JP2005285030A - Servo control apparatus - Google Patents

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JP2005285030A
JP2005285030A JP2004101625A JP2004101625A JP2005285030A JP 2005285030 A JP2005285030 A JP 2005285030A JP 2004101625 A JP2004101625 A JP 2004101625A JP 2004101625 A JP2004101625 A JP 2004101625A JP 2005285030 A JP2005285030 A JP 2005285030A
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Seitaro Ota
清太郎 大田
Yuji Nakamura
裕司 中村
Kazuhiro Tsuruta
和寛 鶴田
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a servo control apparatus that achieves high responsiveness for controlled objects requiring high responsiveness, keeps vibration from occurring even with controlled objects of low rigidity, and reduces the electric power consumed by a motor for controlling objects requiring no high responsiveness. <P>SOLUTION: The servo control apparatus includes a predictive controller 81 or 82 and an on/off switch 70 and outputs a control input u(i) and a signal u'(i) alternately as a control input, the signal u'(i) being a deviation e(i-K) multiplied by a proportional gain K<SB>p</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高い指令追従制度を必要とする工作機、半導体製造装置、実装機などを駆動するサーボ制御装置に関する。   The present invention relates to a servo control device that drives a machine tool, a semiconductor manufacturing apparatus, a mounting machine, and the like that require a high command tracking system.

第1の従来技術として、予測制御制御を用いて制御対象の出力を目標値に一致させるように、制御対象に制御入力を与えるサーボ制御装置の例が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図11は第1の従来技術のサーボ制御装置に用いられている予測制御器の構成を示すブロック図である。図11において、予測制御器90は、メモリ62〜65、演算器66、減算器67、積算器68、および差分器69を有している。そして、予測制御器90は、制御対象の出力を目標指令に一致させるよう、現在時刻i・Ts(以下、便宜上、時刻iと称す。Ts:サンプリング周期)において、Mサンプリング未来の目標指令増分値Δr(i+M)と、K(K≧0)サンプリング過去の制御対象の出力の増分値(以下、出力増分値と称する)y(i−K)を入力として、制御入力u(i)を制御対象に与える。
メモリ62は、複数のサンプリング分の目標指令増分値を記憶する。メモリ63は、制御用の定数v,E,p,およびgを記憶する。メモリ64は、複数のサンプリング分の出力増分値を記憶する。メモリ65は、複数サンプリング分の制御入力を記憶する。
減算器67は、Kサンプリング過去の目標指令増分値Δr(i−K)と差分器69から得られる出力増分値Δy(i−K)との差を求める。積算器68は、減算器67の出力を積算することにより、偏差e(i−K)を求める。
演算器66は、制御対象の制御入力から出力までの伝達関数モデルを用いて求めた未来偏差予測値と、偏差と、制御入力に関する評価関数が最小となるように、制御入力u(i)を、
As a first conventional technique, an example of a servo control device that provides a control input to a control target so that the output of the control target matches a target value using predictive control control has been proposed (see, for example, Patent Document 1). ).
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a prediction controller used in the servo control apparatus of the first prior art. In FIG. 11, the prediction controller 90 includes memories 62 to 65, an arithmetic unit 66, a subtracter 67, an accumulator 68, and a difference unit 69. The predictive controller 90 then sets the target command increment value of the M sampling future at the current time i · Ts (hereinafter, referred to as time i for convenience, Ts: sampling period) so that the output of the controlled object matches the target command. Δr (i + M) and K (K ≧ 0) sampling Incremental output value of the control target in the past (hereinafter referred to as output increment value) y (i−K) is input, and control input u (i) is the control target. To give.
The memory 62 stores target command increment values for a plurality of samplings. Memory 63 stores constants v m for control, E, and p n, and g n. The memory 64 stores output increment values for a plurality of samplings. The memory 65 stores control inputs for a plurality of samplings.
The subtractor 67 obtains the difference between the target command increment value Δr (i−K) in the past of K sampling and the output increment value Δy (i−K) obtained from the difference unit 69. The accumulator 68 obtains the deviation e (i−K) by accumulating the output of the subtractor 67.
The computing unit 66 sets the control input u (i) so that the future deviation predicted value obtained using the transfer function model from the control input to the output to be controlled, the deviation, and the evaluation function related to the control input are minimized. ,

として求める。
図12は、予測制御器90を適用した第2の従来技術のサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図12において、予測制御器90からの制御入力は、制御対象の出力と共に、モータ制御器3に与えられる。そして、モータ制御器3の制御によってモータ2が駆動され、モータ2から出力される制御対象出力を予測制御器90に送る。
このようにして、未来の偏差予測値が最小となるように制御入力が決定されるため、追従精度のよいサーボ制御装置が実現される。
Asking.
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the second conventional servo control apparatus to which the prediction controller 90 is applied. In FIG. 12, the control input from the prediction controller 90 is given to the motor controller 3 together with the output of the controlled object. Then, the motor 2 is driven by the control of the motor controller 3, and the control target output output from the motor 2 is sent to the prediction controller 90.
In this way, since the control input is determined so that the future deviation prediction value is minimized, a servo control device with good tracking accuracy is realized.

また、第2の従来技術として、フィードフォワード制御が施されても、予測精度を劣化させないフィードフォワード信号作成指令フィルタ、および速度や加速度変化時の追従精度をさらに向上する補償信号演算器を備えた、追従精度の高いサーボ制御装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
図13は従来のサーボ制御装置に用いられる補償信号演算器の構成の一例を示すブロック図である。図13において、補償信号演算器101は、逆伝達関数器11、乗算器12、減算器13を有している。逆伝達関数器11は任意のローパスフィルタの逆伝達関数特性をもつものである。そして、補償信号演算器101は加減速時の目標指令と制御対象の出力の偏差が小さくなるように指令増分値を入力して、補償信号を出力する。補償信号演算器101において、指令増分値を逆伝達関数器11に入力し、該出力と目標指令増分値を減算器13で減算し、該出力を乗算器12によりゲインK2を乗算し、該出力を補償信号として制御対象1に与える。
図14は補償信号演算器101及び予測制御器を備えたサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。目標指令増分値は予測制御器90及び、補償信号演算器101に与えられる。また、補償信号演算器101から出力する補償演算信号、予測制御器90からの制御入力は制御対象の出力と共に、モータ制御器3に与えられる。そして、モータ制御器3の制御によってモータ2が駆動され、モータ2から出力される制御対象出力を予測制御器90に送る。
In addition, as a second prior art, a feedforward signal creation command filter that does not deteriorate the prediction accuracy even when feedforward control is performed, and a compensation signal calculator that further improves the tracking accuracy when the speed or acceleration changes are provided. A servo control device with high tracking accuracy has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a compensation signal calculator used in a conventional servo control device. In FIG. 13, the compensation signal calculator 101 includes an inverse transfer function unit 11, a multiplier 12, and a subtracter 13. The inverse transfer function unit 11 has an inverse transfer function characteristic of an arbitrary low-pass filter. Then, the compensation signal calculator 101 inputs the command increment value so that the deviation between the target command at the time of acceleration / deceleration and the output of the controlled object becomes small, and outputs a compensation signal. In the compensation signal computing unit 101, the command increment value is input to the inverse transfer function unit 11, the output and the target command increment value are subtracted by the subtractor 13, the output is multiplied by the gain K2 by the multiplier 12, and the output To the control object 1 as a compensation signal.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a servo control device including a compensation signal calculator 101 and a prediction controller. The target command increment value is given to the prediction controller 90 and the compensation signal calculator 101. Further, the compensation calculation signal output from the compensation signal calculator 101 and the control input from the prediction controller 90 are given to the motor controller 3 together with the output to be controlled. Then, the motor 2 is driven by the control of the motor controller 3, and the control target output output from the motor 2 is sent to the prediction controller 90.

本構成によれば、未来の偏差予測値が最小となるように制御入力が決定されるため、追従制度の良いサーボ制御装置が実現され、速度や加速度の変化が大きいために制御器だけでは追従できないときも、補償信号演算器が制御対象に対するフィードフォワードの補償信号により補償するので、速度や加速度が大きく変動する指令に対してオーバーシュートや持続振動を生じることなく、高い追従精度で制御対象1を制御することができる。
特許第3175877号公報 特開2002−62906号公報
According to this configuration, since the control input is determined so that the predicted deviation value in the future is minimized, a servo control device with a good tracking system is realized, and the change in speed and acceleration is large, so the controller alone follows. Even when the compensation is not possible, the compensation signal computing unit compensates with the feed-forward compensation signal for the controlled object, so that the controlled object 1 has high follow-up accuracy without causing overshoot or continuous vibration with respect to a command whose speed and acceleration vary greatly. Can be controlled.
Japanese Patent No. 3175877 JP 2002-62906 A

