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Dokumentenidentifikation DE69325621T2 04.11.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0587897
Titel GERÄT ZUR PRÄDIKTIVEN REGELUNG
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder TSURUTA, Kazuhiro, Tsukuba Laboratory, Tsukuba-shi, Ibaraki 300-26, JP;
NAKAMURA, Hiroshi, Tsukuba Laboratory, Tsukuba-shi, Ibaraki 300-26, JP
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69325621
Vertragsstaaten DE, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 14.01.1993
EP-Aktenzeichen 939015194
WO-Anmeldetag 14.01.1993
PCT-Aktenzeichen JP9300049
WO-Veröffentlichungsnummer 9320489
WO-Veröffentlichungsdatum 14.10.1993
EP-Offenlegungsdatum 23.03.1994
EP date of grant 14.07.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.11.1999
IPC-Hauptklasse G05B 13/04

Beschreibung[de]
GERÄT ZUR PRÄDIKTIVEN REGELUNG TECHNOLOGISCHES FACHGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur prädiktiven Regelung für, unter anderem, Roboter und Industriemaschinen, wo ein Zukunftssollwert bereits bekannt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

ZUGRUNDELIEGENDER STAND DER TECHNIK

Bei herkömmlichen Auslegungsverfahren mit wiederholten Sollwerten wird bei der Benutzung der einen Zyklus vorher aufgetretenen Regelabweichung zusammen mit der an dem Zyklus vor diesem Zyklus aufgetretenen Regelabweichung zu einem Zeitpunkt t' mit Bezug auf den gegenwärtigen Zeitpunkt t weithin nicht davon Gebrauch gemacht, die Abweichung für den Zeitpunkt vor dem Auftreten des einen vorherigen Zyklus und die Abweichung von dem Zeitpunkt t' zu benutzen, um das Regeleingabesignal für diesen Zeitpunkt zu entscheiden, obwohl es besonders nützlich wäre.

Um diese Art von Problem zu lösen, wurde in US-PS 5 119 287 der Zuwachsschritt bei jeder genommenen Ablesung korrigiert, und dann durch Benutzen der Abweichung für M Ablesungen, die von der vorherigen Ablesung genommen wurde, die gegenwärtige Abweichung, die N-1 vergangenen korrigierten Zunahmen, die Betriebsgröße für die vorherige Ablesung und die vorweg entschiedenen Konstanten ein Algorithmus erreicht, um nur durch arithmetischen Gebrauch der Regelgröße für einen periodischen Sollwert zu entscheiden, der am meisten für die Verfolgung brauchbar ist.

Bei einem anderen Verfahren mit einem Regelobjekt, das einen Sollwert aufweist, mit einem Muster, welches sich periodisch wiederholt, werden die Regelabweichung für die Periode während des gegenwärtigen und des vergangenen Zyklus, die vergangene Zuwachskorrektur, die Bewegungskenngrößen des Regelobjekts betreffende Information (das Anzeigereaktionsverhalten) und das Regeleingangssignal oder die damit klassifizierte In formation bei jedem Ablesen für jedes Regeleingangssignal benutzt, um die quadrierten Gewichtungen der Zukunftsregelabweichung prädiktiv zu minimieren. Durch diese Verfahrensweisen wird ein Regelalgorithmus für die Verfolgung erhalten, bei dem die Regelgröße die für die Verfolgung am besten geeignete ist. Das kann realisiert werden durch eine hauptsächlich digitale Schaltung oder einen Mikrocomputer, so daß es möglich wird, ein Regelsystem zu besitzen, das eine Verfolgung mit viel höherer Genauigkeit erzeugen kann.

Jedoch erfordert das in US-PS 5 119 287 beschriebene Lern- Regelverfahren einen Lernvorgang. Es ist auch eine große Anzahl von Datenspeichern nötig, da es notwendig ist, die Abweichungen für die vergangenen Zyklen zu besitzen.

Regelverfahren nach dem Stand der Technik, welche die Geschwindigkeit, Präzision und Stabilität von Regelsystemen durch Benutzen von Zukunfts-Ausgabewerten verbessern, die aus Zukunfts-Sollwerten vorhergesagt werden, oder durch Modellieren von Regelobjekten, sind wie folgt bekannt:

Bei dem Regelverfahren nach EP-A-0 037 579 wird ein dynamischer Ausgabevektor eines Ablaufs vorhergesagt durch Benutzen eines adaptiv/prädiktiven Modells, und ein Regelvektor zur Anwendung bei dem Ablauf wird mit dem Ziel so berechnet, daß der vorhergesagte dynamische Ausgabevektor gleich einem gewünschten dynamischen Ausgabevektor wird, und mit einem weiteren Ziel, so daß der gewünschte dynamische Ausgabevektor und der Regelvektor ein gewähltes Verhaltenskriterium optimieren, bei dem eine Zukunftsreferenztrajektorie explizit in Betracht gezogen wird. Die Referenztrajektorie wird periodisch als eine Funktion der vorher gemessenen Verfahrensausgabe umdefiniert und entwickelt sich zu dem vorgegebenen Punkt. Das adaptiv/prädiktive Modell kann bei jedem Ablesungspunkt aus dem Vergleich eines Schätzwertes entweder eines Ausgabewertes, eines Regelvektors oder eines Störvektors des geregelten Systems, welcher Vektor bei der Verwendung des adaptiv/prädiktiven Modells erhalten wird, mit dem die aktuellen Werte des entsprechenden Ausgabe-, Regel- oder Störvektors aktualisiert werden. Das Verfahren gemäß EP-A-0 037 579 weist jedoch die Probleme auf, daß jeweils eine periodisch korrigierte Referenztrajektorie neu zu schaffen ist, und daß die Berechnungen groß und kompliziert werden, da das adaptiv/prädiktive Modell zu jedem Ablese-Zeitpunkt aktualisiert wird.

Bei dem Regelverfahren nach JP-A-62 118 405 kann ein Regelalgorithmus erhalten werden, der eine Reaktion auf einen Zukunftssollwert durch Beschreiben eines Regelobjektes mit einer Schrittreaktion und durch Bestimmen einer durch Zunahmen manipulierten Variablen der Zeit der jeweiligen Ablesung optimieren kann, nur durch die vier grundsätzlichen Arithmetikregeln durch Benutzen von N Zukunftssollwerten, einer gegenwärtigen Regelvariablen, N-1 vergangenen manipulierten Variablen und vorgegebenen Konstanten. Das Verfahren nach JP-A-62 118 405 benötigt jedoch vergangene manipulierte Variable von Probezahlen, bis die Schrittreaktion stabil wird, und weist das Problem auf, daß die notwendigen Speicherplätze und Rechenzeiträume größer werden.

Das in JP-A-61 256 405 beschriebene Regelsystem betrifft eine adaptive Regelvorrichtung mit STR (Self Turning Regulator = selbstwendendem Regler), und die Regelstabilität wird durch das System verbessert, da es ein Regelobjekt mit ARMA (Auto Regressive Average = selbsttätig regressive Durchschnittsbildung) aufgrund von Datenbeobachtung modellieren kann. Bei diesem Verfahren wird jedoch eine Reaktion auf einen Zukunftssollwert in keiner Weise verbessert, weil der Zukunftssollwert nicht verwendet wird.

Das in JP-A-63 10 201 beschriebene Regelsystem ist eine Regelvorrichtung, welche Zeitregelobjekte kontinuierlich regelt, und es verbessert ein Verfolgungsverhalten zu einem Sollwert dadurch, daß zwei binäre Schaltbetätigungsmittel aufgenommen werden, welche eine Regelvariable in unterschiedliche Richtungen ändern, die Regelvariable bei jedem bestimmten Ableseereignis erfassen, einen Betrieb für das Regelobjekt durch einen der beiden Binärschalter bei jedem bestimmten Ableseereignis ausführen, und gleichzeitig Parameter des Modells des Regelobjektes aufgrund von Vergangenheits-Regelvariablen und manipulierten Variablen schätzen, eine Regelsequenz als in ihrer Reaktion vorhersagbar schätzen, da über mehrere Zukunftsschritte erweiterte manipulierte Variable unter Benutzung erster und zweiter adaptiver Ein/Aus-Regelmittel der Dispergierungszeitart auf das Modell angewendet werden, welche das kon tinuierliche Zeitregelobjekt so regeln, daß es zu einer optimalen Regelvariablen wird, und das kontinuierliche Zeitregelobjekt durch Benutzen beider binärer Schaltbetätigungsmittel mit selektivem Schalten beider adaptiver Ein/Aus-Regelmittel durch den Sollwert und die gegenwärtigen Regelvariablen regeln und die Variablen manipulieren. Dieses System weist jedoch die folgenden Probleme auf: es treten häufige und komplizierte Berechnungen auf, weil das Abschätzen und Aktualisieren bei jedem Ableseereignis durchgeführt werden sollte, um das Modell an das Regelobjekt anzupassen; und es werden die adaptiven Ein/Aus-Regelmittel benutzt, die für ein Regelobjekt mit einer kleinen Zeitkonstante nicht effektiv sind.

Es ist deshalb das grundsätzliche Ziel dieser Erfindung, eine prädiktive Regelvorrichtung vorzuschlagen, welche eine äußerst genaue Verfolgung bei hohen Geschwindigkeiten entsprechend einem Sollbefehl ergibt, ohne Lernvorgänge zu erfordern.

Weiter hat diese Erfindung im besonderen die folgenden Ziele:

(i) Reduzieren der Anzahl von Datenablesungen.

(ii) Erhalten eines Regeleingangssystems ohne Benutzung eines Ausgangssignals von dem Regelobjekt.

(iii) Reduzieren der erforderlichen Speichergröße und Verkürzen der Kalkulationszeitlänge.

(iv) Ausführen einer Verfolgung mit dem bestgeeigneten Sollbefehl auch bei Regelsystemen, bei denen der Ausgangszuwachsschritt erst K Ablesungen später erfaßt wird.

(v) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung mit dem zur Verfolgung bestgeeigneten Sollbefehl, ohne Auftreten von Vibrationen bei dem Reaktionsvorgang.

(vi) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung mit dem zum Verfolgen bestgeeigneten Sollbefehl auch in dem Falle, daß ein zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt i entschiedener Regeleingangssignalzuwachs erst bei einer Ablesung später zu einem Zeitpunkt i + 1 benutzt wird.

(vii) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung mit dem für die Verfolgung bestgeeigneten Sollbefehl, die auch bei sehr hochfrequenten Befehlen oder bei einer externen Störung nicht zu Vibrationen neigt.

(viii) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung vom Zuwachstyp mit dem zur Verfolgung bestgeeigneten Sollbefehl, die auch bei Befehlen mit sehr hoher Frequenz oder bei einer Störung nicht vibriert, und dies mit weniger Speicher und einer geringeren erforderlichen Rechenzeitgröße erreicht.

(ix) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung, die an ein Regelobjekt angelegt werden kann, welches zwei konstituierende integrale Abschnitte besitzt.

(x) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung, bei der auf Modellfehler beruhende schädliche Effekte minimal sind.

(xi) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung entsprechend einem späterfaßten Regelsollausgangssignal, wobei der während jedes Ablesezeitraums ausgeführte Rechenaufwand gering ist.

(xii) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung, die Änderungen in den Kennwerten eines Regelobjekts entspricht, auch wenn die Bedienungsperson der Einrichtung vor diesem Zeitpunkt das Modell des Regelobjekts nicht kannte oder das Sollmodell nur einmal eingestellt hat.

(xiii) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung vom Zuwachstyp wie bei dem achten Ziel, die jedoch weniger Integrations- und Summierungsberechnungen, weniger Speicher und eine kürzere Rechenzeit enthält.

(xiv) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung wie bei dem zehnten Ziel, die jedoch weniger Speicher und weniger Rechenzeit erfordert.

(xv) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung wie dem siebten Ziel, die jedoch auch in dem Fall angewendet werden kann, wo eine Geschwindigkeitssteuerung durch Entscheidung eines Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls von einem Sollgeschwindigkeitsbefehl ausgeführt werden kann.

(xvi) Schaffen einer prädiktiven Regelvorrichtung wie bei dem sechsten Ziel, bei dem jedoch weniger Speicher und weniger Rechenzeit erforderlich ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch eine prädiktive Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 41 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Um die bei dem Stand der Technik angetroffenen Probleme zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung speziell eine prädiktive Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels der Schrittreaktion für ein Regelobjekt;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Gewichtung Wm für diese Ausführungsform;

Fig. 4 ist eine Grafik eines weiteren Beispiels der Gewichtung Wm für diese Ausführungsform;

Fig. 5 ist eine Grafik, welche den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibt;

Fig. 6 ist eine weitere Grafik, welche den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibt;

Fig. 7 ist eine andere Grafik, welche den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibt;

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild der Struktur einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ist eine den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild der Struktur einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 12 ist eine weitere, den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 13 ist ein Blockschaltbild der Struktur einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 ist eine den Betrieb einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung beschreibende Grafik;

Fig. 15 ist eine den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 16 ist ein Blockschaltbild der Struktur einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ist eine den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 18 ist eine weitere den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 19 ist ein Blockschaltbild für den Fall, wo eine siebte Ausführungsform dieser Erfindung auf ein Positionsregelsystem angewendet wird;

Fig. 20 ist ein weiteres Blockschaltbild dieser Ausführungsform;

Fig. 21 ist eine Grafik eines Beispiels des Schrittreaktions-Zuwachses für das Regelobjekt;

Fig. 22 ist eine den Betrieb dieser Ausführungsform beschreibende Grafik;

Fig. 23 ist ein Blockschaltbild für den Fall, wo eine achte Ausführungsform dieser Erfindung auf ein Positionsregelsystem angewendet wird;

Fig. 24 ist ein internes Blockschaltbild dieser Ausführungsform;

Fig. 25 ist eine Beschreibung des Betriebs dieser Ausführungsform;

Fig. 26 ist ein Blockschaltbild einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 27 ist eine Grafik der Kenneigenschaften einer Zuwachsschrittreihe für diese Ausführungsform;

Fig. 28 ist eine weitere Grafik der Kenngrößen einer Zuwachsschrittreihe für diese Ausführungsform;

Fig. 29 ist ein Blockschaltbild der Struktur des Regelobjekts;

Fig. 30 ist ein Blockschaltbild einer zehnten Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 31 ist ein Blockschaltbild einer elften Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 32 ist ein Blockschaltbild einer zwölften Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 33 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels einer zwölften Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 34 ist ein Blockschaltbild einer dreizehnten Ausfüh rungsform dieser Erfindung;

Fig. 35 ist ein Blockschaltbild einer vierzehnten Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 36 ist ein Blockschaltbild einer fünfzehnten Ausführungsform dieser Erfindung; und

Fig. 37 ist ein Blockschaltbild einer sechzehnten Ausführungsform dieser Erfindung.

BESTES VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Es folgt eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung aufgrund der Ausführungsformen.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Ausführungsform zum Erzielen des ersten Ziels der vorliegenden Erfindung. In diesem Schaubild bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Befehlsgenerator, Bezugszeichen 2 den Speicher für den Zukunftssollbefehl r(j) (j = i + 1, i + 2, ..., i + M), Bezugszeichen 3 bezeichnet den Speicher für die Konstanten q&sub1;, q&sub2;, ..., qM, Q, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN-1, und das Bezugszeichen 4 bezeichnet den Speicher für die Vergangenheitsregeleingangssignale u(j) (j = i - 1, i- 2, ..., i - N + 1). Das Bezugszeichen 5 bezeichnet die arithmetische Einheit, wo das Regeleingangssignal u(i) für diesen Zeitpunkt berechnet wird gemäß der Gleichung:

u(i) = qmr(i + m) - Qx(i) - gnu(i - n) (1-1)

Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen Probenwertnehmer (Ableser), welche die Probenwertnahmen (Ablesungen) auf eine Ablesezeit T hin vornehmen, und das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Halteschaltung. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet das Regelobjekt mit einem Eingang (Eingabe) u(t) und einer der Regelung unterworfenen Größe am Ausgang (Ausgabe) x (t).

