CN103649853A - 促动器的控制方法及促动器的控制装置 - Google Patents

促动器的控制方法及促动器的控制装置 Download PDF

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Abstract

促动器的控制方法及促动器的控制装置，作为替代PID控制的新的控制方法，提供更简便的方法而得到控制结果，其中，进行“能量评价控制”，即将控制对象的动能与能够制动功进行比较，在上述控制对象的动能与上述能够制动功成为相等的时刻从驱动切换为制动，并且按照每个预先设定的时刻来反复进行上述控制对象的动能与上述能够制动功的比较。

Description

促动器的控制方法及促动器的控制装置
技术领域
本发明涉及促动器的控制方法及促动器的控制装置，更详细地是涉及计算量比较少而能够取入反馈的要素的促动器的控制方法及促动器的控制装置。
背景技术
在以往的控制中，一般使用PID控制的反馈控制。在该PID控制中，相对于现象必定延迟地决定控制输出，因此当要提高控制速度而增大PID的各控制增益时，控制相对于现象变得来不及，控制变得不稳定。尤其是当控制对象的机械衰减力显著降低时，控制容易变得不稳定，有时控制还会发散。作为对用于避免该控制的不稳定的PID控制的各控制增益进行决定的方法，应用能够保证控制的稳定性的H∞等控制理论。但是，在PID控制这种制约下，由于负荷变动而会产生过调量、控制延迟。
在PID控制中，当使用滑行模式控制时，通过根据控制状态来切换控制增益，由此在理论上也能够排除负荷变动的影响。但是，当控制周期延迟时，该控制会保持振动而不会收敛。因此，为了完全排除负荷变动的影响，需要无限快地切换控制增益，并需要到可以说相对于现象为无限快的程度的高速控制。并且，需要调整PID等的各控制增益，该控制增益的调整的好坏会决定控制的好坏，因此该控制增益的调整成为非常重要的要素。
此外，这些控制理论用于弥补PID控制的缺点，并不是为了以“在最短的时间内使控制对象静止于目标位置”为控制目的而构建的方法。因此，相对于该单纯的目的，与PID控制相比，反而可以说最短时间控制是更符合目的的控制方法。
最单纯的最短时间控制是如下控制：在到目标位置为止的行程的一半以最大推力使控制对象加速，在剩余一半行程以最大减速度减速而使控制对象静止于目标位置。该输出图案在控制开始前被决定，因此该最短时间控制可以说是前馈控制。
换言之，最短时间控制是指，使促动器以最大驱动力运转、并以最大制动力停止的控制方法，是在理论上能够在最短时间使控制对象静止于目标的控制。即，最短时间控制是完全符合“在最短时间内使控制对象静止于目标位置”这种控制目的的控制方法。
例如，如日本申请的特开2000-94371号公报所记载的那样，作为使用该最短时间控制的控制装置而提出有一种机器人的最短时间控制装置，具备：用于控制伺服马达的控制单元；预先存储以无负荷时的值为基准的控制量与负荷重量之间的关系的对应关系存储单元；负荷推定计算单元；根据由负荷推定计算单元所计算的工件信息来决定加减速常数的加减速常数决定单元；以及使用所决定的加减速常数来制作对伺服控制单元发出的指令的指令制作单元；在把持了工件时，加速时间变长，在未把持工件时，加速时间缩短。
但是，最短时间控制是在理论上能够在最短时间内进行控制的理想的控制，另一方面是考虑初速、最大加速度、最大减速度来决定输出图案的开放式控制，没有反馈要素，因此在目标值与控制值不一致时，没有修正的方法，存在难以正确地使目标值与控制值一致这种问题，因此在实际的控制中极少采用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本申请的特开2000-94371号公报
发明内容
发明要解决的课题
