JP2009237916A - Servo control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御対象モデルのパラメータが未知の場合や、モデル化誤差が大きい場合も良好な位置決め特性を実現できるサーボ制御装置に関する。 The present invention relates to a servo control device that can realize good positioning characteristics even when parameters of a controlled object model are unknown or when a modeling error is large.
従来のサーボ制御装置は、制御対象を伝達関数モデルで近似し、その逆特性をもつようにフィードフォワードを構成することで、目標位置指令と制御対象の位置を一致させている（例えば、特許文献１参照）。 A conventional servo control device approximates a control target with a transfer function model, and configures the feedforward so as to have the inverse characteristics thereof, thereby matching the target position command and the position of the control target (for example, Patent Documents) 1).
図５は特許文献１に開示された従来の電動機制御装置のフィードフォワード回路のブロック図である。図５において、２４０はωrの４重根を持つ４次のローパスフィルタからなる指令フィルタ。２１２はフィルタ通過後の指令ｒｅｆを入力し、位置指令信号ｐｒｅｆに対して負荷機械の回転位置を理想的に応答させるようなフィードフォワードトルク信号τfをフィードフォワードトルク信号生成フィルタ２４１で演算し、そのときの予想される電動機回転位置の応答を応答目標位置信号ｘfとして応答目標電動機位置信号生成フィルタ２４２で演算し出力する回路である。 FIG. 5 is a block diagram of a feedforward circuit of a conventional electric motor control device disclosed in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 5, 240 is a command filter comprising a fourth-order low-pass filter having a quadratic root of ωr. 212 receives the command ref after passing through the filter, and calculates a feedforward torque signal τf by the feedforward torque signal generation filter 241 that makes the rotational position of the load machine ideally respond to the position command signal pref. The response target motor position signal generation filter 242 calculates and outputs a response of the expected motor rotation position at that time as a response target position signal xf.
ここで制御対象を２慣性系メカで近似した場合、電動機トルクｔｒｅｆから電動機回転速度までの伝達関数ＧＭ（ｓ）および電動機トルクｔｒｅｆから負荷機械２の回転速度までの伝達関数ＧＬ（ｓ）は、機械系の総イナーシャＪ、反共振周波数ωz、共振周波数ωpを用いて、それぞれ上記の式（１）で表される。 When the control object is approximated by a two-inertia mechanism, the transfer function G M (s) from the motor torque tref to the motor rotation speed and the transfer function G L (s) from the motor torque tref to the rotation speed of the load machine 2 are used. Are expressed by the above equation (1) using the total inertia J, anti-resonance frequency ωz, and resonance frequency ωp of the mechanical system.
この場合は、フィードフォワードトルク信号生成フィルタ２４１は応答目標負荷位置信号ｒｅｆを入力し、総イナーシャＪの推定値であるイナーシャ推定値Ｊeおよび共振周波数ωpの推定値である推定共振周波数ωpeを用いてＧＬ（ｓ）の逆関数の微分に相当する式（２）を用いることによりフィードフォワードトルク信号τfを出力する。 In this case, the feedforward torque signal generation filter 241 receives the response target load position signal ref, and uses the estimated inertia frequency Je that is the estimated value of the total inertia J and the estimated resonance frequency ωpe that is the estimated value of the resonance frequency ωp. The feedforward torque signal τf is output by using Expression (2) corresponding to the differentiation of the inverse function of G L (s).
次に、応答目標電動機位置信号生成フィルタ２４２は応答目標負荷位置信号ｒｅｆを入力し、機械系の反共振周波数ωzの推定値ωzeを用いて、ＧＭ（ｓ）とＧＬ（ｓ）の比に相当する次の式（３）の演算により電動機回転位置ｘｆｂの応答目標信号である応答目標位置信号ｘfを出力する。 Next, the response target motor position signal generation filter 242 receives the response target load position signal ref and uses the estimated value ωze of the anti-resonance frequency ωz of the mechanical system to obtain a ratio between G M (s) and G L (s). A response target position signal xf, which is a response target signal of the electric motor rotational position xfb, is output by the calculation of the following expression (3) corresponding to.
