JP2663387B2 - Stabilization feedback control method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特にフィードバック制御系のロバストな状態
推定を行いその適用技術に関するものであり、センサ等
から得られる直接検知した状態量の補正に用いることに
より安定制御を行う安定化フィードバック制御方法に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention particularly relates to a technique for applying a robust state estimation of a feedback control system and correcting the directly detected state quantity obtained from a sensor or the like. The present invention relates to a stabilization feedback control method for performing stabilization control.
一般的な電動機速度制御系の例による第3図を参照し
て説明する。This will be described with reference to FIG. 3 showing an example of a general motor speed control system.
第3図は安定化フィードバック制御装置の従来例を示
すものでは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、したがって速
度制御系例では、Rが速度指令,Yが速度検出出力であ
る。KTはトルク発生係数である。FIG. 3 shows a conventional example of a stabilizing feedback control device, wherein 1 is a PI control device, and 2 is a control object. Here, R and Y are set inputs and state quantities, respectively. Therefore, in the example of the speed control system, R is a speed command and Y is a speed detection output. K T is a torque generation coefficient.
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K1も大きくすることにより達成される。That is, the speed control system is stabilized by applying the setting input R and the deviation e of the state quantity Y to the control target through the PI compensation element. As the general stabilization adjustments, by increasing the proportional gain K P as the inertia J is large, the integral gain K 1 accordingly also achieved by increasing.
かように、図示の如く通常は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K1
を調整することにより安定化を図っている。Thus, as shown in the figure, normally, a PI compensation element is inserted in series, and the proportional gain K P and the integral gain K 1 according to the control target are set.
Is adjusted to achieve stabilization.
そして、この種の従来技術において応対量としての速
度検出手法は、一般にセンサであるパルス発電機(PG)
等からのパルス信号を一定時間内で計数し、その間の時
間より速度検出値を得るようにしたものである。In this kind of conventional technology, the speed detection method as a response amount is generally a pulse generator (PG) which is a sensor.
The pulse signals from the above are counted within a certain period of time, and the speed detection value is obtained from the period of time.
そのため、かような従来技術においてはつぎのような
問題点がある。Therefore, such a conventional technique has the following problems.
第1に、例えば極低速になるとパルス信号間隔が長く
なり、一定時間内で速度検出値を演算更新できなくな
り、結果的に速度情報としてはサンプリング時間の長い
情報となって、制御性能の劣化をきたす。First, for example, when the speed becomes extremely low, the pulse signal interval becomes long, and it becomes impossible to calculate and update the speed detection value within a certain period of time. As a result, the speed information becomes information having a long sampling time, and the control performance is deteriorated. Come.
第2に、パルス信号が何らかの機械的,電気的事情に
より正常な速度信号を示さなくなると、これをフィード
バックとして使用しているため制御系が異常となり、制
御対象にショックを与えたり,場合によってはオーバー
スピードになって大変危険な状態になることもある。Secondly, if the pulse signal does not show a normal speed signal due to some mechanical or electrical situation, the control system becomes abnormal because it is used as feedback, giving a shock to the controlled object, and in some cases, Overspeed can be very dangerous.
これらの対策として、PG等のセンサから直接検出され
る状態量とともに、制御対象の数式モデルを活用してオ
ブザーバを構成し、これを直接検出状態量と同様の推定
状態量を演算し併用することにより、上記第1,第2の問
題点は解決できる。しかし、一般のオブザーバは制御対
象のパラメータ依存性が強いことから、いわゆるロバス
ト性に欠け、演算した推定状態量が真値と大きく異なる
ことがしばしばである。As a countermeasure against this, configure an observer using the mathematical model of the control target together with the state quantities directly detected by sensors such as PG, and calculate and use the estimated state quantities similar to the directly detected state quantities. Thereby, the first and second problems can be solved. However, a general observer lacks so-called robustness because the parameter to be controlled is strongly dependent on the parameter, and the calculated estimated state quantity often differs greatly from the true value.
