JP2923000B2 - Servo control device - Google Patents

Servo control device

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JP2923000B2
JP2923000B2 JP2197965A JP19796590A JP2923000B2 JP 2923000 B2 JP2923000 B2 JP 2923000B2 JP 2197965 A JP2197965 A JP 2197965A JP 19796590 A JP19796590 A JP 19796590A JP 2923000 B2 JP2923000 B2 JP 2923000B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーボ制御装置に関し、ロボツトや圧延機の
ように制御対象の駆動特性の変動が大きく、また負荷外
乱の加わりやすい系を神経回路網を用いて適応的に学習
制御するサーボ制御装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a servo control device, and relates to a neural network, such as a robot or a rolling mill, in which a drive characteristic of a controlled object has a large fluctuation and a load disturbance is easily applied. The present invention relates to a servo control device that adaptively controls learning by using a servo control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

神経回路網(ニユーラルネツトワーク)は、比較的単
純なアルゴリズムで、非線形系を含めた動力学系(ダイ
ナミカルシステム)の特性を学習する能力を持つことが
知られている。この神経回路網を制御に応用し、制御対
象の特性変動に頑健なサーボ制御装置を構築する方法と
して、Proceedings of the Automatic Control Confere
nce,vol.1,pp.910〜915(1989)に記載されている方法
が提案されている。これは第3図に示すように、制御対
象1に対し前向きに神経回路網2を設け、サーボ制御系
への目標指令値xrを前記神経回路網2に入力することで
操作量uを演算する。ここで、神経回路網2にはあらか
じめ制御対象1への入力uと出力xとから、系の出力x
に対する入力uの特性(一般にこの特性を逆システムと
呼ぶ)を学習させておく。
It is known that a neural network (neural network) has an ability to learn characteristics of a dynamic system (dynamic system) including a nonlinear system by a relatively simple algorithm. Proceedings of the Automatic Control Confere is a method of applying this neural network to control and constructing a servo controller that is robust to the fluctuations in the characteristics of the controlled object.
nce, vol. 1, pp. 910-915 (1989) has been proposed. This is because, as shown in FIG. 3, forward the provided neural network 2 to the control object 1, calculates the manipulated variable u by inputting the target command value x r to the servo control system to the neural network 2 I do. Here, the neural network 2 previously outputs the output x of the system from the input u and the output x to the control target 1.
Of the input u (generally, this characteristic is called an inverse system).

このため、神経回路網2で演算された操作量uは、制
御対象1の出力xを目標指令xrに一致させる操作量とな
る。ここで、制御対象1の逆システムの学習は、神経回
路網2へxを入力したときの出力が実際の入力uと一
致するよう神経回路網を構成する各ユニツト間の結合関
係を修正することにより実行される。
Therefore, the operation amount u which is calculated by the neural network 2 is a manipulated variable for matching the output x of the controlled object 1 in the target command x r. Here, the learning of the inverse system of the controlled object 1 is to correct the connection relationship between the units constituting the neural network so that the output when x is input to the neural network 2 matches the actual input u. Is executed by

神経回路網における入力から出力への演算は比較的単
純なアルゴリズムで実行され、また神経回路網を構成す
る多数のユニツト間の結合状態で系の特性が表現され
る。このため、線形関係式で系の特性を同定する方式な
どに比べ冗長性のあることが知られている。このような
特長を持つ神経回路網をサーボ制御系に用いることで、
制御対象の特性変動に対して適応的に操作量を演算でき
るため、特にロボツト,圧延機のサーボ系などパラメー
タ変動の影響が顕著な系に対し応用が検討されている。
The operation from the input to the output in the neural network is executed by a relatively simple algorithm, and the characteristics of the system are expressed by the connection state between a large number of units constituting the neural network. For this reason, it is known that there is more redundancy than a method of identifying the characteristics of the system using a linear relational expression. By using a neural network with these features for the servo control system,
Since the manipulated variable can be calculated adaptively with respect to the characteristic variation of the controlled object, application to a system in which the influence of parameter variation is remarkable, such as a robot or a servo system of a rolling mill, is being studied.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、上記従来技術では、神経回路網2が制御対象
1の逆システムを学習する過程では、実際の逆システム
と神経回路網が習得した特性との間のずれが大きい。こ
のため、目標指令値に直列に設けた神経回路網からの出
力値で制御したとき、制御対象の出力と目標指令値との
誤差が増大し、制御系が過渡的に不安定になることがあ
る。このため、模擬的な教師信号を用いて神経回路網を
学習した後、制御対象と結合する必要があつた。更に、
上記の初期的な学習過程以外にも、制御対象の動特性が
過渡的に変動した場合や、制御系に突発的な外乱が作用
した場合などでも、神経回路網の学習過程において、実
際の出力と目標値との誤差が大きくなる。また、神経回
路網をフィードフォワード制御要素として用いる場合、
目標指令値に対する追従性は向上するが、系の外乱に対
する抑制効果が十分でないという問題点もある。
However, in the above-described conventional technique, in the process in which the neural network 2 learns the inverse system of the control target 1, the deviation between the actual inverse system and the characteristics acquired by the neural network is large. Therefore, when control is performed using an output value from a neural network provided in series with the target command value, an error between the output of the control target and the target command value increases, and the control system may become transiently unstable. is there. For this reason, it is necessary to learn a neural network using a simulated teacher signal and then connect it to a control target. Furthermore,
In addition to the initial learning process described above, even when the dynamic characteristics of the controlled object fluctuates transiently or when a sudden disturbance acts on the control system, the actual output in the learning process of the neural network is And the target value increases. Also, when using a neural network as a feedforward control element,
Although the followability to the target command value is improved, there is also a problem that the effect of suppressing the disturbance of the system is not sufficient.

