JP2001312301A - Controller - Google Patents

Controller

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JP2001312301A
JP2001312301A JP2000132157A JP2000132157A JP2001312301A JP 2001312301 A JP2001312301 A JP 2001312301A JP 2000132157 A JP2000132157 A JP 2000132157A JP 2000132157 A JP2000132157 A JP 2000132157A JP 2001312301 A JP2001312301 A JP 2001312301A
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polynomial
closed
control device
characteristic
compensation
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Akihiro Ito
彰啓 伊藤
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Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller which reduces a follow-up deviation with a simple configuration. SOLUTION: Concerning a controlled system such as motor controller 2 expressed with r0/ δ2+p1δ} and δ=z-1, a stable polynomial having desired closed loop characteristics m(δ)=δ2+m1δ+m0 and an observer polynomial q(δ)=δn+qn-1δn-1+...+q0, where n=2+d, which is stabilized when an out-of- estimation disturbance degree is defined as (d), are selected, and when the equalities k(δ)=kn-1δn-1+...+kd+1δd+1+qdδd+...+q0 and h(δ)=hnδn+...+h0 are established, equalities kj=qj and j=0 to (d) are established. Further, ki, i=d+1 to n-1, hi and i=0 to (n) are selected so as to satisfy k(δ)r0+h(δ) δ2+p1δ}=q(δ) p(δ)-m(δ)} and a closed loop control system is configured for applying a control input such as u(k)= k(δ)/q(δ)}u(k)+ h(δ)/q(δ)}y(k)+(m0/r0x(k). Further, feedforward compensation such as x(k)= m(δ)/m0z2}v(k) is applied.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、制御装置に関す
る。さらに詳述すると、本発明は、制御対象の位置決め
整定時間の短縮等のための追従偏差の少ない制御装置に
関する。
The present invention relates to a control device. More specifically, the present invention relates to a control device with a small following deviation for shortening a settling time of positioning of a controlled object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、モータ制御装置等の位置決め整定
時間の短縮や軌跡誤差の改良方法として、フィードフォ
ワードループの挿入や離散時間有限整定制御の構成があ
る。また、制御対象に対する外乱等の抑制に関しては、
外乱オブザーバによる補償方法も多数実施されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of shortening a positioning settling time of a motor control device or the like and improving a trajectory error, there is a configuration of insertion of a feedforward loop and finite settling control of a discrete time. In addition, regarding suppression of disturbance and the like to the control target,
Many compensation methods using disturbance observers have been implemented.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
PID制御器等に対するフィードフォワードループの挿
入では、フィードフォワードをかけすぎるとオーバシュ
ートを生じるという不具合があり、100%の補償をか
けることは実際的には無理がある。また、負荷変動やミ
スマッチがある場合、フィードフォワードによる過補償
や補償不足がますます大きな要素になり、実際的な効果
を上げる阻害要因にもなっている。
However, insertion of a feed-forward loop into a conventional PID controller or the like has a disadvantage that overshoot occurs when feedforward is applied too much, and it is practical to apply 100% compensation. Is impossible. In addition, when there is a load fluctuation or mismatch, over-compensation or under-compensation due to feed forward becomes an increasingly large factor, which is a hindrance to increase a practical effect.

【0004】また、離散時間有限整定制御は閉ループで
構成するため、等価的に閉ループゲインが大きくなり、
ノイズやミスマッチ等の影響で現実的には所望の効果が
得られない場合が多い。
In addition, since discrete-time finite settling control is constituted by a closed loop, the closed-loop gain becomes equivalently large,
In many cases, a desired effect cannot be actually obtained due to the influence of noise, mismatch, and the like.

【0005】さらに、外乱オブザーバを使用する方法
や、従来の2自由度制御系を使った方法では、外乱補償
器の他に主制御器を構成したり、前置補償器等を構成し
たりと、得られる効果の割に構成が複雑になってしま
う。
Further, in a method using a disturbance observer or a conventional method using a two-degree-of-freedom control system, a main controller is formed in addition to a disturbance compensator, or a pre-compensator is formed. However, the configuration becomes complicated for the effect obtained.

【0006】また、外乱補償特性としては、基本的には
ステップ状外乱を抑制するものであり、加速時や加速度
の変化時に対応できる補償器を含む構成の簡単な制御は
従来ない。
Further, the disturbance compensation characteristic basically suppresses a step-like disturbance, and there is no simple control of a configuration including a compensator capable of coping with acceleration or a change in acceleration.

