JP2019008707A - サーボ制御装置、サーボ制御方法及びシステム - Google Patents
サーボ制御装置、サーボ制御方法及びシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019008707A JP2019008707A JP2017126242A JP2017126242A JP2019008707A JP 2019008707 A JP2019008707 A JP 2019008707A JP 2017126242 A JP2017126242 A JP 2017126242A JP 2017126242 A JP2017126242 A JP 2017126242A JP 2019008707 A JP2019008707 A JP 2019008707A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gain
- speed
- servo control
- command
- pseudo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 25
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
- G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0421—Multiprocessor system
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0426—Programming the control sequence
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H2220/00—Function indicators
- B65H2220/02—Function indicators indicating an entity which is controlled, adjusted or changed by a control process, i.e. output
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
【課題】指令応答特性を希望特性に調整することが容易であり、かつ、指令応答特性とロバスト性とを独立に調整することができるサーボ制御装置を提供する。
【解決手段】PI制御部を有して比例−比例積分(P−PI)制御により離散時間系での演算を行うサーボ制御装置において、ローパスフィルタを有する速度帰還経路内に、擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる第1のゲイン手段と、擬似速度を遅延させる遅延手段と、遅延させた擬似速度に第2のゲインH2を作用させる第2のゲイン手段とを設け、第1及び第2のゲイン手段の出力の和をローパスフィルタに入力する。PI制御手段の伝達関数Fa(z)とローパスフィルタの伝達関数Fb(z)との間に、Fa(z)=1/(1−z-1Fb(z))の関係を成り立たせる。
【選択図】図2
【解決手段】PI制御部を有して比例−比例積分(P−PI)制御により離散時間系での演算を行うサーボ制御装置において、ローパスフィルタを有する速度帰還経路内に、擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる第1のゲイン手段と、擬似速度を遅延させる遅延手段と、遅延させた擬似速度に第2のゲインH2を作用させる第2のゲイン手段とを設け、第1及び第2のゲイン手段の出力の和をローパスフィルタに入力する。PI制御手段の伝達関数Fa(z)とローパスフィルタの伝達関数Fb(z)との間に、Fa(z)=1/(1−z-1Fb(z))の関係を成り立たせる。
【選択図】図2
Description
本発明は、モータの位置制御やロボットの軸制御などを行なうサーボ制御装置及びサーボ制御方法と、サーボ制御装置を有して構成されたサーボ制御システムとに関する。
位置指令が与えられてモータの位置(回転位置)やロボットの軸を制御するサーボ制御では、P−PI(比例・比例積分)がよく用いられている。例えばモータの回転位置をP−PI制御によって制御するサーボ制御装置は、モータに接続された位置検出機構(エンコーダなど)によって得られた回転位置を微分して回転速度を得るとともに、回転位置と回転速度とがフィードバックされて回転位置の偏差に対して比例制御(P制御)を行い、回転速度偏差に対して比例積分制御(PI)制御を行なう。サーボ制御装置では、安定した制御を行なうために、P−PI制御に用いられるゲイン(例えば位置ループゲインKp、速度ループゲインKv及び積分ゲインKi)やフィルタ要素(例えば微分フィルタ要素及び積分フィルタ要素)などを適切に設定することが必要である。ゲインやフィルタ要素は一般に伝達関数で表わされるから、これらのP−PI制御に用いるゲインやフィルタ要素は、モータとその負荷とを含む制御系の挙動からモデルを算出し、そのモデルを構成する各モデルパラメータに基づいて決定することができる。P−PI制御は、PI制御を行なう部分において外乱や負荷変動に対するロバスト性を有している優れた手法である。
