JP2522658B2 - Automatic control method - Google Patents
Automatic control methodInfo
- Publication number
- JP2522658B2 JP2522658B2 JP62044746A JP4474687A JP2522658B2 JP 2522658 B2 JP2522658 B2 JP 2522658B2 JP 62044746 A JP62044746 A JP 62044746A JP 4474687 A JP4474687 A JP 4474687A JP 2522658 B2 JP2522658 B2 JP 2522658B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- input
- zero
- automatic control
- target value
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 制御量検出値をフィードバックして目標値と一致する
よう制御する、サーボ及びプロセス系閉ループ自動制御
装置の広範囲な分野において利用することができるが、
特に目標値追従のダイナミックな特性を重要視する工作
機械，ロボットなどの位置決めサーボ装置に有用であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention can be used in a wide range of fields of servo and process system closed loop automatic control devices that feed back a control amount detection value to control so as to match the target value. ,
In particular, it is useful for positioning servo devices such as machine tools and robots that place importance on the dynamic characteristics of target value tracking.
自動制御系のフィードバック補償ループに非線形要素
を用いて、所定時間内に制御量を目標値に一致させる有
限整定応答を得る手法が知られており、この詳細は昭和
60年６月発行の計測自動制御学会誌Vol.21.No.6の81〜8
5ページに掲載された「位置決めサーボ系の学習的設計
法」（中野，今井）なる文献に記載されている。A method is known in which a non-linear element is used in the feedback compensation loop of an automatic control system to obtain a finite settling response that matches the controlled variable with a target value within a predetermined time.
81-8 of the journal of the Society of Instrument and Control Engineers Vol.21.No.6 published in June 60
It is described in the document "Learning design method for positioning servo system" (Nakano, Imai) published on page 5.
第２図はこのようなサーボ系の一例のブロック図であ
り、１は目標値γの入力端子、2,3は減算器、４は１次
遅れ要素、５は積分要素、６は非線形の補償要素、７は
制御量X1の出力端子である。FIG. 2 is a block diagram of an example of such a servo system, in which 1 is an input terminal of a target value γ, 2 and 3 are subtractors, 4 is a first-order lag element, 5 is an integral element, and 6 is non-linear compensation. Element 7 is an output terminal for the controlled variable X 1 .
１次遅れ要素４と積分要素５は制御対象とするシステ
ムを表しており、ここでは２次系システムとなる例で示
してあるが、より高次の系であっても対処することが可
能である。The first-order lag element 4 and the integral element 5 represent a system to be controlled. Here, an example of a second-order system is shown, but it is possible to deal with a higher-order system. is there.
補償要素６はその入力が正，負，零の場合それぞれ＋
h,−h,零なる出力を発生するバングーバング素子で示し
てあるが、この他に飽和特性素子やヒステリシスを有す
る比較器などが使用されることもある。Compensation element 6 is + when the input is positive, negative, and zero respectively.
Although a bang-bang element that produces an output of h, -h, or zero is shown, a saturation characteristic element or a comparator having hysteresis may be used in addition to this.
第３図は第２図装置の応答波形図であり、同図（イ）
のごとき単位ステップが時刻０に目標値γとして入力さ
れたとき、補償要素６が無い場合には制御量X1は同図
（ロ）のごとく時刻tmにてθ１なるオーバーシュート、
その後θ2,θ３……θｎなるオーバーシュート（負極性
時はアンダーシュート）があるものとする。FIG. 3 is a response waveform diagram of the apparatus shown in FIG.
When a unit step such as is input as the target value γ at time 0, the control amount X 1 is an overshoot of θ 1 at time tm as shown in FIG.
After that, it is assumed that there is an overshoot of θ 2 , θ 3 ... θ n (undershoot when the polarity is negative).
制御対象の特性根を（γ０＋ｊ）ω０とすると、tmや
θ1,θ２……θｎは次式で表されることが知られてい
る。When the characteristic roots of the control target (γ 0 + j) ω 0 is, tm and theta 1, is θ 2 ...... θ n is known to be expressed by the following equation.
このような特性の系に ｈ＝θ１＋θ２＋…………＋θｎ …… なる補償要素６を追加すると、制御量X1は第３図（ハ）
に示すごとく時刻tmにおいて目標値と一致する有限整定
応答を示すようになる。 When the compensating element 6 such that h = θ 1 + θ 2 + ………… + θ n …… is added to the system having such characteristics, the control amount X 1 becomes as shown in FIG.
As shown in, the finite settling response that matches the target value comes to appear at time tm.