Die Blöcke 2 bis 8 stellen das Regelsystem dar, das den Abschnitt zeigt, der üblicherweise als ein "Regelungs"-Abschnitt bekannt ist und leicht durch eine hauptsächlich digitale Schaltung oder einen Mikrocomputer verwirklicht werden kann. Jede Art eines bevorzugten Steuer- oder Regelsystems kann als das Regelsystem innerhalb des Regelobjekts 9 enthalten sein (z. B. ein Kompensator).

Es werden nun von der genannten Gleichung (1-1) Ableitungen hergestellt.

Ablesungen werden nur für die ersten N Schrittreaktionen für das Regelobjekt ausgeführt. Danach kann, wenn näherungsweise angenommen wird, daß der Zuwachsabschnitt hK durch das Dämpfungsverhältnis P verringert wird, gezeigt werden, daß die Impulsfortpflanzungs-Funktion wie folgt lautet:

G(z) = {b&sub1;z&supmin;¹ + b&sub2;z&supmin;² + ... bnZ-N}/(1-Pz&supmin;¹) (1-2)

bk = hk - Phk-1

Zu hj (j = 1, 2, ..., N) kann gezeigt werden, daß unter der Voraussetzung zunehmender Einheitsschritt-Reaktionsablesung Hj, wie in Fig. 2 gezeigt, hj = Hj - Hj-1. (Siehe Seiten 224-225 des durch Shokodo herausgegebenen Buches von Seinosuke Narita "Digital System Control")

Es folgt, daß das Ausgangssignal (die Ausgabe) x(i) mit Bezug auf die Zeit i geschrieben werden kann als:

x(i) = Px(i - 1) + bnu(i - n)

Hier kann, falls das Eingangsregelsignal u(j) (j = i + 1, i + 2, ...) zum Zeitpunkt i + 1 als das gleiche wie u(i) angenommen wird, eine Ausgangssignalschätzung x*(i + m) für den Zeitpunkt i + m aus der nachfolgenden Gleichung in Betracht gezogen werden:

x*(i + m) = Pmx(i) + Hmu(i) + Pm-j+1(hk - Phk-1)u(i - k + j - 1) (1-3)

Dementsprechend wird die Schätzung der Zukunfts-Abweichung e*(i + m):

e*(i + m) = r(i + m) -x*(i + m)

= r(i + m) -Pmx(i) -Hmu(i)- Pm-j+1(hk - phk-1)u(i - k + j - 1) (1-4)

Nun wird die gewichtete Quadratsumme J der Zukunftsabweichungsschätzungen

J = Wm{e*(i + m)}² (1-5)

als die Bewertungsfunktion genommen, und das Regeleingabesignal u(i) wird so gewählt, daß J ein Minimum wird. Dabei ist Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m), und dieses Beispiel ist in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt.

Das Regeleingabesignal u(i), das die Bewertungsfunktion J minimal macht, kann von der Gleichung (1-1) so abgeleitet werden:

∂J/∂u(i) = 0 (1 - 6)

vorausgesetzt, daß:

qm = WmHm/ WjH²j

Q = qmPm

Vk = pm-kqm

bk = hk - Phk-1

Wie in Fig. 2 gezeigt, messen qm, Q und gn die Schrittreaktion des Regelobjekts, und durch Zuordnen einer geeigneten Gewichtungsfunktion Wm kann dies vorher gemessen werden.

Fig. 5 ist eine Ansicht eines Beispiels des Betriebs für den Fall, wo diese Erfindung mit einem Positionsregelsystem für einen Gleichstromservomotor benutzt wird, und Fig. 6 ist eine Ansicht eines Betriebsbeispiels eines herkömmlichen Positionsregelsystems. In Fig. 5 und Fig. 6 stellt das Zeichen r den Objektpositionsbefehl für den Motor dar, x bezeichnet die Reaktion und e die Abweichung. Fig. 7 zeigt die Schrittreaktion und, während es mit dem herkömmlichen Verfahren (z. B. JP-OS 62- 118405) notwendig war, daß N = 100 wurde, braucht bei der vorliegenden Erfindung N nur 5 zu sein.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß dieser Ausführungsform mit Benutzung des Zukunftssollbefehls und des Ausgangssignals des Regelobjekts, des Vergangenheitsregeleingabesignals und der vorher festgesetzten Konstanten gemäß der einfachen Vierregelarithmetik, kann ein Schätzungsregelsystem mit einem entsprechenden Ansprechverhalten für den Sollbefehl realisiert werden, wobei die Ablesezeit in hohem Maße verringert werden kann.

Als nächstes wird eine Ausführungsform einer prädiktiven Regelvorrichtung zum Erreichen eines zweiten Ziels der erwähnten vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild der Struktur dieser Ausführungsform. In diesem Schaltbild stellt Bezugszeichen 11 den Befehlsgenerator und Bezugszeichen 12 den Speicher für den Zukunftssollbefehl r(j) (j = i + 1, i + 2, ..., i + M) dar, Bezugszeichen 13 stellt den Speicher für die Konstanten q&sub1;, q&sub2;, ..., qM, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN-1 dar, und das Bezugszeichen 14 stellt den Speicher für das Vergangenheitsregeleingangssignal u dar (j = i - 1, i - 2, ..., i - N + 1).

Das Bezugszeichen 15 ist wieder die Arithmetikeinheit, in der das Regeleingabesignal u(i) entsprechend der Gleichung:

u(i) = qmr(i + m) - gnu(i - n) (2-1)

berechnet wird.

Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Ablesewertnehmer, der auf eine Ablesezeit T hin mit den Ablesungen beginnt, und Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Halteschaltung. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet das Regelobjekt mit einem Eingabesignal u(t) und einer der Regelung unterworfenen Größe am Ausgang x(t).

Es werden nun Ableitungen von dieser Gleichung (2-1) hergestellt. Es kann gezeigt werden, daß das Ausgangssignal x(i) für das Regelobjekt 18 ist:

x(i) = h&sub1;u(i - 1) + h&sub2;u(i - 2) + ... + hNu(i - N) (2-2)

Vorausgesetzt, daß die Einheitsschrittreaktionsablesung Hj anwächst, wie in Fig. 2 gezeigt, kann gezeigt werden, daß hj (j = 1, 2, ..., N) gegeben ist durch hj = Hj - Hj-1. Dabei sollte N auch so gewählt werden, daß die Reaktion sich ausreichend beruhigt.

Wenn hier das Regeleingabesignal u(j) (j = i + 1, i + 2, ...) zum Zeitpunkt i + 1 als das Gleiche wie u(i) angenommen wird, kann eine Ausgabesignalschätzung x*(i + m) für den Zeitpunkt i + m aus der folgenden Gleichung angenommen werden:

x*(i + m) = h&sub1;u(i + m - 1) + h&sub2;u(i + m - 2) + ... + hNU(i + m - N) = Hmu(i) + (Hn+m - Hn+m-1)u(i - 1) (2-3)

Dementsprechend wird die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m):

e*(i + m) = r(i + m) - x*(i + m) = r(i + m) - Hmu(i) - (Hn+m - Hn+m-1)u(i - n) (2-4)

Nun wird die gewichtete Quadratsumme J der Zukunfts-Abweichungsschätzung e*(i + m)

J = {e*(i + m)}² (2-5)

als die Bewertungsfunktion genommen, und das Regeleingabesignal u(i) wird so gewählt, daß J einen Minimalwert ergibt. Hier ist Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungs schätzung e*(i + m), und dieses Beispiel ist in Fig. 3 und 4 gezeigt.

Das Regeleingabesignal u(i), das die Bewertungsfunktion J minimal macht, kann von der Gleichung (2-1) wie folgt abgeleitet werden:

∂J/∂u(i) = 0 (2-6)

vorausgesetzt, daß

qm = WmHm/ WjH²j

gn = qm(Hn+m - Hn+m-1)

Auch messen, wie in Fig. 2 gezeigt, qm, Q und gn das Schrittansprechverhalten des Regelobjekts, und durch Zuteilung einer geeigneten Gewichtungsfunktion Wm kann dies zuvor gemessen werden.

Fig. 9 ist eine Ansicht der Versuchsergebnisse für den Fall, wo die vorliegende Erfindung bei dem Positionsregelsystem für einen Gleichstromservomotor eingesetzt wird. Hier bezeichnet das Zeichen r den Sollpositionsbefehl für den Motor, x bezeichnet das Ansprechverhalten und e die Abweichung.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann ein Schätzungsregelsystem mit einem geeigneten Ansprechverhalten für den Sollbefehl mit Benutzung des Zukunftssollbefehls des Regelobjektausgabesignals und der vorher festgesetzten Konstanten gemäß der einfachen Vierregelarithmetik realisiert werden. Darüberhinaus kann das Regeleingabesignal vorher berechnet werden, so daß das Ausgabesignal des Regelobjekts nicht für die Regeleingabesignalanforderung benutzt wird.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen eines dritten Ziels der vorliegenden Erfindung erklärt.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild der Struktur dieser Ausführungsform, und in dem gleichen Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 21 den Befehlsgenerator, Bezugszeichen 22 den Speicher für den Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(j) (j = i + 1, i + 2, ..., i + M), Bezugszeichen 23 bezeichnet den Speicher für die Konstanten Q, E, v&sub1;, v&sub2;, ..., vM, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN-1, und Bezugszeichen 24 bezeichnet den Speicher für die Vergangenheitsregeleingabesignalzuwächse Δu(j) (j = i - 1, i - 2, ..., i - N + 1). Das Bezugszeichen 25 bezeichnet auch die Arithmetikeinheit, in der der Regeleingabesignalzuwachs Δu(i) gemäß der vorliegenden Gleichung berechnet wird:

Δu(i) = VmΔr(i + m) - QΔu(i) - gnΔu(i - n) + Ee(i) (3-1)

Das Bezugszeichen 26 bezeichnet den Motor und diese Positionsregelvorrichtung, die einen Sollbefehlszuwachs nimmt, den Regelzuwachs Δu(i) eingibt und die aktuelle Position des Motors y(i) ausgibt. Bezugszeichen 27 bezeichnet den Differentiator, der den Motorpositionszuwachs Δy(i) ableitet, Bezugszeichen 28 bezeichnet den Subtrahierer, der den Abweichungszuwachs Δe(i) erhält, und Bezugszeichen 29 bezeichnet den Integrator, der die Abweichung e(i) aus Δe(i) erhält.

Hier werden (3-1) Ableitungen von der Gleichung hergestellt.

Die weitere Abweichungsschätzung wird aus der nächsten Gleichung geschätzt:

e*(i + m) = r(i + m) - y*(i + m) = r(i + m) - Pmy(i) - hku(i + m - k) - pm-j+1(hk - Phk-1)u(i - k + j - 1) (3-2)

Hier ist hk(k = 1, 2, ...) der Zuwachsschritt (hK = HK - HK-1) für die Ablesewerte Hk (k = 1, 2, ...), die während der Regelobjekt- Einheitsschrittreaktionsableseintervalle T genommen werden. P ist dabei das Dämpfungsverhältnis nach N Ablesungen, und wenn z. B. die ganze Zahl mit der Gewinn- oder Verstärkungsfaktorkonstante KS zusammenfällt, ist zu bevorzugen, so abzuleiten, daß P = 1-{hN/(KS - HN-1)}. Hier ist N die Zahl der Ablesungen, zu der das Schrittansprechverhalten angehoben werden kann.

Gemäß der Gleichung (3-2) ist die Schätzung des Zukunfts- Abweichungszuwachsschrittes Δe*(i + m):

Δe*(i + m) = Δr(i + m) - Δy*(i + m) = Δr(i + m) -PmΔY(i) - hkΔu(i + m - k) - pm-i+1(hk - Phk-1)Δu(i - k + j - 1), (3-3)

so, daß eine Schätzung vorgenommen werden kann.

Nun werden die weitere Abweichungszuwachsschätzung Δe*(i + m) und die gewichtete Quadratsumme J für die Ableitung e(i):

J = Wm{e(i) + Δe*(i + s)}² (3-4)

als die Bewertungsfunktion genommen, und der Regeleingabesignalzuwachs Δu(i) wird so gewählt, daß J minimal ist. Hier ist Wm die Gewichtung für die Zukunftsabweichung, und ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 gezeigt. Es folgt daraus, daß die Größe Δu(i), die erforderlich ist, um die Bewertungsfunktion J zu minimieren, gemäß ∂J/∂Δu(i) = 0 von der vorher erwähnten Gleichung (3 - 1) abgeleitet werden kann, falls angenommen wird, daß der Zukunftsregeleingabesignalzuwachs Δu(i + 1), Δu(i + 2), ..., Δu(i + M) = 0 erreicht. Auch messen, wie in Fig. 2 gezeigt wird, vm, Q, gn und E das Schrittansprechverhalten des Regelobjekts, und durch Zuordnen einer entsprechenden Gewichtungsfunktion Wm kann dies vorher gemäß der folgenden Gleichung gemessen werden:

Vm = qs

gm = WmHm/ WjH²j

Q = qm Ps

Lm = qkTk-m+1

Tk = 1 + PTk-1

bk = hk - Phk-1

P = 1 -{hn/(Ks - HN-1)}

E = qm

Fig. 11 ist eine Ansicht eines Beispiels dieser Ausführungsform, angewendet auf den Betrieb eines Gleichstromservomotorpositionsregelsystems, und Fig. 12 ist eine Ansicht eines Beispiels des Betriebs eines herkömmlichen Positionsregelsystems. In Fig. 11 und Fig. 12 ist r der Sollpositionsbefehl für den Motor, y ist das Reaktionsverhalten und e ist die Abweichung.

Für den Fall, daß der Befehl als das Regelobjekt statt als Befehlszuwachs eingegeben wird, wird das Integral u(i) des Ausgabesignals Δu(i) von der Arithmetikeinheit 5 abgeleitet, und es wird bevorzugt, es dann dem Regelobjekt auszugeben.

Hier wird eine Erklärung angegeben für den Fall, daß diese Ausführungsform auf eine Vorrichtung der ersten Ausführungsform angewendet wird. Diese Ausführungsform kann jedoch auch für andere Verfahren angewendet werden, als hier gezeigt ist, wo der zukünftige Zuwachs geschätzt und entschieden wird, daß der gegenwärtige Regeleingabesignal-Zuwachs so ist, daß die Bewertungsfunktionsgleichung (3-4) minimal ist.

Wie vorstehend erwähnt, kann entsprechend der vorliegenden Ausführungsform der Betrieb so erreicht werden, daß weniger Speicher in geringerer Zeit eingesetzt wird.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen eines vierten Ziels der vorliegenden Erfindung erklärt. Hier werden Daten eingegeben, eine vorgegebene Berechnung wird ausgeführt, und das Ergebnis wird ausgegeben, alles in dem Zeitraum eines Ablesezyklus.

Z. B. bedeutet [die Ausgabesignalzuwachsserfassung ist um zwei Ablesungen später], daß der in dieser Periode aufgenommene Ausgabesignalzuwachs von dem Zeitpunkt vor dem vorherigen Ablesen stammt.

Fig. 13 ist eine Blockansicht der Struktur dieser Ausführungsform. In dem gleichen Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 31 den Befehlsgenerator, Bezugszeichen 32 den Speicher für den Sollbefehlzuwachs Δr(j) (j = i - K + 1, i - K + 2, ..., i + M), Bezugszeichen 33 bezeichnet den Speicher für die Konstanten Q, E, V-K+1, V-K+2, ..., VM, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN+K-1, und das Bezugszeichen 34 bezeichnet den Speicher für die Vergangenheitsregeleingabesignalzuwächse Δu(j) (j = i - 1, i - 2, ..., i - N - K + 1). Bezugszeichen 35 ist auch die Arithmetikeinheit, wo der Regeleingabesignalzuwachs gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:

Δu(i) = VmΔr(i + m) - QΔy(i - K) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K) (4-1)

Das Bezugszeichen 36 bezeichnet den Motor und sein Positionsregelsystem, das einen Sollbefehlszuwachs nimmt, den Regelungszuwachs Δu(i) eingibt und die aktuelle Position des Motors y(i - K) ausgibt, wobei K die Ablesezeitverspätung ist. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet den Differentiator, der diesen Zuwachs Δy(i - K) erhält, und Bezugszeichen 38 bezeichnet den Speicher zum Speichern des zum Zeitpunkt i - K auftretenden Sollbefehl-Zuwachses. Bezugszeichen 39 bezeichnet den Subtrahierer, der den Abweichungszuwachs Δe(i - K) erhält, und Bezugszeichen 40 bezeichnet den Integrator. Nachfolgend werden hier Ableitungen von der Gleichung 4-1 hergestellt.

