JP2011008360A - Design method of sliding mode control system and design support device thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple design method of a sliding mode control system which includes a state feedback gain obtaining means, and a computing means for computing a hyperplane vector and a proportional transmission gain.SOLUTION: The design method of a sliding mode control system (10) includes an equivalence controller (11) which computes an equivalence control input (u); a proportion attainment controller (13) which computes a control input (u) which is proportional to a value of a switching function (σ); a nonlinear controller (14) which computes a nonlinear control input (u) to a state of control object which is determined, based on the switching function (σ); and an adder (15) which computes a control input (u) by adding three control inputs (u, uand u). The control method includes a step for computing a state feedback gain (F), when controlling a control object by a linear control system; and a design step for designing the equivalence controller (11) and the proportion attainment controller (13), assuming that the control input derived by a state feedback gain (F) is equal to the sum total of the control input (u) and control input (u).

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 Patent Document 1 includes a sliding mode controller that receives a position command and a state variable of a control system and outputs a control input, and a control input that the sliding mode controller outputs based on a feedback speed. A switching function in the sliding mode controller is defined using a predetermined hyperplane vector.

特開2005−293564号公報JP 2005-293564 A

野波 健蔵、田 宏奇、「スライディングモード制御―非線形ロバスト制御の設計理論―」、コロナ社(1994)Kenzo Nonami, Hiroki Ta, “Sliding Mode Control: Design Theory of Nonlinear Robust Control”, Corona (1994)

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 Patent Document 1 does not disclose any means for determining the hyperplane vector, the designer cannot apply the sliding mode controller to a specific design based on Patent Document 1.

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Fとすると、前記第一制御入力は、u=−SAxで表され、前記第二制御入力は、u=−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、u=−Fx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、u+u=uの関係に基づく方程式S(A+ηI)=F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Fとすると、前記第一制御入力は、u[k]=−S(Φ−I)x[k]で表され、前記第二制御入力は、u[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、u[k]=−Fx[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、u[k]+u[k]=u[k]の関係に基づく方程式S{Φ+(μ−1)I}=F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.

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る。It is a block diagram which shows the structural example of the sliding mode controller which concerns on this invention. 連続時間制御系のスライディングモードコントローラの設計手順の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the design procedure of the sliding mode controller of a continuous time control system. 図2の設計手順に従って設計され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る。It is a block diagram which shows the structural example of the sliding mode controller designed according to the design procedure of FIG. 離散時間制御系のスライディングモードコントローラの設計手順の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the design procedure of the sliding mode controller of a discrete time control system. 本発明に従って設計される減速機付電動機の制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of the electric motor with a reduction gear designed according to this invention. 図5の制御系における電動機及び負荷のそれぞれの回転位置の時間的推移のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the time transition of each rotation position of the electric motor and load in the control system of FIG.

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 sliding mode controller 10 includes an equivalent controller 11, a switching function calculator 12, a proportional arrival controller 13, a nonlinear controller 14, and An adder 15 is included.

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 sliding mode controller 10 is a continuous time control system, and the dynamics of the control target is described by a differential equation (state equation) of Formula (1).

Figure 2011008360
ここで、nを任意の自然数とすると、xは、n次の列ベクトルで表される時間の変数(状態ベクトル)であり、Aは、n×nの行列で表される制御対象のシステム行列であり、Bは、n次の列ベクトルで表される制御対象の入力行列であり、uは、スカラーで表される時間の変数(制御入力)である。また、この状態方程式は、可制御正準形であるものとする。
Figure 2011008360
Here, when n is an arbitrary natural number, x is a time variable (state vector) represented by an nth-order column vector, and A is a system matrix to be controlled represented by an n × n matrix. B is an input matrix to be controlled represented by an nth-order column vector, and u is a time variable (control input) represented by a scalar. This state equation is assumed to be a controllable canonical form.

