JP2019191822A - Swivel base control device and setting method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、旋回台の制御装置およびその設定方法に関し、とくに、旋回台の旋回駆動を、負帰還ループを介して制御するものに関する。 The present invention relates to a control device for a swivel base and a setting method thereof, and more particularly, to a control device for controlling the swivel drive of a swivel base via a negative feedback loop.
載置物を旋回させるための旋回台は、たとえば監視カメラを撮影対象に合わせて旋回させるために用いられる。旋回台は用いられる環境が多様であり、たとえば−20℃〜+45℃という広い温度範囲に対応する必要がある。 A swivel for swiveling the mounted object is used, for example, to swivel a surveillance camera in accordance with a subject to be photographed. The swivel base is used in various environments and needs to cope with a wide temperature range of, for example, -20 ° C to + 45 ° C.
図5は、従来の旋回台の制御に係るブロック線図の例である。制御装置はたとえばP制御装置であり、ゲインKpをもって旋回台の旋回駆動を比例制御する。ここで、旋回台の旋回機構部に用いられるベアリングがグリスを含む場合等には、温度範囲の広さが問題となる。グリスは温度によって粘度が変化するので、旋回台は高温では動きやすくなり、低温では動きにくくなる。このため、高温環境に合わせて制御ゲインを小さくすると、低温環境で旋回速度が過度に遅くなるおそれがあり、低温環境に合わせて制御ゲインを大きくすると、オーバーシュートにより旋回台の振動が発生するおそれがある。 FIG. 5 is an example of a block diagram relating to control of a conventional swivel base. Controller is an example P controller, proportional control revolving base of the swivel drive with a gain K p. Here, when the bearing used for the swivel mechanism of the swivel includes grease, the wide temperature range becomes a problem. Since the viscosity of grease changes depending on the temperature, the swivel base is easy to move at high temperatures and difficult to move at low temperatures. Therefore, if the control gain is reduced in accordance with the high temperature environment, the turning speed may be excessively slow in the low temperature environment, and if the control gain is increased in accordance with the low temperature environment, the swing table may be vibrated due to overshoot. There is.
広い温度範囲に対応するための制御の例は、特許文献1に記載される。
An example of control for dealing with a wide temperature range is described in
しかしながら、従来の技術では、温度に合わせた柔軟な制御が困難であるという問題があった。 However, the conventional technique has a problem that it is difficult to perform flexible control according to the temperature.
たとえば特許文献1では、高温時の制御と低温時の制御という2段階の制御しか行うことができず、柔軟性に限界がある。
For example, in
この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、旋回台の旋回駆動を負帰還ループを介して制御する制御装置およびその設定方法において、温度に合わせたより柔軟な制御を可能にするものを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and in a control device for controlling the turning drive of the swivel base via a negative feedback loop and its setting method, more flexible control according to the temperature is possible. The purpose is to provide what to do.
この発明に係る制御装置は、旋回台の旋回駆動を、負帰還ループを介して制御する制御装置であって、
前記制御装置に係る第1の伝達関数および前記旋回台に係る第2の伝達関数を結合した伝達関数に対し、前記第1の伝達関数は、前記結合した伝達関数における温度による変化を抑制するよう設定される。
特定の態様によれば、
前記第1の伝達関数は、ゲインを有する微分要素を含み、
前記第1の伝達関数は、温度に応じて前記ゲインが変化するよう設定される。
特定の態様によれば、
前記第2の伝達関数は、時定数を有する1次遅れ要素を含み、
前記第1の伝達関数は、前記結合した伝達関数が比例要素のみとなるように設定される。
特定の態様によれば、前記第1の伝達関数は、前記結合した伝達関数における温度による変化を、−20℃〜+45℃の範囲内において抑制するよう設定される。
特定の態様によれば、前記旋回台は複数の旋回軸について旋回可能であり、前記制御装置は旋回軸ごとに異なる前記第1の伝達関数を有し、前記旋回台は旋回軸ごとに異なる前記第2の伝達関数を有する。
また、この発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述の制御装置として機能させる。
また、この発明に係る制御装置の設定方法は、旋回台の旋回駆動を、負帰還ループを介して制御する制御装置の設定方法であって、
前記制御装置に係る第1の伝達関数は可変であり、前記旋回台に係る第2の伝達関数は測定可能であり、
前記設定方法は、
複数の温度における前記第2の伝達関数を決定するステップと、
前記第1の伝達関数および前記第2の伝達関数を結合した伝達関数に対し、前記第1の伝達関数が、前記結合した伝達関数における温度による変化を抑制するよう設定するステップと、
を備える。
特定の態様によれば、
前記第1の伝達関数は、ゲインを有する微分要素を含み、
前記第2の伝達関数は、時定数を有する1次遅れ要素を含み、
前記第1の伝達関数は、温度に応じて前記ゲインが変化し、これによって、前記結合した伝達関数が温度に関わらず比例要素のみとなるように設定される。
The control device according to the present invention is a control device that controls the turning drive of the turntable via a negative feedback loop,
The first transfer function suppresses a change in temperature of the combined transfer function with respect to the transfer function obtained by combining the first transfer function related to the control device and the second transfer function related to the swivel base. Is set.
