因此該控制器K的參數(shù)可以計(jì)算，Q=Ws00Wt---(16)]]>控制器K是對(duì)于通用化裝置的H∞控制問(wèn)題的一個(gè)方案，并且安裝在該設(shè)備如蒸餾塔上的實(shí)際控制器是與權(quán)重α-1I和調(diào)整矩陣T相乘的控制器K，如圖6所示。
下一步，描述在本實(shí)施例中用于確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的方法，該控制對(duì)象在特性方面變化取決于驅(qū)動(dòng)條件。正常情況下，基于某一模型進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，但在魯棒控制設(shè)計(jì)中，控制對(duì)象的變化和模型化誤差的量值可以控制設(shè)計(jì)中包含，并且該控制器被設(shè)計(jì)成即使有任何變化或誤差也是穩(wěn)定的且在控制性能上沒(méi)有太多的惡化。圖7表示針對(duì)控制對(duì)象的模型11的一個(gè)附加誤差。在圖7中，參考號(hào)19表示代表附加誤差Δ的方框。在魯棒控制設(shè)計(jì)中，由于驅(qū)動(dòng)條件造成的控制對(duì)象的特性的變化與由于模型11的較低維度(dimension)造成的模型誤差由附加誤差Δ表示，如圖7所示。如果由于該附加誤差Δ造成控制對(duì)象的特性偏離了該模型11，該控制器就設(shè)計(jì)成其輸出是穩(wěn)定的。為此，可以確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt以克服該附加誤差Δ。以下列表達(dá)式示出了該補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的一般表達(dá)式。由于模型12的變化與系統(tǒng)的穩(wěn)定性是不相關(guān)的，可以認(rèn)為在設(shè)計(jì)該控制器時(shí)模型11是獨(dú)自變化的。 在本實(shí)施例中，對(duì)于具有調(diào)整量值的附加誤差，使用調(diào)整矩陣T，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt元素是與安全因子δ(例如等于1)相乘的誤差Δ的增益的最大值Gmax。也就是說(shuō)，按如下定義元素(權(quán)重)Wt1、Wt2、Wt3、…、WtN，Wt1＝Wt2＝Wt3＝WtN＝(1＋5)Gmax…(18)本實(shí)施例涉及多變量控制系統(tǒng)，并且假定受操縱變量的數(shù)量是N(N是正整數(shù))，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt是N×N矩陣，其中WtN是第N個(gè)受操縱變量的權(quán)重。
下一步，描述本實(shí)施例中用于確定靈敏度權(quán)重Ws的方法，首先，靈敏度權(quán)重Ws的一個(gè)通用表達(dá)式如下面所示 假定可控制變量y的數(shù)量是L(L是正整數(shù))，該靈敏度權(quán)重Ws是L×L矩陣，靈敏度權(quán)重Ws的元素WsL是第L個(gè)受控變量YL的權(quán)重。為了確定靈敏度權(quán)重Ws，可以考慮圖8的閉環(huán)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中圖5的魯棒控制系統(tǒng)被簡(jiǎn)化。在圖8中，參考號(hào)11a表示代表控制對(duì)象的數(shù)字模型P的方框，而參考號(hào)13a表示代表頻率權(quán)重Ws’的方框。假定指示控制性能的靈敏度函數(shù)是S(s)，其中該控制性能主要是指涉及快速響應(yīng)特性如設(shè)置值隨動(dòng)能力或干擾抑制，靈敏度函數(shù)S(s)的更小的增益|S(jω)|是更可取的，因?yàn)槟Ｐ妥兓瘜?duì)于設(shè)置值響應(yīng)具有較小的影響。如果每一頻率處的控制規(guī)范由Sspec(ω)給出，就可以獲得下列涉及靈敏度函數(shù)S(s)的條件‖S(jω)|＜Sspec(ω)；ω…(20)其中，ω意思是表達(dá)式(20)對(duì)所有的頻率ω都保持。使用靈敏度函數(shù)S(s)，考慮設(shè)置值隨動(dòng)特性的控制器K的設(shè)計(jì)指數(shù)如下‖WsL’(s)S(s)‖∞＜1 …(21)頻率權(quán)重WsL’(s)是與α-1(s)相乘了的WsL(s)，并且其定義如下WsL’(s)＝α-1(s)WsL(s) …(22)該表達(dá)式(21)指示圖8的閉環(huán)系統(tǒng)的從設(shè)置值r到偏差e傳輸函數(shù)(更準(zhǔn)確地說(shuō)，具有從r－z1被乘以頻率加權(quán)α-1(s)WsL(s)的設(shè)置值r的傳輸函數(shù))的H∞范數(shù)小于1。通過(guò)設(shè)置權(quán)重WsL(s)以滿足該表達(dá)式(21)，控制器K可以參照設(shè)置值隨動(dòng)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。
下一步描述確定調(diào)整矩陣M的方法，下面給出該調(diào)整矩陣M的一個(gè)通用表達(dá)式 假定干擾W的數(shù)量是J(J是一個(gè)正整數(shù))，調(diào)整矩陣M是一個(gè)J×J矩陣。調(diào)整矩陣M的元素MJ是第J個(gè)干擾wJ的權(quán)重，其最初始值是1。每個(gè)元素MJ是一個(gè)調(diào)整參數(shù)，用于通過(guò)調(diào)整每個(gè)干擾WJ對(duì)所控制變量y的影響來(lái)確定干擾抑制性能。也就是說(shuō)，當(dāng)某個(gè)特定干擾w的抑制被期望加強(qiáng)時(shí)，使涉及該干擾w的元素MJ大于1。
下一步，確定在本發(fā)明的實(shí)施例中的調(diào)整矩陣T的方法，下面給出該調(diào)整矩陣T的一個(gè)通用表達(dá)式 假定受操縱變量u的數(shù)量是N(N是一個(gè)正整數(shù))，調(diào)整矩陣T是一個(gè)N×N矩陣。調(diào)整矩陣T的元素TN是第N個(gè)受操縱變量uN的權(quán)重。每個(gè)元素TN這樣確定，控制對(duì)象模型11的增益的量值盡可能地相等。尤其是，每個(gè)元素TN按如下來(lái)確定TN=1L•max(||Gy1u1||∞,||Gy1u2||∞,…,||Gy1uN||∞)||Gy1uN||∞]]>+1L•max(||Gy2u1||∞,||Gy2u2||∞,…,||Gy2uN||∞)||Gy2uN||∞]]>+…+1L•max(||GyLu1||∞,||GyLu2||∞,…,||GyLuN||∞)||GyLuN||∞--(25)]]>在表達(dá)式(25)中，GyLuN是圖4的控制對(duì)象模型的從第N個(gè)受操縱變量uN到第L個(gè)受控變量yL的傳輸函數(shù)，并且‖GyLu1‖∞是同一傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)(增益)。Ma×(‖GyLu1‖∞，‖GyLu2‖∞，……，‖GyLuN‖∞)的意思是從H∞范數(shù)‖GyLu1‖∞，‖GyLu2‖∞，…和‖GyLuN‖∞中選擇最大值。為了獲得H∞范數(shù)‖GyLuN‖∞，以狀態(tài)空間表示的模型11可以變換成由下列表達(dá)式給出的傳輸函數(shù)，并且每個(gè)頻率的增益可由該傳輸函數(shù)計(jì)算 因此，H∞范數(shù)‖GyLuN‖∞可以針對(duì)每個(gè)受操縱變量u和受控變量y獲得，并且調(diào)整矩陣T的元素TN可從表達(dá)式(25)獲得。
參照?qǐng)D9，下面描述調(diào)整矩陣T的操作，圖9A給出了控制對(duì)象模型11的增益特性(模型11的頻率響應(yīng)特性)。在圖9中，僅示了三種增益響應(yīng)特性以簡(jiǎn)化描述，但是如果受操縱變量u的數(shù)量是N，并且可控制的變量y的數(shù)量是L，存在著N×L種增益。如圖9A所示，在沒(méi)有調(diào)整矩陣T的情況下，可以發(fā)現(xiàn)控制對(duì)象模型11的增益是不一致的。一般地說(shuō)，如果控制對(duì)象模型的增益是不一致的，控制對(duì)象模型的誤差的量值相應(yīng)地也是不一致的。由于確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt來(lái)克服附加誤差Δ，如前面所述的，會(huì)根據(jù)具有更大誤差的模型來(lái)設(shè)計(jì)該控制器，由此得到的控制器可能是相當(dāng)保守的或過(guò)度穩(wěn)定的。
因此，使用調(diào)整矩陣T來(lái)使增益的量值一致。圖9B給出在使用本發(fā)明的調(diào)整矩陣T的情況下控制對(duì)象模型11的增益特性。‖Gyumax‖∞是模型11的增益最大值。從圖9B可以清楚地看出，如在公式(24)和(25)中所示的本實(shí)施例的確定調(diào)整矩陣T的方法涉及確定該調(diào)整矩陣T以便增益與模型11的增益最大值‖Gyumax‖∞(更確切地說(shuō)，增益最大值的近似)一致。