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u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uは、式(4)で表される。 The equivalent controller 11 is an element that receives an input of the state vector x and calculates an equivalent control input u 1 , and the switching function calculator 12 is an element that receives the input of the state vector x and outputs a switching function σ. . In addition, the switching function σ is expressed by Expression (2), the switching hyperplane is expressed by Expression (3), and the equivalent control input u 1 is expressed by Expression (4).

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
ここで、Sは、n次の行ベクトルで表される超平面ベクトルである。また、切換超平面は、n次元ベクトル空間の超平面であり、n=2ならば直線、n=3ならば平面となる。切換関数σが0(ゼロ)であれば、制御対象の状態が切換超平面上にあることが分かり、また、切換関数σが0(ゼロ)でなければ、その符号に基づいて、制御対象の状態が切換超平面によって二分されるn次元ベクトル空間の何れの側に存在するかが分かる。
Figure 2011008360
Here, S is a hyperplane vector represented by an nth-order row vector. The switching hyperplane is a hyperplane of the n-dimensional vector space, and is a straight line if n = 2 and a plane if n = 3. If the switching function σ is 0 (zero), it can be seen that the state of the controlled object is on the switching hyperplane, and if the switching function σ is not 0 (zero), based on the sign, It can be seen on which side of the n-dimensional vector space the state is bisected by the switching hyperplane.

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u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uを算出する要素である。なお、制御入力uは、式(5)で表され、制御入力uは、式(6)の飽和関数で表される。 The proportional arrival controller 13 is an element that receives the input of the switching function σ and calculates a control input u 2 that is proportional to the value of the switching function σ. The nonlinear controller 14 switches the state of the controlled object to the switching hyperplane. This is an element for calculating the control input u 3 for reaching and restraining. The control input u 2 is expressed by the equation (5), and the control input u 3 is expressed by the saturation function of the equation (6).

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
ここで、ηは、比例到達ゲインであり、Kは、非線形ゲインであり、φは、境界層を示す定数である。
Figure 2011008360
Here, η is a proportional reach gain, K is a non-linear gain, and φ is a constant indicating the boundary layer.

また、加算器15は、等価制御器11が出力する等価制御入力uと、比例到達制御器13が出力する制御入力uと、非線形制御器14が出力する制御入力u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 adder 15 adds the equivalent control input u 1 output from the equivalent controller 11, the control input u 2 output from the proportional arrival controller 13, and the control input u 3 output from the nonlinear controller 14. This is an element for calculating the control input u.

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 mode controller 10 of the continuous time control system will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the design procedure. In the following, it is assumed that the state equation obtained by modeling the controlled object is not a controllable canonical form, but if a controllable canonical state equation is obtained directly from the controlled object, the controllable canonical form is obtained. No conversion procedure is required. For the controllable canonical form and equivalence conversion, known methods (for example, the method described in Tsuneo Yoshikawa, Junichi Imura, “Modern Control Theory”, Shosodo (1994)) may be used.

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F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u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).

Figure 2011008360
その後、設計者は、状態フィードバックゲインFによる制御入力uが、等価制御器11が出力する等価制御入力uと比例到達制御器13が出力する制御入力uとの合計に等しいものとして、式(4)、(5)、(7)から式(8)を導き出し、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(ステップS3)。
Figure 2011008360
Thereafter, the designer, the state feedback gain F c by the control input u c is, as equal to the sum of the control input u 2 of the equivalent control input u 1 and proportional reaching controller 13 to output the equivalent control unit 11 outputs Equation (8) is derived from Equations (4), (5), and (7), and proportional transmission gain η and hyperplane vector S are calculated by solving Equation (8) (step S3).

Figure 2011008360
その後、設計者は、算出した比例伝達ゲインη及び超平面ベクトルSを用いて等価制御器11、切換関数演算器12及び比例到達制御器13を設計し(ステップS4)、例えば、図3に示すような構成を得る。
Figure 2011008360
Thereafter, the designer designs the equivalent controller 11, the switching function calculator 12, and the proportional arrival controller 13 using the calculated proportional transfer gain η and hyperplane vector S (step S4), for example, as shown in FIG. A configuration like this is obtained.

