JP2003271246A - 速度制御装置 - Google Patents
速度制御装置Info
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- JP2003271246A JP2003271246A JP2002075804A JP2002075804A JP2003271246A JP 2003271246 A JP2003271246 A JP 2003271246A JP 2002075804 A JP2002075804 A JP 2002075804A JP 2002075804 A JP2002075804 A JP 2002075804A JP 2003271246 A JP2003271246 A JP 2003271246A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 速度制御装置に１次遅れ要素が存在し、か
つ、２慣性共振系を制御対象とする制御系の応答性向上
の為には、制御対象の振動周波数を測定し、実機により
各種パラメータを調整設定してオブザーバを構成してい
く必要がある。 【解決手段】 速度制御装置において、制御対象を剛体
と想定した等価剛体モデル７を前段側に１次遅れ要素モ
デル８を後段側に配置して直列接続しかつ１次遅れ要素
モデル８への入力を速度フィードバック信号として出力
するオブザーバ対象器８と、制御対象の速度を１次遅れ
要素モデル８の出力で減算する減算器１３と、その減算
値を入力とするオブザーバ補償器９と、オブザーバ補償
器９の出力とＰＩ制御器２の出力とを加算し、加算値を
等価剛体モデル７への入力とする加算器１４とにより構
成されるオブザーバ６を備えている。
つ、２慣性共振系を制御対象とする制御系の応答性向上
の為には、制御対象の振動周波数を測定し、実機により
各種パラメータを調整設定してオブザーバを構成してい
く必要がある。 【解決手段】 速度制御装置において、制御対象を剛体
と想定した等価剛体モデル７を前段側に１次遅れ要素モ
デル８を後段側に配置して直列接続しかつ１次遅れ要素
モデル８への入力を速度フィードバック信号として出力
するオブザーバ対象器８と、制御対象の速度を１次遅れ
要素モデル８の出力で減算する減算器１３と、その減算
値を入力とするオブザーバ補償器９と、オブザーバ補償
器９の出力とＰＩ制御器２の出力とを加算し、加算値を
等価剛体モデル７への入力とする加算器１４とにより構
成されるオブザーバ６を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、速度制御装置ある
いは制御対象に１次遅れ要素が存在し、特に制御対象が
２慣性系であるシステムの速度フィードバック制御装置
に関する。
いは制御対象に１次遅れ要素が存在し、特に制御対象が
２慣性系であるシステムの速度フィードバック制御装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業機械のスマート化のため、モ
ータおよび力伝達機構は小型になる傾向がある。その
為、駆動機械の剛性が低くなり機械共振問題が顕在化し
てきている。一方、高精度化、高速度化の要求も高くな
ってきており、上記問題を解決しつつ制御性能をアップ
していくことが重要な課題となっている。一般的に、モ
ータのサーボ制御系には、電流ループの遅れ要素と、ノ
イズなどを除去するための一次フィルタの遅れ要素が必
ず存在する。このような普通のフィードバック制御系の
ブロック線図を示したものが図７である。図７におい
て、２はＰＩ制御器、３は１次遅れ要素、４は２慣性共
振系の制御対象を伝達関数で示したものである。このよ
うな２慣性共振系の制御系は、共振周波数以上の領域で
