JP6979330B2 - Feedback control method and motor control device - Google Patents

Feedback control method and motor control device Download PDF

Info

Publication number
JP6979330B2
JP6979330B2 JP2017209104A JP2017209104A JP6979330B2 JP 6979330 B2 JP6979330 B2 JP 6979330B2 JP 2017209104 A JP2017209104 A JP 2017209104A JP 2017209104 A JP2017209104 A JP 2017209104A JP 6979330 B2 JP6979330 B2 JP 6979330B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
model
feedback
arbitrary
delay compensator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017209104A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019082791A (en
Inventor
満 松原
勝 山崎
裕理 高野
雄介 上井
哲男 梁田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority to JP2017209104A priority Critical patent/JP6979330B2/en
Priority to PCT/JP2018/032336 priority patent/WO2019087554A1/en
Publication of JP2019082791A publication Critical patent/JP2019082791A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6979330B2 publication Critical patent/JP6979330B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04Adaptive 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

本発明は、フィードバック制御方法、及びその制御方法を備えたモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a feedback control method and a motor control device including the control method.

近年、FA分野では生産性向上のためにモータの益々の高速・高精度化制御が求められている。 In recent years, in the FA field, more and more high-speed and high-precision control of motors is required to improve productivity.

モータをフィードバック制御する際、外乱を抑制し制御量を目標値に高速・高精度に追従させるには制御ゲインを高めればよい。しかしながらフィードバックループ内に遅れ要素(例えばローパスフィルタやディジタル制御装置の演算遅れ)が存在する場合、これが原因でフィードバック制御系の制御ゲインの設定上限は制約を受け、高速・高精度な目標値追従の妨げになることが一般に知られている。 When feedback-controlling the motor, the control gain should be increased in order to suppress disturbance and make the controlled variable follow the target value at high speed and with high accuracy. However, if there is a delay element (for example, calculation delay of a low-pass filter or digital control device) in the feedback loop, the upper limit of the control gain setting of the feedback control system is restricted due to this, and high-speed and highly accurate target value tracking can be performed. It is generally known to be an obstacle.

制御対象が原点に極を有する場合においても、フィードバック制御系の閉ループ内に存在する遅れ要素を補償でき、制御対象の入力端に加わるステップ外乱を定常偏差無く抑制できる遅れ補償器の設計方法として、特許文献1が提案されている。 As a design method of a delay compensator that can compensate for the delay element existing in the closed loop of the feedback control system and suppress the step disturbance applied to the input end of the control target without steady deviation even when the control target has a pole at the origin. Patent Document 1 has been proposed.

特許文献1では、図6に示すように、従来技術であるSmith法に、フィルタ61を追加した遅れ補償器62(N=1で従来のSmith法に一致)において、制御対象が原点に極を有する場合であっても制御対象の入力端に加わるステップ外乱を定常偏差無く抑制でき、かつフィルタ61の設計パラメータの物理的意味が理解しやすいという特徴を有するフィルタ61の設計方法が示されている。この設計方法により設計された様々な構成のフィルタ61を遅れ補償器62に採用することで、上述の特徴を有する様々な遅れ補償器62を設計できる。 In Patent Document 1, as shown in FIG. 6, in the delay compensator 62 (N = 1, which matches the conventional Smith method) in which the filter 61 is added to the Smith method which is the prior art, the control target has a pole at the origin. The design method of the filter 61 is shown, which has the characteristics that the step disturbance applied to the input end of the controlled object can be suppressed without steady deviation even if the filter 61 is provided, and the physical meaning of the design parameters of the filter 61 is easy to understand. .. By adopting the filter 61 having various configurations designed by this design method for the delay compensator 62, various delay compensators 62 having the above-mentioned characteristics can be designed.

特願2017−054595号Japanese Patent Application No. 2017-054595

特許文献1では、図6に示すフィルタ61の設計例として、以下に示す式(1)、式(2)の構成を挙げている。 In Patent Document 1, the configurations of the following equations (1) and (2) are given as design examples of the filter 61 shown in FIG.

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

但し、Pmは制御対象のノミナルプラントモデル14、Cb(θ1)はθ1を調整パラメータとして有し目標値と制御対象応答との偏差を抑制可能なフィードバック制御器16、τmは制御対象12に含まれる遅れ時間τfとフィードバック遅れ要素13に含まれる遅れ時間τbの総和のモデル値、exp(−τm・s)は遅れ時間τmによるノミナルな遅れ要素モデル15である。 However, Pm is a controlled plant model 14, Cb (θ1) has θ1 as an adjustment parameter, and a feedback controller 16 capable of suppressing a deviation between a target value and a controlled object response is included in the controlled object 12. The model value exp (−τm · s) of the sum of the delay time τf and the delay time τb included in the feedback delay element 13 is a nominal delay element model 15 due to the delay time τm.

また、Caは制御対象に対して有効に機能する任意のフィードバック制御器であり、Caをフィードバック制御器Cbと同構造にする場合は、Caは式(3)のように定められるものである。 Further, Ca is an arbitrary feedback controller that functions effectively with respect to the controlled object, and when Ca has the same structure as the feedback controller Cb, Ca is defined as in the equation (3).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

しかしながら、式(1)、式(2)で示されたフィルタ61は分母にexp(−τm・s)を含んでおり、exp(−τm・s)を厳密に演算する場合は勿論、これをPade近似法等を用いて低次の伝達関数で近似する場合においても、式(1)、式(2)で示されるフィルタの伝達関数の次数は高くなる傾向にある。 However, the filters 61 represented by the equations (1) and (2) include exp (-τm · s) in the denominator, and of course, when exp (−τm · s) is calculated exactly, this is used. Even when approximating with a low-order transfer function using the Padé approximation method or the like, the order of the transfer function of the filter represented by the equations (1) and (2) tends to be high.

したがって、例えば、式(1)、式(2)で示される特許文献1で設計された、図6に示す遅れ補償器62のフィルタ61をディジタル演算装置等のハードウェアへ実装する場合、ハードウェア上でのフィルタ処理にかかる演算コストが高くなるという課題があった。 Therefore, for example, when the filter 61 of the delay compensator 62 shown in FIG. 6 designed in Patent Document 1 represented by the equations (1) and (2) is mounted on hardware such as a digital arithmetic unit, the hardware is used. There is a problem that the calculation cost required for the above filtering process becomes high.

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、特許文献1の設計方法で設計された、例えば、式(1)、式(2)で示したフィルタ61を含む遅れ補償器62をディジタル演算装置等のハードウェアへ実装する際、遅れ補償器62のフィルタ61にかかるハードウェアの演算コストを低減できる、実装に好適な制御方式、およびそれを備えた制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and a delay compensator 62 including, for example, the filters 61 represented by the equations (1) and (2), designed by the design method of Patent Document 1, is provided. It is an object of the present invention to provide a control method suitable for mounting, which can reduce the calculation cost of the hardware applied to the filter 61 of the delay compensator 62 when mounted on hardware such as a digital arithmetic unit, and a control device provided with the control method. And.