上記のようにフィードフォワード回路２１２がフィルタ通過後の位置指令信号ｒｅｆを入力してフィードフォワードトルク信号τfと応答目標位置信号ｘfを出力することにより、位置指令信号ｐｒｅｆに対して負荷機械回転位置ｘLはオーバーシュート無く良好な形で応答し、またその応答の速さは目標値応答速度調整パラメータωrの調整によって任意に変えることができる。 As described above, the feedforward circuit 212 inputs the position command signal ref after passing through the filter and outputs the feedforward torque signal τf and the response target position signal xf, so that the load machine rotational position xL with respect to the position command signal pref. Responds in a good form without overshoot, and the speed of the response can be arbitrarily changed by adjusting the target value response speed adjustment parameter ωr.
このように、従来のサーボ装置は、制御対象を伝達関数モデルで近似し、その逆特性をもつようにフィードフォワードを構成することで、目標位置指令と制御対象の位置を良好な形で応答させるのである。
従来のサーボ制御装置は、制御対象を伝達関数モデルで近似し、その逆特性をもつようにフィードフォワードを構成するようになっているため、伝達関数を近似した際に、実際の制御対象に対してモデル化誤差が大きい場合、特に、伝達関数の次数や構造自体が間違っている場合など、そのままの伝達関数を用いて逆特性をもつフィードフォワードをしても、位置決め特性をよくすることが出来ないという問題があった。 The conventional servo control device approximates the control target with a transfer function model and configures the feedforward so as to have the inverse characteristics. Therefore, when the transfer function is approximated, If the modeling error is large, especially when the transfer function order or structure itself is wrong, positioning characteristics can be improved even if feedforward with reverse characteristics is used with the transfer function as it is. There was no problem.
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、実際の制御対象に対するモデル化誤差が大きい場合でも、実際の応答を見ながら複数の演算器の構成を選択し、最短時間応答や最小オーバシュートを実現するサーボ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and even when a modeling error with respect to an actual control target is large, a configuration of a plurality of arithmetic units is selected while looking at an actual response, and a shortest time response or An object of the present invention is to provide a servo control device that realizes minimum overshoot.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、指令と制御対象の検出値をもとに、制御対象が所望の動作を実現するように制御演算を行い、トルク指令を生成し前記制御対象を駆動するサーボ制御装置において、 前記指令にフィルタ処理をする指令フィルタと、フィルタ処理後の指令を変換し新たな指令を生成する指令変換器と、フィルタ処理後の指令からフィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード演算器と、を備え、前記指令変換器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力を選択するスイッチを備え、前記フィードフォワード演算器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の逆特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力を選択できるスイッチを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、指令と制御対象の検出値をもとに、制御対象が所望の動作を実現するように制御演算を行い、トルク指令を生成し前記制御対象を駆動するサーボ制御装置において、前記指令にフィルタ処理をする指令フィルタと、フィルタ処理後の指令を変換し新たな指令を生成する指令変換器と、フィルタ処理後の指令からフィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード演算器と、を備え、前記指令変換器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力それぞれにゲインを乗じたのち加算する加算器を備え、前記フィードフォワード演算器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の逆特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力それぞれにゲインを乗じたのち加算する加算器を備えたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, the servo control that performs the control calculation so that the control target realizes a desired operation based on the command and the detected value of the control target, generates a torque command, and drives the control target. In the apparatus, a command filter that performs a filter process on the command, a command converter that converts the command after the filter process to generate a new command, and a feedforward arithmetic unit that generates a feedforward torque command from the command after the filter process And the command converter includes a plurality of computing units that compute some characteristics of the characteristics of the transfer function model that approximates the torque command to the detected value to be controlled. A switch for selecting an output, wherein the feedforward computing unit is an inverse characteristic of a part of the characteristic of the transfer function model approximating from the torque command to the control target to the detected value A plurality of arithmetic units are provided, and a switch capable of selecting outputs of the plurality of arithmetic units is provided.
According to a second aspect of the present invention, based on the command and the detected value of the controlled object, the control object performs control calculation so as to realize a desired operation, generates a torque command, and drives the controlled object. In the servo control device, a command filter that performs filtering on the command, a command converter that converts the command after filtering to generate a new command, and a feedforward that generates a feedforward torque command from the command after filtering An arithmetic unit, and the command converter includes a plurality of arithmetic units for calculating a part of the characteristics of the transfer function model approximating from the torque command to be controlled to the detected value. An adder that multiplies each of the output of the output by a gain and then adds, and the feedforward computing unit is a transmission that approximates the torque command to the detected value to be controlled. Includes a plurality of arithmetic units for calculating the inverse characteristics of some of the properties of several models, it is characterized in that an adder for adding then multiplied by the gain respectively output the plurality of computing units.
