JP2850076B2 - Control device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は安定化制御装置に係り、
特にロバストで高速応答が可能で、且つ検出状態量に含
まれるノイズの影響を軽減した制御装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stabilization control device,
In particular, the present invention relates to a control device capable of performing robust and high-speed response and reducing the influence of noise included in a detection state amount.
【0002】[0002]
【従来の技術】安定化フィードバック制御装置につい
て、一般的な電動機制御系の例により図4を用いて説明
する。2. Description of the Related Art A stabilizing feedback control device will be described with reference to FIG. 4 using an example of a general motor control system.
【0003】図4は安定化フィードバック制御装置の従
来例を示すもので、1はPI制御装置、2は制御対象で
ある。ここに、R,Yは各々設定入力,状態量であり、
従って速度制御系では、Rが速度指令,Yが速度検出出
力であって、KT はトルク発生係数である。FIG. 4 shows a conventional example of a stabilizing feedback control device, wherein 1 is a PI control device, and 2 is an object to be controlled. Here, R and Y are a setting input and a state quantity, respectively.
Therefore, in the speed control system, R is a speed command, Y is a speed detection output, and KT is a torque generation coefficient.
【0004】すなわち、設定入力R,状態量Yの偏差e
をPI補償要素を通して制御対象に印加することによ
り、速度制御系を安定化している。その一般的な安定化
調整としては、慣性Jが大きいほど比例ゲインKP を大
きくし、それに応じて積分ゲインKI も大きくすること
により達成される。Sは微分演算子である。図示のごと
く通常はPI補償要素を直列に挿入し、制御対象に応じ
た比例ゲインKP および積分ゲインKI を調整すること
により、安定化を図っている。That is, the deviation e of the setting input R and the state quantity Y
Is applied to the control target through the PI compensation element, thereby stabilizing the speed control system. As the general stabilization adjustments, by increasing the proportional gain K P as the inertia J is large, it is accomplished by larger integral gain K I accordingly. S is a differential operator. By as shown generally to inserting the PI compensation element in series, to adjust the proportional gain K P and the integral gain K I according to the controlled object, and to stabilize.
【0005】しかしながら、比例ゲインKP を大きくす
ると定常状態ではノイズやリップル等の影響で不安定に
なり易く、また積分ゲインKI を大きくすると設定入力
のステップ変化に際して速度のオーバーシュートが発生
して好ましくない。[0005] However, if the proportional gain K P is increased, in the steady state, it tends to become unstable due to the influence of noise and ripples, and if the integral gain K I is increased, a speed overshoot occurs at the step change of the set input. Not preferred.
【0006】これを解決する手段として多機能形制御装
置を提案してきた(特開平3-25505号公報参照)。その
概略構成を述べると、図1に示すごとく、PI制御を基
本としている安定化制御装置を中心に、指令入力の加減
速時間を調節する加減速調整器(ARC) 3,指令入力と出
力間の偏差を常に0に保ためのフィードフォワード部
4,及び制御対象の運転特性に影響を与える負荷変動や
パラメータ変動等の変動要素の影響を少なくするための
等価外乱補償部5から構成される。As a means for solving this problem, a multifunctional control device has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-25505). 1, the acceleration / deceleration adjuster (ARC) for adjusting the acceleration / deceleration time of the command input, mainly the stabilization control device based on PI control, as shown in FIG. And an equivalent disturbance compensator 5 for reducing the influence of variable factors such as load fluctuations and parameter fluctuations which affect the operation characteristics of the controlled object.
