JPH05224702A

JPH05224702A - バンバン制御装置

Info

Publication number: JPH05224702A
Application number: JP5914592A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Tsutsumi; 康弘堤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】実際に制御するモータの運転時におけるモー
タ定数を、高速でかつ誤差の少ない同定を行うことので
きるバンバン制御装置を提供すること。【構成】モータ１は、操作量切り替え手段３からの命
令信号により２つの操作量を適宜時間で切り替え制御さ
れるようなっている。ここで、動作開始後のモータの回
転角度θ（ｔ）を検出し、記憶する制御量記憶手段５を
モータに接続する。この制御量記憶手段に、上記回転角
度から近似計算によりモータのイナーシャと粘性摩擦係
数の比、並びに定常ゲインと粘性摩擦係数との比を算出
する動特性パラメータ算出手段６が接続される。さら
に、この動特性パラメータ算出手段の出力が切り替え時
刻算出手段７に入力されるようになっており、上記両比
に基づいて操作量切り替え時刻が算出され、その算出結
果が、操作量切り替え手段に送られ、モータのバンバン
制御が行われるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バンバン制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】バンバン制御は、正の最大出力と負の最
大出力の２つの操作量を用い、制御対象に対する出力の
切り替え時間を連続的に制御・変化させることにより、
目標値に最短時間で到達させることのできる制御方式の
一つであり、この制御では、フィードバックの要素がな
く制御対象が有する動特性パラメータと目標値により設
計されるフィードフォワードの強い制御方式である。

【０００３】そして、上記バンバン制御をモータに対し
て行う場合には、予め使用するモータのインパルス応答
波形やステップ応答波形を解析し、立上がり時間や整定
時間等の特徴量を抽出することによりモータ定数を同定
し、それに基づいてバンバン制御を行うようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記バンバン
制御のようなフィードフォワード要素の強い制御方式で
は、同定したモータ定数の誤差があると、その誤差が大
きいほど制御性能に大きな影響を与える。そして、実際
に運転している際に、そのモータに連繋された負荷の変
動などにより、前回の制御時に比較してモータの特性が
大きく変化することが多々ある。従って、前回、或いは
それ以前に得られた各種波形に基づいて同定されたモー
タ定数では、精度よくバンバン制御することができなか
った。

【０００５】さらに、上述したごとくバンバン制御に必
要なモータ定数の同定を、従来は上記の各種波形を解析
することにより行っていたため、その計算処理が複雑で
膨大となるため、高速処理ができなかった。

【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、実際に制御する制御
対象の運転時におけるパラメータを、高速でかつ誤差の
少ない同定を行い、高精度のバンバン制御をすることの
できるバンバン制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るバンバン制御装置では、動特性を
示すパラメータが動的に変化する制御対象をバンバン制
御するバンバン制御装置において、操作量が一定の期間
中の任意の複数点の制御量を検出するとともに、記憶す
る制御量記憶手段と、前記制御量記憶手段の記憶する複
数点の制御量から前記パラメータを算出する動特性パラ
メータ算出手段と、前記動特性パラメータ算出手段が算
出した動特性パラメータからバンバン制御での操作量切
り替え時刻を算出する切り替え時刻算出手段とから構成
した。

【０００８】

【作用】制御対象が実際に運転している際における操作
量一定（特に始動後操作量が変動する前までが良い）の
時の複数点、例えば２点の制御量を検出し、それに基づ
いて切り替え時刻を算出する。そして、その算出結果に
基づいて操作量の切り替えを行いバンバン制御がなされ
る。上記処理が、制御を行う都度、すなわち制御開始直
後に行われる。よって、負荷変動その他の理由により実
際の制御時に前回のものと大きく特性が変化したとして
も、実際に制御する際の特性に基づいて同定されるた
め、同定誤差が少なく高精度な制御が行われる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係るトルク検出装置の好適な
実施例を添付図面を参照にして詳述する。本例では、モ
ータの位置決めを行うためのバンバン制御装置の一例を
示しており、その構成は図１に示すように、モータ１の
出力が負荷２に伝達されており、そのモータ１は、操作
量切り替え手段３からの命令信号により２つの操作量
（正或いは負の最大出力で加・減速する）を適宜時間で
切り替え制御されるようなっている。すなわち、正方向
に移動させる時は、まず正の最大出力で加速させ、次い
で、操作量切り替え時刻より先では負の最大出力で減速
させ、目標点に達した時に速度が零となり移動体（負荷
２）が所定位置で停止（モータ１の回転角度が所定角度
で停止）すべく、上記切り替え点が設定され、操作量切
り替え手段３によりモータ１の回転が制御される。具体
的には、モータに対して図２に示すような電流が与えら
れる。