このことは次のようにして理解することができる。
今、補償が無い場合の最初のオーバーシュートθ１を防
止する目的で、ｈ＝θ１に選定したとすると、減算器３
の作用により補償要素６が無く目標値γが１−θ１にな
ったものと同一の応答波形となる故、最初のオーバーシ
ュートはγのθ１だけオーバーシュートしたものから本
来の目標値１を差引いた次式となり、これはθ２と一致
する。This can be understood as follows.
If h = θ 1 is selected for the purpose of preventing the first overshoot θ 1 when there is no compensation, the subtracter 3
By the action of, there is no compensation element 6 and the target value γ becomes the same response waveform as 1-θ 1 , so the first overshoot is the original target value 1 from the overshoot by γ θ 1. The following formula is obtained by subtraction, which coincides with θ 2 .
同様に、ｈ＝θ１＋θ２にすることで最初のオーバー
シュートをθ３に、ｈを式とすることでオーバーシュ
ート零なる有限整定応答とすることができる。 Similarly, the initial overshoot can be set to θ 3 by setting h = θ 1 + θ 2 and a finite settling response with zero overshoot can be set by using h as an expression.
また、制御対象の特性が不明で式のｈがあらかじめ
正確に定めることがでない場合でも、オーバーシュート
量を実測して、順次ｈを修正していく学習的手法により
対処することが可能である。Even if the characteristic of the controlled object is unknown and h in the equation cannot be accurately determined in advance, it is possible to deal with the learning method of actually measuring the overshoot amount and sequentially correcting h.
以上の内容については前記の文献に詳述されているの
で参照されたい。The above contents are described in detail in the above-mentioned documents, so please refer to them.
第２図に示した装置は、目標値γが単位ステップ状に
入力された場合に有限応答するよう補償要素の高さｈを
式のように選定するわけであるが、ｈを固定しておく
と目標値γの大きさが変化した場合には同一の応答が得
られなくなり、再び振動的になったりする。In the device shown in FIG. 2, the height h of the compensating element is selected according to the formula so as to give a finite response when the target value γ is input in unit steps, but h is fixed. When the magnitude of the target value γ changes, the same response cannot be obtained and the vibration becomes again.
これは、第３図（ロ）で示したオーバーシュートやア
ンダーシュートの量θ1,θ２……θｍが目標値γの大き
さに依存しているためであり、第４図はこの様子を示
す。同図（イ）は目標値γが１から1.5に、同図（ロ）
は0.5になった場合の応答を示したもので、いずれも振
動波形となり整定時間は大幅に延びたものとなってい
る。This is because the amounts of overshoot and undershoot θ 1 , θ 2, ... θ m shown in FIG. 3B depend on the magnitude of the target value γ, and FIG. 4 shows this state. Indicates. In the figure (a), the target value γ is changed from 1 to 1.5, and the figure (b)
Shows the response when the value becomes 0.5, and both show a vibration waveform and the settling time is significantly extended.
本発明はこのような点に鑑み、目標値γの値に依存せ
ず常に有限整定応答が得られる、非線形要素によるフィ
ードバック補償閉ループ自動制御系を得んとするもので
ある。In view of such a point, the present invention aims to obtain a feedback-compensated closed-loop automatic control system by a non-linear element that can always obtain a finite settling response without depending on the value of the target value γ.
本発明は第２図に示した装置における非線形の補償要
素６を、第１図に示す特性を有するヒステリシス素子と
するのが主旨である。The main purpose of the present invention is that the non-linear compensation element 6 in the apparatus shown in FIG. 2 is a hysteresis element having the characteristics shown in FIG.
このヒステリシス素子は次のような動作を行う。ま
ず、入力X2が零から正方向に増大していくと、出力X3は
比例係数をｋとしたkX2となる。入力X2が最大値XAに達
してkXAを出力させた後零方向へ減少していくと、出力X
3は一定値kXAを保ち、入力X2が零になった時点で出力X3
も零にもどる。This hysteresis element operates as follows. First, when the input X 2 increases from zero in the positive direction, the output X 3 becomes kX 2 with the proportionality coefficient k. When the input X 2 reaches the maximum value X A , outputs kX A, and then decreases toward zero, the output X 2
3 keeps a constant value kX A, and when the input X 2 becomes zero, the output X 3
Also returns to zero.
入力X2の最大値が０＜XB≦XAなるXBの場合には、第１
図中に破線で示したごとく、入力X2が零にもどる区間で
出力X3はkXBを保持する。入力X2が負極性の場合にも、
第１図に示した通り、正極性の場合と原点対称の動作を
行う。If the maximum value of the input X 2 is 0 <a X B ≦ X A becomes X B is first
As indicated by the broken line in the figure, the output X 3 holds kX B in the interval where the input X 2 returns to zero. Even if the input X 2 is negative,
As shown in FIG. 1, the operation is symmetrical to the origin with respect to the case of positive polarity.
