JP2017102624A - 制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御対象を制御する制御装置100であって、指令パターンから指令値を算出する指令値生成部20と、前記指令パターンから算出された前記指令値を補正する補正値を含む補正データを繰り返し算出する学習制御部30と、前記指令値と前記補正データから補正後指令値を算出し、前記制御対象に対して補正後指令値を送信する制御部10と、を備え、前記学習制御部は、前記制御対象に対して出力した前記補正後指令値に対するフィードバック値と、前記指令値生成部が演算した前記指令値との偏差と、前記制御対象の応答の遅れ特性とから、前記補正データを生成する。
【選択図】図9
Description
<制御システムの全体構成>
図1は、本発明の実施の形態による制御装置100を含む制御システムの構成を示すブロック図である。図において、当該制御システムは、本実施の形態にかかわる制御装置100と制御対象2から構成される。制御装置100は典型的には、PLC(プログラマブルコントローラ)で構成され、制御出力を演算し制御対象を制御する。制御装置100は所定の制御周期ごとに制御対象を制御した結果であるフィードバック値から制御出力を演算する。制御対象2は、典型的には駆動制御装置としてアクチュエータにより駆動される機械であり、制御装置100が演算した制御出力が入力され、制御出力に応じて駆動される。制御出力によって駆動された制御対象は、エンコーダ(図示せず)等を介して駆動された位置・速度等をフィードバック値として制御装置100へ出力する。
次に、制御装置100のハードウェア構成の構成について説明する。図2は、図1に示す制御装置100のハードウェア構成の一例を示す模式図である。図2を参照して、制御装置100は、予めインストールされたプログラムをプロセッサが実行することで、制御対象に対する制御を実現する。より具体的には、制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)などのプロセッサ102と、チップセット104と、メインメモリ106と、フラッシュメモリ108と、外部ネットワークコントローラ116と、メモリカードインターフェイス118と、内部バスコントローラ122と、フィールドバスコントローラ124とを含む。
のハードウェア回路として実装してもよい。
図3は本実施の形態にかかわる学習制御プログラムが実行された時の制御装置100の動作を示すフローチャートを示す。学習制御プログラムが実行されることにより、制御装置100は試行前の偏差データを用いて望ましい出力を出すための補正値を繰り返し的に算出する。
図4は、学習制御パラメータ算出プログラムが実行された時の制御装置100の動作を示すフローチャートである。学習制御パラメータ算出プログラムが実行されると、制御装置100は学習制御パラメータに含まれる、補正シフト時間を制御対象装置の応答特性のデータを取得することにより算出する。
上述したように、制御装置100は、学習制御パラメータ算出プログラム実行により、制御対象の応答特性のデータを取得し、学習制御パラメータを格納する。
制御装置100は、学習制御の結果として得られた補正データを用いて指令パターンから算出した指令値と学習制御の結果として得られた補正データを用いて指令値を算出し、制御周期毎に出力する。目標とする制御対象の動作を規定するパターンである指令パターンに対する位置偏差が最小となるような指令値を補正データを用いて算出する。
図6に特性計測用パターンの例を示す。ここでは、単位時間幅パルスを特性計測用パターンとして出力する例を示す。図6は、単位時間幅パルスを入力し、その応答データを取得した例を示す。ここで単位時間とは制御周期の時間幅を指す。図6の例では制御周期が1msであるため1ms幅のパルスを出力した例で以下に説明をする。
補正シフト時間の算出にあたり、図5の例では単位時間幅パルスに対する応答データを取得した。これに対してステップ応答データS(n),n=0-Nを測定して、次の計算式により、単位時間幅パルス指令値に対する応答データU(n)を求めても良い。
〔数2〕U(n) = S(n) - S(n-1) , n=0〜N,
〔数3〕ただし、S(-1) = 0
補正シフト時間の算出にあたり、ランプ応答データR(n), n=0〜Nを測定して次の計算によりステップ応答データS(n)を経由して、単位時間幅パルス指令値に対する応答データU(n)を求めても良い。