本発明の目的は、神経回路網が初期的に系の特性を学
習する過程においても、また、突発的な系の特性変動や
外乱入力に対しても安定なサーボ制御系を構築すること
にある。
An object of the present invention is to construct a servo control system that is stable even in a process in which a neural network initially learns the characteristics of a system, and also against sudden changes in the characteristics of the system and disturbance inputs. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、神経回路網と並列に線形制
御系を設け、目標指令値を入力として神経回路網で演算
した操作量と、目標指令値および制御対象の出力とから
演算した線形制御系の出力との和を制御対象に対する操
作量として制御するようにした。ここで、神経回路網は
制御対象への入力と出力とから制御対象の逆システムを
学習する。この学習は線形制御系とは独立に実行される
ので、神経回路網と線形制御系とは個別に設定できる。
In order to achieve the above object, a linear control system is provided in parallel with the neural network, and a linear control system calculated from an operation amount calculated by the neural network with the target command value as an input and the output of the target command value and the control target. Is controlled as an operation amount for the control target. Here, the neural network learns the inverse system of the control target from the input and output to the control target. Since this learning is performed independently of the linear control system, the neural network and the linear control system can be set individually.

〔作用〕 ここで、神経回路網と並列に設けた線形制御系は、制
御対象の特性変動を神経回路網が学習する過程で制御系
が不安定になるのを防ぐ働きをする。また、線形制御系
を併用することで、フィードフォーワード補償系である
神経回路網では抑制効果の少ない外乱に対しても頑健な
制御系を構成できる。ここで、神経回路網は制御対象へ
の入力と出力とから逆システムを学習する。このため、
線形制御系は神経回路網によるフイードフオワード制御
とは独立に制御特性を設定できる。このため、線形制御
系の出力を用いて神経回路網を学習させる方式などと比
べて線形制御系の定数や神経回路網の構成が簡単化でき
るという利点がある。
[Operation] Here, the linear control system provided in parallel with the neural network functions to prevent the control system from becoming unstable in the process of learning the characteristic variation of the control target by the neural network. In addition, by using a linear control system together, a neural network that is a feedforward compensation system can configure a robust control system even for a disturbance with little suppression effect. Here, the neural network learns the inverse system from the input and output to the control target. For this reason,
The linear control system can set control characteristics independently of feedforward control by a neural network. For this reason, there is an advantage that the constants of the linear control system and the configuration of the neural network can be simplified as compared with a method of learning the neural network using the output of the linear control system.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第
1図において、1は制御対象、2は神経回路網、3は神
経回路網の出力誤差演算、4は線形制御演算、5は神経
回路網の出力と線形制御の出力との加算部をそれぞれ示
し、6の部分(破線で示す)がサーボ制御装置の演算内
容を表わす。また、7は神経回路網への入力信号の切換
えスイツチ、8は神経回路網からの出力信号の切換えス
イツチをそれぞれ表わす。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is a control object, 2 is a neural network, 3 is an output error operation of the neural network, 4 is a linear control operation, and 5 is an adder for the output of the neural network and the output of the linear control. The portion 6 (indicated by a broken line) represents the operation contents of the servo control device. Reference numeral 7 denotes a switch for switching an input signal to the neural network, and reference numeral 8 denotes a switch for switching an output signal from the neural network.