According to a particular aspect,
The first transfer function includes a differential element having a gain;
The first transfer function is set so that the gain changes according to temperature.
According to a particular aspect,
The second transfer function includes a first-order lag element having a time constant;
The first transfer function is set so that the combined transfer function is only a proportional element.
According to a particular aspect, the first transfer function is set to suppress a change in temperature in the combined transfer function within a range of −20 ° C. to + 45 ° C.
According to a specific aspect, the swivel base is capable of swiveling about a plurality of swivel axes, the control device has the first transfer function that is different for each swivel axis, and the swivel base is different for each swivel axis. Has a second transfer function.
The program according to the present invention causes a computer to function as the above-described control device.
Further, the control device setting method according to the present invention is a control device setting method for controlling the turning drive of the swivel base via a negative feedback loop,
The first transfer function related to the control device is variable, and the second transfer function related to the swivel is measurable.
The setting method is as follows:
Determining the second transfer function at a plurality of temperatures;
Setting the first transfer function to suppress a change due to temperature in the combined transfer function with respect to the transfer function combining the first transfer function and the second transfer function;
Is provided.
According to a particular aspect,
The first transfer function includes a differential element having a gain;
The second transfer function includes a first-order lag element having a time constant,
The first transfer function is set so that the gain changes according to temperature, so that the combined transfer function is only a proportional element regardless of temperature.
この発明に係る制御装置およびその設定方法は、伝達関数における温度変化を抑制するので、温度に合わせたより柔軟な制御が実現される。 Since the control device and its setting method according to the present invention suppress the temperature change in the transfer function, more flexible control according to the temperature is realized.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る旋回台10の構成の例を示す概略図である。旋回台10は、少なくとも1つの旋回軸を持ち、旋回軸の周りに回転可能または旋回可能に設けられる。図1の例では、旋回台10は旋回軸として方位軸Aおよび仰角軸Eを持ち、2軸の周りに駆動されて旋回可能である。旋回台10を旋回駆動するための具体的な構成はとくに示さないが、サーボモータその他の構成要素を用いて適宜実現可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a
図2は、旋回台10の制御に係るブロック線図の例である。旋回台10に関連して、旋回台10の旋回駆動を制御する制御装置20が設けられる。制御装置20は、旋回台10の内部に備えられてもよいし、旋回台10の外部に設けられて旋回台10と通信可能に接続されてもよい。
FIG. 2 is an example of a block diagram relating to the control of the
制御装置20は公知のコンピュータとしての構成を有し、演算等の処理を行う演算手段と、情報を格納する記憶手段とを備える。制御装置20はたとえば公知のPD制御装置またはPID制御装置として構成することができる。制御装置20の記憶手段は、図示しないプログラムを格納してもよい。このプログラムが、コンピュータを制御装置20として機能させてもよい。
The
図2に示すように、旋回台10の制御には負帰還ループ(フィードバックループ)が用いられる。このループは、指令角度を入力とし、旋回台10の実際の旋回角度(回転位置または角度位置ともいう)を出力とする。旋回台10の実際の旋回角度は、公知の角度センサ30等を用いて検出可能である。
As shown in FIG. 2, a negative feedback loop (feedback loop) is used for controlling the
このように、制御装置20は、旋回台10の旋回駆動を、負帰還ループを介して制御する。なお、図2は単一の旋回軸に関するものであるが、同様のループを旋回軸ごとに設けることができる。たとえば、制御装置20は、旋回台10に対する指令方位角と、旋回台10の実際の方位角とに基づいて旋回台10の方位角を制御するとともに、旋回台10に対する指令仰角と、旋回台10の実際の仰角とに基づいて旋回台10の仰角を制御する。