【0007】そこで、本発明は、制御器の構成が簡単
で、かつ制御系全体を安定した状態で追従偏差を極小化
することができ、加速時や加速度の変化にも対応できる
制御装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a control device which has a simple configuration of the controller, can minimize the following deviation while keeping the entire control system stable, and can cope with acceleration or a change in acceleration. The purpose is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、離散時間系で近似的に、r
/{δ+pδ},δ=z−1で表されるモータ制
御装置などの制御対象に対して、希望する閉ループ特性
を持った安定な多項式:m(δ)=δ+mδ+m
と、補償する想定外乱次数をdとしたとき、安定なオブ
ザーバ多項式:q(δ)=δ+qn−1δn−1+…
+q,n=2+dを選んで、k(δ)=kn−1δ
n−1+…+kd+1δd+1+qδ+…+q
h(δ)=hδ+…+hとしたとき、k
,j=0〜dとし、さらに、k(δ)r+h
(δ){δ+pδ}=q(δ){p(δ)−m
(δ)}を満たすように、k,i=d+1〜n−1及
びh,i=0〜nを選んで、u(k)={k(δ)/
q(δ)}u(k)+{h(δ)/q(δ)}y(k)
+(m/r)x(k)のような制御入力を与える閉
ループ制御系を構成するようにし、さらに、x(k)=
{m(δ)/m}v(k)のようなフィードフォ
ワード補償を与えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a discrete time system is used to approximate r
0 / {δ 2 + p 1 δ}, a stable polynomial having a desired closed-loop characteristic for a control target such as a motor control device represented by δ = z−1: m (δ) = δ 2 + m 1 δ + m 0
And the assumed disturbance order to be compensated is d, a stable observer polynomial: q (δ) = δ n + q n-1 δ n-1 + ...
+ Q 0 , n = 2 + d, and k (δ) = k n−1 δ
n-1 +... + k d + 1 δ d + 1 + q d δ d +... + q 0 ,
h (δ) = h n δ n + ... + when the h 0, k j =
q j , j = 0 to d, and k (δ) r 0 + h
(Δ) {δ 2 + p 1 δ} = q (δ) {p (δ) -m
([Delta])} so as to satisfy, k i, i = d + 1~n-1 and h i, choose i = 0~n, u (k) = {k (δ) /
q (δ)} u (k) + {h (δ) / q (δ)} y (k)
+ (M 0 / r 0 ) x (k) to form a closed loop control system that gives a control input, and further, x (k) =
It is characterized by providing feedforward compensation such as {m (δ) / m 0 z 2 } v (k).

【0009】したがって、外乱補償特性により、制御系
を外乱やミスマッチに対してロバストなものすることが
でき、さらにd即ち外乱補償次数を目的に応じて0次,
1次,2次…とすることができる。また、極配置特性に
より、この閉ループの制御特性は、その特性方程式が希
望する特性m(δ)となるように極配置される。この外
乱補償特性と極配置特性を合わせることで、外乱やミス
マッチがあっても閉ループ制御系の特性は、m(δ)に
一致することができる。また、フィードフォワード補償
により上記m(δ)を補償し、指令から出力までの特性
をz−2という有限整定特性をもたせることができる。
Therefore, the disturbance compensation characteristic makes it possible to make the control system robust against disturbances and mismatches.
Primary, secondary,... Further, the pole arrangement characteristic causes the closed-loop control characteristics to be pole-arranged such that the characteristic equation has a desired characteristic m (δ). By matching the disturbance compensation characteristic with the pole arrangement characteristic, the characteristic of the closed loop control system can be equal to m (δ) even if there is disturbance or mismatch. Further, the above m (δ) can be compensated by feedforward compensation, and the characteristic from the command to the output can have a finite settling characteristic of z− 2 .