しかるに、第1の従来技術においても第2の従来技術においても、予測制御を用いると、応答が速く追従性が高いので、剛性の低い制御対象においては振動が発生し易くなるという問題がある。また、予測制御を用いると、高い追従性を追及するため、モータの消費電力が大きくなるという問題もある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高い応答性が要求される制御対象に対しては高い応答性を実現し、剛性の低い制御対象であっても振動が発生し難くく、高い応答性が要求されない制御対象に対してはモータの消費電力を抑えた、サーボ制御装置を提供することを目的とする。
However, in both the first prior art and the second prior art, when predictive control is used, there is a problem that vibration is likely to occur in a control object with low rigidity because the response is fast and the followability is high. Further, when predictive control is used, there is a problem in that the power consumption of the motor increases because high followability is pursued.
The present invention has been made in view of such problems, and realizes high responsiveness to a controlled object requiring high responsiveness, and vibration is generated even for a controlled object having low rigidity. An object of the present invention is to provide a servo control device that suppresses power consumption of a motor for a control object that is difficult and does not require high responsiveness.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
請求項1に記載の発明は、制御対象の出力を目標指令に一致させるように制御入力を制御対象に出力するサーボ制御装置であって、
目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値を入力し、前記目標指令増分値の積算値である目標指令と前記制御対象の出力とを一致させるように制御入力を前記制御対象に送る予測制御器を備え、
前記予測制御器は、現在時刻iにおいて、Mサンプリング未来の目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値Δr(i+M)と、
K(K≧0)サンプリング前の制御対象の出力増分値Δy(i−K)とを入力し、前記制御入力を制御対象へ出力する予測制御器であり、
前記制御入力を切り替える切替スイッチ(70)と、
目標指令増分値、予測制御用定数、過去の出力増分値、および過去の制御入力を記憶する手段と、
前記目標指令増分値と制御対象の出力増分値により偏差e(i−K)を求める手段と、
評価関数、式(a)
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a servo control device that outputs a control input to a control target so that the output of the control target matches a target command,
A target command increment value that is an increment between sampling cycles of the target command is input, and a control input is sent to the control target so that the target command that is an integrated value of the target command increment value matches the output of the control target. With a predictive controller,
The prediction controller, at a current time i, a target command increment value Δr (i + M), which is an increment between sampling periods of a target command of M sampling future,
K (K ≧ 0) is a predictive controller that inputs an output increment value Δy (i−K) of a control target before sampling and outputs the control input to the control target;
A changeover switch (70) for switching the control input;
Means for storing a target command increment value, a predictive control constant, a past output increment value, and a past control input;
Means for obtaining a deviation e (i−K) from the target command increment value and the output increment value to be controlled;
Evaluation function, formula (a)

ただし、W、αは偏差に掛ける係数、c及びcは制御入力及びその増分値に掛ける係数、e(i+m)は制御対象の動特性モデルと、未来目標指令、制御入力及び制御対象出力から求まるmサンプリング未来の偏差予測値
を最小とするように制御入力u(i)を決定する手段と、
前記切替スイッチ(70)がONの時には、前記評価関数、式(a)を最小にする前記制御入力u(i)を制御入力として出力し、前記切替スイッチ(70)OFFの時には、前記偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた信号u’(i)を制御入力として出力する手段とを備えることを特徴とするものである。
However, W m, the coefficient applied to the α deviation, c and c d is a coefficient applied to the control input and its increment, e * (i + m) is the dynamic characteristic model of the controlled object, the future target command, control inputs and the controlled object Means for determining the control input u (i) so as to minimize the estimated deviation value of m sampling future determined from the output;
When the changeover switch (70) is ON, the control input u (i) that minimizes the evaluation function and equation (a) is output as a control input. When the changeover switch (70) is OFF, the deviation e it is characterized in further comprising a means for outputting (i-K) to the signal u multiplied by a proportional gain K p ': (i) as a control input.

また、請求項2に記載の発明は、制御対象の出力を目標指令に一致させるように制御入力とフィードフォワード信号を制御対象に出力するようなサーボ制御装置であって、
未来の前記目標指令に関する情報である目標指令信号を入力として、現在のサンプリング時刻から複数サンプリング未来までの前記目標指令信号の各サンプリング周期間の増分である未来の指令増分値および前記フィードフォワード信号を作成するフィードフォワード信号作成指令フィルタと、
前記未来の指令増分値を入力し、前記目標指令増分値の積算値である目標指令と前記制御対象の出力とを一致させるように制御入力を前記制御対象に送る予測制御器と、
前記フィードフォワード信号を有効にする切替スイッチ(21)とを備え、
前記フィードフォワード信号作成指令フィルタは、現在のサンプリング時刻に、前記目標指令信号を入力として、該目標指令信号または該目標指令信号をフィルタリングした信号の各サンプリング周期間の増分を未来の前記指令増分値として出力するものであり、
前記切替スイッチ(21)は、ONのときのみ前記フィードフォワード信号を出力するスイッチであり、
前記予測制御器は、前記フィードフォワード信号と、
現在時刻iにおいて、Mサンプリング未来の目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値Δr(i+M)と、
K(K≧0)サンプリング前の制御対象の出力増分値Δy(i−K)とを入力し、制御入力を制御対象へ出力する予測制御器であり、前記制御入力を切り替える切替スイッチ(70)と、
目標指令増分値、予測制御用定数、過去の出力増分値、過去の制御入力を記憶する手段と、前記目標指令増分値と制御対象の出力増分値により偏差e(i−K)を求める手段と、
評価関数、式(a)
The invention according to claim 2 is a servo control device that outputs a control input and a feedforward signal to a control target so that the output of the control target matches a target command.
Using a target command signal that is information on the target command in the future as an input, a future command increment value that is an increment between sampling periods of the target command signal from the current sampling time to a plurality of sampling futures, and the feedforward signal A feedforward signal creation command filter to be created;
A prediction controller that inputs the future command increment value and sends a control input to the control target so as to match the target command that is an integrated value of the target command increment value and the output of the control target;
A changeover switch (21) for enabling the feedforward signal,
The feedforward signal generation command filter receives the target command signal at the current sampling time, and calculates an increment between the sampling periods of the target command signal or a signal obtained by filtering the target command signal in the future command increment value. Output as
The changeover switch (21) is a switch that outputs the feedforward signal only when ON,
The predictive controller includes the feedforward signal;
At the current time i, a target command increment value Δr (i + M) that is an increment between sampling periods of the target command of M sampling future,
K (K ≧ 0) is a predictive controller that inputs an output increment value Δy (i−K) of a control target before sampling and outputs a control input to the control target, and a changeover switch (70) for switching the control input When,
Means for storing a target command increment value, a predictive control constant, a past output increment value, and a past control input; and a means for obtaining a deviation e (i−K) from the target command increment value and the output increment value of the controlled object. ,
Evaluation function, formula (a)

ただし、W、αは偏差に掛ける係数、c及びcは制御入力及びその増分値に掛ける係数、e(i+m)は制御対象の動特性モデルと、未来目標指令、制御入力及び制御対象出力から求まるmサンプリング未来の偏差予測値
を最小とするように制御入力u(i)を決定する手段と、
前記切替スイッチ(70)がONの時には、前記評価関数、式(a)を最小にする前記制御入力u(i)を制御入力として出力し、前記切替スイッチ(70)がOFFの時には、前記偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた信号u’(i)を制御入力として出力する手段とを備えることを特徴とするものである。
However, W m, the coefficient applied to the α deviation, c and c d is a coefficient applied to the control input and its increment, e * (i + m) is the dynamic characteristic model of the controlled object, the future target command, control inputs and the controlled object Means for determining the control input u (i) so as to minimize the estimated deviation value of m sampling future determined from the output;
When the changeover switch (70) is ON, the evaluation function, the control input u (i) that minimizes the expression (a) is output as a control input, and when the changeover switch (70) is OFF, the deviation is characterized in further comprising a means for outputting e a (i-K) signal multiplied by a proportional gain K p to u '(i) as a control input.

また、請求項3に記載の発明は、制御対象の出力を目標指令に一致させるように制御入力と補償演算信号を制御対象に出力するようなサーボ制御装置であって、
目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値を入力し、前記目標指令増分値の積算値である目標指令と前記制御対象の出力とを一致させるように制御入力を前記制御対象に送る予測制御器と、
前記目標指令増分値を入力として加減速時の前記目標指令と前記制御対象の出力の偏差が小さくなるように補償する補償信号を生成して、前記制御対象に送る補償信号演算器と、
前記補償信号演算器の出力を有効にする切替スイッチ(22)、とを備え、
前記予測制御器は、現在時刻iにおいて、Mサンプリング未来の目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値Δr(i+M)と、
K(K≧0)サンプリング前の制御対象の出力増分値Δy(i−K)とを入力し、制御入力を制御対象へ出力する予測制御器であり、
前記制御入力を切り替える切替スイッチ(70)と、
目標指令増分値、予測制御用定数、過去の出力増分値、過去の制御入力を記憶する手段と、
前記目標指令増分値と制御対象の出力増分値により偏差e(i−K)を求める手段と、
評価関数、式(a)
The invention according to claim 3 is a servo control device that outputs a control input and a compensation calculation signal to the control target so that the output of the control target matches the target command.
A target command increment value that is an increment between sampling cycles of the target command is input, and a control input is sent to the control target so that the target command that is an integrated value of the target command increment value matches the output of the control target. A predictive controller;
A compensation signal calculator for generating a compensation signal for compensating so that a deviation between the target command at the time of acceleration / deceleration and the output of the control target is reduced by using the target command increment value as input, and sending the compensation signal to the control target;
A changeover switch (22) for enabling the output of the compensation signal calculator,
The prediction controller, at a current time i, a target command increment value Δr (i + M), which is an increment between sampling periods of a target command of M sampling future,
K (K ≧ 0) is a predictive controller that inputs an output increment value Δy (i−K) of a control target before sampling and outputs a control input to the control target.
A changeover switch (70) for switching the control input;
Means for storing a target command increment value, a predictive control constant, a past output increment value, a past control input;
Means for obtaining a deviation e (i−K) from the target command increment value and the output increment value to be controlled;
Evaluation function, formula (a)

ただし、W、αは偏差に掛ける係数、c及びcは制御入力及びその増分値に掛ける係数、e(i+m)は制御対象の動特性モデルと、未来目標指令、制御入力及び制御対象出力から求まるmサンプリング未来の偏差予測値
を最小とするように制御入力u(i)を決定する手段と、
前記切替スイッチ(70)がONの時には、前記評価関数、式(a)を最小にする前記制御入力u(i)を制御入力として出力し、前記切替スイッチ(70)がOFFの時には、前記偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた信号u’(i)を制御入力として出力する手段とを備えることを特徴とするものである。
However, W m, the coefficient applied to the α deviation, c and c d is a coefficient applied to the control input and its increment, e * (i + m) is the dynamic characteristic model of the controlled object, the future target command, control inputs and the controlled object Means for determining the control input u (i) so as to minimize the estimated deviation value of m sampling future determined from the output;
When the changeover switch (70) is ON, the evaluation function, the control input u (i) that minimizes the expression (a) is output as a control input, and when the changeover switch (70) is OFF, the deviation is characterized in further comprising a means for outputting e a (i-K) signal multiplied by a proportional gain K p to u '(i) as a control input.