下面參照?qǐng)D1描述上面的操作。通過(guò)設(shè)計(jì)裝置的用戶在控制對(duì)象模型輸入單元1設(shè)置控制對(duì)象模型11的參數(shù)。控制對(duì)象模型注冊(cè)單元2注冊(cè)由控制對(duì)象模型輸入單元1輸入給事先存在存儲(chǔ)器單元3內(nèi)的控制對(duì)象模型的公式內(nèi)的參數(shù)?？刂茖?duì)象模型輸入單元1和控制對(duì)象模型注冊(cè)單元2構(gòu)成用于設(shè)置該控制對(duì)象模型的模型設(shè)置裝置。存儲(chǔ)器單元3存儲(chǔ)圖4的通用化裝置的公式以及作為該通用化裝置的一部分的控制對(duì)象模型的公式，如在公式(1)至(15)中所述的。頻率響應(yīng)計(jì)算單元4轉(zhuǎn)換以狀態(tài)公式提供的模型11(注冊(cè)在存儲(chǔ)器單元3內(nèi))為傳輸函數(shù)表述，并利用該傳輸函數(shù)計(jì)算每個(gè)頻率處的增益。隨后，調(diào)整矩陣計(jì)算單元5根據(jù)在頻率響應(yīng)計(jì)算單元4內(nèi)計(jì)算的增益使用表達(dá)式(24)、(35)計(jì)算調(diào)整矩陣T，并將它輸出給控制器計(jì)算單元6。該控制器計(jì)算單元6在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器單元3內(nèi)的通用化裝置的公式內(nèi)注冊(cè)該調(diào)整矩陣T，并且通過(guò)γ迭代，計(jì)算控制器K的參數(shù)。此時(shí)，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，靈敏度權(quán)重Ws和調(diào)整矩陣M在存儲(chǔ)器單元3內(nèi)的通用化裝置內(nèi)預(yù)設(shè)置。利用該方式，可以設(shè)計(jì)控制器。
如先前所描述的，常規(guī)的方法沒(méi)有通用的方式確定調(diào)整矩陣T并且是完全以經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定調(diào)整矩陣T。相反，在該實(shí)施例中，按照控制對(duì)象模型11的頻率響應(yīng)計(jì)算該調(diào)整矩陣T，以便控制對(duì)象模型的各增益與控制對(duì)象模型11的增益最大值(更確切地說(shuō)，增益最大值的近似值)一致。因此，可以很容易地確定調(diào)整矩陣T。因此，按照在設(shè)置值隨動(dòng)性方面很優(yōu)越的H∞邏輯可以很容易地設(shè)計(jì)多變量的控制器，并且能在控制對(duì)象變化或控制對(duì)象模型11有誤差時(shí)穩(wěn)定該控制器。因此，參照控制對(duì)象的變化和數(shù)字模型的不確定性可以很容易地設(shè)計(jì)多變量控制系統(tǒng)。而且，多變量控制器可以利用在執(zhí)行控制期間具有較小計(jì)算負(fù)載的H∞控制的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且利用它可以實(shí)現(xiàn)小規(guī)模控制制系統(tǒng)。
在本實(shí)施例中，確定調(diào)整矩陣T以便控制對(duì)象模型的各增益與控制對(duì)象模型11的增益最大值(更確切地說(shuō)最大值的近似)一致，但是，調(diào)整矩陣T可以確定以便各增益與控制對(duì)象模型11的增益最大值或增益平均值一致。為了使各增益與增益最大值(更確切地說(shuō)最大值的近似)一致，公式(25)中的max可以用用于選擇‖GyLu1‖∞，‖GyLu2‖∞，…和‖GyLuN‖∞中最小值的min來(lái)替代。并且為了使各增益與增益平均值一致(更確切地說(shuō)是平均增益的近似)，公式(25)中的max可以用用于獲取‖GyLu1‖∞，‖GyLu2‖∞，…和‖GyLuN‖∞中平均值的E來(lái)替代。
第二實(shí)施例在第一實(shí)施例中，沒(méi)有考慮干擾w，但可以獲得用于干擾w的控制對(duì)象模型。因此，在第二實(shí)施例中，考慮了干擾w的影響的用于確定調(diào)整矩陣T的方法將以這樣一種情形進(jìn)行描述。在第二實(shí)施例中，可以與第一實(shí)施例同樣的方式以公式(24)給出調(diào)整矩陣T的通用表示。
在第二實(shí)施例中，調(diào)整矩陣T的每個(gè)元素TN由下式確定TN=1L•max(||Gy1w1||∞,||Gy1w2||∞,…,||Gy1wJ||∞)||Gy1uN||∞]]>+1L•max(||Gy2w1||∞,||Gy2w2||∞,…,||Gy2wJ||∞)||Gy2uN||∞]]>+…+1L•max(||GyLw1||∞,||GyLw2||∞,…,||GyLwJ||∞)||GyLuN||∞--(27)]]>在表達(dá)式(27)中，GyLwJ是圖4的控制對(duì)象模型12的、從第J個(gè)干擾WJ到第L個(gè)控制變量yL的傳輸函數(shù)，并且‖GyLwJ‖∞是同一傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)(增益)。Max(‖GyLw1‖∞，‖GyLw2‖∞，…，‖GyLuJ‖∞)的意思是從H∞范數(shù)‖GyLw1‖∞，‖GyLw2‖∞，…和‖GyLwJ‖∞中選擇最大值。為了獲得H∞范數(shù)‖GyLwJ‖∞，以狀態(tài)公式表示的模型12可以變換成由下列表達(dá)式給出的傳輸函數(shù)，并且每個(gè)頻率的增益可由該傳輸函數(shù)計(jì)算 在表達(dá)式(28)中，ywL是控制模型12針對(duì)干擾w的輸出。由此，H∞范數(shù)‖GyLwJ‖∞可以針對(duì)每個(gè)干擾w和受控變量y獲得，并且調(diào)整矩陣T的元素TN可從表達(dá)式(27)獲得。
參照?qǐng)D10，下面描述調(diào)整矩陣T的操作，圖10A表示控制對(duì)象模型12的增益特性(模型12的頻率響應(yīng)特性)。在圖10A中，僅示了三種增益響應(yīng)特性以簡(jiǎn)化描述，但是如果干擾w的數(shù)量是J，并且可控制的變量y的數(shù)量是L，存在著J×L種增益?！珿ywmax‖∞是模型12的增益的最大值。
另一方面，圖10B給出控制對(duì)象模型11的增益特性。如圖10B所示，可以發(fā)現(xiàn)控制對(duì)象模型12的最大值與控制對(duì)象模型11的最大值不一致。
圖10給出在使用本實(shí)施例的調(diào)整矩陣T的情況下控制對(duì)象模型11的增益特性。從圖10c可以清楚地看出，如在公式(24)和(27)中所示的本實(shí)施例的確定調(diào)整矩陣T的方法涉及確定該調(diào)整矩陣T以便模型11的各增益與模型12的增益最大值‖Gywmax‖∞(更確切地說(shuō)，增益最大值的近似)一致。
用于受操縱變量u的調(diào)整矩陣包含在安裝該控制器的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，因此，使得模型11的增益的量值一致是有意義的，并且對(duì)于從受操縱變量u到受控變量y的增益與其一致也不是重要的。前面的第一實(shí)施例描述了控制對(duì)象模型的各增益與其一致的一個(gè)實(shí)例。相反，在第二實(shí)施例中因?yàn)橐紤]到干擾，從抑制干擾w的觀點(diǎn)來(lái)看，有必要通過(guò)受操縱變量u抑制輸入干擾w的影響。因此在第二實(shí)施例中，為了應(yīng)付最壞的情況，確定調(diào)整矩陣T以便模型11的增益與模型12的最大值‖Gywmax‖∞(更確切地說(shuō)，增益最大值的近似)一致。
在第二實(shí)施例中，設(shè)計(jì)裝置的配置與第一實(shí)施例中的設(shè)計(jì)相同。因此，下面參照?qǐng)D描述第二實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置的操作。
通過(guò)設(shè)計(jì)裝置的用戶在控制對(duì)象模型輸入單元1設(shè)置控制對(duì)象模型(在本實(shí)施例中是模型11、12)的參數(shù)?？刂茖?duì)象模型注冊(cè)單元2注冊(cè)由控制對(duì)象模型輸入單元1輸入給事先存在存儲(chǔ)器單元3內(nèi)的控制對(duì)象模型的公式內(nèi)的參數(shù)。頻率響應(yīng)計(jì)算單元3轉(zhuǎn)換以狀態(tài)公式(注冊(cè)在存儲(chǔ)器單元3內(nèi))提供的模型11、12為傳輸函數(shù)表述，并利用該傳輸函數(shù)計(jì)算每個(gè)頻率處的增益。隨后，調(diào)整矩陣計(jì)算單元5根據(jù)在頻率響應(yīng)計(jì)算單元4內(nèi)計(jì)算的增益使用表達(dá)式(24)、(27)計(jì)算調(diào)整矩陣T，并將它輸出給控制器計(jì)算單元6。該控制器計(jì)算單元6的操作與第一實(shí)施例中的一樣。以這種方式，就可以設(shè)計(jì)控制器K。
如上述的，在第二實(shí)施例中，根據(jù)第一與第二控制對(duì)象模型11、12的頻率響應(yīng)計(jì)算該調(diào)整矩陣T，以便第一控制對(duì)象模型的各增益與第二控制對(duì)象模型12的增益最大值一致。因此，可以很容易地確定調(diào)整矩陣T。因此，按照在設(shè)置值隨動(dòng)性和干擾抑制方面很優(yōu)越的H∞邏輯可以很容易地設(shè)計(jì)多變量的控制器，并且能在控制對(duì)象變化或控制對(duì)象模型有誤差時(shí)穩(wěn)定該控制器。
第三實(shí)施例在第一與第二實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整矩陣T模型增益的量值被一致化，以便用于控制變量的控制權(quán)重是很平滑的。但是在實(shí)際中，所存在的問(wèn)題是在控制過(guò)程中控制變量y彼此干擾，并且控制不穩(wěn)定，因此有時(shí)要求協(xié)調(diào)用于控制變量的控制的權(quán)重，在第二實(shí)施例中引入加權(quán)矩陣以直接地對(duì)控制變量加權(quán)。
