JP2011008360A - Design method of sliding mode control system and design support device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多慣性共振系を制御対象とするスライディングモード制御系の設計方法及びその設計支援装置に関する。 The present invention relates to a design method and a design support apparatus for a sliding mode control system that controls a multi-inertia resonance system.
従来、スライディングモード制御理論(例えば、非特許文献1参照。)に基づいて、サーボモータを用いて移動体の位置を指令値に追従させる位置制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, based on a sliding mode control theory (see, for example, Non-Patent Document 1), a position control device that uses a servo motor to track the position of a moving body to a command value is known (see, for example, Patent Document 1). .)
特許文献1に記載の位置制御装置は、位置指令と制御システムの状態変数とを受け取って制御入力を出力するスライディングモード制御器と、フィードバックされる速度に基づいてスライディングモード制御器が出力する制御入力を補償する外乱変数補償器とを含み、所定の超平面ベクトルを用いてスライディングモード制御器中の切換関数を定義する。
The position control device described in
しかしながら、特許文献1は、超平面ベクトルを決定するための手段を何ら開示していないので、設計者は、特許文献1に基づいてスライディングモード制御器を具体的な設計に適用することができない。
However, since
上述の点に鑑み、本発明は、スライディングモード制御系の簡易な設計方法及びその設計支援装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a simple design method of a sliding mode control system and a design support apparatus thereof.
上述の目的を達成するために、本発明に係るスライディングモード制御系の設計方法は、等価制御入力である第一制御入力を算出する等価制御器、切換関数の値に比例した第二制御入力を算出する比例到達制御器、切換関数に基づいて決定され制御対象の状態に対して非線形な第三制御入力を算出する非線形制御器、並びに、前記第一制御入力、前記第二制御入力、及び前記第三制御入力を加算して最終的な制御入力を算出する加算器を備えたスライディングモード制御系の設計方法であって、制御対象を線形制御系で制御する場合の状態フィードバックゲインを算出する算出ステップ、及び、前記状態フィードバックゲインによって導出される制御入力が前記第一制御入力と前記第二制御入力との合計に等しいものとして前記等価制御器及び前記比例到達制御器を設計する設計ステップ、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a design method for a sliding mode control system according to the present invention includes an equivalent controller that calculates a first control input that is an equivalent control input, and a second control input that is proportional to the value of the switching function. A proportional arrival controller to calculate, a nonlinear controller to calculate a third control input that is determined based on a switching function and is nonlinear with respect to a state to be controlled, and the first control input, the second control input, and the A method for designing a sliding mode control system including an adder that adds a third control input to calculate a final control input, and calculates a state feedback gain when a controlled object is controlled by a linear control system And the equivalent controller and the control input, assuming that the control input derived by the state feedback gain is equal to the sum of the first control input and the second control input. It characterized by having a design step, to design the proportional arrival controller.
また、本発明に係るスライディングモード制御系の設計方法では、前記スライディングモード制御系は、連続時間制御系であり、超平面ベクトルをS、システム行列をA、単位行列をI、状態ベクトルをx、比例到達ゲインをη、前記状態フィードバックゲインをFcとすると、前記第一制御入力は、u1=−SAxで表され、前記第二制御入力は、u2=−ηSxで表され、制御対象を線形制御系で制御する場合の前記状態フィードバックゲインによる制御入力は、uC=−Fcxで表され、前記設計ステップにおいて、前記等価制御器及び前記比例到達制御器は、u1+u2=uCの関係に基づく方程式S(A+ηI)=Fcから超平面ベクトルS及び比例到達ゲインηを導出することによって設計されることが好ましい。 In the sliding mode control system design method according to the present invention, the sliding mode control system is a continuous-time control system, and the hyperplane vector is S, the system matrix is A, the unit matrix is I, the state vector is x, When the proportional reach gain is η and the state feedback gain is F c , the first control input is represented by u 1 = −SAx, the second control input is represented by u 2 = −ηSx, and the control target The control input based on the state feedback gain in the case of controlling with a linear control system is represented by u C = −F c x. In the design step, the equivalent controller and the proportional arrival controller are represented by u 1 + u 2. It is preferably designed by deriving the hyperplane vector S and the proportional reach gain η from the equation S (A + ηI) = F c based on the relationship = C.