【００１０】ここで、本発明では、まずモータ１に制御
量記憶手段５を接続している。この制御量記憶手段５
は、動作中のモータ１の回転角度θ（ｔ）を検出すると
ともに、その検出値を記憶できるようなっている。

【００１１】また、この制御量記憶手段５の出力は、動
特性パラメータ算出手段６に入力されるようになってお
り、ここにおいて、上記回転角度から近似計算によりパ
ラメータであるモータ１のイナーシャと粘性摩擦係数の
比、並びに定常ゲインと粘性摩擦係数との比を算出する
ようになっている。

【００１２】さらに、上記動特性パラメータ算出手段６
の出力が切り替え時刻算出手段７に入力されるようにな
っており、ここにおいて、上記両比に基づいてバンバン
制御を行うための上記操作量切り替え時刻を算出するよ
うになっている。そして、その算出された結果が、操作
量切り替え手段３に送られ、モータ１の制御が行われる
ようになっている。

【００１３】次ぎに、上記構成の装置の動作原理並びに
具体的な作用について説明する。まず、バンバン制御の
設計について考察すると、モータ１の伝達関数Ｇ（ｓ）
は、次式のようになっている。

【００１４】Ｇ（ｓ）＝Ｋ／ｓ²（Ｊｓ＋Ｄ） …（１）ここで、Ｋは定常ゲイン，Ｊはモータのイナーシャ，Ｄ
は粘性摩擦係数をそれぞれ示す。

【００１５】そして、モータ定格電流Ｉでのステップ応
答θ′（ｔ）は、ステップ関数をｕ（ｔ）とすると、次
式に示すようになっている。

【００１６】

【数１】 θ′（ｔ）＝(KI/D)(t-(D/J)(1-exp(-(D/J)t)))u(t) …（２）さらにこの時のバンバン制御による応答θ（ｔ）は、

【００１７】

【数２】 θ（ｔ）＝θ′（ｔ）−２θ′（ｔ−τ）＋θ（ｔ−Ｔ） …（３）となる。但し、操作量切り替え時刻τと操作量切り替え
点θｐとの関係は、 θ（τ）＝θｐであり、制御目的は、制御終了時刻Ｔにおける回転角度
（目標点）がθｒで、その時の速度が零、すなわち、 θ（Ｔ）＝θｒｄθ（Ｔ）／ｄｔ＝０となる。そして、上記式を満たすθｐひいてはτを設定
することによりバンバン制御の設計がされる。

【００１８】ところで、Ａ＝ＫＩ／ＤＢ＝Ｄ／Ｊとおくと、上記式（２）より

【００１９】

【数３】 θ′（ｔ）＝Ｂ（ｔ−（１／Ａ）（１−ｅｘｐ（−Ａｔ））） …（４）となり、上記Ａ（定常ゲインと粘性摩擦係数との比（但
しＩは一定））並びにＢ（イナーシャと粘性摩擦係数の
比）を変数とし、それを求めることにより容易にバンバ
ン制御の設計が行えることがわかる。そこで、Ａ並びに
Ｂ（これが、動特性パラメータ算出手段で求められるパ
ラメータとなる）の算出原理を以下に示す。

【００２０】すなわち、加速時の応答を考えると、上記
式（３）より

【００２１】

【数４】 θ（ｔ）＝Ｂ（１−（１／Ａ）（１−ｅｘｐ（−Ａｔ）））ｕ（ｔ） …（５）が得られる。

【００２２】そして、上記式（５）にｔ１並びにｔ２
（但し、０＜ｔ１＜ｔ２＜τ）を代入し、得られるθ
（ｔ１）とθ（ｔ２）の比をとると、Ｂが消去されて次
式が得られる。

【００２３】

【数５】すなわち、上記の式はＡのみの関数となるため、これを
ｆ（Ａ）とし、さらに、イナーシャと粘性摩擦係数との
比は制御対象のモータの種類と実際の負荷によりおよそ
の数値が決定できるため、この値をＡ０として上記関数
ｆ（Ａ）を一次テイラー展開すると、