圖11是表示本發(fā)明第三實(shí)施例內(nèi)的控制器的設(shè)計(jì)裝置的配置的方框圖；圖12是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例內(nèi)的通用化裝置的配置的方框圖。圖11的設(shè)計(jì)裝置是圖1所示的第一或第二實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置，附加地包括一個(gè)用于為控制變量y輸入權(quán)重的控制變量加權(quán)輸入單元7，一個(gè)用于注冊(cè)裝置內(nèi)的控制變量權(quán)重的控制變量權(quán)重注冊(cè)單元8，以及一個(gè)用于根據(jù)該控制變量權(quán)重計(jì)算該權(quán)重矩陣S的權(quán)重矩陣計(jì)算單元9。而且，圖12的通用化裝置是圖4所示的第一或第二實(shí)施例的通用化裝置，其中方框20(控制變量權(quán)重調(diào)整裝置)代表權(quán)重矩陣S。在該實(shí)施例中，控制變量權(quán)重調(diào)整裝置20(權(quán)重矩陣S)被設(shè)置在由受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置16(調(diào)整矩陣T)、控制對(duì)象模型11和控制器K組成的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。權(quán)重矩陣S的通用表述由下列公式表示 假定控制變量y的數(shù)量是L(L是一個(gè)正整數(shù))，權(quán)重矩陣S是一個(gè)L×L矩陣。權(quán)重矩陣S的元素SL是第L個(gè)控制變量yL的權(quán)重。每個(gè)元素SL可由下式來(lái)確定SL=WyLmax(Wy1,Wy2,…,WyL)--(30)]]>
在公式(30)中，WyL第L個(gè)控制變量yL的控制變量權(quán)重。以這種方式，每個(gè)控制變量可由權(quán)重矩陣S直接加權(quán)。
下一步，在第三實(shí)施例中，通用化裝置的配置如圖12所示進(jìn)行修改，以便可以得到下列表達(dá)式，e1＝Se …(31)由表達(dá)式(31)和(3)，表達(dá)式(6)和(7)可以用下列公式重寫(xiě)xα＝Aαxα＋Bαe1＝Aαxα＋BαSCpxp＋BαSDp1Mw＋BαSDp2Tu－BαSr…(32)e2＝Cαxα＋Dαe＝Cαxα＋DαSCpxp＋DαSDp1Mw＋DαSDp2Tu－DαSr…(33)由此，表達(dá)式(8)、(9)、(10)可以重寫(xiě)成下列表達(dá)式d1dtxpxα=Ap0BαSCpAαXpXα+0Bp1MBp2T-BαSBαSDP1MBαSDp2Trwu--(34)]]>z1'z2'=DαSCPCα00XpXα+-DαSDαSDP1MDαSDp2T00Irwu--(35)]]>e2=[DαSCpCα]xPxα+[-DαSDαSDp1MDαSDp2T]rwu--(36)]]>
象在表達(dá)式(11)中一樣，以Doile計(jì)數(shù)法表示表達(dá)式(34)、(35)、(36)，表達(dá)式(11)中參數(shù)A可以被重新表述為下式A=Ap0BαSCpAα--(37)]]>參數(shù)B1和B2可以用下列式表示B1=0Bp1M-BαSBαSDp1M,B2=Bp2TBαSDp2T--(38)]]>參數(shù)C1和C2可以用下列式表示C1=DαSCpCα00,C2=[DαSCpCα]--(39)]]>參數(shù)D11、D12、D21、D22可以用下列式表示D11=-DαSDαSDp1M00,D12=DαSDp2TI]]>D21=[-DαSDαSαDp1M]，D22=DαSDP2T……(40)以與第一實(shí)施例同樣的方式設(shè)計(jì)了靈敏度權(quán)重Ws和補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，并將其與表達(dá)式(11)的輸出部分進(jìn)行相乘。通過(guò)γ迭代就可以獲得以狀態(tài)空間表述的控制器K。安裝在該設(shè)備如蒸餾塔上的實(shí)際控制器是與權(quán)重矩陣S、權(quán)重α-1I和調(diào)整矩陣T相乘的控制器K，如圖13所示。
下面參照?qǐng)D11描述上面的操作?？刂茖?duì)象模型輸入單元1、控制對(duì)象模型注冊(cè)單元2、頻率響應(yīng)計(jì)算單元4、調(diào)整矩陣計(jì)算單元5與第一或第二實(shí)施例中的一樣。存儲(chǔ)單元3a存儲(chǔ)了圖12的通用化裝置的公式以及作為該通用化裝置的一部分的控制對(duì)象模型的公式，如在公式(1)至(5)、(11)和(32)至(40)。通過(guò)設(shè)計(jì)裝置的用戶在控制變量權(quán)重輸入單元7設(shè)置第L個(gè)控制變量yL的控制變量權(quán)重WyL。為每一個(gè)控制變量y設(shè)置該控制變量權(quán)重WyL?？刂谱兞繖?quán)重注冊(cè)單元8輸出由該控制變量權(quán)重輸入單元7輸入給該權(quán)重計(jì)算單元9的控制變量權(quán)重WyL。該權(quán)重矩陣計(jì)算單元9根據(jù)該控制變量權(quán)重WyL使用表達(dá)式(29)、(30)計(jì)算權(quán)重矩陣S，并將其輸出給控制器計(jì)算單元6a。該控制器計(jì)算單元6a在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元3a內(nèi)的通用化裝置的公式內(nèi)注冊(cè)該調(diào)整矩陣T和權(quán)重矩陣S，并通過(guò)迭代計(jì)算控制器K的參數(shù)。此時(shí)，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，靈敏度權(quán)重Ws和調(diào)整矩陣M在存儲(chǔ)器單元3a內(nèi)的通用化裝置內(nèi)預(yù)設(shè)置。利用該方式，可以設(shè)計(jì)控制器K。
如上所述的，在第三實(shí)施例中，通過(guò)引入該權(quán)重矩陣S每個(gè)控制變量可以直接地加權(quán)，由此，就可以設(shè)計(jì)具有更高控制性能和增強(qiáng)穩(wěn)定性的控制器。而且，沒(méi)有必要通過(guò)引入加權(quán)矩陣S向調(diào)整矩陣T提供對(duì)所控制變量y進(jìn)行加權(quán)的作用(role)。
第四實(shí)施例在第三實(shí)施例中，控制變量權(quán)重調(diào)整裝置20(加權(quán)矩陣S)被設(shè)置在閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部，但是也可以設(shè)置在閉環(huán)系統(tǒng)的外部。圖14是表示在本發(fā)明第四實(shí)施例中的通用化裝置的配置的方框圖。在第四實(shí)施例中，控制變量權(quán)重調(diào)整裝置20(加權(quán)矩陣S)設(shè)置在頻率靈敏度加權(quán)調(diào)整裝置13的前一級(jí)。用于確定加權(quán)矩陣S的方法與公式(29)、(30)中所描述的第三實(shí)施例中的確定方法完全一樣。
下一步，在第四實(shí)施例中，如圖14所示地修改通用化裝置的配置，以便表達(dá)式(4)可以重寫(xiě)成下列公式z1’=Se2…(41)由此，公式(9)可被重寫(xiě)成下列表達(dá)式Z1'Z2'=SDαCpSCα00XpXα+-SDαSDαDp1MSDαDp2T00Irwu--(42)]]>象在公式(11)中一樣，以Doile計(jì)數(shù)法表示表達(dá)式(8)、(10)和(42)，在表達(dá)式(11)中的參數(shù)C1和C2可以用下式表示C1=SDαCpSCα00,C2=[DαCpCα]--(43)]]>而且，參數(shù)D11、D12、D21、D22可以用下列式表示D11=-SDαSDαDp1M00,D12=SDαDp2TI]]>D21=[-DαDαDp1M，D22=DαDp2T……(44)參數(shù)A1、B1、B2與表達(dá)式(12)、(13)中的一樣。在第四實(shí)施例中，安裝在該設(shè)備如蒸餾塔上的實(shí)際控制器是與權(quán)重α-1I和調(diào)整矩陣T相乘的控制器K，如圖6所示。
在第四實(shí)施例中，設(shè)計(jì)裝置的配置與第三實(shí)施例中一樣，因此，第四實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置的操作將參照?qǐng)D11進(jìn)行描述。
控制對(duì)象模型輸入單元1、控制對(duì)象模型注冊(cè)單元2、頻率響應(yīng)計(jì)算單元4、調(diào)整矩陣計(jì)算單元5與第一或第二實(shí)施例中的完全一樣。存儲(chǔ)單元3a存儲(chǔ)了圖14的通用化裝置的公式以及作為該通用化裝置的一部分的控制對(duì)象模型的公式，如在公式(1)至(3)、(5)至(8)、(10)至(13)以及(41)至(44)中所描述的?？刂谱兞繖?quán)重輸入單元7、控制變量權(quán)重注冊(cè)單元8和權(quán)重矩陣計(jì)算單元9與第三實(shí)施例中完全一樣?？刂破饔?jì)算單元6a在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元3a內(nèi)的通用化裝置的公式內(nèi)注冊(cè)該調(diào)整矩陣T和權(quán)重矩陣S，并通過(guò)γ迭代計(jì)算控制器K的參數(shù)。利用該方式，可以設(shè)計(jì)控制器K。
在第四實(shí)施例中，控制變量權(quán)重調(diào)整裝置20(加權(quán)矩陣S)設(shè)置在頻率靈敏度加權(quán)調(diào)整裝置13的前一級(jí)，但是也可以設(shè)置在頻率靈敏度加權(quán)調(diào)整裝置13的后一級(jí)。由于控制對(duì)象模型11的增益的量值通過(guò)調(diào)整矩陣T而一致，因此很容易調(diào)整權(quán)重矩陣S，并且先決條件是在第三或第四實(shí)施例中使用如在第一或第二實(shí)施例中所述的確定調(diào)整矩陣T的方法。