对此，本发明人考虑到进行如下的“反馈最短时间控制”的促动器的控制方法和促动器的控制装置，该“反馈最短时间控制”为：使用最短时间控制，并且使用预先计测的促动器的控制力的最大输出时的最大加速度和最大减速度，通过从进行用于控制的计算的计算时刻起的经过时间显示，来计算从加速输出向减速输出切换的切换时刻和减速输出的结束时刻，在从上述计算时刻到上述切换时刻为止，将上述促动器的控制力设为最大加速输出，在从上述切换时刻到上述结束时刻为止，将上述促动器的控制力设为最大减速输出，在上述结束时刻结束控制力的输出，并且按照每个预先设定的时间来反复进行上述计算步骤，计算而更新上述切换时刻和上述结束时刻；进一步，本发明人考虑了减少控制系统具有的剩余功与动能之和即残留能量，并且减小控制输出。
这些控制方法和控制装置，取入了按照每个预先设定的时间加入控制的各时刻的目标值与控制值的偏差而更新切换时刻和结束时刻这种反馈的要素，因此即使外力变化、并且即使不使控制的时间间隔成为高速，也能够发挥能够常时得到稳定的控制结果这种效果。
但是，在这些进行“反馈最短时间控制”的控制方法和控制装置中，虽然确认了与PID控制相比为更稳定且高速，但由于需要求出二次函数的解，因此在计算负荷较大、控制器的性能较低的情况下，存在不延长控制周期就不能够应用这种问题。
本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于提供促动器的控制方法及促动器的控制装置，作为代替PID控制的新的控制方法，能够通过更简便的方法来得到与“反馈最短时间控制”大致同等的控制结果。
用于解决课题的手段
用于实现上述那样的目的的本发明的促动器的控制方法的特征在于，将控制对象的动能与能够制动功进行比较，在上述控制对象的动能与上述能够制动功变得相等的时刻，从驱动切换为制动，并且按照每个预先设定的时刻来反复进行上述控制对象的动能与上述能够制动功的比较。
在该方法中，成为“能够制动功=制动功量=(目标位置-当前位置)×制动力”，驱动(加速)与制动(减速)的切换时刻成为“动能=能够制动功=(目标位置-当前位置)×制动力”的时刻。另外，能够制动功的制动方向根据偏差(=目标位置-当前位置)的正负来切换。
根据该方法，通过ON/OFF控制也能够在最短时间使控制值与目标值一致，还能够追随由负荷变动等引起的控制系统的加速度变化。此外，计算变得非常简单，因此计算量显著变少，能够降低控制器的计算负荷。此外，通过能量的比较来进行控制，因此物理上的含义变得明确。
在上述促动器的控制方法中，当将上述控制对象的动能与上述能够制动功的绝对值之和作为控制结束的控制评价值、并使控制输出的上限值与上述控制评价值成正比例地降低时，即当使“控制评价值=(1/2)×v2＋︱(目标位置-当前位置)×制动加速度︱”、使控制输出成为将该评价值和E增益与最大控制输出相乘而得到的值、并使“控制输出=控制评价值×E增益×最大控制输出”时，由此，能够在控制结束时使控制输出成为零。在这种情况下，当然不会使控制输出成为最大控制输出以上，因此“控制评价值×E增益”将1.0作为上限值。
此外，在上述促动器的控制方法中，当将上述控制评价值为零的时刻设为控制结束时，能够将偏差和速度同时成为零时判断为控制结束。
并且，在上述促动器的控制方法中，当将上述动能置换为“(动能)-(目标速度的动能)”而进行控制时，即当设定目标位置、目标速度、并以从根据偏差的变化量计算出的动能减去目标速度下的动能的方式进行控制时，由此，能够同时赋予目标位置和目标位置上的目标速度而进行控制，能够使位置和速度同时与目标值一致。
而且，用于实现上述目的的本发明的促动器的控制装置构成为，具备将控制对象的动能与能够制动功进行比较的比较单元、以及在上述控制对象的动能与上述能够制动功变得相等的时刻从驱动切换为制动的切换单元，按照每个预先设定的时刻来反复进行基于上述比较单元的上述控制对象的动能与上述能够制动功的比较。
根据该构成，通过ON/OFF控制也能够在最短时间使控制值与目标值一致，还能够追随由负荷变动等引起的控制系统的加速度变化。此外，计算变得非常简单，因此计算量显著变少，能够降低控制器的计算负荷。此外，通过能量的比较来进行控制，因此物理上的含义变得明确。
