JPS60160404A - サ−ボ系におけるイナ−シヤ変動の自動追従方式 - Google Patents
サ−ボ系におけるイナ−シヤ変動の自動追従方式Info
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- JPS60160404A JPS60160404A JP1685484A JP1685484A JPS60160404A JP S60160404 A JPS60160404 A JP S60160404A JP 1685484 A JP1685484 A JP 1685484A JP 1685484 A JP1685484 A JP 1685484A JP S60160404 A JPS60160404 A JP S60160404A
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- Japan
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- control system
- gain
- model
- plant
- speed
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1638—Programme controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
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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。
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、並列式モデル規範適用システム（以下ｒＭＲ
ＡＳＪ ＝Ｍｏｄｅｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ａｄａｐ
ｔｉｖｅＳＶＳ ｔｅｍという。）を適用した電動機の
速度制御系におけるイナーシャ変動の自動追従方式に関
するものである。
ＡＳＪ ＝Ｍｏｄｅｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ａｄａｐ
ｔｉｖｅＳＶＳ ｔｅｍという。）を適用した電動機の
速度制御系におけるイナーシャ変動の自動追従方式に関
するものである。
現在、フィードバック速度制御方式として、指令値と出
力の差に比例積分などの操作を加え、目標値に対する偏
差を減少させる方式が良く知られている。それらの制御
方式中、ＰＩ制御は最も一般的であり、第１図のブロッ
クダイアダラムで近位され、その入出力関係を伝達関数
で表現すると次の２次形になる。
力の差に比例積分などの操作を加え、目標値に対する偏
差を減少させる方式が良く知られている。それらの制御
方式中、ＰＩ制御は最も一般的であり、第１図のブロッ
クダイアダラムで近位され、その入出力関係を伝達関数
で表現すると次の２次形になる。
なお、第１図における符号は次の通りである。
ＣＫＮ：ＰＩ制御ゲイン、ＴＮ：積分時定数に■：電流
指令変換定数、ＫＴ ： ）ルク定数、Ｊ：イナーシャ
、１（７１速度フィードバックゲイン、ω車：速度指令
、Ｉ＊：電流指令、Ｉ：電機子電流、τｅ ：発生トル
ク、τＬ ＝トルク外乱、ω：速度〕 従ってこの系は、ＰＩ制御部のゲインＫＮ及びイナーシ
ャＪを可変とし、その他を定数とした場合、それらの２
つの値によっては応答が遅くなったり、反対に振動的に
なる場合がある。
指令変換定数、ＫＴ ： ）ルク定数、Ｊ：イナーシャ
、１（７１速度フィードバックゲイン、ω車：速度指令
、Ｉ＊：電流指令、Ｉ：電機子電流、τｅ ：発生トル
ク、τＬ ＝トルク外乱、ω：速度〕 従ってこの系は、ＰＩ制御部のゲインＫＮ及びイナーシ
ャＪを可変とし、その他を定数とした場合、それらの２
つの値によっては応答が遅くなったり、反対に振動的に
なる場合がある。
普通、これを防止するために、あらかじめイナーシャＪ
の値がわかっているときには、出力が振動的にならない
に、の値をあらかじめ設定しておく方法が用いられてい
る。しかし、例えばロボットの腕の制御など、イナーシ
ャが大きな範囲で変動するものを負荷とし、ＰＩ制御部
のゲインを固定とした場合、ゲインを小さく設定してお
くとイナーシャの減少とともに指令速度に達するまで長
い時間を必要とし、反対に振動の限界近くに設定してお
くとイナーシャの増大とともにオーバーシュートをもっ
た好ましくない応答を示すようになる。このため、位置