第五實(shí)施例圖15是表示在本發(fā)明的第五實(shí)施例中的控制器的設(shè)計(jì)裝置的配置的方框圖，圖15的設(shè)計(jì)裝置包括瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)輸入單元101，用于指示包含控制對(duì)象和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性的瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)；瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)注冊(cè)單元102，用于在該裝置內(nèi)注冊(cè)該瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)；閉環(huán)傳輸函數(shù)計(jì)算單元103，用于根據(jù)從瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)注冊(cè)單元102輸入的瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)計(jì)算該閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性特性；頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算單元104，用于根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性計(jì)算用于確定閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)置值隨動(dòng)特性的頻率靈敏度權(quán)重；以及控制器計(jì)算單元105，用于通過(guò)將頻率靈敏度權(quán)重施加給預(yù)先設(shè)置的通用化裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)輸入單元101、瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)注冊(cè)單元102、環(huán)傳輸函數(shù)計(jì)算單元103構(gòu)成用于設(shè)置該閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性的設(shè)置裝置。
根據(jù)使用該控制對(duì)象表述的通用化裝置設(shè)計(jì)了按照H∞邏輯的設(shè)計(jì)控制器的算法。因此，將首先描述該通用化裝置。圖16是表示以公式形式表示的一個(gè)實(shí)際控制對(duì)象的模型的配置的方框圖，如圖16所示的控制對(duì)象的數(shù)字模型是由用于受操縱變量u的模型111和用于干擾w的模型112構(gòu)成。參考號(hào)Pu表示模型111的傳輸函數(shù)，參考號(hào)Pw表示模型112的傳輸函數(shù)。模型111、112是利用對(duì)實(shí)際控制對(duì)象的逐步響應(yīng)測(cè)試而得到的數(shù)據(jù)作為模型標(biāo)識(shí)的結(jié)果而得到的，被該控制對(duì)象輸出的控制變量y是模型111和112的輸出總和。
圖17是表示常規(guī)包含控制對(duì)象的數(shù)字模型的通用化裝置的配置的方框圖，該通用化裝置涉及提供用于確定設(shè)置值隨動(dòng)特性的、稱為靈敏度權(quán)重Ws的頻率權(quán)重和用于確定魯棒穩(wěn)定性、稱作補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的頻率權(quán)重，以及涉及引入設(shè)置值r、除控制對(duì)象的輸入u(受操縱變量)外的輸出z1和z2、輸入(干擾)w和輸出y(受控變量)來(lái)實(shí)現(xiàn)如圖17所示的設(shè)置值隨動(dòng)特性和魯棒穩(wěn)定性。偏差e(＝y(tǒng)-r)是觀測(cè)量或控制器的輸入(未示出)。參考號(hào)113表示代表靈敏度權(quán)重Ws的方框，參考號(hào)Z1表示用于影響設(shè)置值隨動(dòng)特性的評(píng)估的輸出。而且，參考號(hào)114表示代表補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的方框，而參考號(hào)Z2表示用于影響該魯棒穩(wěn)定性的評(píng)估的輸出。
常規(guī)地，在如圖17所示的通用化裝置中，在控制對(duì)象的數(shù)字模型的基礎(chǔ)上通過(guò)估計(jì)模型的不確定性來(lái)確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，并且該靈敏度權(quán)重Ws是通過(guò)參照針對(duì)設(shè)置值r的隨動(dòng)能力直接規(guī)定頻率特性來(lái)確定的，由此該控制器的參數(shù)是通過(guò)γ迭代來(lái)確定的。但是，由于使用圖17的通用化裝置，該控制器是在由于針對(duì)該受操縱變量的設(shè)備輸出的增益中的差異導(dǎo)致的更大增益的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，所得到的控制器很可能非常保守或者過(guò)度穩(wěn)定。而且，由于設(shè)置值隨動(dòng)特性和干擾響應(yīng)特性通常是互相反的，最好是利用符合目標(biāo)的權(quán)重而不是同樣的權(quán)重進(jìn)行設(shè)計(jì)。再者，在圖17的不包含集成元素的通用化裝置中，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定狀態(tài)偏差。如果該靈敏度權(quán)重Ws設(shè)置有集成特征，該控制器就可能具有集成特征，但該通用化裝置就變得不穩(wěn)定，這不會(huì)導(dǎo)致通常的H∞問(wèn)題。
因此，在第五實(shí)施例中，考慮如圖18的示的通用化裝置。在圖18中，參考號(hào)M表示一個(gè)用于調(diào)整干擾W對(duì)所控制變量y的影響的調(diào)整矩陣，參考號(hào)T表示一個(gè)用于使控制對(duì)象模型的誤差的量值一致的調(diào)整矩陣，而參考號(hào)α-1I表示向該控制器提供集成特性以消除穩(wěn)定狀態(tài)偏差的權(quán)重。在此。α(s)被定義為α(s)＝s/(s＋a)，其中s是拉普拉斯算子，a(a＞0)是任意的實(shí)數(shù)。參考號(hào)115表示一個(gè)代表調(diào)整矩陣M的方框，參考號(hào)116表示代表調(diào)整矩陣T的方框，參考號(hào)117表示代表權(quán)重α-1I的方框，偏差e2是乘了加權(quán)α-1I的偏差e，并被輸入進(jìn)該控制器。圖19是表示一個(gè)魯棒控制系統(tǒng)的配置，其中一個(gè)控制器K被加到上述的通用化裝置，在圖19中參考號(hào)118表示代表控制器K的方框。
在第五實(shí)施例中控制器的設(shè)計(jì)裝置致力于確定控制器K的參數(shù)以便所控制的變量y(作為控制對(duì)象的輸出)符合設(shè)置值r，消除了干擾w的影響，并且即使當(dāng)該控制對(duì)象波動(dòng)或在該控制對(duì)象的模型內(nèi)有誤差時(shí)也可以穩(wěn)定該對(duì)象。H∞控制問(wèn)題可以看作是降低從(r，w)到(z1，z2)的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)(增益)，也就是說(shuō)，設(shè)置值隨動(dòng)特性、魯棒穩(wěn)定性和干擾抑制可以下面方式進(jìn)行考慮。
(D)設(shè)置值隨動(dòng)特性如果由設(shè)置值r到偏差e的傳輸函數(shù)(更確切地說(shuō)，具有從r－z1被乘以頻率加權(quán)α-1Ws的設(shè)置值r的傳輸函數(shù))的H∞范數(shù)(增益)被降低，則可以減少偏差e，以便設(shè)置值隨動(dòng)特性更好。在此，α-1Ws是用于限制隨動(dòng)帶(即僅在低帶中隨動(dòng))的頻率加權(quán)。
(E)魯棒穩(wěn)定性由于控制對(duì)象的特性變化或在模型化時(shí)的誤差，在實(shí)際控制對(duì)象與其模型之間存在著誤差，來(lái)自所標(biāo)識(shí)的模型的誤差的最大值被估測(cè)為Δ(s)，并且設(shè)計(jì)該控制器K以便從設(shè)置值r到z2的H∞范數(shù)小于或等于1，對(duì)于這種誤差使用諸如|Δ(jω)|＜|Wt(jω)|的補(bǔ)償靈敏度加權(quán)Wt(s)，由此可達(dá)到魯棒穩(wěn)定性。
(F)干擾抑制如果由干擾w到偏差e的傳輸函數(shù)(更確切地說(shuō)，具有從w－z1被乘以頻率加權(quán)α-1Ws的干擾w的傳輸函數(shù))的H∞范數(shù)(增益)被降低，那么即使進(jìn)入了干擾w也可以減少偏差e，由此可以改善干擾抑制。
下一步，假定如圖18所示的通用化裝置的狀態(tài)空間表達(dá)式由下式給出xp＝Apxp＋Bp1Mw＋Bp2Tu …(101)y＝Cpxp＋Dp1Mw＋Dp2Tu…(102)在上面的表達(dá)式(101)和(102)中，xp是狀態(tài)的數(shù)量，而Ap、Bp1、Bp2、Cp、Dp1和Dp2是控制對(duì)象的數(shù)字模型111、112的參數(shù)。由表達(dá)式(102)可以看出，偏差e可以用下列表達(dá)式獲得e＝y(tǒng)－r＝Cpxp＋Dp1MW＋Dp2Tu－r …(103)利用如圖18所示的通用化裝置的配置，可以下列表達(dá)式定義輸出z1’和z2’z1’＝e2…(104)z2’＝u …(105)用于向該控制器K提供集成特性的頻率加權(quán)可以用下列表達(dá)式定義，利用表達(dá)式(103)，xα＝Aαxα＋Bαe＝Aαxα＋BαCpxp＋BαDp1Mw＋BαDp2Tu－Bαr …(106)e2＝Cαxα＋Dαe＝Cαxα＋DαCpxp＋DαDp1Mw＋DαDp2Tu－Dαr …(107)在表達(dá)式(106)和(107)中，xα是α-1I的狀態(tài)的數(shù)量，而Aα、Bα、Cα、Dα是α-1I的參數(shù)。