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 nonlinear controller 14 by adopting control (for example, saturation control using a saturation function) for causing the state of the controlled object to reach the switching hyperplane and constraining it ( Step S5), for example, to obtain a sliding mode controller 10 as shown in FIG.

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 mode controller 10 of the discrete time control system will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the design procedure.

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F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).

Figure 2011008360
ここで、n、kを任意の自然数とすると、xは、所定のサンプリング間隔で更新されるn次の列ベクトルで表される状態ベクトルであり、Φは、n×nの行列で表される制御対象のシステム行列であり、Γは、n次の列ベクトルで表される制御対象の入力行列であり、uは、所定のサンプリング間隔で更新されるスカラーで表される制御入力である。また、[](大括弧)内の値はサンプリングの順番を表す。なお、この状態方程式は、連続時間制御系の状態方程式に基づくことなく、離散時間におけるモデル化を行うことによって直接的に導出されてもよい。
Figure 2011008360
Here, when n and k are arbitrary natural numbers, x is a state vector represented by an nth-order column vector updated at a predetermined sampling interval, and Φ is represented by an n × n matrix. It is a system matrix to be controlled, Γ is an input matrix of the control target expressed by an nth-order column vector, and u is a control input expressed by a scalar updated at a predetermined sampling interval. The value in [] (brackets) represents the sampling order. Note that this state equation may be derived directly by modeling in discrete time without being based on the state equation of the continuous-time control system.

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F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F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F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F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−BFの固有値Pに基づいて、P=exp(P)を算出し、行列Φ−ΓFの固有値がPとなるように状態フィードバックゲインFを算出する。なお、T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u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).

Figure 2011008360
その後、設計者は、状態フィードバックゲインFによる制御入力uが、等価制御器11が出力する等価制御入力uと比例到達制御器13が出力する制御入力uとの合計に等しいものとして、式(11)を導き出し、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(ステップS15)。なお、等価制御入力u及び制御入力uはそれぞれ、式(12)、式(13)で表される。
Figure 2011008360
Thereafter, the designer, the state feedback gain F d by the control input u d is, as equal to the sum of the control input u 2 of the equivalent control input u 1 and proportional reaching controller 13 to output the equivalent control unit 11 outputs The equation (11) is derived, and the proportional transmission gain μ and the hyperplane vector S are calculated by solving the equation (11) (step S15). Note that the equivalent control input u 1 and the control input u 2 are expressed by Expression (12) and Expression (13), respectively.

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
その後、設計者は、算出した比例伝達ゲインμ及び超平面ベクトルSを用いて等価制御器11、切換関数演算器12及び比例到達制御器13を設計し(ステップS16)、最後に、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を設計する(ステップS17)。
Figure 2011008360
Thereafter, the designer designs the equivalent controller 11, the switching function calculator 12, and the proportional arrival controller 13 using the calculated proportional transfer gain μ and hyperplane vector S (step S16), and finally, the control target. The nonlinear controller 14 is designed by adopting control for reaching and constraining the state to the switching hyperplane (for example, saturation control using a saturation function) (step S17).

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u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).

Figure 2011008360
以上の構成により、設計者は、制御対象のダイナミクスが差分方程式で記述される離散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。
Figure 2011008360
With the above configuration, the designer can apply the sliding mode control to the discrete time control system in which the dynamics to be controlled are described by the difference equation.

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.

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
ここで、α、α、・・・、αn−1は、式(17)で表される同値のシステムの特性多項式の係数である。
Figure 2011008360
Here, α 1 , α 2 ,..., Α n−1 are coefficients of the characteristic polynomial of the system of the same value expressed by the equation (17).

Figure 2011008360
状態フィードバックゲインFによって状態フィードバック制御が施されたときの特性多項式が式(18)で表すものであるとすれば、状態フィードバックゲインFは、式(19)で表されることとなる。
Figure 2011008360
If the characteristic polynomial of when the state feedback control is performed by the state feedback gain F c is the those represented by the formula (18), the state feedback gain F c is a fact represented by the formula (19).

