JPH04111106A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、トルク外乱によって偏差が増大するサーボ系
の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のサーボ制御装置は、外乱の影響を打ち消すのに積
分制御を行い、その偏差の積分でトルク外乱に打ち勝つ
力を得ていた。しかし、偏差の積分には一定の時間がか
かる。このため、トルク外乱による偏差を瞬時に抑え込
むことができず、偏差が大きくなることがあった。

なお、第２図は従来のサーボ制御装置の構成を示すブロ
ック図である。第２図において、１は機械、２は目標値
、３は角度、４は位置ゲイン、５は目標値フィードフォ
ワード制御部、６は速度指令、７は加速度指令、８は角
速度、９はＰ■制御部、１０はＰ■制御出力、１１は慣
性力補償値である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したように、従来のような積分制御では、トルク外
乱による偏差を瞬時に抑え込むことができず、偏差が大
きくなる問題があった。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、トルク
外乱の影響を速やかに除去し、高精度なサーボ制御を実
現できるサーボ制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段と作用〕

本発明は上記問題点を解決するために、外乱をオブザー
バで推定し、フィードバックすることで外乱の影響を除
去する。この場合、オブザーバで推定すると必ず遅れを
伴い、瞬時に変化するような外乱に対してはオブザーバ
だけではカバーしきれない。そこでオブザーバの推定遅
れを補償するフィードフォワード制御部を設け、両者を
併用することで外乱の影響を速やかに除去するようにし
たものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例に係るサーボ制
御装置を説明する。

第１図に本発明のシステムを示す。第１図において、機
械１より３の角度θおよび８の角速度θが検出される。

この機械１には、１８の外乱ｄが作用している。また、
機械１に入力されるトルクは、１７のＴである。２の指
令値θ、が制御系に入力されると、この指令値θ１を目
標値フィードフォワード制御部５が入力し、１１の慣性
力補償値Ｊθ、と６の速度指令θ、を出力する。また、
この目標値フィードフォワード制御部５は、７の角加速
度θ、も出力する。

６の運夏ｆｒｉ令θ、ば、７の月別速度指令θ４と共に
外乱フィードフォワード制御部１４に入力される。この
外乱フィードフォワード制御部１４は、外乱がほぼ時間
に対して確定しているとき、その外乱を速度や加速度の
関数で表わすもので、外乱の波形形状によって任意にそ
の関数が設定できるものである。外乱フィードフォワー
ド制御部１４の出力は、外乱を打ち消す指令信号になっ
ており、補償器１４に入力される。この補償器１４の出
力信号１６は、外乱オブザーバ１２で推定した１３の外
乱推定値ｄの推定遅れ分のみを補償した信号になってい
る。外乱オブザーバ１２は、１７のトルク人力Ｔと８の
角速度θを入力し、１３の外乱推定値ｄを出力する。

一方、２の目標値θ、と３の角度θが減算されて偏差を
得る。偏差に４の位置ゲインＧ、が乗算され、さらに６
の速度指令が加算される。この値から８の角速度θが減
算されて速度偏差を得る。

この速度偏差値はＰＩ制御部９に入力され、同ＰＩｍ御
部９から演算結果が出力される。この値に１１の慣性力
補償値、１６の推定遅れ補償信号および１３の外乱推定
値が加算されて、１７のトルク指令になる。

このような構成において、例えば第２図に示すように、
１８の外乱ｄを同図（ａ）のような波形にした場合、外
乱オブザーバ１２のみではその推定値は同図（ｂ）に示
す１３のｄでわかるように推定遅れで波形がなまってい
る。そこで、同図（ｃ）に示す１６の補償信号でその遅
れ分のみを補う信号が出力されて、同図（ｄ）に示す両
者の信号の加算合成により、結果的に外乱が再現され、
補償が十分に行われる。

以上のことを論理的に説明する。

機械１の運動方程式は、入力トルクをＴ、トルク外乱を
ｄ、粘性抵抗係数をＤ、慣性モーメントをＪ、角度をθ
とすると、（１）式で表わされる。

Ｊθ＝Ｔ−Ｄθ−ｄ　　　　　　　・−−−−−−−（
１）外乱は、（２）式によって求めることができる。但
し、実際には、ガタやノイズ等の除去のためにローパス
フィルタを入れるため（３）式になる。なお、（３）式
はラプラス変換式である。

ｄ＝Ｔ−Ｄθ−Ｊθ −−−−−−・−（３） ここで、ローパスフィルタのカットオフ周波数が低いと
、推定値Ｇに遅れを生じ、瞬時に変化する外乱には対応
できない。そこで、外乱の中でも比較的その性質が関数
等で近似できる確定外乱である場合は、以下に示すフィ
ードフォワード補償を新たに付加すれば良い。但し、外
乱の大きさは未知とする。確定外乱をｄ　（ｓ）ζＦ　
、”（ｓ　）と任意の関数で表わす。このとき、上記（
３）式によって、推定値は（４）式のようになる。

トルク外乱の推定値をフィードバックしても１次遅れ分
によって補償できない部分があるので、これをフィード
フォワード制御で補償する。フィードフォワードによる
補償入力をｄ□とすると、以下の条件が成立すれば、外
乱を完全に再現できる。

ｄＦＦ＋ｄ＝ｄ ｄ、、＝ｄ−ｄ ・−−一一一−・（５） ＴＯＢＳ　＋１ Ｆ　ｄ”（Ｓ　）は、確定外乱なのでサーボ系の指令側
から入力させることができる。但し、その大きさは変化
する場合を考慮して、オブザーバの推定値の波形からそ
の高さを求めてメモリさせておき、その情報を外乱フィ
ードフォワード部の関数にプリセットする。これにより
、外乱の関数の高さ（大きさ）はオブザーバの情報を利
用して決定されるため、外乱関数の形状が同じで大きさ
が変化する場合でも適応できる。

〔発明の効果〕

れ分は外乱フィードフォワード制御部の出力信号によっ
て補われる。したがって、結果的に遅れのないシャープ
な外乱推定信号が得られ、外乱をシャープに打ち消して
高精度なサーボ制御を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例ムこ係るサーボ制御装置の
構成を示すブロック図、第２図は同実施例の動作を説明
するための信号波形図、第３図は従来のサーボ制御装置
の構成を示すブロック図である。 １・・・機械、２・・・目標値、３・・・角度、４・・
・位置ゲイン、５・・・目標値フィードフォワード制御
部、６・・・速度指令、７・・・加速度指令、８・・・
角速度、９・・・ＰＩ制御部、１０・・・ＰＩＩＩＩｍ
出力、１１・・・慣性力補償値、１２・・・外乱オブザ
ーバ、１３・・・外乱推定値、１４・・・外乱フィード
フォワード制御部、１５・・・補償器、１６・・・外乱
フィードフォワード補償信号、１７・・・入力トルク、
１８・・・外乱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 トルク外乱を推定する外乱推定手段と、 この外乱推定手段による推定遅れを補償する補償手段と
   を具備し、 この補償手段によって補償された上記外乱推定手段の外
   乱推定信号を用いて上記トルク外乱を除去することを特
   徴とするサーボ制御装置。