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、制御対象のモデルと任意のフィルタ1と任意のフィードバック制御器1とから構成される遅れ補償器1を含むフィードバック制御方法であって、制御対象のモデルは、制御対象のダイナミクスを模擬するノミナルプラントモデルとフィードバック制御系の閉ループ内に内包される遅れ要素を模擬するノミナルな遅れモデルとからなり、遅れ補償器1は、制御対象に対してフィードバック制御を行うフィードバック制御器2が出力する操作量と制御対象の出力信号とを入力信号とし、操作量と、遅れ補償器1が含む任意のフィードバック制御器1の出力とを加減算器で加算した信号に対するノミナルプラントモデルの出力信号を理想フィードバック信号とし、操作量と、遅れ補償器1が含む任意のフィードバック制御器1の出力とを加減算器で加算した信号に対する制御対象のモデルの出力信号と、制御対象の出力信号とを加減算器で減じて得た信号をモデル誤差信号とし、モデル誤差信号を任意のフィードバック制御器1の入力とするとともに、モデル誤差信号を任意のフィルタ1で処理した信号と理想フィードバック信号とを加減算器で加算した信号を出力信号とするものであって、フィードバック制御器2は、遅れ補償器1の出力信号と目標値信号との偏差を加減算器で算出し、該偏差を基に制御対象に対してフィードバック補償を行う。 The present invention is a feedback control method including a delay compensator 1 composed of a model to be controlled, an arbitrary filter 1, and an arbitrary feedback controller 1, to give an example in view of the above background technology and problems. Therefore, the model to be controlled consists of a nominal plant model that simulates the dynamics of the controlled object and a nominal delay model that simulates the delay element contained in the closed loop of the feedback control system, and the delay compensator 1 controls. The operation amount output by the feedback controller 2 that performs feedback control to the target and the output signal of the control target are used as input signals, and the operation amount and the output of an arbitrary feedback controller 1 included in the delay compensator 1 are added or subtracted. The output signal of the nominal plant model for the signal added by the device is used as the ideal feedback signal, and the control target model for the signal obtained by adding the operation amount and the output of any feedback controller 1 included in the delay compensator 1 by the adder / subtractor. The signal obtained by subtracting the output signal and the output signal to be controlled by an adder / subtractor is used as a model error signal, the model error signal is used as an input of an arbitrary feedback controller 1, and the model error signal is used as an arbitrary filter 1. The output signal is a signal obtained by adding the processed signal and the ideal feedback signal by the addition / subtractor, and the feedback controller 2 calculates the deviation between the output signal of the delay compensator 1 and the target value signal by the addition / subtractor. Then, feedback compensation is performed for the controlled object based on the deviation.

本発明によれば、ハードウェア実装において演算コストを低減できる、実装に好適なフィードバック制御方法、及びそれを備えたモータ制御装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a feedback control method suitable for mounting, which can reduce the calculation cost in hardware mounting, and a motor control device including the feedback control method.

実施例1におけるモデル追従型制御系の構成図 (A(s)=1)である。It is a block diagram (A (s) = 1) of the model follow-up type control system in Example 1. FIG. 実施例1におけるモデル追従型制御系の構成図である。It is a block diagram of the model follow-up type control system in Example 1. FIG. 実施例1における遅れ補償器を含むフィードバック制御系の構成図である。It is a block diagram of the feedback control system including the delay compensator in Example 1. FIG. 実施例1における遅れ補償器を含むフィードバック制御系の構成図(A(s)=1)である。It is a block diagram (A (s) = 1) of the feedback control system including the delay compensator in Example 1. FIG. 実施例1における遅れ補償器を含むフィードバック制御系の構成図(A(s)=γ)である。It is a block diagram (A (s) = γ) of the feedback control system including the delay compensator in Example 1. FIG. 従来技術による遅れ補償器を含むフィードバック制御系の構成図である。It is a block diagram of the feedback control system including the delay compensator by the prior art. ACサーボモータの速度制御系の構成図である。It is a block diagram of the speed control system of an AC servomotor. 従来技術における遅れ補償器を含む速度フィードバック制御系の構成図である。It is a block diagram of the speed feedback control system including the delay compensator in the prior art. 実施例2における遅れ補償器を含む速度フィードバック制御系の構成図である。It is a block diagram of the speed feedback control system including the delay compensator in Example 2. FIG.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、共通な機能を有する構成要素には同一の番号を付与し、その説明を省略する。また、以降、「フィードバック」は「FB」と略記する。例えば「フィードバック制御器は「FB制御器」と略記する。また「フィードフォワード」は「FF」と略記する。例えば「フィードフォワード制御器は「FF制御器」と略記する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same numbers are assigned to the components having a common function, and the description thereof will be omitted. Hereinafter, "feedback" is abbreviated as "FB". For example, "Feedback controller is abbreviated as" FB controller ". Further, "feed forward" is abbreviated as "FF". For example, "feedforward controller is abbreviated as" FF controller ".

本実施例に係るモータ制御方式、およびそれを備えたモータ制御装置では、図3に示すように、遅れを含む制御対象12に対して、遅れ補償器2とFB制御器16とでFB制御系が構成されているものとする。 In the motor control method according to the present embodiment and the motor control device provided with the motor control system, as shown in FIG. 3, the FB control system is used by the delay compensator 2 and the FB controller 16 for the control target 12 including the delay. Is configured.

図3において、CAおよびA(s)は、各々制御対象に対して有効に機能する任意のFB制御器3およびフィルタ1である。本実施例において、これらは特許文献1で設計されたフィルタ61(例えば前述の式(1)、式(2))を有する図6に示した遅れ補償器62と等価な補償性能を導くために好適に構成されるものである。 In FIG. 3, CA and A (s) are arbitrary FB controllers 3 and filters 1, respectively, which function effectively for the controlled object. In this embodiment, these are used to derive compensation performance equivalent to the delay compensator 62 shown in FIG. 6 having the filter 61 (for example, the above-mentioned equations (1) and (2)) designed in Patent Document 1. It is preferably configured.

遅れ補償器2は、FB制御器3、フィルタ1、および制御対象のモデルから構成される。本実施例において制御対象のモデルは、ノミナルプラントモデル14およびノミナルな遅れ要素モデル15からなるものとし、これは実際の制御対象である制御対象12とFB遅れ要素13とによる動特性を模擬したものである。すなわち、制御対象のモデルは、制御対象のダイナミクスを模擬するノミナルプラントモデルとフィードバック制御系の閉ループ内に内包される遅れ要素を模擬するノミナルな遅れモデルとからなる。 The delay compensator 2 is composed of an FB controller 3, a filter 1, and a model to be controlled. In this embodiment, the model to be controlled is composed of a nominal plant model 14 and a nominal delay element model 15, which simulates the dynamic characteristics of the control target 12 and the FB delay element 13 which are the actual control targets. Is. That is, the model to be controlled consists of a nominal plant model that simulates the dynamics of the controlled object and a nominal delay model that simulates the delay element contained in the closed loop of the feedback control system.

なお、フィルタやマイナーループ制御系等、遅れを発生させる要素が閉ループ系内に含まれる場合は、制御対象のモデルは、それらの遅れ要素のノミナルなモデルを含むものとしてもよい。 When elements that cause delays such as a filter and a minor loop control system are included in the closed loop system, the model to be controlled may include a nominal model of those delay elements.

以降、制御対象12とFB遅れ要素13とを直列に接続した伝達特性を単に制御対象と称する場合がある。 Hereinafter, the transmission characteristic in which the control target 12 and the FB delay element 13 are connected in series may be simply referred to as a control target.

遅れ補償器2は、FB制御器16が出力する操作量と、FB制御器16が出力する操作量に対する制御対象の出力とを入力に持ち、目標値rに対するFB信号を出力する。 The delay compensator 2 has an operation amount output by the FB controller 16 and an output of a controlled object for the operation amount output by the FB controller 16 as inputs, and outputs an FB signal with respect to the target value r.

遅れ補償器2の動作を図3に基づき説明する。遅れ補償器2は、任意のFB制御器3の出力とFB制御器16が出力する操作量とを加減算器4で加算した信号に対する制御対象のモデルの応答を、FB制御器16が出力する操作量に対する制御対象の応答出力から、加減算器39で減じることでモデル誤差信号を算出する。 The operation of the delay compensator 2 will be described with reference to FIG. The delay compensator 2 is an operation in which the FB controller 16 outputs the response of the model to be controlled to the signal obtained by adding the output of the arbitrary FB controller 3 and the operation amount output by the FB controller 16 by the adder / subtractor 4. The model error signal is calculated by subtracting from the response output of the controlled object to the quantity by the adder / subtractor 39.