本発明は制御対象のパラメータ変動や負荷変動が発生
してもその影響を極小にし得る等価外乱補償機能を有し
てなり、すなわち、制御対象の入力量と、その状態量に
入力から状態間の数式モデルの逆函数を乗じた量との差
を等価外乱としてこれを制御対象の入力に帰還すること
により、制御対象の全パラメータはノミナル値として記
述可能になり、制御対象をノミナル値化したうえで推定
状態量を演算決定することにより、直接検出状態量との
差を常に極小してなる基本技術思想に基づくものであ
る。これを、さらに図面に基づき説明する。The present invention has an equivalent disturbance compensation function capable of minimizing the effects of parameter fluctuations and load fluctuations of the controlled object even when they occur, that is, the input amount of the controlled object and the state amount of the controlled object between the input and the state. By returning the difference from the quantity multiplied by the inverse function of the mathematical model to the input of the controlled object as an equivalent disturbance, all parameters of the controlled object can be described as nominal values. Is calculated based on the basic state of the art which always minimizes the difference from the directly detected state quantity. This will be further described with reference to the drawings.
ここで、本出願人は先に特願平1−159863号「多機能
形制御装置」を提案しているところである。Here, the present applicant has previously proposed Japanese Patent Application No. 1-159863, "Multifunctional control device".
そしてこの提案において、等価外乱補償部は速度制御
系の例として記述されており、ここではその要点を示
す。In this proposal, the equivalent disturbance compensator is described as an example of a speed control system.
すなわち、第4図は本発明にかかる等価外乱補償部の
説明のため示したもので、3は等価外乱補償部である。That is, FIG. 4 shows an equivalent disturbance compensator according to the present invention, and 3 is an equivalent disturbance compensator.
また、第5図は等価外乱補償後の制御対象部分を示し
たものである。FIG. 5 shows a portion to be controlled after equivalent disturbance compensation.
第4図においては、指令T*(速度制御の場合はトル
ク指令)と速度検出出力Yの情報を活用して等価外乱を
算出し、これを指令T*に加算することにより構成され
る。ここに、TL(S)は負荷外乱、ω(S)は回転速度
である。In FIG. 4, an equivalent disturbance is calculated by utilizing information of a command T * (torque command in the case of speed control) and a speed detection output Y, and is added to the command T * . Here, T L (S) is a load disturbance, and ω (S) is a rotation speed.
そして、図示の等価外乱補償部3による補償をするこ
とにより、第4図に示すKT,制御対象2およびTL(S)
は第5図に示す如く全パラメータをノミナル値で表現で
き、かつ、TL(S)は消去できる。ただし、 は制御対象の慣性のノミナル値 は制御対象の粘性係数のノミナル値 Tは制御対象のトルク発生係数のノミナル値 である。Then, by performing compensation by the equivalent disturbance compensator 3 shown in the drawing, K T , the control target 2 and the TL (S) shown in FIG.
As shown in FIG. 5, all parameters can be represented by nominal values, and T L (S) can be eliminated. Where is the nominal value of the inertia of the controlled object, is the nominal value of the viscosity coefficient of the controlled object, and T is the nominal value of the torque generation coefficient of the controlled object.
よって、第5図よりつぎの式(1)が得られる。T T*(S)=Sω(S)+ω(S) ……(1) さらに、これを差分化すると式(2)となる。Therefore, the following equation (1) is obtained from FIG. T T * (S) = Sω (S) + ω (S) (1) Further, when this is differentiated, Expression (2) is obtained.
また、後退差分をとると式(3)となる。 In addition, when the backward difference is obtained, Expression (3) is obtained.
ただし、 TSはCPU演算サンプル時間 T* (n)は現サンプルのトルク指令 ω(n)は現サンプル時点での回転速度(未知) ω(n-1)は前サンプル時点での回転速度(既知) ω(n+1)は次サンプル時点での回転速度(推定値) ここで、この式(3)は全て既知情報で構成されるの
で、本式により回転速度が計算できる。 Where T S is the CPU calculation sample time T * (n) is the torque command of the current sample ω (n) is the rotation speed at the current sample (unknown) ω (n-1) is the rotation speed at the previous sample ( ( Known) ω (n + 1) is the rotation speed at the next sample (estimated value) Here, since all of Expression (3) is constituted by known information, the rotation speed can be calculated by this expression.
しかも、この回転速度はパラメータ変動や負荷変動等
の等価外乱の影響を受けないロバストな推定値であっ
て、これが特許請求の範囲記載の請求項第1項で示され
る安定化フィードバック量の状態量相当であり、これを
フィードバック量として、または、フィードバック量の
一部として用いるものである。Moreover, this rotational speed is a robust estimated value which is not affected by equivalent disturbances such as parameter fluctuations and load fluctuations, and is a state quantity of the stabilizing feedback amount shown in claim 1 of the appended claims. This is used as a feedback amount or as a part of the feedback amount.
さらに、上式に基づいて実用に供される具体例をつぎ
に説明する。Further, a specific example provided for practical use based on the above equation will be described below.