排列上面的表達(dá)式并用狀態(tài)空間來(lái)表示它們，可以獲得下列表達(dá)式ddtxPxα=Ap0BαCpAαXpXα+0Bp1MBp2T-BαBαDp1MBαDp2Trwu---(108)]]>z1'z2'=DαCpCα00XpXα+-DαDαDp1MDαDp2T00Irwu--(109)]]>e2=[DαCpCα]XPXα+[-DαDαDp1MDαDp2T]rwu--(110)]]>以Doile計(jì)數(shù)法表示表達(dá)式(108)、(109)和(110)，可以得到下列表達(dá)式G(S)AB1B2C1D11D12C2D21D22--(111)]]>參數(shù)A可以用下列式表示A=Ap0BαCpAα---(112)]]>參數(shù)B1和B2可以用下列式表示B1=0Bp1M-BαBαDp1M,B2=Bp2TBαDp2T---(113)]]>參數(shù)C1和C2可以用下列式表示C1=DαCpCα00,C2=[DαCpCα]--(114)]]>并且，參數(shù)D11、D12、D21、D22可以用下列式表示D11=-DαDαDp1M00,D12=DαDp2TI]]>D21=[-DαDαDp1M]，D22=DαDp2T]……(115)設(shè)計(jì)了靈敏度權(quán)重Ws和補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，并將其與表達(dá)式(111)的輸出部分進(jìn)行相乘。通過(guò)γ迭代就可以獲得以狀態(tài)空間表述的控制器K。在此，表達(dá)式(111)的輸出部分表示對(duì)應(yīng)于圖18中輸出z1’和z2’的輸出部分，因此，表達(dá)式(111)的參數(shù)C1、D11、D12的輸出公式可與一個(gè)對(duì)角矩陣Q相乘，該對(duì)角矩陣由下列從左側(cè)開(kāi)始具有靈敏度權(quán)重Ws和補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的對(duì)角元素的表達(dá)式表示，因此該控制器K的參數(shù)可以計(jì)算為，Q=WS00Wt---(116)]]>
控制器K是對(duì)于通用化裝置的H∞控制問(wèn)題的一個(gè)方案，并且安裝在該設(shè)備如蒸餾塔上的實(shí)際控制器是與權(quán)重α-1I和調(diào)整矩陣T相乘的控制器K，如圖20所示。
如前面所述的，H∞邏輯是頻率領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)在機(jī)械系統(tǒng)的控制中很容易，但是在頻域如過(guò)程控制這樣的不可處理的控制系統(tǒng)中確很難，由此很難適應(yīng)性地選擇靈敏度權(quán)重Ws和補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt。下面給出本實(shí)施例中用于確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的方法，控制對(duì)象在特性方面的變化取決于驅(qū)動(dòng)條件。正常情況下，是基于某一模型來(lái)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。但是在魯棒控制設(shè)計(jì)中，控制對(duì)象的變化和模型化誤差的量值事先包含在控制設(shè)計(jì)內(nèi)，并且該控制器設(shè)計(jì)成即使有任何變化或誤差在控制性能方面也是穩(wěn)定的而不會(huì)出現(xiàn)惡化。圖21表示針對(duì)控制對(duì)象的模型111的一個(gè)附加誤差。在圖21中，參考號(hào)119表示代表附加誤差Δ的方框。在魯棒控制設(shè)計(jì)中，由于驅(qū)動(dòng)條件造成的控制對(duì)象的特性的變化與由于模型111的較低維度(dimension)造成的模型誤差由附加誤差Δ表示，如圖21所示。如果由于該附加誤差Δ造成控制對(duì)象的特性偏離了該模型111，該控制器就設(shè)計(jì)成其控制器輸出是穩(wěn)定的。為此，可以確定補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt以克服該附加誤差Δ。以下列表達(dá)式示出了該補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的一般表達(dá)式。由于模型112的變化與系統(tǒng)的穩(wěn)定性是不相關(guān)的，可以認(rèn)為在設(shè)計(jì)該控制器時(shí)模型111是獨(dú)自變化的。

在第五實(shí)施例中，對(duì)于具有調(diào)整量值的附加誤差，使用調(diào)整矩陣T，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt的元素是與安全因子δ(例如等于1)相乘的誤差Δ的增益的最大值Gmax。也就是說(shuō)，按如下定義元素(權(quán)重)Wt1、Wt2、Wt3、…、WtN，Wt1＝Wt2＝Wt3＝WtN＝(1＋δ)Gmax…(118)本實(shí)施例涉及多變量控制系統(tǒng)，并且假定受操縱變量u的數(shù)量是N(N是正整數(shù))，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt是N×N矩陣，其中WtN是第N個(gè)受操縱變量uN的權(quán)重。
下一步，描述本實(shí)施例中用于確定調(diào)整矩陣T、M的方法，調(diào)整矩陣T的一個(gè)通用表達(dá)式如下面所示 假定受操縱變量u的數(shù)量是N，該調(diào)整矩陣T是N×N矩陣，調(diào)整矩陣T的元素TN是第N個(gè)受操縱變量uN的權(quán)重。確定每一個(gè)元素TN，以便附加誤差Δ的成分的量值盡可能地相等。
下一步，調(diào)整矩陣M的一個(gè)通用表達(dá)式如下式所示
假定干擾W的數(shù)量是J(J是一個(gè)正整數(shù))，調(diào)整矩陣M是一個(gè)J×J矩陣。調(diào)整矩陣M的元素MJ是第J個(gè)干擾wJ的權(quán)重。每個(gè)元素MJ是一個(gè)調(diào)整參數(shù)，用于通過(guò)調(diào)整每個(gè)干擾WJ對(duì)所控制變量y的影響來(lái)確定干擾抑制性能。
下一步，描述在本發(fā)明的第五實(shí)施例中用于確定靈敏度權(quán)重Ws的方法。首先，該靈敏度權(quán)重Ws的一個(gè)通用表達(dá)式由下式給出 假定可控制變量y的數(shù)量是L(L是正整數(shù))，該靈敏度權(quán)重Ws是L×L矩陣，靈敏度權(quán)重Ws的元素WsL是第L個(gè)受控變量YL的權(quán)重。為了確定靈敏度權(quán)重Ws，可以考慮圖22的閉環(huán)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中圖19的魯棒控制系統(tǒng)被簡(jiǎn)化。在圖22中，參考號(hào)111a表示代表控制對(duì)象的數(shù)字模型P的方框，而參考號(hào)113a表示代表頻率權(quán)重Ws’的方框。
假定指示控制性能的靈敏度函數(shù)是S(s)，其中該控制性能主要是指涉及快速響應(yīng)特性如設(shè)置值隨動(dòng)能力或干擾抑制，靈敏度函數(shù)S(s)的更小的增益|S(jω)|是更可取的，因?yàn)槟Ｐ妥兓瘜?duì)于設(shè)置值響應(yīng)具有較小的影響。如果每一頻率處的控制規(guī)范由Sspec(ω)給出，就可以獲得下列涉及靈敏度函數(shù)S(s)的條件|S(jω)|＜Sspec(ω)；ω…(122)
其中，ω意思是表達(dá)式(122)對(duì)所有的頻率ω都保持。
一方面，靈敏度函數(shù)S(s)對(duì)應(yīng)于由設(shè)置值r到偏差e的閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)Ger(s)，如圖22所示。假定控制對(duì)象的傳輸函數(shù)是P(s)并且控制器的傳輸函數(shù)是K(s)，則可以得到下式s(s)=Ger(s)=-11-P(s)K(s)--(123)]]>而且，由設(shè)置值r到控制變量y的圖22的閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)Gyr(s)以下列公式獲得Gyr(s)=-P(s)K(s)1-P(s)K(s)---(124)]]>利用公式(123)和(124)，可以用下列公式獲得靈敏度函數(shù)S(s)S(s)＝Gyr(s)-1 …(125)在第五實(shí)施例中，如圖22所示的閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性，或從設(shè)置值r到受控變量y的閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)Gyr(s)是用一階滯后特性來(lái)近似的，如在下面公式中，以Gyr-spec(s)作為傳輸函數(shù)Gyr(s)的規(guī)范Gyr_spec(s)=1TsLs+1---(126)]]>在表達(dá)式(126)中，TsL是涉及第L個(gè)受控變量yL的時(shí)間常數(shù)，利用表達(dá)式(126)中的Gyr-spec(s)，而不是表達(dá)式(125)中的Gyr(s)，可以獲得下列控制規(guī)范Sspec(s)Sspec(s)=-TsLsTsLs+1----(127)]]>在第五實(shí)施例中，涉及第L個(gè)受控變量yL的頻率權(quán)重WsL’(s)設(shè)置如下WsL′(s)=1Sspec(s)=-TsLs+1TsLs----(128)]]>頻率權(quán)重WsL’(s)是與α-1(s)相乘的WsL(s)，并且定義如下WsL’(s)＝α-1(s)WsL(s)…(129)如果頻率權(quán)重按照公式(128)進(jìn)行設(shè)置，公式(122)就可以轉(zhuǎn)換成下式|s(jω)|<1|WsL′(jω)|;∀ω---(130)]]>而且，公式(130)可以被重寫(xiě)成下列表達(dá)式，利用H∞范數(shù)，‖WsL′(s)S(s)‖∞＜1 …(131)該表達(dá)式(131)指示圖22的閉環(huán)系統(tǒng)的從設(shè)置值r到偏差e傳輸函數(shù)(更準(zhǔn)確地說(shuō)，具有從r－z1被乘以頻率加權(quán)α-1(s)WsL(s)的設(shè)置值r的傳輸函數(shù))的H∞范數(shù)小于1。