また、遅れ補償器2は、任意のFB制御器3の出力とFB制御器16が出力する操作量とを加減算器4で加算した信号に対するプラントノミナルモデル14の応答を予測FB信号として算出し、モデル誤差信号をフィルタ1で処理した信号と予測FB信号とを加減算器35で加算して、目標値rに対するFB信号として出力する。 Further, the delay compensator 2 calculates the response of the plant nominal model 14 to the signal obtained by adding the output of the arbitrary FB controller 3 and the operation amount output by the FB controller 16 by the adder / subtractor 4 as a predicted FB signal. The signal obtained by processing the model error signal by the filter 1 and the predicted FB signal are added by the adder / subtractor 35 and output as an FB signal with respect to the target value r.

FB制御器16は、目標値rから遅れ補償器2の出力したFB信号を加減算器37で減じた偏差信号を入力に受けて、制御対象に対する操作量を生成する。 The FB controller 16 receives a deviation signal obtained by subtracting the FB signal output by the delay compensator 2 from the target value r by the adder / subtractor 37 as an input, and generates an operation amount for the controlled object.

図3に示す遅れ補償器2を含むFB制御系において、加減算器18は制御対象の入力端に位置し、制御対象の入力端に外乱dが加わることが想定されている。 In the FB control system including the delay compensator 2 shown in FIG. 3, the adder / subtractor 18 is located at the input end of the controlled object, and it is assumed that the disturbance d is applied to the input end of the controlled object.

一般に知られたSmith法で遅れ補償器を構成する場合(図6でN=1とする遅れ補償器62の場合)、制御対象が原点に極を有する場合において、制御対象の入力端に加わるステップ外乱を定常偏差なく抑制できないという問題があった。これに対し、特許文献1で設計された、例えば、式(1)、(2)のフィルタNを採用した遅れ補償器62であれば、制御対象入力端に加わるステップ外乱を定常偏差なく抑制することができる。 When the delay compensator is configured by the generally known Smith method (in the case of the delay compensator 62 where N = 1 in FIG. 6), when the controlled object has a pole at the origin, a step to be applied to the input end of the controlled object. There was a problem that the disturbance could not be suppressed without steady deviation. On the other hand, in the case of the delay compensator 62 designed in Patent Document 1, for example, the delay compensator 62 using the filters N of the equations (1) and (2), the step disturbance applied to the input end to be controlled is suppressed without steady deviation. be able to.

本実施例における図3に示す遅れ補償器2は、特許文献1で設計された、例えば式(1)、(2)のフィルタNを採用した遅れ補償器62と等価な補償性能を持つように設計されるものである。 The delay compensator 2 shown in FIG. 3 in this embodiment has compensation performance equivalent to that of the delay compensator 62 designed in Patent Document 1, for example, which employs the filters N of the equations (1) and (2). It is designed.

このために、遅れ補償器2のCAおよびA(s)を、例えば以下の式(4)、(5)のように設計する。 For this purpose, the CA and A (s) of the delay compensator 2 are designed, for example, as the following equations (4) and (5).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

但し、Caは特許文献1で図6に示す遅れ補償器62のフィルタ61の設計の際に用いた、制御対象に対して有効に機能する任意のフィードバック制御器を示す。 However, Ca indicates an arbitrary feedback controller that functions effectively with respect to the controlled object, which was used in designing the filter 61 of the delay compensator 62 shown in FIG. 6 in Patent Document 1.

式(4)、(5)のように設計された遅れ補償器は図4の遅れ補償器42に相当し、遅れ補償器42の入出力特性は、簡単な計算から、式(1)で示したフィルタNを内包する図6の遅れ補償器62と、入出力特性が等価になる。これを以下に説明する。 The delay compensator designed as in the equations (4) and (5) corresponds to the delay compensator 42 in FIG. 4, and the input / output characteristics of the delay compensator 42 are shown by the equation (1) from a simple calculation. The input / output characteristics are equivalent to the delay compensator 62 of FIG. 6 including the filter N. This will be described below.

図6の遅れ補償器62の入出力特性は次式で書ける。 The input / output characteristics of the delay compensator 62 in FIG. 6 can be written by the following equation.

Figure 0006979330
Figure 0006979330

他方、図3の遅れ補償器42の入出力特性は、図3から導かれる次式(7)、(8)を入出力に関して整理して、式(9)のように書ける。 On the other hand, the input / output characteristics of the delay compensator 42 in FIG. 3 can be written as the equation (9) by arranging the following equations (7) and (8) derived from FIG. 3 with respect to the input and output.

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

式(9)は、式(4)、(5)とすることで、式(6)と等しくなる。したがって、図3の遅れ補償器2に対して、式(4)、(5)のように設計された遅れ補償器42は、式(1)で示したフィルタNを内包する図6の遅れ補償器62と入出力特性と等価になることがわかる。 Equation (9) becomes equal to equation (6) by making equations (4) and (5). Therefore, with respect to the delay compensator 2 of FIG. 3, the delay compensator 42 designed as shown in the equations (4) and (5) includes the filter N represented by the equation (1) in the delay compensator of FIG. It can be seen that the input / output characteristics are equivalent to those of the device 62.

また、遅れ補償器2のCAおよびA(s)を、例えば以下の式(10)、(11)のように設計する。 Further, the CA and A (s) of the delay compensator 2 are designed, for example, as the following equations (10) and (11).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

式(10)、(11)のように設計された遅れ補償器2は、式(6)〜式(9)と同様の式展開により、式(2)で示したフィルタNを内包する図6の遅れ補償器62と、入出力特性が等価になることが確認できる。 The delay compensator 2 designed as shown in the equations (10) and (11) includes the filter N represented by the equation (2) by the same equation expansion as the equations (6) to (9). It can be confirmed that the input / output characteristics are equivalent to those of the delay compensator 62.

式(4)〜(5)、式(10)〜(11)はいずれも、式(1)、(2)が含んでいたノミナルプラントモデル14の伝達特性Pmや、ノミナルな遅れ要素モデル15の伝達特性exp(−τm・s)を含まない、簡素な伝達関数になっていることがわかる。 Equations (4) to (5) and equations (10) to (11) all include the transfer characteristic Pm of the nominal plant model 14 included in the equations (1) and (2), and the nominal delay element model 15. It can be seen that the transfer function is simple and does not include the transfer characteristic exp (-τm · s).

このようにCAおよびA(s)の伝達関数が、式(1)、(2)に比較して簡素化される理由は、式(1)、(2)が含んでいたPmやexp(−τm・s)の演算を、図中のノミナルプラントモデル14とノミナルな遅れ要素モデル15の演算と共通化できるようなブロック構成として遅れ補償器2を構成したためである。 The reason why the transfer functions of CA and A (s) are simplified as compared with the equations (1) and (2) is that Pm and exp (-) included in the equations (1) and (2). This is because the delay compensator 2 is configured as a block configuration so that the calculation of τm · s) can be shared with the calculation of the nominal plant model 14 and the nominal delay element model 15 in the figure.

次に、図3で示した遅れ補償器2の特性について、図1、2を用いて説明する。図1および図2の指令値応答r→yおよび外乱応答d→yは、各々図4、図3に示す指令値応答r→yおよび外乱応答d→yと等価であり、すなわち、図1、図2は各々図4、図3と応答が等価な制御系である。また、図1は図2でA(s)=1とした場合である。 Next, the characteristics of the delay compensator 2 shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The command value response r → y and the disturbance response d → y in FIGS. 1 and 2 are equivalent to the command value response r → y and the disturbance response d → y shown in FIGS. 4 and 3, respectively, that is, FIG. FIG. 2 is a control system whose response is equivalent to that of FIGS. 4 and 3, respectively. Further, FIG. 1 is a case where A (s) = 1 in FIG.