また、本発明に係るスライディングモード制御系の設計方法では、前記スライディングモード制御系は、離散時間制御系であり、超平面ベクトルをS、システム行列をΦ、単位行列をI、状態ベクトルをx、サンプル回数をk、比例到達ゲインをμ、前記状態フィードバックゲインをFdとすると、前記第一制御入力は、u1[k]=−S(Φ−I)x[k]で表され、前記第二制御入力は、u2[k]=−μSx[k]で表され、制御対象を線形制御系で制御する場合の前記状態フィードバックゲインによる制御入力は、ud[k]=−Fdx[k]で表され、前記設計ステップにおいて、前記等価制御器及び前記比例到達制御器は、u1[k]+u2[k]=ud[k]の関係に基づく方程式S{Φ+(μ−1)I}=Fdから超平面ベクトルS及び比例到達ゲインμを導出することによって設計されることが好ましい。 Also, in the sliding mode control system design method according to the present invention, the sliding mode control system is a discrete time control system, wherein the hyperplane vector is S, the system matrix is Φ, the unit matrix is I, the state vector is x, When the number of samples is k, the proportional reach gain is μ, and the state feedback gain is F d , the first control input is represented by u 1 [k] = − S (Φ−I) × [k], The second control input is represented by u 2 [k] = − μSx [k], and the control input by the state feedback gain when the control target is controlled by the linear control system is u d [k] = − F d x [k], and in the design step, the equivalent controller and the proportional arrival controller are represented by an equation S {Φ + () based on the relationship u 1 [k] + u 2 [k] = u d [k]. μ-1) I} = F d and beyond It is preferably designed by deriving the plane vector S and the proportional reach gain μ.
また、本発明に係るスライディングモード制御系の設計方法では、前記設計ステップにおいて、前記非線形制御器は、飽和関数を用いて設計されることが好ましい。 In the sliding mode control system design method according to the present invention, it is preferable that in the design step, the nonlinear controller is designed using a saturation function.
また、本発明に係るスライディングモード制御系の設計を支援する設計支援装置は、超平面ベクトルを用いて等価制御入力である第一制御入力を算出する等価制御器、該超平面ベクトル及び比例伝達ゲインを用いて切換関数の値に比例した第二制御入力を算出する比例到達制御器、切換関数に基づいて決定され制御対象の状態に対して非線形な第三制御入力を算出する非線形制御器、並びに、前記第一制御入力、前記第二制御入力、及び前記第三制御入力を加算して最終的な制御入力を算出する加算器を備えたスライディングモード制御系の設計を支援する設計支援装置であって、制御対象を線形制御系で制御する場合の状態フィードバックゲインを取得する状態フィードバックゲイン取得手段、及び、前記状態フィードバックゲインによって導出される制御入力が前記第一制御入力と前記第二制御入力との合計に等しいものとして前記超平面ベクトル及び前記比例伝達ゲインを算出する算出手段を備えることを特徴とする。 Further, a design support apparatus for supporting the design of a sliding mode control system according to the present invention includes an equivalent controller that calculates a first control input that is an equivalent control input using a hyperplane vector, the hyperplane vector, and a proportional transfer gain. A proportional arrival controller that calculates a second control input proportional to the value of the switching function using a non-linear controller that calculates a third control input determined based on the switching function and nonlinear with respect to the state of the controlled object; and A design support apparatus that supports the design of a sliding mode control system including an adder that adds the first control input, the second control input, and the third control input to calculate a final control input. State feedback gain acquisition means for acquiring a state feedback gain when the controlled object is controlled by a linear control system, and the state feedback gain. Control input is derived is characterized by comprising a calculating means for calculating the hyperplane vector and the proportional transmission gain as equal to the sum of said second control input and said first control input.
上述により、本発明は、スライディングモード制御系の簡易な設計方法及びその設計支援装置を提供することができる。 As described above, the present invention can provide a simple design method of a sliding mode control system and a design support apparatus thereof.