As described above, the
制御装置20に係る伝達関数G1(第1の伝達関数)は、可変に設定可能である。本実施形態では、G1は次のように構成され、これによって制御装置20が設定される。
G1=Kp+KD(t)s
式中、1次の複素角周波数sの係数がKD(t)となっている。すなわち、G1は、ゲインKD(t)を有する微分要素を含む。KD(t)は温度の関数であり、制御装置20による制御に係る温度特性を表す。また、とくに本実施形態では、G1は比例要素Kpおよび微分要素KD(t)sを加算したもののみからなる。
The transfer function G1 (first transfer function) related to the
G1 = K p + K D (t) s
In the equation, the coefficient of the first-order complex angular frequency s is KD (t) . That is, G1 includes a differential element having a gain KD (t) . K D (t) is a function of temperature and represents a temperature characteristic related to control by the
本実施形態では、旋回台10に係る伝達関数G2(第2の伝達関数)として、次のものを仮定する。
G2=KM/(TM(t)s+1)
式中、TM(t)は温度の関数であり、旋回台10の旋回に係る温度特性を表す。G2の式中、分母に含まれる1次の複素角周波数sの係数がTM(t)となっている。すなわち、G2は、時定数TM(t)を有する1次遅れ要素を含む。また、とくに本実施形態では、G2はゲインKMおよび時定数TM(t)を有する1次遅れ要素のみからなる。
In the present embodiment, the following is assumed as the transfer function G2 (second transfer function) related to the
G2 = K M / (T M (t) s + 1)
In the equation, T M (t) is a function of temperature and represents a temperature characteristic related to the turning of the
G2は旋回台10の構成等に応じて異なるが、当業者は、公知技術に基づき、予めG2を具体的に特定しておくことができる。たとえば、G2が測定可能である場合の一例を以下に示す。
Although G2 differs depending on the configuration of the
まず、制御装置20の伝達関数G1を比例要素Kpのみとし(すなわちKD(t)=0とし)、複数の温度における旋回台10の動作を測定する。たとえば、まず旋回台10の温度を低温(たとえば−20℃)に維持し、指令角度をステップ関数として与えた場合の応答を測定する。これを他の温度(たとえば0℃、+20℃、+45℃、等)について繰り返す。
First, the transfer function G1 of the
図3は、このような測定の結果の例である。−20℃では立ち上がりが遅く、温度が上昇するにつれて立ち上がりが速くなる。+45℃の場合のように、オーバーシュートが発生するケースや、振動するケース等があってもよい。 FIG. 3 is an example of the result of such a measurement. The rise is slow at −20 ° C., and rises faster as the temperature rises. As in the case of + 45 ° C., there may be a case where overshoot occurs or a case where vibration occurs.
次に、各温度の測定結果について、測定結果に適合する伝達関数を決定する。たとえば、伝達関数をK/(Ts+1)という1次遅れ要素で表した場合に、測定結果によく適合するゲインKおよび時定数Tの値の組を決定する。そして、各温度に対するゲインKおよび時定数Tの値を決定した後に、これらを温度の関数として表すG2を決定する。このような伝達関数の決定を行うための装置およびアルゴリズム等は、公知技術に基づき、当業者が適宜設計することができる。たとえば公知のシステム同定用ソフトウェア(たとえばMatlab等)を利用してもよい。 Next, for each temperature measurement result, a transfer function that matches the measurement result is determined. For example, when the transfer function is represented by a first-order lag element of K / (Ts + 1), a set of values of the gain K and the time constant T that are well suited to the measurement result is determined. Then, after determining the values of the gain K and the time constant T for each temperature, G2 representing these as a function of temperature is determined. A device and algorithm for determining such a transfer function can be appropriately designed by those skilled in the art based on known techniques. For example, known system identification software (for example, Matlab) may be used.
G2が1次遅れ要素を含むと仮定した場合に、各温度に対するゲインKおよび時定数Tの値に基づいて具体的なG2を決定する方法は、当業者が公知技術に基づき任意の方法で実行することができるが、一例を以下に示す。この例は、G2が1次遅れ要素のみで表されると仮定した場合のものである。 Assuming that G2 includes a first-order lag element, a method for determining a specific G2 based on the values of the gain K and the time constant T for each temperature is performed by a person skilled in the art by any method based on a known technique. An example is shown below. In this example, it is assumed that G2 is represented only by the first-order lag element.
