JP2770461B2 - Multi-function control device - Google Patents
Multi-function control deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は安定化フィードバック制御装置に係り、特に
ロバストでなおかつ高速応答を達成できる多機能制御装
置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stabilizing feedback control device, and more particularly to a multifunctional control device that is robust and can achieve high-speed response.
本発明にかかる多機能形制御装置につき、本出願人は
先に平成１年３月27日の特許出願「可変構造PI制御装
置」を提案しているところである。その先に提案による
一例を第３図に示す。Regarding the multi-function control device according to the present invention, the present applicant has already proposed a patent application “Variable PI control device” filed on March 27, 1999. An example proposed earlier is shown in FIG.
第３図は本出願人による先の提案の一例を示すもの
で、１は可変構造PI制御装置である。FIG. 3 shows an example of a previous proposal by the present applicant, where 1 is a variable-structure PI control device.
すなわち、比例ゲインKPおよび積分ゲインKIを、制御
対象に指示値として入力される設定入力Ｒと制御対象２
の状態量との偏差ｅと、その時間当たりの変化との関係
からなる位相面、この位相面における偏差の時間当たり
の変化とスライデイングモードの切替線との差に応じて
変化さすようにしたものである。That is, the proportional gain K P and the integral gain K I are set to the control object by the setting input R input as an instruction value and the control object 2.
And a phase plane formed by a relationship between a deviation e from the state quantity of the phase plane and a change per unit time, and a change in the deviation per unit time in the phase plane per unit time and a switching line of the sliding mode. Things.
さらに、本出願人は平成１年６月22日の特許出願「多
機能形制御装置」を別に提案している。その先の別の提
案による一例を第４図に示す。Furthermore, the present applicant has separately proposed a patent application “Multi-function control device” filed on June 22, 1999. FIG. 4 shows an example based on another proposal.
第４図は本出願人による先の別の提案の一例を示すも
ので、３は指令入力部、４はフィードフォワード補償
部、５は等価外乱補償部である。FIG. 4 shows an example of another previous proposal by the present applicant, wherein 3 is a command input unit, 4 is a feedforward compensator, and 5 is an equivalent disturbance compensator.
すなわち、特に可変構造PI制御装置1,フィードフォワ
ード補償部４および等価外乱補償部５を組み合わせ用い
てなり、制御系に対してロバストでかつ、高速応答を可
能とした装置を実現したものである。That is, in particular, a variable-structure PI controller 1, a feedforward compensator 4, and an equivalent disturbance compensator 5 are used in combination to realize a device that is robust to a control system and enables high-speed response.
かかる第４図についての詳細説明を省略し、その各部
分についてのみ記述すればつぎの如くである。The detailed description of FIG. 4 will be omitted, and only the respective parts will be described as follows.
指令入力部３ 実用上の制御系においては、サイリスタレオナード，
インバータ等で構成されるパワーアクチュエータが有限
なために、過大な設定入力Ｒが入ると飽和現象があり、
図示の如き可変構造PI制御装置１のように高精度な運転
をするため設けた積分器が存在すると、飽和している間
は偏差ｅを積分していくために偏差が修正される過程で
オーバシュートが発生して制御上好ましくない。また、
あまり急激な入力が入ると、次ブロックのフィードフォ
ワード補償部４の高速追従の機能が充分発揮できなくな
る。Command input unit 3 In a practical control system, thyristor Leonard,
Since the power actuator composed of an inverter and the like is finite, there is a saturation phenomenon when an excessive setting input R enters,
If there is an integrator provided for high-precision operation as in the variable-structure PI control device 1 as shown in the figure, during saturation, the deviation e is integrated in order to integrate the deviation e, and the process of correcting the deviation e is over. Shooting occurs, which is not preferable for control. Also,
If the input is too abrupt, the high-speed following function of the feedforward compensator 4 of the next block cannot be sufficiently exhibited.
結局、ステップ状の設定入力Ｒに対し加減速時間の
TU,TDを調整して最終指令の指令出力ｒとするのが一般
である。After all, the acceleration / deceleration time
Generally, T U and T D are adjusted to obtain the final command output r.