また、請求項4に記載の発明は、前記補償信号演算器は、前記目標指令増分値を入力し、任意のローパスフィルタの逆伝達関数特性を持つ逆伝達関数器と、前記逆伝達関数器の出力から前記目標指令増分値を減算する減算器と、前記減算器の出力を乗算する乗算器とを備えることを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, the compensation signal calculator receives the target command increment value, and includes an inverse transfer function unit having an inverse transfer function characteristic of an arbitrary low-pass filter, and the inverse transfer function unit. A subtracter that subtracts the target command increment value from an output, and a multiplier that multiplies the output of the subtractor.

また、請求項5に記載の発明は、前記制御入力を切り替える前記切替スイッチ(70)と、前記フィードフォワード信号を有効にする前記切替スイッチ(21)と、前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)とは、前記制御対象が高精度な追従性を要求されるときにONすることを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, the switch (70) for switching the control input, the switch (21) for enabling the feedforward signal, and the switch for enabling the compensation calculation signal. The switch (22) is characterized in that it is turned on when the control object is required to have high-accuracy followability.

また、請求項6に記載の発明は、前記制御入力を切り替える前記切替スイッチ(70)と、前記フィードフォワード信号を有効にする前記切替スイッチ(21)と、前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)とは、前記目標指令増分値が変化している時にOFFすることを特徴とするものである。   The invention according to claim 6 is the switch (70) for switching the control input, the switch (21) for enabling the feedforward signal, and the switch for enabling the compensation calculation signal. The switch (22) is characterized in that it is turned off when the target command increment value is changing.

また、請求項7に記載の発明は、前記予測制御器は、前記切替スイッチ(70)に替えてフィルタ関数器を備え、
前記フィルタ関数器は、前記フィードフォワード信号を有効にする前記切替スイッチ(21)、または前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)が、
OFF状態からON状態に切り替わる時は、現在時刻iにおいて、初期値をu’(i)、Tサンプリング後の最終値をu(i+T)で、連続な制御入力u(i+t)”(0≦t≦T)を出力し、
ON状態からOFF状態に切り替わる時は、現在時刻iにおいて、初期値をu(i)、Tサンプリング後の最終値をu’(i+T)で、連続な制御入力u(i+t)”’(0≦t≦T)を出力することを特徴とするものである。
In the invention according to claim 7, the predictive controller includes a filter function unit instead of the changeover switch (70).
The filter function unit includes the changeover switch (21) for enabling the feedforward signal or the changeover switch (22) for enabling the compensation calculation signal.
When switching from the OFF state to the ON state, at the current time i, the initial value is u ′ (i), the final value after T sampling is u (i + T), and the continuous control input u (i + t) ”(0 ≦ t ≦ T),
When switching from the ON state to the OFF state, at the current time i, the initial value is u (i), the final value after T sampling is u '(i + T), and the continuous control input u (i + t) "' (0≤ (t ≦ T) is output.

また、請求項8に記載の発明は、前記フィルタ関数器は、前記制御入力u(i)を入力し、重みをつけて出力する重み関数器と、前記制御入力u’(i)とを入力し、重みをつけて出力する重み関数器と、前記重み関数器の出力を加算する加算器とを備えることを特徴とするものである。   In the invention according to claim 8, the filter function unit receives the control input u (i), inputs a weight function unit that outputs a weight, and the control input u ′ (i). And a weight function unit that outputs a weight and an adder that adds the outputs of the weight function unit.

制御入力を切り替える切替スイッチ(70)、フィードフォワード信号を有効にする切替スイッチ(21)、または前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)を備え、制御対象が高精度な追従性を要求されるときには、切替スイッチ(70)、切替スイッチ(21)、切替スイッチ(22)をONにして予測制御を用い、
目標指令増分値が変化している時には、切替スイッチ(70)、切替スイッチ(21)、切替スイッチ(22)をOFFにして比例制御を用いているので、
高い応答性が要求される制御対象に対しては高い応答性を実現し、剛性の低い制御対象であっても振動が発生し難くく、高い応答性が要求されない制御対象に対してはモータの消費電力を抑えた、サーボ制御装置を提供できる。
A control switch (70) for switching the control input, a switch (21) for enabling the feedforward signal, or the switch (22) for enabling the compensation calculation signal, so that the control target has high-accuracy followability. When requested, the changeover switch (70), the changeover switch (21), and the changeover switch (22) are turned on to use the predictive control,
When the target command increment value is changing, the changeover switch (70), the changeover switch (21), and the changeover switch (22) are turned off and proportional control is used.
High responsiveness is achieved for controlled objects that require high responsiveness, and vibration is unlikely to occur even for controlled objects with low rigidity. A servo control device with reduced power consumption can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
実際のサーボ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Although various functions and means are built in the actual servo control device, only the functions and means related to the present invention will be described and described in the figure. Hereinafter, the same reference numerals are assigned to the same names as much as possible, and the duplicate description is omitted.

図1は、本発明の第1の実施例によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図1において、1は制御対象、2はモータ、3はモータ制御器、81は予測制御器である。
制御対象1は、モータ2およびモータ制御器3で構成される。
予測制御器81は目標指令増分値およびモータ位置出力信号を入力し、制御入力をモータ制御器3へ出力する。モータ制御器3は前記制御入力および前記モータ位置出力信号を入力し、モータ駆動電流をモータ2へ出力する。モータ2は前記モータ駆動電流で駆動され、前記モータ位置出力信号をモータ制御器3および予測制御器81へ出力する。
予測制御器81は前記モータ位置出力信号が前記目標指令増分値に一致するように予測制御演算を行い、前記制御入力を算出する。モータ制御器3は前記モータ位置出力信号が前記制御入力に一致するように制御演算を行い、前記モータ駆動電流を算出する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a servo control apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a control object, 2 is a motor, 3 is a motor controller, and 81 is a prediction controller.
The control target 1 includes a motor 2 and a motor controller 3.
The prediction controller 81 inputs the target command increment value and the motor position output signal, and outputs a control input to the motor controller 3. The motor controller 3 inputs the control input and the motor position output signal, and outputs a motor driving current to the motor 2. The motor 2 is driven by the motor driving current and outputs the motor position output signal to the motor controller 3 and the prediction controller 81.
The prediction controller 81 performs a prediction control calculation so that the motor position output signal matches the target command increment value, and calculates the control input. The motor controller 3 performs a control calculation so that the motor position output signal matches the control input, and calculates the motor drive current.

図2は本発明の第1の実施例によるサーボ制御装置の予測制御器である。図2において、62はメモリ、63はメモリ、64はメモリ、65はメモリ、66は演算器、67は減算器、68は積算器、69は差分器、70は切替スイッチである。
メモリ62は、目標指令増分値Δr(i+K)を入力し、目標指令増分値Δr(i+M)、・・・,Δr(i−K)を記憶し、目標指令増分値Δr(i−M)を減算器67へ出力する。メモリ63は、定数v,E,p,g,Kを記憶する。メモリ64は、出力増分値の実測値Δy(i−K)を入力し、出力増分値の実測値Δy(i−K),・・・,Δy(i−K−Na+1)を記憶する。メモリ65は、制御入力u(i)を入力し、制御入力u(i−K),・・・,u(i−K−Nb+1)を記憶する。
差分器69は、前記モータ位置出力信号y(i−K)を入力して差分した出力増分値の実測値Δy(i−K)を算出し、減算器67およびメモリ64へ出力する。
減算器67は、前記目標指令増分値Δr(i−M)および前記出力増分値の実測値Δy(i−K)を入力し、前記目標指令増分値Δr(i−M)から前記出力増分値の実測値Δy(i−K)を差引いた偏差を積算器68へ出力する。積算器68は、その偏差を積算し、偏差の積算値e(i−K)を演算器66へ出力する。
演算器66は、メモリ62、メモリ63、メモリ64、メモリ65に記憶されている値および前記偏差の積算値e(i−K)に基づいて制御入力u(i)を算出し、時刻iにおいて目標指令増分値Δr(i−K)と出力増分値の実測値Δy(i−K)との偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた制御入力u’(i)を算出し、切替スイッチ70へ出力する。
制御入力u(i)は特許文献1、2などに記載された公知のものと等価であってよい。
FIG. 2 shows a predictive controller of the servo controller according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 62 is a memory, 63 is a memory, 64 is a memory, 65 is a memory, 66 is an arithmetic unit, 67 is a subtractor, 68 is an accumulator, 69 is a difference unit, and 70 is a changeover switch.
The memory 62 receives the target command increment value Δr (i + K), stores the target command increment value Δr (i + M),..., Δr (i−K), and stores the target command increment value Δr (i−M). Output to the subtractor 67. Memory 63 stores constants v m, E, p n, g n, the K p. The memory 64 receives the actual measurement value Δy (i−K) of the output increment value and stores the actual measurement value Δy (i−K),..., Δy (i−K−Na + 1) of the output increment value. The memory 65 receives the control input u (i) and stores the control inputs u (i−K),..., U (i−K−Nb + 1).
The differencer 69 receives the motor position output signal y (i−K), calculates an actually measured value Δy (i−K) of the output increment value, and outputs it to the subtractor 67 and the memory 64.
The subtractor 67 inputs the target command increment value Δr (i−M) and the actually measured value Δy (i−K) of the output increment value, and outputs the output increment value from the target command increment value Δr (i−M). The deviation obtained by subtracting the actual measurement value Δy (i−K) is output to the integrator 68. The integrator 68 integrates the deviation and outputs an integrated value e (i−K) of the deviation to the calculator 66.
The computing unit 66 calculates the control input u (i) based on the values stored in the memory 62, the memory 63, the memory 64, and the memory 65 and the integrated value e (i−K) of the deviation, and at time i. calculates a target command increment value Δr (i-K) and the output increment measured value Δy (i-K) and the deviation e (i-K) to the proportional gain K p multiplied by the control input u '(i) And output to the changeover switch 70.
The control input u (i) may be equivalent to a known input described in Patent Documents 1 and 2 and the like.