はゲインが高くなっており、また高周波数領域での位相
遅れの為、ゲインを高くすることができず十分な応答特
性が得られない。この為、位相遅れに対する補償制御が
必要になってくる。速度制御装置のゲインを上げるため
の従来例として、図８に示すような振動抑制方法（特開
平９−０５６１８３）がある。図８において、７は２慣
性共振系の等価剛体モデル、１１は機械振動検出装置、
１２は比例演算手段、２３はハイパスフィルタ、２４は
位相調整器、２５は振幅調整器である。機械振動検出装
置１１は、２慣性共振系の制御対象４へ入力されるトル
クとモータ速度を入力としてオブザーバを構成し、機械
の振動信号を推定する。この機械振動の推定信号を位相
調整器２４と振幅調整器２５とを通過させて得た補償信
号Ｗは、１次遅れ要素３の出力Ｔｅ中の振動成分と位相
が相反、振幅が同じになるため、振動成分を打ち消すこ
とができる。このように振動成分の位相遅れを補償する
ことで速度制御装置のゲインを上げることを可能として
いる。
ータおよび力伝達機構は小型になる傾向がある。その
為、駆動機械の剛性が低くなり機械共振問題が顕在化し
てきている。一方、高精度化、高速度化の要求も高くな
ってきており、上記問題を解決しつつ制御性能をアップ
していくことが重要な課題となっている。一般的に、モ
ータのサーボ制御系には、電流ループの遅れ要素と、ノ
イズなどを除去するための一次フィルタの遅れ要素が必
ず存在する。このような普通のフィードバック制御系の
ブロック線図を示したものが図７である。図７におい
て、２はＰＩ制御器、３は１次遅れ要素、４は２慣性共
振系の制御対象を伝達関数で示したものである。このよ
うな２慣性共振系の制御系は、共振周波数以上の領域で
はゲインが高くなっており、また高周波数領域での位相
遅れの為、ゲインを高くすることができず十分な応答特
性が得られない。この為、位相遅れに対する補償制御が
必要になってくる。速度制御装置のゲインを上げるため
の従来例として、図８に示すような振動抑制方法（特開
平９−０５６１８３）がある。図８において、７は２慣
性共振系の等価剛体モデル、１１は機械振動検出装置、
１２は比例演算手段、２３はハイパスフィルタ、２４は
位相調整器、２５は振幅調整器である。機械振動検出装
置１１は、２慣性共振系の制御対象４へ入力されるトル
クとモータ速度を入力としてオブザーバを構成し、機械
の振動信号を推定する。この機械振動の推定信号を位相
調整器２４と振幅調整器２５とを通過させて得た補償信
号Ｗは、１次遅れ要素３の出力Ｔｅ中の振動成分と位相
が相反、振幅が同じになるため、振動成分を打ち消すこ
とができる。このように振動成分の位相遅れを補償する
ことで速度制御装置のゲインを上げることを可能として
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の方法では、振動周波数に合わせてハイパスフィルタ２
３と位相調整器２４とを設定するため、狭い周波数範囲
内しか補償できないという課題があり、また振動周波数
を正確に測定し、補償信号Ｗとトルク指令Ｔｅ中の振動
成分との位相関係を見ながらの各調整が必要である為、
その調整に時間を要し、汎用性もない等の課題があっ
た。そこで本発明は、速度制御装置あるいは制御対象に
１次遅れ要素が存在し、制御対象が２慣性共振系である
制御システムに対し、機械の振動周波数を測定すること
なく、かつ広い周波数範囲内において位相遅れを補償で
きる、汎用性も備える、制御器のゲインを高く設定でき
る、制御対象の速度を速度指令に精度よく追従させる速
度制御装置の提供を目的とするものである。
の方法では、振動周波数に合わせてハイパスフィルタ２
３と位相調整器２４とを設定するため、狭い周波数範囲