【0010】また、請求項2に記載の発明は、離散時間
系で近似的に、r/{δ+pδ},δ=z−1で
表されるモータ制御装置などの制御対象に対して、希望
する閉ループ特性を持った安定な多項式:m(δ)=δ
+mδ+mと、補償する想定外乱次数をdとした
とき、安定なオブザーバ多項式:q(δ)=δ+q
n−1δn−1+…+q,n=2+dを選んで、k
(δ)=kn−1δn−1+…+kd+1δd+1+q
δ+…+q,h(δ)=hδ+…+hとし
たとき、k=q,j=0〜dとし、さらに、k
(δ)r+h(δ){δ+pδ}=q(δ){p
(δ)−m(δ)}を満たすように、k,i=d+1
〜n−1及びh,i=0〜nを選んで、u(k)=
{k(δ)/q(δ)}u(k)+{h(δ)/q
(δ)}y(k)+(m/r)x(k)のような制
御入力を与える閉ループ制御系を構成するようにし、さ
らに、その閉ループ制御系の2つの極、すなわち特性多
項式m(δ)の根を、各々F及びFにより補償する
割合を調整できるように、x(k)=F[{z−1
(k)+F (v(k)−z−1v(k))}−z−1
{z−1v(k)+F(v(k)−z−1
(k))}+z−1{v(k)−z−1v(k)}]+
−1[z v(k)+F{v(k)−z−1
(k)}]のようなフィードフォワード補償を与えるこ
とを特徴としている。
[0010] The present invention according to claim 2 is a discrete time
Approximately in the system, r0/ {Δ2+ P1δ}, δ = z-1
Desired for controlled objects such as motor controllers
Stable polynomial with closed loop characteristics: m (δ) = δ
2+ M1δ + m0And the assumed disturbance order to be compensated is d.
Then, a stable observer polynomial: q (δ) = δn+ Q
n-1δn-1+ ... + q0, N = 2 + d, and k
(Δ) = kn-1δn-1+ ... + kd + 1δd + 1+ Q
dδd+ ... + q0, H (δ) = hnδn+ ... + h0age
When kj= Qj, J = 0 to d, and k
(Δ) r0+ H (δ) {δ2+ P1δ} = q (δ) {p
(Δ) −m (δ)}i, I = d + 1
~ N-1 and hi, I = 0 to n, and u (k) =
{K (δ) / q (δ)} u (k) + {h (δ) / q
(Δ)} y (k) + (m0/ R0) X (k)
A closed loop control system that provides input
Furthermore, the two poles of the closed-loop control system,
Let the roots of the term m (δ) be F1And F2Compensate by
X (k) = F so that the ratio can be adjusted2[{Z-1v
(K) + F 1(V (k) -z-1v (k))}-z-1
{Z-1v (k) + F1(V (k) -z-1v
(K))} + z-1{V (k) -z-1v (k)}] +
z-1[Z 1v (k) + F1{V (k) -z-1v
(K) 与 え る]
It is characterized by.

【0011】したがって、m(δ)の第1の極に対する
補償をFで、第2の極に対する補償をFで独立して
行うことができる。
Therefore, the compensation for the first pole of m (δ) can be performed independently by F 1 and the compensation for the second pole can be performed independently by F 2 .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施形態に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of the present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings.

【0013】図1及び図2に本発明の制御装置の実施の
一形態を示す。制御装置1は、離散時間系で近似的に、
/{δ+pδ},δ=z−1,で表されるモー
タ制御装置2などの制御対象に対して、希望する閉ルー
プ特性を持った安定な多項式:m(δ)=δ+mδ
+mと、補償する想定外乱次数をdとしたとき、安定
なオブザーバ多項式:q(δ)=δ+qn−1δ
nー1+…+q,n=2+d,を選んで、k(δ)=
n−1δnー1+…+kd+1δd+1+qδ
…+q,h(δ)=hδ+…+hとしたとき、
=q,j=0〜dとし、さらに、k(δ)r
h(δ){δ+pδ}=q(δ){p(δ)−m
(δ)}を満たすように、k,i=d+1〜n−1及
びh,i=0〜nを選んで、u(k)={k(δ)/
q(δ)}u(k)+{h(δ)/q(δ)}y(k)
+(m/r)x(k)のような制御入力を与える閉
ループ制御系を構成するようにし、さらに、x(k)=
{m(δ)/m}v(k)のようなフィードフォ
ワード補償を与えるようにしている。
FIGS. 1 and 2 show an embodiment of a control device according to the present invention.
One form is shown. The control device 1 approximately includes a discrete time system,
r0/ {Δ2+ P1A mode represented by δ}, δ = z-1,
For the control object such as the
Stable polynomial with loop characteristics: m (δ) = δ2+ M1δ
+ M0And d is the assumed disturbance order to be compensated.
Observer polynomial: q (δ) = δn+ Qn-1δ
n-1+ ... + q0, N = 2 + d, and k (δ) =
kn-1δn-1+ ... + kd + 1δd + 1+ Qdδ d+
… + Q0, H (δ) = hnδn+ ... + h0And when
kj= Qj, J = 0 to d, and k (δ) r0+
h (δ) {δ2+ P1δ} = q (δ) {p (δ) -m
(Δ) ki, I = d + 1 to n−1 and
Hi, I = 0 to n, u (k) = {k (δ) /
q (δ)} u (k) + {h (δ) / q (δ)} y (k)
+ (M0/ R0) Close to give a control input like x (k)
A loop control system is configured, and x (k) =
{M (δ) / m0z2フ ィ ー ド Feed form like v (k)
Word compensation is provided.