切替スイッチ70は、制御入力u(i)および制御入力u’(i)を入力し、制御対象1が高精度な追従性を要求されるときにはONにして制御入力u(i)を(制御対象1へ)出力し、目標指令増分値が変化している時には制御入力u’(i)を(制御対象1へ)出力する。切替スイッチ70をON/OFFする信号は、(図には表示されていない)上位コントローラから与えられてもよいし、図には表示されていないが、サーボ制御装置に装備されているデジタルオペレータと呼ばれる操作器から入力してもよく、本発明で限定するものではない。   The changeover switch 70 receives the control input u (i) and the control input u ′ (i), and turns ON when the control target 1 is required to have a high-accuracy follow-up property. 1), and when the target command increment value is changing, the control input u ′ (i) is output (to the controlled object 1). The signal for turning ON / OFF the changeover switch 70 may be given from a host controller (not shown in the figure), or not shown in the figure, but with a digital operator equipped in the servo control device. It may be input from a so-called operating device, and is not limited by the present invention.

図2の例で、制御対象1の伝達関数モデルが、
Gp(z)=(b−1+・・・+bNb−Nb)/{( 1−z−1)(1−a−1−・・・−aNa−Na)}
の離散時間系で得られているとすると、その出力増分値モデルは式(2)となる。
In the example of FIG. 2, the transfer function model of the controlled object 1 is
Gp (z) = (b 1 z -1 + ··· + b Nb z -Nb) / {(1-z -1) (1-a 1 z -1 - ··· -a Na z -Na)}
Is obtained in the discrete time system, the output incremental value model is expressed by Equation (2).

なお、ここで、Δは、サンプリング周期間の増分値であることを示す。
時刻iにおいては、時刻i−Kまでの出力増分値の実測値Δy(i−n)(n≧K)が得られているため、それ以降の出力増分値を、実測値を用いて、
Here, Δ indicates an increment value between sampling periods.
At time i, an actual measurement value Δy (i−n) (n ≧ K) of the output increment value up to time i−K is obtained. Therefore, the subsequent output increment value is calculated using the actual measurement value.

で予測すると、出力増分値予測値Δy(i+m)は式(4)となる。 The predicted output increment value Δy * (i + m) is given by equation (4).

ここで係数Amn、Bmnは、未来の制御入力をu(j)=0(j>i)とすると
(−K+1)n=a(n−K+1) m=−K+1,K≦n≦Na+K−1 (5a)
Here, the coefficients A mn and B mn are as follows: A (−K + 1) n = a (n−K + 1) m = −K + 1, K ≦ n ≦ when the future control input is u (j) = 0 (j> i) Na + K-1 (5a)

(−K+1)n=b(n−K+1) m=−K+1,0≦n≦Nb+K−1 (6a) B (−K + 1) n = b (n−K + 1) m = −K + 1, 0 ≦ n ≦ Nb + K−1 (6a)

で与えられる。ただし、a=0(n>Na)、b=0(n<1及びn>Nb)とする。 Given in. However, it is assumed that a n = 0 (n> Na) and b n = 0 (n <1 and n> Nb).

また、u(j)=u(i)(j>i)とすると、式(6b)のBm0は式(6b’)となる。 If u (j) = u (i) (j> i), B m0 in equation (6b) becomes equation (6b ′).

そこで、未来偏差e(i+m)を、 Therefore, the future deviation e * (i + m) is

で与え、評価関数、式(8) Evaluation function, formula (8)

が最小になるように制御入力u(i)を決定すると∂J/∂u(i)=0より、式(1)が得られる。ただし、各定数、v、p、E、gは式(9)で与えられる。 When the control input u (i) is determined so as to minimize, Equation (1) is obtained from ∂J / ∂u (i) = 0. However, constants, v m, p n, E, is g n given by Equation (9).

ここで、K=0とすると、評価関数、式(8)は、   Here, if K = 0, the evaluation function, equation (8) is

式(10)となる。
そして、評価関数、式(10)を最小にする制御入力u(i)は、
Equation (10) is obtained.
The control input u (i) that minimizes the evaluation function, equation (10), is

で得られる。
従って、切替スイッチがONの時は、u(i)を制御入力として出力する。
予測制御器81からの制御入力は、制御対象1の出力と共に、モータ制御器3に与えられる。そして、モータ制御器3の制御によってモータ2が駆動される。
It is obtained with.
Therefore, when the changeover switch is ON, u (i) is output as a control input.
The control input from the prediction controller 81 is given to the motor controller 3 together with the output of the control object 1. Then, the motor 2 is driven by the control of the motor controller 3.

本実施例が従来技術と異なる点は、予測制御器81において、切替スイッチ70を備え、メモリ63には定数v,E,p,gに加えて比例ゲインKを記憶し、演算器66で偏差e(i−K)に前記比例ゲインKを乗じた制御入力u’(i)および制御入力u(i)を算出し、切替スイッチ70により選択して前記制御入力u’(i)または前記制御入力u(i)のいずれかを出力する点である。このことにより、実施例1によれば、高い追従性の必要が有り/無しに係らず、また、制御対象の剛性に係らず、同一のサーボ制御装置を使用することができる。 Is the prior art differs from the present embodiment, the predictive controller 81 provided with a selector switch 70, and stored in the memory 63 constant v m, E, p n, a proportional gain K p in addition to g n, arithmetic the 'calculates a (i) and control input u (i), the control input u to select the changeover switch 70' proportional gain K p obtained by multiplying the control input u to the deviation e (i-K) in vessel 66 ( i) or the control input u (i) is output. Thus, according to the first embodiment, the same servo control device can be used regardless of whether or not high followability is necessary and regardless of the rigidity of the control target.

図3は、本発明の第2の実施例によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図3において、82は予測制御器、83はフィードフォワード信号作成指令フィルタである。
フィードフォワード信号作成指令フィルタ83は、現在のサンプリング時刻iにおいて未来目標指令を入力し、M(Mは自然数)サンプリング未来までの指令増分値Δr(i)、・・・、Δr(i+M)と、フィードフォワード信号TFF(i)およびVFF(i)とを算出し、前記指令増分値Δr(i)、・・・、Δr(i+M)を予測制御器82へ、前記フィードフォワード信号TFF(i)およびVFF(i)を予測制御器82およびモータ制御器3へ出力する。ここでΔ付きの変数などは1サンプリング周期間の増分値を示す。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the servo control apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, 82 is a prediction controller, and 83 is a feedforward signal creation command filter.
The feedforward signal generation command filter 83 inputs a future target command at the current sampling time i, and M (M is a natural number) sampling increment value Δr (i),..., Δr (i + M) until the sampling future, The feedforward signals T FF (i) and V FF (i) are calculated, and the command increment values Δr (i),..., Δr (i + M) are sent to the prediction controller 82, and the feedforward signal T FF ( i) and V FF (i) are output to the prediction controller 82 and the motor controller 3. Here, a variable with Δ indicates an increment value during one sampling period.

図4は本発明第2の実施例によるサーボ制御装置のフィードフォワード信号作成指令フィルタ83である。図4において、21は切替スイッチ、51はフィルタ、52はメモリ、53はFF信号演算器である。
フィードフォワード信号作成指令フィルタ83はフィルタ51と、メモリ52と、FF信号演算器53と、切替スイッチ21とで構成している。
フィルタ51は、未来目標指令を入力とし、その入力した信号、あるいはその入力した信号を内部のディジタルフィルタ(図には示されていない。)でフィルタリングした信号のMサンプリング未来におけるサンプリング周期間の増分値を指令増分値Δr(i+M)としてメモリ52へ出力する。
前記ディジタルフィルタは、目標指令をフィルタリングする目的で用いることが可能な、いかなるフィルタであってもよく、例えば、インパルス応答が無限長のIIRフィルタ、あるいは有限長のFIRフィルタであってもよく、また、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ、さらには制御対象の動特性を考慮して制御対象出力の振動を抑える信号を生成するものであってもよい。
メモリ52は、前記指令増分値Δr(i+M)を入力し、その指令増分値を順次記憶して現在時刻iからMサンプリング未来までの指令増分値Δr(i)、Δr(i+1)、・・・、Δr(i+M)をFF信号演算器53へ出力し、指令増分値Δr(i+M)、・・・、Δr(i+1)、Δr(i)を(予測制御器82へ)出力する。
FF信号演算器53は、前記指令増分値Δr(i)、Δr(i+1)、・・・、Δr(i+M)を入力し、その指令増分値に基づいて、フィードフォワード信号TFF(i)およびVFF(i)を算出し、切替スイッチ21へ出力する。切替スイッチ21は、前記フィードフォワード信号TFF(i)およびVFF(i)を入力し、切替スイッチ21がONの時はそのフィードフォワード信号TFF(i)およびVFF(i)を出力し、切替スイッチ21がOFFのときは0を出力する。切替スイッチ21がONの時にフィードフォワード信号を算出する演算式は特に限定されるものではなく、例えば、制御対象1に加わる外乱が判っている場合は演算によってそれらを打ち消してもよく、また、
FIG. 4 shows a feedforward signal creation command filter 83 of the servo control device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, 21 is a changeover switch, 51 is a filter, 52 is a memory, and 53 is an FF signal calculator.
The feedforward signal creation command filter 83 includes a filter 51, a memory 52, an FF signal calculator 53, and a changeover switch 21.
The filter 51 receives the future target command, and increments the sampling period in the M sampling future of the input signal or a signal obtained by filtering the input signal with an internal digital filter (not shown in the figure). The value is output to the memory 52 as a command increment value Δr (i + M).
The digital filter may be any filter that can be used for the purpose of filtering the target command, for example, an IIR filter having an infinite impulse response or a FIR filter having a finite length. In addition, a low-pass filter, a notch filter, or a signal that suppresses vibration of the control target output in consideration of the dynamic characteristics of the control target may be generated.
The memory 52 receives the command increment value Δr (i + M), sequentially stores the command increment value, and command increment values Δr (i), Δr (i + 1),... From the current time i to M sampling future. , Δr (i + M) are output to the FF signal calculator 53, and command increment values Δr (i + M),..., Δr (i + 1), Δr (i) are output (to the prediction controller 82).
The FF signal calculator 53 receives the command increment values Δr (i), Δr (i + 1),..., Δr (i + M), and based on the command increment values, the feedforward signal T FF (i) and V FF (i) is calculated and output to the changeover switch 21. Changeover switch 21, the feed enter the forward signal T FF (i) and V FF (i), when the changeover switch 21 is ON outputs the feed-forward signal T FF (i) and V FF (i) When the changeover switch 21 is OFF, 0 is output. An arithmetic expression for calculating the feedforward signal when the changeover switch 21 is ON is not particularly limited. For example, when a disturbance applied to the control target 1 is known, the calculation may be canceled by calculation.