図4は、温度に対する時定数Tのプロット例である。この例では、すべての温度についてゲインKは同じ値KMであるものとする。各温度における時定数の値に最もよく近似する関数を選択する。たとえば最小二乗法等を用い、各点の近傍を通る直線としてTM(t)を求めてもよい。このようにすると、TM(t)=T0−Ctと表せる。ただしT0は所定の基準温度(たとえば0℃)における時定数であり、Cは時定数の温度による変化率を表す傾き(ただしC>0)である。 FIG. 4 is a plot example of the time constant T with respect to temperature. In this example, the gain K for all the temperature is assumed to be the same value K M. Select the function that best approximates the value of the time constant at each temperature. For example, T M (t) may be obtained as a straight line passing through the vicinity of each point using a least square method or the like. In this way, T M (t) = T 0 -Ct. Here, T 0 is a time constant at a predetermined reference temperature (for example, 0 ° C.), and C is a slope (however, C> 0) representing the rate of change of the time constant with temperature.
このようにして、G2の具体的な形を決定することが可能である。なお、上記はG2が1次遅れ要素のみで表される場合の例であるが、G2が他の形式の関数となる場合(たとえばむだ時間要素や2次遅れ要素を含む場合等)でも、当業者は適宜G2を特定することができる。 In this way, it is possible to determine the specific shape of G2. The above is an example in which G2 is represented by only the first-order lag element. However, even when G2 is a function of another form (for example, when it includes a time delay element or a second-order lag element) The trader can specify G2 as appropriate.
このような制御系において、仮に制御装置20が、温度に関わらず固定されたG1を用いると、低温ではTM(t)が大きいので旋回台10の旋回が遅くなるおそれがあり、高温ではTM(t)が小さいので旋回台10の旋回に振動が起きるおそれがある。従来の構成では、このような問題が発生し得る。
In such a control system, if the
本発明の作用を説明するために、G1およびG2を結合した伝達関数を、伝達関数GCとおく。すなわち次のように表せる。
GC=G1・G2=(Kp+KD(t)s)・KM/(TM(t)s+1)
In order to explain the operation of the present invention, a transfer function obtained by combining G1 and G2 is referred to as a transfer function GC. That is, it can be expressed as follows.
GC = G1 · G2 = (K p + K D (t) s) · K M / (T M (t) s + 1)
本実施形態では、G1は、GC(すなわちG1およびG2を含む全体)における温度による変化を抑制するように設定される。ここで、上述のようにG2の具体的な内容は、その温度依存特性を含め特定されているので、当業者は適切なG1を容易に特定し、これに基づいて制御装置20を設定することができる。
In the present embodiment, G1 is set so as to suppress a change due to temperature in GC (that is, the whole including G1 and G2). Here, since the specific content of G2 is specified including its temperature-dependent characteristics as described above, a person skilled in the art can easily specify an appropriate G1 and set the
たとえば図2の例では、微分要素のゲインKD(t)が、温度に応じて変化するようにG1を構成することができる。具体例として、
KD(t)=KpTM(t)
としてもよい。このようにすると、
GC=G1・G2
=(Kp+KD(t)s)・KM/(TM(t)s+1)
=(Kp+KpTM(t)s)・KM/(TM(t)s+1)
=Kp・KM
となり、TM(t)が消去される。KpおよびKMは温度に依存しない定数であるので、GCは温度に依存しない形となる。とくに、この場合には複素角周波数sが消去されており、G1は、温度に関わらずGCが比例要素のみとなるように構成されているということができる。
For example, in the example of FIG. 2, G1 can be configured such that the gain K D (t) of the differential element changes according to the temperature. As a specific example,
K D (t) = K p T M (t)
It is good. If you do this,
GC = G1 ・ G2
= (K p + K D (t) s) · K M / (T M (t) s + 1)
= (K p + K p T M (t) s) · K M / (T M (t) s + 1)
= K p · K M
And TM (t) is erased. Since K p and K M is a constant independent of temperature, GC becomes a form that does not depend on temperature. In particular, in this case, the complex angular frequency s is eliminated, and it can be said that G1 is configured such that GC is only a proportional element regardless of temperature.
このように、本発明の実施の形態1に係る制御装置20およびその設定方法は、結合した伝達関数GCにおける温度変化を抑制するので、温度に合わせたより柔軟な制御が実現される。たとえば、低温環境でも比較的迅速な旋回が可能であり、高温環境でもオーバーシュートや振動が抑制される。
As described above, the
実施の形態1において、以下のような変形を施すことが可能である。
GCからTM(t)を完全に消去する必要はなく、TM(t)がGCの中に残る場合であっても、GCにおけるTM(t)の温度に応じた変化による影響を抑制するようにG1が設定されていればよい。そのようなG1を構成することは、当業者には容易である。
In the first embodiment, the following modifications can be made.
It need not be completely erased the T M (t) from the GC, even if T M (t) remains in the GC, suppress the effect of change corresponding to the temperature of T M (t) in GC It is sufficient that G1 is set so as to. It is easy for those skilled in the art to configure such G1.