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のサーボ制御装置において、前記制御対象の検出値と、実際に制御したい状態量が異なる場合、前記指令変換器は、前記複数の演算器に加え、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの一部の特性および、前記制御対象のトルク指令から制御したい状態量までを近似した伝達関数モデルの一部の逆特性を演算する演算器を備え、前記フィードフォワード演算器は、前記複数の演算器に加え、前記制御対象のトルク指令から制御したい状態量までを近似した伝達関数モデルの一部の逆特性を演算する演算器を備えることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載のサーボ制御装置において、前記指令変換器内のスイッチおよび前記フィードフォワード演算器内のスイッチの全ての組み合わせで、実際に制御対象を動作させ、最適な応答をする組み合わせを決定することを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載のサーボ制御装置において、前記最適な応答をする組み合わせは、実際の応答の位置決め時間が最短か、またはオーバシュートが最小になるような組み合わせであること特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項３記載のサーボ制御装置において、前記記ゲインを調整する際に、実際に制御対象を動作させ、実際の応答を見ながら調整することを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６記載のサーボ制御装置において、前記ゲインを調整する際に、実際の応答の位置決め時間が最短か、またはオーバシュートが最小になるように調整することを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the servo control device according to the first or second aspect, when the detected value of the control target is different from the state quantity to be actually controlled, the command converter In addition to the arithmetic unit, some characteristics of the transfer function model approximating from the torque command of the control object to the detected value, and some of the transfer function model approximating the state quantity to be controlled from the torque command of the control object An arithmetic unit for calculating an inverse characteristic, wherein the feedforward arithmetic unit includes a part of the inverse characteristic of the transfer function model approximating from the torque command to be controlled to a state quantity to be controlled in addition to the plurality of arithmetic units. It is characterized by comprising a computing unit for computing.
According to a fourth aspect of the present invention, in the servo control device according to the third aspect, the control target is actually operated by all combinations of the switches in the command converter and the switches in the feedforward arithmetic unit. And determining a combination that gives an optimum response.
According to a fifth aspect of the present invention, in the servo control device according to the fourth aspect of the present invention, the combination that makes the optimum response is a combination in which the actual response positioning time is the shortest or the overshoot is minimized. It is characterized by being.
According to a sixth aspect of the present invention, in the servo control device according to the third aspect of the present invention, when the gain is adjusted, the control target is actually operated and adjusted while viewing the actual response. To do.
According to a seventh aspect of the present invention, in the servo control device according to the sixth aspect, when the gain is adjusted, the actual response positioning time is adjusted to be the shortest or the overshoot is minimized. It is characterized by this.
請求項１に記載の発明によると、制御対象を伝達関数モデルで近似した際の伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する複数の演算器の出力をスイッチで切り替えることができ、制御対象の伝達関数モデルのパラメータだけでなく構成までも変えることができるため、調整時の自由度が増し、制御対象モデルのパラメータが未知の場合や、モデル化誤差が大きい場合に、伝達関数モデルのパラメータのみで調整する場合に比べ最短時間や最小オーバシュートなどの位置決め応答を実現することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、制御対象を伝達関数モデルで近似した際の伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する複数の演算器の出力全てにゲインを乗じて総和を求めることができ、複数の制御対象の構成を少しずつ考慮することができ、調整時の自由度が増し、制御対象モデルのパラメータが未知の場合や、モデル化誤差が大きい場合も、伝達関数モデルのパラメータのみで調整する場合に比べ、最短時間や最小オーバシュートなどの位置決め応答を実現することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、実際に制御したい状態量が検出値と異なる場合も、それを考慮したフィードフォワード制御を行えるため、検出値と制御したい状態量が異なる場合も最短時間応答や最小オーバシュートなどの位置決め特性が得られる。
また、請求項４乃至７に記載の発明によると、実際の応答を見ながら調整できるため、制御対象モデルのパラメータが未知の場合や、モデル化誤差が大きい場合も調整により微調整でき、最短時間応答や最小オーバシュートなどの位置決め特性が得られる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to switch the outputs of a plurality of computing units that calculate some characteristics of the characteristics of the transfer function model when the controlled object is approximated by the transfer function model by using the switch. Because it is possible to change not only the parameters of the transfer function model but also the configuration, the degree of freedom during adjustment increases, and the parameters of the transfer function model when the parameters of the controlled model are unknown or the modeling error is large Positioning response such as the shortest time and minimum overshoot can be realized as compared with the case where adjustment is performed only by adjusting.
