JP2824576B2 - Servo control device - Google Patents

Servo control device

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JP2824576B2
JP2824576B2 JP62221760A JP22176087A JP2824576B2 JP 2824576 B2 JP2824576 B2 JP 2824576B2 JP 62221760 A JP62221760 A JP 62221760A JP 22176087 A JP22176087 A JP 22176087A JP 2824576 B2 JP2824576 B2 JP 2824576B2
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control
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disturbance
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哲 服部
裕 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サーボ制御装置に係り、特に制御対象に加
わる外乱量の推定精度を上げてフィードフォワード制御
を行うサーボ制御装置に関する。 〔従来の技術〕 従来のサーボ制御装置としては、特開昭60−153503号
公報に記載された、制御対象に加わる外乱量を推定して
その外乱量に対応して存在するべき内部状態量を算出
し、算出された内部状態量と実際の内部状態量との差を
用いて最適フィードバック制御を行う方式が知られてい
る。 また、特開昭62−28803号公報に記載された、電動機
回転軸の回転角度位置に対応して変化する、電動機軸に
加わる外乱量を計算機のメモリーに記憶させておき、電
動機回転軸の回転位置角度に対応して前記メモリー中の
外乱量をとりだしてフィードフォワード制御を行い、外
乱による電動機への影響を防ぐ装置も知られている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 前記特開昭60−153503号公報に記載さた方式は、外乱
にもとずく制御系の平衡点の移動を常時求め、平衡点の
原点をシフトして新目標値を定めており、これは特開昭
60−153503号公報明細書に記載された(19)式、 からも明らかである。上式においてrは平衡状態におけ
る内部状態量(目標値)であり、uSは平衡状態をもたら
した操作入力値(操作量目標値)、xSは平衡点とも云う
べき内部状態量の目標値、wは外乱であり、A,B,Cおよ
びEは係数である。つまり、新目標値xSと外乱wとのつ
りあいで、状態量xを0にする操作入力値uSを算出して
いる。サーボ系では状態量xが指令値xREFになろうとし
ても、フィードバック制御でx=0にしようとするた
め、指令値に対する追従性が悪くなる。 また前記特開昭62−28803号公報に記載された装置
は、電動機回転軸の角度位置に対応した外乱量を用いて
おり、角速度、角加速度等による外乱変動に対応でき
ず、外乱量の推定が困難である。 本発明の目的は、状態量指令値の変化に対する追従性
を高めることができるサーボ制御装置を提供することに
なる。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、複数の内部状
態量を有し、状態量指令値の変化に伴って内部状態量が
変化する制御対象に対する状態量指令値と前記制御対象
の実際の状態量を示す状態量実際値との偏差を入力して
制御出力を発生する定常偏差補償手段と、前記状態量指
令値に基づいて内部状態量指令値を推定する指令値推定
手段と、前記推定された内部状態量指令値と前記制御対
象の出力による内部状態量との内部状態量偏差を求める
内部状態量偏差演算手段と、前記制御出力と前記内部状
態量偏差に基づいて制御対象を制御する制御演算手段と
を具備することを特徴とするサーボ制御装置を構成した
ものである。 〔作用〕 前記した手段によれば、メジャーループに対する状態
量指令値が定常状態にあるときには制御対象の内部状態
量も定常状態に保持され、制御対象の実際の状態量を示
す状態量実際値と状態量指令値との偏差に基づく制御出
力が生成され、この制御出力に基づいて制御対象が制御
される。 一方、メジャーループに対する状態量指令値が変化す
ると、この変化に応答して制御対象の内部状態量も変化