Die Zukunftsabweichungszuwachsschätzung Δe*(i + m) kann abgeschätzt werden aus:

Ae*(i + m) = Δr(i + m) - Δy*(i + m) = Δr(i + m) - pm+KΔy(i - K) - hjΔu(i + m - j) - (hn+m - pm+Khn-K)Δu(i - n), (4-2)

wo jN+j = PjhN (j = 1, 2, ...) und hj den Zuwachs (jh = Hj - Hj-1) für die Ablesungen Hj (j = 1, 2, ...) über die Art von Regelobjekteinheitsstufenreaktions-Ableseperioden T nach Fig. 2 übernimmt. P ist auch das Dämpfungsverhältnis für den Zuwachs hn nach N Ablesungen, und wenn z. B. die ganze Zahl mit der normalen Festverstärkungsfaktorkonstanten Ks zusammenfällt, ist es vorzuziehen, abzuleiten, daß P = 1-{hN/(Ks - HN-1)}. Hier ist N die Anzahl von Ablesungen, bis zu denen die Schrittreaktion angehoben werden kann. Nun werden die Zukunftsabweichungszuwachssschätzung Δe*(i + m) und die quadrierte Gewichtung J für die Abweichung e(i - K), wobei

J = Wm{e(i - K) + Δe*(i + s)}² (4-3)

als die Bewertungsfunktion genommen und der Regeleingabe- Zuwachs Δu(i) so gewählt wird, daß J minimal ist. Hier ist Wm die Gewichtung für die Zukunftsabweichung, von der ein Beispiel in Fig. 3 gezeigt ist. Es folgt, daß Δu(i), um die Bewertungsfunktion J auf Minimum zu bringen, gemäß ∂J/∂u(i) von der erwähnten Gleichung (4-1) abgeleitet werden kann, unter der Annahme, daß die Zukunftsregeleingabezunahme Δu(i + 1), Δu(i + 2), ..., Δu(i + M) = 0 ist. Auch messen Vm, Q, gn und E die in Fig. 2 gezeigte Regelobjekt-Schrittreaktion, und durch Zuordnen einer entsprechenden Gewichtungsfunktion Wm kann dies vorher aus der nächsten Gleichung berechnet werden:

qm = WmHn/ WjH²j

Q = qm Ps+k

vm = qs (qs = 0 (s ≤ 0))

gn = qm (hn+s - Ps+Khn-K)

(hn = 0 (n ≤ 0), hN+j = PjhN (J = 1, 2,.. N + m + 1))

P = 1 - {hN/(Ks - HN-1)}

E = qm

Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch in Regelsystemen, wo das Erfassen der Ausgabezunahme um K Ablesezeitpunkte später kommt, ein prädiktiver Regelalgorithmus eingerichtet werden, um den bestgeeigneten Sollbefehl zur Verfolgung zu ergeben.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen eines vierten Ziels der vorliegenden Erfindung erklärt. Es ist zu bevorzugen, daß diese Ausführungsform als die gleiche angesehen wird, wie die Ausführungsform zum Erhalten der vierten Ausführungsform der Erfindung, bei der jedoch die Bewertungsfunktion in der Gleichung (4-3) wie folgt hergestellt wird:

J = Wm{e(i - K) + Δe*(i + s)}² + C{Δu(i)}² (5-1)

wobei bevorzugt wird, jede Konstante wie folgt herzustellen:

A = WjH²j

qm = WmHm/(A + C)

P = 1 - {hN/(Ks - HN-1)}

Q = qm Ps+k

Vm = qs (qs = 0 (s ≤ 0))

s = m

gn = qm (hn+s -Ps+Khn-K)

(hn = 0 (n ≤ 0), hN+j = PjhN (J = 1, 2,.. N + m + 1))

E = qm

Fig. 14 ist eine Ansicht eines Beispiels des Betriebs für den Fall, daß diese Ausführungsform auf das Positionsregelsystem eines Gleichstromservomotors angewendet wird, und Fig. 15 ist eine Vergleichsansicht eines Beispiels des Betriebs für den Fall, daß die Vorrichtung für die erwähnte dritte Ausführungsform benutzt wird. In Fig. 14 und Fig. 15 ist r der Sollpositionsbefehl für den Motor, y ist die Reaktion und e die Abweichung, wobei die Einstellungen N = 10, M = 5 und C = 0,005 sind.

Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein prädiktiver Regelalgorithmus eingerichtet werden, wenn der Sollbefehl der für die Verfolgung bestgeeignete ist und die Reaktion nicht schwingt.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen eines sechsten Ziels der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Diese Ausführungsform kann für den Fall angewendet werden, bei dem die Erfassung des Ausgabezuwachses K Ablesungen später erfolgt, aber hier wird der Fall beschrieben, wo die Erfassung des Ausgabezuwachses nicht später erfolgt. Fig. 16 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau dieser Ausführungsform zeigt. In dem gleichen Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 51 den Befehlsgenerator, Bezugszeichen 52 den Speicher für die Sollbefehlzuwachs Δr(i + M), Δr(i + M - 1), ..., Δr(i), Bezugszeichen 53 bezeichnet den Speicher für die Konstante Q, E, VM, VM-1, ..., v&sub1;, g&sub0;, g&sub1;, ..., gN-1 und Bezugszeichen 54 ist der Speicher für die Vergangenheits-Regeleingabezuwächse Δu(i), Δu(i - 1), ..., Δu(i - N + 1). Bezugszeichen 55 bezeichnet auch die Arithmetikeinheit, in der der zum gegenwärtigen Zeitpunkt auftretende Regeleingabezuwachs Δu(i + 1) entsprechend der Gleichung:

Δu(i + 1) = VmΔr(i + m) -QΔy(i) - gnΔu(i - n) + Ee(i) (6-1)

berechnet wird.

Das Bezugszeichen 56 bezeichnet das Regelobjekt, während der Regeleingabezuwachs Δu(i + 1), der als Sollbefehlzuwachs zu nehmen ist, eingegeben, und y(i) ausgegeben wird. Bezugszeichen 57 bezeichnet den Differentiator, der den Zuwachs Δy(i) erhält, 58 ist der Subtrahierer, der den Abweichungszuwachs Δe(i) erhält, und 59 ist der Integrator. Hier werden die Ableitungen von der Gleichung (6-1) durchgeführt.

Die Zukunftsableitungszuwachsschätzung Δe*(i + m) kann geschätzt werden aus:

Δe*(i + m) = Δr(i + m) - Δy*(i + m)

= Δr(i + m) - PmΔy(i) - hjΔu(i + m - j)

- (hn+m - Pmhn)Δu(i - n), (6-2)

wobei hj der Zuwachs (hj = Hj - Hj-1) für die Ablesungen Hj (j = 1, 2, ..., N) ist, genommen über die Art der Regelobjekteinheitsschrittreaktions-Ableseperioden T nach Fig. 2, und es wird angenommen, daß dies durch das Dämpfungsverhältnis P nach N Ablesungen reduziert wird (hN+j = PjhN(J = 1, 2, ...)). Wenn hier z. B. die ganze Zahl mit der normalen festgelegten Verstärkungskonstante Ks zusammenfällt, wird es bevorzugt, abzuleiten, daß P = 1 - {hN/(Ks - HN-1)}. Nun wird der Regeleingabezuwachs Δu(i + 1), der zum gegenwärtigen Zeitpunkt i auftritt, als eine Bewertungsfunktion gewählt,

J = Wm{e(i) + Δe*(i + s)}² + C{Δu(i + 1)}², (6-3)

die auf die Schätzung Δe*(i + m) des Zukunftsabweichungszuwachses bezogen ist, und wo die Abweichungen e(i) und der Regeleingabezuwachs Δu(i + 1) minimal sind. Hier ist Wm die Gewichtung, die bei dem zukünftigen Zeitpunkt i + m auftritt, wovon ein Beispiel in Fig. 3 gezeigt ist. Auch ist C die Regeleingabe-Zuwachsgewichtung, und diese Gewichtung sollte die korrekte Größe haben. Es folgt, daß Δu(i + 1), um die Bewertungsfunktion J gemäß ∂J/∂Δu(i + 1) = 0 zu minimieren, von der vorher erwähnten Gleichung (6-1) abgeleitet werden kann, falls angenommen wird, daß der Zukunftsregeleingabezuwachs Δu(i + 2), Δu(i + 3), ..., Δu(i + M) = 0 ist. Auch messen vm, Q, gn und E die Regelobjektschrittreaktion nach Fig. 2, und durch Zuordnen einer entsprechenden Gewichtungsfunktion Wm kann dies vorher aus der nächsten Gleichung berechnet werden:

A = WjHj - 1²

qm = WmHm-1/(A + C)

P = 1-{hN/(Ks - HN-1)}

Q =

Vm = qs (gs = 0 (s ≤ 0))

gn = qm (hn+s - Pshn)

(hn = 0 (n ≤ 0), hN+j = PjhN (j = 1, 2,.. N + m + 1))

E = qm

Fig. 17 ist ein Beispiel des Ablaufs für den Fall, wo diese Ausführungsform auf ein Einzelachsengleitpositionsregelsystem angewendet wird, bei dem ein Gleichstromservomotor als das Regelobjekt wirkt, und Fig. 18 ist ein zum Vergleich gezeigtes Beispiel des Betriebs der Vorrichtung für die vierte Ausführungsform. In Fig. 17 und Fig. 18 ist r der Sollpositionsbefehl, y ist die Reaktion, e ist die Abweichung, und nur die Abweichung ist gedehnt. Hier war die Ableseperiode 1 ms, und die Einstellungen waren N = 5, M = 10, Wm = hm und C = 0,02.

Wie vorher beschrieben, kann entsprechend dieser Ausführungsform ein prädiktiver Regelalgorithmus eingerichtet werden, um den für die Verfolgung bestgeeigneten Sollbefehl zu ergeben, auch bei dem Fall, wenn ein Zeitpunkt i + 1 für eine nachfolgende Ablesung benutzt wird, da der zum gegenwärtigen Zeitpunkt i entschiedene Regelzuwachs infolge der Berechnungen und Datenübertragungen verspätet ist.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen eines siebenten Ziels der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 19 ist ein Blockschaltbild für den Fall, daß diese Ausführungsform auf ein Positionsregelsystem für einen Motor angewendet wird. Bei diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 61 die prädiktive Regelvorrichtung, wobei der Zukunftssollbefehl r(j) (j = i, i + 1, i + 2, ..., i + M) und die Motorposition y(i) eingegeben werden, und der Geschwindigkeitsbefehl v(i) an die Geschwindigkeitssteuerung 62 ausgegeben wird. Bezugszeichen 63 bezeichnet den Motor und Bezugszeichen 64 den Motorpositionsdetektor. Als nächstes wird ein Blockschaubild der internen Verarbeitungen der prädiktiven Regelvorrichtung in Fig. 20 gezeigt. In diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 71 den Speicher für den Zukunftssollbefehl r(j), Bezugszeichen 72 bezeichnet den Speicher für die Konstanten q&sub1;, q&sub2;, ..., qM, Q, E, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN-1, und Bezugszeichen 73 bezeichnet den Speicher für die Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehle v(j) (j = i - 1, 1 - 2, ..., i - N + 1). Auch bezeichnet das Bezugszeichen 74 die Arithmetikeinheit, wo der Geschwindigkeitsbefehl v(i) entsprechend der Gleichung:

v(i) = qmr(i + m) - Qy(i) - gnv(i - n) + Ee(i) (7-1)

berechnet wird.

Hier werden die Ableitungen von der Gleichung (7-1) hergestellt. Es kann gezeigt werden, daß das Ausgabesignal y(i) von dem Motor 63 ist:

y(i) = H&sub1;v(i - 1) + H&sub2;v(i - 2) + ... + Hnv(i - N) + ..., (7-2)

wobei Hj (j = 1, 2, ..., N) der Ausgabezuwachs ist, wenn der Einheitsschrittbefehl in die Geschwindigkeitssteuerung 62 eingegeben wird. Auch sollte N so gewählt werden, daß sich die Reaktion zufriedenstellend beruhigt. In gleicher Weise kann die zukünftige prädiktive Ausgabe y*(i + m) nach der folgenden Gleichung gegeben werden:

y*(i + m) = H&sub1;v(i + m - 1) + H&sub2;v(i + m - 2) + H&sub3;v(i + m - 3) + ... + HNV(i + m - N) + ... (7-3)

Wenn vor hier ab angenommen wird, daß nach der Zeit i+1 der Wert v(j) (j = i + 1, i + 2, ...) Null ist, wird die zukünftige prädiktive Abweichung e*(i + m):

e*(i + m) = r(i + m)-y*(i + m)

= r(i + m) - y(i) - Hmv(i) - (Hn+m - Hn)V(1 - n) (7-4)

Nun wird

J = Wm{e*(i + m) + Ae(i)}² +C{v(i)}². (7-5)

als die Bewertungsfunktion genommen und der Geschwindigkeitsbefehl v(i) so gewählt, daß J ein Minimum wird. Hier ist Wm die Gewichtung für die Zukunftsabweichungsprädiktive e*(i + m), von der ein Beispiel in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt ist. Auch sind A und C reale Zahlen größer als Null.

Wenn

∂J/∂v(i) = 0, (7-6)

kann v(i) aus Gleichung (7-1) so gegeben werden, daß J ein Minimum wird.

qm = WmHm/( WjHj + C)

Q = qm

E = QA

gn = qm(Hn+m - Hn)

Auch messen qm, Q, E und gn den Schrittreaktionszuwachs in Fig. 21, und durch Zuordnen der Gewichtungen Wm, A und C in entsprechender Weise können die Berechungen vorher ausgeführt werden.

Fig. 22 ist eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Ablaufs für den Fall, wo diese Ausführungsform bei einem Einzelachsengleitpositionsregelsystem für einen Gleichstromservomotor benutzt wird. In Fig. 22 bezeichnet r den Sollbefehl für den Motor, y bezeichnet die Reaktion und e bezeichnet die Abweichung.

Bei der vorangehenden Beschreibung kann gemäß dieser Ausführungsform durch Benutzen eines Zukunftssollbefehls, eines Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehls, einer Regelsollausgabe und von vorher bestimmten Konstanten, und dadurch, daß ein Geschwindigkeitsbefehl mit Benutzung einer einfachen Vierregel- Arithmetik hergestellt wird, eine prädiktive Regelvorrichtung realisiert werden, die einen Hochfrequenzbefehl abgibt, der auf eine externe Störung reagiert und vibrationsfrei ist.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen eines achten Ziels der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 23 ist ein Blockschaltbild des Falles, wo diese Ausführungsform auf ein Positionsregelsystem für einen Motor angewendet wird. Bei diesem Schaubild bezeichnet Bezugszeichen 81 eine prädiktive Zuwachsregelvorrichtung, bei der der zukünftige Sollbefehlzuwachs Δr(j) (j = i, i + 1, i + 2, ..., i + M) und der Motorpositionszuwachs Δy(i) eingegeben werden, und der Geschwindigkeitsbefehl v(i) an die Geschwindigkeitssteuerung 82 ausgegeben wird. Bezugszeichen 83 bezeichnet den Motor, Bezugszeichen 84 den Motorpositionsdetektor, und 85 ist der Differentiator.