According to the invention described in claim 2, the output is summed by multiplying all the outputs of a plurality of computing units that calculate some of the characteristics of the transfer function model when the controlled object is approximated by the transfer function model. Transfer function model even when the parameters of the control target model are unknown or the modeling error is large. Compared with the case of adjusting only with the parameters, positioning response such as the shortest time and the minimum overshoot can be realized.
According to the third aspect of the present invention, even when the state quantity that is actually controlled is different from the detected value, the feedforward control can be performed in consideration thereof, so that the minimum time is required even when the detected value and the state quantity to be controlled are different. Positioning characteristics such as response and minimum overshoot can be obtained.
Further, according to the invention described in claims 4 to 7, since the adjustment can be performed while looking at the actual response, even when the parameter of the controlled object model is unknown or the modeling error is large, the adjustment can be finely adjusted, and the shortest time Positioning characteristics such as response and minimum overshoot can be obtained.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明のサーボ制御装置のブロック図である。図において、１は制御対象を表し、１０３は位置指令ｐｒｅｆをフィルタ処理し滑らかにする指令フィルタを表す。ここで指令フィルタは指令を滑らかにするものなら何でも良く、従来のように４次のローパスフィルタを用いても良いし、移動平均フィルタなどを用いても良い。１０１はフィルタ通過後の位置指令ｒｅｆを制御対象の伝達特性に基づいて変換し変換後の指令ｘｒを出力する指令変換器である。１０２はフィードフォワード演算器を表し、制御対象の伝達特性に基づいてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを演算する。１００は制御器を表し、変換後の指令ｘｒおよび、制御対象の位置検出値ｘｆｂを入力し、制御演算を行いトルク指令ｔｒを出力する。出力されたｔｒとトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを加算し、最終的なトルク指令値ｔｒｅｆを操作量として出力する。図１では、トルク指令を電流指令に変換する電流制御器および、制御対象の値を検出する検出器は省略している。 FIG. 1 is a block diagram of a servo control device of the present invention. In the figure, 1 represents a control object, and 103 represents a command filter for filtering and smoothing the position command pref. Here, the command filter may be anything as long as it smooths the command, and a fourth-order low-pass filter may be used as in the past, or a moving average filter may be used. Reference numeral 101 denotes a command converter that converts the position command ref after passing through the filter based on the transfer characteristic of the control target and outputs the converted command xr. Reference numeral 102 denotes a feedforward calculator, which calculates a torque feedforward signal tff based on the transfer characteristic to be controlled. Reference numeral 100 denotes a controller, which receives a converted command xr and a position detection value xfb to be controlled, performs a control calculation, and outputs a torque command tr. The output tr and the torque feedforward signal tff are added, and the final torque command value tref is output as the manipulated variable. In FIG. 1, a current controller that converts a torque command into a current command and a detector that detects a value to be controlled are omitted.
図２は、１０１の指令変換器と１０２のフィードフォワード演算器の詳細を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the details of the command converter 101 and the feedforward calculator 102.
まず、指令変換器１０１の内容を説明する。
図中１０は制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの一部の特性のみを演算する演算器Ｂを表す。１１は制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性Ｇ１（ｓ）・Ｇ２（ｓ）と、制御対象のトルク指令から制御したい状態量までを近似した伝達関数モデルの一部の特性Ｇ３（ｓ）の逆特性を演算する演算器Ｃを表す。１２は入力された指令と演算器Ｂの出力と演算器Ｃの出力を切り替えるスイッチを表す。
First, the contents of the command converter 101 will be described.