〔数4〕 S(n) = R(n) - R(n-1), n=0〜N, ただしR(-1)=0とする
〔数5〕 U(n) = S(n) - S(n-1) , n=0〜N, ただし S(-1)=0 とする
<制御装置の機能的構成>
図9に、本発明の実施の形態による制御装置100の機能的構成を示す。制御装置100は、指令値生成部20と、学習制御部30と、制御部10と、特性測定用指令値生成部40と補正シフト時間算出部50とを備える。
k: 学習回数 0,1,2,…
n: サンプル時刻 0,1,2,….,N
Rev(k+1)(n): 学習k+1回目用のサンプル時刻nの補正データ
Rev(k)(n): 学習k回目用のサンプル時刻nの補正データ
G : 学習の強さを決める係数
Err(k)(n+st): 学習k回目のサンプル時刻n+stの偏差データ
st: 補正シフト時間(制御周期の整数倍)
制御部10は、指令値に対して補正値を加算して、制御対象へ出力する。
次に本実施の形態の制御装置が学習制御パラメータ算出、学習制御、動作軌跡制御を行う構成について説明する。一実施形態として、制御装置には、学習制御、学習制御パラメータ算出に適したライブラリプログラムが予め容易される。制御装置のユーザは、図示しない制御装置のサポート装置を用いて当該ライブラリプログラムを読みだすようなコードを作成することができる。このようなライブラリプログラムを制御装置メーカやサードパーティが予め提供しておくことで、短い時間で、制御対象に応じた学習制御パラメータの算出をするようなユーザプログラムを作成することが可能となる。すなわち、ユーザプログラムは、制御対象において典型的には動作軌跡を制御する制御装置において学習制御により指令パターンで与えられる補正データの算出に用いられる。
図11は学習制御ファンクションブロックの一例を示す。学習制御ファンクションブロックは、入力として学習制御起動が規定される。学習制御起動がTRUEとなると、学習制御中にTRUEが出力される。
上述したような学習制御ファンクションブロック、特性算出用ファンクションブロックおよびそれを実現するためのライブラリプログラムが提供されることで、作成工数をかけることなく、制御対象の特性に王板学習制御パラメータの算出と、学習制御を行うユーザプログラムが作成できる。
10 制御部
20 指令値生成部
30 学習制御部
40 特性測定用指令値生成部
50 補正シフト時間算出部
100 制御装置
Claims (6)
- 制御対象を制御する制御装置であって、
指令パターンから指令値を算出する指令値生成部と、
前記指令パターンから算出された前記指令値を補正する補正値を含む補正データを繰り返し算出する学習制御部と、
前記指令値と前記補正データから補正後指令値を算出し、前記制御対象に対して補正後指令値を送信する制御部と、
を備え、
前記学習制御部は、前記制御対象に対して出力した前記補正後指令値に対するフィードバック値と、前記指令値生成部が演算した前記指令値との偏差と、前記制御対象の応答の遅れ特性とから、前記補正データを生成する、
ことを特徴とする、制御装置。 - 前記制御装置は、特性測定用指令値生成部と、前記学習制御を行う際に用いられる補正シフト時間算出部と、をさら備え、
前記補正シフト時間算出部は、前記特性測定用指令値生成部が生成した特性測定用指令値に対するフィードバック値を取得し、特性測定用指令値とフィードバック値とを比較することにより前記補正シフト時間を算出する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記特性測定用指令値は、単位時間幅の短パルスであることを特徴とする、請求項2に記載の制御装置。
- 前記特性測定用指令値は、ステップ関数であり、前記補正シフト時間算出部はステップ応答を算出することにより、前記補正シフト時間を算出することを特徴とする、請求項2に記載の制御装置。
- 前記特性測定用指令値は、ランプ関数であり、前記補正シフト時間算出部は、ランプ応答からステップ応答を算出し、前記ステップ応答から前記補正シフト時間を算出することを特徴とする、請求項2に記載の制御装置
- 前記補正シフト時間は、前記制御対象の前記応答特性から算出される実数であることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載の制御装置。
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