在上述促动器的控制装置中，当构成为具备将上述控制对象的动能与上述能够制动功的绝对值之和作为控制结束的控制评价值的评价值计算单元、以及使控制输出的上限值与上述控制评价值成正比例地降低的控制输出限制单元时，能够在控制结束时使控制输出成为零。
此外，在上述促动器的控制装置中，当构成为具备在上述控制评价值为零的时刻使控制结束的控制结束单元时，能够将偏差和速度同时成为零时判断为控制结束。
并且，在上述促动器的控制装置中，当构成为具备将上述动能置换为“(动能)-(目标速度的动能)”的修正单元时，能够同时赋予目标位置和目标位置上的目标速度而进行控制，能够使位置和速度同时与目标值一致。
此外，在上述促动器的控制装置中，在设目标值为Tr、控制值为X的情况下，使上述动能为“V=(1/2)×(dX/dt)2”、上述能够制动功为“W=αb×(Tr-X)”，并且在目标值Tr与控制值X的偏差(Tr-X)为正的情况下，根据最大加速度αp来设定加速度αa、根据最大减速度αm来设定减速度αb，在上述偏差(Tr-X)为负的情况下，根据最大减速度αm来设定加速度αa、根据最大减加速度αp来设定减速度αb，并且，在上述动能比上述能够制动功的绝对值小的情况下，使输出加速度为加速度αa，在上述动能比上述能够制动功的绝对值大的情况下，使输出加速度为减速度αb。
或者，在上述促动器的控制装置中，在设目标值为Tr、控制值为X、计算周期为Δt、当前的控制值为X0、一个计算周期前的控制值为X-1、两个计算周期前的控制值为X-2的情况下，使上述动能为“V=(1/2)×[(X0-X-1)/Δt]2”、上述能够制动功为“W=αb×(Tr-X)”，并且在目标值Tr与控制值X的偏差(Tr-X)为正的情况下，根据最大加速度αp来设定加速度αa、根据最大减速度αm来设定减速度αb，在上述偏差(Tr-X)为负的情况下，根据最大减速度αm来设定加速度αa、根据最大减加速度αp来设定减速度αb，并且，在上述动能比上述能够制动功的绝对值小的情况下，使输出加速度为加速度αa，在上述动能比上述能够制动功的绝对值大的情况下，使输出加速度为减速度αb。
发明的效果
根据本发明的促动器的控制方法及促动器的控制装置，通过ON/OFF控制也能够在最短时间使控制值与目标值一致，计算变得非常简单，因此计算量显著变少，能够降低控制器的计算负荷。此外，通过能量的比较来进行控制，因此物理上的含义变得明确。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的促动器的能量评价控制的控制流程的图。
图2是表示图1的控制流程的步骤S15的详细控制流程的图。
图3是表示图1的控制流程的步骤S16的详细控制流程的图。
图4是表示本发明第一实施方式的促动器的能量评价控制的其他控制块的图。
图5是表示图4的控制流程的步骤S30的详细控制流程的图。
图6是表示控制输出限制值、控制评价值及E增益的关系的图。
图7是表示控制输出限制值、控制评价值及E增益的关系的另一图。
图8是表示本发明第一实施方式的促动器的控制方法的控制模拟结果的图。
图9是表示本发明第二实施方式的促动器的控制方法的控制模拟结果的图。
图10是表示以一定加速度进行驱动(加速)的情况下的动能与能够制动功之间的关系的图。
图11是表示在动能与能够制动功变得相等时开始制动(减速)的情况下的动能与能够制动功之间的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的促动器的控制方法及促动器的控制装置进行说明。
首先，对本发明的控制律的“能量评价控制”进行说明。
在促动器的控制中，在要使正运动的物体(控制对象)静止的情况下，通过促动器产生的一定的力使物体停止所需要的功量，由为了停止而施加的制动力与到停止为止物体移动的距离之积来表示。即，“制动功=制动力×移动距离”。