【0007】以上の三つの主要機能を組み合わせること
で、各機能の特長を保有したまま欠点を削除し、高速応
答で且つロバストな制御が実現できている。[0007] By combining the above three main functions, defects can be eliminated while retaining the features of each function, and high-speed response and robust control can be realized.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図1の多機能
形制御装置の主要な機能を奏する等価外乱補償部5は図
2に示すごとく構成されており、特に状態量ω(S) に乗
ずる帰還係数はHowever, the equivalent disturbance compensator 5 having the main function of the multi-function control device shown in FIG. 1 is constructed as shown in FIG. 2, and in particular, multiplies the state quantity ω (S). The feedback coefficient is
【外1】 の形をなしており、本説明の制御系では状態量ω(S) は
速度であり、これを利用していることになる。検出量を
微分することはノイズの影響を受け易く、いわゆる数式
上の変形で微分を避けようとする方法もあるが完全では
ない。[Outside 1] In the control system of the present description, the state quantity ω (S) is a speed, and this is used. Differentiating the detected amount is susceptible to noise, and there is a method of avoiding differentiation by so-called mathematical deformation, but this is not perfect.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、特
開平3-25505 号公報において既提案の多機能制御装置の
基本要素は図1の如くとし、その中核をなしている等価
外乱補償部5の状態量ω(S) からの帰還係数を、図5の
破線ブロック5′に示すように、比例要素であるKW の
みで構成するものである。Therefore, according to the present invention, the basic elements of the multifunction control device proposed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 3-25505 are as shown in FIG. The feedback coefficient from the state quantity ω (S) of No. 5 is composed of only the proportional element K W , as shown by the broken line block 5 ′ in FIG.
【0010】図5の等価外乱補償部5′を除くシステム
は、The system except for the equivalent disturbance compensator 5 'in FIG.
【数1】 と書ける。ここにT* (S) はトルク指令,KT はトルク
発生係数,TL (S) は負荷外乱,Jは慣性,Dは粘性抵
抗であり、状態量ω(S) は回転速度である。(Equation 1) I can write Here, T * (S) is a torque command, KT is a torque generation coefficient, T L (S) is a load disturbance, J is inertia, D is viscous resistance, and the state quantity ω (S) is a rotation speed.
【0011】ここで、Here,
【数2】 但し、^印はノミナル値,Δ印は変動分を示す。(Equation 2) Here, the symbol ^ indicates the nominal value, and the symbol Δ indicates the variation.
【数3】JS+D=KW …(3) とおいて式(1) に代入すると、等価外乱TE (S) はJS + D = K W (3) Substituting into equation (1), the equivalent disturbance T E (S) becomes
【数4】 となる。(Equation 4) Becomes
【0012】即ち、等価外乱TE (S) には、負荷外乱T
L (S) やトルク発生係数のノミナル値からの変動分、及
び制御対象JS+Dをノミナル定数KW とおいた場合の
過渡的,定常的誤差を含んでいることになる。That is, the equivalent disturbance T E (S) includes the load disturbance T
L (S) and variation from the nominal value of the torque generating factors, and transient when the control target JS + D placed between nominal constant K W, so that contain constant errors.
【0013】式(3) の仮定はオブザーバ理論から見ると
かなりラフに思えるが、別の見方をすると、図5の5′
でThe assumption of equation (3) seems quite rough from the viewpoint of observer theory, but from another point of view, 5 ′ in FIG.
so
【外2】 のループが高速のPIループを構成していることより、
全ての誤差がこの高速PIループにより補償されると考
えられる。[Outside 2] Because this loop constitutes a high-speed PI loop,
It is believed that all errors are compensated for by this fast PI loop.
【0014】この特性が図2に示したような従来提案の
等価外乱のモデルA model of an equivalent disturbance proposed in the prior art as shown in FIG.
【数5】 の制御性能と大差ないことはシュミレーションで確認さ
れている。(Equation 5) It has been confirmed by simulation that there is not much difference with the control performance of.
【0015】次に、図1においてPI制御部1をP要素
のみで構成し、オーバーシュート等の、いわゆるワイン
ドアップを少なくすることができると言う提案を、既に
特開平3−226286号公報にて行っている。その明
細書に開示したように、この機能を発揮するには図2に
示した等価外乱補償部5のNext, in FIG. 1, a proposal has been made in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-226286 that the PI control section 1 is composed of only P elements and that so-called windup such as overshoot can be reduced. Is going. As disclosed in that specification, in order to exhibit this function, the equivalent disturbance compensator 5 shown in FIG.