すなわち、入力信号の絶対値増大時には入力信号に比
例した出力を発生し、同一極性入力領域での入力信号絶
対値減少時にはこの領域における最大出力値を保持し、
入力信号零にて出力が零に復帰するヒステリシス素子で
ある。That is, when the absolute value of the input signal increases, an output proportional to the input signal is generated, and when the input signal absolute value decreases in the same polarity input area, the maximum output value in this area is held,
It is a hysteresis element whose output returns to zero when the input signal is zero.
比例係数ｋの値は前もって解析やシミュレーションに
より適切な値に設定しておくことができる。The value of the proportionality coefficient k can be set to an appropriate value in advance by analysis or simulation.
第２図に示した装置の補償要素６がバングーバング素
子の場合と、本発明による第１図に示した特性を有する
ヒステリシス素子とした場合を比較してみる。A comparison will be made between the case where the compensating element 6 of the device shown in FIG. 2 is a bang-bang element and the case where it is a hysteresis element having the characteristics shown in FIG. 1 according to the present invention.
第５図は補償要素の出力を示す図で、同図（イ）は目
標値γとして第３図（イ）のごとき単位ステップが装置
に入力された場合のバングーバング素子の出力を示し、
補償要素６が無いと制御量X1は最初θ１なるオーバーシ
ュートを生じるところ、補償要素６と減算器３の作用に
より目標値γ入力１から第５図（イ）の量だけ減じるこ
とにより、オーバーシュートを防止し有限整定させてい
る。FIG. 5 is a diagram showing the output of the compensating element, and FIG. 5 (a) shows the output of the bang-bang element when the unit step as shown in FIG. 3 (a) is input to the device as the target value γ,
When there is no compensation element 6, the control amount X 1 initially causes an overshoot of θ 1, but by the action of the compensation element 6 and the subtractor 3, the target value γ input 1 is reduced by the amount shown in FIG. Overshoot is prevented and finite settling is performed.
第５図（ロ）は補償要素６をヒステリシス素子とした
場合のこの出力X3を示したもので、応答初期における値
はバングーバング素子に比べて低いが、比例係数ｋを適
切に選定することにより後期における出力を上げてこれ
を補い、バングーバング素子の場合と同様の有限整定応
答を得ることができる。FIG. 5B shows this output X 3 when the compensating element 6 is a hysteresis element. The value in the initial response is lower than that of the bang-bang element, but by selecting the proportional coefficient k appropriately. The output in the latter period can be increased to compensate for this, and a finite settling response similar to the case of the bang-bang element can be obtained.
次に、目標値γが１ではなく仮に1.5に増大した場合
を考えると、従来のバングーバング素子の場合出力X3は
γの如何にかかわらず第５図（イ）のままであり、減算
器３における加算入力が増大したにもかかわらず、減算
入力が一定のため補償量が不足となり、第４図（イ）に
示したオーバーシュートを生じる結果となる。Next, considering the case where the target value γ is increased to 1.5 instead of 1, in the case of the conventional Bang-Bung element, the output X 3 remains as shown in FIG. Despite the increase in the addition input in, the amount of compensation is insufficient because the subtraction input is constant, resulting in the overshoot shown in FIG.
しかしながら、補償要素６に第１図に示した特性を有
するヒステリシス素子を用いると、この出力X3は目標値
γの増加により応答初期の入力X2も増加することから、
第５図（ハ）に示すごとく目標値γが１のときよりも増
加して、制御量X1の最適な応答が得られるような適切な
補償を行うことができる。However, if a hysteresis element having the characteristic shown in FIG. 1 is used for the compensation element 6, this output X 3 also increases the input X 2 in the initial response due to the increase of the target value γ,
As shown in FIG. 5C, the target value γ can be increased more than when it is 1, and appropriate compensation can be performed so that the optimum response of the controlled variable X 1 can be obtained.
目標値γが減少して仮に0.5になった場合には、ヒス
テリシス素子出力X3は第５図（ニ）のごとく減少して、
やはり制御量X1の最適な応答を得ることができる。When the target value γ decreases to 0.5, the hysteresis element output X 3 decreases as shown in FIG.
After all, the optimum response of the controlled variable X 1 can be obtained.
