JP2013125325A - Energy evaluation control method, and energy evaluation control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御系にばね力が作用する場合にも制御が可能となるエネルギ評価制御方法及びエネルギ評価制御装置に関するものである。 The present invention relates to an energy evaluation control method and an energy evaluation control device that can perform control even when a spring force acts on a control system.
本発明者は、従来のＰＩＤ制御の問題点を解決するフィードバック最短時間制御を考案した。このフィードバック最短時間制御は、目標位置までの行程の半分で制御対象を最大加速度で加速し、残りの半分の行程を最大減速度で減速して、目標位置に制御対象を静止させる最短時間制御（フィードフォワード制御の一種）を用いたものである。本明細書では、正の加速度、負の加速度をそれぞれ加速度、減速度と称する。 The inventor has devised a feedback minimum time control that solves the problems of conventional PID control. In this feedback shortest time control, the control object is accelerated at the maximum acceleration in half of the stroke to the target position, and the other half of the stroke is decelerated at the maximum deceleration, so that the control object is stopped at the target position ( This is a type of feedforward control. In this specification, positive acceleration and negative acceleration are referred to as acceleration and deceleration, respectively.
具体的には、加速から減速へ切り替える切替時刻と、減速の終了時刻を算出し、切替時刻までは出力加速度を最大加速度とし、切替時刻から終了時刻までは出力加速度を最大減速度とすると共に、切替時刻と終了時刻の算出を予め設定した計算周期毎に繰り返して、切替時刻と終了時刻とを更新するものである。更に、本発明者は、制御対象の運動エネルギと現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量との和である残留エネルギの減少と共に制御出力を小さくして、制御出力を収束させることを考えた。 Specifically, the switching time to switch from acceleration to deceleration and the end time of deceleration are calculated, the output acceleration is set to the maximum acceleration until the switching time, the output acceleration is set to the maximum deceleration from the switching time to the end time, The calculation of the switching time and the end time is repeated every preset calculation cycle, and the switching time and the end time are updated. Furthermore, the present inventor considers that the control output is reduced and the control output is converged with a decrease in the residual energy that is the sum of the kinetic energy of the control target and the braking work that can be performed from the current position to the target position. It was.
これらのフィードバック最短時間制御によれば、予め設定した計算周期毎に制御の各時刻における目標値と制御値の偏差を入れて切替時刻と終了時刻を更新するというフィードバックの要素を取り入れているため、外的要因が発生しても安定した制御結果を得ることができる。また、本発明者のシミュレーションによって、フィードバック最短時間制御は、ＰＩＤ制御よりも安定且つ高速であることが確認されたが、２次関数の解を求める必要があるため、計算負荷が大きくコントローラの性能が低いと、計算周期を長くしないと適用できないという問題があった。 According to these feedback shortest time controls, since a feedback element that updates a switching time and an end time by introducing a deviation between a target value and a control value at each control time for each preset calculation cycle is incorporated, Even if an external factor occurs, a stable control result can be obtained. In addition, it has been confirmed by the inventor's simulation that the feedback shortest time control is more stable and faster than the PID control. However, since it is necessary to obtain a solution of a quadratic function, the calculation load is large and the performance of the controller is large. If it is low, there is a problem that it cannot be applied unless the calculation cycle is lengthened.