ところでモータの負荷に変動があったとき、例えば、モータに負荷として接続されている動作対象物のイナーシャが変化したりあるいは外乱が加わったりした場合には、ロバスト性に優れているP−PI制御といえども、指令応答特性を維持しながら安定した制御を引き続いて実現するためには、P−PI制御に用いるゲインやフィルタ要素をその変動に合わせて変化させることが必要である。特許文献1は、動作対象物及びモータのイナーシャを検出するイナーシャ検出手段を設け、イナーシャ検出手段で検出されたイナーシャに基づき、積分フィルタ要素及び微分フィルタ要素を構成するモデルパラメータを求め、その求めたモデルパラメータに基づいて積分フィルタ要素及び微分フィルタ要素を適応的に変化させることを開示している。特許文献2は、モータへの入力とモータからの出力(すなわち位置)とを観測してモータゲイン要素を推定し、P−PI制御を行なうための閉ループの特性を所望の伝達関数に一致させることを開示している。
しかしながらモータやロボットを制御するためにモデルを構築した上でこのモデルに基づいてP−PI制御を行なう方法では、依然として指令応答特性を希望特性(モデル)に調整することに困難があり、また、外乱に対して影響を被る度合いすなわちロバスト性(外乱特性)を調整すると指令応答特性が変化し、逆に指令応答特性を調整するとロバスト性が変化する、という課題がある。
本発明の課題は、ロバスト性を保持したまま指令応答特性を希望特性に調整することが容易であり、かつ、指令応答特性とロバスト性とを独立に調整することができるサーボ制御装置及びサーボ制御方法と、このようなサーボ制御装置を組み込んだサーボ制御システムとを提供することにある。
本発明のサーボ制御装置は、位置指令に基づき動作対象物を動作させる駆動手段を制御する、離散時間系での演算を行うサーボ制御装置であって、位置指令と負帰還された検出位置とに基づいて位置偏差を算出する手段と、検出位置から擬似速度を算出する差分手段とローパスフィルタとを少なくとも含む速度帰還経路と、速度帰還経路を介して入力した擬似速度と位置偏差との偏差に対して比例積分制御演算を施して駆動手段に対する駆動指令を生成するPI制御手段と、を備え、速度帰還経路は、擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる第1のゲイン手段と、擬似速度を遅延させる遅延手段と、遅延手段によって遅延させられた擬似速度に第2のゲインH2を作用させる第2のゲイン手段とをさらに備え、第1のゲイン手段の出力と第2のゲイン手段の出力との和がローパスフィルタに入力し、PI制御手段の伝達関数をFa(z)とし、ローパスフィルタの伝達関数をFb(z)として、Fa(z)=1/(1−z-1Fb(z))が成り立つことを特徴とする。
本発明のサーボ制御方法は、離散時間系での演算を行い、位置指令に基づき動作対象物を動作させる駆動手段を制御するサーボ制御方法であって、位置指令と負帰還された検出位置とに基づいて位置偏差を算出する工程と、差分演算により検出位置から擬似速度を算出して擬似速度を帰還させる帰還工程と、帰還した擬似速度と位置偏差との偏差に対して比例積分制御演算を施して駆動手段に対する駆動指令を生成する工程と、を有し、帰還工程は、擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる工程と、擬似速度を遅延させる遅延工程と、遅延工程によって遅延させられた擬似速度に第2のゲインH2を作用させる工程と、第1のゲインH1が作用された擬似速度と第2のゲインH2が作用された擬似速度との和をローパスフィルタに入力させる工程と、を有し、比例積分制御演算での伝達関数をFa(z)とし、ローパスフィルタの伝達関数をFb(z)として、Fa(z)=1/(1−z-1Fb(z))が成り立つことを特徴とする。
本発明のサーボシステムは、本発明のサーボ制御装置と、駆動手段と、を有する。
本発明では、従来のPI制御装置において速度が帰還する経路に設けられるフィードバックゲイン手段に対し、遅延手段と第2のゲイン手段とを直列に接続したものを付加し、さらに、PI制御手段の伝達関数とローパスフィルタの伝達関数との間に制約を設けることによって、P−PI制御の利点であるロバスト性を維持しつつ、指令応答特性を希望特性に調整することが容易となり、かつ、指令応答特性とロバスト性とを独立に調整することが可能になる。
上述した本発明のサーボ制御装置において、PI制御手段を別な形で構成して、速度帰還経路を介して入力した擬似速度と位置偏差との偏差をそのまま駆動手段に対する駆動指令とし、第1のゲイン手段の出力と第2のゲイン手段との出力の和からこの駆動指令を減じたものをローパスフィルタに入力するようにしてもよい。このように構成しても上述のサーボ制御装置と数学的に等価であり、したがって上述したものと同様の作用が得られる。加えて、PI制御手段を別な形で実現して、フィードバック制御機能とフィルタとを共有することで、装置の実装が容易になる。上述したサーボ制御方法においても同様に、比例積分制御演算を別な形で実現することができる。