フィードフォワード補償部４ 指令出力ｒと出力の状態量Ｙ間の伝達函数において、
制御対象（Ｇ）の逆函数の形（1/GKT）にすると、〔（Y
/r）＝１〕となる。したがってこのとき偏差は（ｅ＝
０）になり、出力は常に入力に追従して動作し、その間
の偏差は常に零に保たれる。しかし、制御対象の慣性Ｊ
や粘性係数Ｄが変動すると、制御上不安定になることが
ある。Feedforward compensator 4 In the transfer function between command output r and output state quantity Y,
In the form of the inverse function (1 / GK T ) of the controlled object (G), [(Y
/ r) = 1]. Therefore, at this time, the deviation is (e =
0), the output always operates following the input, and the deviation between them is always kept at zero. However, the inertia J of the controlled object
If the viscosity coefficient D fluctuates, control may become unstable.
等価外乱補償部５ 指令Ｔ＊（速度制御の場合はトルク指令）とＹ（同じ
く回転出力または回転数）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。そして、後述する如く式（１），（２）に基づき式
（３）が得られる。Equivalent disturbance compensator 5 is configured by calculating an equivalent disturbance using information of command T * (torque command in the case of speed control) and Y (same rotation output or rotation speed) and adding this to command T *. Is done. Then, Expression (3) is obtained based on Expressions (1) and (2) as described later.
Ｔ＊（Ｓ）KT−TL（Ｓ）＝（JS＋Ｄ）ω（Ｓ） ……（１） TL（Ｓ）：負荷外乱 ω（Ｓ）：回転速度 ここで、パラメータ変動を考慮してつぎのようにお
く。T * (S) KT - TL (S) = (JS + D) ω (S) (1) T L (S): Load disturbance ω (S): Rotation speed It is set as follows.
ただし、∧印はノミナル値，△は変動分を示す。 Here, the symbol ∧ indicates the nominal value, and the symbol 変 動 indicates the variation.
TE（Ｓ）＝Ｔ＊（Ｓ）・Ｔ−（Ｓ＋）・ω
（Ｓ） ……（３） となる。T E (S) = T * (S) · T− (S +) · ω
(S)... (3)
よって式（３）の物理的内容は、等価外乱TE（Ｓ）は
負荷外乱TL（Ｓ）や各定数のノミナル値からの変動分等
を全て含めており、それらを一括して等価外乱と考える
ことにより、式（３）の右辺の如く、各定数のノミナル
値のみで記述できることを示している。Therefore, the physical content of equation (3) is that the equivalent disturbance T E (S) includes all the load disturbances T L (S) and the variation from the nominal value of each constant. Thus, as shown on the right side of the equation (3), it can be described that only the nominal value of each constant can be described.
このTE（Ｓ）をノイズ除去のためのローパスフイルタ
を通してＴ＊（Ｓ）に加算することにより、等価外乱補
償がなされる。By adding T E (S) to T * (S) through a low-pass filter for removing noise, equivalent disturbance compensation is performed.
前述した如き可変構造PI制御装置においては、偏差ｅ
が大きくなると、スライデイングモード位相面は比例ゲ
インKPの極性を切替ることにより制御され、切替線にそ
って原点に収束させるように制御する。このときスライ
デイングモードの欠点であるチャタリング現象が起こ
る。In the variable structure PI controller as described above, the deviation e
If larger, the sliding Day ring mode phase front is controlled by switching the polarity of the proportional gain K P, it is controlled to converge to the origin along the switching line. At this time, a chattering phenomenon, which is a disadvantage of the sliding mode, occurs.
このチャタリング現象は可変構造PI制御の原理からも
発生することは明らかであり、その起因である可変構造
PI制御装置の正逆を繰り返す出力が発生したとき、可変
構造PI制御装置の後段に設けられた等価外乱補償部に入
力として伝達されるため、等価外乱補償部においては、
この前段出力の影響を直接的に受け入れ過大な振動入力
となって干渉を与え、それが故、安定化が遅くなった
り，持続振動を起こしてしまうこともある。It is clear that this chattering phenomenon also occurs from the principle of variable structure PI control, and the variable structure
When an output that repeats forward and reverse of the PI control device is generated, the output is transmitted as an input to an equivalent disturbance compensator provided in the subsequent stage of the variable structure PI controller, so that in the equivalent disturbance compensator,
The influence of the output of the preceding stage is directly received and becomes an excessive vibration input to cause interference, and therefore, the stabilization may be delayed or a continuous vibration may occur.