まず、図1に基づき遅れ補償器2の特性について説明する。図1において、rs→yの伝達特性は、規範モデル型実FB制御系7によって与えられている。以降説明の簡単化のために、外乱は無いものとしd=0とみなす。但しd≠0であった場合でも、以降の説明は成立することに注意する。 First, the characteristics of the delay compensator 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the transmission characteristic of rs → y is given by the normative model type real FB control system 7. Hereinafter, for the sake of simplification of the explanation, it is assumed that there is no disturbance and d = 0. However, even if it was d ≠ 0, the following description of the particular note is established.

ノミナルプラントモデル14とノミナルな遅れ要素モデル15、およびFB制御器CA3を用いて、図1に示すようにモデルFB制御系8を構成する。モデルFB制御系8において、yは指令に相当し、uは応答rs→ymにおけるFF操作量とみなせる。したがって、モデルFB制御系8はrs→yの伝達特性を有する規範モデル型実FB制御系7の応答yに追従するように構成された、モデル追従型2自由度制御の構成になっている。したがってFB制御器Cbは、モデル応答ymを実応答yに高応答に一致させる理想的なゲイン設定とすることでFF制御器の役割を担い、FB制御器CAは、モデル応答ymと実応答yとの偏差を補償する役割を担う。FB制御器CAは、2自由度制御の観点から、FB制御器Cbとは独立に、偏差y−ymを安定かつロバストに抑制できるよう、設計することができる。 The model FB control system 8 is configured as shown in FIG. 1 by using the nominal plant model 14, the nominal delay element model 15, and the FB controller CA3. In the model FB control system 8, y corresponds to a command, and u can be regarded as an FF operation amount in response rs → ym. Therefore, the model FB control system 8 has a model-following two-degree-of-freedom control configuration that is configured to follow the response y of the normative model-type real FB control system 7 having a transmission characteristic of rs → y. Therefore, the FB controller Cb plays the role of an FF controller by setting the model response ym to an ideal gain setting that matches the actual response y with a high response, and the FB controller CA plays the role of the model response ym and the actual response y. It plays a role of compensating for the deviation from. The FB controller CA can be designed so that the deviation y-ym can be suppressed stably and robustly independently of the FB controller Cb from the viewpoint of two-degree-of-freedom control.

結果として図1の制御器構成は、モデル応答ym−実応答y→0を高応答かつ、安定、ロバストに実現可能である。 As a result, the controller configuration of FIG. 1 can realize the model response ym-actual response y → 0 with high response, stability, and robustness.

また、図1において、CA=0とした場合、一般に知られるSmith法(図6でN=1とした場合)と等価になる。 Further, in FIG. 1, when CA = 0, it is equivalent to the generally known Smith method (when N = 1 in FIG. 6).

図1に示すyiは、図3で説明した予測FB信号であり、CA=0としたSmith法においてもその役割は変わらない。Smith法は、遅れを含む実応答yをモデル応答ymで相殺し、遅れを含まない予測FB信号yiに基づいてFB制御器Cbを駆動することで、遅れを補償するものである。このとき、制御対象が原点に極を有する場合や制御対象が不安定な場合、実応答yをモデル応答ymで相殺することが困難となることが理由で、Smith法は一般に、制御対象が原点に極を有する場合や制御対象が不安定な場合には適用困難とされた。 The yi shown in FIG. 1 is the predicted FB signal described in FIG. 3, and its role does not change even in the Smith method in which CA = 0. In the Smith method, the actual response y including the delay is offset by the model response ym, and the FB controller Cb is driven based on the predicted FB signal yi not including the delay to compensate for the delay. At this time, when the controlled object has a pole at the origin or the controlled object is unstable, it is difficult to cancel the actual response y with the model response ym. Therefore, in the Smith method, the controlled object is generally the origin. It was considered difficult to apply when there was a pole in the body or when the control target was unstable.

本実施例の制御器構成においても、加減算器5および加減算器6によってym−yが成され、FB制御器Cbは指令値r−予測FB信号yiに基づいてFB制御を行う点で、遅れ補償の考え方はSmith法と同じである。但し本実施例の制御器構成は、前述のように、モデル応答ym−実応答y→0を高応答かつ、安定、ロバストに実現可能である。したがって本実施例の制御器構成はモデル追従型2自由度制御の構成とすることによって、Smith法の欠点であったモデル応答ymによる実応答yの相殺性を改善したものとみなすことができる。 Also in the controller configuration of this embodiment, ym-y is formed by the adder / subtractor 5 and the adder / subtractor 6, and the FB controller Cb performs FB control based on the command value r-predicted FB signal yi. The idea of is the same as the Smith method. However, as described above, the controller configuration of this embodiment can realize the model response ym-actual response y → 0 with high response, stability, and robustness. Therefore, it can be considered that the controller configuration of this embodiment improves the canceling property of the actual response y by the model response ym, which is a drawback of the Smith method, by adopting the configuration of the model-following two-degree-of-freedom control.

図3と等価な制御系である図2は、任意のフィルタA(s)が規範モデル型実FB制御系27のFB信号を処理するとともに、任意のフィルタA(s)がモデル応答を処理し、処理結果を加減算器6に渡す構成となっている。すなわちモデル応答ym−実応答yを任意のフィルタA(s)で処理する構成となっており、実応答yをモデル応答ymで相殺する相殺特性を任意のフィルタA(s)で調整できる構成である。但し、A(s)≠1である場合は、図2の構成ではモデル応答ymと実応答yを別々にA(s)でフィルタ処理する必要があり、演算コストの面で有利でない。この場合は図2と等価な伝達特性である図3に示す構成を採用する。図3の構成では、フィルタA(s)はモデル応答ym−実応答yに対して一度のみ演算され、A(s)にかかる演算コストの重複を避けることができる。したがってA(s)≠1である場合は図3の構成を採用することで、演算コスト面で図2の構成より有利になる。 In FIG. 2, which is a control system equivalent to FIG. 3, an arbitrary filter A (s) processes the FB signal of the normative model type real FB control system 27, and an arbitrary filter A (s) processes the model response. , The processing result is passed to the adder / subtractor 6. That is, the configuration is such that the model response ym-actual response y is processed by an arbitrary filter A (s), and the canceling characteristic that cancels the actual response y by the model response ym can be adjusted by an arbitrary filter A (s). be. However, when A (s) ≠ 1, it is necessary to separately filter the model response ym and the actual response y by A (s) in the configuration of FIG. 2, which is not advantageous in terms of calculation cost. In this case, the configuration shown in FIG. 3, which has the same transmission characteristics as that of FIG. 2, is adopted. In the configuration of FIG. 3, the filter A (s) is calculated only once for the model response ym − actual response y, and it is possible to avoid duplication of calculation costs for A (s). Therefore, when A (s) ≠ 1, adopting the configuration of FIG. 3 is more advantageous than the configuration of FIG. 2 in terms of calculation cost.

上記のことから、特許文献1で設計されたフィルタNに関して、例えば式(1)、式(2)で示されたNを採用した場合、図1もしくは図3の構成で実装することで、特許文献1に記載の図6に示す構成で実装するよりも演算コストを低減することができる。また図1もしくは図3はモデル追従型2自由度制御の構成を成しモデル応答ym−実応答y→0を高応答かつ、安定、ロバストに実現できることから、図1もしくは図3の構成によれば、Smith法の欠点であったモデル応答ymによる実応答yの相殺性を改善でき、制御対象が原点に極を有する場合であっても、高応答かつ安定的に遅れを補償することが可能である。 From the above, regarding the filter N designed in Patent Document 1, for example, when N represented by the equations (1) and (2) is adopted, the filter N can be implemented by mounting with the configuration of FIG. 1 or FIG. It is possible to reduce the calculation cost as compared with the implementation with the configuration shown in FIG. 6 described in Document 1. Further, since FIG. 1 or FIG. 3 has a model-following type 2 degree of freedom control configuration and the model response ym-actual response y → 0 can be realized with high response, stability, and robustness, the configuration of FIG. 1 or FIG. 3 is used. For example, it is possible to improve the canceling property of the actual response y by the model response ym, which was a drawback of the Smith method, and it is possible to compensate for the delay with high response and stability even when the controlled object has a pole at the origin. Is.