さて、CPU演算サンプル時間TSはCPUにDSP(ディジタ
ルシグナルプロセッサ)を用いると、通常100(μS)
位であり、式(3)は100(μS)毎に演算されて第2
の状態量(推定速度)となり、またPGにより直接検出さ
れる回転速度は第1の状態量(実速度)であり、高速時
は通常約1(mS)毎に演算される。By the way, if the DSP (Digital Signal Processor) is used for the CPU, the CPU operation sample time T S is usually 100 (μS).
Equation (3) is calculated every 100 (μS) and the second
And the rotational speed directly detected by the PG is the first state variable (actual speed), which is normally calculated about every 1 (mS) at high speed.
これにより、式(3)による推定速度が約10回演算さ
れる毎にPGによる実速度が演算出力され、式(3)のω
(n+1)またはω(n-1)と比較され、差があるときは適当な
重み函数(通常は定数または一次遅れ)を通して修正さ
れるものとなる。Thus, the actual speed by the PG is calculated and output every time the estimated speed by the formula (3) is calculated about 10 times, and ω in the formula (3) is calculated.
(n + 1) or ω (n-1), and any differences will be corrected through an appropriate weight function (usually a constant or first-order lag).
また、低速時はPGからのパルス信号間隔が長くなるた
め、実速度の演算は上述の1(mS)より長くなり、その
分、推定速度の修正間隔が長くはなるものの、一向に差
し支えない。Further, at low speeds, the pulse signal interval from the PG becomes longer, so that the calculation of the actual speed becomes longer than the above-mentioned 1 (mS), and the correction interval of the estimated speed becomes longer by that amount, but this is not a problem.
さらには、CPUに遅い汎用CPUが使用された場合、CPU
演算サンプル時間が長くなって1(mS)を超えることが
あるが、PGによる実速度を別な手段で高速演算できれ
ば、常にその実速度をフィードバックに使用すればよい
ことは勿論である。Furthermore, if a slow general-purpose CPU is used,
Although the calculation sample time may be longer than 1 (mS), as long as the actual speed by the PG can be calculated at a high speed by another means, the actual speed may be always used for feedback.
このように等価外乱補償を施すことにより、本制御対
象は、第5図に示す如くパラメータ変動や負荷変動等の
等価外乱の影響を受けないロバストな形になり、その結
果、上述の式(3)が導かれ、これが安定化フィードバ
ック装置の状態量相当となり、フィードバックに用いる
ものである。By performing the equivalent disturbance compensation in this manner, the control target has a robust form that is not affected by equivalent disturbances such as parameter fluctuations and load fluctuations as shown in FIG. ) Is derived, which is equivalent to the state quantity of the stabilizing feedback device, and is used for feedback.
さらに、本発明を実施例図面を参照して詳細説明す
る。Further, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明の技術思想の理解を容易にするため第
3図に類して示したもので、γは最終指令出力である。
図中、第3図および第4図と同符号のものは同じ機能を
有する部分を示す。FIG. 1 is similar to FIG. 3 for easy understanding of the technical idea of the present invention, where γ is a final command output.
In the drawings, those having the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 indicate portions having the same functions.
また、第2図は第1図に示した主要ブロックに対する
主要ハード構成例を示している。FIG. 2 shows an example of a main hardware configuration for the main blocks shown in FIG.
すなわち、第1図および第2図においては、例えば指
令設定器操作などより設定入力であるRが変化させられ
て最終指令出力γを得るものとすると、この最終指令出
力γと状態量の一部である出力Y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。そのT*(S)はパワーアクチュエータを通す
ことにより、ゲインのトルク発生係数KTをかけて、制御
対象2に加えられる。一方、等価外乱補償において、T
*(S)とY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である。That is, in FIG. 1 and FIG. 2, assuming that the setting input R is changed by, for example, operating the command setting device to obtain the final command output γ, the final command output γ and a part of the state quantity are obtained. Of the output Y is subjected to stabilization compensation by the PI controller 1 or the like, and the output is T * (S).
Becomes Its T * (S) by passage through a power actuator, over the torque generating coefficient K T gain, applied to the control object 2. On the other hand, in the equivalent disturbance compensation, T
* (S) and Y are input and the operation result is similarly added to the output of the stabilization compensation.
かようにして、かかる実用例は前述した如き解決手段
と同様の機能を有してなり、格別な作用効果を得るもの
である。In this way, such a practical example has the same function as the above-mentioned solution means, and obtains a special operation and effect.