決めにおいて行き過ぎを生じたり、精度が落ちるという
不都合が生じることになる。
の値がわかっているときには、出力が振動的にならない
に、の値をあらかじめ設定しておく方法が用いられてい
る。しかし、例えばロボットの腕の制御など、イナーシ
ャが大きな範囲で変動するものを負荷とし、ＰＩ制御部
のゲインを固定とした場合、ゲインを小さく設定してお
くとイナーシャの減少とともに指令速度に達するまで長
い時間を必要とし、反対に振動の限界近くに設定してお
くとイナーシャの増大とともにオーバーシュートをもっ
た好ましくない応答を示すようになる。このため、位置
決めにおいて行き過ぎを生じたり、精度が落ちるという
不都合が生じることになる。
また、工作機において物体を切削する場合などは、切削
前と切削中でのイナーシャが異なる上、さらに切削中に
おける負荷外乱により、速度系の安定が乱されるという
欠点があった。
前と切削中でのイナーシャが異なる上、さらに切削中に
おける負荷外乱により、速度系の安定が乱されるという
欠点があった。
本発明は、このような従来の問題点を解消し、回転機の
フィードバック速度制御系において、モデルとして出力
にオーバーシュートがなく、また短い時間で応答するシ
ステムを選び、イナーシャ変動や負荷外乱が発生した場
合でも、モデルの出力と同等の速度出力が制御対象から
得られように、制御対象の速度ループ中のゲインを調整
することを目的とするものである。
フィードバック速度制御系において、モデルとして出力
にオーバーシュートがなく、また短い時間で応答するシ
ステムを選び、イナーシャ変動や負荷外乱が発生した場
合でも、モデルの出力と同等の速度出力が制御対象から
得られように、制御対象の速度ループ中のゲインを調整
することを目的とするものである。
本発明は、並列式のモデル規範適応システムを用いた適
応ループを付加した回転電機の速度制御系において、負
荷に関する変動量に応じて前記速度制御系内のゲインを
調節するようにしたことを特徴とするものである。
応ループを付加した回転電機の速度制御系において、負
荷に関する変動量に応じて前記速度制御系内のゲインを
調節するようにしたことを特徴とするものである。
速度制御系としては、第１図に示したＰＩ制御系が良（
使われるが、以下では伝達関数形がより単純なＩＰ制御
系において、イナーシャ変動に対するゲイン追従適応制
御系の構成例を説明する。
使われるが、以下では伝達関数形がより単純なＩＰ制御
系において、イナーシャ変動に対するゲイン追従適応制
御系の構成例を説明する。
ＩＰ制御系をブロック図で表現すると、一般に第２図で
示され、この系の速度指令と速度出力間の伝達関数は次
の２次形で表すことができる。
示され、この系の速度指令と速度出力間の伝達関数は次
の２次形で表すことができる。
なお、Ｋは比例ゲイン、）（’ｒｃｔ はフィードバン
クゲイン１、ＫＴＧ２はフィードバンクゲイン２である
。
クゲイン１、ＫＴＧ２はフィードバンクゲイン２である
。
（２）式において、可変要素としてイナーシャＪとゲイ
ンにのみを考慮し、他を定数としたとき、変動要素とし
てＳ２を除いた各項にに／Ｊの係数がかかっているので
、これを３２の係数のみの変動としてとらえるため、（
２）式の分子、分母をに／Ｊで割ると、（２）式は次の
形に置き換えることができる。
ンにのみを考慮し、他を定数としたとき、変動要素とし
てＳ２を除いた各項にに／Ｊの係数がかかっているので
、これを３２の係数のみの変動としてとらえるため、（
２）式の分子、分母をに／Ｊで割ると、（２）式は次の
形に置き換えることができる。
ｃ
Ｇ” ＝ａ ｓ ２＋ ｂ ｓ ＋ ｃ ’−−−−−
−−−−’−（”’式従ってイナーシャが変動した場合
、（３）式において変動する係数はａのみである。ここ
で（３）式を並列式ＭＲＡＳにおけるモデルの伝達関数
とし、制御対象（以下プラントと称す）の伝達関数を次
式Ｇ ｐ （ｓｌ ＝ Ｋ ｃ ／’ （ｆａ ｓ ２
＋ ｂ ｓ ＋ ｃ ） −−−−−−−−１４１式た
だし Ｋ、ｂ、ｃは（３）式と同じ。
−−−−’−（”’式従ってイナーシャが変動した場合
、（３）式において変動する係数はａのみである。ここ
で（３）式を並列式ＭＲＡＳにおけるモデルの伝達関数
とし、制御対象（以下プラントと称す）の伝達関数を次
式Ｇ ｐ （ｓｌ ＝ Ｋ ｃ ／’ （ｆａ ｓ ２
＋ ｂ ｓ ＋ ｃ ） −−−−−−−−１４１式た
だし Ｋ、ｂ、ｃは（３）式と同じ。
制御の目的はプラントの出力がモデルの出力と等しくな
ることにあるので、最終的に５がａに一致すること、即