図1は、本発明に係るスライディングモードコントローラの構成例を示すブロック図であり、スライディングモードコントローラ10は、等価制御器11、切換関数演算器12、比例到達制御器13、非線形制御器14、及び加算器15を有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a sliding mode controller according to the present invention. The
図1では、スライディングモードコントローラ10の制御対象は連続時間制御系であり、その制御対象のダイナミクスは、式(1)の微分方程式(状態方程式)で記述される。
In FIG. 1, the control target of the
等価制御器11は、状態ベクトルxの入力を受けて等価制御入力u1を算出する要素であり、切換関数演算器12は、状態ベクトルxの入力を受けて切換関数σを出力する要素である。なお、切換関数σは、式(2)で表され、切換超平面は、式(3)で表され、等価制御入力u1は、式(4)で表される。
The
また、比例到達制御器13は、切換関数σの入力を受けて切換関数σの値に比例した制御入力u2を算出する要素であり、非線形制御器14は、制御対象の状態を切換超平面に到達させ且つ拘束するための制御入力u3を算出する要素である。なお、制御入力u2は、式(5)で表され、制御入力u3は、式(6)の飽和関数で表される。
The
また、加算器15は、等価制御器11が出力する等価制御入力u1と、比例到達制御器13が出力する制御入力u2と、非線形制御器14が出力する制御入力u3とを加算して制御入力uを算出するための要素である。
The
ここで、図2を参照しながら、連続時間制御系のスライディングモードコントローラ10の設計方法について説明する。なお、図2は、その設計手順の流れを示すフローチャートである。以下では制御対象をモデリングして得られる状態方程式が可制御正準形ではないものとしているが、制御対象から直接的に可制御正準形の状態方程式が得られる場合には、可制御正準形への変換手順は不要である。また、可制御正準形及び同値変換については公知の手法(例えば、吉川 恒夫、井村 順一、「現代制御論」、昭晃堂(1994)に記載の手法)を用いればよい。
Here, a design method of the sliding
最初に、設計者は、制御対象をモデリングし、可制御正準形への変換行列を計算し同値変換を行うことで、可制御正準形の状態方程式を取得する(ステップS1)。 First, the designer obtains a controllable canonical state equation by modeling a controlled object, calculates a conversion matrix to a controllable canonical form, and performs equivalence conversion (step S1).
その後、設計者は、制御対象を線形制御系で制御する場合の状態フィードバックゲインFcを算出する(ステップS2)。算出方法には、例えば、公知の極配置法や最適制御理論(例えば、吉川 恒夫、井村 順一、「現代制御論」、昭晃堂(1994)に記載の手法)が用いられる。なお、状態フィードバック制御による制御入力ucは、式(7)のように表される。 Thereafter, the designer calculates the state feedback gain F c in the case of controlling the control object in a linear control system (step S2). As a calculation method, for example, a well-known pole placement method or optimal control theory (for example, the method described in Tsuneo Yoshikawa, Junichi Imura, “Modern Control Theory”, Shosodo (1994)) is used. The control input u c by the state feedback control is expressed by the equation (7).
最後に、設計者は、制御対象の状態を切換超平面に到達させ且つ拘束するための制御(例えば、飽和関数を用いた飽和制御である。)を採用して非線形制御器14を設計し(ステップS5)、例えば、図3に示すようなスライディングモードコントローラ10を得る。
Finally, the designer designs the
以上の構成により、設計者は、制御対象のダイナミクスが微分方程式で記述される連続時間制御系に対してスライディングモード制御を適用することができる。 With the above configuration, the designer can apply the sliding mode control to the continuous-time control system in which the dynamics to be controlled are described by a differential equation.
次に、図4を参照しながら、離散時間制御系のスライディングモードコントローラ10の設計方法について説明する。なお、図4は、その設計手順の流れを示すフローチャートである。
Next, a design method of the sliding
最初に、設計者は、連続時間制御系の場合と同様に、制御対象をモデリングし、式(1)で表される状態方程式(可制御正準形である必要はない。)を取得する(ステップS11)。 First, as in the case of the continuous-time control system, the designer models the object to be controlled and obtains the state equation represented by the equation (1) (it does not have to be a controllable canonical form) ( Step S11).