【0014】図1は、制御装置1を適用したブロック図
を示す。上記の式のうち、h(δ),k(δ),q
(δ)は、それぞれ図1での,H(z),K(z),Q
(z)に対応している。なお、同図においては、δ=z
−1というδ→zへの変換がしてあるものとする。
FIG. 1 is a block diagram to which the control device 1 is applied. In the above equation, h (δ), k (δ), q
(Δ) are H (z), K (z) and Q in FIG. 1, respectively.
(Z). Note that in the figure, δ = z
It is assumed that the conversion from −1 to δ → z has been performed.

【0015】図2は、制御装置1による制御を実現する
ためのハードウェア構成の一例を示す。本実施形態での
ハードウェア構成は、MPU11(マイクロプロセッ
サ)と,RAM12,ROM13,フラッシュROM1
4,共用メモリ15と、PWMドライバ5を介してモー
タ3が接続されるDAコンバータ9(デジタル−アナロ
グコンバータ)と、センサ16の入力を受けるDI/D
O17(デジタル入力/デジタル出力)と、モータ3の
位置検出を行なうためのエンコーダ7が接続されるカウ
ンタ8と、SCI18(シリアル通信インターフェー
ス)と、SCI18と共用メモリ15を介して接続され
るホストコントローラ19等で構成される。モータ3
は、例えばロボット等の負荷4に接続される。なお、図
1及び図2は一例であり、本発明の適用がこのような系
に限定されるものではない。
FIG. 2 shows an example of a hardware configuration for realizing control by the control device 1. The hardware configuration according to the present embodiment includes an MPU 11 (microprocessor), a RAM 12, a ROM 13, a flash ROM 1
4, a shared memory 15, a DA converter 9 (digital-analog converter) to which the motor 3 is connected via the PWM driver 5, and a DI / D receiving an input of the sensor 16.
O17 (digital input / digital output), a counter 8 to which an encoder 7 for detecting the position of the motor 3 is connected, an SCI 18 (serial communication interface), and a host controller connected to the SCI 18 via the shared memory 15 19 etc. Motor 3
Is connected to a load 4 such as a robot. 1 and 2 are examples, and the application of the present invention is not limited to such a system.

【0016】このうちモータ制御装置2は、例えば、図
1に示すように、モータ3、負荷4、DAコンバータ
9、PWMドライバ5、そして位置検出器6、エンコー
ダ7、カウンタ8で構成される。一般的に、このように
構成されるモータ制御装置2は、マイクロコンピュータ
で離散的に制御されることを考慮して、一定のサンプリ
ング周期T(秒)で離散化すると、近似的に、数式1の
ように表される。
The motor control device 2 includes, for example, a motor 3, a load 4, a DA converter 9, a PWM driver 5, a position detector 6, an encoder 7, and a counter 8, as shown in FIG. Generally, when the motor control device 2 configured as described above is discretized at a constant sampling period T (second) in consideration of discrete control by a microcomputer, approximately It is represented as

【数1】r/{δ+pδ},δ=z−1 ここで、zは離散時間システムに対する進み演算子であ
る。また、rやpは、モータ制御装置2の一定値を
持った係数である。
R 0 / {δ 2 + p 1 δ}, δ = z−1 where z is a leading operator for a discrete-time system. Further, r 0 and p 1 are constant coefficients of the motor control device 2.

【0017】このような制御対象において、入力信号を
u(k),位置出力信号をy(k)とする。これに対し
て、下記のような閉ループ制御器を構成する。
In such a controlled object, the input signal is u (k) and the position output signal is y (k). On the other hand, the following closed-loop controller is configured.

【0018】まず、補償する想定外乱次数をdとして、
数式2で表される安定なオブザーバ特性多項式を選ぶ。
First, let d be the assumed disturbance order to be compensated.
A stable observer characteristic polynomial expressed by Expression 2 is selected.