このように、補償素子６としてヒステリシス素子を用
いれば、目標値γの変化に応じてフィードバック補償量
を調整して、常に有限整定応答が得られるように動作せ
しめることができる。As described above, when the hysteresis element is used as the compensating element 6, the feedback compensation amount can be adjusted according to the change of the target value γ, and the finite settling response can be always obtained.
第６図は第１図に示した特性を有するヒステリシス素
子を実現する一実施例の回路図で、61はX2の入力端子、
62,63は比較器、64,65はアナログスイッチ、66,67はダ
イオード、68はコンデンサ、69は演算増幅器、70,71は
抵抗器、72はX3の出力端子である。FIG. 6 is a circuit diagram of an embodiment for realizing the hysteresis element having the characteristics shown in FIG. 1, 61 is an input terminal of X 2 ,
62 and 63 are comparators, 64 and 65 are analog switches, 66 and 67 are diodes, 68 is a capacitor, 69 is an operational amplifier, 70 and 71 are resistors, and 72 is an output terminal of X 3 .
比較器62は入力X2が零または正の間で出力を生じ、ア
ナログスイッチ64を閉路させる。比較器63は入力X2が零
または負の間で出力を生じ、アナログスイッチ65を閉路
させる。Comparator 62 produces an output while input X 2 is zero or positive, causing analog switch 64 to close. Comparator 63 produces an output while input X 2 is zero or negative, closing analog switch 65.
抵抗器70,71は演算増幅器69のゲイン調整用であり、
入出力比例係数ｋを定めている。第６図の接続ではｋ＞
１しか得られないが、ｋ≦１の場合には出力端子72を演
算増幅器69の出力を分圧して取り出すなどして、容易に
対応することができる。The resistors 70 and 71 are for gain adjustment of the operational amplifier 69,
The input / output proportional coefficient k is defined. In the connection of FIG. 6, k>
Although only 1 can be obtained, if k ≦ 1, it can be easily dealt with by dividing the output of the operational amplifier 69 from the output terminal 72 and taking it out.
次にこの回路の動作を説明する。入力端子61の入力X2
が零から正方向に増大していくと、比較器62がアナログ
スイッチ64を閉路させ、コンデンサ68はダイオード66を
通してX2に充電される。Next, the operation of this circuit will be described. Input terminal 61 input X 2
As R increases from zero in the positive direction, comparator 62 closes analog switch 64 and capacitor 68 is charged to X 2 through diode 66.
この電圧は演算増幅器69と抵抗器70,71の作用により
増幅されて、出力端子72にkX2を生じさせる。入力X2が
最大値XAに達した後減少すると、コンデンサ66により放
電を阻止されているため、電圧XAを保持しており出力X3
もkXAを保っている。This voltage is amplified by the action of the operational amplifier 69 and the resistors 70, 71, causing kX 2 at the output terminal 72. When the input X 2 reaches the maximum value X A and then decreases, the discharge is blocked by the capacitor 66, so the voltage X A is held and the output X 3
Also keeps kX A.
入力X2が減少して零になると、比較器63も出力を生じ
てアナログスイッチ65も閉路させるため、コンデンサ68
の電圧はダイオード67を通して零まで放電し出力X3も零
になる。When the input X 2 decreases to zero, the comparator 63 also produces an output and closes the analog switch 65.
The voltage of is discharged to zero through the diode 67 and the output X 3 becomes zero.
入力X2が負極性の場合も同様原理の動作を行い、第１
図に示したヒステリシス特性を実現するものである。When the input X 2 has a negative polarity, the same principle operation is performed, and the first
This is to realize the hysteresis characteristics shown in the figure.
以上、詳細に説明したごとく、本発明にかかる自動制
御方法は閉ループ自動制御系にヒステリシス素子による
フィードバック補償を施すことにより、目標値の如何に
かかわらず常に制御量を有限制定応答させることがで
き、ダイナミック特性を重視する用途に対して極めて有
用である。As described above in detail, in the automatic control method according to the present invention, the closed loop automatic control system is provided with the feedback compensation by the hysteresis element, so that the controlled variable can be always made a finite enactment response regardless of the target value. It is extremely useful for applications that emphasize dynamic characteristics.
また、本発明にかかる自動制御方法は並列補償の一種
であるため、自動制御系に第６図に示したごとき簡単な
回路を追加することにより特性改善を行うことができ、
既設装置にも容易に適用することが可能である。Further, since the automatic control method according to the present invention is a kind of parallel compensation, the characteristic can be improved by adding a simple circuit as shown in FIG. 6 to the automatic control system.
It can be easily applied to existing equipment.