つまり、比例ゲインKPの極性の切替および切替線から
の偏差により比例ゲインの大きさを可変としているの
で、偏差ｅが大きくて切替線を横切るときは、その出力
も大きく、また極性は瞬時にして切替るため、後段の等
価外乱補償部はこれを補償すべく極性の切替った振動す
る補償出力を発生する。この出力がさらに可変構造PI制
御装置出力に加算補償され、よって相互干渉を起こし、
しいては固定PI制御装置に比べて応答の遅れが生じるこ
ともあった。That is, since the variable a magnitude of the proportional gain by the deviation from the switching and the switching line polarity proportional gain K P, when the deviation e is large across the switching line, greater output, also polar is instantly Therefore, the equivalent disturbance compensator in the subsequent stage generates a oscillating compensation output whose polarity is switched to compensate for this. This output is further added and compensated for the output of the variable structure PI controller, thus causing mutual interference,
As a result, the response may be delayed compared to the fixed PI controller.
本発明は上述したような不具合を除去するためなされ
たものであり、以下に本発明を詳細説明する。The present invention has been made to eliminate the above-described disadvantages, and the present invention will be described in detail below.
しかして、本発明は前述した相互干渉を解消する手段
として、特に等価外乱補償部出力側に配した関数信号発
生部を備えてなり、可変構造PI制御と等価外乱補償との
相互干渉を防止しまたは抑制するため、偏差ｅの値によ
って等価外乱補償出力を可変としてフィードバックする
手段を講ずることにより、両制御機能の特長を損うこと
なく奏し得るものである。Thus, the present invention includes a function signal generator disposed on the output side of the equivalent disturbance compensator as a means for eliminating the above-described mutual interference, and prevents the mutual interference between the variable-structure PI control and the equivalent disturbance compensation. Alternatively, in order to suppress this, by taking a means of making the equivalent disturbance compensation output variable according to the value of the deviation e and feeding it back, the features of both control functions can be achieved.
かかる解決手段により、可変構造PI制御部入力である
偏差ｅを検出し、この検出量により等価外乱補償出力を
制御する。With this solution, the deviation e, which is an input to the variable-structure PI control unit, is detected, and the equivalent disturbance compensation output is controlled based on the detected amount.
すなわち、偏差ｅが大きいときは等価外乱補償を中止
し、可変構造PI制御のみでオーバーシュートなしで整定
を行い、偏差ｅがある量以下になれば等価外乱補償を復
帰させる。あるいは偏差ｅに逆比例させるようにするこ
とでもよい。That is, when the deviation e is large, the equivalent disturbance compensation is stopped, settling is performed only by the variable structure PI control without overshoot, and when the deviation e becomes a certain amount or less, the equivalent disturbance compensation is restored. Alternatively, it may be made to be inversely proportional to the deviation e.
ここで、偏差ｅにより等価外乱補償量を可変とする比
例係数Ｋを関数化しておくことにより、かくの如き簡単
な（Ｋ−ｅ）の関係式を導入するだけで、等価外乱補償
量の制御を行うよう作用させれば実用上何ら支障なく相
互干渉を抑制することができる。Here, by making the proportionality coefficient K that makes the equivalent disturbance compensation amount variable according to the deviation e, it is possible to control the equivalent disturbance compensation amount only by introducing such a simple relational expression of (K−e). The mutual interference can be suppressed without any practical problems.
第１図および第２図は本発明の一実施例の要部構成お
よびその関数信号発生回路の関数出力特性を示すもの
で、６は関数信号発生回路である。図中、第４図と同符
号のものは同じ機能を有する部分を示す。FIGS. 1 and 2 show the configuration of a main part of one embodiment of the present invention and the function output characteristics of the function signal generation circuit. Reference numeral 6 denotes a function signal generation circuit. In the drawing, those having the same reference numerals as those in FIG. 4 indicate portions having the same functions.