内しか補償できないという課題があり、また振動周波数
を正確に測定し、補償信号Ｗとトルク指令Ｔｅ中の振動
成分との位相関係を見ながらの各調整が必要である為、
その調整に時間を要し、汎用性もない等の課題があっ
た。そこで本発明は、速度制御装置あるいは制御対象に
１次遅れ要素が存在し、制御対象が２慣性共振系である
制御システムに対し、機械の振動周波数を測定すること
なく、かつ広い周波数範囲内において位相遅れを補償で
きる、汎用性も備える、制御器のゲインを高く設定でき
る、制御対象の速度を速度指令に精度よく追従させる速
度制御装置の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明では、速度指令を速度フィードバッ
ク信号で減算して速度偏差を得る第１の減算器と、制御
器あるいは制御対象に存在する１次遅れ要素と、前記速
度偏差を入力とし出力を前記１次遅れ要素への入力とす
るＰＩ制御器とを備え、前記制御対象の速度を前記速度
指令に追従させるフィードバック制御を行う速度制御装
置において、前記制御対象につきこれを剛体と想定した
等価剛体モデルを前段側に、前記１次遅れ要素を模した
一次遅れ要素モデルを後段側に配置して直列接続し、か
つ前記１次遅れ要素モデルへの入力を前記第１の減算器
への速度フィードバック信号として出力するオブザーバ
対象器と、前記制御対象の速度を前記１次遅れ要素モデ
ルの出力で減算する第２の減算器と、前記第２の減算器
の出力を入力とするオブザーバ補償器と、前記オブザー
バ補償器の第１の出力と前記ＰＩ制御器の出力とを加算
し、加算値を前記等価剛体モデルへの入力とする第１の
加算器とにより構成されるオブザーバを備えたことを特
徴としている。また請求項２記載の発明では、請求項１
記載の発明において、前記オブザーバ補償器は第２の出
力を備え、前記等価剛体モデルと前記１次遅れ要素モデ
ルとの間に、前記オブザーバ補償器の第２の出力と前記
等価剛体モデルの出力を加算し、加算値を前記１次遅れ
要素モデルへの入力とする第２の加算器を備えたことを
特徴としている。また請求項３記載の発明では、請求項
１または請求項２記載の発明において、前記ＰＩ制御器
２の出力と前記第１の加算器の入力との間にゲイン設定
器を備えたことを特徴としている。
請求項１記載の発明では、速度指令を速度フィードバッ
ク信号で減算して速度偏差を得る第１の減算器と、制御
器あるいは制御対象に存在する１次遅れ要素と、前記速
度偏差を入力とし出力を前記１次遅れ要素への入力とす
るＰＩ制御器とを備え、前記制御対象の速度を前記速度
指令に追従させるフィードバック制御を行う速度制御装
置において、前記制御対象につきこれを剛体と想定した
等価剛体モデルを前段側に、前記１次遅れ要素を模した
一次遅れ要素モデルを後段側に配置して直列接続し、か
つ前記１次遅れ要素モデルへの入力を前記第１の減算器
への速度フィードバック信号として出力するオブザーバ
対象器と、前記制御対象の速度を前記１次遅れ要素モデ
ルの出力で減算する第２の減算器と、前記第２の減算器
の出力を入力とするオブザーバ補償器と、前記オブザー
バ補償器の第１の出力と前記ＰＩ制御器の出力とを加算
し、加算値を前記等価剛体モデルへの入力とする第１の
加算器とにより構成されるオブザーバを備えたことを特
徴としている。また請求項２記載の発明では、請求項１
記載の発明において、前記オブザーバ補償器は第２の出
力を備え、前記等価剛体モデルと前記１次遅れ要素モデ
ルとの間に、前記オブザーバ補償器の第２の出力と前記
等価剛体モデルの出力を加算し、加算値を前記１次遅れ
要素モデルへの入力とする第２の加算器を備えたことを
特徴としている。また請求項３記載の発明では、請求項
１または請求項２記載の発明において、前記ＰＩ制御器