その後、設計者は、連続時間制御系の場合と同様に、式(7)で表される状態フィードバックゲインFcを算出する(ステップS12)。 Thereafter, the designer, as in the case of a continuous time control system, to calculate the state feedback gain F c of the formula (7) (step S12).
その後、設計者は、式(1)で表される連続時間制御系の状態方程式を離散化し、可制御正準形への変換行列を計算して同値変換を行うことで、式(9)で表される離散時間制御系の状態方程式とその変換行列とを取得する(ステップS13)。 After that, the designer discretizes the state equation of the continuous-time control system represented by Equation (1), calculates the transformation matrix to a controllable canonical form, and performs equivalence transformation, thereby obtaining Equation (9) The state equation of the discrete time control system represented and its transformation matrix are acquired (step S13).
その後、設計者は、式(7)で表される状態フィードバックゲインFcを離散化することによって離散時間制御系に対応する状態フィードバックゲインFdを取得する(ステップS14)。また、設計者は、連続時間制御系の状態フィードバックゲインFcに基づくことなく、式(9)で表される状態方程式に対して離散時間制御系における従来の設計手法を適用することで状態フィードバックゲインFdを取得するようにしてもよい。 Thereafter, the designer obtains a state feedback gain F d corresponding to the discrete time control system by discretizing the state feedback gain F c represented by Expression (7) (step S14). In addition, the designer can apply state design feedback in the discrete time control system to the state equation expressed by Equation (9) without using the state feedback gain F c of the continuous time control system. it may acquire a gain F d.
例えば、設計者は、行列A−BFcの固有値Pcに基づいて、Pd=exp(PcTs)を算出し、行列Φ−ΓFdの固有値がPdとなるように状態フィードバックゲインFdを算出する。なお、Tsは、サンプリング時間である。 For example, the designer calculates P d = exp (P c T s ) based on the eigenvalue P c of the matrix A-BF c , and the state feedback gain so that the eigenvalue of the matrix Φ-ΓF d becomes P d. F d is calculated. Note that T s is a sampling time.
以上より、状態フィードバック制御による制御入力udは、式(10)のように表される。 Thus, the control input u d by the state feedback control is expressed by the equation (10).
なお、制御対象の状態を切換超平面に到達させ且つ拘束するための制御入力u3は、例えば、式(14)で表される。 The control input u 3 for causing the state of the controlled object to reach and restrain the switching hyperplane is expressed by, for example, Expression (14).
次に、連続時間制御系における式(8)を解くことによって比例伝達ゲインη及び超平面ベクトルSを算出する手順を詳述する。 Next, a procedure for calculating the proportional transfer gain η and the hyperplane vector S by solving the equation (8) in the continuous time control system will be described in detail.
可制御正準形において、システム行列A及び入力行列Bはそれぞれ、式(15)、式(16)で表される。 In the controllable canonical form, the system matrix A and the input matrix B are expressed by the equations (15) and (16), respectively.
次に、離散時間制御系における式(11)を解くことによって比例伝達ゲインμ及び超平面ベクトルSを算出する手順を詳述する。 Next, a procedure for calculating the proportional transfer gain μ and the hyperplane vector S by solving the equation (11) in the discrete time control system will be described in detail.