第１図は本発明にかかる自動制御方法に使用するヒステ
リシス素子の特性図、第２図は従来の自動制御装置の一
例のブロック図、第３図，第４図は第２図装置の応答を
示す図、第５図は補償要素の出力を示す図、第６図は第
１図に示した特性を有するヒステリシス素子を実現する
一実施例の回路図である。 1,61……入力端子、2,3……減算器、４……１次遅れ要
素、５……積分要素、６……補償要素、7,72……出力端
子、62,63……比較器、64,65……アナログスイッチ、6
6,67……ダイオード、68……コンデンサ、69……演算増
幅器、70,71……抵抗器。FIG. 1 is a characteristic diagram of a hysteresis element used in the automatic control method according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of an example of a conventional automatic control device, and FIGS. 3 and 4 show the response of the device of FIG. FIG. 5 is a diagram showing the output of the compensation element, and FIG. 6 is a circuit diagram of an embodiment for realizing the hysteresis element having the characteristics shown in FIG. 1,61 …… Input terminal, 2,3 …… Subtractor, 4 …… First-order lag element, 5 …… Integration element, 6 …… Compensation element, 7,72 …… Output terminal, 62,63 …… Comparison Vessel, 64,65 ... Analog switch, 6
6,67 ... Diode, 68 ... Capacitor, 69 ... Operational amplifier, 70,71 ... Resistor.
Claims (1)
行う閉ループ自動制御系において、非線形要素として入
力信号の絶対値増大時には入力信号に比例した出力を発
生し、同一極性入力領域での入力信号絶対値減少時には
この領域における最大出力値を保持し、入力信号零にて
出力が零に復帰するヒステリシス素子を用いたことを特
徴とする自動制御方法。1. In a closed-loop automatic control system that performs feedback compensation via a non-linear element, an output proportional to the input signal is generated when the absolute value of the input signal increases as the non-linear element, and the absolute value of the input signal in the same polarity input region is generated. An automatic control method characterized by using a hysteresis element that holds the maximum output value in this region when decreasing and the output returns to zero when the input signal is zero.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62044746A JP2522658B2 (en) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | Automatic control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62044746A JP2522658B2 (en) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | Automatic control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211401A JPS63211401A (en) | 1988-09-02 |
| JP2522658B2 true JP2522658B2 (en) | 1996-08-07 |
Family
ID=12700010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62044746A Expired - Lifetime JP2522658B2 (en) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | Automatic control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2522658B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11457629B2 (en) * | 2017-04-27 | 2022-10-04 | Bayer Aktiengesellschaft | Heteroarylphenylaminoquinolines and analogues |
-
1987
- 1987-02-27 JP JP62044746A patent/JP2522658B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 計測自動制御学会編「自動制御ハンドブック−基礎編−」（Ｓ５８．１０．３０）．ＰＰ．２９３−３０６オーム社 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11457629B2 (en) * | 2017-04-27 | 2022-10-04 | Bayer Aktiengesellschaft | Heteroarylphenylaminoquinolines and analogues |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211401A (en) | 1988-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900005546B1 (en) | Adaptive process control system | |
| Boerlage et al. | Model-based feedforward for motion systems | |
| EP0311127B1 (en) | Control device for servo motor | |
| JP2009245419A (en) | System controller and system control method | |
| US4872104A (en) | Windup prevention system for a control loop to prevent overshoot | |
| Coban | Dynamical adaptive integral backstepping variable structure controller design for uncertain systems and experimental application | |
| JP2009245420A (en) | System controller and system control method | |
| JP2021002248A (en) | Friction compensation device | |
| Jain et al. | Quantized controller for a class of uncertain nonlinear systems with dead-zone nonlinearity | |
| JP2645464B2 (en) | Adjustment method of elevator position control device | |
| JP2522658B2 (en) | Automatic control method | |
| JP3773686B2 (en) | Servo control device and servo control method | |
| US5582368A (en) | Reaction wheel speed observer system | |
| US5119003A (en) | Non-linear dynamic compensation system | |
| EP0444928B1 (en) | Electronic balance with PID control | |
| CN114942341B (en) | Digital source table control method, system, device and storage medium | |
| US4862049A (en) | Constant area pulse generating network | |
| CN112077846B (en) | Design method of non-linear robot anti-external source interference controller | |
| CN110994972B (en) | Power supply system and electronic equipment | |
| JP2001312301A (en) | Controller | |
| SU1341616A1 (en) | Automatic control system | |
| JP3269198B2 (en) | Position control device | |
| JPS6334712B2 (en) | ||
| JP2644774B2 (en) | Amplifier circuit | |
| SU752221A1 (en) | Automatic control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |