JP2007087367A - サーボシステムの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 PI制御器を有するサーボシステムの制御装置において、PI制御器の操作量が制限値の値に到達したとき、積分制御の操作量の飽和分を求めて、積分制御の積分器にフィードバックして、積分制御の状態変数を同サンプリング内に再計算し、再計算した状態変数の値を次サンプリングに使用するために保存するようにしたものである。
【選択図】 図1
Description
一般的に位置P制御器70と速度PI制御器71とが直列に結合されており、両者の制御帯域が近づくと、速度制御系にアンチワインドアップ制御則をきちんと導入しても、高速位置決め制御時に行き過ぎ量や振動が大きくなることがある。そのため、位置制御系のゲイン設計や位置指令θrefのプロファイルの設計が難しくなることがある。
入力e(t)を比例制御器(Kp)30で比例演算し、kpe(t)を求める。また、入力e(t)を積分制御器(Ki/s)31で積分演算し、kiTe(t)を求め、リミッタ32を介して出力する。加算器33で、比例器30の出力であるkpe(t)とリミッタ32を介して出力されたkiTe(t)とから操作量u(t)を求め、この操作量u(t)をリミッタ34を介して出力する。
上記処理において、リミッタ32で飽和と判断した場合、スイッチ35をオフして積分制御器31への入力を停止する。
図において、速度応答は発散現象を生じなくなっているが、行き過ぎ量や振動をかなり生じている。これらの行き過ぎ量や振動の量を少なくして、スムーズで且つ速い応答を実現したいということが、産業用サーボシステムの背景にある。
また、比例制御器(kp)42は、入力e(k)を比例ゲイン倍し、kpe(k)を求める。
加算器45は、メモリ(Z−1)44の出力であるx(k)とkpe(k)とから操作量u(k)を求める。
操作量u(k)をリミッタ(ulimit)46を介して出力する。
また、比例演算器(1/Kp)48は、トータルの飽和量Δui(k)を比例ゲイン倍し、積分制御器の入力の修正量を出力する。減算器49は、入力e(k)から比例演算器48の出力を減算し、入力e〜(k)を求める。
加算器43で、kiTe(k)とメモリ(Z−1)44の出力であるx(k)とから状態変数x(k+1)を求める。
図1はこの発明の実施の形態1に係るサーボシステムの制御装置の構成を示す図である。
図において、積分制御器60は、入力e(k)を比例制御器(kiT)1で比例演算してkiTe(k)を求め、次いで、演算器3で、kiTe(k)とメモリ(Z−1)4の出力であるx(k)とから状態変数x(k+1)を求める。(後述の式(1))
また、比例制御器(kp)2で、入力e(k)を比例演算し、kpe(k)を求める。
加算器5で、メモリ4の出力であるx(k)とkpe(k)とから操作量u(k)を求める。(後述の式(2))
操作量u(k)をリミッタ(ulimit)6を介して出力する。
また、減算器9でkpe(k)とリミッタ(ulimit)8を介したkpe(k)とから比例項の飽和量Δup(k)を演算する。
また、減算器10でトータルの飽和量Δu(k)から比例項の飽和量Δup(k)を減算して、積分項の飽和量Δui(k)を演算する。(後述の式(10)参照)
ここで、T:サンプリングタイム、ki:積分ゲイン、kp:比例ゲイン。
ここで、修正した入力e〜(k)は状態変数の再計算時に用いられることから、状態変数を計算する時点での飽和が起こらないための入力e〜(k)を求める手法を提案する。
飽和時の状態を表す(3)式よりx(k)を求めて(1)式に代入し、状態変数x(k+1)を計算すると(8)式のようになる。
図3はこの発明の実施の形態2に係るサーボシステムの制御装置の構成を示す図である。
図において、積分制御器60は、入力e(k)を、積分制御器(kiT)11で比例演算してkiTe(k)を求め、次いで、加算器12で、kiTe(k)と後述のメモリ(Z−1)13の出力であるx(k)とから状態変数x(k+1)を求める。
メモリ13は、1サンプル前の状態変数x(k)を操作量ui(k)として出力する。このui(k)を、リミッタ(uilimit)14を介して出力する。
また、演算器21は減算器20で演算した積分項の飽和量Δui(k)を修正する。減算器22は、入力e(k)から演算器21の出力を減算し、入力e〜(k)を求める。
加算器12で、kiTe(k)と後述の演算器13の出力であるx(k)とから状態変数x〜(k+1)を求める。
図4は、この発明の実施の形態2に係るサーボシステムの制御装置の構成を示す図である。
図の定数設定機能付き積分器90において、定数92は既知の大きさLoadの定常外乱に対して積分器90の収束値Loadを出力する。符号判別器91は、式(17)にしたがってスイッチ94を切替え、PI制御器の入力e(k)と積分器90の積算値x(k)の符号が異符号の場合に、積算値x(k)を予め設定された定数Loadに設定し、同符号の場合は、通常の積分動作を行われるようにする。
一方、図6は、図7に示すサーボシステムの速度PI制御器71において、上述のこの発明の実施の形態1に係る図1の構成の速度PI制御器を適用したサーボシステムの制御装置における操作量飽和対策の速度応答結果を示す図である。
一方、実施の形態1の場合、積分器90の積算値x(k)が通常の積分動作にしたがい、徐々に減少するため、図5に比べて速度応答がスムーズでないことがわかる。このように、実施の形態3は、実施の形態1よりも良好な応答が得られることがわかる。
図7のサーボシステムは、動力源として電気モータを使用した例を示したが、この発明のサーボシステムは動力源として空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、内燃機関など様々な形態の動力源を用いたサーボシステムに適用でき、しかも同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
Claims (6)
- PI制御器を有するサーボシステムの制御装置において、PI制御器の操作量が制限値の値に到達したとき、積分制御の操作量の飽和分を求めて、積分制御の積分器にフィードバックして、積分制御の状態変数を同サンプリング内に再計算し、再計算した状態変数の値を次サンプリングに使用するために保存するようにしたことを特徴とするサーボシステムの制御装置。
- 積分制御の操作量の飽和分を、PI制御器の操作量の飽和分と比例制御の操作量の飽和分との差分として算出したことを特徴とする請求項1記載のサーボシステムの制御装置。
- 積分制御の操作量の制限値を、PI制御器の操作量の制限値または比例制御の操作量の制限値と比例制御の操作量とにより変更するようにしたことを特徴とする請求項1記載のサーボシステムの制御装置。
- 前記PI制御器の入力の符号と、前記PI制御器の積分器の積算値の符号が異符号の場合、前記積分器の積算値に零を設定するようにしたことを特徴をする請求項1または請求項2に記載のサーボシステムの制御装置。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載のPI制御器を、速度制御部に組み込んだことを特徴とするサーボシステムの制御装置。
- PI制御器を有するサーボシステムの制御方法において、PI制御器の操作量が制限値の値に到達したとき、積分制御の操作量の飽和分を求めて、積分制御の積分器にフィードバックして、積分制御の状態変数を同サンプリング内に再計算し、再計算した状態変数の値を次サンプリングに使用するために保存するようにしたことを特徴とするサーボシステムの制御方法。
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