サーボ制御装置は所定の制御時点毎に、神経回路網の
学習,神経回路網からの操作量の演算および線形制御演
算を順次実行する。いま、任意のk時点での制御動作を
第2図に示す。第2図において、601でk時点での制御
対象への操作量u(k),制御対象の出力x(k),制
御系への目標指令値xr(k)をそれぞれ取込む。次に60
2において、神経回路網2の入力側および出力側のスイ
ツチ7,8を(a)側に閉じ、神経回路網にx(k)を入
力して神経回路網を学習させるための暫定出力値u
(k)を演算する。
The servo controller sequentially executes learning of the neural network, calculation of the operation amount from the neural network, and linear control calculation at each predetermined control time. FIG. 2 shows a control operation at an arbitrary k point. In FIG. 2, at 601, an operation amount u (k) to the control target, an output x (k) of the control target, and a target command value x r (k) to the control system at the time point k are fetched. Then 60
In 2, the switches 7, 8 on the input side and the output side of the neural network 2 are closed to the (a) side, and x (k) is input to the neural network to make the temporary output value u for learning the neural network.
(K) is calculated.

次に、603において、暫定出力値(k)と実際の入
力値u(k)とから神経回路網の出力誤差e(k)を演
算し、これに応じて神経回路網を構成する各ユニツト間
の結合状態を修正する。これら神経回路網における入力
信号から出力信号の演算および神経回路網の出力誤差か
らの神経回路網の修正演算は、例えば、D.E Rumelhart,
G.E.Hinton,and R.J.Williams著による“Learning Inte
rral Representations by Error Propagation",Paralle
l Distributed Processing MIT Press,1986,pp.318−36
2.に述べられている方法により実行する。
Next, at 603, an output error e (k) of the neural network is calculated from the provisional output value (k) and the actual input value u (k), and the respective units constituting the neural network are calculated accordingly. Modify the binding state of. The operation of the output signal from the input signal in these neural networks and the correction operation of the neural network from the output error of the neural network are described in, for example, DE Rumelhart,
"Learning Inte" by GE Hinton, and RJ Williams
rral Representations by Error Propagation ", Paralle
l Distributed Processing MIT Press, 1986, pp. 318-36
Perform by the method described in 2.

次に、604において、スイツチ7,8を(b)側に閉じて
神経回路網に目標指令値xr(k)に入力し操作量u
a(k)を演算する。また、605において目標指令値x
r(k)と制御対象の出力x(k)とから線形制御演算
により操作量ul(k)を求める。最後に、神経回路網か
らの操作量ua(k)と線形制御部演算からの操作量u
l(k)を加算し、制御対象に対する操作量として出力
する。この更新された操作量をu(k+1)で表わす。
以上の制御演算を所定の制御周期毎に実行することで、
サーボ制御が行われる。
Next, at 604, the switches 7 and 8 are closed to the (b) side, and the target command value xr (k) is input to the neural network and the manipulated variable u
a (k) is calculated. At 605, the target command value x
An operation amount u l (k) is obtained from r (k) and the output x (k) of the control object by a linear control operation. Finally, the manipulated variable u a (k) from the neural network and the manipulated variable u from the linear control unit operation
l (k) is added and output as an operation amount for the control target. This updated operation amount is represented by u (k + 1).
By performing the above control calculations at predetermined control cycles,
Servo control is performed.

本実施例の方法によれば、制御対象の初期および過渡
的な特性変動を神経回路網が学習する期間でも、サーボ
制御系への目標指令値と制御対象の出力とで演算される
線形制御により制御系を安定化できる。このため、神経
回路網の学習ループを必要以上に高応答にすることな
く、全ての動作領域で安定なサーボ制御装置を構成でき
る。また、本実施例の方法によれば、線形制御演算部と
は独立に神経回路網の学習特性と設定できるので、制御
系の構築が容易という利点を持つ。
According to the method of the present embodiment, even during the period in which the neural network learns the initial and transient characteristic fluctuations of the controlled object, linear control is performed using the target command value to the servo control system and the output of the controlled object. The control system can be stabilized. For this reason, it is possible to configure a servo control device that is stable in all operation regions without making the learning loop of the neural network more responsive than necessary. Further, according to the method of the present embodiment, since the learning characteristics of the neural network can be set independently of the linear control operation unit, there is an advantage that the control system can be easily constructed.