FF(i)=Gain1・Δr(i+m1)
FF(i)=Gain2・{Δr(i+m2)−Δr(i+m2−1)}
としてもよい。
ここでGain1、Gain2は定数、Δr(i+m1)はm1サンプリング未来の指令増分値、m1、m2は0≦m1≦m2の整数である。
V FF (i) = Gain1 · Δr (i + m1)
T FF (i) = Gain2 · {Δr (i + m2) −Δr (i + m2-1)}
It is good.
Here, Gain1 and Gain2 are constants, Δr (i + m1) is a command increment value in the future of m1 sampling, and m1 and m2 are integers of 0 ≦ m1 ≦ m2.

図5は本発明の第2の実施例によるサーボ制御装置の予測制御器である。図5において、60はメモリ、61はメモリ、82は予測制御器である。
予測制御器82はメモリ60〜65、演算器66、減算器67、積算器68、および切替スイッチ70で構成される。
メモリ60はフィードフォワード信号VFF(i)を入力し、過去のフィードフォワード信号VFF(i―K−Nd+1)、VFF(i―K−Nd+2)、・・・、VFF(i)を記憶する。
メモリ61はフィードフォワード信号TFF(i)を入力し、過去のフィードフォワード信号TFF(i―K−Nc+1)、TFF(i―K−Nc+2)、・・・、TFF(i)を記憶する。メモリ62は、実施例1では目標指令増分値Δr(i+K)を入力し、目標指令増分値Δr(i+M)、・・・,Δr(i−K)を記憶していたが、本実施例では未来の指令増分値Δr(i)、Δr(i+1)、・・・、Δr(i+M)を入力し、指令値増分値Δr(i)、Δr(i−1)、・・・、Δr(i−K)を記憶する。メモリ63は、実施例1では定数v(m=−K+1、−K+2、・・・、M)、p(n=0、1、・・・、Na−1)、E、g(n=0、1、・・・、Nb+K−1)、Kを記憶するが、本実施例では更に定数x(n=0、1、・・・、Nd+K−1)、t(n=0、1、・・・、Nc+K−1)を記憶している。
演算器66は、メモリ60〜65に記憶されている値、偏差の積算値e(i−K)、およびM(Mは自然数)サンプリング未来までの指令増分値Δr(i)、・・・、Δr(i+M)を入力し、そのメモリ60〜65に記憶されている値、偏差の積算値e(i−K)、およびM(Mは自然数)サンプリング未来までの指令増分値Δr(i)、・・・、Δr(i+M)に基づいて制御入力u(i)および制御入力u’(i)を算出する。
前記制御入力u(i)は、フィードフォワード信号及び制御入力から出力までの伝達関数モデルを用いて未来の偏差予測値を求め、その未来偏差予測値と制御入力u(i)に関する評価関数が最小となるように決定し、式(103)によりを算出する。また、前記制御入力u’(i)は、時刻iにおいて目標指令増分値Δr(i−K)と出力増分値の実測値Δy(i−K)との偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じて算出する。
切替スイッチ70は、実施例1同様、制御入力u(i)および制御入力u’(i)を入力し、制御対象1が高精度な追従性を要求されるときにはONにして制御入力u(i)を(制御対象1へ)出力し、目標指令増分値が変化している時には制御入力u’(i)を(制御対象1へ)出力する。また、切替スイッチ70をON/OFFする信号は、実施例1同様、(図には表示されていない)上位コントローラから与えられてもよいし、図には表示されていないが、サーボ制御装置に装備されているデジタルオペレータと呼ばれる操作器から入力してもよく、本発明で限定するものではない。
また、切替スイッチ21は、切替スイッチ70がONと同時にONになり、切替スイッチがOFFと同時にOFFになる。
FIG. 5 shows a predictive controller of the servo controller according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, 60 is a memory, 61 is a memory, and 82 is a prediction controller.
The prediction controller 82 includes memories 60 to 65, a calculator 66, a subtractor 67, an integrator 68, and a changeover switch 70.
The memory 60 receives the feed forward signal V FF (i), and the past feed forward signals V FF (i−K−Nd + 1), V FF (i−K−Nd + 2),..., V FF (i). Remember.
The memory 61 receives the feed forward signal T FF (i) and stores the past feed forward signals T FF (i−K−Nc + 1), T FF (i−K−Nc + 2),..., T FF (i). Remember. In the first embodiment, the memory 62 receives the target command increment value Δr (i + K) and stores the target command increment values Δr (i + M),..., Δr (i−K). Future command increment values Δr (i), Δr (i + 1),..., Δr (i + M) are input, and command value increment values Δr (i), Δr (i−1),. -K) is stored. In the first embodiment, the memory 63 has constants v m (m = −K + 1, −K + 2,..., M), p n (n = 0, 1,..., Na−1), E, g n ( n = 0, 1,..., Nb + K−1) and K p are stored, but in this embodiment, constants x n (n = 0, 1,..., Nd + K−1), t n (n = 0, 1, ..., Nc + K-1).
The arithmetic unit 66 stores the values stored in the memories 60 to 65, the integrated value e (i−K) of deviation, and the command increment value Δr (i) until the future of M (M is a natural number) sampling,. Δr (i + M) is inputted, the value stored in the memories 60 to 65, the integrated value e (i−K) of deviation, and the command increment value Δr (i) up to the sampling future of M (M is a natural number), ..., control input u (i) and control input u '(i) are calculated based on Δr (i + M).
The control input u (i) calculates a future deviation prediction value using a feedforward signal and a transfer function model from the control input to the output, and the evaluation function relating to the future deviation prediction value and the control input u (i) is minimized. And is calculated by the equation (103). The control input u ′ (i) is proportional to the deviation e (i−K) between the target command increment value Δr (i−K) and the actually measured output increment value Δy (i−K) at time i. calculated by multiplying the K p.
As in the first embodiment, the changeover switch 70 receives the control input u (i) and the control input u ′ (i), and is turned on when the control object 1 is required to have high-accuracy followability. ) (To the control target 1), and when the target command increment value is changing, the control input u ′ (i) is output (to the control target 1). Further, the signal for turning ON / OFF the changeover switch 70 may be given from a host controller (not shown in the figure) as in the first embodiment, or not shown in the figure, but to the servo controller. It may be input from an operating device called a digital operator equipped, and is not limited by the present invention.
In addition, the changeover switch 21 is turned ON when the changeover switch 70 is turned ON, and turned OFF simultaneously with the changeover switch being turned OFF.

式(103)を導出する。
制御対象の2つのフィードフォワード信号VFF(i)、TFF(i)、及び制御入力u(i)から出力y(i)までの離散時間伝達関数モデルが
Y(z)={(b1z−1+・・・+bNbz−Nb)U(z)+(d1z−1+・・・+dNdz−Nd)VFF(z)
+(c1z−1+・・・+cNcz−Nc)TFF(z)}/{(1−z−1)(1−a1z−1−・・・−aNaz−Na)} (128)
で得られている場合、時刻iにおいて、時刻(i−K)以降の出力増分値を
Equation (103) is derived.
Two feedforward signals V FF (i), T FF (i) to be controlled, and a discrete time transfer function model from the control input u (i) to the output y (i)
Y (z) = {(b 1 z -1 + ... + b Nb z -Nb ) U (z) + (d 1 z -1 + ... + d Nd z -Nd ) V FF (z)
+ (c 1 z −1 + ・ ・ ・ + c Nc z −Nc ) T FF (z)} / {(1−z −1 ) (1−a 1 z −1 − ・ ・ ・ −a Na z − Na )} (128)
Is obtained at time i, the output increment value after time (i−K) is