ちイナーシャＪの変動に応じてＫを同じ割合で増加又は
減少させることである。
ることにあるので、最終的に５がａに一致すること、即
ちイナーシャＪの変動に応じてＫを同じ割合で増加又は
減少させることである。
以下に適応ループの構成例でしばしば用いられるボポフ
の超安定論によるものを示す。
の超安定論によるものを示す。
まず、モデルの出力をωＨ１プラントの出力をａｐとお
き、それぞれの出力の差 ωＨ−ωｐをｅとおくと、（
２）式、（３）式より次の微分方程式を得る。
き、それぞれの出力の差 ωＨ−ωｐをｅとおくと、（
２）式、（３）式より次の微分方程式を得る。
ａｆｉ＋ｂｅ＋ｃｅ＋ （ａ−ａ）ａｐ ＝０−（５１
式５を比例要素及びメモリの働きをする積分要素の和と
して選定し、次の形におく。
式５を比例要素及びメモリの働きをする積分要素の和と
して選定し、次の形におく。
・−・・−・−−−−−−−−−−−−一−−−・−−
−−−−−〜−−（６１式ただしψ！（シ、ｔ、τ）、
ψ２（ｖ、ｔ）はある関数、５０ＴＯ）は５の初期値、
τばｔ以前の時刻、■は正実補償器Ｃの出力であり、■
は下式で表わせる。
−−−−−〜−−（６１式ただしψ！（シ、ｔ、τ）、
ψ２（ｖ、ｔ）はある関数、５０ＴＯ）は５の初期値、
τばｔ以前の時刻、■は正実補償器Ｃの出力であり、■
は下式で表わせる。
ｖ ＝ Ｃ（３１・ｅ −−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−（７１式（５）式に
より 線形要素ａＭ＋ｂｅ＋ｃｅ＝−ａｌｌ補償要素
ｖ ＝ Ｃｉｓ）・ｅ 非線形要素 ωｓ ＝ （ａ−５）ゐｐを含む第３図の
等価フィードバック系を考えることができ（同図中（１
１）は線形要素、（１２）は補償要素、（１３）は非線
形要素）、そのループに対してポボフの超安定条件を満
たすψ！、ψ２の関数形を決定する。
−−−−−−−−−−−−−−−−（７１式（５）式に
より 線形要素ａＭ＋ｂｅ＋ｃｅ＝−ａｌｌ補償要素
ｖ ＝ Ｃｉｓ）・ｅ 非線形要素 ωｓ ＝ （ａ−５）ゐｐを含む第３図の
等価フィードバック系を考えることができ（同図中（１
１）は線形要素、（１２）は補償要素、（１３）は非線
形要素）、そのループに対してポボフの超安定条件を満
たすψ！、ψ２の関数形を決定する。
ボボフの安定条件より、
７”ｖ （ａ−５） ６）ｐ ｄｔ
ψ２ （ｖ、ｔ） ＋ Ａｏ （ｏｌ） ］ 乙ｐ ｄ
ｔ≧−γｏ２・−−−−−・−−−−−・・−・・・・
−一−−−・−・−一−−−−−・−ｍ−−−・（７）
式ただし γ０は訳の定数 （７）式を満足するためには、次の′２条件を満たせば
×υｐｄｔ≧−Ｔ１２・−・−−一−−−−−−−−・
−・−−−−−−（８１式！ｖψ２（ｖ、ｔ） ＆ｐ
ｄｔ ≧−γ２” −−−−−−−−−−−−（９１式
ただし γ１．Ｔ２は正の定数 （８）式、（９）式を満足するψ１．ψ２として次の関
数を選ぶ。
ｔ≧−γｏ２・−−−−−・−−−−−・・−・・・・
−一−−−・−・−一−−−−−・−ｍ−−−・（７）
式ただし γ０は訳の定数 （７）式を満足するためには、次の′２条件を満たせば
×υｐｄｔ≧−Ｔ１２・−・−−一−−−−−−−−・
−・−−−−−−（８１式！ｖψ２（ｖ、ｔ） ＆ｐ
ｄｔ ≧−γ２” −−−−−−−−−−−−（９１式
ただし γ１．Ｔ２は正の定数 （８）式、（９）式を満足するψ１．ψ２として次の関
数を選ぶ。
ψ１ （Ｖ＋ Ｌ＋τ）＝ｋｌｖωｐ −・−一−−−
−・−−−一−−−αψ式ψ２ （ｖ、ｔ ） ＝ ｋ
２ ｖ ＆ｐ −−−−−−−−−、−（１１）式ただ
し ｋｌ ＜Ｑ、 ｋ２ （Ｑの定数である。
−・−−−一−−−αψ式ψ２ （ｖ、ｔ ） ＝ ｋ
２ ｖ ＆ｐ −−−−−−−−−、−（１１）式ただ
し ｋｌ ＜Ｑ、 ｋ２ （Ｑの定数である。
ここでボボフの安定条件によれば前向き線形要素は補償
器も含めて正賓の条件を満たしていなければならないの
で、補償器の伝達関数をＣ（３１＝ Ｃ１ｓ ＋ ０２ と仮定して正実条件を満足するようにｃ、、ｃ２を決定
する。
器も含めて正賓の条件を満たしていなければならないの
で、補償器の伝達関数をＣ（３１＝ Ｃ１ｓ ＋ ０２ と仮定して正実条件を満足するようにｃ、、ｃ２を決定
する。
なお、負荷外乱の補償については、トルク指令と負荷外
乱の和を、イナーシャと変通にとらえることができるの
で、以上の設計をそのまま利用することができる。
乱の和を、イナーシャと変通にとらえることができるの
で、以上の設計をそのまま利用することができる。
以下に図面を用いて制御系全体の動作の説明を行なう。
第４図はフィードバック速度制御系として２次のＩＰ制