すなわち、第１図においては、特に偏差ｅおよび等価
外乱補償部５出力の二入力信号を得て、加算器に信号発
生する関数信号発生回路６が設けられてなる。That is, in FIG. 1, the adder is provided with a function signal generating circuit 6 which obtains two input signals of the deviation e and the output of the equivalent disturbance compensator 5 and generates a signal in the adder.
ここで、第１図に示した系統において上記関数信号発
生回路６の付設を除けば、第４図に示した構成と同じで
あり、その詳細説明は省略する。つぎに、かかる関数信
号発生回路６の機能を第２図を参照して説明する。Here, except for the addition of the function signal generating circuit 6 in the system shown in FIG. 1, the configuration is the same as that shown in FIG. 4, and the detailed description thereof will be omitted. Next, the function of the function signal generating circuit 6 will be described with reference to FIG.
関数信号発生回路６は可変構造PI制御装置１の入力で
ある偏差ｅの値により出力を可変とするものであり、さ
らに等価外乱補償部５の出力を、保有の関数信号発生信
号と乗算のうえ信号送出するものである。その関数発生
機能は第２図の如くである。The function signal generation circuit 6 changes the output according to the value of the deviation e, which is the input of the variable-structure PI control device 1, and further multiplies the output of the equivalent disturbance compensator 5 by the function signal generation signal held therein. It sends a signal. The function generating function is as shown in FIG.
すなわち第２図（ａ）においては、偏差ｅがリミット
値αに対し、（０＜ｅ＜α）のとき係数出力KCは（KC＝
１）、（α＜ｅ＜β）のときは図示の如く偏差ｅの大き
さに比例して係数出力KCは比例して減衰し、零に至る一
例を示している。That is, in FIG. 2A, when the deviation e is (0 <e <α) with respect to the limit value α, the coefficient output K C becomes (K C =
1), (α <e <β) shows an example in which the coefficient output K C attenuates in proportion to the magnitude of the deviation e and reaches zero as shown in the figure.
さらに第２図（ｂ）においては、（０＜ｅ＜α）のと
き係数出力KCは（KC＝１）、（ｅ＞α）のとき係数出力
KCは偏差ｅに逆比例で減衰する他の例を示している。Further, in FIG. 2B, when (0 <e <α), the coefficient output K C is (K C = 1), and when (e> α), the coefficient output K C is
K C shows another example of attenuating in inverse proportion to the deviation e.
よって、このような関数発生部分の係数出力KCをもつ
関数信号発生回路６は、その係数出力Ｋを等価外乱補償
部５に乗算のうえ信号送出することにより、可変構造PI
制御装置１と等価外乱補償部５の相互干渉を防止し、制
御の安定化に効用し得るものである。Therefore, the function signal generating circuit 6 having the coefficient output K C of such a function generating portion multiplies the coefficient output K by the equivalent disturbance compensator 5 and sends out the signal to thereby obtain the variable structure PI.
This prevents mutual interference between the control device 1 and the equivalent disturbance compensator 5, and can be used to stabilize control.
ここで、指令入力部３やフィードフォワード補償部４
により、設定入力Ｒの急激な変動に追従させることがで
きるため、可変構造PI制御装置１の入力である偏差ｅは
小になるが、過大の設定入力R,慣性J,粘性係数Ｄの変動
がある場合に偏差が大となり、かようなフィードバック
手段を講じられることによって、制御系の安定化を早め
ることができる。Here, the command input unit 3 and the feedforward compensation unit 4
Thus, the deviation e, which is the input of the variable-structure PI control device 1, becomes small, but the fluctuations of the excessive input R, the inertia J, and the viscosity coefficient D become large. In some cases, the deviation becomes large, and such feedback means can be taken to speed up the stabilization of the control system.