Als nächstes wird ein Blockschaltbild der internen Bearbeitungen der prädiktiven Zuwachsregelvorrichtung 81 in Fig. 24 gezeigt. In diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 91 den Speicher für den Zukunftssollbefehlszuwachs Δr(j), Bezugs zeichen 92 bezeichnet den Speicher für die Konstanten v&sub1;, v&sub2;, ..., vm, Q, E, F, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN-1. Bezugszeichen 93 bezeichnet den Speicher für den Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehlszuwachs Δv(j) (j = i - 1, i - 2, ..., i-N+1), und Bezugszeichen 94 bezeichnet den Speicher für den Vergangenheitsablesegeschwindigkeitsbefehl v(i - 1). Auch bezeichnet das Bezugszeichen 95 die Arithmetikeinheit, wo der Geschwindigkeitsbefehlszuwachs Δv(i) gemäß der Gleichung:

Δv(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i) - gnΔv(i - n) + Ee(i) - Fv(i - 1) (8-1)

errechnet wird.

Hier werden Ableitungen von der Gleichung (8-1) hergestellt. Es kann gezeigt werden, daß der Ausgabezuwachs Δy(i) für den Motor 83 wie folgt lautet:

Δy(i) = H&sub1;Δv(i - 1) + H&sub2;Δv(i - 2) + ... + HNΔv(i - N) + ..., (8-2)

wobei Hj (j = 1, 2, ..., N) der Ausgabezuwachs ist, wenn der Einheitsschrittbefehl in die Geschwindigkeitssteuerung 82 eingegeben wird. Auch sollte N so gewählt werden, daß sich die Reaktion ausreichend beruhigt. In gleicher Weise kann die Zukunftsausgabevorschau Δy*(i + m) von der folgenden Gleichung:

Δy*(i + m) = H&sub1;Δv(i + m - 1) + H&sub2;Δv(i + m - 2) + ... + HNΔv(i + m - N) + ... (8-3)

gegeben werden:

Wenn hier später angenommen wird, daß, nachdem eine Zeit i + 1 verstrichen ist, Δv(j) (j = i + 1, i + 2, ...,) Null wird, wird die prädiktive Zukunftsabweichung Δe*(i + m):

Δe*(i + m) = Δr(i + m) - Δy*(i + m) = Δr(i + m) - Δy(i) - HmΔv(i) - (Hn+m - Hn)Δv(i - n) (8-4)

Nun wird

J = Wm{ Δe*(i + s) + Ae(i)}² + C{v(i)}² (8-5)

als die Bewertungsfunktion genommen, und der Geschwindigkeits befehl v(i) wird so gewählt, daß J ein Minimum wird. Hier ist Wm die Gewichtung für die prädiktive Zukunftsabweichung, von der ein Beispiel in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt ist. Auch ist A mindestens Eins und C ist eine reale Zahl größer Null.

Da

∂J/∂v(i) = 0, (8-6)

kann v(i) aus Gleichung (8-1) so gegeben werden, daß J ein Minimum wird, und

Lm = Hs

B = WjLj² + C

qm = WmLm/B

Vm = qs

Q = (qmm)

E = AX qm

gn = qm (Hn+s - Hn)

F = C/B

Auch messen vm, Q, E, F und gn den Schrittreaktionszuwachs in Fig. 21, und durch Zuordnen der Gewichtung Wm, A und C in entsprechender Weise können Berechnungen vorher ausgeführt werden.

Das Bezugszeichen 96 bezeichnet die Arithmetikeinheit, wo ein Geschwindigkeitsbefehlzuwachs berechnet und ein Geschwindigkeitsbefehl v(i) hergestellt wird.

Fig. 25 ist eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Ablaufs für den Fall, wo diese Ausführungsform in einem Einzelachsen-Gleitpositionsregelsystem für einen Gleichstromservomotor verwendet wird. In Fig. 25 bezeichnet r den Sollbefehl für den Motor, y bezeichnet die Reaktion und e bezeichnet die Abweichung.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dieser Ausführungsform eine prädiktive Zuwachs-Regelvorrichtung zur Abgabe von Hochfrequenzbefehlen geschaffen, welche auf externe Störung ohne das Auftreten von Vibrationen reagieren, und zur Erzeugung von für die Verfolgung bestgeeigneten Sollbefehlen bei Erforderung von weniger Speicher und Berechnungszeit.

Als nächstes wird eine Ausführung zum Erreichen eines neunten Ziels der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 26 beschrieben. In diesem Schaubild bezeichnet Bezugszeichen 101 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, wo der Zukunftssollbefehl r(i + M) und die Regelobjektausgabe y(i) zum gegenwärtigen Zeitpunkt i eingegeben und die Regeleingabe u(i) an das Regelobjekt ausgegeben wird. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet einen Differentiator, der Zuwächse während Ableseperioden ableitet, Bezugszeichen 102 bezeichnet den Speicher für den Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(i), Δr(i + 1), ..., Δr(i + M), Bezugszeichen 108 bezeichnet den Subtrahierer, der die Differenz zwischen dem in dem Speicher 102 eingespeicherten Sollbefehl- Zuwachs Δr(i) und dem Ausgabezuwachs Δy(i) erhält, und Bezugszeichen 107 bezeichnet den Integrator, der die Abweichung e(i) aus Δe(i) erhält.

Das Bezugszeichen 103 bezeichnet den Speicher für die Konstanten Q, E, v&sub1;, v&sub2;, ..., vM, g&sub1;, g&sub2;, ..., gN-1, und Bezugszeichen 104 bezeichnet den Speicher für die Vergangenheits-Regeleingabe. Das Bezugszeichen 105 bezeichnet die Arithmetikeinheit, wo die Regeleingabe u(i) gemäß der Gleichung:

u(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i) + Ee(i) - gnΔu(i - n) (9-1)

berechnet wird.

Die berechnete Ausgaberegelung u(i) wird von der prädiktiven Regelvorrichtung 101 so ausgegeben, daß sie zu dem Regelempfang ausgegeben werden kann, und wird auch in dem Speicher 104 gespeichert.

Hier werden Ableitungen von der Gleichung (9-1) hergestellt.

Die Zuwachssreihe {I&sub1;, I&sub2;, ...} während der Ableseperiode Ts für diese Einheitsschritt-Reaktionsablesung wächst linear nach N Ablesungen an, so daß das Regelobjekt zwei konstituierende integrale Abschnitte besitzt (Fig. 27). Es folgt, daß die Zuwachsserie {Hn(Hn = In - In-1)} für die Serie {I&sub1;, I&sub2;, ...} dann zu {H&sub1;, ..., HN, HN, ... } wird (Fig. 28).

Nun wird, wenn man das folgende als Modell während der Eingabe u(i) und der Ausgabe y(i) für das Regelobjekt nimmt:

y(i) = I&sub1;u(i - 1) + I&sub2;u(i - 2) + ... (9-2)

Es kann gezeigt werden, daß der Zuwachs Δy(i) für y(i) ist:

Δy(i) = Hnu(i - n), (9-3)

und weiter kann gezeigt werden, daß Δy(i + m) ist:

Δy(i + m) = Hnu(i + m - n) (9-4)

Hier kann, wenn man die Regeleingabe u(i + m) = 0 (m = 1, 2, ..., M) für den zukünftigen Zeitpunkt nimmt, die prädiktive Größe Δy*(i + m) für den zukünftigen Ausgabezuwachs durch die folgende Gleichung gemäß den Gleichungen (9-3) und (9-4) gegeben werden:

Δy*(i + m) = Δy(i) + Hmu(i) - (Hn+m - Hn)u(i - n). (9-5)

Es folgt, daß die Zukunftsabweichungsprädiktive e*(i + m) durch die nächste Gleichung gegeben wird:

e*(i + m) = e(i) + {Δr(i + s) - Δy*(i + s)) (9-6)

Die Regeleingabe u(i) wird so festgesetzt, daß die Bewertungsfunktion

J = Wm{e*(i + m) + αe(i)}² + C{u(i)}² (9-7)

ein Minimum wird, und falls ∂J/∂u(i) = 0, kann die vorher erwähnte Gleichung (9-1) erhalten werden. Jede Konstante vm, Q, E und gn kann aus den nächsten Gleichungen gegeben werden:

Ein tatsächlich gemessener Wert oder ein von einem Gegenstand simulierter Wert, wie die Übertragungsfunktion für das Regelobjekt, kann mit der Zuwachsserie für die Regelobjekt- Einheitsschrittreaktionsablesung benutzt werden.

Insbesondere in dem Fall des in Fig. 29 gezeigten Systems, wo das Regelobjekt aus einem Ableser gebildet wird, der über eine Ableseperiode Ts abliest, ist ein 0-ter Halt, ein Verstärkungsfaktor K und sind zwei Integratoren vorhanden:

I&sub1; = KT²s/2

InKT²s/2 + (n - 1)KT²s (n ≥ 2)

H&sub1; = KT²s/2

Hn = KT²s, (n ≥ 2)

so daß jede der Konstanten Vm, Q, E und gn gemäß der Ableseperiode Ts und dem Verstärkungsfaktor K berechnet wird. Insbesondere entsteht, falls g die Werte annimmt:

g&sub1; = (KT²s/2) Vm

gn = 0 (n ≥ 2),

und die Gleichung (9-1) wird dann:

u(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i) + Ee(i) - g&sub1;u(i - 1). (9-1)

Wenn weiter das Regelobjekt, welches den Drehmomentbefehl eingibt und die Position ausgibt, ein Motor und eine Steuerung ist, kann der Verstärkungsfaktor K gemäß dem Verstärkungsfaktor der Drehmomentsteuerung und der Trägheit des Motors und der Last berechnet werden.

Auf die vorstehend beschriebene Weise kann entsprechend dieser Ausführungsform eine prädiktive Regelvorrichtung verwirklicht werden, an welche ein Regelobjekt mit zwei konstituierenden integralen Abschnitten angelegt werden kann.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen des zehnten Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 30 beschrieben. In diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 111 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, welche zum gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Zukunfts-Sollbefehl r(i + M) eingibt, und eine Regelobjektausgabe y(i - K), die um K Ableseungen (wobei K größer oder gleich Null ist) und eine Regeleingabe u(i) an das Regelobjekt ausgibt. Bezugszeichen 112 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Sollbefehls r(i - K), r(i - K + 1), ..., r(i + M), und Bezugszeichen 117 bezeichnet den Subtrahierer, der die Differenz e(i - K) zwischen dem im Speicher 112 eingespeicherten Sollbefehl r(i - K) und der Ausgabe y(i - K) erhält.

Das Bezugszeichen 113 bezeichnet den Speicher für die Konstanten Q&sub0;, Q&sub1;, E, q&sub1;, ..., qm, g&sub1;, gN+K, Bezugszeichen 114 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Ausgabe y(i - K - 1) und Bezugszeichen 115 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Vergangenheits-Regeleingabe.

Das Bezugszeichen 116 bezeichnet die Arithmetikeinheit, wo die Regeleingabe u(i) gemäß der Gleichung:

u(i) = qmr(i + m) - Q&sub0;y(i - k) +Q&sub1; (i - K - 1) + Ee(i - K) - gnu(i - n) (10-1)

berechnet wird.

Die berechnete Regelausgabe u(i) wird von der prädiktiven Regelvorrichtung 111 so ausgegeben, daß sie für das Regelsoll ausgegeben werden kann, und wird auch im Speicher 115 gespeichert.

Hier werden von der Gleichung (10-1) Ableitungen hergestellt.

Die ersten N Ablesungenen {H&sub1;, ..., HN} für die Einheitsschrittreaktion des Regelobjekts werden genommen, und falls die Dämpfung dieses Zuwachses hn = Hn - Hn-1 (n > N) von hier ab als mit einem konstanten Verhältnis P angenommen wird, kann ein Regelobjektmodell von der nächsten Gleichung eingerichtet werden:

(i) = P (i - 1) + bnu(i - n), (10-2)

wobei bn = hn - Phn-1.

Die Zukunftsausgabe zu einem Zeitpunkt i kann dann aus der nächsten Gleichung geschätzt werden:

y*(i + m) = (i + m) + y(i - K) - (i - K). (10-3)

Gemäß der Gleichung (10-3) wird dies

y*(i + m) = Pm+K (i - K) - P (i - K - 1) + y(i - K) + Hmu(i) + (hn+m - Pm+Khn-K - bn-K)u(i - n) (10 - 4)

wobei hN+j = PjhN (j > 0).

Wenn weiter y statt benutzt wird, wird dies zu:

y*(i + m) = (1 + Pm+K)y(i - K) - PY(i - K - 1) + Hmu(i) + (hn+m - Pm+Khn-K - bn-K)u(i - n), (10-5)

wobei hN+j = PjhN (j > 0).

Es folgt, daß die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) durch die folgende Gleichung:

e*(i + m) = r(i + m) -y*(i + m), (10-6)

gegeben wird, und falls die Regeleingabe u(i) so gewählt wird, daß die Bewertungsfunktion

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + C{u(i) - u(i - 1)}² (10-7)

ein Minimum wird, kann durch Einsetzen von ∂J/∂u(i) = 0 die Gleichung (10-1) erhalten werden. Jede der Konstanten qm, Q&sub0;, Q&sub1;, E und gn kann durch die nächsten Gleichungen gegeben werden:

wobei hj = 0 (j ≤ 0) und hN+j = PjhN (j ≥ 1).

Ein aktueller gemessener Wert oder ein etwa von einer Übertragungsfunktion für das Regelobjekt simulierter Wert kann mit der Serie für die RegelobjekteinheitsschrittreaktionsAblesung benutzt werden.

In dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine prädiktive Regelvorrichtung mit einem äußerst genauen Verfolgungsbetrieb erreicht werden, bei welchem schädliche Auswirkungen infolge von Modellfehlern gering sind.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen des elften Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 31 beschrieben. Bei diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 121 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, welche zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Zukunfts-Sollbefehl r(i + M) und eine Regelobjektausgabe y(i - K) ausgibt, die K (K ≥ 0) Ablesungen vorher abgelesen wurde, und eine Regeleingabe u(i) an das Regelobjekt ausgibt.

Bezugszeichen 122 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Sollbefehls r(i - K), r(i - K + 1), ..., r(i + M), und Bezugszeichen 127 bezeichnet den Subtrahierer, der die Differenz e(i - K) zwischen dem in dem Speicher 122 gespeicherten Sollbefehl r(i - K) und der Ausgabe y(i - K) erhält. Das Bezugszeichen 123 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Konstanten E, q&sub1;, ..., qM, P&sub0;, ..., PNa, g&sub1;, ..., gNb+K, Bezugszeichen 124 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Ausgabe y(i - K), ..., y(i - K - Na) und Bezugszeichen 125 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Vergangenheitsregeleingabe u(i), ..., u(i - K - Nb).

Das Bezugszeichen 126 bezeichnet die Arithmetikeinheit, wo die Regeleingabe u(i) entsprechend der Gleichung:

u (i) = qmr(i + m) - Pny(i - K - n) + Ee(i - K) - gnu(i - n) (11-1)

berechnet wird.

Die berechnete Regelausgabe u(i) wird von der prädiktiven Regelvorrichtung 121 so ausgegeben, daß sie zu dem Regelsoll ausgegeben werden kann, und wird auch im Speicher 125 gespeichert.

Hier werden Ableitungen von der Gleichung (11-1) hergestellt.

Nun wird, unter der Annahme, daß das Übertragungsfunktionsmodell für das Regelobjekt von dem Dispersionszeitsystem für

GP(Z) = b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bNbz-Nb/1 - a&sub1;z&supmin;¹ - ... -aNaz-Na,

eingerichtet wird, das Modell zwischen der Eingabe und der Ausgabe das der nächsten Gleichung.

(i) = an V(i - n) + bnu(i - n) (11-2)

Zu einem Zeitpunkt i kann durch Benutzen eines tatsächlich gemessenen Wertes für die Modellausgabe y(i + m) (wobei m größer oder gleich -K + 1 ist) von diesem Punkt an ein tatsächlich ge messener Wert bis zu einer Zeit i - K für die Ausgabe y(i - n) (wobei n größer oder gleich K ist) eingerichtet werden, und es kann gezeigt werden, daß

(i - K + 1) = any(i - K + 1 - n) + bnu(i - K + 1 - n) m = -K + 1 (11-3a) (i + m) = an (i + m - n) + any(i + m - n) + bnu(i + m - n)

m ≥ -K + 1, (11-3b)

und dementsprechend wird die folgende Gleichung:

(i + m) = âmny(i - n) + mnu(i - n) m ≥ K + 1 (11-4)

Hier sind, wenn die Zukunfts-Regeleingabe u(j) = 0 (j> i) ist, die Koeffizienten âmn und mn gegeben durch:

â(-K+1)n = a(n-K+1), m = -K+1, K ≤ n ≤ Na + K - 1 (11-5a)

âmn = ajâ(m-j)n + a(n+m) m > -K + 1, K ≤ n ≤ Na + K - 1 (11-5b)

(-K+1)n = b(n-K+1) m = -K + 1, 0 ≤ n ≤ Nb + K - 1 (11-6a)

mn = aj (m-j)n + b(n+m) m > -K + 1, 0 ≤ n ≤ Nb + K - 1, (11-6b)

wobei an = 0 (n > Na) und bn = 0 (n < 1 und n > Nb).