【数2】q(δ)=δ+qn−1δn−1+…+
,n=2+d そして、希望する閉ループ特性を持った安定な多項式を
数式3で表される特性多項式として、数式4,数式5で
表される多項式を用いたとき、数式6を満たすように、
,i=d+1〜n−1及びh,i=0〜nを選
ぶ。
[Mathematical formula-see original document] q ([delta]) = [delta] n + qn -1 [ delta] n-1 + ... +
q 0 , n = 2 + d When a stable polynomial having a desired closed-loop characteristic is used as a characteristic polynomial represented by Equation 3 and the polynomials represented by Equations 4 and 5 are used, Equation 6 is satisfied. ,
k i, i = d + 1~n -1 and h i, choose the i = 0~n.

【数3】m(δ)=δ+mδ+m M (δ) = δ 2 + m 1 δ + m 0

【数4】k(δ)=kn−1δn−1+…+kd+1δ
d+1+qδ+…+q
K (δ) = k n−1 δ n−1 +... + K d + 1 δ
d + 1 + q d δ d + ... + q 0

【数5】h(δ)=hδ+…+h ## EQU5 ## h (δ) = h n δ n +... + H 0

【数6】k(δ)r+h(δ){δ+pδ}=q
(δ){p(δ)−m(δ)} なお、p(δ)は、制御対象すなわち本実施形態ではモ
ータ制御装置2の伝達関数の分母多項式である。ここ
で、k=q,j=0〜dとすることで、数式6の方
程式に唯一解を与え、後述する外乱抑制機能を指令応答
性と独立して持たせることができる。この点が、制御装
置1の第1の特徴となる。第1の特徴により、制御系を
外乱やミスマッチに対してロバストなものすることがで
き、さらにd即ち外乱補償次数を目的に応じて0次,1
次,2次…とすることができる。
K (δ) r 0 + h (δ) {δ 2 + p 1 δ} = q
(Δ) {p (δ) −m (δ)} p (δ) is a control target, that is, a denominator polynomial of the transfer function of the motor control device 2 in the present embodiment. Here, by setting k j = q j , j = 0 to d, a unique solution is given to the equation of Expression 6, and a disturbance suppression function described later can be provided independently of the command response. This is the first feature of the control device 1. According to the first feature, the control system can be made robust against disturbance and mismatch, and d, that is, the disturbance compensation order can be set to 0th order, 1st order according to the purpose.
Next, second ...

【0019】次に、このようにして得られた、q
(δ)、k(δ)、h(δ)を用いて、数式7に表され
るような制御入力を与える閉ループ制御系を構成する。
ここで、x(k)は、閉ループ制御系への入力を表し、
v(k)は、構成した全体の制御系への規範位置指令入
力を表す。
Next, the thus obtained q
Using (δ), k (δ), and h (δ), a closed-loop control system that provides a control input represented by Expression 7 is configured.
Where x (k) represents the input to the closed loop control system,
v (k) represents a reference position command input to the entire control system configured.

【数7】u(k)={k(δ)/q(δ)}u(k)+
{h(δ)/q(δ)}y(k)+gx(k),g=m
/r この点が、制御装置1の第2の特徴となる。第2の特徴
により、この閉ループの制御特性は、その特性方程式が
希望する特性m(δ)となるように極配置される。すな
わち、制御系全体を極配置系とし、その極を実現可能な
位置に配置することができる。
U (k) = {k (δ) / q (δ)} u (k) +
{H (δ) / q (δ)} y (k) + gx (k), g = m
0 / r 0 This point is the second feature of the control device 1. According to the second feature, the control characteristics of the closed loop are poled such that the characteristic equation has a desired characteristic m (δ). That is, the entire control system can be a pole arrangement system, and the poles can be arranged at a feasible position.

【0020】また、このような第1の特徴と第2の特徴
を備えた構造とすることで、外乱やミスマッチがあって
も閉ループ制御系の特性は、m(δ)に一致することが
できる。これにより、従来の外乱オブザーバを使った制
御系に比べ制御器の構成を簡単に、すなわち演算量を軽
減することができる。つまり、位置指令入力x(k)か
ら位置出力y(k)にいたる制御系の伝達関数が、m
/m(δ)のように極配置された形で与えられる閉ルー
プ形となる。
Further, by adopting a structure having such first and second features, the characteristics of the closed-loop control system can be equal to m (δ) even if there is disturbance or mismatch. . As a result, the configuration of the controller can be simplified, that is, the amount of calculation can be reduced, as compared with a conventional control system using a disturbance observer. That is, the transfer function of the control system from the position command input x (k) to the position output y (k) is m 0
/ M (δ) is a closed-loop shape given in a pole-arranged form.