この問題を解決すべく、本発明者は、より簡便な方法でフィードバック最短時間制御とほぼ同等の制御結果が得られるエネルギ評価制御を考案した。このエネルギ評価制御の特徴は、（１）制御対象の運動エネルギと現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量との比較により駆動、制動を切り替えること、（２）制御出力の上限を制御対象の運動エネルギと制動仕事量の絶対値との和に比例して低下させること、（３）制動仕事量の制動方向を偏差のプラスマイナスにより切り替えること、（４）目標位置、目標速度を設定し、偏差の変化量から計算した制御対象の運動エネルギから目標速度での制御対象の運動エネルギを差し引くことで、位置と速度とを同時に目標値に合わせることができる点にある。これにより、フィードバック最短時間制御に対して計算量を少なくでき、またエネルギ量の比較により制御を行うため、物理的な意味合いが明確となり、更に目標位置と目標位置での目標速度とを同時に与え、制御することが可能になる。 In order to solve this problem, the present inventor has devised an energy evaluation control that can obtain a control result almost equivalent to the feedback shortest time control by a simpler method. The features of this energy evaluation control are: (1) switching between driving and braking by comparing the kinetic energy of the controlled object with the braking work that can be achieved from the current position to the target position, and (2) the upper limit of the control output to be controlled. Decrease in proportion to the sum of the kinetic energy and the absolute value of the braking work, (3) switch the braking direction of the braking work by the plus or minus of the deviation, (4) set the target position and target speed By subtracting the kinetic energy of the controlled object at the target speed from the kinetic energy of the controlled object calculated from the deviation change amount, the position and the speed can be adjusted to the target value at the same time. As a result, the amount of calculation can be reduced with respect to the feedback shortest time control, and the control is performed by comparing the amount of energy, so the physical meaning becomes clear, and furthermore, the target position and the target speed at the target position are given simultaneously, It becomes possible to control.
しかしながら、前述したエネルギ評価制御では、制御系にばね力が作用する場合には厳密には制御が目標位置に到達できないという問題があった。 However, in the energy evaluation control described above, there is a problem that strictly when the spring force acts on the control system, the control cannot reach the target position.
そこで、本発明の目的は、制御系にばね力が作用する場合にも制御が可能となるエネルギ評価制御方法及びエネルギ評価制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an energy evaluation control method and an energy evaluation control device that enable control even when a spring force acts on a control system.
この目的を達成するために創案された本発明は、アクチュエータを駆動、制動させて、ばね力が作用する制御対象を目標位置まで移動させるに際し、制御対象の運動エネルギと制御対象の現在位置におけるひずみエネルギとの和、及び現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量と制御対象の目標位置におけるひずみエネルギとの和を予め設定した計算周期毎に比較し、両方の和が等しくなった時点を境にして駆動と制動とを切り替えるエネルギ評価制御方法である。 The present invention devised to achieve this object is that when the actuator is driven and braked to move the controlled object to which the spring force is applied to the target position, the kinetic energy of the controlled object and the distortion at the current position of the controlled object. The sum of the energy and the sum of the braking work that can be performed from the current position to the target position and the strain energy at the target position to be controlled are compared for each preset calculation cycle, and the time when both sums become equal This is an energy evaluation control method that switches between driving and braking at the boundary.
目標位置である目標値をＸt、現在位置である制御値をＸ、計算周期をΔｔ、現在の制御値をＸ0、１計算周期前の制御値をＸ-1、制御対象の速度をｖ、ばね定数をｋ、ばねの自然長位置をＸp、制御対象の質量をｍ、制御対象の運動エネルギをＶ、制御対象の現在位置におけるひずみエネルギをＫ1、制御対象の目標位置におけるひずみエネルギＫ2としたとき、「ｖ＝（Ｘ0−Ｘ-1）／Δｔ」、「Ｖ＝ｖ2／２」、「Ｋ1＝ｋ（Ｘ−Ｘp）2／２ｍ」、「Ｋ2＝ｋ（Ｘt−Ｘp）2／２ｍ」とすると良い。 The target value that is the target position is X t , the control value that is the current position is X, the calculation cycle is Δt, the current control value is X 0 , the control value before the calculation cycle is X −1 , and the speed of the control target is v , The spring constant is k, the natural length position of the spring is X p , the mass of the controlled object is m, the kinetic energy of the controlled object is V, the strain energy at the current position of the controlled object is K 1 , and the strain energy at the target position of the controlled object when the K 2, "v = (X 0 -X -1) / Δt ", "V = v 2/2", "K 1 = k (X-X p) 2 / 2m ", "K 2 = k (X t -X p) may be set to be 2 / 2m ".