本発明において、δ=z−1とおいて、一例としてローパスフィルタの伝達関数Fb(z)をFb(z)=q0z/(δ+q0)とすることができる。この伝達関数Fb(z)によれば、積分パラメータq0を用いて位置指令応答特性とは独立に外乱特性を制御することができる。さらに本発明では、駆動指令により駆動手段を駆動するときの速度比例制御ゲインをGとし、駆動手段と動作対象物とを合わせた伝達特性P(z)をr0z/(δ2+p1)とモデル化し、位置指令から検出位置指令までの位置指令応答特性をm0z/(δ2+m1δ+m0)として、G=m0/r0,H1=−(p1−m1+m0−q0)/(m0q0),H2={(m1−m0)/m0}−H1とすることができる。P(z)をこのようにモデル化することによって、サーボ制御に要求される所望の位置指令応答特性が与えられたときに、その位置指令応答特性に対応した各ゲインG,H1,H2を簡単に決定することができる。
このように本発明によれば、ロバスト性を保持したまま指令応答特性を希望特性に調整することが容易であり、かつ、指令応答特性とロバスト性とを独立に調整することができるようになる。
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の一形態のサーボ制御システムの構成を示している。
本実施形態のサーボ制御システムは、動作対象物4が機械的に接続されて動作対象物4を駆動するモータ2と、モータ2を制御するサーボ制御装置1とを備えている。ここではサーボ制御装置1によってモータ2を制御するサーボ制御システムを説明するが、制御対象はモータに限定されるものではなく、例えばロボットなどであってもよい。モータ2は、一例として交流サーボモータあるいは直流サーボモータであり、負荷である動作対象物4を駆動する。モータ2には、モータ2の回転位置を検出する、エンコーダなどの位置検出機構3が取り付けられている。サーボ制御装置1は、外部から与えられる位置指令と位置検出機構3からの検出信号とに基づいて閉ループ系による制御を実行し、モータ2を駆動する。
図2は、図1に示すサーボ制御システムにおいて、モータ2に対する回転指令を入力としモータ2の位置すなわち位置検出機構3によって検出された検出位置を出力としたときの閉ループ系をブロック線図で表わしたものである。ここでは、マイクロプロセッサなどによってサーボ制御装置1を構成することを念頭において、連続時間系でのラプラス変換による伝達関数ではなく、離散時間系でのz変換による伝達関数を用いることとする。zは進み演算子である。図において、モータ2及び動作対象物4からなる制御対象要素15の伝達関数はP(z)で表わされている。制御対象要素15からは、位置検出機構3の出力である検出位置y(k)が出力される。したがって、図2において制御対象要素15以外の要素がサーボ制御装置1に含まれることになる。
サーボ制御装置1がなすべきことは、入力される位置指令
Fa(z)=(δ+q0)/δ (2)
q0は、システムを特徴付ける積分パラメータの1つである。サーボ制御装置1内に設けられているか、あるいはサーボ制御装置1の外部に設けられているドライバ回路(不図示)が、指令u(k)に基づいてモータ2を駆動する。このとき、ブロック線図上では、この指令u(k)は、Gで表わされる速度制御比例ゲインを作用させる速度制御比例ゲイン要素14を経て、制御対象要素15に対する入力となる。以下の説明において、制御対象要素15の伝達関数P(z)には、ドライバ回路による寄与も含まれているものとする。制御対象要素15への入力には、外乱dも作用する。Gは、モデルパラメータm0,r0を用いると、式(3)で表わされる。
G=m0/r0 (3)
サーボ制御装置1には、モータ2の制御のために、さらに、検出位置y(k)の時間差分を求めて擬似速度v(k)として出力する差分要素16と、擬似速度v(k)が入力する第1のゲイン要素17と、擬似速度v(k)が入力する遅延要素18と、遅延要素18の出力が入力する第2のゲイン要素19と、第1のゲイン要素17の出力と第2のゲイン要素19の出力とを加算する加算点20と、加算点20での加算結果が入力するローパスフィルタ21とが設けられている。差分要素16、遅延要素18、第1のゲイン要素17及び第2のゲイン要素19は、それぞれ、差分手段、遅延手段、第1のゲイン手段及び第2のゲイン手段に対応する。前述したように、ローパスフィルタ21の出力が加算点12に負帰還しており、差分要素16の出力からローパスフィルタ21を経て加算点12に至るまでの経路が速度帰還経路となる。ここで差分要素16の伝達関数はδ/zで表わされ、遅延要素18はz-1で表わされる。また、第1のゲイン要素17の伝達関数H1及び第2のゲイン要素18の伝達関数H2は、それぞれ、式(4), (5)で表わされ、ローパスフィルタ21の伝達関数Fb(z)は、式(6)で表わされる。
H1=−(p1−m1+m0−q0)/(m0q0) (4),