次に、図3記載の本実施例の遅れ補償器2が、従来の遅れ補償器62と比較して演算コストをどの程度低減できるかを、簡単な例を用いて説明する。 Next, how much the delay compensator 2 of the present embodiment shown in FIG. 3 can reduce the calculation cost as compared with the conventional delay compensator 62 will be described with a simple example.

図6で示すFB制御系において、フィルタ61は式(1)で示すものを採用したとする。これに等価なFB制御系は、前述のように図4で示す遅れ補償器42を含むFB制御系である。FB制御器CbはPI制御器とし、以下の式(12)に示すようにFB制御器Cbは応答周波数ωbで制御応答性を調整できるものとする。 In the FB control system shown in FIG. 6, it is assumed that the filter 61 adopted by the equation (1) is adopted. The FB control system equivalent to this is the FB control system including the delay compensator 42 shown in FIG. 4 as described above. The FB controller Cb is a PI controller, and the FB controller Cb can adjust the control response with the response frequency ωb as shown in the following equation (12).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

但し、Nは任意の正の実数である。 However, N is an arbitrary positive real number.

また、簡単のためにノミナルな遅れ要素モデル15の伝達特性をPade近似(1次)で以下の式(13)のように近似した場合を考える。 Further, for the sake of simplicity, consider a case where the transmission characteristics of the nominal delay element model 15 are approximated by the Padé approximation (first order) as shown in the following equation (13).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

さらに、式(1)に含まれる任意のFB制御CaはFB制御器Cbと同構造を有すると仮定する。すなわち、式(3)の仮定を設け、FB制御器Caは応答周波数ωaでωbとは独立に制御性を調整できるものとする。 Further, it is assumed that any FB control Ca included in the equation (1) has the same structure as the FB controller Cb. That is, the assumption of Eq. (3) is provided, and the FB controller Ca can adjust the controllability independently of ωb at the response frequency ωa.

上記の仮定の下、式(1)のフィルタは次式(14)、(15)、(16)となる。 Under the above assumption, the filter of the equation (1) becomes the following equations (14), (15), and (16).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

図6において、FB制御器16の操作量uと制御対象の出力からモデル誤差信号yeが得られている場合、遅れ補償器62の出力ybは次式(17)で算出される。 In FIG. 6, when the model error signal ye is obtained from the operation amount u of the FB controller 16 and the output of the controlled object, the output yb of the delay compensator 62 is calculated by the following equation (17).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

他方、図4において、FB制御器3の出力が以前の状態量として既に算出されている前提に立って、FB制御器16の操作量uと制御対象の出力からモデル誤差信号yeが得られている場合、遅れ補償器2の出力ybは次式(18)で算出される。 On the other hand, in FIG. 4, based on the premise that the output of the FB controller 3 has already been calculated as the previous state quantity, the model error signal ye is obtained from the manipulated variable u of the FB controller 16 and the output of the controlled object. If so, the output yb of the delay compensator 2 is calculated by the following equation (18).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

式(17)、(18)を比較すると、右辺第2項が異なっており、式(18)の右辺第2項のほうが伝達関数の次数が低い。したがって、本実施例の遅れ補償器42のほうが、従来の遅れ補償器62に比べて、出力信号ybの算出にかかる演算コストが低いことがわかる。 Comparing Eqs. (17) and (18), the second term on the right side is different, and the second term on the right side of Eq. (18) has a lower degree of transfer function. Therefore, it can be seen that the delay compensator 42 of this embodiment has a lower calculation cost for calculating the output signal yb than the conventional delay compensator 62.

この例ではPade近似を1次としたが、より高次のPade近似とする場合は、式(17)右辺第2項の伝達関数の次数が増大するため、本実施例の遅れ補償器42による演算コストの低減がより効果的となることがわかる。 In this example, the Padé approximation is set to the first order, but in the case of a higher-order Pade approximation, the order of the transfer function of the second term on the right side of Eq. (17) increases, so the delay compensator 42 of this embodiment is used. It can be seen that the reduction of the calculation cost becomes more effective.

特許文献1で設計された式(1)、式(2)以外のフィルタNであっても、フィルタNが次式(19)のように表現できるものとして設計された場合は、図3に示す遅れ補償器2の構成で、図6に示す遅れ補償器62と等価な補償特性を実現でき、かつ図6に示す遅れ補償器62よりも演算コストを低減できる。 A filter N other than the equations (1) and (2) designed in Patent Document 1 is shown in FIG. 3 when the filter N is designed to be expressed as the following equation (19). With the configuration of the delay compensator 2, compensation characteristics equivalent to those of the delay compensator 62 shown in FIG. 6 can be realized, and the calculation cost can be reduced as compared with the delay compensator 62 shown in FIG.

Figure 0006979330
Figure 0006979330

例えば、図3の遅れ補償器2のフィルタA(s)を式(20)のように、 For example, the filter A (s) of the delay compensator 2 in FIG. 3 is set as shown in the equation (20).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

と定数γで定義した場合は、図5に示す遅れ補償器52となる。証明は省略するが、この構成であっても、制御対象が原点に極を有する場合において制御対象の入力端に加わるステップ外乱を定常偏差なく抑制することが可能である。 When defined by the constant γ, the delay compensator 52 shown in FIG. 5 is obtained. Although the proof is omitted, even with this configuration, it is possible to suppress the step disturbance applied to the input end of the controlled object without steady deviation when the controlled object has a pole at the origin.

上記説明したように、本実施例によれば、図3に示す遅れ補償器2は、従来技術で設計した様々なフィルタNを採用した遅れ補償器62と等価な補償性能を示すことができる包括性を有し、かつ従来技術の遅れ補償器62に比べて演算コストを低減できる構成であることがわかる。 As described above, according to the present embodiment, the delay compensator 2 shown in FIG. 3 can exhibit compensation performance equivalent to that of the delay compensator 62 adopting various filters N designed by the prior art. It can be seen that the configuration has the property and can reduce the calculation cost as compared with the delay compensator 62 of the prior art.

すなわち、図3に示す遅れ補償器2は、ディジタル演算装置等のハードウェアへ実装する際、従来技術と比較して制御性能の劣化なく、遅れ補償器62のフィルタ61にかかるハードウェアの演算コストを低減できる、実装に好適な制御方式である。 That is, when the delay compensator 2 shown in FIG. 3 is mounted on hardware such as a digital arithmetic unit, the calculation cost of the hardware applied to the filter 61 of the delay compensator 62 is not deteriorated as compared with the conventional technique. It is a control method suitable for mounting that can reduce the number of problems.

また、この制御方式によれば、より安価で低演算性能なハードウェアによる制御装置の提供が可能になる。 Further, according to this control method, it becomes possible to provide a control device using hardware that is cheaper and has lower calculation performance.

なお、実装対象であるディジタル演算装置等のハードウェアに演算リソースが十分ある場合は、本実施例で示した遅れ補償器2と等価な補償性能を示す遅れ補償器として、特許文献1に記載の技術で設計したフィルタ61を用いて、FB制御系を図6のように実装してもよい。 If the hardware such as the digital arithmetic unit to be mounted has sufficient arithmetic resources, it is described in Patent Document 1 as a delay compensator showing compensation performance equivalent to that of the delay compensator 2 shown in this embodiment. The FB control system may be implemented as shown in FIG. 6 by using the filter 61 designed by the technique.