離散時間制御系における式(11)は、連続時間制御系における式(8)と同様に展開されると、式(23)で表され、式(23)は、更に式(24)で表される。 Expression (11) in the discrete time control system is expressed by Expression (23) when developed in the same manner as Expression (8) in the continuous time control system, and Expression (23) is further expressed by Expression (24). The
次に、飽和関数を用いた非線形制御器14の詳細について説明する。
Next, the details of the
連続時間制御系における非線形制御器14は、式(6)で表される飽和関数を採用し、また、離散時間制御系における非線形制御器14は、式(14)で表される飽和関数を採用してチャタリングの発生を防止している(仮に、境界層を設けずに非線形制御器14を切換関数とし、非線形制御入力u3を式(6)'のように表すものとすれば、非線形制御入力u3は、切換関数σが0(ゼロ)の近傍となる領域において−KとKとの間を頻繁に切り換えるチャタリングを発生させることとなる。)。
The
なお、フィードバックする状態ベクトルxの状態量のそれぞれは、制御対象から直接検出されたものであってもよく、或いは、オブザーバによって推定されたものであってもよい。しかしながら、制御対象から直接検出される状態量及びオブザーバによって推定される状態量は、一般に、可制御正準形の状態量とは異なるものである。そのため、制御対象から直接検出される状態量又はオブザーバによって推定される状態量は、可制御正準形の状態量に変換してからフィードバックされる。 Each of the state quantities of the state vector x to be fed back may be detected directly from the control target, or may be estimated by an observer. However, the state quantity directly detected from the controlled object and the state quantity estimated by the observer are generally different from the controllable canonical state quantity. Therefore, the state quantity directly detected from the control object or the state quantity estimated by the observer is fed back after being converted into a controllable canonical state quantity.
次に、図5を参照しながら、本発明に係るスライディングモード制御系の設計方法に従って設計される減速機付電動機の制御系100について説明する。
Next, the
制御系100は、電動機101と負荷104とが連結部103で結合された共振機械系であり、レゾルバ等の位置検出器102によって検出される電動機101の位置θmを、目標信号発生器105で生成される目標信号θrに一致させるように動作する。
The
位置制御器106は、位置偏差(θr−θm)に基づいて速度指令ωrを出力する。
The
速度制御器107は、本発明に係るスライディングモードコントローラ10に相当し、可制御正準形の状態ベクトルxの入力を受け、制御入力uとしてトルク指令を出力する。
The
トルク制御器108は、電動機101が出力するトルクが制御入力uに一致するよう、電動機101に対して電力τrを供給する。
The
状態観測器(オブザーバ)109は、速度制御器107が出力する制御入力uと位置検出器102が検出する電動機101の位置θmとに基づいてねじれ推定値(電動機101の位置θmと負荷104の位置との間のずれ)θtとねじれ推定値θtの微分値ωtを出力する。
The state observer (observer) 109 is based on the control input u output from the
減算器110は、位置偏差(θr−θm)を導出するために、目標信号θrから電動機101の位置θmを減算する。
The
減算器111は、ねじれ推定値θtの微分値ωtから速度指令ωrを減算した結果を変換器112に入力する。
変換器112は、ねじれ推定値θtとねじれ推定値θtの微分値ωtから速度指令ωrを減算した値とを含む列ベクトルを変換行列Tにより可制御正準形へ変換し、状態ベクトルxを出力する。
制御系100の状態方程式は、式(28)で表され、状態ベクトルx、システム行列A、入力行列B、出力行列Cはそれぞれ、式(29)、式(30)、式(31)、式(32)で表される。
The state equation of the
電動機101の慣性モーメントjmを0.0001[kgm2]とし、負荷104の慣性モーメントjlを0.001[kgm2]とし(その結果として、合成モーメントjaは、0.000091[kgm2]となる。)、ねじり剛性kを98.7[Nm/rad]とし、ねじり粘性bを無視できる値(0[Nm/rad/s]に近い値)として制御系100の設計を行うと、式(28)で表される系を可制御正準形に変換するための変換行列Tは、式(33)で表されるものとなる。
The inertia moment j m of the
図6(A)及び図6(B)は、設計値通りのねじり剛性k(98.7[Nm/rad])及びねじり粘性b(0.0001[Nm/rad/s])を与えた場合のシミュレーション結果であり、図6(A)は、非線形制御器14を用いずに位置制御を行った場合を示し、図6(B)は、非線形制御器14を用いて位置制御を行った場合を示す。なお、非線形制御器14は、式(6)で表される飽和関数を採用するものとし、非線形ゲインKを1.5とし、境界層を示す定数φを8.044×10−4とする。
6A and 6B show the case where the torsional stiffness k (98.7 [Nm / rad]) and the torsional viscosity b (0.0001 [Nm / rad / s]) as given in the design values are given. 6A shows a case where position control is performed without using the
図6(A)及び図6(B)を参照すると、図6(B)におけるシミュレーション結果が、図6(A)におけるシミュレーション結果よりも整定性が良くなっていることが見て取れる。 Referring to FIGS. 6A and 6B, it can be seen that the simulation result in FIG. 6B has better settling than the simulation result in FIG.