御系を用いた一実施例であり、（１１は望ましい応答を
示すモデル、（２）の点線で囲まれた部分は制御対象の
フィードバンク制御系、（３）の一点鎖線で囲まれた部
分は適応機構を示す。ｉｌｌ及び（３）はマイクロプロ
セッサ等を用いて実現することができる。０本は速度指
令でモデルとプラントの両システムに入力され、それぞ
れの出力の差εを正実補償要素で処理した後、プラント
の２同機分信号との積をとる。その結果を比例要素に２
とメモリの働きをする積分要素に通し、Ｋの初期値Ｒ（
０１とともに加え合わせた値をＫのゲイン値としてプラ
ントへフィードバックすることで適応ループが完成され
る。
御系を用いた一実施例であり、（１１は望ましい応答を
示すモデル、（２）の点線で囲まれた部分は制御対象の
フィードバンク制御系、（３）の一点鎖線で囲まれた部
分は適応機構を示す。ｉｌｌ及び（３）はマイクロプロ
セッサ等を用いて実現することができる。０本は速度指
令でモデルとプラントの両システムに入力され、それぞ
れの出力の差εを正実補償要素で処理した後、プラント
の２同機分信号との積をとる。その結果を比例要素に２
とメモリの働きをする積分要素に通し、Ｋの初期値Ｒ（
０１とともに加え合わせた値をＫのゲイン値としてプラ
ントへフィードバックすることで適応ループが完成され
る。
第６図、第７図は従来の固定ゲインによる方式と本方式
の出力及びゲインを比較したものであり、第６図の（ａ
ｌ、 （ｂｌ、第７図のｌａｄ、 （ｂｌはそれぞれ第
５図（ａｌのイナーシャステップ変化、（ｂｌのイナー
シャランプ変化に対応するものである。指令は３段のス
テップ信号とランプ信号を与えており、実線はモデルの
出力、破線はプラント出力、二点鎖線はゲインの変化を
表している。
の出力及びゲインを比較したものであり、第６図の（ａ
ｌ、 （ｂｌ、第７図のｌａｄ、 （ｂｌはそれぞれ第
５図（ａｌのイナーシャステップ変化、（ｂｌのイナー
シャランプ変化に対応するものである。指令は３段のス
テップ信号とランプ信号を与えており、実線はモデルの
出力、破線はプラント出力、二点鎖線はゲインの変化を
表している。
以上はｔｐ制御系における適応制御系の構成例であるが
、ｐｒ制御系に対する適応系も同様の手順で導くことが
でき、その構造は第５図に示した適応系のものと同一で
ある。
、ｐｒ制御系に対する適応系も同様の手順で導くことが
でき、その構造は第５図に示した適応系のものと同一で
ある。
上述したように本発明によれば、従来から用いられてい
る制御系にモデル及び適応機構により構成される適応ル
ープを追加することによりイナーシャの変化及び負荷外
乱に対して不感な、望ましい速度応答が得られる制御を
行なうことができ、またゲインの初期設定を短時間に行
なうこともできるという効果を奏するものである。
る制御系にモデル及び適応機構により構成される適応ル
ープを追加することによりイナーシャの変化及び負荷外
乱に対して不感な、望ましい速度応答が得られる制御を
行なうことができ、またゲインの初期設定を短時間に行
なうこともできるという効果を奏するものである。
第１図はＰＩ制御系の速度制御ブロック図、第２図はＩ
Ｐ制御系の速度制御ブロック図、第３図は線形要素、補
償要素及び非線形要素を含む等価フィードバック系を説
明するブロック図、第４図は本発明の実施例を示すブロ
ック図、第５図はイナーシャの変化を示すタイムチャー
ト、第６図は３段の速度指令を与えたときの補償要素が
ない場合の応答を示すタイムチャート、第７図は同じく
３段の速度指令を与えたときの補償要素を加えた場合の
応答を示すタイムチャートである。 （１）：速度制御系モデル （２）：速度制御プラント （３）：適応ループ 特許出願人 株式会社 安川電機製作所代理人 手掘
益（ばか１名） 第１図 第３図 ５ 第４図 菰
Ｐ制御系の速度制御ブロック図、第３図は線形要素、補
償要素及び非線形要素を含む等価フィードバック系を説
明するブロック図、第４図は本発明の実施例を示すブロ
ック図、第５図はイナーシャの変化を示すタイムチャー
ト、第６図は３段の速度指令を与えたときの補償要素が
ない場合の応答を示すタイムチャート、第７図は同じく
３段の速度指令を与えたときの補償要素を加えた場合の
応答を示すタイムチャートである。 （１）：速度制御系モデル （２）：速度制御プラント （３）：適応ループ 特許出願人 株式会社 安川電機製作所代理人 手掘
益（ばか１名） 第１図 第３図 ５ 第４図 菰
Claims (1)
- １、 並列式のモデル規範適応システムを用いた適応ル
ープを付加した回転電機の速度制御系において、負荷に