以上のように、本実施例によれば、特許文献1で設計された遅れ補償器62のフィルタ61の処理が、フィルタ61の分母に含まれるexp(−τm・s)と、フィルタ61の分子・分母に含まれるノミナルプラントモデルPmの演算とを、Smith法で必要とされるノミナルな遅れ要素モデル15とノミナルプラントモデル14との演算処理で共通化した簡易な制御ブロック構成で実現できるため、特許文献1で設計された遅れ補償器62の特徴・優位性を保持しつつ、ハードウェア実装において演算コストを低減できる、実装に好適なフィードバック制御方法、及びそれを備えたモータ制御装置を提供できる。 As described above, according to the present embodiment, the processing of the filter 61 of the delay compensator 62 designed in Patent Document 1 is the exp (−τm · s) included in the denominator of the filter 61 and the molecule of the filter 61. -Since the calculation of the nominal plant model Pm included in the denominator can be realized by a simple control block configuration common to the calculation processing of the nominal delay element model 15 and the nominal plant model 14 required by the Smith method. It is possible to provide a feedback control method suitable for mounting, which can reduce the calculation cost in hardware mounting while maintaining the features and advantages of the delay compensator 62 designed in Patent Document 1, and a motor control device provided with the feedback control method. ..

本実施例に係るモータ制御方式、およびモータ制御装置は、図7に示すACサーボモータのカスケードFB制御系における速度制御系71を想定し、制御対象のモデルは具体的に次式(21)、(22)、(23)に示すものとする。 The motor control method and the motor control device according to this embodiment assume the speed control system 71 in the cascade FB control system of the AC servomotor shown in FIG. 7, and the model to be controlled is specifically described in the following equation (21). It shall be as shown in (22) and (23).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Psmは速度制御系におけるノミナルプラントモデル、Miは速度制御系におけるマイナーループ制御系である電流制御系を理想化したモデルであり、τsmは、電流制御系、及び速度制御系の閉ループに内包される全ての遅れの総和である。また、J、Ka、Ppは各々、イナーシャ、モータ定数、極対数であり、ωiは電流制御系の応答周波数である。 Psm is a model that idealizes a nominal plant model in a speed control system, Mi is a model that idealizes a current control system that is a minor loop control system in a speed control system, and τsm is included in a closed loop of a current control system and a speed control system. The sum of all delays. Further, J, Ka, and Pp are inertia, motor constant, and pole logarithm, respectively, and ωi is the response frequency of the current control system.

式(21)〜(23)は、ACサーボモータのカスケードFB制御系における速度制御系の設計においては、制御対象が原点に極を有する問題を取り扱うことが必要なことを示している。 Equations (21) to (23) indicate that it is necessary to deal with the problem that the controlled object has a pole at the origin in the design of the speed control system in the cascade FB control system of the AC servomotor.

速度制御系の速度FB制御器72はPI制御器とし、次式(24)、(25)、(26)とする。 The speed FB controller 72 of the speed control system is a PI controller, and has the following equations (24), (25), and (26).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

但し、L、ωsは各々折れ点比、速度制御系の応答周波数である。一般に、電流制御系を近似的に1と見なすために、ωiはωsの数〜10倍程度に設定される。 However, L and ωs are the break point ratio and the response frequency of the speed control system, respectively. Generally, in order to regard the current control system as approximately 1, ωi is set to about several to 10 times ωs.

速度制御系の高応答化のためにωsを高めると、ωiを同時に高めない限り、電流制御系が1に近似できなくなり、遅れ要素と見なす必要がある。この場合電流制御系は式(23)に示すように1次遅れ要素であり、これを遅れ要素と見なす必要がある。 If ωs is increased to increase the response of the speed control system, the current control system cannot be approximated to 1 unless ωi is increased at the same time, and it must be regarded as a delay factor. In this case, the current control system is a first-order lag element as shown in the equation (23), and it is necessary to consider this as a lag element.

本実施例では、電流制御系を遅れ要素と見なす。この問題設定において、特許文献1では図8に示す遅れ補償器82が構成され、フィルタ81の設計例として次式(27)が挙げられている。 In this embodiment, the current control system is regarded as a delay element. In this problem setting, in Patent Document 1, the delay compensator 82 shown in FIG. 8 is configured, and the following equation (27) is given as a design example of the filter 81.

Figure 0006979330
Figure 0006979330

但し、Csaは、式(28)に示すように、 However, Csa is, as shown in the formula (28), as shown in the formula (28).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

速度FB制御器86と同構造を持ちながら、その制御設計パラメータは速度FB制御器86とは独立に定められるものである。 Although it has the same structure as the speed FB controller 86, its control design parameters are determined independently of the speed FB controller 86.

従来技術によれば式(27)の分母には、exp(−τm・s)に加えて電流制御系の応答Miも含まれ、式(27)のフィルタの伝達関数の次数は高くなる傾向にある。このため式(27)をディジタル演算装置713で処理する場合は、高い演算コストが必要とされる。 According to the prior art, the denominator of the equation (27) includes the response Mi of the current control system in addition to exp (−τm · s), and the order of the transfer function of the filter of the equation (27) tends to be high. be. Therefore, when the equation (27) is processed by the digital arithmetic unit 713, a high arithmetic cost is required.

本実施例におけるACサーボモータのカスケードFB制御系における速度制御系の構成を図9に示す。図9において、本実施例における遅れ補償器92は、速度FB制御器86が出力する操作量uと、速度FB制御器86が出力する操作量uに対する制御対象であるACサーボモータの回転速度のセンサ検出値yとを入力に持ち、目標回転速度rに対する速度FB信号ybを出力する。 FIG. 9 shows the configuration of the speed control system in the cascade FB control system of the AC servomotor in this embodiment. In FIG. 9, the delay compensator 92 in the present embodiment has the operation amount u output by the speed FB controller 86 and the rotation speed of the AC servomotor which is the control target with respect to the operation amount u output by the speed FB controller 86. It has a sensor detection value y as an input and outputs a speed FB signal yb with respect to the target rotation speed r.

遅れ補償器92の動作を図9に基づき説明する。遅れ補償器92は、制御対象であるACサーボモータに対する任意の速度FB制御器93の出力と速度FB制御器86が出力する操作量とを加減算器94で加算した信号に対する制御対象のモデルの回転速度応答を、FB制御器86が出力する操作量に対する制御対象であるACサーボモータの回転速度のセンサ検出値yから、加減算器89で減じることでモデル誤差信号yeを算出する。 The operation of the delay compensator 92 will be described with reference to FIG. The delay compensator 92 rotates the model to be controlled with respect to the signal obtained by adding the output of the arbitrary speed FB controller 93 to the AC servomotor to be controlled and the operation amount output by the speed FB controller 86 by the addition / subtractor 94. The model error signal ye is calculated by subtracting the speed response from the sensor detection value y of the rotational speed of the AC servomotor, which is the control target for the manipulated variable output by the FB controller 86, by the adder / subtractor 89.

また、遅れ補償器92は、任意の速度FB制御器93の出力と速度FB制御器86が出力する操作量とを加減算器94で加算した信号に対するプラントノミナルモデル84の応答を予測FB信号として算出し、モデル誤差信号をフィルタ91で処理した信号と予測FB信号とを加減算器95で加算して、目標回転速度rに対する速度FB信号ybとして出力する。 Further, the delay compensator 92 calculates the response of the plant nominal model 84 to the signal obtained by adding the output of the arbitrary speed FB controller 93 and the operation amount output by the speed FB controller 86 by the addition / subtractor 94 as the predicted FB signal. Then, the signal obtained by processing the model error signal by the filter 91 and the predicted FB signal are added by the adder / subtractor 95, and output as a speed FB signal yb with respect to the target rotation speed r.

速度FB制御器86は、目標回転速度rから遅れ補償器92の出力した速度FB信号ybを加減算器87で減じた偏差信号を入力に受けて、制御対象に対する操作量uを生成する。 The speed FB controller 86 receives a deviation signal obtained by subtracting the speed FB signal yb output by the delay compensator 92 from the target rotation speed r by the adder / subtractor 87 as an input, and generates an operation amount u for the controlled object.

本実施例における図9に示す遅れ補償器92において、CsAおよびAs(s)は例えば以下の式(29)、(30)のように設計する。 In the delay compensator 92 shown in FIG. 9 in this embodiment, CsA and As (s) are designed as, for example, the following equations (29) and (30).