In the figure, reference numeral 10 denotes a computing unit B that calculates only a part of the characteristics of a transfer function model approximating from a torque command to be controlled to a detected value. 11 is a part of the transfer function model approximating the characteristics G1 (s) and G2 (s) of the transfer function model approximating from the torque command of the controlled object to the detected value and the state quantity to be controlled from the torque command of the controlled object. Represents an arithmetic unit C that calculates the inverse characteristic of the characteristic G3 (s). Reference numeral 12 denotes a switch for switching the input command, the output of the arithmetic unit B, and the output of the arithmetic unit C.
次に、フィードフォワード変換器１０２について説明する。
図中６は制御対象を伝達関数モデルで近似した伝達関数モデルＧ１（ｓ）・Ｇ２（ｓ）の逆特性を演算するＦＦ演算器Ａを表す。７は伝達関数モデルＧ１（ｓ）・Ｇ２（ｓ）の一部の特性Ｇ２（ｓ）を省いた伝達関数Ｇ１（ｓ）の逆特性を演算するＦＦ演算器Ｂを表す。８は制御対象のトルク指令から制御したい状態量までを近似した伝達関数モデルの一部の特性Ｇ３（ｓ）の逆特性を演算するＦＦ演算器Ｃを表す。９はＦＦ演算器Ａと、前記ＦＦ演算器Ｂと、前記ＦＦ演算器Ｃの出力を切り替えるＦＦスイッチを表す。
Next, the feedforward converter 102 will be described.
In the figure, reference numeral 6 denotes an FF calculator A that calculates the inverse characteristics of transfer function models G1 (s) and G2 (s) obtained by approximating the controlled object with a transfer function model. Reference numeral 7 denotes an FF computing unit B that calculates the inverse characteristic of the transfer function G1 (s) without some of the characteristics G2 (s) of the transfer function models G1 (s) and G2 (s). Reference numeral 8 denotes an FF calculator C that calculates an inverse characteristic of a part of the characteristic G3 (s) of the transfer function model approximating from a torque command to be controlled to a state quantity to be controlled. Reference numeral 9 denotes an FF switch for switching the outputs of the FF calculator A, the FF calculator B, and the FF calculator C.
本発明が従来技術と異なる部分は、１０の演算器Ｂと１１の演算器Ｃと１２のスイッチと７のＦＦ演算器Ｂと８のＦＦ演算器Ｃと９のＦＦスイッチを備えた部分である。 The present invention is different from the prior art in that it includes 10 computing units B, 11 computing units C, 12 switches, 7 FF computing units B, 8 FF computing units C, and 9 FF switches. .
図４に制御器１００内部の処理の一例を示す。３は位置制御器を表し、２は速度制御器を表す、４と５はラプラス演算子Ｓであり、微分を表す。Ｋｐは位置ループ比例ゲインを表し、Ｋｖは速度ループ比例ゲイン、Ｋｉは速度ループ積分ゲインを表す。また、Ｊはノミナルイナーシャ値を表すものとする。 FIG. 4 shows an example of processing inside the controller 100. 3 represents a position controller, 2 represents a speed controller, 4 and 5 are Laplace operators S, and represent differentiation. Kp represents a position loop proportional gain, Kv represents a velocity loop proportional gain, and Ki represents a velocity loop integral gain. Also, J represents the Nominal Ruinersha value.
このように、本実施例では、制御器１００で位置比例、速度比例積分制御、さらに、速度フィードフォワードを構成しているが、制御器ではどのような制御を行っても良く、単純にＰＩＤ制御を行っても良い。 As described above, in this embodiment, the controller 100 configures position proportionality, velocity proportional integral control, and velocity feedforward. However, the controller may perform any control and simply perform PID control. May be performed.
以下に、具体的に制御対象を剛体および電流制御部をTfを時定数とする一次遅れフィルタで近似した場合の例を示す。
まず、制御対象の伝達関数モデルは式（４）のようになる。
In the following, an example in the case of approximating a control object with a rigid body and a current control unit with a first-order lag filter with Tf as a time constant will be shown.
First, the transfer function model to be controlled is as shown in Equation (4).
この場合、図２に示す、それぞれの記号は式（５）のようになる。
In this case, each symbol shown in FIG.