関する変動量に応じて前記速度制御系内のゲインを調節
するようにしたことを特徴とするサーボ系におけるイナ
ーシャ変動の自動追従方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1685484A JPS60160404A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | サ−ボ系におけるイナ−シヤ変動の自動追従方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1685484A JPS60160404A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | サ−ボ系におけるイナ−シヤ変動の自動追従方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60160404A true JPS60160404A (ja) | 1985-08-22 |
Family
ID=11927799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1685484A Pending JPS60160404A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | サ−ボ系におけるイナ−シヤ変動の自動追従方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60160404A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0306922A2 (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-15 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Control system for controlling revolution speed of electric motor |
| WO1990008987A1 (fr) * | 1989-01-30 | 1990-08-09 | Fanuc Ltd | Procede de servocommande utilisant un detecteur d'evaluation de perturbation |
| CN109465827A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-15 | 广东工业大学 | 单反馈单驱动刚柔耦合平台控制方法 |
-
1984
- 1984-01-31 JP JP1685484A patent/JPS60160404A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0306922A2 (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-15 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Control system for controlling revolution speed of electric motor |
| EP0306922B1 (en) * | 1987-09-08 | 1995-01-25 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Control system for controlling revolution speed of electric motor |
| WO1990008987A1 (fr) * | 1989-01-30 | 1990-08-09 | Fanuc Ltd | Procede de servocommande utilisant un detecteur d'evaluation de perturbation |
| CN109465827A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-15 | 广东工业大学 | 单反馈单驱动刚柔耦合平台控制方法 |
| CN109465827B (zh) * | 2018-11-22 | 2021-12-10 | 广东工业大学 | 单反馈单驱动刚柔耦合平台控制方法 |
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