で予測すると、出力増分値Δy(i+M)は、 Predicted by the output increment value Δy * (i + M) is

となる。
ここで未来の制御入力とフィードフォワード信号をu(j)=u(i)、VFF(j)=VFF(i)、TFF(j)=TFF(i)(j=i+1、i+2、・・・)とすると、Amn、Bmn、Dmn、Cmnは、
(−K+1)n=a(n−K+1) m=−K+1,K≦n≦Na+K−1 (131a)
It becomes.
Here, future control inputs and feedforward signals are expressed as u (j) = u (i), V FF (j) = V FF (i), T FF (j) = T FF (i) (j = i + 1, i + 2) ,..., A mn , B mn , D mn , C mn are
A (−K + 1) n = a (n−K + 1) m = −K + 1, K ≦ n ≦ Na + K−1 (131a)

(−K+1)n=b(n−K+1) m=−K+1,0≦n≦Nb+K−1 (132a) B (-K + 1) n = b (n-K + 1) m = -K + 1, 0≤n≤Nb + K-1 (132a)

(−K+1)n=d(n−K+1) m=−K+1,0≦n≦Nd+K−1 (133a) D (-K + 1) n = d (n-K + 1) m = -K + 1, 0≤n≤Nd + K-1 (133a)

(−K+1)n=c(n−K+1) m=−K+1,0≦n≦Nc+K−1 (134a) C (-K + 1) n = c (n-K + 1) m = -K + 1, 0≤n≤Nc + K-1 (134a)

で与えられる。ただし、a=0(n>Na)、b=0(n<1及びn>Nb)、d=0(n<1及びn>Nd)、c=0(n<1及びn>Nc)である。
そこで、未来偏差予測値e(i+m)を
Given in. However, a n = 0 (n> Na), b n = 0 (n <1 and n> Nb), d n = 0 (n <1 and n> Nd), c n = 0 (n <1 and n > Nc).
Therefore, the future deviation predicted value e * (i + m) is

で与え、評価関数、式(136) Evaluation function, formula (136)

が最小となるように制御入力u(i)を決定すると、∂J/∂u(i)=0より式(103)を得ることができる。ただし、各定数vm、E、pn、gn、xn、tnは、 If the control input u (i) is determined so that is minimized, Equation (103) can be obtained from ∂J / ∂u (i) = 0. However, each constant vm, E, pn, gn, xn, tn is

である。
予測制御器82からの制御入力、及びフィードフォワード信号作成指令フィルタのフィードフォワード信号TFF(i)、VFF(i)は、制御対象1の出力と共に、モータ制御器3に与えられる。そして、モータ制御器3の制御によってモータ2が駆動される。
It is.
The control input from the prediction controller 82 and the feedforward signals T FF (i) and V FF (i) of the feedforward signal generation command filter are given to the motor controller 3 together with the output of the control target 1. Then, the motor 2 is driven by the control of the motor controller 3.

実施例2が実施例1と異なる点は、フィードフォワード信号作成指令フィルタを備え、フィードフォワード信号作成指令フィルタは予測制御器にFF信号を出力する点である。このことにより、実施例2は実施例1よりも高い追従性を得ることができる。   The second embodiment is different from the first embodiment in that a feedforward signal creation command filter is provided, and the feedforward signal creation command filter outputs an FF signal to the prediction controller. Thus, the second embodiment can obtain higher followability than the first embodiment.

図6は、本発明の第3の実施例によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図6において、10は補償信号演算器である。
補償信号演算器10は予測制御器81の入力信号である目標指令増分値を予測制御器81と同時に入力し、補償演算信号をモータ制御器3へ出力する。
サーボ制御装置は予測制御器81と、補償信号演算器10とを備えている。
予測制御器81は実施例1で示した予測制御器81(図2)と同じである。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the servo control apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 10 denotes a compensation signal calculator.
The compensation signal calculator 10 inputs a target command increment value, which is an input signal of the prediction controller 81, simultaneously with the prediction controller 81, and outputs a compensation calculation signal to the motor controller 3.
The servo control device includes a prediction controller 81 and a compensation signal calculator 10.
The prediction controller 81 is the same as the prediction controller 81 (FIG. 2) shown in the first embodiment.

図7は本発明第3の実施例によるサーボ制御装置の補償信号演算器10である。図7において、11は逆伝達関数器、12は乗算器、13は減算器、22は切替スイッチである。
補償信号演算器10は、逆伝達関数器11、乗算器12、減算器13、および切替スイッチ22で構成している。
逆伝達関数器11は目標指令増分値を入力し、信号S1を減算器13へ出力する。減算器13は前記信号S1および前記目標指令増分値を入力し、前記信号S1から前記目標指令増分値を差引いた偏差εを乗算器12へ出力する。乗算器12は前記偏差εを入力し、ゲインK2を乗算して、信号εを算出し、切替スイッチ22へ出力する。切替スイッチ22は前記信号εを入力し、切替スイッチ22がONである時は、前記信号εを、切替スイッチ22がOFFであるときは0を、補償演算信号としてモータ制御器3に出力する。
切替スイッチ22は、切替スイッチ70がONと同時にONになり、切替スイッチ70がOFFと同時にOFFになる。
逆伝達関数器11は予め設定した任意のローパスフィルタの逆伝達関数特性を持つ演算器であり、前記目標指令増分値に基づいて前記信号S1を算出する。
FIG. 7 shows a compensation signal calculator 10 of the servo control device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 7, 11 is an inverse transfer function unit, 12 is a multiplier, 13 is a subtractor, and 22 is a changeover switch.
The compensation signal calculator 10 includes an inverse transfer function unit 11, a multiplier 12, a subtracter 13, and a changeover switch 22.
The reverse transfer function unit 11 receives the target command increment value and outputs a signal S1 to the subtractor 13. The subtractor 13 inputs the signal S1 and the target command increment value, and outputs a deviation ε obtained by subtracting the target command increment value from the signal S1 to the multiplier 12. The multiplier 12 inputs the deviation epsilon, by multiplying the gain K2, to calculate the signal epsilon k, and outputs it to the selector switch 22. Changeover switch 22 inputs the signals epsilon k, when the changeover switch 22 is ON, outputs the signal epsilon k, 0 when the changeover switch 22 is OFF, the motor controller 3 as a compensation operation signal To do.
The changeover switch 22 is turned ON when the changeover switch 70 is turned ON, and turned OFF simultaneously with the changeover switch 70 being turned OFF.
The inverse transfer function unit 11 is an arithmetic unit having an inverse transfer function characteristic of an arbitrary low-pass filter set in advance, and calculates the signal S1 based on the target command increment value.

予測制御器81からの制御入力、及び補償信号演算器10から出力される補償演算信号は、制御対象1の出力と共に、モータ制御器3に与えられる。そして、モータ制御器3の制御によってモータ2が駆動される。   The control input from the prediction controller 81 and the compensation calculation signal output from the compensation signal calculator 10 are given to the motor controller 3 together with the output of the control target 1. Then, the motor 2 is driven by the control of the motor controller 3.

実施例3が実施例1および実施例2と異なる点は補償信号演算器10を備え、補償演算信号をモータ制御器3へ出力する点である。このことにより、実施例3は実施例1または実施例2よりもさらに高い追従性を得ることができる。   The third embodiment differs from the first and second embodiments in that a compensation signal calculator 10 is provided and a compensation calculation signal is output to the motor controller 3. Thus, the third embodiment can obtain higher followability than the first embodiment or the second embodiment.

図8は、本発明の第4の実施例のサーボ制御装置の予測制御器81aの構成を示すブロック図である。図8において、71はフィルタ関数器、81aはの予測制御器である。
予測制御器81aは、実施例1の予測制御器81(図2)の切替スイッチ70をフィルタ関数器71としたものである。
図9は、本発明の第4の実施例のサーボ制御装置の予測制御器82a構成を示すブロック図である。図9において、予測制御器82aは、実施例3の予測制御器82(図5)の切替スイッチ70をフィルタ関数器71としたものである。
図10は、本発明の第4の実施例のサーボ制御装置のフィルタ関数器である。図10において、72は第1重み関数器、73は第2重み関数器、74は加算器である。
フィルタ関数器71は、第1重み関数器72、第2重み関数器73、および加算器74で構成する。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the prediction controller 81a of the servo control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, 71 is a filter function unit, and 81a is a prediction controller.
The prediction controller 81a is configured such that the changeover switch 70 of the prediction controller 81 (FIG. 2) of the first embodiment is a filter function unit 71.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the prediction controller 82a of the servo control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the prediction controller 82 a is obtained by replacing the changeover switch 70 of the prediction controller 82 (FIG. 5) of the third embodiment with a filter function unit 71.
FIG. 10 shows a filter function unit of the servo control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, 72 is a first weight function unit, 73 is a second weight function unit, and 74 is an adder.
The filter function unit 71 includes a first weight function unit 72, a second weight function unit 73, and an adder 74.

予測制御から通常比例制御に切り替わる場合、制御入力u(i)を入力し、予測制御から通常比例制御に切り替わる時刻をj、現在時刻をi、予め設定された時定数をTとすると、第1重み関数器72の出力は   When switching from predictive control to normal proportional control, if control input u (i) is input, j is the time to switch from predictive control to normal proportional control, i is the current time, and T is a preset time constant, The output of the weight function unit 72 is

となる。
制御入力u’(i)を入力し、予測制御から通常比例制御に切り替わる時刻をj、現在時刻をi、予め設定された時定数をTとすると、第2重み関数器73の出力は
It becomes.
When the control input u ′ (i) is input, j is the time when the predictive control is switched to the normal proportional control, i is the current time, and T is a preset time constant, the output of the second weight function unit 73 is

となる。
即ち、フィルタ関数器71は、
(i−j)<0の時は、u(i)、
0≦(i−j)≦Tの時は、
u”’(i−j)={1−(i−j)/T}・u(i)+{(i−j)/T}・u’(i)、
(i−j)>Tの時は、u’(i)、
を制御入力として、(制御対象1へ)出力する。
It becomes.
That is, the filter function unit 71
When (i−j) <0, u (i),
When 0 ≦ (i−j) ≦ T,
u ″ ′ (i−j) = {1− (i−j) / T} · u (i) + {(i−j) / T} · u ′ (i),
When (i−j)> T, u ′ (i),
Is output as a control input (to control object 1).