２の出力と前記第１の加算器の入力との間にゲイン設定
器を備えたことを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施形態】本発明の第１の実施例について図１
をもとに説明する。図１は本発明の第１の実施例である
速度制御装置の構成ブロック線図を示したものである。
図１において、１と１３は減算器、２はＰＩ制御器、３
は１次遅れ要素、４は２慣性共振系の制御対象を伝達関
数で示したもの、６はオブザーバ、７は２慣性共振系を
剛体と想定した等価剛体モデル、８は１次遅れ要素３を
模した１次遅れ要素モデル、９はオブザーバ補償器、１
０はオブザーバ対象器、１４と１５は加算器である。一
般的に、機械系の共振周波数と反共振周波数を正確に知
ることは困難であるが、機械系の全体のイナーシャを知
ることは容易である。ここでは、２慣性共振系の制御対
象４の全体イナーシャと同じイナーシャを持つ剛体系を
２慣性共振系の等価剛体モデル７とし、そして２慣性共
振系の等価剛体モデル７を前段に配置し１次遅れ要素モ
デル８を後段に配置して直列接続するシステムをオブザ
ーバ対象器１０とする。オブザーバ６はＰＩ制御器２の
出力Ｔｒと制御対象４の速度Ｖｍとを入力とし、オブザ
ーバ６が推定した速度予測値Ｖｆ（１次遅れ要素モデル
８への入力でもある）を速度フィードバック信号とす
る。
をもとに説明する。図１は本発明の第１の実施例である
速度制御装置の構成ブロック線図を示したものである。
図１において、１と１３は減算器、２はＰＩ制御器、３
は１次遅れ要素、４は２慣性共振系の制御対象を伝達関
数で示したもの、６はオブザーバ、７は２慣性共振系を
剛体と想定した等価剛体モデル、８は１次遅れ要素３を
模した１次遅れ要素モデル、９はオブザーバ補償器、１
０はオブザーバ対象器、１４と１５は加算器である。一
般的に、機械系の共振周波数と反共振周波数を正確に知
ることは困難であるが、機械系の全体のイナーシャを知
ることは容易である。ここでは、２慣性共振系の制御対
象４の全体イナーシャと同じイナーシャを持つ剛体系を
２慣性共振系の等価剛体モデル７とし、そして２慣性共
振系の等価剛体モデル７を前段に配置し１次遅れ要素モ
デル８を後段に配置して直列接続するシステムをオブザ
ーバ対象器１０とする。オブザーバ６はＰＩ制御器２の
出力Ｔｒと制御対象４の速度Ｖｍとを入力とし、オブザ
ーバ６が推定した速度予測値Ｖｆ（１次遅れ要素モデル
８への入力でもある）を速度フィードバック信号とす
る。
【０００６】具体的には、速度指令Ｖｒから速度フィー
ドバック信号Ｖｆを減じた速度偏差をＰＩ制御器２に入
力し、ＰＩ制御器２の出力Ｔｒは、１次遅れ要素３を通
して２慣性共振系の制御対象４を駆動し、他方では、オ
ブザーバ６に入力されている。２慣性共振系の制御対象
４の速度Ｖｍからオブザーバ対象器１０の出力Ｖoを減
じたオブザーバ偏差をオブザーバの補償器９に入力し、
オブザーバの補償器９の出力をＰＩ制御器２の出力Ｔｒ
に加え、オブザーバ対象器１０に入力するように、オブ
ザーバ６を構成する。１次遅れ要素モデル８の入力でも
あるオブザーバ６が推定した速度予測値を速度フィート
バック信号Ｖｆとする。以下、フィードバック制御系の
安定性および入出力特性について説明する。まず、制御
系の安定性について説明する。フィードバック制御系の
安定性は開ループ系の周波数特性によって決まるため、
減算器１のところで速度フィードバック信号Ｖｆを切断
し、開ループ系の伝達関数を求める。２慣性共振系の制
御対象４の伝達関数を
ドバック信号Ｖｆを減じた速度偏差をＰＩ制御器２に入
力し、ＰＩ制御器２の出力Ｔｒは、１次遅れ要素３を通
して２慣性共振系の制御対象４を駆動し、他方では、オ