現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量である制動可能仕事をＷ、最大加速度をαp、最大減速度をαmとしたとき、「Ｘt−Ｘ＞０」の場合には「Ｗ＝αm（Ｘt−Ｘ）」とし、「Ｘt−Ｘ≦０」の場合には「Ｗ＝αp（Ｘt−Ｘ）」とすると良い。 When “X t −X> 0” is satisfied, “W” represents the braking work that can be performed from the current position to the target position, W is the maximum braking acceleration, α p is the maximum acceleration, and α m is the maximum deceleration. = Α m (X t −X) ”and“ W = α p (X t −X) ”when“ X t −X ≦ 0 ”.
「Ｘt−Ｘ＞０」の場合には、「Ｖ＋Ｋ1≦｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαp、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαmとし、「Ｘt−Ｘ≦０」の場合には、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαp、「Ｖ＋Ｋ1≦｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαmとし、この出力加速度に相当するアクチュエータ推力をアクチュエータの駆動と制動とを切り替えて発生させると良い。 In the case of “X t −X> 0”, the output acceleration is α p when “V + K 1 ≦ | W | + K 2 ”, and the output acceleration is α m when “V + K 1 > | W | + K 2 ”. In the case of “X t −X ≦ 0”, the output acceleration is α p when “V + K 1 > | W | + K 2 ” and the output acceleration when “V + K 1 ≦ | W | + K 2 ”. It is preferable to set α m and generate an actuator thrust corresponding to the output acceleration by switching between driving and braking of the actuator.
また本発明は、アクチュエータを駆動、制動させて、ばね力が作用する制御対象を目標位置まで移動させるに際し、制御対象の運動エネルギと制御対象の現在位置におけるひずみエネルギとの和、及び現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量と制御対象の目標位置におけるひずみエネルギとの和を予め設定した計算周期毎に比較する比較手段と、両方の和が等しくなった時点を境にして駆動と制動とを切り替える切替手段とを備えるエネルギ評価制御装置である。 Further, the present invention drives and brakes the actuator to move the controlled object to which the spring force is applied to the target position. From the current position and the sum of the kinetic energy of the controlled object and the strain energy at the current position of the controlled object. Comparing means that compares the sum of the braking work that can be achieved up to the target position and the strain energy at the target position of the control target for each preset calculation cycle, and driving and braking at the time when both sums become equal It is an energy evaluation control apparatus provided with the switching means which switches.
前記比較手段は、目標位置である目標値をＸt、現在位置である制御値をＸ、計算周期をΔｔ、現在の制御値をＸ0、１計算周期前の制御値をＸ-1、制御対象の速度をｖ、ばね定数をｋ、ばねの自然長位置をＸp、制御対象の質量をｍ、制御対象の運動エネルギをＶ、制御対象の現在位置におけるひずみエネルギをＫ1、制御対象の目標位置におけるひずみエネルギＫ2としたとき、「ｖ＝（Ｘ0−Ｘ-1）／Δｔ」、「Ｖ＝ｖ2／２」、「Ｋ1＝ｋ（Ｘ−Ｘp）2／２ｍ」、「Ｋ2＝ｋ（Ｘt−Ｘp）2／２ｍ」とすると良い。 The comparison means sets the target value as the target position to X t , the control value as the current position to X, the calculation cycle to Δt, the current control value to X 0 , and the control value before the calculation cycle to X −1 . The velocity of the object is v, the spring constant is k, the natural length position of the spring is X p , the mass of the controlled object is m, the kinetic energy of the controlled object is V, the strain energy at the current position of the controlled object is K 1 , when the energy K 2 strain at the target position, "v = (X 0 -X -1) / Δt ", "V = v 2/2", "K 1 = k (X-X p) 2 / 2m " , it may be set to be "K 2 = k (X t -X p) 2 / 2m ".
前記比較手段は、現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量である制動可能仕事をＷ、最大加速度をαp、最大減速度をαmとしたとき、「Ｘt−Ｘ＞０」の場合には「Ｗ＝αm（Ｘt−Ｘ）」とし、「Ｘt−Ｘ≦０」の場合には「Ｗ＝αp（Ｘt−Ｘ）」とすると良い。 It said comparing means, when the work that can be done by braking a braking amount of work can be made from the current position to the target position is W, the maximum acceleration alpha p, the maximum deceleration and alpha m, the "X t -X>0" In this case, “W = α m (X t −X)”, and in the case of “X t −X ≦ 0”, “W = α p (X t −X)” is preferable.