【外3】 JS+D (J,Dはノミナル値) のブロックは[3] JS + D (J and D are nominal values)
【外4】 D=0 (Dはノミナル値) とおく必要がある。Dは等価的に速度のオフセットとし
て残るために0とおく必要がある。しかし本発明では、
図5及び図6の5′に示す如く、ω(s)からのブロッ
クは〔Kw〕と言う比例要素のみなので、当然速度のオ
フセットとして残る。そこで、1/Kp・Kw・ω
(s)を指令入力側に加算し、オフセットをキャンセル
する。It is necessary to set D = 0 (D is a nominal value). D must be set to 0 to remain equivalently as a speed offset. However, in the present invention,
As shown at 5 'in FIGS. 5 and 6, since the block from ω (s) is only a proportional element called [Kw], it naturally remains as a speed offset. Therefore, 1 / Kp · Kw · ω
(S) is added to the command input side to cancel the offset.
【0016】以上の説明による回路にフィードフォワー
ド部4を追加することで、既提案の多機能形制御装置と
同等の効果を発揮することができる。図6にこれらの全
システムブロック線図を示す。By adding the feedforward section 4 to the circuit described above, the same effect as that of the proposed multi-function control device can be achieved. FIG. 6 shows a block diagram of all these systems.
【0017】[0017]
【実施例】図6に示した主要ブロックに対する主要ハー
ド構成を図3に示してあり、CPUとROM,RAM及
びディジタル入出力装置とアナログ入出力装置等からな
っている。FIG. 3 shows a main hardware configuration of the main block shown in FIG. 6, which comprises a CPU, a ROM, a RAM, a digital input / output device, an analog input / output device and the like.
【0018】以下図6の動作を説明する。指令設定器操
作等により指令入力であるRを変化させ、指令入力部3
を通して指令出力rとする。The operation of FIG. 6 will be described below. The command input unit 3 changes the command input R by operating a command setting device.
Through the command output r.
【0019】最終的な指令入力であるrと状態量の一部
である出力Yとの偏差eを、PI制御装置1等からなる
安定化補償を施して、その出力がT* (S) となる。T*
(S)はパワーアクチュエータを通すことにより、ゲイン
KT を掛けて、制御対象2に加えられる。The deviation e between the final command input r and the output Y which is a part of the state quantity is subjected to stabilization compensation by the PI controller 1 and the like, and the output is represented by T * (S). Become. T *
(S) by passage through a power actuator, multiplied by a gain K T, it applied to the control object 2.
【0020】フィードフォワード補償においては、最終
指令のrを入力し、その出力を安定化補償出力に加算さ
れる。一方、等価外乱補償において、T* (S) とYとを
入力として、演算結果を同じく安定化補償の出力に加算
されるものとする。In the feedforward compensation, the final command r is input, and its output is added to the stabilization compensation output. On the other hand, in the equivalent disturbance compensation, it is assumed that T * (S) and Y are input and the calculation result is similarly added to the output of the stabilization compensation.
【0021】ここで、CPUは汎用CPUでも実現でき
るが、より高速応答を要する場合には、ディジタルシグ
ナルプロセッサ(DSP)を用いれば、50μs 程度のサ
ンプリングで実現できる。Here, the CPU can be realized by a general-purpose CPU, but when a higher-speed response is required, it can be realized by sampling of about 50 μs by using a digital signal processor (DSP).
【0022】[0022]
【発明の効果】以上説明した本発明による制御装置は、
指令をスムースにするための加減速調整器と、最終指令
入力と出力との偏差を応答よく零にするためのフィード
フォワード補償部と、負荷外乱や制御対象の定数変動に
ロバストにするための等価外乱補償部との、三つの主要
機能を組み合わせた制御装置であって、特に等価外乱補
償部については微分要素を取り除き、比例要素とフィル
タ要素とで構成することにより、簡単なアルゴリズムで
ノイズの影響を軽減でき、各機能の特長を保有したまま
で欠点を除去できるものであり、高速応答でなおかつロ
バストな制御が実現できる実用性の高い装置を提供でき
る。The control device according to the present invention described above has the following features.