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
式(3)によると、互いに線形従属な超平面ベクトルSは、同じ切換超平面を規定するので、第n列の値を1とするように超平面ベクトルSを選ぶと、超平面ベクトルSは、式(20)のようになる。
Figure 2011008360
According to equation (3), hyperplane vectors S that are linearly dependent on each other define the same switching hyperplane, and therefore, if the hyperplane vector S is selected so that the value of the n-th column is 1, the hyperplane vector S is (20).

Figure 2011008360
以上より、式(8)は、式(21)で表すことができ、式(21)からηの連立方程式(22)が得られる。
Figure 2011008360
From the above, equation (8) can be expressed by equation (21), and simultaneous equations (22) of η can be obtained from equation (21).

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
この連立方程式は、第1式がηに関するn次方程式となっており、ηが求まると第2式からSが求まり、第3式からSが求まるというように順次求まっていく。なお、ηの解は、n次方程式の正の実数解から任意のものを選ぶことができるが、ηの値が大きいと制御系の応答が振動的になり易いことから、好適には、最小の値が選択される。
Figure 2011008360
In the simultaneous equations, the first equation is an n-order equation relating to η, and when η is obtained, S 1 is obtained from the second equation, and S 2 is obtained from the third equation. The solution of η can be selected from positive real solutions of n-order equations. However, since the response of the control system tends to vibrate when the value of η is large, The value of is selected.

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

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
更に、式(24)からμの連立方程式(25)が得られる。
Figure 2011008360
Further, the simultaneous equation (25) of μ is obtained from the equation (24).

Figure 2011008360
この連立方程式は、第1式が(μ−1)に関するn次方程式となっており、(μ−1)が求まると第2式からSが求まり、第3式からSが求まるというように順次求まっていく。(μ−1)の解は、n次方程式の実数解のうち、0<μ<2を満たし且つμ=1以外のものを任意に選ぶことができるが、チャタリングが発生しないものは0<μ<1であり、好適には、連続時間制御系の場合と同様、正の最小値が選択される。
Figure 2011008360
In this simultaneous equation, the first equation is an n-order equation relating to (μ−1), and when (μ−1) is obtained, S 1 is obtained from the second equation, and S 2 is obtained from the third equation. Will be sought sequentially. The solution of (μ−1) can be arbitrarily selected from real solutions of n-order equations that satisfy 0 <μ <2 and other than μ = 1, but those that do not cause chattering are 0 <μ <1, and preferably the positive minimum value is selected as in the case of the continuous time control system.

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 nonlinear controller 14 using the saturation function will be described.

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uを式(6)'のように表すものとすれば、非線形制御入力u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 nonlinear controller 14 in the continuous time control system employs a saturation function represented by Expression (6), and the nonlinear controller 14 in the discrete time control system employs a saturation function represented by Expression (14). Thus, chattering is prevented from occurring (if the nonlinear controller 14 is used as a switching function without providing a boundary layer and the nonlinear control input u 3 is expressed as shown in Equation (6) ′, nonlinear control is performed. (The input u 3 causes chattering that frequently switches between −K and K in a region where the switching function σ is in the vicinity of 0 (zero).)

Figure 2011008360
具体的には、切換関数σの絶対値がφ未満となる領域において、非線形制御入力uは、式(26)(連続時間制御系)又は式(27)(離散時間制御系)で表されるように線形となり、切換関数σが0(ゼロ)の近傍となる領域におけるチャタリングを防止する。
Figure 2011008360
Specifically, in the region where the absolute value of the switching function σ is less than φ, the nonlinear control input u 3 is expressed by Equation (26) (continuous time control system) or Equation (27) (discrete time control system). Thus, chattering in a region where the switching function σ is in the vicinity of 0 (zero) is prevented.