この例の場合G1(s)が剛体のモータモデル、G2(s)が電流制御部を近似したモデルであるが、Tfが十分に小さい時はG2(s)の特性は無視できる。また、非線形な摩擦が存在した場合は、かえってG2(s)のフィルタ特性は考慮しないで、オーバシュート気味にトルクフィードフォワードを作成したほうが結果として位置決め特性が良い場合がある。よって、スイッチはAとBの両方を試してみて、位置決め特性のいいほうを選択すればよいのである。また、この場合、検出値と制御したい状態量が同じであるため、Ｇ３（ｓ）は１になる。 In this example, G1 (s) is a rigid motor model, and G2 (s) is a model that approximates the current control unit. However, when Tf is sufficiently small, the characteristics of G2 (s) can be ignored. In addition, when nonlinear friction exists, the positioning characteristics may be better if the torque feed forward is created in an overshoot manner without considering the filter characteristics of G2 (s). Therefore, the switch should try both A and B and select the one with the better positioning characteristics. In this case, since the detected value and the state quantity to be controlled are the same, G3 (s) becomes 1.
このように、本発明の構成にしておくことで、制御対象の伝達関数モデルに無視できる要素や、未知の外乱等があった場合、一部の項を無視して、フィードフォワードを構成できるため、伝達関数モデルのパラメータのみで調整する場合に比べ、調整の自由度が増え、最適なフィードフォワード制御を実現でき、良好な位置決め特性が得られるのである。 In this way, with the configuration of the present invention, when there are elements that can be ignored or unknown disturbances in the transfer function model to be controlled, it is possible to configure feed forward by ignoring some terms. Compared with the case where adjustment is performed using only the parameters of the transfer function model, the degree of freedom of adjustment is increased, optimal feedforward control can be realized, and good positioning characteristics are obtained.
次に制御対象が２慣性系＋むだ時間であった場合の例を示す。この場合、指令ｒｅｆから制御対象の検出値であるモータ位置ｘｆｂまでの制御対象の伝達関数モデルは式（６）のようになる。また、指令ｒｅｆから負荷位置までの伝達関数モデルは式（７）のようになる。 Next, an example in which the control target is a two inertia system + dead time is shown. In this case, the transfer function model of the controlled object from the command ref to the motor position xfb, which is the detected value of the controlled object, is expressed by Equation (6). Further, a transfer function model from the command ref to the load position is as shown in Expression (7).
ここで、Ｄはダンピング係数、Ｋはバネ定数、Ｊ１は２慣性系の１次側イナーシャ、Ｊ２は二次側イナーシャを表すものとする。
この場合、図２に示す、それぞれの記号は式（８）のようになる。
Here, D is a damping coefficient, K is a spring constant, J1 is a primary inertia of a two-inertia system, and J2 is a secondary inertia.
In this case, each symbol shown in FIG.
この場合、制御したい状態量が検出値であるモータ位置の場合は、はスイッチでＢを選択すれば、制御対象の位置検出値をむだ時間の分だけ無視して指令に追従させることができる。
In this case, in the case of the motor position where the state quantity to be controlled is a detected value, if the switch is selected with B, the position detected value to be controlled can be ignored for the dead time and the command can be followed.
また、制御したい状態量が負荷位置の場合は、スイッチをCにしておけば負荷位置をむだ時間の分だけ無視して指令に追従させることができるのである。
また、制御したい状態量が負荷位置であり、且つダンピング係数Dが十分小さく無視したい場合は式（９）のように各伝達関数を選んでも良い。
Also, when the state quantity to be controlled is the load position, if the switch is set to C, the load position can be ignored for the dead time and the command can be followed.
If the state quantity to be controlled is the load position and the damping coefficient D is sufficiently small and should be ignored, each transfer function may be selected as in equation (9).
この場合はスイッチをBにすることで、制御対象の負荷位置をダンピング係数Dの分だけ無視して指令に追従させることができる。
In this case, by setting the switch to B, it is possible to follow the command while ignoring the load position to be controlled by the damping coefficient D.
このように、本発明ではＧ３（ｓ）を考慮できるようになっているため、制御したい状態量が検出値と異なる場合も、指令と制御したい状態量を一致させるようにフィードフォワードを構成でき、どのような制御対象を制御する際も、最適なフィードフォワードを実現できるのである。 As described above, in the present invention, G3 (s) can be taken into account. Therefore, even when the state quantity to be controlled is different from the detected value, the feedforward can be configured to match the command and the state quantity to be controlled. Optimal feedforward can be realized when controlling any control target.