前記比較手段は、「Ｘt−Ｘ＞０」の場合には、「Ｖ＋Ｋ1≦｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαp、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαmとし、「Ｘt−Ｘ≦０」の場合には、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαp、「Ｖ＋Ｋ1≦｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαmとし、前記切替手段は、この出力加速度に相当するアクチュエータ推力をアクチュエータの駆動と制動とを切り替えて発生させると良い。 In the case of “X t −X> 0”, the comparison means sets the output acceleration to α p when “V + K 1 ≦ | W | + K 2 ” and when “V + K 1 > | W | + K 2 ”. When the output acceleration is α m and “X t −X ≦ 0”, the output acceleration is α p when “V + K 1 > | W | + K 2 ” and “V + K 1 ≦ | W | + K 2 ”. Sometimes the output acceleration is α m , and the switching means may generate an actuator thrust corresponding to the output acceleration by switching between driving and braking of the actuator.
本発明によれば、制御系にばね力が作用する場合にも制御が可能となるエネルギ評価制御方法及びエネルギ評価制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the energy evaluation control method and energy evaluation control apparatus which can be controlled also when a spring force acts on a control system can be provided.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
先ず、本発明の基礎となるエネルギ評価制御について説明する。 First, energy evaluation control that is the basis of the present invention will be described.
運動している物体を静止させようとする場合、一定の力で物体を止めるのに必要な仕事量は、止めるために加えた制動力と止まるまでに物体が移動した距離の積、即ち「制動仕事＝制動力・移動距離」で表される。 When trying to stop an object that is moving, the amount of work required to stop the object with a constant force is the product of the braking force applied to stop the object and the distance that the object has moved before stopping. It is expressed by “work = braking force / travel distance”.
このとき、物体を止めるまでにした仕事は、運動している物体が初めに持っていた運動エネルギに等しくなる。この単純な原理から、運動している物体を目標位置に止めるためには、「運動エネルギ＝（目標位置−現在位置）・制動力」となる位置から減速を開始すれば良いことが分かる。逆に、この条件に至るまでは物体を加速し続けても、目標位置に物体を静止させることが可能である。 At this time, the work done until the object is stopped is equal to the kinetic energy that the moving object originally had. From this simple principle, it can be seen that in order to stop the moving object at the target position, it is only necessary to start deceleration from a position where “kinetic energy = (target position−current position) · braking force”. Conversely, even if the object continues to be accelerated until this condition is reached, the object can be stopped at the target position.
つまり、「運動エネルギ＜（目標位置−現在位置）・制動力」の場合には「加速」となり、「運動エネルギ＞（目標位置−現在位置）・制動力」の場合には「減速」となる。 In other words, when “kinetic energy <(target position−current position) · braking force”, “acceleration”, and when “kinetic energy> (target position−current position) · braking force”, “deceleration”. .
これが、本発明の基礎となる制御則であり、本明細書ではこの制御則をエネルギ評価制御と称する。また、「（目標位置−現在位置）・制動力」は、現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量を表しており、本明細書ではこの制動仕事量を制動可能仕事と称する。 This is a control law that is the basis of the present invention, and in this specification, this control law is referred to as energy evaluation control. Further, “(target position−current position) · braking force” represents the amount of braking work that can be performed from the current position to the target position, and in this specification, this amount of braking work is referred to as braking work.