H2={(m1−m0)/m0}−H1 (5),
Fb(z)=q0z/(δ+q0) (6)
ここで、p1,m1もモデルパラメータである。
H1=−(p1−m1+m0−q0)/(m0q0) (4),
H2={(m1−m0)/m0}−H1 (5),
Fb(z)=q0z/(δ+q0) (6)
ここで、p1,m1もモデルパラメータである。
ここで本実施形態における制御対象要素15について説明する。ラプラス変換を用いる連続時間系での伝達関数として考えると、モータ2と動作対象物4のイナーシャの和をJ、モータ2と動作対象物4の粘性に関するパラメータをc、ゲインをgとすれば、ドライバ回路を含むモータ2と動作対象物4とからなる制御対象要素15は一般にg/(Js2+cs)でモデル化することができ、これはK/(s2+λs)とすることができる。λ=0とさらに簡略化する場合もある。本実施形態では、マイクロプロセッサなどを用いてデジタル制御を行なうこととしているので、K/(s2+λs)を離散時間モデルに変換し、(b1z+b0)/(z2+a1z+a0)を得る。これをさらに(r0z)/(δ2+p1δ)と近似する。結局、この実施形態では、伝達関数をP(z)が式(7)で表わされるように、制御対象要素15をモデル化する。
P(z)=r0z/(δ2+p1δ) (7)
P(z)=r0z/(δ2+p1δ) (7)
次に、本実施形態のサーボ制御システムについて、従来技術における一般的なサーボ制御システムと対比させながら、さらに詳しく説明する。図3は、例えば特許文献1,2に記載されるような、従来技術におけるPI制御を用いる一般的なサーボ制御システムのブロック線図を示している。図3に示すサーボ制御システムも、そのハードウエア構成は図1に示したものと同じである。図2との対比を容易にするために、図3では離散時間系によりシステムを示している。図2に示す本実施形態のシステムと同様に、図3に示すシステムは、位置指令が入力するとともにモータ2の検出位置v(k)が負帰還して位置偏差e(k)を生成する加算点11と、位置偏差e(k)が入力するとともにローパスフィルタ32の出力が負帰還する加算点12と、加算点12での算出結果が入力して駆動指令u(k)を生成するPI制御部13と、検出位置y(k)の時間差分を求めて擬似速度v(k)として出力する差分要素16と、を備えている。速度制御比例ゲインGが作用された指令u(k)が、制御対象要素15に対する入力となっている。擬似速度v(k)は、速度フィードバックゲイン要素31により速度フィードバックゲインFが乗ぜられたのちにローパスフィルタ32に入力する。図3に示す従来のシステムでは、PI制御部13の伝達関数Fa(z)は上記の式(2)で表わされるが、ローパスフィルタ21の伝達関数Fb(z)は式(8)で表わされるものとなっている。
Fb(z)=h0z/(δ+h0) (8)
Fb(z)=h0z/(δ+h0) (8)
図2と図3を比較すると分かるように、本実施形態のサーボ制御システムでは、ローパスフィルタ21の伝達関数Fb(z)は、PI制御部13の伝達関数Fa(z)に含まれる積分パラメータq0により記述されるのに対し、図3に示すシステムでは、ローパスフィルタ32の伝達関数Fb(z)は、PI制御部13の伝達関数Fa(z)には含まれないパラメータh0により記述されている。また、本実施形態における遅延要素18とこの遅延要素18の後段に設けられ伝達関数がH2で表わされる第2のゲイン要素19とに対応するものが図3に示す従来のシステムには設けられていない。言い換えれば、本実施形態では、従来のシステムにおける速度フィードバックゲインFの代わりに、H1+(H2/z)が用いられていることになる。本実施形態のサーボ制御システムは、PI制御部13の伝達関数Fa(z)とローパスフィルタ21の伝達関数Fb(z)とに対して同一の積分パラメータq0を使用し、擬似速度v(k)の負帰還経路に対し、遅延要素18と第2のゲイン要素19とからなるパスを追加している。さらに、G,H1,H2の各々に上述したような制約を加えることによって、1つパスを既存のシステムに追加するという非常に簡単な構成で、指令応答特性を希望特性に容易に調整することが可能であり、かつ、指令応答特性とロバスト性(外乱特性)とを独立して調整することが可能になる。以下、本実施形態のサーボ制御システムにおいてこのような利点が得られることについて、さらに詳しく説明する。
制御対象要素15の伝達関数P(z)が式(7)で表わされるものであるとすると、図2に示すブロック線図から、式(9), (10)が得られる。
y(k)=P(z)Gu(k) (9),
v(k)=(δ/z)y(k) (10)
式(9), (10)と式(3)とから、式(11)が得られる。
y(k)=P(z)Gu(k) (9),
v(k)=(δ/z)y(k) (10)
式(9), (10)と式(3)とから、式(11)が得られる。
Fa(z)とFb(z)との間には式(14)の関係があることを利用して、式(13)に式(2), (8), (12)を代入し、さらに式(4)〜(6)を代入すると、式(15)が得られ、これから、u(k)をe(k)で表わす式(16)が得られる。