Figure 0006979330
Figure 0006979330

Figure 0006979330
Figure 0006979330

但し、式(29)中のCsaは、式(28)で示したものである。 However, Csa in the formula (29) is represented by the formula (28).

このように設計された遅れ補償器92は、簡単な演算から、特許文献1で設計された式(27)、(28)で示されるフィルタNを内包する遅れ補償器82と等価な入出力特性を示すことが確認できる。すなわち、式(29)、(30)のように設計された遅れ補償器92は、特許文献1で設計された式(27)、(28)のフィルタを内包する遅れ補償器82と等価な補償性能を有する。 The delay compensator 92 designed in this way has input / output characteristics equivalent to those of the delay compensator 82 including the filters N represented by the equations (27) and (28) designed in Patent Document 1 from a simple calculation. Can be confirmed to indicate. That is, the delay compensator 92 designed as shown in the equations (29) and (30) is equivalent to the delay compensator 82 including the filters of the equations (27) and (28) designed in Patent Document 1. Has performance.

式(29)、(30)はいずれも、式(27)が含んでいたノミナルプラントモデル84の伝達特性Pmや、ノミナルな遅れ要素モデル85の伝達特性Mi・exp(−τm・s)を含まない、簡素な伝達関数になっていることがわかる。 Both equations (29) and (30) include the transfer characteristic Pm of the nominal plant model 84 included in the equation (27) and the transfer characteristic Mi · exp (−τm · s) of the nominal delay element model 85. It can be seen that it is a simple transfer function.

このように、CsAおよびAs(s)の伝達関数が、式(27)に比較して簡素化される理由は、式(27)が含んでいたPmやMi・exp(−τm・s)の演算を、ノミナルプラントモデル84とノミナルな遅れ要素モデル85の演算と共通化できるようなブロック構成として遅れ補償器92が構成されているためである。 In this way, the reason why the transfer functions of CsA and As (s) are simplified as compared with the equation (27) is that the Pm and Mi · exp (−τm · s) contained in the equation (27). This is because the delay compensator 92 is configured as a block configuration so that the calculation can be shared with the calculation of the nominal plant model 84 and the nominal delay element model 85.

上記説明したように、本実施例によれば、図9に示すACサーボモータの速度制御系における遅れ補償器92は、従来技術で設計した様々なフィルタNを採用した遅れ補償器82と等価な補償性能を示すことができ、かつ従来技術の遅れ補償器82に比べて演算コストを低減できる構成となっている。 As described above, according to the present embodiment, the delay compensator 92 in the speed control system of the AC servomotor shown in FIG. 9 is equivalent to the delay compensator 82 using various filters N designed by the prior art. The configuration is such that the compensation performance can be shown and the calculation cost can be reduced as compared with the delay compensator 82 of the prior art.

すなわち、図9に示す遅れ補償器92は、ディジタル演算装置713へ実装する際、従来技術と比較して制御性能の劣化なく、遅れ補償器82のフィルタ81にかかるディジタル演算装置713の演算コストを低減できる、実装に好適な制御方式である。 That is, when the delay compensator 92 shown in FIG. 9 is mounted on the digital arithmetic unit 713, the arithmetic cost of the digital arithmetic unit 713 applied to the filter 81 of the delay compensator 82 is reduced without deterioration of the control performance as compared with the prior art. It is a control method suitable for mounting that can be reduced.

また、この制御方式によれば、より安価で低演算性能なディジタル演算装置713による制御装置の提供が可能になる。 Further, according to this control method, it becomes possible to provide a control device by a digital arithmetic unit 713 which is cheaper and has low arithmetic performance.

なお、ACサーボモータの速度制御系において、従来技術を用いて遅れ補償器82のフィルタ81が、下式(31)、 In the speed control system of the AC servomotor, the filter 81 of the delay compensator 82 is described by the following equation (31), using the prior art.

Figure 0006979330
Figure 0006979330

のように設計された場合でも、本実施例において、図9に示す遅れ補償器92において、下式(32)、 Even when the design is as follows, in the present embodiment, in the delay compensator 92 shown in FIG. 9, the following equation (32),

Figure 0006979330
Figure 0006979330

のように設計すれば、図9に示す遅れ補償器92と式(31)のフィルタを内包する遅れ補償器82は等価な補償特性となる。 If the design is as follows, the delay compensator 92 shown in FIG. 9 and the delay compensator 82 including the filter of the equation (31) have equivalent compensation characteristics.

これにおいて、例えば、下式(33)のように、 In this, for example, as in the following equation (33),

Figure 0006979330
Figure 0006979330

定数γで定義した場合であっても、制御対象が原点に極を有する場合において、制御対象の入力端に加わるステップ外乱を定常偏差なく抑制することが可能である。式(33)であれば、式(30)との比較から、特段の演算コストの増加無く、式(28)を採用した遅れ補償器92は実装に好適な制御方式であるといえる。 Even when defined by the constant γ, when the controlled object has a pole at the origin, it is possible to suppress the step disturbance applied to the input end of the controlled object without steady deviation. If it is the equation (33), it can be said that the delay compensator 92 adopting the equation (28) is a suitable control method for mounting without any particular increase in calculation cost from the comparison with the equation (30).

また、この制御方式によれば、より安価で低演算性能なディジタル演算装置713による制御装置の提供が可能になる。 Further, according to this control method, it becomes possible to provide a control device by a digital arithmetic unit 713 which is cheaper and has low arithmetic performance.

1,61,81、91:フィルタ、2、42、52、62、82、92:遅れ補償器、3,16,93:フィードバック制御器、4,5、6、18、35,37,39:加減算器、7、27:規範モデル型実フィードバック制御系、8:モデルフィードバック制御系、12:制御対象、13:フィードバック遅れ要素、14:ノミナルプラントモデル、15:ノミナルな遅れ要素モデル、71:ACサーボモータの速度制御系、77:ACサーボモータ、78:電流検出器、713:ディジタル演算装置 1,61,81,91: Filter 2,42,52,62,82,92: Delay compensator, 3,16,93: Feedback controller, 4,5,6,18,35,37,39: Add / subtractor, 7, 27: Normal model type real feedback control system, 8: Model feedback control system, 12: Control target, 13: Feedback delay element, 14: Nominal plant model, 15: Nominal delay element model, 71: AC Servo motor speed control system, 77: AC servo motor, 78: Current detector, 713: Digital arithmetic unit

Claims (6)