次に本発明の第2の実施例としてモータの速度制御装
置に用いた場合について説明する。その構成を第4図に
示す。ここで制御対象にサーボアンプ101,モータ102,モ
ータにより駆動される機械負荷103およびモータの電流
検出器104,モータの速度検出器105から構成されてい
る。ここで、サーボアンプ101にはモータ電流がフイー
ドバツクされており、トルク指令値に従つてモータの発
生トルクを制御する。また、サーボ制御装置6からの出
力uはサーボアンプに対するトルク指令値、制御対象か
らの出力xはモータ速度,サーボ制御系への目標指示xr
はモータ速度指令値に対応する。
Next, a description will be given of a second embodiment of the present invention in which the present invention is applied to a motor speed control device. The configuration is shown in FIG. The control target includes a servo amplifier 101, a motor 102, a mechanical load 103 driven by the motor, a motor current detector 104, and a motor speed detector 105. Here, the motor current is fed back to the servo amplifier 101, and the generated torque of the motor is controlled according to the torque command value. The output u from the servo controller 6 is a torque command value for the servo amplifier, the output x from the controlled object is the motor speed, and the target instruction x r to the servo control system.
Corresponds to the motor speed command value.

サーボ制御装置6は所定の制御周期毎に下記の制御演
算を実行する。まず、モータ速度検出値x(k)と速度
指令値xr(k)とを取込む。次にスイツチ7,8を(a)
側に閉じ、神経回路網2にx(k)を入力し暫定出力値
(k)を演算する。本実施例の神経回路網は1入力1
出力で入力層,中間層,出力層の3層から構成される。
その構成を第5図に示す。入力層は1個のユニツトと1
個の固定出力のユニツトから成り、中間層はn個のユニ
ツトと1個の固定出力ユニツト、出力層は1個のユニツ
トからそれぞれ構成される。いま、入力層の各ユニツト
の出力をxα(α=1,2)、中間層の各ユニツトの出力
をxβ(β=1〜n+1)、出力層の各ユニツトの出力
をxγ(γ=1)とすると、入力層から中間層、中間層
から出力層への信号伝播は次式で表わせる。
The servo control device 6 executes the following control calculation every predetermined control cycle. First, a motor speed detection value x (k) and a speed command value xr (k) are taken. Next, switches 7 and 8 (a)
Then, x (k) is input to the neural network 2 and a provisional output value (k) is calculated. The neural network of this embodiment has one input and one input.
The output is composed of three layers: an input layer, a middle layer, and an output layer.
The configuration is shown in FIG. The input layer consists of one unit and one
The intermediate layer is composed of n units and one fixed output unit, and the output layer is composed of one unit. Now, the output of each unit of the input layer is x α (α = 1, 2), the output of each unit of the intermediate layer is x β (β = 1 to n + 1), and the output of each unit of the output layer is x γ (γ = 1), the signal propagation from the input layer to the intermediate layer and from the intermediate layer to the output layer can be expressed by the following equation.

ここで、wβα,wγβはそれぞれ入力層から中間層、
中間層から出力層への結合計数で、12は入力変数
の加重総和量と出力値の関係を規定する関数である。こ
こでは12として次の関数を用いる。
Here, wβα and wγβ are respectively from the input layer to the intermediate layer,
In the connection count from the hidden layer to the output layer, 1 and 2 are functions that specify the relationship between the weighted sum of input variables and the output value. Here, the following functions are used as 1 and 2 .

また、xαのうち、α=2のユニツトおよびxβのう
ちβ=n+1のユニツトは出力値が恒に1の固定出力ユ
ニツトである。
Also, among the x alpha, Yunitsuto of beta = n + 1 of alpha = 2 of Yunitsuto and x beta output value is 1 fixed output Yunitsuto a constant.

(1)〜(4)式の演算を入力層から出力層の方向に
実行することにより、入力x(k)を入力したときの暫
定出力(k)が求まる。
By executing the operations of the equations (1) to (4) in the direction from the input layer to the output layer, a provisional output (k) when the input x (k) is input is obtained.

次に、暫定出力(k)と実際の入力値u(k)とか
ら神経回路網の結合計数wβαおよびwγβを修正す
る。ここでは誤差逆伝播アルゴリズムを用い次式のよう
に実行する。
Next, the connection counts wβα and wγβ of the neural network are corrected from the provisional output (k) and the actual input value u (k). Here, an error is back-propagated using the following formula.