Acceleration / deceleration regulator for smoothing the command, feed-forward compensator for zeroing the deviation between the final command input and output with good response, and equivalence for robustness against load disturbance and constant fluctuation of the controlled object A control device that combines three main functions with a disturbance compensator.Especially for the equivalent disturbance compensator, the differential element is removed, and by using a proportional element and a filter element, the influence of noise can be reduced with a simple algorithm. It is possible to provide a highly practical device that can realize high-speed response and robust control while maintaining the features of each function.
【図1】多機能形制御装置の基本構成を示すブロック線
図である。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a multi-function control device.
【図2】通常の等価外乱補償部を有する速度制御システ
ムのブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of a speed control system having a normal equivalent disturbance compensation unit.
【図3】本発明の多機能制御装置の主要ブロックに対す
る主要ハード構成を示すブロック線図である。FIG. 3 is a block diagram showing a main hardware configuration for main blocks of the multi-function control device of the present invention.
【図4】安定化フィードバック制御装置の従来例を示す
ブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example of a stabilizing feedback control device.
【図5】本発明の多機能制御装置の一実施例の要部のブ
ロック線図である。FIG. 5 is a block diagram of a main part of an embodiment of the multifunction control device according to the present invention.
【図6】本発明の別の実施例の全システムを示すブロッ
ク線図である。FIG. 6 is a block diagram showing the entire system of another embodiment of the present invention.
1 PI制御装置 2 制御対象 3 指令入力部(加減速調整器) 4 フィードフォワード部 5,5′等価外乱補償部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 PI controller 2 Control object 3 Command input part (acceleration / deceleration adjuster) 4 Feed forward part 5, 5 'equivalent disturbance compensation part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 13/00 - 13/04 G05B 11/36 501 H02P 5/00 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G05B 13/00-13/04 G05B 11/36 501 H02P 5/00 JICST file (JOIS)
Claims (3)
I(積分)要素等から構成される安定化制御装置を通し
て制御対象に印加入力することにより安定制御を行うに
あたり、制御対象への印加入力量と状態量とから等価外
乱量を推定する等価外乱推定器を構成し、この推定量を
制御対象の入力側に帰還させることによりパラメータ変
動や負荷外乱にロバストな制御系を構成した制御装置に
おいて、 前記等価外乱推定器の構成要素の一部である状態量に乗
じる帰還係数を比例要素のみで構成したことを特徴とす
る制御装置。A deviation between a command input and a state quantity is represented by P (proportional),
Equivalent disturbance estimation for estimating an equivalent disturbance amount from an input amount applied to the control target and a state amount in performing the stability control by applying the input to the control target through a stabilization control device including an I (integral) element and the like. A control device that constitutes a control device and configures a control system that is robust against parameter fluctuations and load disturbances by feeding back the estimated amount to the input side of the control target, wherein a state that is a part of the component of the equivalent disturbance estimator A control device characterized in that a feedback coefficient for multiplying an amount is constituted only by a proportional element.
みとし、且つ前記状態量に帰還係数を乗じた量に1/K
P を乗じた値を指令入力に加算したことを特徴とする請
求項1記載の制御装置。2. A stabilizing device comprising only a gain K P and an amount obtained by multiplying the state quantity by a feedback coefficient is 1 / K
2. The control device according to claim 1, wherein a value multiplied by P is added to the command input.
速調整器(ARC) を通して入力され、この入力量に制御対
象の逆関数を乗じて前記安定化装置の出力に加算するこ
とにより、フィードフォワード回路を構成したことを特
徴とする請求項1又は2記載の制御装置。3. A command input is input through an acceleration / deceleration adjuster (ARC) for defining the rate of change over time, and the input amount is multiplied by an inverse function of a control object and added to the output of the stabilizing device. 3. The control device according to claim 1, wherein a feedforward circuit is configured.
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JP4220230A Expired - Fee Related JP2850076B2 (en) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | Control device |
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Family Cites Families (2)
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JPH03155383A (en) * | 1989-11-08 | 1991-07-03 | Mitsubishi Electric Corp | Motor controller |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP4220230A patent/JP2850076B2/en not_active Expired - Fee Related
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