(別の実施形態)
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図4(a)に示すPI制御の構成は、伝達関数が{(z−1)+q0}/(z−1)である要素41を考え、これにa(k)を入力したときにb(k)が得られるようものとしたものである。一方、図4(b)に示す構成は、伝達関数がq0/{(z−1)+q0}である要素42と加算点43とを考え、加算点43にはa(k)と要素42の出力とが入力し、加算結果をb(k)としてこのb(k)が要素42に入力するようにしたものである。図4(b)に示す構成は、式(20)のように書き表わせ、式(21)を得る。
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図4(a)に示すPI制御の構成は、伝達関数が{(z−1)+q0}/(z−1)である要素41を考え、これにa(k)を入力したときにb(k)が得られるようものとしたものである。一方、図4(b)に示す構成は、伝達関数がq0/{(z−1)+q0}である要素42と加算点43とを考え、加算点43にはa(k)と要素42の出力とが入力し、加算結果をb(k)としてこのb(k)が要素42に入力するようにしたものである。図4(b)に示す構成は、式(20)のように書き表わせ、式(21)を得る。
図5に示すシステムは、PI制御手段を別な形で実現して、フィードバック制御機能とフィルタとを共有することで、図2に示したものに比べ、例えばマイクロコンピュータなどを用いてソフトウェアによりサーボ制御装置を実現する際の実装が容易である。また、モータ2の出力を制限するために指令u(k)の振幅を制限するリミッタをサーボ制御装置内に挿入することがあるが、積分動作を実行するPI制御部の後段にリミッタを挿入する場合には、出力が不安定となるワインドアップ現象が起こりやすい。しかしながら図5に示した構成では、PI制御部をフィードバック形式で実現しているため、容易にリミッタを挿入することができる。図6に示すシステムは、図5に示したシステムにおいて、加算点12の出力側にリミッタ23を設け、リミッタ23によって指令u(k)を制限するようにしたものである。リミッタ23で制限された指令u(k)が、速度比例ゲイン要素14に供給されるとともに、遅延要素24によって遅延されて加算点22に供給されている。
以上説明した各実施形態のサーボ制御装置1は、離散時間系で動作するものであるから、加算点11,12,22、PI制御部13、速度制御比例ゲイン要素14、差分要素16、第1のゲイン要素17、遅延要素18,24、第2のゲイン要素19、ローパスフィルタ21及びリミッタ23の各要素は、適切なクロックに応じて動作する個別のデジタル回路として構成することもできる。しかしながら各実施形態のサーボ制御装置1は、マイクロプロセッサなどのコンピュータを使用し、各要素の機能を実現し演算を実行するためのコンピュータプログラム(ソフトウェア)をこのコンピュータに実行させることによっても実現できる。したがって、本発明の範疇には、マイクロプロセッサなどのコンピュータ上で実行されることによりサーボ制御装置1を実現するコンピュータも含まれる。
1…サーボ制御装置、2…モータ、3…位置検出機構、4…動作対象物、11,12,22…加算点、13…PI制御部、15…制御対象要素、16…差分要素、17,19…ゲイン要素、18,24…遅延要素、21…ローパスフィルタ。
Claims (9)
- 位置指令に基づき動作対象物を動作させる駆動手段を制御する、離散時間系での演算を行うサーボ制御装置であって、
前記位置指令と負帰還された検出位置とに基づいて位置偏差を算出する手段と、
前記検出位置から擬似速度を算出する差分手段とローパスフィルタとを少なくとも含む速度帰還経路と、
前記速度帰還経路を介して入力した前記擬似速度と前記位置偏差との偏差に対して比例積分制御演算を施して前記駆動手段に対する駆動指令を生成するPI制御手段と、
を備え、
前記速度帰還経路は、前記擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる第1のゲイン手段と、前記擬似速度を遅延させる遅延手段と、前記遅延手段によって遅延させられた前記擬似速度に第2のゲインH2を作用させる第2のゲイン手段とをさらに備え、前記第1のゲイン手段の出力と前記第2のゲイン手段の出力との和が前記ローパスフィルタに入力し、
前記PI制御手段の伝達関数をFa(z)とし、前記ローパスフィルタの伝達関数をFb(z)として、Fa(z)=1/(1−z-1Fb(z))が成り立つことを特徴とするサーボ制御装置。 - 位置指令に基づき動作対象物を動作させる駆動手段を制御する、離散時間系での演算を行うサーボ制御装置であって、
前記位置指令と負帰還された検出位置とに基づいて位置偏差を算出する手段と、
前記検出位置から擬似速度を算出する差分手段と伝達関数がFb(z)で表わされるローパスフィルタとを少なくとも含む速度帰還経路と、
を備え、
前記速度帰還経路を介して入力した前記擬似速度と前記位置偏差との偏差を前記駆動手段に対する駆動指令とし、