以上説明したように本発明によれば、特に偏差量によ
り等価外乱補償量を可変とする機能を有することによ
り、可変構造PI制御と等価外乱補償制御の相互干渉を解
消し、両制御方式の特長を損うことなく安定化が計れる
実用上有用な装置を提供できる。As described above, according to the present invention, the mutual interference between the variable structure PI control and the equivalent disturbance compensation control is eliminated by having a function of making the equivalent disturbance compensation amount variable, in particular, based on the deviation amount. And a practically useful device capable of achieving stabilization without impairment.
さらに、係数Ｋにて偏差ｅとの関係をとる方式によ
り、調整が極めて簡単であることは言うまでもない。Further, it is needless to say that the adjustment is extremely simple by the method of taking the relationship with the deviation e by the coefficient K.
さらにまた、可変構造PI制御装置，等価外乱補償部
に、指令入力部，フィードフォワード補償部を有し、偏
差ｅを極力小さいところで制御しながら、過大入力の慣
性，粘性係数の変動時に関数信号発生機能が有効に作用
し、安定動作領域が拡大し得るのは明らかである。Furthermore, the variable-structure PI controller and the equivalent disturbance compensator have a command input unit and a feedforward compensator, and control the deviation e as small as possible while generating a function signal when the inertia and viscosity coefficient of the excessive input fluctuate. It is clear that the function works effectively and the stable operation area can be expanded.
第１図および第２図は本発明の一実施例の要部構成を示
すブロック系統図およびその関数信号発生回路の関数出
力特性図、第３図は本出願人による先の提案を説明する
ため示したブロック系統図、第４図は本出願人による先
の別の提案を説明するため示したブロック系統図であ
る。 １……可変構造PI制御装置、２……制御対象、３……指
令入力部、４……フィードフォワード補償部、５……等
価外乱補償部、６……関数信号発生回路、ｅ……偏差、
KC……係数出力。1 and 2 are a block diagram showing the configuration of a main part of an embodiment of the present invention and a function output characteristic diagram of a function signal generating circuit thereof, and FIG. 3 is for explaining the previous proposal by the present applicant. FIG. 4 is a block diagram illustrating another proposal proposed by the present applicant. 1 ... variable structure PI control device, 2 ... controlled object, 3 ... command input section, 4 ... feedforward compensation section, 5 ... equivalent disturbance compensation section, 6 ... function signal generation circuit, e ... deviation ,
K C …… Coefficient output.
Claims (1)
態量との偏差量とその時間当たりの変化との関係からな
る位相面、該位相面における該偏差量の時間当たりの変
化とスライデイングモードの切替線との差に応じて比例
ゲイン（KP）および積分ゲイン（KI）を変化さす可変構
造PI制御部と、制御対象の入力量と状態量から該制御対
象の運転特性に影響を与える変動要素を含めた等価外乱
を算出し該等価外乱を制御対象の入力側に加算する等価
外乱補償部と、前記指令入力が制御対象の動特性と関係
のある状態量に応じて与えられるように構成した指令入
力部と、該指令入力を制御対象の数式モデルの逆函数の
形に構成した補償装置を通して該補償装置の出力に印加
するフィードフォワード補償部と、前記等価外乱補償部
の出力側に前記偏差量に応じて等価外乱補償部出力を関
数指令出力値として信号発生する関数信号発生部とを設
けるようにしたことを特徴とする多機能形制御装置。1. A phase plane comprising a relationship between a command input of a controlled object and a deviation amount from a state quantity of the controlled object and a change per unit time, a change per unit time of the deviation amount on the phase surface and sliding. A variable-structure PI control unit that changes the proportional gain (K P ) and the integral gain (K I ) according to the difference from the mode switching line, and affects the operation characteristics of the controlled object from the input amount and state amount of the controlled object And an equivalent disturbance compensating unit that calculates an equivalent disturbance including a variation element that gives the following and adds the equivalent disturbance to the input side of the controlled object, and the command input is given according to a state quantity related to a dynamic characteristic of the controlled object. A command input unit configured as described above, a feedforward compensator that applies the command input to the output of the compensator through a compensator configured in the form of an inverse function of the mathematical model of the controlled object, and an output of the equivalent disturbance compensator Side A multi-function control device, comprising: a function signal generator that generates an equivalent disturbance compensator output as a function command output value in accordance with the difference amount.
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-
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Also Published As
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Legal Events
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