【００２４】

【数６】ｆ（Ａ）＝ｆ（Ａ０）＋（Ａ−Ａ０）ｆ′（Ａ０）但しｆ′（Ａ）＝ｄｆ（Ａ）／ｄＡとなる。よってＡは、

【００２５】

【数７】Ａ＝Ａ０＋（ｆ（Ａ）−ｆ（Ａ０））／ｆ′（Ａ０） …（６）となる。ここで、ｆ（Ａ０），ｆ′（Ａ０）は予め計算
（測定）しておくことができるため、定数と見ることが
でき、よってｆ（Ａ）を測定することにより、一次式の
計算によって簡単にＡが求められる。

【００２６】また、この時のＢは、

【００２７】

【数８】Ｂ＝θ（ｔ１）／｛ｔ１−（１／Ａ）（１−ｅｘｐ（−Ａｔ１）｝ …（７）となるため、この式に上記式（６）により得られたＡを
代入することによりＢを算出することができる。このよ
うにして、両パラメータＡ，Ｂは簡単な式により算出さ
れ、これに基づき上記式（２），（３）によりτ並びに
θｐを求め、適切なバンバン制御を行える。

【００２８】そして、具体的な作用は、図２に示すよう
にモータの始動直後（操作量切り替え時刻前）の任意の
複数点（本例では２点（ｔ１，ｔ２））における回転角
度を制御量記憶手段５にて検出記録する。そして、記録
された回転角度θ（ｔ１），θ（ｔ２）に基づき、動特
性パラメータ算出手段６にて上記式（６），（７）を用
いてモータ１のイナーシャと粘性摩擦係数の比Ｂ、並び
に定常ゲインと粘性摩擦係数との比Ａを算出・同定す
る。次いで、その算出結果に基づいて式（２），（３）
により、操作量切り替え時刻を算出し、その算出結果を
操作量切り替え手段３に出力し、モータをバンバン制御
することになる。

【００２９】そして、上記の処理は、各制御を行う都度
その開始直後に行われる。よって、負荷変動その他の理
由により実際の制御時に前回と大きくモータの特性が大
きく変化したとしても、実際に制御しているモータの特
性に基づいて同定しているため、同定誤差が少なく高精
度な制御が行える。しかも、上記したごとく、２つの回
転角度に基づいて簡単な計算処理により同定処理を行う
ことができるため、オンラインによるデータ計測に高速
処理が行える。

【００３０】なお、上記２つの点ｔ１，ｔ２は経験的に
決定され、想定される切り替え時刻よりも上記計算処理
に要する時間分より前の２点を選ぶことが好ましい。そ
して、２点の間隔は、使用するシステムの演算処理によ
り決定される。また、実際に測定したｔ２が、前回の制
御の際にＡ（Ａ０）において算出された切り替え時刻τ
より大きいか、或いは近い場合には、そのｔ２に基づく
回転角度θ（ｔ２）を用いることなく前回のＡ等を使用
する。なお、上記した実施例では、モータに対するバン
バン制御に対する例を示したが、本発明はこれに限るこ
とはなく、種々の制御対象に利用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るバンバン制
御装置では、実際に制御する際の制御対象の制御量を検
出し、それに基づいてパラメータを同定するため、その
同定誤差が少なく、高速で高精度なバンバン制御を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバンバン制御装置の好適な一実施
例を示すブロック構成図である。

【図２】バンバン制御の作用を説明するための波形図で
ある。

【符号の説明】

１モータ（制御対象）５制御量記憶手段６動特性パラメータ算出手段７操作量切り替え時刻算出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動特性を示すパラメータが動的に変化す
る制御対象をバンバン制御するバンバン制御装置におい
て、操作量が一定の期間中の任意の複数点の制御量を検出す
るとともに、記憶する制御量記憶手段と、前記制御量記憶手段の記憶する複数点の制御量から前記
パラメータを算出する動特性パラメータ算出手段と、前記動特性パラメータ算出手段が算出した動特性パラメ
ータからバンバン制御での操作量切り替え時刻を算出す
る切り替え時刻算出手段とからなるバンバン制御装置。
【請求項２】前記制御対象がモータであって、前記制
御量が前記モータの回転角度であり、その回転角度から
算出される前記パラメータが前記モータのイナーシャと
粘性摩擦係数の比、並びに定常ゲインと粘性摩擦係数と
の比であることを特徴とする請求項１に記載のバンバン
制御装置。