公式(131)是考慮了設(shè)置值隨動(dòng)特性的控制器K的設(shè)計(jì)指數(shù)。相應(yīng)地，通過(guò)按照公式(128)設(shè)置頻率權(quán)重WsL’(s)，可以滿足公式(131)，由此就可以考慮設(shè)置值隨動(dòng)特性來(lái)設(shè)計(jì)該控制器K。如果該公式(128)被變換，可以獲得下列表達(dá)式WsL′(s)=s+as•-(TsLs+1)TsL(s+a)---(132)]]>在公式(132)的右側(cè)的第一項(xiàng)是α-1(s)。因此，靈敏度權(quán)重Ws的元素WsL(s)可以按如下進(jìn)行計(jì)算WsL(s)=-TsLs+1TsL(s+a)---(133)]]>替代表達(dá)式(133)，表達(dá)式(121)可以表示如下 以這種方式，可以確定靈敏度權(quán)重Ws。參照?qǐng)D15描述上述的操作。由設(shè)計(jì)裝置的用戶在瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)輸入單元101中設(shè)置瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)或時(shí)間常數(shù)TSL，該時(shí)間常數(shù)TSL是針對(duì)每個(gè)控制變量y進(jìn)行設(shè)計(jì)的，瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)注冊(cè)單元102將由該瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)輸入單元101輸入的時(shí)間常數(shù)TSL直接輸出給閉環(huán)傳輸函數(shù)計(jì)算單元103，閉環(huán)傳輸函數(shù)計(jì)算單元103通過(guò)將輸入時(shí)間常數(shù)TSL替代進(jìn)表達(dá)式(126)從設(shè)置值r到可控制變量y計(jì)算如圖22所示的閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)Gyr(s)，并將其輸出給頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算單元104。隨后頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算單元104根據(jù)傳輸函數(shù)Gyr(s)利用表達(dá)式(125)、(127)、(128)、(132)至(134)計(jì)算靈敏度權(quán)重Ws，并將它輸出給控制器計(jì)算單元105。該存儲(chǔ)單元106存儲(chǔ)在公式(101)到(115)中描述的和如圖18所示的通用化裝置的公式。該控制器計(jì)算單元105在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器單元106內(nèi)的通用化裝置的公式內(nèi)注冊(cè)該靈敏度權(quán)重Ws，并且通過(guò)γ迭代，計(jì)算控制器K的參數(shù)。此時(shí)，補(bǔ)償靈敏度權(quán)重Wt，調(diào)整矩陣T、M在存儲(chǔ)器單元106內(nèi)的通用化裝置內(nèi)預(yù)設(shè)置。利用該方式，可以設(shè)計(jì)控制器K。
如前面所述的，在過(guò)程控制領(lǐng)域，很難給出頻域內(nèi)的控制規(guī)范，以及很難確定頻率靈敏度權(quán)重Ws。相反，在本實(shí)施例中，設(shè)置了閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性(傳輸函數(shù)Gyr(s))，并且可以根據(jù)這種瞬時(shí)響應(yīng)特性計(jì)算頻率權(quán)重Ws。由此即使在過(guò)程控制領(lǐng)域，在頻率響應(yīng)特性作為控制規(guī)范也很難給出的情況下，該控制器可以按照H∞邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨后，考慮控制對(duì)象的變化以及數(shù)字模型的不確定性也可以很容易地設(shè)計(jì)多變量控制系統(tǒng)，而且該控制器也可以利用在控制執(zhí)行期間具有較小計(jì)算負(fù)載的H∞邏輯實(shí)現(xiàn)，利用它可以實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的控制系統(tǒng)。通過(guò)利用一階滯后特性近似閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性，用于控制設(shè)計(jì)的參數(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)直觀上是可以理解的。因此，由設(shè)計(jì)者很容易理解和使用的設(shè)計(jì)裝置就可以實(shí)現(xiàn)。既然某些參數(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)直觀上是可以理解的，那么即使在一次設(shè)計(jì)后重新設(shè)計(jì)該控制器可實(shí)現(xiàn)能改變?cè)撛O(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)裝置。
第六實(shí)施例在第五實(shí)施例中，閉環(huán)系統(tǒng)的延遲瞬時(shí)響應(yīng)特性是用一階滯后來(lái)近似的，并且通過(guò)對(duì)可控制變量規(guī)定閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定靈敏度權(quán)重Ws。在這種情況下，盡管該控制設(shè)計(jì)是基于瞬時(shí)響應(yīng)特性，但對(duì)于一個(gè)受控變量只規(guī)定了一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，并且所獲得的設(shè)計(jì)系統(tǒng)并不會(huì)以所規(guī)定的一階滯后必要地運(yùn)行?？紤]到多變量控制的實(shí)踐性，增加設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量并不是我們所希望的。但是通過(guò)使設(shè)計(jì)參數(shù)的意義更清晰來(lái)增加設(shè)計(jì)的自由度，這可能不失為一個(gè)良策。因此在第六實(shí)施例中，通過(guò)用通常所用的第二系統(tǒng)來(lái)近似閉環(huán)系統(tǒng)的特性來(lái)設(shè)計(jì)該控制器并且規(guī)定瞬時(shí)響應(yīng)特性參數(shù)。
首先，對(duì)于每個(gè)控制變量的圖22的閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)用下列表達(dá)式的二階系統(tǒng)來(lái)近似yr=ωn2s2+2ξωns+ωn2---(135)]]>在表達(dá)式(135)中，ζ(ζ＞0)是一個(gè)阻尼系數(shù)，ωn(ζ＞0)是固有頻率，在(135)中所示的該系統(tǒng)的特性公式的方案是以下列表達(dá)式獲得的s=-ξωn±ωnξ2-1---(136)]]>給定階躍輸入(r(s)＝1/s)。作為閉環(huán)系統(tǒng)的輸出的所控制變量y(s)可由下列表達(dá)式獲得y(s)=ωn2(s-s1)(s-s2)•1s]]>=1s+C1s+ξωn-ωnξ2-1+C2s+ξωn+ωnξ2-1---(137)]]>表達(dá)式(137)中的參數(shù)s1、s2、C1、C2由下式給出s1=-ξωn+ωnξ2-1,s2=-ξωn-ωnξ2-1]]>C1=-ξ-ξ2-12ξ2-1,C2=ξ-ξ2-12ξ2-1---(138)]]>考慮在二階系統(tǒng)中最重要的阻尼振蕩(0＜ζ)。然后其參數(shù)C1、C2可由下式給出C1=i(ξ+i1-ξ2)21-ξ2,C2=i(-ξ+i1-ξ2)21-ξ2---(139)]]>由此，如圖22所示的閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)可以由下式表示y(t)=1+i(ξ+i1-ξ2)1-ξ2•exp(-ξωn+iωn1-ξ2)t]]>+i(-ξ+i1-ξ2)21-ξ2•exp(-ξωn-iωn1-ξ2)t]]>=1+i(ξ+i1-ξ2)21-ξ•e-ξωnt(cosωn1-ξ2t+isinωn1-ξ2t)]]>+i(-ξ+i1-ξ2)21-ξ2•e-ξωnt(cosωn1-ξ2t-isinωn1-ξ2t)]]>=1-e-ξωnt(cosωn1-ξ2t+ξ1-ξ2sinωn1-ξ2t)]]>=1-e-ξωnt1-ξ2sin(ωn1-ξ2t+ψ),ψ=cos-1ξ---(140)]]>在公式(140)中表述的閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)的一個(gè)實(shí)施例示出于圖23中，圖23表示當(dāng)在一時(shí)間0給定一個(gè)100％的階躍值r時(shí)該控制變量y是如何動(dòng)作的。對(duì)應(yīng)于該時(shí)間、代表二階系統(tǒng)的典型瞬時(shí)響應(yīng)特性的參數(shù)包括控制變量y達(dá)到與設(shè)置值r(在此為100％)相同值時(shí)上升時(shí)間tr；過(guò)沖OS，在控制變量y超過(guò)該設(shè)置值r后首先發(fā)生的瞬時(shí)偏離的極端值；控制變量y達(dá)到該過(guò)沖OS時(shí)過(guò)沖時(shí)間tp；控制變量y包含在設(shè)置值r的5％范圍內(nèi)的整定(settling)時(shí)間；以及作為如圖23所示的a1與a2的比值的阻尼比DR。上升時(shí)間tr可以用下式來(lái)表示，使用阻尼系統(tǒng)ζ和固有頻率ωntr=1ωn1-ξ2(π-cos-1ξ)---(141)]]>類似地，過(guò)沖時(shí)間tp可以表示為tp=πωn1-ξ2---(142)]]>整定時(shí)間tq可用下式表示tq=3ξωn--(143)]]>而且，利用阻尼系數(shù)ζ可利用下式得到過(guò)沖OSOS=exp(-ξπ1-ξ2)--(144)]]>并且阻尼比DR可用下式來(lái)獲得a2/a1=exp(-2πξ/1-ξ2)---(145)]]>從公式(135)可以看出，圖22的從設(shè)置值r到受控變量y的閉環(huán)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)Gyr(s)可用下式來(lái)獲得Gyr(s)=ωn2s2+2ξωns+ωn2---(146)]]>如果頻率權(quán)重WSL’(s)以下列公式進(jìn)行設(shè)置，如在第五實(shí)施例中的，可以滿足表達(dá)式(131)，并且可以參照設(shè)置值隨動(dòng)特性來(lái)設(shè)計(jì)控制器KWsL′(s)=1Sspec(s)=1Gyr(s)-1=1ωnL2S2+2ξlωnLs+ωnL2-1---(147)]]>