ここで、eは神経回路網の出力誤差、δwγβ,δ
wβαは各結合係数の修正量、ηは神経回路網の学習特
性を決定する可調節パラメータ、1′,2′はそれぞ
12の導関数を示す。本実施例では、(3),
(4)式の関数を用いるので1 ′(ξ)=1(ξ)=ξ …(8)2 ′(ξ)=2(ξ){1−(ξ)} …(9) となる。したがつて、(6),(7)式は次式のように
簡単化される。
Here, e is the output error of the neural network, δ wγβ , δ
wβα is a correction amount of each coupling coefficient, η is an adjustable parameter that determines a learning characteristic of the neural network, and 1 ′ and 2 ′ are derivatives of 1 and 2 , respectively. In this embodiment, (3),
Since the function of the equation (4) is used, 1 ′ (ξ) = 1 (ξ) = ξ (8) 2 ′ (ξ) = 2 (ξ) {1− (ξ)} (9) Therefore, the equations (6) and (7) are simplified as follows.

δwγβ=−η・e・xγ・xβ …(10) δwβα=−η・e・xγ・xβ(1−xβ)xα …(11) すなわち、(5),(10),(11)式の順に演算し、
結合係数を修正することにより神経回路網の学習が行わ
れる。
δw γβ = -η · e · x γ · x β ... (10) δw βα = -η · e · x γ · x β (1-x β) x α ... (11) i.e., (5), (10 ) And (11) in this order.
The neural network is learned by modifying the coupling coefficient.

次に、スイツチ7,8を(b)側に閉じ、結合係数を修
正した神経回路網へ速度指令値xr(k)を入力して操作
量ua(k)を演算する。これは、暫定出力(k)の演
算と同様に実行される。
Then, close the switch 7 and 8 (b) side, and calculates a speed command value x r to the neural network that fix the coupling coefficient (k) enter the by manipulated variable u a (k). This is performed similarly to the calculation of the provisional output (k).

最後に、線形制御系において、速度指令値xr(k)と
速度検出値x(k)とからul(k)を演算する。本実施
例では比例積分補償を用いる。このときの演算は次式の
ように実行される。
Finally, in the linear control system, u l (k) is calculated from the speed command value x r (k) and the detected speed value x (k). In this embodiment, proportional integral compensation is used. The calculation at this time is executed as in the following equation.

Δx(k)=xr(k)−x(k) …(12) ul(k)=ulP(k)+ulI(k) …(13) ここで、 である。ここで、KPが比例ゲイン、TIが積分時定数、Ts
が線形制御の制御周期をそれぞれ表わし、ulP(k)が
比例項、ulI(k)が積分項を示す。
Δx (k) = x r ( k) -x (k) ... (12) u l (k) = u lP (k) + u lI (k) ... (13) here, It is. Where K P is proportional gain, T I is integration time constant, Ts
There represents a control period of the linear control, respectively, u lP (k) is a proportional term, u lI (k) represents the integral term.

以上の手順で得られたua(k)とul(k)の加算値を
モータに対するトルク指令として制御することにより、
モータの速度制御が実行される。
By controlling the sum of u a (k) and u l (k) obtained in the above procedure as a torque command for the motor,
Motor speed control is executed.

以上詳述したように、本実施例によれば、神経回路網
がモータと機械負荷から成る駆動系のトルク指令に対す
るモータ速度の特性の逆システムを学習する。モータ速
度指令値xr(k)を神経回路網に入力して得られる操作
量ua(k)は、モータ速度x(k)を速度指令値x
r(k)に追従制御するためのフイードフオワード項と
なる。神経回路網は駆動系の慣性モーメントの変動や駆
動系の持つ共振特性などを学習するので、恒に最適なフ
イードフオワード項を演算できる。更に、モータ速度と
速度指令値とから比例積分制御する線形制御系は、駆動
系に作用する外乱トルクなどの影響を応答おく抑制でき
る。
As described in detail above, according to the present embodiment, the neural network learns the inverse system of the characteristic of the motor speed with respect to the torque command of the drive system including the motor and the mechanical load. The manipulated variable u a (k) obtained by inputting the motor speed command value x r (k) to the neural network is obtained by converting the motor speed x (k) into the speed command value x
This is a feedforward term for controlling to follow r (k). Since the neural network learns the fluctuation of the moment of inertia of the drive system and the resonance characteristics of the drive system, it can always calculate the optimal feedforward term. Furthermore, a linear control system that performs proportional-integral control based on a motor speed and a speed command value can suppress the effects of disturbance torque acting on the drive system.