制御対象のモデルと任意の第1のフィルタと任意の第1のフィードバック制御器とから構成される第1の遅れ補償器を含むフィードバック制御系のフィードバック制御方法であって、
前記制御対象のモデルは、制御対象のダイナミクスを模擬するノミナルプラントモデルと前記フィードバック制御系の閉ループ内に内包される遅れ要素を模擬するノミナルな遅れモデルとからなり、
前記第1の遅れ補償器は、前記制御対象に対してフィードバック制御を行う第2のフィードバック制御器が出力する操作量と制御対象の出力信号とを入力信号とし、
前記操作量と、前記第1の遅れ補償器が含む前記任意の第1のフィードバック制御器の出力とを加減算器で加算した信号に対する前記ノミナルプラントモデルの出力信号を理想フィードバック信号とし、前記操作量と、前記第1の遅れ補償器が含む前記任意の第1のフィードバック制御器の出力とを加減算器で加算した信号に対する前記制御対象のモデルの出力信号と、前記制御対象の出力信号とを加減算器で減じて得た信号をモデル誤差信号とし、該モデル誤差信号を前記任意の第1のフィードバック制御器の入力とするとともに、前記モデル誤差信号を前記任意の第1のフィルタで処理した信号と前記理想フィードバック信号とを加減算器で加算した信号を出力信号とするものであって、
前記第2のフィードバック制御器は、前記第1の遅れ補償器の前記出力信号と目標値信号との偏差を加減算器で算出し、該偏差を基に前記制御対象に対してフィードバック補償を行うことを特徴とするフィードバック制御方法。
A feedback control method for a feedback control system including a first delay compensator composed of a model to be controlled, an arbitrary first filter, and an arbitrary first feedback controller.
The controlled model includes a nominal plant model that simulates the dynamics of the controlled object and a nominal delay model that simulates a delay element contained in the closed loop of the feedback control system.
The first delay compensator uses an operation amount output by a second feedback controller that performs feedback control on the controlled object and an output signal of the controlled object as input signals.
The output signal of the nominal plant model with respect to the signal obtained by adding the operation amount and the output of the arbitrary first feedback controller included in the first delay compensator by an adder / subtractor is used as an ideal feedback signal, and the operation amount is used. And the output signal of the model to be controlled with respect to the signal obtained by adding / subtracting the output of the arbitrary first feedback controller included in the first delay compensator, and the output signal of the controlled object are added / subtracted. The signal obtained by subtraction by the device is used as a model error signal, the model error signal is used as an input of the arbitrary first feedback controller, and the model error signal is used as a signal processed by the arbitrary first filter. The signal obtained by adding the ideal feedback signal with the adder / subtractor is used as the output signal.
The second feedback controller calculates the deviation between the output signal of the first delay compensator and the target value signal by an adder / subtractor, and performs feedback compensation to the controlled object based on the deviation. A feedback control method characterized by.
請求項1に記載のフィードバック制御方法であって、
前記任意の第1のフィルタは、その伝達特性が0より大きい任意の実数であることを特徴とするフィードバック制御方法。
The feedback control method according to claim 1.
The feedback control method, wherein the arbitrary first filter is an arbitrary real number whose transfer characteristic is larger than 0.
請求項1に記載のフィードバック制御方法であって、
前記任意の第1のフィルタは、その伝達特性が1であることを特徴とするフィードバック制御方法。
The feedback control method according to claim 1.
The feedback control method, wherein the optional first filter has a transmission characteristic of 1.
制御対象のモデルと任意の第1のフィルタと任意の第1のフィードバック制御器とから構成される第1の遅れ補償器を含むフィードバック制御系を採用したモータ制御装置であって、
前記制御対象のモデルは、制御対象のダイナミクスを模擬するノミナルプラントモデルと前記フィードバック制御系の閉ループ内に内包される遅れ要素を模擬するノミナルな遅れモデルとからなり、
前記第1の遅れ補償器は、前記フィードバック制御系を構成し制御対象に対してフィードバック制御を行う第2のフィードバック制御器が出力する操作量と制御対象の出力信号とを入力信号とし、
前記操作量と、前記第1の遅れ補償器が含む前記任意の第1のフィードバック制御器の出力とを加減算器で加算した信号に対する前記ノミナルプラントモデルの出力信号を理想フィードバック信号とし、前記操作量と、前記第1の遅れ補償器が含む前記任意の第1のフィードバック制御器の出力とを加減算器で加算した信号に対する前記制御対象のモデルの出力信号と、前記制御対象の出力信号とを加減算器で減じて得た信号をモデル誤差信号とし、該モデル誤差信号を前記任意の第1のフィードバック制御器の入力とするとともに、前記モデル誤差信号を前記任意の第1のフィルタで処理した信号と前記理想フィードバック信号とを加減算器で加算した信号を出力信号とするものであって、
前記第2のフィードバック制御器は、前記第1の遅れ補償器の前記出力信号と目標値信号との偏差を加減算器で算出し、該偏差を基に前記制御対象に対してフィードバック補償を行うことを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device that employs a feedback control system that includes a first delay compensator composed of a model to be controlled, an arbitrary first filter, and an arbitrary first feedback controller.
The controlled model includes a nominal plant model that simulates the dynamics of the controlled object and a nominal delay model that simulates a delay element contained in the closed loop of the feedback control system.
The first delay compensator uses an operation amount output by a second feedback controller that constitutes the feedback control system and performs feedback control on a controlled object and an output signal of the controlled object as input signals.
The output signal of the nominal plant model with respect to the signal obtained by adding the operation amount and the output of the arbitrary first feedback controller included in the first delay compensator by an adder / subtractor is used as an ideal feedback signal, and the operation amount is used. And the output signal of the model to be controlled with respect to the signal obtained by adding / subtracting the output of the arbitrary first feedback controller included in the first delay compensator, and the output signal of the controlled object are added / subtracted. The signal obtained by subtraction by the device is used as a model error signal, the model error signal is used as an input of the arbitrary first feedback controller, and the model error signal is used as a signal processed by the arbitrary first filter. The signal obtained by adding the ideal feedback signal with the adder / subtractor is used as the output signal.
The second feedback controller calculates the deviation between the output signal of the first delay compensator and the target value signal by an adder / subtractor, and performs feedback compensation to the controlled object based on the deviation. A motor control device characterized by.
請求項4に記載のモータ制御装置であって、
前記任意の第1のフィルタは、その伝達特性が0より大きい任意の実数であることを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 4.
The optional first filter is a motor control device whose transmission characteristic is an arbitrary real number larger than 0.
請求項4に記載のモータ制御装置であって、
前記任意の第1のフィルタは、その伝達特性が1であることを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 4.
The optional first filter is a motor control device having a transmission characteristic of 1.
JP2017209104A 2017-10-30 2017-10-30 Feedback control method and motor control device Active JP6979330B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017209104A JP6979330B2 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Feedback control method and motor control device
PCT/JP2018/032336 WO2019087554A1 (en) 2017-10-30 2018-08-31 Feedback control method and motor control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017209104A JP6979330B2 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Feedback control method and motor control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019082791A JP2019082791A (en) 2019-05-30
JP6979330B2 true JP6979330B2 (en) 2021-12-15

Family

ID=66331679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017209104A Active JP6979330B2 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Feedback control method and motor control device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6979330B2 (en)
WO (1) WO2019087554A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7061684B2 (en) * 2018-10-09 2022-04-28 株式会社日立産機システム Feedback control method and feedback control device
CN110231772B (en) * 2019-07-22 2022-07-15 广东电网有限责任公司 Method, device and equipment for acquiring process model

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3804061B2 (en) * 2001-02-02 2006-08-02 株式会社安川電機 Feedback control device
JP3970699B2 (en) * 2002-06-18 2007-09-05 株式会社神戸製鋼所 Motor control device
JP7039176B2 (en) * 2017-03-21 2022-03-22 株式会社日立産機システム Delay compensator filter design method, feedback control method using it, motor control device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019087554A1 (en) 2019-05-09
JP2019082791A (en) 2019-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010051104A (en) Motor control apparatus
JP6979330B2 (en) Feedback control method and motor control device
JP6962893B2 (en) Vibration suppression device, vibration suppression method and program
JP4226420B2 (en) Position control device
JP7039176B2 (en) Delay compensator filter design method, feedback control method using it, motor control device
CN110955192B (en) Servo control device, robot, and servo control method
JP7061684B2 (en) Feedback control method and feedback control device
JPH06119001A (en) Controller
JP2008097334A (en) Servo controller and control method therefor
JP4648448B2 (en) Closed loop process control device including PID regulator
CN115051600A (en) Tracking control method for servo system of brushless direct current motor
JP2007306779A (en) Motor controller
JP3892824B2 (en) Motor position control device
JP5457894B2 (en) Full closed position controller
JPH05265515A (en) Internal model controller
JP3034404B2 (en) 2-DOF PID adjustment device
JP2809849B2 (en) 2-DOF adjustment device
JPH04111106A (en) Servo controller
JP2005182427A (en) Control computing device
JPH07311601A (en) Two-degree-of-freedom pid adjusting device
JPH0695703A (en) Machine constant estimating method
JP2002157002A (en) Process control unit
WO2004077179A1 (en) Servo control device
JP3124169B2 (en) 2-DOF adjustment device
JPH04312101A (en) Two-frredom degree type adjustment device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200825

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210330

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210528

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211026

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211115

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6979330

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150