ブザーバ６に入力されている。２慣性共振系の制御対象
４の速度Ｖｍからオブザーバ対象器１０の出力Ｖoを減
じたオブザーバ偏差をオブザーバの補償器９に入力し、
オブザーバの補償器９の出力をＰＩ制御器２の出力Ｔｒ
に加え、オブザーバ対象器１０に入力するように、オブ
ザーバ６を構成する。１次遅れ要素モデル８の入力でも
あるオブザーバ６が推定した速度予測値を速度フィート
バック信号Ｖｆとする。以下、フィードバック制御系の
安定性および入出力特性について説明する。まず、制御
系の安定性について説明する。フィードバック制御系の
安定性は開ループ系の周波数特性によって決まるため、
減算器１のところで速度フィードバック信号Ｖｆを切断
し、開ループ系の伝達関数を求める。２慣性共振系の制
御対象４の伝達関数を
【数１】
とする。ここで、
【数２】
である。ただし、Ｊは２慣性共振系の制御対象全体のイ
ナーシャ、ωｒは共振角周波数、ωａは反共振角周波
数、ζｒは共振粘性係数、ζａは反共振粘性係数であ
る。そして、１次遅れ要素３の伝達関数を
ナーシャ、ωｒは共振角周波数、ωａは反共振角周波
数、ζｒは共振粘性係数、ζａは反共振粘性係数であ
る。そして、１次遅れ要素３の伝達関数を
【数３】
とする。ただし、Ｔｆは１次遅れ要素３の時定数であ
る。また、制御系の開ループにおいて、ＰＩ制御器２の
出力Ｔｒからフィードバック信号Ｖｆまでの伝達関数を
Ｐ’（ｓ）と定義すると、
る。また、制御系の開ループにおいて、ＰＩ制御器２の
出力Ｔｒからフィードバック信号Ｖｆまでの伝達関数を
Ｐ’（ｓ）と定義すると、
【数４】
となる。ここで、
【数５】
【数６】
である。そして、
Ｈ（ｓ）＋Ｌ（ｓ）＝１ …（式７）
が常に成り立つ。ω≪ωａ＜ωｒの低周波数領域におい
ては、（式２）より、
ては、（式２）より、
【数７】
となるので、（式４）、（式５）および（式６）より、
【数８】
となる。ω≫ωｃ（ωｃ：ハイパスフィルタＨ（ｓ）お
よびローパスフィルタＬ（ｓ）の遮断周波数）の高周波
数領域において、式（５）、式（６）より
よびローパスフィルタＬ（ｓ）の遮断周波数）の高周波
数領域において、式（５）、式（６）より
【数９】
となるので、（式４）より、
【数１０】
となる。（式１１）および（式９）より、伝達関数Ｐ'
(s)の周波数特性は低周波数領域と高周波数領域におい
ては１次遅れ要素がない剛体系の周波数特性と同じとな
り、位相は９０°遅れとなる。一方、ＰＩ制御器２の伝
達関数は、
(s)の周波数特性は低周波数領域と高周波数領域におい
ては１次遅れ要素がない剛体系の周波数特性と同じとな
り、位相は９０°遅れとなる。一方、ＰＩ制御器２の伝
達関数は、
【数１１】
であり、Ｃ（ｊω）は周波数が高くなるにつれて、位相
遅れ量は９０°から0゜へと近づいていくことになる。
従って制御系の一巡伝達関数Ｇ'0（ｓ）では、 Ｇ'0（ｓ）＝Ｃ（ｓ）・Ｐ'（ｓ） …（式１３） （式１３）より、位相遅れ量が全周波数領域で１８０°
以下になるので、ナイキスト安定判別法により、ＰＩ制
御器２のＫｖがどんなに大きくても、閉ループ系が安定
である。
遅れ量は９０°から0゜へと近づいていくことになる。
従って制御系の一巡伝達関数Ｇ'0（ｓ）では、 Ｇ'0（ｓ）＝Ｃ（ｓ）・Ｐ'（ｓ） …（式１３） （式１３）より、位相遅れ量が全周波数領域で１８０°
以下になるので、ナイキスト安定判別法により、ＰＩ制
御器２のＫｖがどんなに大きくても、閉ループ系が安定
である。
【０００７】次に、制御系の入出力特性について説明す
る。図１より、閉ループ系の入出力伝達関数は
る。図１より、閉ループ系の入出力伝達関数は
【数１２】
となる。一般的に、速度指令は低周波数成分が主になる
ので、入出力特性を考察するとき、低周波数領域の特性
のみを考察すればよい。ω≪ｍｉｎ[ωｃ、１／Ｔｆ]の