前記速度帰還経路は、前記擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる第1のゲイン手段と、前記擬似速度を遅延させる第1の遅延手段と、前記第1の遅延手段によって遅延させられた前記擬似速度に第2のゲインH2を作用させる第2のゲイン手段とをさらに備え、
前記サーボ制御装置は前記駆動指令を遅延させる第2の遅延手段をさらに備え、
前記第1のゲイン手段の出力と前記第2のゲイン手段の出力との和から前記第2の遅延手段の出力を減じたものが前記ローパスフィルタに入力することを特徴とするサーボ制御装置。 - δ=z−1として、Fb(z)=q0z/(δ+q0)であることを特徴とする請求項1または2に記載のサーボ制御装置。
- 前記駆動指令により前記駆動手段を駆動するときの速度比例制御ゲインをGとし、
前記駆動手段と前記動作対象物とを合わせた伝達特性P(z)をr0z/(δ2+p1δ)とモデル化し、前記位置指令から前記検出位置指令までの位置指令応答特性をm0z/(δ2+m1δ+m0)として、
G=m0/r0,
H1=−(p1−m1+m0−q0)/(m0q0),
H2={(m1−m0)/m0}−H1
とすることを特徴とする請求項3に記載のサーボ制御装置。 - 離散時間系での演算を行い、位置指令に基づき動作対象物を動作させる駆動手段を制御するサーボ制御方法であって、
前記位置指令と負帰還された検出位置とに基づいて位置偏差を算出する工程と、
差分演算により前記検出位置から擬似速度を算出して前記擬似速度を帰還させる帰還工程と、
帰還した前記擬似速度と前記位置偏差との偏差に対して比例積分制御演算を施して前記駆動手段に対する駆動指令を生成する工程と、
を有し、
前記帰還工程は、前記擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる工程と、前記擬似速度を遅延させる遅延工程と、前記遅延工程によって遅延させられた前記擬似速度に第2のゲインH2を作用させる工程と、前記第1のゲインH1が作用された前記擬似速度と前記第2のゲインH2が作用された前記擬似速度との和をローパスフィルタに入力させる工程と、を有し、
前記比例積分制御演算での伝達関数をFa(z)とし、前記ローパスフィルタの伝達関数をFb(z)として、Fa(z)=1/(1−z-1Fb(z))が成り立つことを特徴とするサーボ制御方法。 - 離散時間系での演算を行い、位置指令に基づき動作対象物を動作させる駆動手段を制御するサーボ制御方法であって、
前記位置指令と負帰還された検出位置とに基づいて位置偏差を算出する工程と、
差分演算により前記検出位置から擬似速度を算出して前記擬似速度を帰還させる帰還工程と、
帰還した前記擬似速度と前記位置偏差との偏差を算出して前記駆動手段に対する駆動指令を生成する工程と、
を有し、
前記帰還工程は、前記擬似速度に対して第1のゲインH1を作用させる工程と、前記擬似速度を遅延させる第1の遅延工程と、前記第1の遅延工程によって遅延させられた前記擬似速度に第2のゲインH2を作用させる工程と、前記駆動指令を遅延させる第2の遅延工程と、前記第1のゲインH1が作用された前記擬似速度と前記第2のゲインH2が作用された前記擬似速度との和から前記第2の遅延工程によって遅延させられた駆動指令を減じたものを、伝達関数がFb(z)で表わされるローパスフィルタに入力させる工程と、を有することを特徴とするサーボ制御方法。 - δ=z−1として、Fb(z)=q0z/(δ+q0)であることを特徴とする請求項5または6に記載のサーボ制御方法。
- 前記駆動指令により前記駆動手段を駆動するときの速度比例制御ゲインをGとし、
前記駆動手段と前記動作対象物とを合わせた伝達特性P(z)をr0z/(δ2+p1δ)とモデル化し、前記位置指令から前記検出位置までの位置指令応答特性をm0z/(δ2+m1δ+m0)として、
G=m0/r0,
H1=−(p1−m1+m0−q0)/(m0q0),
H2={(m1−m0)/m0}−H1
とする、請求項7に記載のサーボ制御方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のサーボ制御装置と、
前記駆動手段と、
を有することを特徴とするサーボ制御システム。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017126242A JP6930868B2 (ja) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | サーボ制御装置、サーボ制御方法及びシステム |
US16/020,398 US10915072B2 (en) | 2017-06-28 | 2018-06-27 | Servo control device, servo control method and servo control system |
CN201810686683.9A CN109143849B (zh) | 2017-06-28 | 2018-06-28 | 伺服控制装置、伺服控制方法及伺服控制*** |