此时，到使物体停止为止所做的功，与正运动的物体最初具有的动能相等。根据该简单的原理可知，为了使正运动的物体停止在目标位置上，从成为“动能=(目标位置-当前位置)×制动力”的时刻起开始制动(减速)即可。反之，在达到该条件之前即使持续驱动(加速)物体，也能够使物体静止在目标位置上。
即，在“动能＜(目标位置-当前位置)×制动力”时为“驱动(加速)”，在“动能＞(目标位置-当前位置)×制动力”时为“制动(减速)”。
这是本发明的控制律，此处，将该控制律称为“能量评价控制”。此外，“(目标位置-当前位置)×制动力”表示到目标位置为止能够做的制动功量，此处，将该制动功量称为“能够制动功”。
图10表示以最大加速度持续驱动的情况下的能够制动功与动能之间的关系。动能为“(1/2)×m×v2”，能够制动功为“m×α×(目标位置-当前位置)”。此处，m表示质量，v表示速度，α表示加速度。
图10表示设加速度为“1”、减速度为“-1”、质量为“1”而从控制开始时刻(t1)起以一定加速度进行了驱动的情况下的动能与能够制动功之间的关系。
在该图10的情况下，在时刻t1，动能与能够制动功相等(A点)，因此如果在该时刻(t1)从驱动(“1”)向制动(“-1”)切换，则能够停止在目标位置。
图11表示在动能与能够制动功变得相等的时刻(t1)从驱动切换为制动的情况下的结果。从时刻t0到时刻t1为止为驱动(加速)，从时刻t1到时刻t2为止为制动(减速)。从时刻t1到时刻t2，动能与能够制动功沿相同轨迹而收敛。此外，在图11中，在时刻t2动能与能够制动功同时成为零，控制结束。在该时刻t2动能与能够制动功均成为零，可知静止在目标位置上。
通过在控制中常时实施该动能与能够制动功的比较，由此还能够追随由负荷变动等引起的控制系统的加速度变化。
如此，如果使用本控制律的“能量评价控制”，则通过ON/OFF控制也能够在最短时间使控制值与目标值一致。此外，计算变得非常简单，能够降低控制器的计算负荷。
在本控制中，将用于控制结束评价的控制评价值设为动能与能够制动功的绝对值之和。由此，能够将偏差和速度同时成为零时判断为控制结束。
此外，控制输出将该控制评价值与E增益(能量增益)相乘而得到的值作为控制输出限制值，将该值的上限值设为1。并且，成为以控制输出的最大、最小值来施加限制的值。由此，在控制结束时控制输出成为零。该E增益为用于与作为控制系统具有的动能和能够制动功的绝对值之和而定义的控制评价值的减少一起、使控制输出减小的系数。该E增益与控制输出限制值及控制评价值的关系如图6及图7所示。
并且，由于对动能、能够制动功均乘以控制系统的质量m，因此在将两者进行比较时，能够忽视质量m，因此使控制评价值成为“控制评价值=(1/2)×v2＋︱(目标位置-当前位置)·制动加速度︱”。由此，控制输出成为“控制输出=控制评价值×E增益×最大控制输出”(其中，控制输出为最大控制输出以下)。
用于实施上述“能量评价控制”的本发明第一实施方式的促动器的控制装置构成为，具备：将控制对象的动能与能够制动功进行比较的比较单元；以及在控制对象的动能与能够制动功变得相等的时刻从驱动切换为制动的切换单元；按照每个预先设定的时刻来反复进行基于比较单元的控制对象的动能与能够制动功的比较，并且构成为，具备：将控制对象的动能与能够制动功的绝对值之和作为控制结束的控制评价值的评价值计算单元；在控制评价值为零的时刻使结束控制的控制结束单元；以及使控制输出的上限值与控制评价值成正比例地降低的控制输出限制单元。
此外，本发明第一实施方式的促动器的控制方法的特征在于，将控制对象的动能与能够制动功进行比较，在上述控制对象的动能与上述能够制动功变得相等的时刻从驱动切换为制动，按照每个预先设定的时刻来反复进行上述控制对象的动能与上述能够制动功的比较，并且，将上述控制对象的动能与上述能够制动功的绝对值之和作为控制结束的控制评价值，将该控制评价值为零的时刻作为控制结束，此外，使控制输出的上限值与上述控制评价值成正比例地降低。
图1表示在第一实施方式的促动器的控制方法中不使输出收敛的情况下的“能量评价控制”的控制流程。当该控制流程被从上位控制流程调用而开始时，在步骤S11中，读入最大加速度αp和最大减速度αm的数据。