また、図6(C)及び図6(D)は、設計値の70%のねじり剛性k(69.1[Nm/rad])を与えた場合のシミュレーション結果であり(他の条件は図6(A)及び図6(B)と等しいものとする。)、図6(C)は、非線形制御器14を用いずに位置制御を行った場合を示し、図6(D)は、非線形制御器14を用いて位置制御を行った場合を示す。
FIGS. 6C and 6D are simulation results when a torsional rigidity k (69.1 [Nm / rad]) of 70% of the design value is given (other conditions are shown in FIG. 6). (A) and FIG. 6 (B) are equivalent.) FIG. 6 (C) shows the case where position control is performed without using the
図6(A)〜(D)を参照すると、図6(C)におけるシミュレーション結果は、図6(A)におけるシミュレーション結果よりも残留振動が増大しており、また、図6(D)におけるシミュレーション結果は、図6(C)におけるシミュレーション結果よりも残留振動が減少していることが見て取れる。 Referring to FIGS. 6A to 6D, the simulation result in FIG. 6C has a larger residual vibration than the simulation result in FIG. 6A, and the simulation in FIG. As a result, it can be seen that the residual vibration is reduced as compared with the simulation result in FIG.
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、スライディングモードコントローラ10は、出力される電力を一定に保つように制御するレギュレータ、及び、物体の位置等を制御量として目標値に追従するよう制御するサーボ系の双方に適用可能である。
For example, the sliding
また、線形状態フィードバックゲインを取得し、取得した線形状態フィードバックゲインに基づいて超平面ベクトル及び比例到達ゲインを算出するという一連の設計手順は、マイクロプロセッサ等のハードウェアを用いた設計支援装置として実現されてもよく、種々のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体や電気通信回線を通じた配布が可能な設計支援ソフトウェアとして実現されてもよい。 A series of design procedures to acquire linear state feedback gain and calculate hyperplane vector and proportional arrival gain based on the acquired linear state feedback gain is realized as a design support device using hardware such as a microprocessor. It may also be realized as design support software that can be distributed through various computer-readable storage media and telecommunication lines.
10・・・スライディングモードコントローラ 11・・・等価制御器 12・・・切換関数演算器 13・・・比例伝達制御器 14・・・非線形制御器 15・・・加算器 100・・・減速機付電動機制御系 101・・・電動機 102・・・位置検出器 103・・・連結部 104・・・負荷 105・・・目標信号発生器 106・・・位置制御器 107・・・速度制御器 108・・・トルク制御器 109・・・状態観測器 110、111・・・減算器 112・・・変換器
DESCRIPTION OF
Claims (5)
制御対象を線形制御系で制御する場合の状態フィードバックゲインを算出する算出ステップ、及び
前記状態フィードバックゲインによって導出される制御入力が前記第一制御入力と前記第二制御入力との合計に等しいものとして前記等価制御器及び前記比例到達制御器を設計する設計ステップ、
を有するスライディングモード制御系の設計方法。 An equivalent controller for calculating the first control input, which is an equivalent control input, a proportional arrival controller for calculating the second control input proportional to the value of the switching function, and a non-linear with respect to the state of the controlled object determined based on the switching function And a non-linear controller that calculates a third control input, and a sliding device including an adder that calculates the final control input by adding the first control input, the second control input, and the third control input A mode control system design method,
A calculation step for calculating a state feedback gain when the control object is controlled by a linear control system, and a control input derived by the state feedback gain is equal to the sum of the first control input and the second control input A design step of designing the equivalent controller and the proportional reach controller;
Method for designing a sliding mode control system having
超平面ベクトルをS、システム行列をA、単位行列をI、状態ベクトルをx、比例到達ゲインをη、前記状態フィードバックゲインをFcとすると、
前記第一制御入力は、u1=−SAxで表され、
前記第二制御入力は、u2=−ηSxで表され、
制御対象を線形制御系で制御する場合の前記状態フィードバックゲインによる制御入力は、uC=−Fcxで表され、
前記設計ステップにおいて、前記等価制御器及び前記比例到達制御器は、u1+u2=uCの関係に基づく方程式S(A+ηI)=Fcから超平面ベクトルS及び比例到達ゲインηを導出することによって設計される、