低周波数領域では、（式３）、（式５）および（式６）
より，
ので、入出力特性を考察するとき、低周波数領域の特性
のみを考察すればよい。ω≪ｍｉｎ[ωｃ、１／Ｔｆ]の
低周波数領域では、（式３）、（式５）および（式６）
より，
【数１３】
となるので、（式４）より、
【数１４】
となり、そして、（式１４）より、
【数１５】
となるため、ＰＩ制御器２のゲインを十分大きくする
と、
と、
【数１６】
となり、制御対象の速度が速度指令に精度良く追従する
ことが可能となる。
ことが可能となる。
【０００８】次に、この第１の実施例における発明の効
果について、シミュレーションしたので説明する。２慣
性共振系の制御対象４および１次遅れ要素３のパラメー
タをωｒ＝２π×８０，ωａ＝２π×５０，ζｒ＝０．
１，Ｔｆ＝２ｍｓとする。そして、オブザーバループの
特性方程式が三重根ωｏ＝２π×３００を持つようにオ
ブザーバ補償器９のパラメータを、
果について、シミュレーションしたので説明する。２慣
性共振系の制御対象４および１次遅れ要素３のパラメー
タをωｒ＝２π×８０，ωａ＝２π×５０，ζｒ＝０．
１，Ｔｆ＝２ｍｓとする。そして、オブザーバループの
特性方程式が三重根ωｏ＝２π×３００を持つようにオ
ブザーバ補償器９のパラメータを、
【数１７】
とすると、Ｐ'（ｓ）の伝達関数のボード線図は図３に
示したものとなる。また、ＰＩ制御器２のパラメータを
Ｔｉ＝２ｍｓ，Ｋｖ＝２π×１０００Ｊとすると、一巡
伝達関数のボード線図は図４に示したものとなる。ただ
し、図３および図４中において、破線はオブザーバがな
い通常の制御系（図７に示したもの）に対応するもの
で、 Ｐ（ｓ）＝Ｆ（ｓ）・Ｐ2（ｓ），Ｇ0（ｓ）＝Ｃ（ｓ）・Ｐ（ｓ）…（式 ２０） である。図３および図４より、オブザーバ６を組み込む
ことにより、開ループ系の位相が進み補償され、一巡伝
達関数の位相遅れ量が常に１８０゜以下になるため、Ｋ
ｖをどんなに大きく上げても、フィードバック制御系は
安定である。一方、オブザーバ６がない場合では、一巡
伝達関数のゲイン曲線が０ｄｂ線と交わるとき位相遅れ
量がすでに１８０°を超えているため、フィードバック
制御系は不安定となる。オブザーバ６がある場合にＫｖ
＝２π×２０００Ｊとし、オブザーバがない場合にＫｖ
＝２π×１００Ｊとすると、フィードバック制御系の入
出力特性は図５に示したものとなる。ただし、図５にお
いて、破線はオブザーバがない通常の制御系（図７に示
したもの）に対応するもので、
示したものとなる。また、ＰＩ制御器２のパラメータを
Ｔｉ＝２ｍｓ，Ｋｖ＝２π×１０００Ｊとすると、一巡
伝達関数のボード線図は図４に示したものとなる。ただ
し、図３および図４中において、破線はオブザーバがな
い通常の制御系（図７に示したもの）に対応するもの
で、 Ｐ（ｓ）＝Ｆ（ｓ）・Ｐ2（ｓ），Ｇ0（ｓ）＝Ｃ（ｓ）・Ｐ（ｓ）…（式 ２０） である。図３および図４より、オブザーバ６を組み込む
ことにより、開ループ系の位相が進み補償され、一巡伝
達関数の位相遅れ量が常に１８０゜以下になるため、Ｋ
ｖをどんなに大きく上げても、フィードバック制御系は
安定である。一方、オブザーバ６がない場合では、一巡
伝達関数のゲイン曲線が０ｄｂ線と交わるとき位相遅れ
量がすでに１８０°を超えているため、フィードバック
制御系は不安定となる。オブザーバ６がある場合にＫｖ
＝２π×２０００Ｊとし、オブザーバがない場合にＫｖ
＝２π×１００Ｊとすると、フィードバック制御系の入
出力特性は図５に示したものとなる。ただし、図５にお
いて、破線はオブザーバがない通常の制御系（図７に示
したもの）に対応するもので、
【数１８】
である。図５より、ｆ＜４０Ｈｚの低周波数領域では、