在下一步骤S12中，读入目标值Tr和控制值X，在步骤S13中，计算速度v和动能V。当设本次读入的控制值为X0、前次读入的1个计算周期前的控制值为X-1、计算周期为Δt时，速度v成为控制值X的一阶微分值(dX/dt)，但在计算中通过“v=(X0-X-1)/Δt”来计算。即，成为控制值X的一阶差分。此外，动能V通过“V=v2/2”来计算。在下一步骤S14中，通过“W=αb×(Tr-X)”来进行能够制动功W的计算。
在下一步骤S15中，进行在制动时作用的加速度的选择，详细地，如图2所示，在步骤S15a中，判定目标值Tr与控制值X的偏差(Tr-X)是否大于零，在大于零的情况下(“是”)，在步骤S15b中，将加速度αa设定为最大加速度αp(即αa=αp)，将减速度αb设定为最大减速度αm(即αb=αm)。另一方面，在偏差(Tr-X)不大于零的情况下(“否”)，在步骤S15c中，将加速度αa设定为最大减速度αm(即αa=αm)，将减速度αb设定为最大加速度αp(即αb=αp)。
此外，在下一步骤S16中进行输出加速度的选择。
在该步骤S16中进行输出加速度的选择，详细地，如图3所示，在步骤S16a中，判定动能V是否大于能够制动功W，在大于的情况下(“是”)，在步骤S16b中，对输出加速度选择αa(输出加速度=αa)，另一方面，在动能V不大于能够制动功W的情况下(“否”)，在步骤S16c中，对输出加速度选择αb(输出加速度=αb)。
在下一步骤S17中，产生与输出加速度相当的促动器推力。在该步骤S12～步骤S17中，进行与一个计算周期Δt对应的控制。
而且，当与该一个计算周期Δt对应的控制结束时，转至步骤S20，判定控制是否结束，如果未结束，则返回步骤S12，继续进行控制。此外，如果控制结束，则转至返回，并返回上位控制流程，结束图1的控制流程。
然后，图4表示在第一实施方式的促动器的控制方法中使输出收敛的情况下的“能量评价控制”的控制流程。当该控制流程被从上位控制流程调用而开始时，在步骤S11A中，读入最大加速度αp0和最大减速度αm0的数据。然后，使最大加速度αp和最大减速度αm分别为αp=αp0、αm=αm0。但是，该αp、αm根据控制状态而在步骤S30中被变更。
接下来的步骤S12～步骤S14与图1的控制流程相同，在步骤S12中读入目标值Tr和控制值X，在步骤S13中计算速度v和动能V，在步骤S14中进行能够制动功W的计算。
在该图4的控制流程中，在步骤S14之后施加步骤S30的加速度的限制。如图5所示，在该步骤S30中，在步骤S30a中通过“加速度限制值=(V＋︱W︱)×E增益”来计算加速度限制值。在下一步骤S30b中，判定该计算出的加速度限制值是否大于1，在大于的情况下(“是”)，在步骤S30c中重新设定为1(加速度限制值=1)，在不大于的情况下(“否”)，维持不变。在步骤S30d中，将最大加速度αp和最大减速度αm分别通过“αp=αp0×加速度限制值”和“αm=αm0×加速度限制值”来重新设定。
接下来的步骤S15～步骤S17与图1～图3的控制流程相同，在步骤S15中进行在制动时作用的加速度的选择，在步骤S16中进行输出加速度的选择，在步骤S17中产生与输出加速度相当的促动器推力。在该步骤S12～步骤S17中，进行与一个计算周期Δt对应的控制。
然后，当与该一个计算周期Δt对应的控制结束时，转至步骤S20，判定控制是否结束，如果未结束，则返回步骤S12，继续进行控制。此外，如果控制结束，则转至返回，并返回上位控制流程，结束图4的控制流程。
根据该第一实施方式的促动器的控制装置和促动器的控制方法，能够实施上述“能量评价控制”，通过ON/OFF控制也能够在最短时间使控制值与目标值一致，此外，没有平方根(二次根；根)的计算，因此计算变得非常简单，计算量显著减少。因此，能够降低控制器的计算负荷。该求平方根的计算为，控制器的负荷较大，并且有时通过廉价的控制器不能够进行计算，因此成为较大的优点。并且，通过能量的比较来进行控制，因此物理上含义变得明确。并且，在控制结束时能够使控制输出为零，能够将偏差和速度同时成为零时判断为控制结束。