ことを特徴とする請求項1に記載のスライディングモード制御系の設計方法。 The sliding mode control system is a continuous time control system,
If the hyperplane vector is S, the system matrix is A, the unit matrix is I, the state vector is x, the proportional gain is η, and the state feedback gain is F c ,
The first control input is represented by u 1 = −SAx,
The second control input is represented by u 2 = −ηSx,
The control input by the state feedback gain when the control target is controlled by a linear control system is represented by u C = −F c x,
In the design step, the equivalent controller and the proportional reaching controller derive a hyperplane vector S and a proportional reaching gain η from an equation S (A + ηI) = F c based on the relationship u 1 + u 2 = u C. Designed by,
The sliding mode control system design method according to claim 1.
超平面ベクトルをS、システム行列をΦ、単位行列をI、状態ベクトルをx、サンプル回数をk、比例到達ゲインをμ、前記状態フィードバックゲインをFdとすると、
前記第一制御入力は、u1[k]=−S(Φ−I)x[k]で表され、
前記第二制御入力は、u2[k]=−μSx[k]で表され、
制御対象を線形制御系で制御する場合の前記状態フィードバックゲインによる制御入力は、ud[k]=−Fdx[k]で表され、
前記設計ステップにおいて、前記等価制御器及び前記比例到達制御器は、u1[k]+u2[k]=ud[k]の関係に基づく方程式S{Φ+(μ−1)I}=Fdから超平面ベクトルS及び比例到達ゲインμを導出することによって設計される、
ことを特徴とする請求項1に記載のスライディングモード制御系の設計方法。 The sliding mode control system is a discrete time control system,
If the hyperplane vector is S, the system matrix is Φ, the unit matrix is I, the state vector is x, the number of samples is k, the proportional gain is μ, and the state feedback gain is F d ,
The first control input is represented by u 1 [k] = − S (Φ−I) × [k],
The second control input is represented by u 2 [k] = − μSx [k],
The control input by the state feedback gain when the control target is controlled by a linear control system is represented by u d [k] = − F d x [k],
In the design step, the equivalent controller and the proportional arrival controller are configured to use the equation S {Φ + (μ−1) I} = F based on the relationship u 1 [k] + u 2 [k] = u d [k]. designed by deriving the hyperplane vector S and the proportional reach gain μ from d ,
The sliding mode control system design method according to claim 1.
制御対象を線形制御系で制御する場合の状態フィードバックゲインを取得する状態フィードバックゲイン取得手段、及び
前記状態フィードバックゲインによって導出される制御入力が前記第一制御入力と前記第二制御入力との合計に等しいものとして前記超平面ベクトル及び前記比例伝達ゲインを算出する算出手段、
を備えるスライディングモード制御系の設計支援装置。 An equivalent controller that calculates a first control input that is an equivalent control input using a hyperplane vector, and a proportional attainment control that calculates a second control input proportional to the value of the switching function using the hyperplane vector and a proportional transfer gain A non-linear controller that is determined based on a switching function and calculates a non-linear third control input with respect to the state of the control target, and the first control input, the second control input, and the third control input A design support apparatus that supports the design of a sliding mode control system including an adder that adds and calculates a final control input,
State feedback gain acquisition means for acquiring a state feedback gain when controlling a controlled object with a linear control system, and a control input derived by the state feedback gain is the sum of the first control input and the second control input Calculating means for calculating the hyperplane vector and the proportional transfer gain as being equal;
Sliding mode control system design support device comprising:
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