なお、第1の状態量および第2の状態量をフィードバ
ック量として用いる場合、そのフィードバック量を監視
することにより、例えば時間量としてとらえあるいはリ
ミッタを設ける手法は慣用技術を用いることでも、フィ
ードバック量の異常検出可能であり、これよりセンサの
異常として適切にフィードバック量の判定を行うものと
すれば検知し得ることは明らかである。In the case where the first state quantity and the second state quantity are used as feedback amounts, the feedback amount is monitored, for example, a method of capturing as a time amount or providing a limiter can be performed by using a conventional technique. It is clear that abnormality can be detected, and from this it can be detected if the feedback amount is appropriately determined as a sensor abnormality.
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、状態量の検出と
してセンサによる直接検出値を基本としているものの、
センサ回路設置に伴う制御性能の劣化に対する補償とし
て推定状態量を用い、またオブザーバを使用してロバス
ト性が補償されないことに対して、上述した如く等価外
乱補償を行い、パラメータ変動や負荷変動等の外乱が発
生しても推定状態量には殆ど影響を与えなくし、推定状
態量のロバスト性を確保するとともに、センサによる直
接検出した状態量の信頼性低下を補償した最適な安定化
フィードバック制御を行い得る装置を提供できる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, although the detection of the state quantity is based on the direct detection value by the sensor,
Estimated state quantity is used as compensation for deterioration of control performance due to sensor circuit installation, and equivalent disturbance compensation is performed as described above for robustness not compensated using an observer, and parameter fluctuations and load fluctuations are performed. Even if a disturbance occurs, the estimated state quantity is hardly affected, the robustness of the estimated state quantity is ensured, and the optimal stabilizing feedback control that compensates for the decrease in the reliability of the state quantity directly detected by the sensor is performed. Device can be provided.
第1図および第2図は本発明の技術思想の理解を容易に
するため示した主要構成ブロック図およびその主要ハー
ド構成図、第3図は安定化フィードバック制御装置の従
来例を示したブロック図、第4図および第5図は本発明
にかかる等価外乱補償部の説明のため示したブロック図
およびその補償後の制御対象部分を示したブロック図で
ある。 1……PI制御装置、2,2′……制御対象、3……等価外
乱補償部。FIGS. 1 and 2 are a block diagram of a main configuration and a main hardware configuration diagram for facilitating the understanding of the technical idea of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example of a stabilizing feedback control device. 4 and 5 are a block diagram showing an equivalent disturbance compensator according to the present invention and a block diagram showing a control target portion after the compensation. 1 ... PI control device, 2,2 '... Control target, 3 ... Equivalent disturbance compensator.
Claims (5)
一つである速度(Y=ω(S))をフィードバックし、
その偏差量をP(比例)およびI(積分)等からなる安
定化補償手段を通して該制御対象に入力するようにした
制御方法と、前記制御対象の印加入力量としてのトルク
指令(T*(S))と該制御対象の状態量の一つである
速度(Y=ω(S))に入力量(T*(S))と前記状
態量(Y=ω(S))間(制御対象)の数式モデルの逆
の函数を乗じた量とを用いて等価外乱を推定するととも
に、この等価外乱の推定量を制御対象の入力側に帰還さ
せるようにした安定化フィードバック制御方法におい
て、前記入力量(T*(S))と前記状態量の一つであ
る速度(Y=ω(S))間の前記制御対象の数式モデル
をノミナル表現化し、該ノミナル表現化された数式モデ
ルを用いて、該制御対象の状態量の一つである速度(Y
=ω(S))を推定し、その推定状態量を該フィードバ
ック量としてまたはフィードバック量の一部として用い
るようにしたことを特徴とする安定化フィードバック制
御方法。A speed (Y = ω (S)), which is one of the state quantities of a controlled object, is fed back to a speed control command (r),
A control method in which the deviation amount is input to the controlled object through stabilizing compensation means including P (proportional) and I (integrated), and a torque command (T * (S * )) And the speed (Y = ω (S)), which is one of the state quantities of the control object, between the input quantity (T * (S)) and the state quantity (Y = ω (S)) (control object). In the stabilized feedback control method in which an equivalent disturbance is estimated using an amount obtained by multiplying the inverse function of the mathematical model of the mathematical model and the estimated amount of the equivalent disturbance is fed back to the input side of the controlled object, (T * (S)) and a speed model (Y = ω (S)), which is one of the state variables, are represented in a nominal expression by using the nominally represented mathematical model. The speed (Y which is one of the state quantities of the control object
= Ω (S)), and the estimated state quantity is used as the feedback quantity or as a part of the feedback quantity.