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
以上の構成により、設計者は、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ことで、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、及び、制御対象のダイナミクスが差分方程式で記述される離散時間制御系の双方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、線形状態フィードバックゲインの設計法が確立している線形制御系を容易にスライディングモード制御系に拡張することができる。
Figure 2011008360
With the above configuration, the designer calculates the hyperplane vector and the proportional reach gain based on the linear state feedback gain, and thereby the continuous-time control system in which the dynamics of the controlled object are described by a differential equation, and the controlled object Sliding mode control can be applied to both discrete-time control systems whose dynamics are described by differential equations, and linear control systems with established linear state feedback gain design methods can be easily converted to sliding mode control systems. Can be extended.

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 control system 100 of the motor with a reduction gear designed according to the design method of the sliding mode control system according to the present invention will be described with reference to FIG.

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θを、目標信号発生器105で生成される目標信号θに一致させるように動作する。 The control system 100 is a resonance mechanical system in which an electric motor 101 and a load 104 are coupled by a connecting portion 103, and a target signal generator 105 determines a position θ m of the electric motor 101 detected by a position detector 102 such as a resolver. It operates to match the target signal theta r generated.

位置制御器106は、位置偏差(θ−θ)に基づいて速度指令ωを出力する。 The position controller 106 outputs a speed command ω r based on the position deviation (θ r −θ m ).

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 speed controller 107 corresponds to the sliding mode controller 10 according to the present invention, receives an input of the controllable canonical state vector x, and outputs a torque command as the control input u.

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τを供給する。 The torque controller 108 supplies electric power τ r to the motor 101 so that the torque output from the motor 101 matches the control input u.

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θとに基づいてねじれ推定値(電動機101の位置θと負荷104の位置との間のずれ)θとねじれ推定値θの微分値ωを出力する。 The state observer (observer) 109 is based on the control input u output from the speed controller 107 and the position θ m of the motor 101 detected by the position detector 102, and the estimated twist value (the position θ m of the motor 101 and the load 104). and it outputs the differential value omega t of shift) of the theta t and twisted estimate theta t between the position of the.

減算器110は、位置偏差(θ−θ)を導出するために、目標信号θから電動機101の位置θを減算する。 The subtractor 110 subtracts the position θ m of the electric motor 101 from the target signal θ r in order to derive the position deviation (θ r −θ m ).

減算器111は、ねじれ推定値θの微分値ωから速度指令ωを減算した結果を変換器112に入力する。 Subtractor 111 inputs the result of subtracting a speed command omega r from the differential value omega t of torsion estimates theta t the transducer 112.

変換器112は、ねじれ推定値θとねじれ推定値θの微分値ωから速度指令ω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。 Converter 112 converts the controllable canonical form a column vector and a value obtained by subtracting a speed command omega r from the differential value omega t of torsion estimates theta t and twisted estimate theta t by the transformation matrix T, the state The vector x is output.

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 control system 100 is expressed by Expression (28), and the state vector x, the system matrix A, the input matrix B, and the output matrix C are respectively expressed by Expression (29), Expression (30), Expression (31), Expression (32)

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
Figure 2011008360

Figure 2011008360
ここで、jは、電動機101の慣性モーメントであり、jは、合成モーメント=(1/j=1/j+1/j)であり、jは、負荷104の慣性モーメントである。また、kは、ねじり剛性であり、bは、ねじり粘性である。
Figure 2011008360
Here, j m is the moment of inertia of the motor 101, j a is the combined moment = (1 / j a = 1 / j m + 1 / j l ), and j l is the moment of inertia of the load 104. is there. Further, k is torsional rigidity, and b is torsional viscosity.

電動機101の慣性モーメントjを0.0001[kgm]とし、負荷104の慣性モーメントjを0.001[kgm]とし(その結果として、合成モーメントjは、0.000091[kgm]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 electric motor 101 is set to 0.0001 [kgm 2 ] and the inertia moment j l of the load 104 is set to 0.001 [kgm 2 ] (as a result, the composite moment j a is 0.000091 [kgm 2]. When the torsional rigidity k is 98.7 [Nm / rad] and the torsional viscosity b is negligible (a value close to 0 [Nm / rad / s]), the control system 100 is designed. A transformation matrix T for transforming the system represented by Expression (28) into a controllable canonical form is represented by Expression (33).