Falls u(j) = u(i) und (j > i), wird bm0 in Gleichung (11-6b):

Hier kann gezeigt werden, daß dann, wenn die Ausgabe nach der Zeit i - K gemessen wird durch

y*(i + m) = (i + m) + {y(i - K) - any(i - K - n) - bnu(i - K - n)}, (11-7)

m ≥ -K + 1

die Ausgabeschätzung y*(i + m) sein wird:

y*(i + m) = Amny(i - n) + Bmnu(i - n), m ≥ -K + 1 (11-8)

und die Koeffizienten Amn und Bmn durch die folgenden Gleichungen gegeben werden:

Wobei bn = 0 (n < 1), âm(Na+K) = m(Nb+K) = 0.

Auch wird auf der rechten Seite der Gleichung (11-3b) für y* in Gleichung (11-7) eingesetzt,

(i + m) = any*(i + m - n) + any(i + m - n) + bnu(i + m - n) m > -K + 1

(11-3b')

und (i + m) wird aus (11-3a) und (11-3b') in (11-7) eingesetzt, so daß y*(i + m) dann rekursiv erhalten werden kann.

In diesem Fall können, falls u(j) = 0 (j > i), die Koeffizienten Amn, und Bmn in Gleichung (11-8) gegeben werden durch

A(-K+1) = 1 + a&sub1; m = -K+1, n = K

A(-K+1)n = a(n-K+1)-a(n-K) m = -K + 1, K < n ≤ Na + K (11-10a)

Bmn = b(n+m)-b(n-K) m = -K + 1, 0 ≤ n ≤ Nb + K (11-11a)

Bmn = ajB(m-j)n + b(n+m) -b(n-K), > -K + 1, 0 ≤ n ≤ Nb + K (11-11b)

wobei an = 0 (n > Na), bn = 0 (n < 1 oder n > Nb),

und falls u(j) = u(i) (j > i), Bm0 in Gleichung (11-11b) durch die nächste Gleichung ausgedrückt werden kann:

Gemäß dem Vorstehenden kann die Ausgabeschätzung y*(i + m) (m ≥ K + 1) aus der Gleichung (11-8) erhalten werden, und die Amn, und Bmn können von den Gleichungen (11-5), (11-6), (11-9), (11-10) und (11-11) erhalten werden.

Es folgt, daß die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) von der Gleichung

e* (i + m) = r(i + m) - y*(i + m) 1 ≤ m ≤ M

erhalten werden kann, und das Einsetzen der Regeleingabe u(i) in der Weise, daß die Bewertungsfunktion

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + C{u(i)}² (11-12)

zu einer Minimalgleichung (11-1) wird, kann dadurch erhalten werden, daß ∂J/∂u(i) = 0 gemacht wird. Jede der Konstanten qm, pn, E und gn kann dann aus den folgenden Gleichungen erhalten werden.

Für den Fall, daß

J = Wm {e*(i + m) + αe(i - K)}² + C{u(i) - u(i - 1)}² (11-12')

als die Bewertungsfunktion statt der Bewertungsfunktion in Gleichung (11-12) genommen wird, wird g1 in Gleichung (11-13) wie folgt:

g&sub1; = qmBmn - C/W (11-13')

Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dieser Ausführungsform eine prädiktive Regelvorrichtung mit genauerem Verfolgungsbetrieb realisiert werden, wobei mit wenig Berechnungsaufwand Regelobjektausgaben erhalten werden können, die einer verzögerten Erfassung entsprechen.

Als nächste wird eine Ausführungsform zum Erreichen des zwölften Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 32 beschrieben.

Bei diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 131 die prädiktive Regelvorrichtung dieser Erfindung, welche den Zukunftssollbefehl, die Ausgabe von dem Regelobjekt 132 und die Modellinformation von dem Identifizierer 133 als ihre Eingabe nimmt und eine Regeleingabe für den Regelsollwert 132 ausgibt.

Was das Verfahren zum Entscheiden der Regeleingabe betrifft, kann z. B. das Verfahren der ersten Ausführungsform für den Fall eingesetzt werden, wo die als das Schrittreaktionsmodell genommene Modellinformation eingegeben wird, oder es kann das Verfahren in der elften Ausführungsform für den Fall benutzt werden, wo ein Übertragungsfunktionsmodell eingegeben wird, oder sonst kann eine Schrittreaktion aus dem eingegebenen Übertragungsfunktionsmodell berechnet und das Verfahren für die erste Ausführungsform benutzt werden.

Übliche Verfahren wie Übergangsreaktionsverfahren, Frequenzreaktionsverfahren, statistische Techniken, Zeitreihen- Expressionsverfahren oder Standardform-Modellreferenzadaptive Identifizierer können als das Identifizierungsverfahren für den Identifizierer 133 benutzt werden (Ohm Co. [automatic control foundations handbook], S. 71-90, S. 702).

Fig. 33 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform zum Erreichen des zwölften Ziels. In diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 141 eine prädiktive Regelvorrichtung für diese Erfindung, die einen Zukunftssollbefehl eingibt, und die Ausgabe von dem Regelobjekt 142 zusammen mit dem Sollmodell und eine Regeleingabe an die Adaptionssteuerung 144 ausgibt. Ein Verfahren, wie das eine für die Ausführungsform in Fig. 32 verwendete, ist entsprechend der Form des Sollmodells als das Verfahren zum Festsetzen der Regeleingabe geeignet.

Bezugszeichen 144 bezeichnet die Adaptionssteuerung, die das Sollmodell, die Regeleingabe und die Regelobjektausgabe als ihre Eingabe nimmt, und das Regelziel dadurch regelt, daß sie ihre Kennwerte von der Regeleingabe zu der Ausgabe mit den Sollmodell-Kennwerten zusammenfallen läßt. Auf diese Weise kann der Identifizierer 133 durch ein solches Verfahren realisiert werden, wie das Einstellen des Verstärkungsfaktors durch Herstellen eines Vergleichs zwischen dem durch das die gleiche Technik erhaltene Identifizierermodell und dem Sollmodell durch ein adaptives Modellreferenzregelverfahren oder durch einen Drehmomentüberwacher.

Der Identifizierer 133 und die Adaptionssteuerung 144 können auch andere Signale als Regeleingabe- und Ausgabesignale von der Vorschauregelvorrichtung 133 und 144 oder den Regelobjekten 132 und 142 erhalten. Auch könnten die Identifizierer 133 und die Adaptionssteuerung 141 innerhalb der prädiktiven Regelungen 131 und 144 oder den Regelobjekten 132 bzw. 142 intern aufgebaut sein.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine prädiktive Regelvorrichtung mit einem genaueren Verfolgungsbetrieb realisiert werden, der auf Schwankungen in den Kennwerten des Regelobjektes reagiert.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen des dreizehnten Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 34 beschrieben. In diesem Schaubild bezeichnet Bezugszeichen 151 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, welche zum gegenwärtigen Zeitpunkt i einen zukünftigen Sollpositionsbefehlzuwachs Δr(i + M) eingibt und einen Regelobjekt-Positionsausgabe-Zuwachs Δy(i - K), der um K Ablesungen (wobei K größer als oder gleich Null ist) vorher abgelesen wurde, und dann der Geschwindigkeitssteuerung einen Geschwindigkeitsbefehl v(i) eingibt. Hier drückt t den Zuwachs während der Ableseperioden aus. Bezugszeichen 152 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Zukunftssollpositionsbefehlzuwachses Δr(i + m), Bezugszeichen 153 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Konstanten vm, Q&sub0;, Q&sub1;, gn und E, Bezugszeichen 154 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehls v(i - n) und Bezugszeichen 155 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Regelobjekt-Positionsausgabezuwachses Δy(i - K - 1). Bezugszeichen 156 bezeichnet auch die Arithmetikeinheit, wo der Geschwindigkeitsbefehl v(i) entsprechend der vorliegenden Gleichung berechnet wird:

v(i) = vmΔr(i + m) - Q&sub0;Δy(i - K) + Q&sub1;Δy(i - K - 1) - gnV(i - n) + Ee(i - K) (13-1)

Das Bezugszeichen 157 bezeichnet den Subtrahierer, der den Positionsabweichungszuwachs Δe(i + K) von dem Sollpositionsbefehlzuwachs Δr(i - K) und dem Regelobjektpositionsausgabezuwachs erhält, und Bezugszeichen 158 bezeichnet den Integrator, der die Positionsabweichung e(i - K) erhält.

Hier werden Ableitungen von der Gleichung (13-1) eingerichtet. Die ersten N Ablesungen {H&sub1;, H&sub2;, ..., HN} für den Regelobjekt-Positionsausgabe-Zuwachs zu dem Zeitpunkt des Eingebens des Einheitsschrittbefehls an die Geschwindigkeitssteuerung werden abgelesen, und von diesem Punkt an, kann ein Regelsollmodell von der nun folgenden Gleichung abgeleitet werden, wenn angenommen wird, daß der Zuwachs hn = Hn - Hn-1 sich mit einer konstanten Rate P reduziert:

Δ = PΔ (i + 1) + bnv(i - n) (13-2)

bn = Phn - hn-1

Hier kann der zum Zeitpunkt i auftretende Zukunftspositionsausgabezuwachs geschätzt werden von

ΔY*(i + m) = Δ (i + m) + Δy(i - K) - Δ ()i - K (13-3)

oder von

Δy*(i + m) = Δ (i + m) (13-4)

Nun wird der Fall beschrieben, bei dem eine Schätzung von der Gleichung (13-3) erhalten wird. Falls der Zukunftsgeschwindigkeitsbefehl v(i+ m) = 0 (m = 1, 2, ...) ist, kann der Schätzwert Δy*(i + m) für den Zukunftspositionsausgabezuwachs gemäß den Gleichungen (13-2) und (13-3) wie folgt geschätzt werden:

Δy*(i + m) = pm+KΔ (i - K) - PΔ (i - K - 1) + Δy(i - K) + hmv(i) + (hn+m - pm+Khn-K - bn-K)V(i - n), (13-5)

wobei hN+j = pjhN (j ≥ 1). Wenn darüberhinaus Δ durch Δy ersetzt wird, wird dies:

Δy*(i + m) = (1 + pm+K)Δy(i - K) -PΔy(i - K - 1) + hmv(i) + (hn+m - pm+Khn-K - bn-K)v(i - n) (13-6)

Es folgt, daß die Zukunftspositionsabweichungszuwachsschät-zung Δe*(i + m) durch die folgende Gleichung gegeben wird:

Δe*(i + m) = Δr(i + m) - Δy*(i + m) (13-7)

und, wenn der Geschwindigkeitsbefehl v(i) so ausgewählt wird, daß die Bewertungsfunktion

J = Wm{ Δe*(i + s)+(1 + α)e(i - K)}² + C{v(i)}² (13-8)

durch Einsetzen von ∂j/∂u(i) = 0 ein Minimum wird, kann die Gleichung (13-1) erhalten werden. Jede der Konstanten vm, Q&sub0;, Q&sub1;, gn und E kann dann durch die nächsten Gleichungen gegeben werden.

wobei hj = 0 (j ≤ 0), hN+j = pjhN (j ≥ 1).

Ein tatsächlich gemessener Wert oder ein etwa an der Übertragungsfunktion für das Regelobjekt simulierter Wert kann als die Ableseserie für den Regelobjektpositionsausgabezuwachs Δy zu dem Zeitpunkt benutzt werden, wo der Schrittbefehl in die Geschwindigkeitssteuerung für das Regelobjekt eingegeben wird.

Auch kann für den Fall, wo der Zukunftspositionsausgabe- Zuwachs aus der Gleichung (13-4) geschätzt wird, jede der Konstanten vm, Q&sub0;, Q&sub1;, gn und E durch die folgenden Gleichungen gegeben werden:

wobei hj = 0 (j ≤ 0), hN+j = pjhN (j ≥ 1).

Durch Einsetzen in die Gleichung (13-1) kann die folgende Gleichung erhalten werden:

v(i) = vmΔr(i + m) - Q&sub0;Δy(i - K) + Q&sub1;Δy(i - K - 1)

- g&sub1;v(i - 1) - gn+1Δv(i - n) + Ee(i - K) (13-11)

In diesem Fall wird die Konstante für die prädiktive Regelung gn aus Gleichung (13-9):

und aus Gleichung (13-10):

Der Fall, wo die Regelobjektgeschwindigkeitsausgabe mit dem Sollgeschwindigkeitsbefehl übereinstimmt, kann so gedacht werden, als sei er exakt der gleiche wie der Fall, wo die Regelobjektpositionsausgabe mit dem Sollpositionsbefehl zusammenfällt. Der als Sollbefehl genommene Geschwindigkeitsbefehlszuwachs und der Geschwindigkeitsausgabezuwachs wird als die Regelobjektausgabe genommen. Eine aktuelle Messung des Regelobjektgeschwindigkeitsausgabezuwachses Δy wird zu dem Zeitpunkt des Eingebens des Schrittbefehls zu der Regelobjekt-Beschleunigungs- oder Drehmomentsteuerung aufgenommen oder wird durch Simulation von der Übertragungsfunktion erhalten, oder könnte auf die gleiche Weise von dem Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehl in der Regelgleichung erhalten werden.

Wie vorher erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine prädiktive Regelvorrichtung realisiert werden, wo Rechnungen in kürzerer Zeit ausgeführt werden können, während gleichzeitig weniger Speicher zum Ausführen dieser Berechnungen erforderlich ist.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen des vierzehnten Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 35 beschrieben.

In diesem Schaubild bezeichnet Bezugszeichen 161 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, welche zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(i + M) und einen Regelobjektpositionsausgabezuwachs Δy(i - K) eingibt, der K (K ≥ 0) Ablesungen vorher abgelesen wurde, und dann eine Regeleingabe u(i) an das Regelobjekt ausgibt. Hier drückt Δ den Zuwachs während den Ableseperioden aus. Bezugszeichen 162 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Sollbefehlzuwachses Δr(i + m), Bezugszeichen 163 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Konstanten vm, Q&sub0;, Q&sub1;, gn und E, Bezugszeichen 164 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Vergangenheitsregeleingabe-Zuwachses Δu(i - n), und Bezugszeichen 165 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Regelobjektausgabe- Zuwachses Δy(i - K - 1). Auch bezeichnet Bezugszeichen 166 die Arithmetikeinheit, wo der Regeleingabezuwachs Δu(i) gemäß der Gleichung:

Δu(i) = vmΔr(i + m) - Q&sub0;Δy(i - K) +Q&sub1;Δy(i - K - 1) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K) (14-1)

berechnet wird.

Das Bezugszeichen 167 bezeichnet den Integrator, der die Regeleingabe u(i) aus Δu(i) erhält, Bezugszeichen 168 bezeichnet den Subtrahierer, der den Abweichungszuwachs Δe(i - K) von dem Zielbefehlzuwachs Δr(i - K) und dem Regelobjekt-Ausgabezuwachs Δy(i - K) erhält, und Bezugszeichen 169 bezeichnet den Integrator, der die Abweichung e(i - K) aus Δe(i - K) erhält.