【0021】さらにこの閉ループに対して、数式8に表
されるようなフィードフォワード補償を与える。
Further, feedforward compensation as shown in Expression 8 is given to this closed loop.

【数8】 x(k)={m(δ)/m}v(k) この点が、制御装置1の第3の特徴となる。第3の特徴
により、前述した閉ループ制御系の配置した極を補償
し、指令から出力までの特性をz−2という有限整定特
性をもたせることができ、制御系全体を安定した状態で
追従偏差を極小化することができる。
X (k) = {m (δ) / m 0 z 2 } v (k) This point is the third feature of the control device 1. According to the third feature, the poles arranged in the closed loop control system described above can be compensated, and the characteristic from the command to the output can be given a finite settling characteristic of z- 2 , and the tracking error can be reduced while the entire control system is stable. It can be minimized.

【0022】上述の第1と第2の特徴は、図1中におい
て示す、m/r,H(z),K(z),1/Q
(z)の制御器により構成される。また、第3の特徴
は、フィードフォワード補償器20により構成される。
なお、制御対象すなわちモータ制御装置2への入力は、
リミッタ15を介して行なうようにしている。
The above-mentioned first and second characteristics are as follows: m 0 / r 0 , H (z), K (z), 1 / Q
It is constituted by the controller of (z). The third feature is constituted by the feedforward compensator 20.
The input to the control target, that is, the motor control device 2 is:
This is performed via the limiter 15.

【0023】以上のように構成された制御装置1によれ
ば、閉ループ座標系を極配置系として構成することで、
フィードフォワードによって100%の極の補償をして
もオーバシュートを生じることはなく、離散時間系で制
御装置1を実現することで、実質的な有限制定をさせる
ことができる。さらに、実現可能な極配置を行うこと
で、通常の有限整定制御のように閉ループゲインが大き
くなることもなく、現実的な構成を行うことができる。
According to the control device 1 configured as described above, the closed loop coordinate system is configured as a pole arrangement system,
Even if the poles of 100% are compensated by the feedforward, no overshoot occurs, and by realizing the control device 1 in a discrete time system, a substantial finite enactment can be achieved. Further, by performing the feasible pole arrangement, a realistic configuration can be performed without increasing the closed-loop gain unlike the ordinary finite settling control.

【0024】さらに、制御装置1では、オブザーバに外
乱補償機能を含ませる構造になっているため、制御装置
1の全体の次数を少なく、すなわち構造を簡単にしつつ
外乱を抑制することができる。
Furthermore, since the control device 1 has a structure in which the observer includes a disturbance compensation function, the overall order of the control device 1 can be reduced, that is, disturbance can be suppressed while simplifying the structure.

【0025】ここで、例えば、加減速付きの位置指令を
印加した場合や、通常制御対象のミスマッチや外乱等が
ある場合は、第2の特徴である極配置特性と第3の特徴
であるフィードフォワード補償によっても、低速部分、
加減速部分、加減速度の変化する部分に対して追従偏差
を生じることになる。
Here, for example, when a position command with acceleration / deceleration is applied, or when there is a mismatch or disturbance of the object to be controlled normally, the pole arrangement characteristic as the second characteristic and the feed characteristic as the third characteristic are used. Slow parts,
A follow-up deviation occurs in the acceleration / deceleration portion and the portion where the acceleration / deceleration changes.

【0026】そこで、第1の特徴である外乱補償特性を
加えることで、制御対象のミスマッチや外乱等があって
も、d=0の場合は定速時の偏差を、d=1の場合は定
速時と加速時の偏差を、d=2の場合は定速時と加速時
と加速度変化時の偏差を補償し、有限整定させる。
Therefore, by adding a disturbance compensation characteristic, which is the first characteristic, even if there is a mismatch or disturbance of the controlled object, the deviation at the constant speed when d = 0 and the deviation at d = 1 when d = 1. The deviation between the constant speed and the acceleration is compensated for, and when d = 2, the deviation between the constant speed, the acceleration and the acceleration change is compensated, and the finite settling is performed.