図１は、物体の質量が１、物体の初速度が０、物体の加速度が１、物体の減速度が−１、目標位置が４の条件で、物体を一定の加速度で加速し続けた場合の制動可能仕事と運動エネルギとの関係を示す。物体の質量をｍ、物体の速度をｖ、制動時に発生しうる物体の加速度をαとしたとき、運動エネルギは「（１／２）・ｍ・ｖ2」、制動可能仕事は「ｍ・α・（目標位置−現在位置）」で表される。 FIG. 1 shows a case where an object is continuously accelerated at a constant acceleration under the conditions that the mass of the object is 1, the initial velocity of the object is 0, the acceleration of the object is 1, the deceleration of the object is -1, and the target position is 4. The relationship between the work which can be braked and kinetic energy is shown. When the mass of the object is m, the velocity of the object is v, the acceleration of the object that can be generated during braking is α, the kinetic energy is “(1/2) · m · v 2 ”, and the work that can be braked is “m · α”.・ (Target position-current position) "
図１から分かるように、この条件では開始から２秒で運動エネルギと制動可能仕事とが等しくなるため、この時点で加速から減速へ切り替えれば、物体を目標位置で止めることが可能となる。 As can be seen from FIG. 1, under this condition, the kinetic energy and the work that can be braked become equal in 2 seconds from the start. Therefore, if switching from acceleration to deceleration at this time, the object can be stopped at the target position.
図２は、図１と同じ条件で、運動エネルギと制動可能仕事とが等しくなった時点で加速から減速に切り替えた場合の結果を示す。開始から２秒で加速から減速へ切り替えた結果、運動エネルギと制動可能仕事は同じ軌跡をたどって収束し、運動エネルギと制動可能仕事が同時にゼロとなり、制御が終了する。図２では、開始から４秒で運動エネルギと制動可能仕事が共にゼロになっているため、この時点で目標位置に静止したことが分かる。 FIG. 2 shows a result of switching from acceleration to deceleration at the time when the kinetic energy and the work that can be braked become equal under the same conditions as in FIG. As a result of switching from acceleration to deceleration in 2 seconds from the start, the kinetic energy and the work that can be braked converge along the same locus, the kinetic energy and the work that can be braked simultaneously become zero, and the control ends. In FIG. 2, since both the kinetic energy and the work that can be braked are zero in 4 seconds from the start, it can be seen that the vehicle has stopped at the target position at this point.
この運動エネルギと制動可能仕事との比較を制御中に常に実施することで負荷変動等による制御系の加速度変化にも追従することが可能となる。 By constantly performing comparison between the kinetic energy and the work that can be braked during the control, it is possible to follow the change in the acceleration of the control system due to the load fluctuation or the like.
このように、エネルギ評価制御を用いることで、ＯＮ／ＯＦＦ制御であっても制御値を目標値に最短時間で合致させることが可能である。また、計算はフィードバック最短時間制御に比べて非常にシンプルになっており、コントローラの計算負荷の軽減が可能となる。 Thus, by using energy evaluation control, it is possible to match the control value to the target value in the shortest time even in the ON / OFF control. Also, the calculation is much simpler than the feedback minimum time control, and the calculation load of the controller can be reduced.
エネルギ評価制御では、制御終了評価のための制御評価値を、運動エネルギと制動可能仕事の絶対値との和とすると良い。これにより、偏差と速度とが同時にゼロになる時を制御終了と判断することができる。 In the energy evaluation control, the control evaluation value for the control end evaluation may be the sum of the kinetic energy and the absolute value of the work that can be braked. Thereby, it can be determined that the control is finished when the deviation and the speed become zero at the same time.
一方、制御出力は、この制御評価値にＥゲイン（エネルギゲイン）を掛けた値に対し、制御出力の最大値、及び最小値で制限を掛けた値とすると良い。これにより、制御終了時に制御出力がゼロになる。なお、Ｅゲインは、制御評価値の減少と共に、制御出力を小さくしていくための係数である。 On the other hand, the control output is preferably a value obtained by multiplying the value obtained by multiplying the control evaluation value by the E gain (energy gain) with the maximum value and the minimum value of the control output. Thereby, the control output becomes zero at the end of the control. The E gain is a coefficient for reducing the control output as the control evaluation value decreases.