US17/141,733 US11579570B2 (en) | 2017-06-28 | 2021-01-05 | Servo control device, servo control method and servo control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017126242A JP6930868B2 (ja) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | サーボ制御装置、サーボ制御方法及びシステム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019008707A true JP2019008707A (ja) | 2019-01-17 |
JP6930868B2 JP6930868B2 (ja) | 2021-09-01 |
Family
ID=64738622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017126242A Active JP6930868B2 (ja) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | サーボ制御装置、サーボ制御方法及びシステム |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US10915072B2 (ja) |
JP (1) | JP6930868B2 (ja) |
CN (1) | CN109143849B (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113167700B (zh) * | 2018-12-21 | 2024-06-07 | 株式会社岛津制作所 | 材料试验机及材料试验机的控制方法 |
US11507096B2 (en) * | 2020-02-11 | 2022-11-22 | Sphero, Inc. | Method and system for controlling movement of a device |
CN112338914B (zh) * | 2020-10-27 | 2022-03-04 | 东北大学 | 一种在输出受限和输入时滞下基于随机***的单连杆机械手模糊控制算法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014085880A (ja) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Jtekt Corp | Pid制御システム |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6219376B1 (en) * | 1998-02-21 | 2001-04-17 | Topcon Positioning Systems, Inc. | Apparatuses and methods of suppressing a narrow-band interference with a compensator and adjustment loops |
US6590734B1 (en) * | 1999-08-25 | 2003-07-08 | Seagate Technology Llc | Observer based dual stage servo controller with gain boost to accomodate rotational vibration |
JP3892823B2 (ja) * | 2003-03-17 | 2007-03-14 | 山洋電気株式会社 | モータの速度制御装置 |
US8120302B2 (en) * | 2006-05-26 | 2012-02-21 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Servo control apparatus |
US8901871B2 (en) * | 2012-10-26 | 2014-12-02 | Woodward Hrt, Inc. | Robust controller for electro-mechanical actuators employing sliding and second control modes |
JP6353731B2 (ja) | 2014-08-04 | 2018-07-04 | 日本電産サンキョー株式会社 | モータシステム |
JP6453576B2 (ja) | 2014-08-04 | 2019-01-16 | 日本電産サンキョー株式会社 | モータシステム |
US9998053B2 (en) * | 2015-09-01 | 2018-06-12 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | System and method for improved motor drive tuning |