Hier werden Weiterführungen von der Gleichung (14-1) hergestellt. Die ersten N Ablesungen {H&sub1;, H&sub2;, ..., HN} für die Regelobjekteinheitsschrittreaktion werden abgelesen, und von diesem Punkt an kann ein Regelobjektmodell von der nächstfolgenden Gleichung abgeleitet werden, falls angenommen wird, daß sich der Zuwachs hn = Hn - Hn-1 mit einer konstanten Rate P verringert:

Δ (i) = PΔ (i - 1) + bnu(i - n) (14-2)

bn = hn - Phn-1

Hier kann der zum Zeitpunkt i auftretende Zukunftsausgabezuwachs durch die folgende Gleichung geschätzt werden:

Δy*(i + m) = Δ (i + m) + Δy(i - K) - Δ (i + K) (14-3)

Indem man Δu(i + m) = 0 (m = 1, 2, ...) setzt, kann die den Gleichungen (14-2) und (14-3) entsprechende Zukunftsausgabezu wachs-Schätzung Δy*(i + m) geschätzt werden durch:

Δy*(i + m) = Pm+KΔ (i - K) - PΔ (i - K - 1) + Δy(i - K) + hmΔu(i) + (hn+m - Pm+K - bn-K)Δu(i - n), (14-4)

wobei hN+j = pjhN (j ≥ 1).

Weiter wird durch Ersetzen von Δ durch Δy daraus:

Δy*(i + m) = (1 + Pm+K)Δy(i - K) - PΔy(i - K - 1) + hmΔu(i) + (hn+m - Pm+Khn-K - bn-K)Δu(i - n) (14-5)

Es folgt, daß die Zukunfts-Abweichungszuwachsschätzung Δe*(i + m) durch die folgende Gleichung gegeben wird:

Δe*(i + m) = Δr(i + m) - Δy*(i + m), (14-6)

und, falls die Regeleingabezunahme Δu(i) so ausgewählt wird, daß die Bewertungsfunktion

J = Wm{ Δe*(i + s)+(1 + α)e(1 - K)}² + c{Δu(i)}² (14-7)

ein Minimum wird, durch Setzen von ∂J/∂u(i) = 0 die Gleichung (14-1) erhalten werden kann. Jede der Konstanten vm, Q&sub0;, Q&sub1;, gn und E kann dann durch die nächsten Gleichungen gegeben werden:

wobei hj = 0 (j ≤ 0), hN+j = PjhN (j ≥ 1)

Als die Regelobjektschrittreaktions-Ableseserie kann ein aktueller Meßwert oder ein von der Übertragungsfunktion für das Regelobjekt simulierter Wert benutzt werden.

Wie vorher erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine prädiktive Regelvorrichtung realisiert werden, bei der Berechnungen in kürzerer Zeit ausgeführt werden, wobei weniger Speicher zum Durchführen dieser Rechnungen erforderlich ist.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erreichen des vierzehnten Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 36 beschrieben.

In diesem Schaubild bezeichnet Bezugszeichen 171 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, welche zum gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Zukunftssollgeschwindigkeitsbefehl r(i + M) und eine Regelobjekt-Geschwindigkeitsausgabe y(i - K) eingibt, die K (wobei K ≥ 0) Ablesungen vorher abgelesen wurde, und dann einen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehl u(i) an die Beschleunigungs- bzw. Drehmomentsteuerung ausgibt. Bezugszeichen 172 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Sollgeschwindigkeitsbefehls r(i + m) (m = -K, -K + 1, ..., M), Bezugszeichen 173 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Konstanten qm, Q, gn und E, und Bezugszeichen 174 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Vergangenheitsbeschleunigungs- oder Drehmomentbefehls u(i - n). Bezugszeichen 175 bezeichnet auch die arithmetische Einheit, wo der Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehl u(i) gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:

u(i) = qmr(i + m) - Qy(i - K) - gnu(i - n) + Ee(i - K) (15-1)

Bezugszeichen 176 bezeichnet den Subtrahierer, welcher die Geschwindigkeitsabweichung e(i - K) von dem Sollgeschwindigkeits- Befehl r(i - K) und der Regelobjekt-Geschwindigkeitsausgabe y(i - K) erhält.

Hier werden Ableitungen von der Gleichung (15-1) hergestellt. Es kann gezeigt werden, daß die Regelobjektgeschwindigkeitsausgabe

(i - K) = H&sub1;u(i - K - 1) + H&sub2;u(i - K - 1)+ ... + HNu(i - K - N)+..., (15-2)

ist, wobei Hj (j = 1, 2, ..., N) der Zuwachs für die Regelobjektgeschwindigkeitsausgabe y(i) zum Zeitpunkt des Eingebens des Einheitsschritt-Befehls in die Beschleunigungs- oder Drehmomentsteuerung ist. Hier kann die zu einem Zeitpunkt i auftretende Zukunftsgeschwindigkeitsausgabe aus der folgenden Gleichung geschätzt werden:

y*(i + m) = (i + m) + y(i - K) - (i - K) (15-3)

Falls die Zukunftsgeschwindigkeitsausgabe u(i + j) (j = 1, 2, ...) gleich Null gemacht wird, kann die Gleichung:

y*(i + m) = y(i - K) + Hmu(i) + (Hn+m - Hn-K)u(i-n) (15-4)

aus der Gleichung (15-2) und der Gleichung (15-3) eingerichtet werden, wobei n so gewählt wird, daß es ausreicht, Hj konstant werden zu lassen. Es folgt, daß gezeigt werden kann, daß der Zukunftsgeschwindigkeitsabweichungs-Zuwachs e*(i + m)

e*(i + m) = r(i + m)- y*(i + m) = r(i + m) -y (i - K) - Hmu(i) - (Hn+m - Hn-K)u(i - n) (15-5)

sein wird, und, falls der Beschleunigungs- oder Drehmoment- Befehl u(i) für diesen Zeitpunkt so gewählt wird, daß die Bewertungsfunktion

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + c{u(i)}² (15-5)

durch Setzen von ∂J/∂u(i) = 0 ein Minimum wird, kann die Glei chung (15-1) erhalten werden. Die jeweiligen Konstanten qm, Q, gn und E können dann durch die folgenden Gleichungen gegeben werden:

Für die Beschleunigungs- oder Drehmomentsteuerung und das Regelobjekt kann ein aktueller Meßwert oder ein etwa von der Übertragungsfunktion für die Beschleunigungs- oder Drehmomentsteuerung und dem Regelobjekt simulierter Wert mit der Einheitsschrittreaktionsableseserie benutzt werden.

Als nächstes wird nun ein Fall beschrieben, bei dem Datenzuwächse behandelt werden. In diesem Fall werden die Zukunftssollgeschwindigkeitsbefehls-Zuwächse, die zu dem Sollbefehl genommen werden, und der Geschwindigkeitsausgabe-Zuwachs, der als Regelobjektgeschwindigkeitsausgabe genommen wird, eingegeben, und der Zukunftsgeschwindigkeitsausgabe-Zuwachs Δy*(i + m) kann geschätzt werden durch:

Δy*(i + m) = Δ (i + m) + Δy(i - K) - Δy(i - K) = Δy(i - K) + HmΔu(i) + (Hn+m - Hn-K)Δu(i - n) (15-8)

Wenn dann die Übertragungsfunktion

J = Wm{ Δe*(i + s) + (1 + α)e(i - K)}² + c{Δu(i) + u(i - 1)}² {15-9}

oder

J = Wm{ Δe*(i + s) + (1 + α)e(i - K)}² + c{Δu(i)}² (15-10)

durch Festsetzen von ∂J/∂Δu(i) = 0 minimal ist, kann der Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehlszuwachs Δu(i) aus der nächsten Gleichung abgeleitet und u(i) dann durch Integration erhalten werden.

Δu(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i - K) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K) - Fu(i - 1), (15-11)

wobei für den Fall, daß die Bewertungsfunktion nach Gleichung (15-9) benutzt wird, die Konstanten für die prädiktive Regelung durch die folgenden Gleichungen gegeben werden können:

Auch wird für den Fall, daß die Gleichung (15-10) als die Bewertungsfunktion benutzt wird, in Gleichung (15-12) F zu Null werden.

Bei dem Beschriebenen kann statt der Benutzung der Gleichung (15-8) zum Abschätzen des Zukunftsgeschwindigkeitsausgabe-Zuwachses Δy*(i + m) das Schätzverfahren in der nächsten Gleichung benutzt werden:

Δy*(i + m) = Δ (i + m) = hmu(i) + hn+mu(i - n) (15 -13)

wobei hm = Hm - Hm-1 ist.

Dann kann dadurch, daß die Bewertungsfunktion in Gleichung (15-9) und Gleichung (15-10) zum Minimum gebracht und dann ∂J/∂u(i) = 0 gesetzt wird, der Beschleunigungs- oder Drehmoment- Befehl u(i) aus den folgenden Gleichungen erhalten werden:

u(i) = vmΔr(i + m) - gnu(i - n) + Ee(i - K) (15-14)

oder

u(i) = vmΔr(i + m) - g&sub1;u(i - 1) + gn+1Δu(i - n) + Ee(i - K) (15-15)

In diesen Gleichungen sind mit Benutzung der Bewertungs- Funktion in der Gleichung (15-9) die Konstanten für prädiktive Regelung durch dGleichung (15-14) wie folgt gegeben:

und in der gleichen Weise durch Gleichung (15-15) als

Bei Benutzen der Bewertungsfunktion in Gleichung (15-10) kann g&sub1; = g&sub1; + c/W auch in Gleichung (15-16) bzw. (15-17) benutzt werden.

Wenn in dem genannten Verfahren über u(i) entschieden wurde, kann der Wert an die Beschleunigungs- oder Drehmomentsteuerung für das Regelobjekt ausgegeben werden.

Bei dem genannten Verfahren kann gemäß dieser Ausführungsform eine prädiktive Regelvorrichtung realisiert werden, die auf einen Fall anzuwenden ist, wo Geschwindigkeitsregelung durch Erhalten eines Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls von einem Geschwindigkeitsbefehl ausgeführt wird.

Als nächstes wird eine Ausführungsform zum Erhalten des sechzehnten Ziels dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 37 beschrieben.

In diesem Schaubild bezeichnet das Bezugszeichen 181 die prädiktive Regelvorrichtung für diese Ausführungsform, die zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt i eine Zukunfts-Sollbefehlzunahme Δr(i + M) und einen K (wobei K ≥ 0) Ablesungen vorher abgelesenen Regelobjektausgabe-Zuwachs Δy(i - K) eingibt und dann eine Regeleingabe u(i) an das Regelobjekt ausgibt: Bezugszeichen 182 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Sollbefehlzuwaches Δr(i + K), ..., Δr(i + M), Bezugszeichen 183 bezeichnet den Speicher zum Speichern der Konstanten E, v&sub1;, ..., VM, p&sub0;, ..., pNa-1, g&sub1;, ..., gNb+K-1, Bezugszeichen 184 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Ausgabezuwachses Δy(i - K), ..., Δy(i - K - Na + 1) und Bezugszeichen 185 bezeichnet den Speicher zum Speichern des Vergangenheits-Regeleingabezuwachses Δu(i - 1), ..., Δu(i - K - Nb + 1). Das Bezugszeichen 187 bezeichnet den Subtrahierer, der den Abweichungszuwachs Δe(i - K) von dem im Speicher 182 gespeicherten Sollbefehlzuwachs Δr(i - K) und dem Regelobjektausgabezuwachs Δy(i - K) erhält, und Bezugszeichen 188 bezeichnet den Integrator, der die Abweichung e(i - K) von Δe(i - K) erhält. Bezugszeichen 186 bezeichnet wieder die Arithmetikeinheit, wo der Regeleingabezuwachs Δu(i) gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:

Δu(i) = vmΔr(i + m) - PnΔy(i - K - n) + Ee(i - K) - gnΔu(i - n) (16-1)

Der berechnete Wert Δu(i) wird im Speicher 185 gespeichert und in den Integrator 189 eingegeben. Die durch den Integrator 189 erhaltene Regeleingabe u(i) wird dann von der prädiktiven Regelvorrichtung 181 als Ausgabe an das Regelobjekt ausgegeben.

Hier werden Ableitungen von der Gleichung (16-1) hergestellt. Wenn das Regelobjektumformungsfunktionsmodell durch das Dispersionszeitmodell

GP(Z) = b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bNbz-Nb/1 -a&sub1;z&supmin;¹ - ... - aNaZ-Na

erreicht wird, wird dieses Eingabe/Ausgabezuwachsmodell zu der folgenden Gleichung:

Δ (i) = anΔ (i - n) + bnΔu(i - n), (16-2)

wobei Δ den Zuwachs pro Ableseperiode bezeichnet.

Zu einem Zeitpunkt i kann als ein aktueller Meßwert Δy(i - n) (n ≥ K) für den Ausgabezuwachs bis zu der Zeit i - K durch Benutzen der aktuellen Meßwerte für die Ausgabezunahme von diesem Punkt an erhalten werden, um zu schätzen:

Δy*(i - K + 1) = anΔy(i - K + 1 - n) + bnΔu(i - K + 1 - n) m = -K + 1 (16-3a)

Δy*(i +m) = anΔy*(i + m - n) + anΔy(i + m - n) + bnΔu(i + m - n)

m > -K + 1 (16-3b)

wobei die Ausgabezuwachsschätzung Δy*(i + m) zur folgenden Gleichung wird:

Δy*(i + m) = Δy(i - n) + BmnΔu(i - n) m ≥ -K + 1 (16-4)

Hier können durch Herstellen des Zukunfts-Regeleingabezuwachses Δu(j) = 0 (j > i) die Koeffizienten Amn und Bmn durch die folgenden Gleichungen gegeben werden:

A(-K+1)n = a(n-K+1) m = -K + 1, K ≤ n ≤ Na + K - 1 (16-5a)

Amn = ajA(m-j)n + a(n+m) m> -K + 1, K ≤ n ≤ Na + K - 1 (16-5b)

B(-K+1)n = b(n-K+1) m = -K + 1, 0 ≤ n ≤ Nb + K - 1 (16-6a)

Bmn = ajB(m-j)n + b(n+m) m > -K + 1, 0 ≤ n ≤ Nb + K - 1 (16-6b)

an = 0 (n > Na), bn = 0 (n < 1 und n > Nb)

Hier ist die geschätzte Zukunftsaweichung e*(i + m) gegeben durch:

e*(i + m) = {Δr(i + s) - Δy*(i + s)} + e(i - K) 1 ≤ m ≤ M (16-7)

so daß die Gleichung (16-1) erhalten werden kann, wenn der Regeleingabezwachs Δu(i) so ausgewählt ist, daß die Bewertungsfunktion:

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + c{Δu(i)}² (16-8)

durch Setzen von ∂j/∂Δu(i) = 0 minimal wird. Jede der Konstanten Vm, pn, E und gn wird durch die folgenden Gleichungen gegeben:

Auch wird durch Ersetzen der Übertragungsfunktion in der Gleichung (16-8) durch

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + c{u(i - 1) + Δu(i)}² (16-8')

die Gleichung (16-1) zu:

Δu(i) = vmΔr(i + m) - PnΔy(i - K - n) + Ee(i - K) - gnΔu(i - n) - (c/W)u(i - 1) (16-1')

Es folgt, daß für diesen Fall die Vergangenheitsregeleingabe u(i-1) und die Konstante F = c/W im Speicher gespeichert, und Δu(i) dann gemäß Gleichung (16-1') berechnet werden kann.

Bei dem eben beschriebenen Verfahren kann gemäß dieser Ausführungsform eine prädiktive Regelvorrichtung realisiert werden, die eine genauere Verfolgungsfunktion entsprechend der späten Erfassung einer Regelobjektausgabe besitzt, wobei die Ausführung dieser Funktion weniger Speicherraum und weniger Rechenvorgänge erfordert.

Mit der vorstehend beschriebenen prädiktiven Regelvorrichtung kann ein Filter in dem Sollbefehl benutzt werden, um einen Impuls an das Regelobjekt anzulegen. Wenn z. B. das Verfahren nach der JP-Anmeldung Nr. 4-59677 benutzt wird, ist der gefilterte Sollbefehl:

rf(i) = fjr(i + J),

wobei fj als der (2kf + 1)te Filterkoeffizient gegeben ist, und die rechte Seite der Regelsignal-Entscheidungsgleichung in Anspruch 3, 5, 14, 23, 26 oder 39, d. h.

qmr(i + m)

zu

q'mr(i + m),

wird, wobei

q'm = qjfm-j fn = 0 (n < -kf, n > kf).