なお本実施例では、逆システムを学習した神経回路網
に直接、モータ速度指令値xr(k)を入力して操作量ua
(k)を演算した。いま、系の理想的な応答特性を与え
る前置補償器を設け、モータ速度指令値を前置補償器に
入力する。その出力を神経回路網に入力して操作量u
a(k)を演算することにより、神経回路網によるフイ
ードフオワード制御ループの特性を最適化できる。前置
補償器の特性としてはステツプ的な速度指令値の変動に
対してもフイードフオワード系が安定になるよう、1次
遅れ特性などが用いられる。
In the present embodiment, directly to the neural network has learned the inverse system, the operation amount by inputting the motor speed command value x r (k) u a
(K) was calculated. Now, a precompensator for providing an ideal response characteristic of the system is provided, and a motor speed command value is input to the precompensator. The output is input to the neural network and manipulated variable u
By calculating a (k), the characteristics of the feedforward control loop by the neural network can be optimized. As a characteristic of the pre-compensator, a first-order lag characteristic or the like is used so that the feedforward system becomes stable even with a step-like change in the speed command value.

なお、以上述べた第2の実施例でモータ制御に適用し
た神経回路網では速度指令値xr(k)のみを入力して、
操作量ua(k)を演算したが、こればかりでなく、第6
図に示すような神経回路網の構成としてもよい。すなわ
ち、これはモータ速度指令xr(k)に加えてモータ速度
x(k)を入力として操作量ua(k)を演算するもの
で、神経回路網は第6図に示すように2入力1出力系で
構成される。これは第5図に対して入力層のユニツトが
1個増えただけで他は同じである。まず、系の学習にお
いては、同時に切換えスイツチ7,8を(a)側に閉じ
る。入力として今回の速度x(k)と前回の速度x(k
−1)(ここでx(k−1)=z-1x(k))を入力す
る。これにより、モータ速度をx(k−1)からx
(k)に遷移するのに必要なトルク(k)が演算され
る。次に(k)とu(k)とから前述と同様の修正を
終了したのちに、スイツチ7,8を(b)側に閉じる。神
経回路網への入力としては、今回の速度指令値xr(k)
と今回の速度検出値x(k)とを入力する。この結果演
算される操作量ua(k)は、現在のモータ速度x(k)
から指令値xr(k)に遷移するのに必要なトルクとして
求まる。このように、モータ速度指令値xr(k)に加え
速度検出値x(k)も神経回路網に入力して操作量を演
算することで、神経回路網側にもフイードバツク制御特
性を加味できるのでより安定性に優れるサーボ制御装置
を構成できる。
In the neural network applied to the motor control in the second embodiment described above, only the speed command value xr (k) is input,
The manipulated variable u a (k) was calculated.
The configuration of the neural network as shown in the figure may be adopted. That is, this is to calculate the manipulated variable u a (k) using the motor speed x (k) as an input in addition to the motor speed command x r (k), and the neural network uses two inputs as shown in FIG. It is composed of one output system. This is the same as FIG. 5 except that the unit of the input layer is increased by one. First, in the learning of the system, the switching switches 7, 8 are simultaneously closed to the side (a). As inputs, the current speed x (k) and the previous speed x (k)
-1) (where x (k-1) = z -1 x (k)). Thereby, the motor speed is changed from x (k-1) to x
The torque (k) required to transition to (k) is calculated. Next, after completing the same correction as described above from (k) and u (k), the switches 7, 8 are closed to the (b) side. The input to the neural network is the current speed command value xr (k)
And the current speed detection value x (k) are input. The operation amount u a (k) calculated as a result is the current motor speed x (k)
From x to the command value xr (k). Thus, in addition to the motor speed value x r (k) speed detection value x (k) also by calculating the amount of operation input to the neural network can be taken into account fed back control characteristics to the neural network side Therefore, it is possible to configure a servo control device having better stability.

以上の第2の実施例ではモータ速度制御系に神経回路
網を用いた場合について述べたが、次にモータの位置サ
ーボ系に神経回路網を用いた場合の参考例を示す。
In the second embodiment described above, the case where the neural network is used for the motor speed control system is described. Next, a reference example in the case where the neural network is used for the position servo system of the motor will be described.