-
2017
- 2017-06-28 JP JP2017126242A patent/JP6930868B2/ja active Active
-
2018
- 2018-06-27 US US16/020,398 patent/US10915072B2/en active Active
- 2018-06-28 CN CN201810686683.9A patent/CN109143849B/zh active Active
-
2021
- 2021-01-05 US US17/141,733 patent/US11579570B2/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014085880A (ja) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Jtekt Corp | Pid制御システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190004482A1 (en) | 2019-01-03 |
US10915072B2 (en) | 2021-02-09 |
JP6930868B2 (ja) | 2021-09-01 |
CN109143849A (zh) | 2019-01-04 |
US11579570B2 (en) | 2023-02-14 |
CN109143849B (zh) | 2021-07-27 |
US20210124314A1 (en) | 2021-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6774637B2 (ja) | 制御装置及び制御方法 | |
JP4779969B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
JP4697139B2 (ja) | サーボ制御装置 | |
JP3084928B2 (ja) | 電動機の位置制御装置 | |
US7805207B2 (en) | Method and apparatus for adaptive parallel proportional-integral-derivative controller | |
JP5847338B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP5169836B2 (ja) | 位置制御装置 | |
US11579570B2 (en) | Servo control device, servo control method and servo control system | |
JP6353731B2 (ja) | モータシステム | |
JP6281751B2 (ja) | 位置制御システム | |
EP2105809A2 (en) | Method and apparatus for controlling system | |
JP6453576B2 (ja) | モータシステム | |
JP2009303432A (ja) | モータによる位置制御装置 | |
JPH06259137A (ja) | 位置制御装置及びその位置制御方法 | |
JP2004147368A (ja) | モータの位置制御装置 | |
JP5067656B2 (ja) | ディジタル制御装置 | |
JP2019168777A (ja) | 制御系設計支援装置、制御系設計支援方法、及び制御系設計支援プログラム | |
JP5362339B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP2014007900A (ja) | モータ制御装置 | |
JP2009081985A (ja) | 慣性共振系を制御対象とする特性同定方法及びモータ制御装置 | |
JP5200648B2 (ja) | モータ駆動装置 | |
JP2000020104A (ja) | 速度制御ゲイン調整方法および装置 | |
JP5084196B2 (ja) | 電動機制御装置および電動機制御方法 | |
JP2005182427A (ja) | 制御演算装置 | |
JP2023136660A (ja) | モータ制御装置及びモータ制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200601 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210727 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210812 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6930868 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |