JP2850075B2 - 可変構造制御方法 - Google Patents
可変構造制御方法Info
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Description
ブシステムにおいて、ロバスト制御を実現するために通
常よく用いられている等価外乱オブザーバの適用に関す
るもので、等価外乱オブザーバと比例積分制御(PI制
御)を適用して、偏差量やその微分値によって運転状況
に応じてこれらの補償量を可変とすることにより制御の
適応性を高め、定常および過渡特性を改善する制御方法
に関するものである。
(PI制御)と等価外乱オブザーバとを適用して高機能
化を図ることはよく行われている。この場合比例定数
(KP)や積分定数(KI)は一定値として制御されて
いた。また、等価外乱オブザーバの制御周波数帶域を決
定する定数として、オブザーバの1次フィルタ時定数が
あるが、これも、従来は一定値で制御されるのが普通で
あった。
らの定数を過補償気味に大きく取ると制御の応答性は向
上するが、電動機のトルク指令に制御補償量を重畳して
いるため、定常時には高周波ノイズが発生し、高周波の
トルクリップルや電動機の騒音が発生するので、これら
の時定数は適当に調整して安定側に選定せざるを得なか
った。これらはトレードオフの関係であった。
に基づいて上記の問題点を説明しよう。図示の記号は、 ωm * ;速度指令 KP ;比例定数 KI ;積分定数 T* ;トルク指令 Kt ;トルク発生計数 Jm ;電動機のシナーシャ Dm ;電動機のダンピング ωm ;電動機速度 である。
御対象であって、設定入力ωm * と状態量ωm との偏差
eを、PI制御装置1を通じて制御対象2にトルク指令
T*として印加することにより、速度制御系を安定化し
ている。ここでPI定数は一定値で制御されていた。ま
た、破線により囲まれた部分3の等価外乱補償部は、Go
pinathの手法を用いた最小次元トルクオブザーバで構成
されており、次式のように記せる。
御対象に対して速度設定変動やパラメータ変動や負荷変
動が発生しても、このような運転状況の変化に無関係に
一定値で制御されていたために、制御上種々の問題が発
生していた。
変化に無関係に一定値で制御されているために、その影
響が制御特性を悪化させてしまうことがある。たとえ
ば、PI定数を一定値とすると、設定変動時にオーバー
シュートやワインドアップ現象が発生する。オブザーバ
時定数を一定値とすると制御全体のロバスト性は格段に
向上するが、その補償出力に高周波ノイズが重畳しがち
で、それがために高周波のトルクリップルが常時発生
し、電動機騒音を増大することがあった。
オブザーバ時定数は早くすると以上のような問題があ
り、実用上は安定となるようにこれらの定数は、比例定
数KP,積分定数KIは小さめに、オブザーバ時定数 Tf は
大きめとする必要があった。
めに、以下のような、運転状況に応じてこれらの補償量
を可変とすることにより制御の適応性を高め、定常及び
過渡特性を改善する制御手段を述べる。
制御変数として速度偏差eがある。この値をパラメータ
として前述のPI制御定数や負荷トルクオブザーバの1
次遅れ時定数を可変制御させる。速度偏差eの値が大き
い時は制御補償量を大とし、応答性を向上させ、小さい
時は補償量を小さくして制御安定性を向上させるべく可
変構造とすればよい。そのために、式(2) に示すごと
く、速度偏差eとその微分値 de/dtに重み計数K1, K2
をそれぞれ掛け算し、加算することにより運転状況を評
価する値としてEを求め、
どの定数を可変とすることにより、運転状況に即した定
数を選定させるような可変構造制御方法を提供するもの
である。これらの、PI定数,フィルタ時定数を運転状
況に応じて可変とするようEをパラメータとする関数に
より与えるようにしてもよく、PI定数,フィルタ時定
数を運転状況に応じて可変とするよう予め定義したデー
タデーブルを参照して選択するようにしてもよく、更に
PI定数,フィルタ時定数を運転状況に応じて上位のコ
ンピュータにより与えられるようにしてもよい。
の速度偏差の微分値 de/dtとにより判断し、これらの
値によって比例定数KP、積分定数KI及びフィルタ時定数
Tfを最適な値に選定する。
定数KP、積分定数KI及びフィルタ時定数 Tf を最適な値
に選定することにより、高周波のトルクリップルを発生
せず、電動機騒音を増大することなく、且つ設定変動時
にオーバーシュートやワインドアップ現象が発生するこ
とのない、良好な制御特性を維持することができる。
について、図1、3に示す。例示の制御では、式(2) に
より得られるEをパラメータとして使う。この式(2) で
は速度偏差eとその微分値 de/dtとにそれぞれK1, K2
を掛け算しているが、この時例えば偏差値eの評価を大
きくしたければK1の値をK2の値より大きく取ればよい。
図1に示した実施例においては、このパラメータEに応
じてそれぞれ適当な比例定数KP,積分定数KI及びフィル
タ時定数 Tf が得られる関数発生器4,5,6を設け、
速度偏差eを入力としてそれらの出力をそれぞれPI制
御装置1′及び等価外乱補償部3′の相当部分に送り、
適当な比例定数KP,積分定数KI及びフィルタ時定数 Tf
に変更する。図3はそれらの関数発生器の特性を示す図
であって、(a) は関数発生器4におけるパラメータEに
対する比例定数KPの特性、(b)は関数発生器5における
パラメータEに対する積分定数KIの特性、(c) は関数発
生器6におけるパラメータEに対するフィルタ時定数 T
f の特性を示している。ここで、実システムにおいて
は、加減速リミッタ、トルクリミッタ、電流リミッタ等
による制御上限値が規定されるので、それに沿った上限
値を各関数発生器の可変出力に設けておけばよい。
特性カーブをデータテーブル化してそのデータテーブル
を使用することもできる。すなわち、図4に示すよう