また、通常比例制御から予測制御に切り替わる場合、制御入力u(i)を入力し、通常比例制御から予測制御に切り替わる時刻をj、現在時刻をi、予め設定された時定数をTとすると、第1重み関数器72の出力は   In addition, when switching from normal proportional control to predictive control, when a control input u (i) is input, j is the time to switch from normal proportional control to predictive control, i is the current time, and T is a preset time constant. The output of the first weight function unit 72 is

となる。
制御入力u’(i)を入力し、通常比例制御から予測制御に切り替わる時刻をj、現在時刻をi、予め設定された時定数をTとすると、第2重み関数器73の出力は
It becomes.
When the control input u ′ (i) is input, the time when the normal proportional control is switched to the predictive control is j, the current time is i, and the preset time constant is T, the output of the second weight function unit 73 is

となる。
前記第1重み関数72、前記第2重み関数73の出力を加算器74により加算し、制御入力として出力する。
即ち、フィルタ関数71は、
(i−j)<0の時は、u’(i)、
0≦(i−j)≦Tの時は、
u”(i−j)={(i−j)/T}・u(i)+{1−(i−j)/T}・u’(i)、
(i−j)>Tの時は、u(i)、
を制御入力として、(制御対象1へ)出力する。
It becomes.
The outputs of the first weight function 72 and the second weight function 73 are added by an adder 74 and output as a control input.
That is, the filter function 71 is
When (i−j) <0, u ′ (i),
When 0 ≦ (i−j) ≦ T,
u ″ (i−j) = {(i−j) / T} · u (i) + {1− (i−j) / T} · u ′ (i),
When (i−j)> T, u (i),
Is output as a control input (to control object 1).

実施例4が実施例1ないし3と異なる点は、制御入力u(i)と制御入力u’(i)とを切替スイッチで切り替えず、フィルタ関数器により制御入力u(i)と制御入力u’(i)とを合成する点である。このことにより、実施例4では制御入力が不連続になることがなく、モータ2が回転中であっても比例制御と予測制御とを切り替えることができる。   The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that the control input u (i) and the control input u ′ (i) are not switched by the changeover switch, and the control input u (i) and the control input u are switched by the filter function unit. '(I) is a point to be synthesized. Thereby, in Example 4, control input does not become discontinuous, and proportional control and predictive control can be switched even when the motor 2 is rotating.

本発明は、半導体製造装置の位置決め駆動用サーボ制御装置、工作機械や産業用ロボットを駆動するサーボ制御装置に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a positioning control servo control device for a semiconductor manufacturing apparatus and a servo control device for driving a machine tool or an industrial robot.

本発明の第1の実施例のサーボ制御装置のブロック図The block diagram of the servo control apparatus of 1st Example of this invention 本発明の第1の実施例のサーボ制御装置の予測制御器Prediction controller of servo controller of first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施例のサーボ制御装置のブロック図The block diagram of the servo control apparatus of 2nd Example of this invention 本発明の第2の実施例のサーボ制御装置のフィードフォワード信号作成フィルタFeedforward signal generation filter of servo control apparatus of second embodiment of the present invention 本発明の第2の実施例のサーボ制御装置の予測制御器Prediction controller of servo controller of second embodiment of the present invention 本発明の第3の実施例のサーボ制御装置のブロック図The block diagram of the servo control apparatus of 3rd Example of this invention 本発明の第3の実施例のサーボ制御装置の補償演算器Compensation arithmetic unit of servo control apparatus of third embodiment of the present invention 本発明の第4の実施例のサーボ制御装置の予測制御器81aPrediction controller 81a of servo controller of fourth embodiment of the present invention 本発明の第4の実施例のサーボ制御装置の予測制御器82aPrediction controller 82a of servo controller of fourth embodiment of the present invention 本発明の第4の実施例のサーボ制御装置のフィルタ関数器Filter function unit of servo control apparatus of fourth embodiment of the present invention 第1の従来技術のサーボ制御装置の予測制御器のブロック図1 is a block diagram of a prediction controller of a servo control apparatus according to a first prior art. 第1の従来技術の予測制御器を適用したサーボ制御装置のブロック図1 is a block diagram of a servo control apparatus to which a first conventional prediction controller is applied. 第2の従来技術のサーボ制御装置の補償信号演算器のブロック図Block diagram of compensation signal calculator of servo controller of second prior art 第2の従来技術のサーボ制御装置のブロック図Block diagram of second prior art servo controller

符号の説明Explanation of symbols

1 制御対象
2 モータ
3 モータ制御器
10 補償信号演算器
11 逆伝達関数器
12 乗算器
13、67 減算器
21、22、70 切替スイッチ
51 フィルタ
52、60、61、62、63、64、65 メモリ
53 FF信号演算器
66 演算器
68 積算器
69 差分器
71 フィルタ関数器
72 第1重み関数器
73 第2重み関数器
74 加算器
81、81a、82、82a 予測制御器
83 フィードフォワード信号作成フィルタ
90 従来の予測制御器
101 従来の補償信号演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control object 2 Motor 3 Motor controller 10 Compensation signal calculator 11 Inverse transfer function unit 12 Multiplier 13, 67 Subtractor 21, 22, 70 Changeover switch 51 Filter 52, 60, 61, 62, 63, 64, 65 Memory 53 FF signal computing unit 66 computing unit 68 accumulator 69 difference unit 71 filter function unit 72 first weight function unit 73 second weight function unit 74 adder 81, 81a, 82, 82a prediction controller 83 feedforward signal creation filter 90 Conventional prediction controller 101 Conventional compensation signal calculator

Claims (8)

制御対象の出力を目標指令に一致させるように制御入力を制御対象に出力するサーボ制御装置であって、
目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値を入力し、前記目標指令増分値の積算値である目標指令と前記制御対象の出力とを一致させるように制御入力を前記制御対象に送る予測制御器を備え、
前記予測制御器は、現在時刻iにおいて、Mサンプリング未来の目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値Δr(i+M)と、
K(K≧0)サンプリング前の制御対象の出力増分値Δy(i−K)とを入力し、前記制御入力を制御対象へ出力する予測制御器であり、
前記制御入力を切り替える切替スイッチ(70)と、
目標指令増分値、予測制御用定数、過去の出力増分値、および過去の制御入力を記憶する手段と、
前記目標指令増分値と制御対象の出力増分値により偏差e(i−K)を求める手段と、
評価関数、式(a)

ただし、W、αは偏差に掛ける係数、c及びcは制御入力及びその増分値に掛ける係数、e(i+m)は制御対象の動特性モデルと、未来目標指令、制御入力及び制御対象出力から求まるmサンプリング未来の偏差予測値
を最小とするように制御入力u(i)を決定する手段と、
前記切替スイッチ(70)がONの時には、前記評価関数、式(a)を最小にする前記制御入力u(i)を制御入力として出力し、前記切替スイッチ(70)がOFFの時には、前記偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた信号u’(i)を制御入力として出力する手段とを備えることを特徴とするサーボ制御装置。
A servo control device that outputs a control input to a control target so that the output of the control target matches a target command,
A target command increment value that is an increment between sampling cycles of the target command is input, and a control input is sent to the control target so that the target command that is an integrated value of the target command increment value matches the output of the control target. With a predictive controller,
The prediction controller, at a current time i, a target command increment value Δr (i + M), which is an increment between sampling periods of a target command of M sampling future,
K (K ≧ 0) is a predictive controller that inputs an output increment value Δy (i−K) of a control target before sampling and outputs the control input to the control target;
A changeover switch (70) for switching the control input;
Means for storing a target command increment value, a predictive control constant, a past output increment value, and a past control input;
Means for obtaining a deviation e (i−K) from the target command increment value and the output increment value to be controlled;
Evaluation function, formula (a)

However, W m, the coefficient applied to the α deviation, c and c d is a coefficient applied to the control input and its increment, e * (i + m) is the dynamic characteristic model of the controlled object, the future target command, control inputs and the controlled object Means for determining the control input u (i) so as to minimize the estimated deviation value of m sampling future determined from the output;
When the changeover switch (70) is ON, the evaluation function, the control input u (i) that minimizes the expression (a) is output as a control input, and when the changeover switch (70) is OFF, the deviation servo controller, characterized in that it comprises a means for outputting e a (i-K) to the signal u multiplied by a proportional gain K p '(i) as a control input.
制御対象の出力を目標指令に一致させるように制御入力とフィードフォワード信号を制御対象に出力するようなサーボ制御装置であって、
未来の前記目標指令に関する情報である目標指令信号を入力として、現在のサンプリング時刻から複数サンプリング未来までの前記目標指令信号の各サンプリング周期間の増分である未来の指令増分値および前記フィードフォワード信号を作成するフィードフォワード信号作成指令フィルタと、
前記未来の指令増分値を入力し、前記目標指令増分値の積算値である目標指令と前記制御対象の出力とを一致させるように制御入力を前記制御対象に送る予測制御器と、
前記フィードフォワード信号を有効にする切替スイッチ(21)、とを備え、
前記フィードフォワード信号作成指令フィルタは、現在のサンプリング時刻に、前記目標指令信号を入力として、該目標指令信号または該目標指令信号をフィルタリングした信号の各サンプリング周期間の増分を未来の前記指令増分値として出力するものであり、
前記切替スイッチ(21)は、ONのときのみ前記フィードフォワード信号を出力するスイッチであり、
前記予測制御器は、前記フィードフォワード信号と、
現在時刻iにおいて、Mサンプリング未来の目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値Δr(i+M)と、
K(K≧0)サンプリング前の制御対象の出力増分値Δy(i−K)とを入力し、制御入力を制御対象へ出力する予測制御器であり、前記制御入力を切り替える切替スイッチ(70)と、
目標指令増分値、予測制御用定数、過去の出力増分値、過去の制御入力を記憶する手段と、前記目標指令増分値と制御対象の出力増分値により偏差e(i−K)を求める手段と、
評価関数、式(a)