オブザーバ６がある場合はオブザーバ６がない場合と較
べ、入出力伝達関数の周波数特性が１に近いので、制御
対象の速度を速度指令に精度良く追従させることのでき
ることが分かる。なお、入出力伝達関数の遅れが少ない
ので、このような速度ループをマイナーループとする位
置制御を行う場合には、位置制御ゲインも大きく上げら
れ、モータ位置を位置指令に精度良く追従することがで
きる。
オブザーバ６がある場合はオブザーバ６がない場合と較
べ、入出力伝達関数の周波数特性が１に近いので、制御
対象の速度を速度指令に精度良く追従させることのでき
ることが分かる。なお、入出力伝達関数の遅れが少ない
ので、このような速度ループをマイナーループとする位
置制御を行う場合には、位置制御ゲインも大きく上げら
れ、モータ位置を位置指令に精度良く追従することがで
きる。
【０００９】以下、本発明の第２の実施例を図２を用い
て説明する。図２は本発明の第２の実施例の構成ブロッ
ク線図である。前記第１の実施例と異なる点は、オブザ
ーバ６に入力するＰＩ制御器２の出力ＴｒにゲインＫＪ
を乗じてオブザーバ６に入力している点にある。図２に
示す第２の実施例におけるＰ'（ｓ）の伝達関数は、
て説明する。図２は本発明の第２の実施例の構成ブロッ
ク線図である。前記第１の実施例と異なる点は、オブザ
ーバ６に入力するＰＩ制御器２の出力ＴｒにゲインＫＪ
を乗じてオブザーバ６に入力している点にある。図２に
示す第２の実施例におけるＰ'（ｓ）の伝達関数は、
【数１９】
となる。そして、Ｈ（ｓ）がハイパスフィルタで、位相
が進みであるため、ＫＪを１以上に設定すると、準制御
対象の伝達関数の位相は一層進みになる。図６は、ＫＪ
＝１およびＫＪ＝２の場合のＰ'（ｓ）の伝達関数のボ
ード線図である。ＫＪ＝１とすると本実施の第１の実施
例と同じものとなる。図６より、ＫＪを大きくすること
により、Ｐ'（ｓ）の伝達関数の位相が進みになり、制
御系の安定性が良くなる。また前記第１、第２の実施例
において、オブザーバ補償器９のｋ１について、 ｋ１＝０ とすれば請求項１記載の発明となるが、位相遅れが補償
され、制御対象の速度が速度指令に精度良く追従する原
理は、この場合も上記に説明してきたとおりである。
が進みであるため、ＫＪを１以上に設定すると、準制御
対象の伝達関数の位相は一層進みになる。図６は、ＫＪ
＝１およびＫＪ＝２の場合のＰ'（ｓ）の伝達関数のボ
ード線図である。ＫＪ＝１とすると本実施の第１の実施
例と同じものとなる。図６より、ＫＪを大きくすること
により、Ｐ'（ｓ）の伝達関数の位相が進みになり、制
御系の安定性が良くなる。また前記第１、第２の実施例
において、オブザーバ補償器９のｋ１について、 ｋ１＝０ とすれば請求項１記載の発明となるが、位相遅れが補償
され、制御対象の速度が速度指令に精度良く追従する原
理は、この場合も上記に説明してきたとおりである。
【００１０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、速度制御
装置あるいは制御対象に１次遅れ要素が存在し、制御対
象が２慣性共振系である制御システムに対しても、機械
の振動周波数を測定することなくかつ広い周波数範囲内
において位相遅れを補償でき、汎用性も備え、制御器の
ゲインを高く設定できる速度制御装置を構成でき、制御
対象の速度を速度指令に精度よく追従させることができ
るという効果がある。
装置あるいは制御対象に１次遅れ要素が存在し、制御対
象が２慣性共振系である制御システムに対しても、機械
の振動周波数を測定することなくかつ広い周波数範囲内
において位相遅れを補償でき、汎用性も備え、制御器の
ゲインを高く設定できる速度制御装置を構成でき、制御
対象の速度を速度指令に精度よく追従させることができ