また、TM(t)の温度に応じた変化は、すべての温度範囲について考慮する必要はなく、特定の温度範囲に限って考慮されてもよい。たとえば、G1は、GCにおける温度による変化を、−20℃〜+45℃の範囲内において抑制するように設定されてもよい。このような温度範囲における効果は、通常の旋回台において有用である。 Moreover, the change according to the temperature of TM (t) does not need to be considered about the whole temperature range, and may be considered only for a specific temperature range. For example, G1 may be set so as to suppress changes due to temperature in GC within a range of −20 ° C. to + 45 ° C. Such an effect in the temperature range is useful in an ordinary swivel base.
また、GCにおける「温度による変化」は、たとえば所定の基準温度に基づいて評価されてもよい。たとえば、基準温度においてKD(t)を0とした場合の応答(旋回台10の実際の旋回角度)を基準応答とし、他の温度における応答が、基準応答により近くなるように、KD(t)が構成されてもよい。
Further, “change due to temperature” in the GC may be evaluated based on, for example, a predetermined reference temperature. For example, the response (actual turning angle of the
角度センサ30の伝達関数についてはとくに考慮しないが、適宜考慮してもよい。理想的なセンサ(伝達関数が1に等しいもの)を想定してもよいし、より現実的な伝達関数を持つものを想定してもよい。
The transfer function of the
図2の制御系は、旋回軸ごとに構成することが可能である。なお、その場合において、伝達関数G1およびG2の内容は、すべての旋回軸について同一であってもよいし、旋回軸ごとに異なってもよい。 The control system in FIG. 2 can be configured for each turning axis. In this case, the contents of the transfer functions G1 and G2 may be the same for all the turning axes, or may be different for each turning axis.
10 旋回台、20 制御装置(コンピュータ)、A 方位軸(旋回軸)、E 仰角軸(旋回軸)、G1 第1の伝達関数、G2 第1の伝達関数、GC 結合した伝達関数。 10 turntable, 20 control device (computer), A azimuth axis (turning axis), E elevation axis (turning axis), G1 first transfer function, G2 first transfer function, GC coupled transfer function.
Claims (8)
前記制御装置に係る第1の伝達関数および前記旋回台に係る第2の伝達関数を結合した伝達関数に対し、前記第1の伝達関数は、前記結合した伝達関数における温度による変化を抑制するよう設定される、制御装置。 A control device for controlling the turning drive of the turntable via a negative feedback loop,
The first transfer function suppresses a change in temperature of the combined transfer function with respect to the transfer function obtained by combining the first transfer function related to the control device and the second transfer function related to the swivel base. Control device to be set.
前記第1の伝達関数は、温度に応じて前記ゲインが変化するよう設定される、
請求項1に記載の制御装置。 The first transfer function includes a differential element having a gain;
The first transfer function is set so that the gain changes according to temperature.
The control device according to claim 1.
前記第1の伝達関数は、前記結合した伝達関数が比例要素のみとなるように設定される、
請求項2に記載の制御装置。 The second transfer function includes a first-order lag element having a time constant;
The first transfer function is set so that the combined transfer function is only a proportional element.
The control device according to claim 2.
前記制御装置に係る第1の伝達関数は可変であり、前記旋回台に係る第2の伝達関数は測定可能であり、
前記設定方法は、
複数の温度における前記第2の伝達関数を決定するステップと、
前記第1の伝達関数および前記第2の伝達関数を結合した伝達関数に対し、前記第1の伝達関数が、前記結合した伝達関数における温度による変化を抑制するよう設定するステップと、
を備える設定方法。 A control device setting method for controlling the turning drive of a turntable via a negative feedback loop,
The first transfer function related to the control device is variable, and the second transfer function related to the swivel is measurable.
The setting method is as follows:
Determining the second transfer function at a plurality of temperatures;
Setting the first transfer function with respect to a transfer function obtained by combining the first transfer function and the second transfer function so as to suppress a change due to temperature in the combined transfer function;
A setting method comprising:
前記第2の伝達関数は、時定数を有する1次遅れ要素を含み、
前記第1の伝達関数は、温度に応じて前記ゲインが変化し、これによって、前記結合した伝達関数が温度に関わらず比例要素のみとなるように設定される、
請求項7に記載の設定方法。 The first transfer function includes a differential element having a gain;
The second transfer function includes a first-order lag element having a time constant;
The first transfer function is set so that the gain changes according to temperature, so that the combined transfer function is only a proportional element regardless of temperature.
The setting method according to claim 7.
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