また、運動エネルギ、及び制動可能仕事には、制御系の質量ｍが共に掛かるため、両者を比較する上では質量ｍを無視することが可能なため、制御評価値を「制御評価値＝（１／２）・ｖ2＋｜（目標位置−現在位置）・制動加速度｜」とすると良い。これにより、制御出力は「制御出力＝制御評価値・Ｅゲイン・最大制御出力」（但し、制御出力は最大制御出力以下とする）となる。 Also, since the kinetic energy and the work that can be braked are both affected by the mass m of the control system, the mass m can be ignored in comparing the two, so the control evaluation value is expressed as “control evaluation value = (1 / 2) · v 2 + | (target position-current position) · braking acceleration | As a result, the control output becomes “control output = control evaluation value / E gain / maximum control output” (however, the control output is equal to or less than the maximum control output).
図３に、エネルギ評価制御の制御シミュレーション結果を示す。ここでは時間の経過を示す横軸を共通として縦軸の上段に変位を、下段に制御出力を示した。この結果より、エネルギ評価制御が原理的に成立していることが確認できる。 FIG. 3 shows a control simulation result of the energy evaluation control. Here, the horizontal axis indicating the passage of time is common, the displacement is shown in the upper part of the vertical axis, and the control output is shown in the lower part. From this result, it can be confirmed that the energy evaluation control is established in principle.
これまで説明してきたエネルギ評価制御は、主にアクチュエータの制御に用いられるものであり、理想的な環境の下で成立するものであるが、制御系にばね力が作用する環境下では、厳密には制御が目標位置に到達できない。 The energy evaluation control described so far is mainly used for controlling the actuator and is established under an ideal environment. However, strictly under an environment where a spring force acts on the control system, Cannot reach the target position.
そこで、本発明者は、ばね力の影響を補正して制御が目標位置に到達できるようにエネルギ評価制御を更に改良し、本発明に至った。 Therefore, the present inventor further improved the energy evaluation control so that the control can reach the target position by correcting the influence of the spring force, and has reached the present invention.
図４に示すように、本発明に係るエネルギ評価制御は、コントローラ１０によりアクチュエータ１１を駆動、制動させて、ばね１２が接続された制御対象１３を水平方向の所望の位置に制御する制御系１００において、アクチュエータ１１を駆動、制動させて、ばね力が作用する制御対象１３を目標位置まで移動させるに際し、制御対象１３の運動エネルギと制御対象１３の現在位置におけるひずみエネルギとの和、及び現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量と制御対象１３の目標位置におけるひずみエネルギとの和を予め設定した計算周期毎に比較し、両方の和が等しくなった時点を境にして駆動と制動とを切り替えることを特徴とする。 As shown in FIG. 4, in the energy evaluation control according to the present invention, the controller 10 drives and brakes the actuator 11 by the controller 10 to control the control target 13 to which the spring 12 is connected to a desired position in the horizontal direction. 2, when the actuator 11 is driven and braked to move the controlled object 13 on which the spring force acts to the target position, the sum of the kinetic energy of the controlled object 13 and the strain energy at the current position of the controlled object 13, and the current position The sum of the amount of braking work that can be performed from the target position to the target position and the strain energy at the target position of the control target 13 are compared for each preset calculation cycle, and the drive and braking are performed at the time when both sums become equal. It is characterized by switching.
このエネルギ評価制御は、アクチュエータ１１に接続されたコントローラ１０によって行われる。コントローラ１０は、制御対象１３の運動エネルギと制御対象１３の現在位置におけるひずみエネルギとの和、及び現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量と制御対象１３の目標位置におけるひずみエネルギとの和を予め設定した計算周期毎に比較する比較手段１４と、両方の和が等しくなった時点を境にして駆動と制動とを切り替える切替手段１５とを備える。 This energy evaluation control is performed by the controller 10 connected to the actuator 11. The controller 10 adds the kinetic energy of the control target 13 and the strain energy at the current position of the control target 13, and the sum of the braking work that can be performed from the current position to the target position and the strain energy at the target position of the control target 13. Is provided for each calculation cycle set in advance, and switching means 15 for switching between driving and braking at the time when both sums are equal.
以下、コントローラ１０によって行われる本発明に係るエネルギ評価制御を図５に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。 Hereinafter, the energy evaluation control according to the present invention performed by the controller 10 will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG.