ω(S))をセンサにより検出させた量を基にマイクロ
プロセッサ等にて演算決定のうえこれを第1の状態量と
するとともに、前記推定状態量の導出手法によりマイク
ロプロッサ等にて演算決定のうえこれを第2の状態量と
し、前記第1の状態量が一定時間内に演算更新されてい
る場合はその値をフィードバック量として用いるととも
に、その間前記第2の状態量は第1の状態量を正として
修正し、かつ第1の状態量が一定時間内に演算更新され
ない場合は前記第2の状態量をフィードバック量として
用いるとともに、ある時間経過後に第1の状態量が演算
更新されたときその値を正として第2の状態量を修正さ
せるようにした請求項第1記載の安定化フィードバック
制御方法。2. A speed (Y = Y) which is one of the state quantities of the controlled object.
ω (S)) is calculated and determined by a microprocessor or the like based on the amount detected by the sensor, and this is used as a first state quantity. In addition, this is used as a second state quantity, and when the first state quantity is calculated and updated within a fixed time, the value is used as a feedback quantity, and during that time, the second state quantity is set to the first state quantity. If the amount is corrected as positive and the first state amount is not updated within a certain period of time, the second state amount is used as a feedback amount, and the first state amount is updated after a certain period of time. 2. The stabilized feedback control method according to claim 1, wherein the second state quantity is corrected when the value is positive.
されている場合に、第1の状態量の絶対値またはその時
間当たりの変化量の全体値が前記第2の状態量のそれに
比してある値以上に大きくなったとき、該第2の状態量
を優先してフィールドバック量として用いるとともに、
その期間がある時間以上継続したときに前記センサの異
常として判定し、また第1の状態量が一定時間内に演算
更新されない場合には前記第2の状態量をフィードバッ
ク量として用いるとともに、該第2の状態量が一定量以
上になりある時間経過しても第1の状態量が演算更新さ
れないときセンサの異常として判定するようにした請求
項第2項記載の安定化フィードバック制御方法。3. When the first state quantity is calculated and updated within a predetermined time, the absolute value of the first state quantity or the total value of the change per unit time is calculated as the second state quantity. When it becomes larger than a certain value, the second state quantity is preferentially used as the feedback amount,
When the period continues for a certain time or more, it is determined that the sensor is abnormal, and when the first state quantity is not calculated and updated within a fixed time, the second state quantity is used as a feedback quantity, and 3. The stabilizing feedback control method according to claim 2, wherein when the first state quantity is not updated even after a certain amount of time has elapsed since the state quantity of (2) has become equal to or more than a predetermined amount, it is determined that the sensor is abnormal.
イクロプロセッサ等より演算サンプル時間毎に演算させ
るとともに、一方前記第1の状態量を演算更新する時間
が該演算サンプル時間より長いとき前記第2の状態量を
フィードバックとして用い、かつ第2の状態量は第1の
状態量が演算更新された時点でその値を正として修正さ
れるようにした請求項第2項記載の安定化フィードバッ
ク制御方法。4. The method according to claim 2, wherein the second state quantity is calculated by a microprocessor or the like for each calculation sample time, and the time required for calculating and updating the first state quantity is less than the calculation sample time. 3. The method according to claim 2, wherein the second state quantity is used as feedback when the value is long, and the second state quantity is corrected to be positive when the first state quantity is updated. Stabilization feedback control method.
る時間経過しても前記第1の状態量が演算更新されない
とき、前記センサの異常として判定するようにした請求
項第4記載の安定化フィードバック制御方法。5. A sensor according to claim 4, wherein said sensor is determined to be abnormal when said first state variable is not updated after a certain period of time when said second state variable is abnormal. A stabilization feedback control method as described.
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JP1281100A JP2663387B2 (en) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | Stabilization feedback control method |
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JP1281100A JP2663387B2 (en) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | Stabilization feedback control method |
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JPH03142502A JPH03142502A (en) | 1991-06-18 |
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JPH05181503A (en) * | 1991-12-27 | 1993-07-23 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Stablized feedback control method |
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JP2824576B2 (en) * | 1987-09-04 | 1998-11-11 | 株式会社日立製作所 | Servo control device |
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1989
- 1989-10-27 JP JP1281100A patent/JP2663387B2/en not_active Expired - Fee Related
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