Figure 2011008360
電動機101と負荷104とから成るこの二慣性系の主共振周波数を50[Hz]とし、速度制御帯域を75[Hz]とし、且つ、減衰性を適度に調整すると、状態フィードバックゲインFは、式(34)で表されるものとなる。
Figure 2011008360
When the main resonance frequency of this two-inertia system composed of the electric motor 101 and the load 104 is set to 50 [Hz], the speed control band is set to 75 [Hz], and the attenuation is appropriately adjusted, the state feedback gain Fc is This is expressed by Expression (34).

Figure 2011008360
この状態フィードバックゲインFと変換行列Tとを用いて式(8)を式(35)とし式(35)を解くことによって比例到達ゲインη=1310、及び、超平面ベクトルS=[150700 205 1]が得られ、このようにして、制御系100の設計が実現される。
Figure 2011008360
By using the state feedback gain F c and the transformation matrix T, the equation (8) is converted into the equation (35) and the equation (35) is solved to obtain the proportional reach gain η = 1310 and the hyperplane vector S = [150700 205 1 In this way, the design of the control system 100 is realized.

Figure 2011008360
図6は、制御系100における電動機101及び負荷104のそれぞれの回転位置の時間的推移のシミュレーション結果を示す図であり、縦軸に回転位置、横軸に時間軸をそれぞれ配する。また、電動機101の回転位置の推移を一点鎖線で示し、負荷の回転位置の推移を点線で示し、位置指令の推移を実線で示すものとする。
Figure 2011008360
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of temporal transitions of the respective rotational positions of the electric motor 101 and the load 104 in the control system 100. The vertical axis represents the rotational position, and the horizontal axis represents the time axis. In addition, it is assumed that the transition of the rotational position of the electric motor 101 is indicated by a one-dot chain line, the transition of the rotational position of the load is indicated by a dotted line, and the transition of the position command is indicated by a solid line.

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 non-linear controller 14, and FIG. 6B shows a case where position control is performed using the non-linear controller 14. Indicates. Note that the nonlinear controller 14 adopts the saturation function expressed by the equation (6), the nonlinear gain K is 1.5, and the constant φ indicating the boundary layer is 8.044 × 10 −4 .

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 nonlinear controller 14, and FIG. 6 (D) shows nonlinear control. The case where position control is performed using the device 14 is shown.

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 mode controller 10 can be applied to both a regulator that controls the output power to be kept constant, and a servo system that controls to follow a target value using the position of an object as a control amount.

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 SYMBOLS 10 ... Sliding mode controller 11 ... Equivalent controller 12 ... Switching function calculator 13 ... Proportional transfer controller 14 ... Nonlinear controller 15 ... Adder 100 ... With reduction gear Motor control system 101 ... Motor 102 ... Position detector 103 ... Connector 104 ... Load 105 ... Target signal generator 106 ... Position controller 107 ... Speed controller 108 ..Torque controller 109 ... State observer 110, 111 ... Subtractor 112 ... Converter

Claims (5)

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
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Fとすると、
前記第一制御入力は、u=−SAxで表され、
前記第二制御入力は、u=−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、u=−Fx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、u+u=uの関係に基づく方程式S(A+ηI)=F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.
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Fとすると、
前記第一制御入力は、u[k]=−S(Φ−I)x[k]で表され、
前記第二制御入力は、u[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、u[k]=−Fx[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、u[k]+u[k]=u[k]の関係に基づく方程式S{Φ+(μ−1)I}=F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.
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を特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のスライディングモード制御系の設計方法。   4. The sliding mode control system design method according to claim 1, wherein in the designing step, the nonlinear controller is designed using a saturation function. 5. 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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