图8表示在该“能量评价控制”(基于图4的控制流程)中进行了模拟计算的结果。横轴表示时间，纵轴的下段表示控制输出、上段表示控制位置。在该模拟计算中，从位移0(零)位移到目标位置。根据该图8的结果可知，“能量评价控制”在原理上成立。
接着，对本发明第二实施方式的促动器的控制装置和促动器的控制方法进行说明。
第二实施方式的促动器的控制装置构成为，除了第一实施方式的促动器的控制装置的构成以外，还具备将动能置换为“(动能)-(目标速度的动能)”的修正单元。
此外，在第二实施方式的促动器的控制方法中，在第一实施方式的促动器的控制方法中将动能置换为“(动能)-(目标速度的动能)”而进行控制。
即，设定目标位置、目标速度，从根据偏差的变化量而计算出的动能中减去目标速度下的动能。
由此，能够同时赋予目标位置和目标位置上的目标速度而进行控制，能够使位置和速度同时与目标值一致。
换言之，在第一实施方式的促动器的控制装置和促动器的控制方法中，通过将能够制动剩余功与动能进行比较来切换驱动(加速)、制动(减速)。在该控制装置和控制方法中，以静止的目标为对象进行控制，但在第二实施方式的促动器的控制装置和促动器的控制方法中，对运动的目标进行在目标位置上成为目标速度的控制。
在第一实施方式的“能量评价控制”中，到成为“动能=(目标位置-当前位置)×制动力”的位置为止进行驱动(加速)，并从该时刻起至到达目标为止进行制动(减速)。即，在“动能＜(目标位置-当前位置)×制动力”时进行驱动，在“动能＞(目标位置-当前位置)×制动力”时进行制动。
在第二实施方式的“能量评价控制”中，为了对运动的目标进行在目标位置上成为目标速度的控制，赋予目标动能即可。即，在“(动能-目标动能)＜(目标位置-当前位置)×制动力”时进行驱动，在“(动能-目标动能)＞(目标位置-当前位置)×制动力”时进行制动。
换言之，将第一实施方式的控制中的“动能”置换为“(动能)-(目标速度的动能)”而进行控制。由此，到达目标位置时的速度成为目标速度。而且，目标动能成为“目标动能=质量×(目标速度)2/2”。另外，与第一实施方式的控制同样，在控制上也可以忽视质量项。
图9表示在第二实施方式的控制中赋予了目标速度的模拟结果。如图9所示，可知在到达目标位置的瞬间(时刻t3、时刻t4)成为目标速度。
在现有技术中，为了同时控制位置和速度，需要分别地进行位置控制和速度控制这两个控制，但在第二实施方式的“能量评价控制”中，完全能够通过一个控制来同时追随两个目标。因而，作为追随运动目标的控制而成为非常有用的控制。
根据上述第二实施方式的促动器的控制装置和促动器的控制方法，能够实施上述的赋予了目标速度的“能量评价控制”，除了第一实施方式的促动器的控制装置和促动器的控制方法的效果以外，还能够同时赋予目标位置和目标位置上的目标速度而进行控制，能够使位置和速度同时与目标值一致。
产业上的可利用性
根据本发明的促动器的控制方法及促动器的控制装置，作为代替PID控制的新的控制方法，能够通过更简便的方法来得到与反馈最短时间控制大致同等的控制结果，因此在用于为了改善车辆燃料消耗率而有效利用车辆的能量的搭载在汽车等上的设备等、较多机构及其控制方法等中，能够作为多数的促动器的控制方法及促动器的控制装置来利用。
符号的说明
m  质量
v  速度
α 加速度
t0 控制开始时刻
t1 驱动与制动的切换时刻
t2 控制结束时刻
t3、t4 到达目标位置的时刻
Tr 目标值
X  控制值

Claims (10)

1.一种促动器的控制方法，其中，
将控制对象的动能与能够制动功进行比较，在上述控制对象的动能与上述能够制动功变得相等的时刻，从驱动切换为制动，并且按照每个预先设定的时刻来反复进行上述控制对象的动能与上述能够制动功的比较。
2.如权利要求1所述的促动器的控制方法，其中，
将上述控制对象的动能与上述能够制动功的绝对值之和作为控制结束的控制评价值，使控制输出的上限值与上述控制评价值成正比例地降低。