第7図から第9図の参考例では、その構成は第4図の
速度制御系の構成に位置検出器106および位置制御部40
3,404が追加になつている。ここで、x1はモータ速度の
検出値、x2はモータ位置の検出値をそれぞれ表わし、ま
たxrは目標指令値であり、ここでは位置指令値とする。
第7図の参考例において、神経回路網2はモータ速度
x1,位置x2およびトルク指令値uとを用いて、モータ駆
動系のトルク指令に対してモータ位置の特性の逆システ
ムを学習する。この神経回路網に位置指令xrを入力する
ことで操作量uaを得る。一方、線形制御演算は、位置制
御部のマイナーループに速度制御部を設けた構成として
いる。ここでは位置制御は比例制御,速度制御は比例積
分制御を用いる。線形制御の最終的な操作量の演算値は
ulである。このように、本発明の方法を位置制御のマイ
ナーループに速度制御系を持つ制御系に用いる場合にも
モータ速度制御装置の場合と同様に構成できる。
In the reference example shown in FIGS. 7 to 9, the configuration is the same as that of the speed control system shown in FIG.
3,404 have been added. Here, x 1 is the detected value of the motor speed, x 2 represents the detected value of motor position, respectively, also x r is a target command value, here, the position command value.
In the reference example of FIG. 7, the neural network 2 has a motor speed.
x 1, using the position x 2 and the torque command value u, to learn the inverse system characteristics of the motor position with respect to a torque command of the motor drive system. Obtaining a manipulated variable u a by inputting the position command x r in the neural network. On the other hand, the linear control operation has a configuration in which a speed control unit is provided in a minor loop of the position control unit. Here, proportional control is used for position control, and proportional integral control is used for speed control. The final manipulated variable operation value of linear control is
u l . As described above, even when the method of the present invention is used in a control system having a speed control system in a minor loop of position control, the configuration can be the same as that of the motor speed control device.

以上の位置サーボへの参考例では、神経回路網により
駆動系へのトルク指令に対するモータ位置の逆特性を学
習した。
In the above reference example to the position servo, the inverse characteristic of the motor position with respect to the torque command to the drive system was learned by the neural network.

次に、第8図の参考例は位置サーボ系のメジャールー
プ制御系である位置制御系に神経回路網によるフイード
フオワード制御を用いた場合を示す。ここで、第7図と
同じ番号は同じ要素を示す。ここで、xrは位置指令値、
x1は速度検出値、x2は位置検出値である。神経回路網2
は速度制御系を含めた駆動系の特性の逆システムを学習
する。すなわち、速度制御系への指令値uとモータの位
置検出値x2とからuに対するx2の特性の逆システムを修
得する。神経回路網はサーボ系への位置指令値xrを入力
して操作量uaを演算する。一方、位置制御系では指令値
xrと検出値x2とから操作量ulを演算する。uaとulとの和
を速度制御系への指令値とすることで駆動系の特性変動
による速度制御特性の劣化を補償する操作量を神経回路
網により演算できるので追従性のよい位置サーボ系を構
成できる。
Next, the reference example of FIG. 8 shows a case where feedforward control by a neural network is used for a position control system which is a major loop control system of a position servo system. Here, the same numbers as those in FIG. 7 indicate the same elements. Here, xr is a position command value,
x 1 is the speed detected value, x 2 is the position detection value. Neural network 2
Learns the inverse system of the characteristics of the drive system including the speed control system. That is, to master the inverse system characteristics of x 2 for u from the command value u and the motor position detection value x 2 Metropolitan to the speed control system. Neural network calculates the operation amount u a Enter the position command value x r to the servo system. On the other hand, in the position control system, the command value
calculating a manipulated variable u l a x r and the detected value x 2 Prefecture. By using the sum of u a and u l as the command value to the speed control system, the operation amount that compensates for the deterioration of the speed control characteristics due to fluctuations in the characteristics of the drive system can be calculated by the neural network, so that the position servo with good tracking performance The system can be configured.

さらに、第9図の参考例は位置サーボ系のマイナール
ープ制御系である速度制御系に神経回路網によるフイー
ドフオワード制御を用いた場合を示す。この場合は、速
度制御のメジヤーループである位置制御の出力を目標指
令値(速度指令値)とした場合の速度制御系と同じであ
り、その速度制御系の構成は第4図と同様に構成でき
る。
Further, the reference example of FIG. 9 shows a case where feedforward control by a neural network is used for a speed control system which is a minor loop control system of the position servo system. In this case, the speed control system is the same as the speed control system in the case where the output of the position control, which is a major loop of the speed control, is set as a target command value (speed command value), and the configuration of the speed control system can be the same as that in FIG. .

なお、以上の実施例及び参考例では神経回路網をモー
タの速度制御系および位置サ−ボ系に用いる場合につい
て述べたがモータの電流制御系あるいは、これをマイナ
ーループ制御系として持つ系に対しても同様に適用でき
る。
In the above embodiments and reference examples, the case where the neural network is used for the speed control system and the position servo system of the motor has been described. However, the current control system of the motor or a system having this as a minor loop control system is described. The same can be applied.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の方法によれば、制御対象の逆システムを学習
した神経回路網が指令値に対するフイードフオワード操
作量を、線形制御系がフイードバツク操作量を演算す
る。このため神経回路網が制御対象の特性変動を修得す
る過渡領域においても線形制御系により制御系を安定化
できる。
According to the method of the present invention, the neural network that has learned the inverse system of the control object calculates the feedforward operation amount with respect to the command value, and the linear control system calculates the feedback operation amount. Therefore, the control system can be stabilized by the linear control system even in the transient region where the neural network learns the characteristic fluctuation of the control target.