図３は第２実施例の構成を示す図である。実施例１との違いは、指令変換器１０１のスイッチ９および、フィードフォワード制御器１０２内のＦＦスイッチの替わりに、１３、１４、１５、１６、１７、１８に示すゲインと１９、２０に示す加算器を備えた点である。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the second embodiment. The difference from the first embodiment is that, instead of the switch 9 of the command converter 101 and the FF switch in the feedforward controller 102, the gain shown in 13, 14, 15, 16, 17, 18 and 19 and 20 are shown. This is a point provided with an adder.
図のように、それぞれの信号にゲインα、β、γを乗じて加算器で総和を求め出力する。ここで、基本的にはαとβとγの総和は１とするが、実際には、制御対象の伝達関数モデルの近似誤差があるため、かならずしも総和を１とする必要は無い。また、図３では、１３と１６、１４と１７、１５と１８は同じゲインを乗じているが、これらも調整によって、別の値に設定しても良い。
このように制御対象を伝達関数モデルで近似した際の伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する複数の演算器の出力全てにゲインを乗じて総和を求めることができ、複数の制御対象の構成を少しずつ考慮することができ、調整時の自由度が増し、制御対象モデルのパラメータが未知の場合や、モデル化誤差が大きい場合も、伝達関数モデルのパラメータのみで調整する場合に比べ、良好な位置決め応答を実現することができるのである。
As shown in the figure, each signal is multiplied by gains α, β, and γ, and a sum is obtained by an adder and output. Here, the sum of α, β, and γ is basically 1. However, in practice, there is an approximation error of the transfer function model to be controlled, so it is not always necessary to set the sum to 1. In FIG. 3, 13 and 16, 14 and 17, and 15 and 18 are multiplied by the same gain. However, these may be set to different values by adjustment.
In this way, the output can be summed by multiplying all the outputs of the multiple computing units that calculate some of the characteristics of the transfer function model when the controlled object is approximated by the transfer function model. Can be considered little by little, the degree of freedom during adjustment increases, and even when the parameters of the controlled model are unknown or when the modeling error is large, compared to the case of adjusting only with the parameters of the transfer function model A good positioning response can be realized.
また、これらのゲインを調整する際には、実際に機械を動作させてみて、実際の応答の位置決め時間が出来るだけ短くなるように、あるいは、実際の応答のオーバシュートが出来るだけ小さくなるように調整すれば、動作させる指令に合った最適なゲイン設定が可能である。 Also, when adjusting these gains, try to actually operate the machine so that the actual response positioning time is as short as possible, or the actual response overshoot is as small as possible. By adjusting, it is possible to set the optimum gain according to the command to be operated.
このように、実際の応答を見ながらゲインを調整できる構成をしているので、モデル化誤差がある場合も、動作させる指令に合った最適なゲイン設定をすることができる。 Since the gain can be adjusted while looking at the actual response in this way, even when there is a modeling error, it is possible to set an optimum gain that matches the command to be operated.
指令変換器とフィードフォワード演算器内部で、制御対象の伝達関数モデルに基づいた複数の演算器の出力を選択あるいは、重みをかけて総和を求めてフィードフォワード制御するため、制御対象モデルのパラメータが未知なときやモデル化誤差があった場合も最適な動作を実現できるので、工作機やロボットのように電動機の制御だけでなく油圧式の機械や化学プラントの制御という用途にも適用できる。 In the command converter and feedforward computing unit, the output of multiple computing units based on the transfer function model to be controlled is selected or weighted to obtain the sum, and feedforward control is performed. Even when unknown or when there is a modeling error, optimal operation can be realized, so that it can be applied not only to the control of electric motors such as machine tools and robots but also to the control of hydraulic machines and chemical plants.