在表達(dá)式(147)中，ζL第L個(gè)控制變量yL的阻尼系數(shù)，而ωnL是控制變量yL的固有頻率，表達(dá)式(147)可以轉(zhuǎn)換成下面表達(dá)式WsL'(S)=S2+2ξLωnLs+ωnL2-S2-2ξLωnLs]]>=s+as•-s2+2ξLωnLs+ωnL2(s+2ξLωnL)(s+a)---(148)]]>在表達(dá)式(148)的右側(cè)的第一項(xiàng)是α-1(s)，因此，靈敏度權(quán)重Ws的元素WsL(s)可以按下式計(jì)算WsL(S)=S2+2ξLωnLs+ωnL2(S+2ξLωnL)(s+a)---(149)]]>替代式(149)，式(121)可以表述如下Ws＝ 為了使用式(150)計(jì)算靈敏度權(quán)重Ws，要求得到阻尼系數(shù)ζL和固有頻率ωnL。為了得到得到阻尼系數(shù)ζL和固有頻率ωnL，從上升時(shí)間tr、過(guò)沖OS、時(shí)過(guò)沖時(shí)間tp、整定時(shí)間tq和阻尼比DR中選擇兩項(xiàng)，并且設(shè)置所選擇的兩上參數(shù)值。在第六實(shí)施例中，用于計(jì)算阻尼系數(shù)ζL和固有頻率ωnL的方法將作為一個(gè)實(shí)施例利用使用上升時(shí)間tr和過(guò)沖OS的實(shí)例進(jìn)行描述。對(duì)于在公式(144)中指示的過(guò)沖OS，阻尼系數(shù)ζL可由下式獲得ξL=(ln(OSL))2π2+(ln(OSL))2---(151)]]>在式(151)中，OSL是第L個(gè)控制變量yL的過(guò)沖。而且，利用在式(141)中指出的上升時(shí)間tr，固有頻率ωnL可由下式獲得ωnL=π-cos-1ξLtrL1-ξL2---(152)]]>在式(152)中，trL是第L個(gè)控制變量yL的上升時(shí)間。以這種方式，如果設(shè)置過(guò)沖值OSL的值，可由公式(151)計(jì)算阻尼系數(shù)ζL，并且如果設(shè)置上升時(shí)間trL，則可由公式(152)計(jì)算固有頻率。按照上述方式，可以確定靈敏度權(quán)重Ws。
在第六實(shí)施例中，設(shè)計(jì)裝置的配置與第五實(shí)施例的一樣，因此下面參照?qǐng)D15描述第六實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置的操作。瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)即過(guò)沖OSL和上升時(shí)間tr被設(shè)計(jì)裝置的用戶設(shè)置進(jìn)瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)輸入單元101，對(duì)于每一個(gè)控制變量y設(shè)置過(guò)沖OSL和上升時(shí)間tr，瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)注冊(cè)單元102直接輸出從瞬時(shí)響應(yīng)參數(shù)輸入單元101輸入的過(guò)沖OSL和上升時(shí)間tr給閉環(huán)傳輸函數(shù)計(jì)算單元103。閉環(huán)傳輸函數(shù)計(jì)算單元103根據(jù)過(guò)沖OSL和上升時(shí)間tr利用式(151)和(152)計(jì)算阻尼系數(shù)ζL和固有頻率ωnL，將阻尼系數(shù)ζL和固有頻率ωnL替換進(jìn)式(146)，計(jì)算傳輸函數(shù)Gyr(s)，并且輸出給頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算單元104。然后，該頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算單元104根據(jù)該傳輸函數(shù)Gyr(s)利用公式(147)到(150)計(jì)算靈敏度權(quán)重Ws，并將其輸出給控制器計(jì)算單元105?？刂破饔?jì)算單元105和存儲(chǔ)單元106的操作與第五實(shí)施例中的完全一樣。以這種方式，可以設(shè)計(jì)控制器K如上面所描述的，在第六實(shí)施例中，設(shè)計(jì)的自由度可通過(guò)利用二階系統(tǒng)特性近似閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性而得到增加，并且由該設(shè)計(jì)裝置提供的控制器具有更寬的適用性，第一至第六實(shí)施例都包含在設(shè)計(jì)該多變量控制器的設(shè)計(jì)裝置中，而且，第一至第六實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置也可以實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)機(jī)，也就是說(shuō)，給計(jì)算機(jī)配備一個(gè)操作單元、一個(gè)存儲(chǔ)裝置和一個(gè)輸入/輸出裝置，并按照該程序象設(shè)計(jì)裝置一樣運(yùn)行。
如前面所述的，本發(fā)明適用于設(shè)計(jì)多變量控制器。
權(quán)利要求
1.一種按照H無(wú)限大(H∞)控制邏輯、使用具有針對(duì)受操縱變量的控制對(duì)象模型的通用化裝置設(shè)計(jì)控制器的設(shè)計(jì)裝置，其特征在于包括存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)所述的通用化裝置；參數(shù)計(jì)算裝置，用于按照所述控制對(duì)象模型的響應(yīng)特性或包含所述的控制對(duì)象模型和所述的控制器的閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)特性計(jì)算所述通用化裝置的成分的參數(shù)；以及控制器計(jì)算裝置，用于通過(guò)將所述的參數(shù)施加給存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置內(nèi)的所述通用化裝置來(lái)計(jì)算所述的控制器。
2.按照權(quán)利要求1的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的通用化裝置具有所述的控制對(duì)象模型，以及用于調(diào)整輸入給所述控制對(duì)象模型的操縱變量的輸入的受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置，該調(diào)整裝置設(shè)置在所述控制對(duì)象模型的前一級(jí)，所述的參數(shù)計(jì)算裝置包括頻率響應(yīng)計(jì)算裝置，用于計(jì)算所述控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)，以及調(diào)整矩陣計(jì)算裝置，用于按照控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)利用所述的受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置計(jì)算用于確定所述的受操縱變量的權(quán)重的調(diào)整矩陣T，以便控制對(duì)象模型的各增益是一致的，以及所述的控制器計(jì)算裝置通過(guò)將所述的調(diào)整矩陣T施加給存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置內(nèi)的通用化裝置的受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置來(lái)計(jì)算該控制器。
3.按照權(quán)利要求2的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的調(diào)整矩陣計(jì)算裝置按下式計(jì)算所述的調(diào)整矩陣T TN=1L•max(||Gy1u1||∞,||Gy1u2||∞),…,||Gy1uN||∞||GyluN||∞]]>+1L•max(||Gy2u1||∞,||Gy2u2||∞,…,||Gy2uN||∞)||Gy2uN||∞]]>+…+1L•max(||GyLu1||∞,||GyLu2||∞,…,||GyLuN||∞)||GyLuN||∞]]>其中受操縱變量u的數(shù)量是N(N是正整數(shù))，并且受控變量y的數(shù)量是L(L是正整數(shù))，所述控制對(duì)象模型的由第N個(gè)受操縱變量uN到第L個(gè)受控變量yL的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)是‖GyLuN‖∞。