また、本発明の方式では神経回路網は制御対象の入出
力関係を用いて、線形制御系とは独立に系の逆システム
を修習できるので、線形制御系と神経回路網によるフイ
ードフオワード制御系とを独立に設計できるという利点
がある。
Further, in the method of the present invention, the neural network can learn the inverse system of the system independently of the linear control system by using the input / output relationship of the controlled object, so that the feedforward control by the linear control system and the neural network can be performed. There is an advantage that the system can be designed independently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は第1図の
処理内容を示すフローチヤート、第3図は従来の制御方
法の構成図、第4図はその他の実施例の構成図、第5図
は第4図における神経回路網の詳細図、第6図は別の実
施例での神経回路網の構成図、第7図乃至第9図は参考
例の構成図を示す。 1……制御対象、2……神経回路網、3……神経回路網
の出力誤差演算部、4……線形制御演算部。
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of a conventional control method, and FIG. FIG. 5 is a detailed diagram of the neural network in FIG. 4, FIG. 6 is a diagram of the neural network in another embodiment, and FIGS. 7 to 9 are diagrams of the reference example. . 1 ... Control target, 2 ... Neural network, 3 ... Output error calculator of neural network, 4 ... Linear control calculator.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−54304(JP,A) 特開 平2−93708(JP,A) 特開 平1−250103(JP,A) 特開 昭63−214801(JP,A) 瀬戸山徹、外2名、「多層神経回路網 内に学習される逆ダイナミクスモデルに よるマニピュレータの制御」、電子情報 通信学会技術研究報告、社団法人電子情 報通信学会、昭和63年3月26日、第87 号、第428号、P.249−256 Demetri Psaltis、外 2名、「A Multilayered Neural Network Co ntroller」、IEEE CON TROL SYSTEMS MAGAZ INE、IEEE CONTROL S YSTEMS SOCIETY、Vo l.8,No.2、1988年4月、P.17 −21 五味裕章、外1名、「フィードバック 誤差学習による不安定システムの閉ルー プ学習制御」、電子情報通信学会技術研 究報告、社団法人電子情報通信学会、平 成2年3月16日、第89巻、第463号、P. 7−12 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 13/00 - 13/04 G06F 15/18 JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (56) References JP-A-2-54304 (JP, A) JP-A-2-93708 (JP, A) JP-A-1-250103 (JP, A) JP-A-63-214801 (JP) , A) Toru Setoyama, et al., "Manipulator Control by Inverse Dynamics Model Learned in Multilayer Neural Network", IEICE Technical Report, IEICE, 1988 No. 87, No. 428, P.M. 249-256 Demetri Psaltis, 2 others, “A Multilayered Neural Network Controller”, IEEE CONTROL SYSTEMS MAGAZINE, IEEE CONTROL SYSTEMS. 8, No. 2, April 1988; 17-21 Hiroaki Gomi and one other, "Closed-loop learning control of unstable system by feedback error learning", IEICE Technical Report, IEICE, March 16, 2002 Vol. 89, No. 463, pp. 7-12 (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G05B 13/00-13/04 G06F 15/18 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】制御対象への入力と出力とから制御対象の
逆システムを学習する神経回路網と、サーボ制御系への
目標指令値と制御対象の出力とから線形制御を実行する
線形制御手段とを備え、 前記神経回路網は、前記制御対象の1時点及び前回の時
点における出力を入力して学習のための出力値を演算
し、前記出力値と前記制御対象へ入力される操作量とに
基づいて前記逆システムを学習し、次に、前記1時点に
おける前記目標指令値と前記1時点における前記出力と
を入力して第1の操作量を演算し、 前記第1の操作量と、前記線形制御手段から得られる第
2の操作量との和を制御対象への操作量として制御する
ことを特徴とするサーボ制御装置。
1. A neural network for learning an inverse system of a control target from an input and an output to the control target, and a linear control means for executing a linear control from a target command value to a servo control system and an output of the control target. The neural network calculates the output value for learning by inputting the output of the control object at one time point and the previous time point, and calculates the output value and the operation amount input to the control object. Learning the inverse system based on, the next, input the target command value at the one time point and the output at the one time point to calculate a first operation amount, the first operation amount, A servo control device, wherein a sum with a second operation amount obtained from the linear control means is controlled as an operation amount for a control target.
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