１ 制御対象
２ 速度制御器
３ 位置制御器
・ 微分要素
６ ＦＦ演算器Ａ
７ ＦＦ演算器Ｂ
８ ＦＦ演算器Ｃ
９ ＦＦスイッチ
１０ 演算器Ｂ
１１ 演算器Ｃ
１２ スイッチ
１３、１４、１５、１６、１７、１８ ゲイン
１９、２０ 加算器
１００ 制御器
１０１ 指令変換器
１０２ フィードフォワード演算器
１０３ 指令フィルタ
２１２ フィードフォワード回路
２４０ 指令フィルタ
２４１ フィードフォワードトルク信号生成フィルタ
２４２ 応答目標電動機位置信号生成フィルタ
1 Control object 2 Speed controller 3 Position controller / differential element 6 FF calculator A
7 FF calculator B
8 FF calculator C
9 FF switch 10 Calculator B
11 Calculator C
12 switch 13, 14, 15, 16, 17, 18 gain 19, 20 adder 100 controller 101 command converter 102 feed forward calculator 103 command filter 212 feed forward circuit 240 command filter 241 feed forward torque signal generation filter 242 response Target motor position signal generation filter
Claims (7)
前記指令にフィルタ処理をする指令フィルタと、フィルタ処理後の指令を変換し新たな指令を生成する指令変換器と、フィルタ処理後の指令からフィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード演算器と、を備え、
前記指令変換器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力を選択するスイッチを備え、
前記フィードフォワード演算器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の逆特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力を選択できるスイッチを備えたことを特徴とするサーボ制御装置。 On the basis of the command and the detection value of the control object, in a servo control device that performs a control calculation so that the control object realizes a desired operation, generates a torque command, and drives the control object,
A command filter that performs filtering on the command, a command converter that converts the command after filtering to generate a new command, and a feedforward calculator that generates a feedforward torque command from the command after filtering. Prepared,
The command converter includes a plurality of arithmetic units that calculate some characteristics of the characteristics of the transfer function model that approximates the control target torque command to the detected value, and switches that select outputs of the plurality of arithmetic units With
The feed-forward computing unit includes a plurality of computing units that compute some inverse characteristics of the characteristics of the transfer function model that approximates the control target torque command to the detected value, and selects the outputs of the plurality of computing units. A servo control device comprising a switch that can be used.
前記指令にフィルタ処理をする指令フィルタと、フィルタ処理後の指令を変換し新たな指令を生成する指令変換器と、フィルタ処理後の指令からフィードフォワードトルク指令を生成するフィードフォワード演算器と、を備え、
前記指令変換器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力それぞれにゲインを乗じたのち加算する加算器を備え、
前記フィードフォワード演算器は、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの特性の一部の逆特性を演算する演算器を複数備えており、複数の演算器の出力それぞれにゲインを乗じたのち加算する加算器を備えたことを特徴とするサーボ制御装置。 On the basis of the command and the detection value of the control object, in a servo control device that performs a control calculation so that the control object realizes a desired operation, generates a torque command, and drives the control object,
A command filter that performs filtering on the command, a command converter that converts the command after filtering to generate a new command, and a feedforward calculator that generates a feedforward torque command from the command after filtering. Prepared,
The command converter includes a plurality of arithmetic units that calculate some of the characteristics of the transfer function model approximating the torque command to the detected value to be controlled, and gains are respectively provided to the outputs of the plurality of arithmetic units. It is equipped with an adder that adds after multiplication.
The feedforward computing unit includes a plurality of computing units that compute some inverse characteristics of the characteristics of the transfer function model that approximates the torque command to the detected value to be controlled, and outputs each of the outputs of the plurality of computing units. A servo control device comprising an adder for multiplying gains after addition.
前記指令変換器は、前記複数の演算器に加え、前記制御対象のトルク指令から検出値までを近似した伝達関数モデルの一部の特性および、前記制御対象のトルク指令から制御したい状態量までを近似した伝達関数モデルの一部の逆特性を演算する演算器を備え、
前記フィードフォワード演算器は、前記複数の演算器に加え、前記制御対象のトルク指令から制御したい状態量までを近似した伝達関数モデルの一部の逆特性を演算する演算器を備えることを特徴とする請求項１または２記載のサーボ制御装置。 When the detected value of the controlled object is different from the state quantity to be actually controlled,
The command converter includes, in addition to the plurality of arithmetic units, characteristics of a part of a transfer function model that approximates the control target torque command to a detected value, and the control target torque command to a state quantity to be controlled. An arithmetic unit that calculates the inverse characteristics of a part of the approximate transfer function model
In addition to the plurality of computing units, the feedforward computing unit includes a computing unit that computes a reverse characteristic of a part of a transfer function model that approximates from a torque command to be controlled to a state quantity to be controlled. The servo control device according to claim 1 or 2.
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