るという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例としての速度制御装置の
構成ブロック線図
構成ブロック線図
【図２】本発明の第２の実施例としての速度制御装置の
構成ブロック線図
構成ブロック線図
【図３】本発明の第１の実施例におけるＰ'（ｓ）の伝
達関数のボード線図
達関数のボード線図
【図４】本発明の第１の実施例における一巡伝達関数の
ボード線図
ボード線図
【図５】本発明の第１の実施例における制御系の入出力
伝達関数のボード線図
伝達関数のボード線図
【図６】本発明の第２の実施例におけるＰ'（ｓ）の伝
達関数のボード線図
達関数のボード線図
【図７】通常のフィードバック制御系のブロック線図
【図８】第１の従来例における制御系を示すブロック線
図
図
１、１３、１７、１８ 減算器
２ ＰＩ制御器
３ １次遅れ要素
４ ２慣性共振系の制御対象
５ ゲイン設定器
６ オブザーバ
７ ２慣性共振系の制御対象４の等価剛体モデル
８ １次遅れ要素モデル
９ オブザーバ補償器
１０ オブザーバ対象器
１１ 機械振動検出装置
１２ 比例演算手段
１４、１５、１６ 加算器
２３ ハイパスフィルタ
２４ 位相調整器
２５ 振幅調整器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H004 GA05 GB15 HA08 HB08 JA03
JB09 JB21 KA72 KB02 KB04
KB21 KB30 KB38 LA02 LA13
5H303 AA01 AA10 CC05 CC08 DD01
KK11 KK23 KK31
5H550 BB05 DD01 GG03 JJ04 JJ24
JJ26 LL01 LL33
Claims (3)
- 【請求項１】速度指令を速度フィードバック信号で減算
して速度偏差を得る第１の減算器と、 制御器あるいは制御対象に存在する１次遅れ要素と、 前記速度偏差を入力とし出力を前記１次遅れ要素への入
力とするＰＩ制御器とを備え、 前記制御対象の速度を前記速度指令に追従させるフィー
ドバック制御を行う速度制御装置において、 前記制御対象につきこれを剛体と想定した等価剛体モデ
ルを前段側に、前記１次遅れ要素を模した一次遅れ要素
モデルを後段側に配置して直列接続し、かつ前記１次遅
れ要素モデルへの入力を前記第１の減算器への速度フィ
ードバック信号として出力するオブザーバ対象器と、前
記制御対象の速度を前記１次遅れ要素モデルの出力で減
算する第２の減算器と、 前記第２の減算器の出力を入力とするオブザーバ補償器
と、 前記オブザーバ補償器の第１の出力と前記ＰＩ制御器の
出力とを加算し、加算値を前記等価剛体モデルへの入力
とする第１の加算器とにより構成されるオブザーバを備
えたことを特徴とする速度制御装置。 - 【請求項２】前記オブザーバ補償器は第２の出力を備
え、 前記等価剛体モデルと前記１次遅れ要素モデルとの間
に、前記オブザーバ補償器の第２の出力と前記等価剛体
モデルの出力を加算し、加算値を前記１次遅れ要素モデ
ルへの入力とする第２の加算器を備えたことを特徴とす
る請求項１記載の速度制御装置。 - 【請求項３】前記ＰＩ制御器２の出力と前記第１の加算
器の入力との間にゲイン設定器を備えたことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の速度制御装置。
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| JP3856215B2 JP3856215B2 (ja) | 2006-12-13 |
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