【0027】すなわち、その外乱補償次数を目的に応じ
て、0次,1次,2次…とすることで、加減速付きの位
置指令を印加した場合も、多少の制御対象のミスマッチ
や外乱等があっても、それぞれ、低速部分、加減速部
分、加減速度の変化する部分における定常位置偏差を0
にすることができるようになっている。
That is, by setting the disturbance compensation order to the 0th order, the 1st order, the 2nd order, etc. according to the purpose, even when a position command with acceleration / deceleration is applied, some mismatch or disturbance of the controlled object, etc. , The steady-state position deviation in the low-speed part, the acceleration / deceleration part, and the part where the acceleration / deceleration changes,
It is possible to be.

【0028】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能
である。
The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0029】例えば、フィードフォワード補償器20、
即ち第3の特徴部分を、数式9に表すものとする。
For example, the feedforward compensator 20,
That is, the third characteristic portion is represented by Expression 9.

【数9】x(k)=F[{z−1v(k)+F(v
(k)−z−1v(k))}−z−1{z−1v(k)
+F(v(k)−z−1v(k))}+z−1{v
(k)−z−1v(k)}]+z−1[z−1v(k)
+F{v(k)−z−1v(k)}] ここで、Fは上述した閉ループ制御系の第1の極に対
するフィードフォワード補償係数を表し、Fは第2の
極に対するフィードフォワード補償係数を表す。この場
合、希望閉ループ制御系の特性多項式m(δ)の第1の
極に対する補償率をFで、第2の極に対する補償率を
で独立して調節することができる。
X (k) = F 2 [{z −1 v (k) + F 1 (v
(K) −z −1 v (k))} − z −1 {z −1 v (k)
+ F 1 (v (k) −z −1 v (k))} + z −1 {v
(K) −z −1 v (k)}] + z −1 [z −1 v (k)
+ F 1 {v (k) −z −1 v (k)}] Here, F 1 represents a feedforward compensation coefficient for the first pole of the above-described closed loop control system, and F 2 represents a feedforward compensation coefficient for the second pole. Represents the forward compensation coefficient. In this case, it can be adjusted independently compensation rate for the first pole of the desired closed-loop control system of the characteristic polynomial m ([delta]) in F 1, the compensation rate for the second pole in the F 2.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1記載の制御装置によれば、外乱補償特性により外乱を
抑制し、極配置特性により閉ループ制御系の特性を希望
通りに配置し、フィードフォワード補償により上記閉ル
ープ制御系の有限整定特性をもたせることで、制御系全
体を安定した状態で追従偏差を極小化することができ、
加速時や加速度の変化にも対応することができる。これ
により、追従偏差の少ない制御装置を、簡単な構成で、
つまりコストをかけずに実現することができる。
As is apparent from the above description, according to the control device of the first aspect, the disturbance is suppressed by the disturbance compensation characteristic, and the characteristics of the closed loop control system are arranged as desired by the pole arrangement characteristics. By giving the finite settling characteristic of the closed-loop control system by feedforward compensation, it is possible to minimize the following deviation while keeping the entire control system stable,
It can respond to acceleration and changes in acceleration. As a result, a control device with a small following deviation can be realized with a simple configuration.
That is, it can be realized without increasing the cost.

【0031】さらに、請求項2に記載の制御装置によれ
ば、制御装置の第1の極に対する補償率と第2の極に対
する補償率を独立して調整することができる。
Further, according to the control device of the second aspect, the compensation ratio for the first pole and the compensation ratio for the second pole of the control device can be independently adjusted.

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

【図1】本発明の制御装置を適用した一例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example to which a control device of the present invention is applied.

【図2】本発明の制御装置を適用したハードウェア構成
の一例を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a hardware configuration to which the control device of the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御装置 2 モータ制御装置 1 controller 2 motor controller