に、速度偏差eの値に対する比例定数KP,積分定数KI及
びフィルタ時定数 Tf の適当な値を記録したデータテー
ブル(a) 、または前記パラメータEの値に対する比例定
数KP,積分定数KI及びフィルタ時定数 Tf の適当な値を
記録したデータテーブル(b) を関数発生器4,5,6の
代わりに用いて、運転状態に応じて比例定数KP、積分定
数KI及びフィルタ時定数 Tf を最適な値に選定すること
もできる。
る場合には、図5に示すようにそのコンピュータ7で関
数演算により出力を得る方法もまた可能である。
及びフィルタ時定数 Tf を同時に可変にする方法を述べ
たが、例えば比例定数KPと積分定数KIとのみを制御させ
るとか、フィルタ時定数 Tf のみを制御する等の組み合
わせは、自由に選択可能なことは勿論である。
ち例えばK2を0とすると、速度偏差の微分値 de/dtの
評価はされないが、速度偏差eのみの評価で、PI定
数,フィルタ時定数を運転状況に応じて可変とする、最
も簡単な方法を図2に示すように実現できる。図2にお
いて、(a) は関数発生器4における速度偏差eに対する
比例定数KPの特性、(b) は関数発生器5における速度偏
差eに対する積分定数KIの特性、(c) は関数発生器6に
おける速度偏差eに対するフィルタ時定数 Tf の特性を
示している。
より、運転状況を瞬時瞬時観測し、運転状況に即した制
御定数で制御を行えば、設定変動や負荷変動に対してロ
バスト性及び安定性を向上させることが可能である。オ
ーバーシュート量は大幅に減少し、またインパクトドロ
ップ量は格段と少なくなり得る。
答は高速となり、また整定時や定常時は逆に小さくする
ので制御系がロバスト安定する。更に従来のように一定
で制御していた時のような定常のトルクリップル、速度
リップルの発生は大幅に抑制される。また騒音を減少さ
せることも期待できる。
応したパラメータに簡単に変更ができ、また定数の選定
を可変とすることで選定の自由度が格段に向上し、速度
制御のみならず、位置制御やトルク制御等にも適用でき
る。
度フィードバック制御と等価外乱オブザーバを適用した
系の可変構造制御方法を示す基本ブロック線図である。
評価はされないが、速度偏差eのみの評価で、PI定
数,フィルタ時定数を運転状況に応じて可変とする、最
も簡単な方法の特性カーブを示し、(a) は速度偏差eに
対する比例定数KPの特性、(b) は速度偏差eに対する積
分定数KIの特性、(c) は速度偏差eに対するフィルタ時
定数 Tf の特性を示している。
転状況に応じて可変とするようにEをパラメータとする
関数により与えることを特徴とする可変構造制御方法の
関数特性カーブの一例であり、(a) はパラメータEに対
する比例定数KPの特性、(b) はパラメータEに対する積
分定数KIの特性、(c) はパラメータEに対するフィルタ
時定数 Tf の特性を示している。
ーブルとした一例を示し、(a)は速度偏差eの値に対す
る比例定数KP,積分定数KI及びフィルタ時定数 Tf の適
当な値を記録したデータテーブル、(b) はパラメータE
の値に対する比例定数KPと積分定数KI及びフィルタ時定
数 Tf の適当な値を記録したデータテーブルである。
コンピュータで関数演算により出力を得る方法の一例を
示すブロック線図である。
制御)と等価外乱オブザーバとを適用して高機能化を図
った従来の制御系を示すブロック線図である。
Claims (4)
- 【請求項1】制御対象の指令入力と状態量との偏差量を
P(比例)およびI(積分)などからなる安定化補償手
段を通じて該制御対象の印加入力量とするようになした
ものであって、前記印加入力量と該制御対象の状態量と
を用いて該制御対象の等価外乱を1次遅れフィルタを通
じて算出するようにした等価外乱補償手段を有する電動
機制御装置において、前記P(比例)およびI(積分)
等の定数と前記1次遅れフィルタの時定数を該偏差値や
その微分値に重み計数を掛け算し,加算することにより
運転状況を評価するパラメータEを求め,該値の大きさ
に応じて可変とすることを特徴とする可変構造制御方
法。 - 【請求項2】前記制御方法において、PI定数とフィル
タ時定数とを運転状況に応じて可変とするよう関数によ
り与えることを特徴とする可変構造制御方法。 - 【請求項3】前記制御方法において、PI定数とフィル
タ時定数とを運転状況に応じて可変とするよう予め定義
したデータテーブルを参照して選択するようにしたこと
を特徴とする可変構造制御方法。 - 【請求項4】前記制御方法において、PI定数とフィル
タ時定数とを運転状況に応じて上位のコンピュータより
与えられるようにしたことを特徴とする可変構造制御方
法。
Priority Applications (1)
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JP4189352A JP2850075B2 (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 可変構造制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4189352A JP2850075B2 (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 可変構造制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4189352A Expired - Fee Related JP2850075B2 (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 可変構造制御方法 |
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1992
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