Die rechte Seite der Steuersignalentscheidungsgleichung in Anspruch 7, 10, 12, 16, 18, 34, 35, 36, 37, 38, 40, 41, 42, 43 oder 44, d. h.

vmΔr(i + m)

wird

v'mΔr(i + m)

wobei

n'm = vjfm-j fn = 0 (n < -kf, n > kj)

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Diese Erfindung kann für die Regelung von Gegenständen wie Konstruktionsmaschinen oder Robotern angewendet werden.


Anspruch[de]

1. Gerät zur prädiktiven Regelung zwecks Entscheidung über ein Regelsignal für ein Regelobjekt (9, 18, 26, 36, 56, 62, 63, 82, 83, 132, 142, 144) bei jeder vorgegebenen Ableseperiode in solcher Weise, daß eine von einem Modell des Regelobjektes (9, 18, 26, 36, 56, 62, 63, 82, 83, 132, 142, 144) abgeleitete Zukunftsabweichungsschätzung so minimal wird, daß das Ausgabesignal des Regelobjektes (9, 18, 26, 36, 56, 62, 63, 82, 83, 132, 142, 144) mit einem Sollsignal übereinstimmt,

gekennzeichnet durch:

- Mittel (1, 11, 21, 31, 51) zum Eingeben eines Zukunftssollsignals,

- Mittel (2, 12, 22, 32, 52, 71, 91, 102, 112, 122, 152, 162, 172, 182) zum Speichern des Zukunftssollsignals,

- Mittel (4, 14, 24, 34, 54, 73, 93, 94, 104, 115, 125, 154, 164, 174, 185) zum Speichern eines Vergangenheitsregelsignals,

- Mittel (3, 13, 23, 33, 53, 72, 92, 103, 113, 123, 153, 163, 173, 183) zum Speichern einer prädiktiven Regelkonstanten,

- Mittel (5, 15, 28, 29, 35, 39, 40, 58, 59, 74, 95, 107, 108, 116, 117, 126, 127, 156, 157, 158, 166, 168, 169, 175, 176, 186, 187, 188) zum Erhalten einer Verfolgungsabweichung gemäß der Differenz zwischen dem Zukunftssollsignal und dem Ausgabesignal des Regelobjekts, und

- Mittel (5, 15, 25, 35, 55, 74, 95, 105, 116, 126, 156, 166, 175, 186) zum Berechnen eines an das Regelobjekt (9, 18, 26, 36, 56, 62, 63, 82, 83, 132, 142, 144) auszugebenden Regelsignals, so daß eine Auswertfunktion einschließlich mindestens der quadrierten Gewichtung der Zukunftsabweichungsschätzung minimal wird, entsprechend dem Zukunftssolsignal, dem Ausgabesignal des Regelobjekts (9, 18, 26, 36, 56, 62, 63, 82, 83, 132, 142, 144), dem Vergangenheitsregelsignal, der Abweichung und dem Modell des Regelobjekts (9, 18, 26, 36, 56, 62, 63, 82, 83, 132, 142, 144).

2. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehl r(j) und eine Regelobjektausgabe x(i) nimmt und eine Regeleingabe u(i) an ein Regelobjekt (9) ausgibt, so daß die Ausgabe x(i) des Regelobjekts (9) mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (2) zum Speichern eines Zukunftssollbefehls r(i + m) (m = 1, 2, ..., M), das Mittel (4) zum Speichern einer Vergangenheitsregeleingabe u(in) (n = 1, 2, ..., N - 1) und das Mittel (5) zum Entscheiden einer Regeleingabe u(i) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion

J = Wm{e*(i + m)}²,

die sich auf eine Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) (m = 1, 2, ..., M) bezieht, minimal ist, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) ist, die von einem Modell abgeleitet wurde, bei dem eine Regelobjektausgabe auf

x(i) = Px(i - 1) + bnu(i - n)

gesetzt ist, mit bn = hn - Phn-1, und wobei Hn die Einheitsschrittreaktion für die Ablesung, hn = Hn - Hn-1 und P das Dämpfungsverhältnis für hn (n > N) ist.

3. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleingabe u(i) gemäß

u(i) = qmr(i + m) - Qx(i) - gnu(i - n)

entschieden wird, mit den prädiktiven Regelkonstanten qm (m = 1, 2, ..., M), Q und gn (n = 1, 2, ..., N - 1).

4. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehl r(j) und eine Regelobjektausgabe x(i) nimmt und an ein Regelobjekt (18) eine Regeleingabe u(i) so abgibt, daß die Ausgabe des Regelobjekts (18) mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (12) zum Speichern eines Zukunftssollbefehls r(i + m) (m = 1, 2, ..., M), das Mittel (14) zum Speichern einer Vergangenheitsregeleingabe u(i - n) (n = 1, 2, ..., N - 1) und das Mittel (15) zum Entscheiden einer Regeleingabe (15) u(i) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion

J = Wm{e*(i + m)}²

minimal ist, die sich auf eine Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) (m = 1, 2, ..., M) bezieht, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) ist, die von einem Modell abgeleitet ist, bei dem eine Regelobjektausgabe zu

x(i) = hnu(i - n)

gesetzt wird, wenn hn der Schrittreaktionsablesungszuwachs ist.

5. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleingabe u(i) berechnet wird gemäß

u(i) = qmr(i + m) - gnu(i - n)

mit den prädiktiven Regelkonstanten qm (m = 1, 2, ..., M) und gn (n = 1, 2, ..., N - 1).

6. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(j) und eine Regelobjektausgabeerhöhung Δy(i) nimmt und an ein Regelobjekt (26) eine Regeleingabe u(i) oder deren Zuwachs Δu(i) ausgibt, so daß die Ausgabe des Regelobjekts (26) mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (22) zum Speichern eines Zukunftssollbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = 1, 2, ..., M), das Mittel (24) zum Speichern eines Vergangenheitsregeleingabezuwachses Δu(in) (n = 1, 2, ..., N - 1), das Mittel (28, 29) zum Erhalten der Abweichung e(i) und das Mittel (25) zum Entscheiden eines Regeleingabe zuwachses Δu(i) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion

J = Wm{ Δe*(i + s) + e(i)}²

minimal ist, wobei Δ der Zuwachsbetrieb während den Ablesezeiten ist, bezogen auf eine Zukunftsabweichungszunahmeschätzung Δe*(i + m) und Zukunftsabweichung e(i), und Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) ist, die von auf die Bewegungskennwerte des Regelsolls bezogene Informationen erhalten wird.

7. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regeleingabezuwachs Δu(i) gemäß

Δu(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i) - gnΔu(i - n) + Ee(i)

entschieden wird mit prädiktiven Regelkonstanten vm (m = 1, 2, ..., M), Q, gn (n = 1, 2, ..., N - 1) und E.

8. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(j) und einen Regelobjektausgabezuwachs Δy(i - K) nimmt, der K (K ≥ 0) Ablesungen vorher abgelesen worden ist, und an ein Regelobjekt (36) eine Regeleingabe u(i) oder ihren Zuwachs Δu(i) abgibt, so daß die Ausgabe des Regelobjekts mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (32) zum Speichern eines Sollbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = -K - 1, ..., M), das Mittel (34) zum Speichern eines Vergangenheitsregeleingabezuwachses Δu(i - n) (n = 1, 2, ..., N + K - 1), das Mittel (40) zum Erhalten der Abweichung e(i - K) und das Mittel (35) zum Entscheiden eines Regeleingabezuwachses Δu(i) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion

J = Wm{ Δe*(i + s) + e(i - K)}²

minimal ist, die sich auf eine Zukunftsabweichungszuwachsschätzung Δe*(i + m) und Zukunftsabweichung e(i - K) bezieht, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) ist, die von Informationen erhalten wird, die sich auf die Bewegungskennwerte des Regelsolls beziehen.

9. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertfunktion nach

J = Wm{ Δe*(i + s) + e(i - K)}² + C{Δu(i)}²

hergestellt wird, wobei C eine Konstante ist.

10. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regeleingabezuwachs Δu(i) entschieden wird gemäß

Δu(i) = VmΔr(i + m) - QΔy(i - K) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K)

mit den prädiktiven Regelkonstanten Vm (m = -K + 2, ..., M), Q, gn (n = 0, 1, ..., N + K - 1) und E.

11. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(j) und einen K (K ≥ 0) Ablesungen vorher abgelesenen Regelobjektausgabezuwachs Δy(i - K) nimmt und an ein Regelobjekt (56) eine Regeleingabe u(i + 1) oder deren Zuwachs Δu(i + 1) ausgibt, so daß die Ausgabe des Regelobjekts (56) mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (52) zum Speichern eines Sollbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = 0, 1, ..., M), das Mittel (54) zum Speichern eines Vergangenheitsregelbefehlzuwachses Δu(i - n) (n = 0, 1, ..., N - 1), das Mittel (59) zum Erhalten der Abweichung e(i - K) und das Mittel (55) zum Entscheiden eines Regeleingabezuwachses Δu(i + 1) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion mit einer Konstanten C

J = Wm{ Δe*(i + s) + e(i - K)}² + C{Δu(i + 1)}²

minimal ist, die sich auf eine Zukunftsabweichungszuwachsschätzung Δe*(i + m) und Zukunftsabweichung e(i - K) bezieht, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) ist, die von sich auf die Bewegungskennwerte des Regelsolls beziehenden Informationen erhalten wird.

12. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regeleingabezuwachs Δu(i + 1) entschieden wird gemäß

Δu(i + 1) = VmΔr(i + m) - QΔy(i - k) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K)

mit den prädiktiven Regelkonstanten Vm (m = 1, 2, ..., M) , Q, gn (n = 0, 1, ..., N - 1) und E.

13. Gerät zur prädiktiven Regelung (61) nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehl r(j) und eine Regelobjektausgabe y(i) nimmt und einen Geschwindigkeitsbefehl v(i) so an eine Regelobjektgeschwindigkeitssteuerung (62) ausgibt, daß die Ausgabe des Regelobjekts mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (71) zum Speichern eines Zukunftssollbefehls r(i + m) (m = 0, 1, ..., M), das Mittel (73) zum Speichern eines Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehls v(i -n) (n = 1, 2, ..., N - 1) und das Mittel (74) zum Entscheiden eines Geschwindigkeitsbefehls v(i) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion

J = Wm{e*(i + m) + Ae(i)}² + C{v(i)}²

minimal ist, die sich auf eine Zukunftsabweichungsschätzung e(i) und Zukunftszuwachsschätzung e*(i + m) bezieht, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) und den Geschwindigkeitsbefehl v(i) ist, die von Informationen erhalten werden, die sich auf die Bewegungskenngrößen des Steuersolls beziehen, wobei C eine Konstante ist.

14. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeitsbefehl v(i) gemäß

v(i) = qmr(i + m) - Qy(i) - gnv(i - n) + Ee(i)

mit den prädiktiven Regelkonstanten qm (m = 1, 2, ..., M), Q, gn (n = 1, 2, ..., N - 1) und E entschieden wird.

15. Gerät zur prädiktiven Regelung (81) nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe einen Zukunftssollbefehlzuwachs Δr(j) und einen Regelobjektausgabezuwachs Δy(i) nimmt und an eine Regelobjektgeschwindigkeitssteuerung (82) einen Geschwindigkeitsbefehl v(i) so ausgibt, daß die Ausgabe des Regelobjekts mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (91) zum Speichern eines Zukunftssollbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = 0, 1, ..., M), das Mittel (93) zum Speichern eines Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehlzuwachses Δv(i - n) (n = 1, 2, ..., N - 1), das Mittel (94) zum Speichern eines Geschwindigkeitsbefehls v(i - 1) und das Mittel (95) zum Entscheiden eines Geschwindigkeitsbefehlzuwachses v(i) so zusammenwirken, daß eine Auswertfunktion

J = Wm{ Δe*(i + s) + Ae(i)}² + C{v(i)}²

minimal ist, die sich auf eine Zukunftsabweichungszuwachsschätzung Δe*(i + m) und Zukunftsabweichung e(i) bezieht, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) und den Geschwindigkeitsbefehl v(i) ist, erhalten aus den auf die Bewegungskenngrößen des Regelsolls bezogenen Informationen, wobei A und C Konstanten sind; und

ein Mittel (96) zum Integrieren von Δv(i) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls v(i) vorgesehen ist.

16. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeitsbefehl Δv(i) gemäß

Δv(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i) - gnΔv(i - n) + Ee(i) - Fv(i - 1)

entschieden wird, wobei vm (m = 1, 2, ..., M), Q, gn (n = 1, 2, ..., N- 1), E und F prädiktive Regelkonstanten (92) sind.

17. Gerät zur prädiktiven Regelung (101) nach Anspruch 1, die einen Zukunftszeitsollbefehl und eine Regelobjektausgabe als ihre Eingaben nimmt und eine Regeleingabe an ein Regelobjekt so ausgibt, daß die Ausgabe des Regelobjekts, das zwei konstituierende integrale Abschnitte zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang aufweist, mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (105) zum Erhalten einer gegenwärtigen Zeitregeleingabe u(i) aufgrund eines Zukunftssollbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = 0, 1, ..., M) und eines Regelobjektausgabezuwachses Δy(i)

u(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i) + Ee(i) - gnu(i - n)

entscheidet, wobei vm (m = 1, 2, ..., M), Q, n = 1, 2..., N - 1) und E prädiktive Regelkonstanten sind und Δ die Zunahmeberechnung ist, die während der Ableseperioden hergestellt wird, indem die Auswertfunktion

J = Wm{e*(i + m) + αe(i)}² + C{u(i)}²

minimiert wird, die sich auf eine Abweichungsschätzung e* bis M Ableseperioden in der Zukunft, eine gegenwärtige Abweichung e(i) und eine Regeleingabe u(i) bezieht, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Zukunftsabweichungsschätzung e*(i + m) und C eine Konstante ist.

18. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 17, die weiter einen Motor und eine Regler für ein Regelobjekt umfaßt, um einen Drehmomentbefehl oder einen Beschleunigungsbefehl als Eingabe zu nehmen und eine Position auszugeben.

19. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 17, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die prädiktiven Regelkonstanten dadurch erhalten werden, daß Werte, die, beispielsweise, von der Realseite der Erhöhungsreihe für die Einheitsschrittreaktion des Regelobjekts oder von der Übertragungsfunktion des Regelobjekts simuliert werden, als Informationen genommen werden, welche sich auf die Ansteuerkennwerte des Regelobjekts beziehen.

20. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die prädiktiven Regelkonstanten dadurch erhalten werden, daß der Verstärkungsfaktor und die Ableseperioden des Regelobjekts als Information genommen werden, welche sich auf die Ansteuerkennwerte des Regelobjekts bezieht.

21. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die prädiktiven Regelkonstanten dadurch erhalten werden, daß der Verstärkungsfaktor einer Drehmomentsteuerung, die Trägheit eines Motors und eine Last und die Ableseperiode als Informationen genommen werden, welche sich auf die Ansteuerkennwerte des Regelobjekts beziehen.

22. Gerät zur prädiktiven Regelung (111) nach Anspruch 1, welche als ihren Eingang mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollbefehl r(i + M) für M Ablesungen in der Zukunft und eine Regelobjektausgabe y(i - K) für K (K > 0) vorherige Ablesungen nimmt und eine Regeleingabe u(i) an ein Regelobjekt ausgibt, so daß die Ausgabe eines Regelobjekts mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (112) zum Speichern eines Sollbefehls r(i + m) (m = -K, ..., M), das Mittel (113) zum Speichern einer prädiktiven Regelkonstante qm (m = 1, 2, ..., M), Q&sub0;, Q&sub1;, gn (n = 1, 2, ..., N + K) und E, das Mittel (115) zum Speichern einer Vergangenheitsregeleingabe u(i - n) (n = 1, 2, ..., N + K), das Mittel (117) zum Erhalten einer Abweichung e(i - K) von der Differenz zwischen einem Sollbefehl und einer Regelobjektausgabe und das Mittel (116) zum Erhalten einer gegenwärtigen Zeitregeleingabe mit einem Mittel (114) zum Speichern einer Vergangenheitsobjektausgabe y(i- K - 1) zusammenwirkt, um

u(i) = qmr (i + m) - Q&sub0;y(i - K) + Q&sub1;y(i - K - 1) + Ee(i - K) - gnu(i - n)

zu entscheiden.