3.如权利要求1或2所述的促动器的控制方法，其中，
将上述控制评价值为零的时刻作为控制结束。
4.如权利要求1～3中任一项所述的促动器的控制方法，其中，
将上述动能置换为“(动能)-(目标速度的动能)”而进行控制。
5.一种促动器的控制装置，其中，
具备：比较单元，将控制对象的动能与能够制动功进行比较；以及切换单元，在上述控制对象的动能与上述能够制动功变得相等的时刻从驱动切换为制动，
按照每个预先设定的时刻来反复进行基于上述比较单元的上述控制对象的动能与上述能够制动功的比较。
6.如权利要求5所述的促动器的控制装置，其中，
具备：评价值计算单元，将上述控制对象的动能与上述能够制动功的绝对值之和作为控制结束的控制评价值；以及控制输出限制单元，使控制输出的上限值与上述控制评价值成正比例地降低。
7.如权利要求5或6所述的促动器的控制装置，其中，
具备在上述控制评价值为零的时刻使控制结束的控制结束单元。
8.如权利要求5～7中任一项所述的促动器的控制装置，其中，
具备将上述动能置换为“(动能)-(目标速度的动能)”的修正单元。
9.如权利要求1～8中任一项所述的促动器的控制装置，其中，
在设目标值为Tr、控制值为X的情况下，使上述动能为“V=(1/2)×(dX/dt)2”、上述能够制动功为“W=αb×(Tr-X)”，并且在目标值Tr与控制值X的偏差(Tr-X)为正的情况下，根据最大加速度(αp)来设定加速度(αa)、根据最大减速度(αm)来设定减速度(αb)，在上述偏差(Tr-X)为负的情况下，根据最大减速度(αm)来设定加速度(αa)、根据最大减加速度(αp)来设定减速度(αb)，
并且，在上述动能比上述能够制动功的绝对值小的情况下，使输出加速度为加速度(αa)，在上述动能比上述能够制动功的绝对值大的情况下，使输出加速度为减速度(αb)。
10.如权利要求1～8中任一项所述的促动器的控制装置，其中，
在设目标值为Tr、控制值为X、计算周期为Δt、当前的控制值为X0、一个计算周期前的控制值为X-1、两个计算周期前的控制值为X-2的情况下，使上述动能为“V=(1/2)×[(X0-X-1)/Δt]2”、上述能够制动功为“W=αb×(Tr-X)”，
并且，在目标值Tr与控制值X的偏差(Tr-X)为正的情况下，根据最大加速度(αp)来设定加速度(αa)、根据最大减速度(αm)来设定减速度(αb)，在上述偏差(Tr-X)为负的情况下，根据最大减速度(αm)来设定加速度(αa)、根据最大减加速度(αp)来设定减速度(αb)，
并且，在上述动能比上述能够制动功的绝对值小的情况下，使输出加速度为加速度(αa)，在上述动能比上述能够制动功的绝对值大的情况下，使输出加速度为减速度(αb)。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016005366B4 (de) * 2016-04-25 2022-05-25 Franka Emika Gmbh Roboter mit einer für einen Netzausfall abgesicherten Steuerung
JP2018060289A (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 オムロン株式会社 軌跡生成装置、軌跡生成装置の制御方法、制御プログラム、および記録媒体
CN112157661B (zh) * 2020-12-02 2021-03-05 成都卡诺普自动化控制技术有限公司 一种基于机器人动力学的关节运动轨迹优化方法
CN112223298B (zh) * 2020-12-08 2021-03-05 成都卡诺普自动化控制技术有限公司 一种确定机器人关节最大加速度和最大速度的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0461915A2 (en) * 1990-06-15 1991-12-18 International Business Machines Corporation Method and apparatus for performing a seek