先ず、ステップＳ１０１で予め設定されたアクチュエータ１１の最大加速度をαp、最大減速度をαmとしてデータの読み込みを行う。 First, in step S101, data is read with the maximum acceleration of the actuator 11 set in advance as α p and the maximum deceleration as α m .
続くステップＳ１０２で目標値をＸt、制御値をＸとして予め設定した値やセンサ等から読み込みを行い、ステップＳ１０３で速度ｖ、運動エネルギＶの計算を行い、ステップＳ１０４でひずみエネルギＫ1,2の計算を行う。具体的には、目標位置である目標値をＸt、現在位置である制御値をＸ、計算周期をΔｔ、現在の制御値をＸ0、１計算周期前の制御値をＸ-1、制御対象１３の速度をｖ、ばね定数をｋ、ばねの自然長位置をＸp、制御対象１３の質量をｍ、制御対象１３の運動エネルギをＶ、制御対象１３の現在位置におけるひずみエネルギをＫ1、制御対象１３の目標位置におけるひずみエネルギＫ2としたとき、「ｖ＝（Ｘ0−Ｘ-1）／Δｔ」、「Ｖ＝ｖ2／２」、「Ｋ1＝ｋ（Ｘ−Ｘp）2／２ｍ」、「Ｋ2＝ｋ（Ｘt−Ｘp）2／２ｍ」として計算を行う。なお、ｋ／ｍをばね定数と見れば質量ｍを表面上は無視することも可能である。 Subsequent target value X t at step S102, performs a read from the preset value, or sensor control value as X, velocity v in step S103, performs the calculation of the kinetic energy V, energy K 1, 2 strain in step S104 Perform the calculation. Specifically, the target value that is the target position is X t , the control value that is the current position is X, the calculation cycle is Δt, the current control value is X 0 , the control value before one calculation cycle is X −1 , The speed of the object 13 is v, the spring constant is k, the natural length position of the spring is X p , the mass of the controlled object 13 is m, the kinetic energy of the controlled object 13 is V, and the strain energy at the current position of the controlled object 13 is K 1. , when the energy K 2 strain in the target position of the controlled object 13, "v = (X 0 -X -1) / Δt ", "V = v 2/2", "K 1 = k (X-X p ) 2 / 2m ", perform the calculation as" K 2 = k (X t -X p) 2 / 2m ". If k / m is regarded as a spring constant, the mass m can be ignored on the surface.
その後、ステップＳ１０５で制動時に作用させる加速度の選択を行う。このステップＳ１０５では、「Ｘt−Ｘ＞０」であるか否かの判断を行い、ＹｅｓであればステップＳ１０６に進み、ＮｏであればステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０６では、加速度αaをαpとすると共に減速度αbをαmとする。一方、ステップＳ１０７では、加速度αaをαmとすると共に減速度αbをαpとする。この選択の後、ステップＳ１０８で制動可能仕事Ｗの計算を「Ｗ＝αb（Ｘt−Ｘ）」として行う。具体的には、現在位置から目標位置までになし得る制動仕事量である制動可能仕事をＷ、最大加速度をαp、最大減速度をαmとしたとき、「Ｘt−Ｘ＞０」の場合には「Ｗ＝αm（Ｘt−Ｘ）」とし、「Ｘt−Ｘ≦０」の場合には「Ｗ＝αp（Ｘt−Ｘ）」として計算を行う。 Thereafter, in step S105, an acceleration to be applied during braking is selected. In this step S105, it is determined whether or not “X t −X> 0”. If Yes, the process proceeds to step S106, and if No, the process proceeds to step S107. In step S106, the acceleration α a is α p and the deceleration α b is α m . On the other hand, in step S107, the acceleration α a is set to α m and the deceleration α b is set to α p . After this selection, the calculation of the brakeable work W is performed as “W = α b (X t −X)” in step S108. Specifically, when the brakeable work that can be performed from the current position to the target position is W, the maximum acceleration is α p , and the maximum deceleration is α m , “X t −X> 0” In this case, “W = α m (X t −X)”, and in the case of “X t −X ≦ 0”, calculation is performed with “W = α p (X t −X)”.