4.按照權(quán)利要求1的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的通用化裝置具有用于受操縱變量的第一控制對(duì)象模型、用于干擾的第二控制對(duì)象模型以及用于調(diào)整受操縱變量到第一控制對(duì)象模型的輸入的操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置(其設(shè)置在第一控制對(duì)象模型的先前級(jí))，所述參數(shù)計(jì)算裝置包括用于計(jì)算第一控制對(duì)象模型和第二控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)計(jì)算裝置以及用于計(jì)算調(diào)整矩陣T的調(diào)整矩陣計(jì)算裝置，該調(diào)整矩陣T用于利用受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置按照第一和第二控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)確定受操縱變量的權(quán)重，以便第一控制對(duì)象模型的各個(gè)增益與第二控制對(duì)象模型的增益的最大值一致，和該控制器計(jì)算裝置通過(guò)將該調(diào)整矩陣T施加給存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置的操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。
5.按照權(quán)利要求4的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的調(diào)整矩陣計(jì)算裝置按下式計(jì)算所述的調(diào)整矩陣T TN=1L•max(||Gy1w1||∞,||Gy1w2||∞,…,||Gy1wJ||∞)||Gy1uN||∞]]>+1L•max(||Gy2w1||∞,||Gy2w2||∞,…,||Gy2wJ||∞)||Gy2uN||∞]]>+…+1L•max(||GyLw1||∞,||GyLw2||∞,…,||GyLwJ||∞)||GyLuN||∞]]>其中受操縱變量u的數(shù)量是N(N是正整數(shù))，并且干擾w的數(shù)量是J(J是正整數(shù))，受控變量y的數(shù)量是L(L是一個(gè)正整數(shù))，所述控制對(duì)象模型的由第N個(gè)受操縱變量uN到第L個(gè)受控變量yL的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)是‖GyLuN‖∞，并且所述控制對(duì)象模型的由第J個(gè)干擾wJ到第L個(gè)受控變量yL的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)是‖‖GyLuJ‖∞。
6.按照權(quán)利要求2的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置具有控制變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整在包含該操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置、控制對(duì)象模型和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的受控變量，以及所述的設(shè)計(jì)裝置具有設(shè)置裝置，用于利用該控制變量權(quán)重調(diào)整裝置設(shè)置用于確定所控制的變量的權(quán)重的權(quán)重矩陣S。
7.按照權(quán)利要求4的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置具有控制變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整在包含所述操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置、第一控制對(duì)象模型和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的受控變量，以及所述的設(shè)計(jì)裝置具有設(shè)置裝置，用于利用該控制變量權(quán)重調(diào)整裝置設(shè)置用于確定所控制的變量的權(quán)重的權(quán)重矩陣S。
8.按照權(quán)利要求2的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置具有控制變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整在頻率靈敏度權(quán)重調(diào)整裝置的前一級(jí)或后一級(jí)內(nèi)的受控變量以確定包含該受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置、控制對(duì)象模型和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置值隨動(dòng)特性，以及該設(shè)計(jì)裝置具有設(shè)置裝置，用于利用該控制變量權(quán)重調(diào)整裝置設(shè)置用于確定所控制的變量的權(quán)重的權(quán)重矩陣S。
9.按照權(quán)利要求4的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的通用化裝置具有控制變量權(quán)重調(diào)整裝置，用于調(diào)整在頻率靈敏度權(quán)重調(diào)整裝置的前一級(jí)或后一級(jí)內(nèi)的受控變量以確定包含該受操縱變量權(quán)重調(diào)整裝置、第一控制對(duì)象模型和控制器的閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置值隨動(dòng)特性，以及該設(shè)計(jì)裝置具有設(shè)置裝置，用于利用該控制變量權(quán)重調(diào)整裝置設(shè)置用于確定所控制的變量的權(quán)重的權(quán)重矩陣S。
10.按照權(quán)利要求1的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的參數(shù)計(jì)算裝置具有用于設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性的設(shè)置裝置和按照該閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性用于計(jì)算頻率靈敏度權(quán)重以確定該閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置值隨動(dòng)特性的頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算裝置，以及所述控制器計(jì)算裝置通過(guò)將頻率靈敏度權(quán)重施加給存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)裝置內(nèi)的通用化裝置來(lái)計(jì)算該控制器的參數(shù)。
11.按照權(quán)利要求10的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的頻率靈敏度權(quán)重計(jì)算單元按照所述閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性計(jì)算所述的頻率靈敏度權(quán)重，以及閉環(huán)系統(tǒng)從設(shè)置值到偏差的傳輸函數(shù)的H∞范數(shù)的設(shè)計(jì)指數(shù)小于1。
12.按照權(quán)利要求10的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的設(shè)置裝置利用一階滯后特性近似所述閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性。
13.按照權(quán)利要求10的控制器設(shè)計(jì)裝置，其特征在于所述的設(shè)置裝置利用二階系統(tǒng)特性近似所述閉環(huán)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性。
全文摘要
按照H無(wú)限大(H∞)邏輯設(shè)計(jì)控制器的設(shè)計(jì)裝置,其中通用化裝置的公式和作為該通用化裝置一部分的控制對(duì)象模型的公式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元3內(nèi);在參數(shù)計(jì)算單元內(nèi)包括用于計(jì)算控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)計(jì)算單元4和按照控制對(duì)象模型的頻率響應(yīng)計(jì)算調(diào)整矩陣T的調(diào)整矩陣計(jì)算單元5,以便該控制對(duì)象模型的各增益一致,一個(gè)控制器計(jì)算單元6,通過(guò)將該調(diào)整矩陣T施加給通用化裝置來(lái)計(jì)算一個(gè)控制器的參數(shù)。
文檔編號(hào)G05B13/04GK1327551SQ00802167
公開(kāi)日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2000年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月5日
發(fā)明者北條達(dá)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武