JPH05224702A (ja) * 1992-02-14 1993-09-03 Omron Corp バンバン制御装置
JPH06102934A (ja) * 1992-09-18 1994-04-15 Ricoh Co Ltd ホームポジション停止装置
JPH07302121A (ja) * 1994-05-02 1995-11-14 Canon Inc 位置決め制御装置
CN1462915A (zh) * 2002-05-21 2003-12-24 株式会社山武 控制方法和控制装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3835360A (en) * 1970-08-26 1974-09-10 Tektronix Inc Numerical control system
JPS57120112A (en) * 1980-12-22 1982-07-27 Fujitsu Ltd Locus control method of arm
JPS6177905A (ja) * 1984-09-26 1986-04-21 Mitsubishi Electric Corp 位置決め制御回路
GB2273176B (en) 1990-02-22 1994-12-14 British Tech Group Improvements in or relating to actuator control
JP4016305B2 (ja) 1998-09-18 2007-12-05 株式会社安川電機 ロボットの制御装置
JP2000190262A (ja) * 1998-12-22 2000-07-11 Denso Corp ロボットの制御装置
DE10361132B4 (de) * 2003-06-18 2013-02-28 Elan Schaltelemente Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Überwachung der Bewegung eines sich in mehreren Freiheitsgraden bewegenden Gefahr bringenden Objektes eines Handhabungsgerätes, wie Handhabungsmasse und/oder bewegliche Masse
JP4059213B2 (ja) * 2004-02-27 2008-03-12 ブラザー工業株式会社 モータ制御装置およびモータ制御方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0461915A2 (en) * 1990-06-15 1991-12-18 International Business Machines Corporation Method and apparatus for performing a seek
JPH05224702A (ja) * 1992-02-14 1993-09-03 Omron Corp バンバン制御装置
JPH06102934A (ja) * 1992-09-18 1994-04-15 Ricoh Co Ltd ホームポジション停止装置
JPH07302121A (ja) * 1994-05-02 1995-11-14 Canon Inc 位置決め制御装置
CN1462915A (zh) * 2002-05-21 2003-12-24 株式会社山武 控制方法和控制装置

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