そして、ステップＳ１０９で出力加速度の選択を行う。このステップＳ１０９では、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」であるか否かの判断を行い、ＹｅｓであればステップＳ１１０に進み、ＮｏであればステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１０では、出力加速度をαbとし、ステップＳ１１１では、出力加速度をαaとする。具体的には、「Ｘt−Ｘ＞０」の場合には、「Ｖ＋Ｋ1≦｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαp、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαmとし、「Ｘt−Ｘ≦０」の場合には、「Ｖ＋Ｋ1＞｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαp、「Ｖ＋Ｋ1≦｜Ｗ｜＋Ｋ2」のときに出力加速度をαmとする。 In step S109, output acceleration is selected. In this step S109, it is determined whether or not “V + K 1 > | W | + K 2 ”. If Yes, the process proceeds to step S110, and if No, the process proceeds to step S111. In step S110, the output acceleration and alpha b, in step S111, the output acceleration and alpha a. Specifically, when “X t −X> 0”, the output acceleration is α p when “V + K 1 ≦ | W | + K 2 ”, and when “V + K 1 > | W | + K 2 ”. When the output acceleration is α m and “X t −X ≦ 0”, the output acceleration is α p when “V + K 1 > | W | + K 2 ” and “V + K 1 ≦ | W | + K 2 ”. Sometimes the output acceleration is α m .
これまでのステップＳ１０１〜Ｓ１１１は、コントローラ１０の比較手段１４によって行われる。 The steps S101 to S111 so far are performed by the comparison means 14 of the controller 10.
出力加速度の選択後、ステップＳ１１２でこの出力加速度に相当するアクチュエータ推力をアクチュエータ１１の駆動と制動とを切り替えて発生させる。ステップＳ１１２は、コントローラ１０の切替手段１５によって行われる。 After selecting the output acceleration, in step S112, an actuator thrust corresponding to the output acceleration is generated by switching between driving and braking of the actuator 11. Step S <b> 112 is performed by the switching unit 15 of the controller 10.
最後に、ステップＳ１１３で制御終了か否かの判断を行い、Ｙｅｓであれば制御を終わり、ＮｏであればステップＳ１０２に戻って再びステップＳ１０２〜Ｓ１１３が繰り返される。ステップＳ１１３は、コントローラ１０の比較手段１４によって行われる。 Finally, in step S113, it is determined whether or not the control is finished. If Yes, the control ends. If No, the process returns to step S102 and steps S102 to S113 are repeated again. Step S113 is performed by the comparison unit 14 of the controller 10.
このステップＳ１０２〜Ｓ１１３に要する時間は１計算周期Δｔに対応しており、その結果として、ステップＳ１０２〜Ｓ１１３が計算周期Δｔ毎に繰り返されることになる。 The time required for steps S102 to S113 corresponds to one calculation cycle Δt, and as a result, steps S102 to S113 are repeated for each calculation cycle Δt.
このように制御系に作用する外力（ばね力）をひずみエネルギの形で運動エネルギに足し、これを制動可能仕事と比較することで、即ちばね力に起因するひずみエネルギの概念を取り入れることで、ばね力の影響を補正することが可能となる。つまり、本発明によれば、ばね力の影響を補正することにより制御結果の誤差が縮小し、制御系にばね力が作用する場合にも制御が可能となる。 Thus, by adding the external force (spring force) acting on the control system to the kinetic energy in the form of strain energy, and comparing this with the work that can be braked, that is, by incorporating the concept of strain energy due to the spring force, It becomes possible to correct the influence of the spring force. That is, according to the present invention, the error of the control result is reduced by correcting the influence of the spring force, and control is possible even when the spring force acts on the control system.
１００ 制御系
１０ コントローラ
１１ アクチュエータ
１２ ばね
１３ 制御対象
１４ 比較手段
１５ 切替手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Control system 10 Controller 11 Actuator 12 Spring 13 Control object 14 Comparison means 15 Switching means
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