23. Gerät zur prädiktiven Regelung (121) nach Anspruch 1, welche als ihre Eingabe mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollbefehl r(i + M) für M Ablesungen in der Zukunft und eine Regelobjektausgabe y(i - K) für K (K ≥ 0) vorherige Ablesungen nimmt und eine Regeleingabe u(i) an ein Regelobjekt ausgibt, so daß die Ausgabe eines Regelobjekts mit einem Übertragungsfunktionsmodell

GP(Z) = b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bNbz-Nb/1-a&sub1;z&supmin;¹ - ... -aNaz-Na

mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (122) zum Speichern eines Sollbefehls r(i + m) (m = M, M - 1, ..., -K), das Mittel (123) zum Speichern einer prädiktiven Regelkonstante, das Mittel (125) zum Speichern einer Vergangenheitsregeleingabe u(i - 1) (n = 1, 2, ..., K + Nb), das Mittel (127) zum Erhalten einer Abweichung e(i - K) aus der Differenz zwischen einem Sollbefehl r(i + m) und einer Regelobjektausgabe y(i - K) und das Mittel (126) zum Entscheiden einer gegenwärtigen Zeitregeleingabe u(i) mit einem Mittel (124) zum Speichern einer Vergangenheitsobjektausgabe y(i - k) (k = 1, 2, ..., K + Na) so zusammenwirken, daß eine Übertragungsfunktion

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + C{u(i)}²,

die sich auf eine Abweichungsschätzung e* für M Ableseperioden in der Zukunft bezieht, gemäß der Abweichung, dem Zukunftssollbefehl, der Vergangenheitsausgabe, der Vergangenheitsregeleingabe und der Übertragungsfunktion für das Regelobjekt minimal ist, wobei Wm der Gewichtungskoeffizient für die Abweichungsschätzung e*, die Abweichung e(i - K) und die Regeleingabe u(i) ist und α und C Konstanten sind.

24. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertfunktion wie folgt gestaltet wird: sie

J = Wm{e*(i + m) + αe(i - K)}² + C{u(i) -u(i - 1)}².

25. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 23 und 24, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (126) zum Entscheiden einer gegenwärtigen Regeleingabe u(i) entsprechend

u(i) = qmr (i + m) - Pny(i - K - n) + Ee(i - K) - gnu(i - n)

ausgibt, wobei gm (m = 1, 2, ..., M), pn, E und gn (n = 1, 2, ..., Nb + k) prädiktive Regelkonstanten sind.

26. Gerät zur prädiktiven Regelung (131) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die prädiktive Regelvorrichtung (131) Signale von dem Mittel zum Eingeben eines Zukunftszeitsollbefehls, dem Regler (132) und von einem Regelobjektmodellidentifizierer (133) als Modellinformationen empfängt.

27. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Modellidentifizierer (133) für das Regelobjekt intern ist.

28. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adaptionsregelung (144) zwischen der prädiktiven Regelvorrichtung (141) und dem Regelobjekt (142) so vorgesehen ist, daß die Ausgabe von dem Regelobjekt (142) gemäß einem etablierten Sollmodell und dem Adaptionsregler (144), der sich in der gleichen Weise wie dieses Sollmodell bewegt, das mit einem Sollbefehl übereinstimmt, gesteuert wird.

29. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der adaptive Regler (144) zum Regeln des Regelobjekts (142), sich in der gleichen Weise wie ein etabliertes Sollmodell bewegend, intern ist.

30. Gerät zur prädiktiven Regelung nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Mittel zum Eingeben eines als Modellinformation oder als Sollmodell genommenen Schrittreaktionsmodells umfaßt.

31. Gerät zur prädiktiven Regelung nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter Mittel zum Eingeben eines als Modellinformation oder als Sollmodell ge nommenen Übertragungsfunktionsmodells umfaßt.

32. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Mittel zum Berechnen einer Schrittreaktion aus der eingegebenen Übertragungsfunktion durch Simulierung umfaßt.

33. Gerät zur prädiktiven Regelung (151) nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollpositionsbefehlszuwachs oder einen Sollgeschwindigkeitsbefehlszuwachs Δr(i + M) für M Zukunftsablesungen und einen Regelobjektpositionsausgabenzuwachs oder eine Regelobjektgeschwindigkeitsausgabezunahme Δy(i - K) für K (K ≥ 0) vorherige Ablesungen nimmt und einen Geschwindigkeitsbefehl oder einen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehl v(i) an das Regelobjekt ausgibt, so daß die Positionsausgaben oder die Geschwindigkeitsausgaben des Regelobjekts mit einem Sollbefehl oder einem Sollgeschwindigkeitsbefehl übereinstimmen,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Mittel zum Speichern eines Zukunftssollsignals ein Mittel (152) zum Speichern eines Sollpositionsbefehlzuwachses oder eines Sollgeschwindigkeitsbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = M, M - 1, ..., -K) ist, das Mittel zum Speichern eines Vergangenheitsregelsignals ein Mittel (154) zum Speichern eines Vergangenheitsgeschwindigkeitsbefehls oder eines Vergangenheitsbeschleunigungs- oder Drehmomentbefehls v(i - n) (n = 1, 2, ..., N + K) ist und ein Mittel (155) zum Speichern eines Vergangenheitsregelobjektpositionsausgabenzuwachses oder eines Vergangenheitsregelobjektgeschwindigkeitsausgabezuwachses Δy(i - K - 1) vorhanden ist;

das Mittel zum Erhalten einer Abweichung ein Mittel (157, 158) zum Erhalten einer Positionsabweichung oder einer Geschwindigkeitsabweichung e(i - K) ist; und

das Mittel zum Berechnen eines Regelsignals ein Mittel (156) zum Erhalten eines Geschwindigkeitsbefehls für den gegenwärtigen Zeitpunkt oder eines Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls v(i) für den gegenwärtigen Zeitpunkt ist gemäß

v(i) = vmΔr(i + m) - Q&sub0;Δy(i - K) + Q&sub1;Δy(i - K - 1) - gnv(i - n) + Ee(i - K),

wobei vm (m = -K + 1, ..., M), Q&sub0;, Q&sub1;, gn (n = 1, 2, ..., N + K) und E prädiktive Regelkonstanten sind, und e die Positionsabweichung oder die Geschwindigkeitsabweichung ist.

34. Gerät zur prädiktiven Regelung (151) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (155) zum Speichern eines Vergangenheitsregelobjektpositionsausgabezuwachses oder eines Vergangenheitsregelobjektgeschwindigkeitsausgabezuwachses Δy(i - K - 1) enthalten ist, und das Mittel (156) zum Berechnen eines Regelsignales v(i)

v(i) = vmΔr(i + m) - Q&sub0;Δy(i - K) + Q&sub1;Δy(i - K - 1)

- g&sub1;v(i - 1) + gn+1Δv(i - n) + Ee(i - K)

ausgibt.

35. Gerät zur prädiktiven Regelung (161) nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollbefehlzuwachs Δr(i + M) für M Ablesungen in der Zukunft und einen Regelobjektausgabezuwachs Δy(i - K) für K (K ≥ 0) Ablesungen vorher nimmt und eine Regeleingabe u(i) an das Regelobjekt ausgibt, so daß die Ausgabe des Regelobjekts mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Speichern eines Zukunftssollsignals ein Mittel (162) zum Speichern eines Sollgeschwindigkeitsbefehlszuwachses Δr(i + m) (m = M, M - 1, ..., -K) ist, das Mittel zum Speichern eines Vergangenheitsregelsignales ein Mittel (164) zum Speichern einer Vergangenheitsregeleingabe u(i - n) (n = 1, 2, ..., N + K) ist, und daß ein Mittel (165) zum Speichern eines Vergangenheitsregelobjektausgabezuwachses Δy(i -K - 1) vorhänden ist;

das Mittel zum Erhalten einer Abweichung ein Mittel (168, 169) zum Erhalten einer Abweichung e(i - K) ist; und

das Mittel zum Berechnen eines Regelsignals ein Mittel (166) zum Erhalten eines gegenwärtigen Regeleingabezuwachses Δu(i) gemäß

Δu(i) = vmΔr(i + m) - Q&sub0;Δy(i - K) + Q&sub1;Δy(i - K - 1) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K

ist, wobei vm (m = -K + 1, ..., M), Q&sub0;, Q&sub1;, gn (n = 1, ..., N + K) und E prädiktive Regelkonstanten sind und e die Abweichung ist.

36. Gerät zur prädiktiven Regelung (171) nach Anspruch 1, welche als ihre Eingabe mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollgeschwindigkeitsbefehl r(i + M) für M Ablesungen in der Zukunft und eine Regelobjektgeschwindigkeitsausgabe y(i - K) von K (K ≥ 0) vorherigen Ablesungen nimmt, und einen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehl u(i) an einen Regelobjektbeschleunigungs oder Drehmomentregler so ausgibt, daß die Geschwindigkeitsausgabe des Regelobjekts mit einem Sollgeschwindigkeitsbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

das Mittel zum Speichern eines Zukunftssollsignals ein Mittel (172) zum Speichern eines Sollgeschwindigkeitsbefehls r(i + m) (m = - K, ..., M) und das Mittel zum Speichern eines Vergangenheitsregelsignals ein Mittel (174) zum Speichern eines Vergangenheitsbeschleunigungs- oder drehmomentbefehls u(i + n) (n = -1, ..., -N - K) ist;

das Mittel zum Erhalten einer Abweichung ein Mittel (176) zum Erhalten einer Geschwindigkeitsabweichung e(i - K) ist; und das Mittel zum Berechnen eines Regelsignales ein Mittel (175) zum Erhalten eines gegenwärtigen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls u(i) aus dem eingegebenen Sollgeschwindigkeitsbefehl r(i + M) und der Regelobjektgeschwindigkeitsausgabe y(i - K) gemäß

u(i) = qmr(i + m) - Qy(i - K) - gnu(i - n) - Ee(i - K)

ist, wobei qm (m = 1, ..., M), Q, gn (n = 1, ..., M + K - 1) und E und F prädiktive Regelkonstanten sind.

37. Gerät zur prädiktiven Regelung (171) nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollgeschwindigkeitsbefehlzuwachs Δr(i + M) für M Ablesungen in der Zukunft und einen Regelobjektgeschwindigkeitsbefehlausgabezuwachs Δy(i - K) für K (K ≥ 0) vorherige Ablesungen nimmt und einen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehl u(i) an einen Regelobjektbeschleunigungs- oder Drehmomentregler so ausgibt, daß die Geschwindigkeitsausgabe eines Regelobjekts mit einem Sollgeschwindigkeitsbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Speichern eines Zukunftssollsignals ein Mittel zum Speichern eines Sollgeschwindigkeitsbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = -k, ..., M) ist, und das Mittel zum Speichern eines Vergangenheitsregelsignals ein Mittel zum Speichern eines Vergangenheitsbeschleunigungs- oder Drehmomentbefehls u(i + n) (n = -1, .., -N - K) ist;

das Mittel zum Erhalten einer Abweichung ein Mittel (176) zum Erhalten einer Geschwindigkeitsabweichung e(i - K) ist; und

das Mittel zum Berechnen eines Regelsignals ein Mittel zum Erhalten eines gegenwärtigen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls Δu(i) gemäß M N + K - 1

Δu(i) = vmΔr(i + m) - QΔy(i - K) - gnΔu(i - n) + Ee(i - K) - Fu(i - 1)

ist, wobei Vm (m = -K + 1, .., M), Q, gn(n - 1, ..., N + K - 1), E und F prädiktive Regelkonstanten sind; und ein Mittel zum Integrieren von Δu(i) vorgesehen ist, um einen Beschleunigungs- oder Drehmomentbfehl u(i) zu ergeben, oder

das Mittel zum Berechnen eines Regelsignals ein Mittel zum Erhalten eines gegenwärtigen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls u(i) gemäß

u(i) = vmΔr(i + m) - gnu(i - n) + Ee(i - K)

ist, wobei vm (m = -K + 1, ..., M), Q, gn (n = 1, ..., N + K - 1) und E prädiktive Regelkonstanten sind, oder

das Mittel zum Berechnen eines Regelsignals ein Mittel zum Erhalten eines gegenwärtigen Beschleunigungs- oder Drehmomentbefehls u(i) gemäß

ist, wobei Vm (m = -K + 1, ..., M), Q, gn (n = 1, ..., N + K - 2) und E prädiktive Regelkonstanten sind.

u(i) = vmΔr(i + m) - g&sub1;u(i - 1) + gn+1Δu(i - n) + Ee(i - K)

38. Gerät zur prädiktiven Regelung (181) nach Anspruch 1, die als ihre Eingabe mit Bezug auf einen gegenwärtigen Zeitpunkt i einen Sollbefehlzuwachs Δr(i + M) für M Ablesungen in der Zukunft und einen Regelobjektausgabezuwachs Δy(i - K) für K (K ≥ 0) Ablesungen vorher nimmt und eine Regeleingabe u(i) an ein Regelobjekt ausgibt, so daß die Ausgabe des Regelobjekts, das ein Übertragungsfunktionsmodell

GP(Z) = b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bNbz-Nb/1-a&sub1;z&supmin;¹ - ... -aNaz-Na

aufweist, mit einem Sollbefehl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Speichern eines Zukunftsollsignals ein Mittel (182) zum Speichern eines Sollbefehlzuwachses Δr(i + m) (m = - K, ..., M) ist, das Mittel zum Speichern eines Vergangenheitsregelsignals ein Mittel (184) zum Speichern eines Vergangenheitsausgabezuwachses Δy(i - n) (n = 1,.., N + Na - 1) ist, und daß ein Mittel (185) zum Speichern eines Vergangenheitsregeleingabezuwachses Δu(i - n) (n = 1, ..., K + Nb - 1) vorhanden ist;

das Mittel (188) zum Erhalten einer Abweichung e(i - K) die Abweichung von einem Zielbefehlzuwachs und einem Regelobjektausgabesingnalzuwachs erhält;

das Mittel zum Berechnen eines Regelsignals ein Mittel (186) zum Entscheiden eines zur gegenwärtigen Zeit gültigen Regeleingabezuwachses Δu(i) entsprechend

Δu(i) = vmΔr(i + m) + pnΔy(i - K - n) + Ee(i - K) - gnΔu(i - n)

ist, wobei Vm (m = -K + 1, ..., M), pn (n = 0, ..., Na - 1), E und gn (n = 1, ..., Nb + K - 1) prädiktive Regelkonstanten sind; und ein Mittel (189) zum Erhalten einer Regeleingabe u(i) aus Δu(i) vorgesehen ist.

39. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß:

das Mittel (186) zum Entscheiden über einen Regeleingabezuwachs Δu(i)

Δu(i) = VmΔr(i + m) - pnΔy(i - K - n) + Ee(i - K) - gΔu(i - n) - Fu(u - 1)

berechnet, Wobei Vm (m = -K + 1, ..., M), pn (n = 0, ..., Na - 1), E, gn (n = 1, ..., Nb + K - 1) und F prädiktive Regelkonstanten sind.

40. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 3, 5, 14, 22, 25 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die rechte Seite der Gleichung zum Entscheiden über das Regelsignal

qmr(i + m)

zu

gmr(i + m)

wird, wobei

qm = qjfm-j

mit fn = 0 (n < -kf, n > kf)

und fn der (2kf + 1)te Filterkoeffizient ist.

41. Gerät zur prädiktiven Regelung nach Anspruch 7, 10, 12, 16, 17, 33, 34, 35, 37, 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß die rechte Seite der Gleichung zum Entscheiden über das Steuersignal

vmΔr(i + m)

zu

vmΔr(i + m)

wird, wobei

vm = vjfm-j

mit fn = 0 (n < -kf, n > kf)

und fn der (2kf + 1) te Filterkoeffizient ist.







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