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 離散時間系で近似的に、r/{δ
δ},δ=z−1で表されるモータ制御装置などの
制御対象に対して、希望する閉ループ特性を持った安定
な多項式:m(δ)=δ+mδ+mと、補償する
想定外乱次数をdとしたとき、安定なオブザーバ多項
式:q(δ)=δ+qn−1δn−1+…+q,n
=2+dを選んで、k(δ)=kn−1δn−1+…+
d+1δd+1+qδ+…+q,h(δ)=h
δ+…+hとしたとき、k =q,j=0〜d
とし、さらに、k(δ)r+h(δ){δ+p
δ}=q(δ){p(δ)−m(δ)}を満たすよう
に、k,i=d+1〜n−1及びh,i=0〜nを
選んで、u(k)={k(δ)/q(δ)}u(k)+
{h(δ)/q(δ)}y(k)+(m/r)x
(k)のような制御入力を与える閉ループ制御系を構成
するようにし、さらに、x(k)={m(δ)/m
}v(k)のようなフィードフォワード補償を与える
ことを特徴とした制御装置。
1. Approximately in a discrete time system, r0/ {Δ2+
p1δ}, δ = z-1
Stable with desired closed-loop characteristics for the controlled object
Polynomial: m (δ) = δ2+ M1δ + m0And compensate
When the assumed disturbance order is d, a stable observer polynomial
Formula: q (δ) = δn+ Qn-1δn-1+ ... + q0, N
= 2 + d, and k (δ) = kn-1δn-1+ ... +
kd + 1δd + 1+ Qdδd+ ... + q0, H (δ) = h
nδn+ ... + h0And k j= Qj, J = 0 to d
And k (δ) r0+ H (δ) {δ2+ P
1δ} = q (δ) {p (δ) -m (δ)}
And ki, I = d + 1 to n−1 and hi, I = 0 to n
Select u (k) = {k (δ) / q (δ)} u (k) +
{H (δ) / q (δ)} y (k) + (m0/ R0) X
Constructs a closed-loop control system that provides a control input as in (k)
X (k) = {m (δ) / m 0z
2Give feedforward compensation like} v (k)
A control device characterized in that:
【請求項2】 離散時間系で近似的に、r/{δ
δ},δ=z−1で表されるモータ制御装置などの
制御対象に対して、希望する閉ループ特性を持った安定
な多項式:m(δ)=δ+mδ+mと、補償する
想定外乱次数をdとしたとき、安定なオブザーバ多項
式:q(δ)=δ+qn−1δn−1+…+q,n
=2+dを選んで、k(δ)=kn−1δn−1+…+
d+1δd+1+qδ+…+q,h(δ)=h
δ+…+hとしたとき、k =q,j=0〜d
とし、さらに、k(δ)r+h(δ){δ+p
δ}=q(δ){p(δ)−m(δ)}を満たすよう
に、k,i=d+1〜n−1及びh,i=0〜nを
選んで、u(k)={k(δ)/q(δ)}u(k)+
{h(δ)/q(δ)}y(k)+(m/r)x
(k)のような制御入力を与える閉ループ制御系を構成
するようにし、さらに、その閉ループ制御系の2つの
極、すなわち特性多項式m(δ)の根を、各々F及び
により補償する割合を調整できるように、x(k)
=F[{z−1v(k)+F(v(k)−z−1
(k))}−z−1{z−1v(k)+F(v(k)
−z−1v(k))}+z−1{v(k)−z−1
(k)}]+z−1[z−1v(k)+F {v(k)
−z−1v(k)}]のようなフィードフォワード補償
を与えることを特徴とした制御装置。
2. Approximately in a discrete time system, r0/ {Δ2+
p1δ}, δ = z-1
Stable with desired closed-loop characteristics for the controlled object
Polynomial: m (δ) = δ2+ M1δ + m0And compensate
When the assumed disturbance order is d, a stable observer polynomial
Formula: q (δ) = δn+ Qn-1δn-1+ ... + q0, N
= 2 + d, and k (δ) = kn-1δn-1+ ... +
kd + 1δd + 1+ Qdδd+ ... + q0, H (δ) = h
nδn+ ... + h0And k j= Qj, J = 0 to d
And k (δ) r0+ H (δ) {δ2+ P
1δ} = q (δ) {p (δ) -m (δ)}
And ki, I = d + 1 to n−1 and hi, I = 0 to n
Select u (k) = {k (δ) / q (δ)} u (k) +
{H (δ) / q (δ)} y (k) + (m0/ R0) X
Constructs a closed-loop control system that provides a control input as in (k)
And the two of the closed loop control system
Let the poles, the roots of the characteristic polynomial m (δ), be F1as well as
F2X (k) so that the rate of compensation can be adjusted by
= F2[{Z-1v (k) + F1(V (k) -z-1v
(K))}-z-1{Z-1v (k) + F1(V (k)
-Z-1v (k))} + z-1{V (k) -z-1v
(K)}] + z-1[Z-1v (k) + F 1{V (k)
-Z-1v (k)}]
A control device characterized by giving
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