ただし、W、αは偏差に掛ける係数、c及びcは制御入力及びその増分値に掛ける係数、e(i+m)は制御対象の動特性モデルと、未来目標指令、制御入力及び制御対象出力から求まるmサンプリング未来の偏差予測値
を最小とするように制御入力u(i)を決定する手段と、
前記切替スイッチ(70)がONの時には、前記評価関数、式(a)を最小にする前記制御入力u(i)を制御入力として出力し、前記切替スイッチ(70)がOFFの時には、前記偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた信号u’(i)を制御入力として出力する手段とを備えることを特徴とするサーボ制御装置。
A servo control device that outputs a control input and a feedforward signal to a control target so that the output of the control target matches a target command,
Using a target command signal that is information on the target command in the future as an input, a future command increment value that is an increment between sampling periods of the target command signal from the current sampling time to a plurality of sampling futures, and the feedforward signal A feedforward signal creation command filter to be created;
A prediction controller that inputs the future command increment value and sends a control input to the control target so as to match the target command that is an integrated value of the target command increment value and the output of the control target;
A changeover switch (21) for enabling the feedforward signal,
The feedforward signal generation command filter receives the target command signal at the current sampling time, and calculates an increment between the sampling periods of the target command signal or a signal obtained by filtering the target command signal in the future command increment value. Output as
The changeover switch (21) is a switch that outputs the feedforward signal only when ON,
The predictive controller includes the feedforward signal;
At the current time i, a target command increment value Δr (i + M) that is an increment between sampling periods of the target command of M sampling future,
K (K ≧ 0) is a predictive controller that inputs an output increment value Δy (i−K) of a control target before sampling and outputs a control input to the control target, and a changeover switch (70) for switching the control input When,
Means for storing a target command increment value, a predictive control constant, a past output increment value, and a past control input; and a means for obtaining a deviation e (i−K) from the target command increment value and the output increment value of the controlled object. ,
Evaluation function, formula (a)

However, W m, the coefficient applied to the α deviation, c and c d is a coefficient applied to the control input and its increment, e * (i + m) is the dynamic characteristic model of the controlled object, the future target command, control inputs and the controlled object Means for determining the control input u (i) so as to minimize the estimated deviation value of m sampling future determined from the output;
When the changeover switch (70) is ON, the evaluation function, the control input u (i) that minimizes the expression (a) is output as a control input, and when the changeover switch (70) is OFF, the deviation servo controller, characterized in that it comprises a means for outputting e a (i-K) to the signal u multiplied by a proportional gain K p '(i) as a control input.
制御対象の出力を目標指令に一致させるように制御入力と補償演算信号を制御対象に出力するようなサーボ制御装置であって、
目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値を入力し、前記目標指令増分値の積算値である目標指令と前記制御対象の出力とを一致させるように制御入力を前記制御対象に送る予測制御器と、
前記目標指令増分値を入力として加減速時の前記目標指令と前記制御対象の出力の偏差が小さくなるように補償する補償信号を生成して、前記制御対象に送る補償信号演算器と、
前記補償信号演算器の出力を有効にする切替スイッチ(22)、とを備え、
前記予測制御器は、現在時刻iにおいて、Mサンプリング未来の目標指令のサンプリング周期間の増分である目標指令増分値Δr(i+M)と、
K(K≧0)サンプリング前の制御対象の出力増分値Δy(i−K)とを入力し、制御入力を制御対象へ出力する予測制御器であり、
前記制御入力を切り替える切替スイッチ(70)と、
目標指令増分値、予測制御用定数、過去の出力増分値、過去の制御入力を記憶する手段と、
前記目標指令増分値と制御対象の出力増分値により偏差e(i−K)を求める手段と、
評価関数、式(a)

ただし、W、αは偏差に掛ける係数、c及びcは制御入力及びその増分値に掛ける係数、e(i+m)は制御対象の動特性モデルと、未来目標指令、制御入力及び制御対象出力から求まるmサンプリング未来の偏差予測値
を最小とするように制御入力u(i)を決定する手段と、
前記切替スイッチ(70)がONの時には、前記評価関数、式(a)を最小にする前記制御入力u(i)を制御入力として出力し、前記切替スイッチ(70)がOFFの時には、前記偏差e(i−K)に比例ゲインKを乗じた信号u’(i)を制御入力として出力する手段とを備えることを特徴とするサーボ制御装置。
A servo control device that outputs a control input and a compensation calculation signal to the control target so that the output of the control target matches the target command,
A target command increment value that is an increment between sampling cycles of the target command is input, and a control input is sent to the control target so that the target command that is an integrated value of the target command increment value matches the output of the control target. A predictive controller;
A compensation signal calculator for generating a compensation signal for compensating so that a deviation between the target command at the time of acceleration / deceleration and the output of the control target is reduced by using the target command increment value as input, and sending the compensation signal to the control target;
A changeover switch (22) for enabling the output of the compensation signal calculator,
The prediction controller, at a current time i, a target command increment value Δr (i + M), which is an increment between sampling periods of a target command of M sampling future,
K (K ≧ 0) is a predictive controller that inputs an output increment value Δy (i−K) of a control target before sampling and outputs a control input to the control target.
A changeover switch (70) for switching the control input;
Means for storing a target command increment value, a predictive control constant, a past output increment value, a past control input;
Means for obtaining a deviation e (i−K) from the target command increment value and the output increment value to be controlled;
Evaluation function, formula (a)

However, W m, the coefficient applied to the α deviation, c and c d is a coefficient applied to the control input and its increment, e * (i + m) is the dynamic characteristic model of the controlled object, the future target command, control inputs and the controlled object Means for determining the control input u (i) so as to minimize the estimated deviation value of m sampling future determined from the output;
When the changeover switch (70) is ON, the evaluation function, the control input u (i) that minimizes the expression (a) is output as a control input, and when the changeover switch (70) is OFF, the deviation servo controller, characterized in that it comprises a means for outputting e a (i-K) to the signal u multiplied by a proportional gain K p '(i) as a control input.
前記補償信号演算器は、前記目標指令増分値を入力し、任意のローパスフィルタの逆伝達関数特性を持つ逆伝達関数器と、前記逆伝達関数器の出力から前記目標指令増分値を減算する減算器と、前記減算器の出力を乗算する乗算器とを備えることを特徴とする請求項3に記載のサーボ制御装置。   The compensation signal calculator inputs the target command increment value, and an inverse transfer function device having an inverse transfer function characteristic of an arbitrary low-pass filter, and a subtraction that subtracts the target command increment value from the output of the inverse transfer function device The servo control device according to claim 3, further comprising a multiplier and a multiplier that multiplies the output of the subtracter. 前記制御入力を切り替える前記切替スイッチ(70)と、前記フィードフォワード信号を有効にする前記切替スイッチ(21)と、前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)とは、前記制御対象が高精度な追従性を要求されるときにONすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のサーボ制御装置。   The changeover switch (70) for switching the control input, the changeover switch (21) for enabling the feedforward signal, and the changeover switch (22) for enabling the compensation calculation signal are: 4. The servo control device according to claim 1, wherein the servo control device is turned on when high-accuracy followability is required. 前記制御入力を切り替える前記切替スイッチ(70)と、前記フィードフォワード信号を有効にする前記切替スイッチ(21)と、前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)とは、前記目標指令増分値が変化している時にOFFすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のサーボ制御装置。   The changeover switch (70) for switching the control input, the changeover switch (21) for enabling the feedforward signal, and the changeover switch (22) for enabling the compensation calculation signal are the target command increment. 4. The servo control device according to claim 1, wherein the servo control device is turned off when the value changes. 前記予測制御器は、前記切替スイッチ(70)に替えてフィルタ関数器を備え、
前記フィルタ関数器は、前記フィードフォワード信号を有効にする前記切替スイッチ(21)、または前記補償演算信号を有効にする前記切替スイッチ(22)が、
OFF状態からON状態に切り替わる時は、現在時刻iにおいて、初期値をu’(i)、Tサンプリング後の最終値をu(i+T)で、連続な制御入力u(i+t)”(0≦t≦T)を出力し、
ON状態からOFF状態に切り替わる時は、現在時刻iにおいて、初期値をu(i)、Tサンプリング後の最終値をu’(i+T)で、連続な制御入力u(i+t)”’(0≦t≦T)を出力することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のサーボ制御装置。
The prediction controller includes a filter function unit instead of the changeover switch (70),
The filter function unit includes the changeover switch (21) for enabling the feedforward signal or the changeover switch (22) for enabling the compensation calculation signal.
When switching from the OFF state to the ON state, at the current time i, the initial value is u ′ (i), the final value after T sampling is u (i + T), and the continuous control input u (i + t) ”(0 ≦ t ≦ T),
When switching from the ON state to the OFF state, at the current time i, the initial value is u (i), the final value after T sampling is u '(i + T), and the continuous control input u (i + t) "' (0≤ 4. The servo control device according to claim 1, wherein t ≦ T) is output.
前記フィルタ関数器は、前記制御入力u(i)を入力し、重みをつけて出力する重み関数器と、前記制御入力u’(i)とを入力し、重みをつけて出力する重み関数器と、前記重み関数器の出力を加算する加算器とを備えることを特徴とする請求項7に記載のサーボ制御装置。
The filter function unit inputs the control input u (i), outputs a weight function unit with a weight, and the weight function unit inputs the control input u ′ (i), and outputs the unit with a weight. And an adder for adding the outputs of the weight function unit.
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