する。この内部状態量の変化がそのままマイナーループ
を介してフィードバックされると、内部状態量の変化量
は、状態量指令値の変化に基づく制御出力に対して相反
する値として作用する。すなわち、内部状態量の変化が
そのままマイナーループを介してフィードバックされる
と、内部状態量の変化によって制御出力の変化が抑制さ
れ、状態指令値の変化に即座に応答することができなく
なる。 しかし、状態量指令値が変化したときに、状態量指令
値に基づいて、状態量指令値の変化に応じた内部状態量
指令値を推定し、推定された内部状態量指令値を制御対
象の内部状態量に付加し、推定された内部状態量指令値
と制御対象の内部状態量との偏差を求め、この偏差をマ
イナーループのフィードバック量とする制御を採用する
と、推定された内部状態量指令値と制御対象の内部状態
量との偏差に応じてマイナループに対する指令値(制御
出力)が補正された状態になる。すなわち、推定された
内部状態量指令値は制御対象に関する内部状態量の変化
を抑制するように機能し、両者の偏差は0に近づく値と
して求められる。このため、メジャーループに対する状
態量指令値を変化させても、マイナループに対する指令
値(制御出力)とマイナループにおけるフィードバック
量の値が相反する値になるのを抑制することができる。
従って、状態量指令値が変化しても、状態量指令値の変
化に対する追従性を高めることができる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の基本構成を示す系統図である。第1図
において、制御対象1には外乱d(ベクトル、以下同
じ)および制御出力u(ベクトル、以下同じ)が加えら
れ、この制御対象1からは状態量x(ベクトル、以下同
じ)が出力される。状態量xには更に演算器2において
行列Cが乗算され、サーボ系に加えられた指令値yREF
対する状態量yが得られる。状態量yと指令値yREFとの
偏差e=yREF−yと、定常偏差補償器3とからサーボ系
が構成される。 制御対象1には前述した通り外乱dが加えられるの
で、状態量x,yが変動する。制御対象に加えられる制御
出力uおよび制御対象の状態量xを入力とし、状態量の
推定値を出力するオブザーバ4が設けられている。状
態量xが全て検出可能であればオブザーバを設けず、検
出値を用いる。外乱dは、装置の動特性を数量化したモ
デルに基きd=f(x)の形で表わされ、前記推定値を
含む状態量または検出値のみの状態量を入力として設け
られた外乱推定器5は、=f(x)なる演算を行って
推定外乱を出力し、演算器10が前記にフィードフォ
ワード制御ゲインM(行列、以下同じ)を乗せたM・
を出力して制御出力に加えるので、制御対象に対し外乱
を推定したフィードフォワード制御が行われ、外乱によ
る制御対象への影響が低減される。指令値推定器7で、
指令値yREFを入力として制御対象モデルを用いてy=y
REFとなった定常状態での制御出力u0及び内部状態量x0
を求め、制御出力u0を制御出力に加える。同時に、偏差
演算器11で、外乱推定器5へ入力される内部状態量から
指令値推定器7で求めた内部状態量x0を差引き、得られ
た偏差にフィードバック制御ゲインを乗算してフィード
バック制御出力とし、これを前記制御内力に加えてフィ
ードバック制御を行う。フィードバック制御出力が制御
出力に加えられると、フィードバック制御系はxをx0
しようと制御し、したがって指令値yREFに対する追従性
がよくなる。 以下、本発明を鉄鋼プラントにおけるサイジングプレ
スの揺動電動機制御に適用した実施例を示す。サイジン
グプレスは第2図に示されるように、圧延材である被プ
レス材207の進行方向先端部を金型202を用いてプレス
し、圧延を容易にする装置である。被プレス材207は、
主電動機201により矢印205の方向に駆動される金型202
によりプレスされるが、被プレス材207は矢印208の方向
に動いているので、プレスする間金型202は被プレス材2
07と同一方向および同一速度で矢印206で示される揺動
方向に動かされねばならない。 そのため、金型202を揺動方向206に揺動させる揺動電
動機203および支点204で支持されたクランクが設けら
れ、揺動電動機203の回転速度が同じならプレス中の金
型202の揺動方向206への速度が一定となるようにしてあ
る。従って、揺動電動機203は、定速度回転をすること
が望まれるから、クランク等の機械系やプレスによるモ
ーメト変動のため揺動電動機203に加わる負荷トルクが
変動し、このトルク変動が外乱となって揺動電動機203
の回転速度が指令値(定速度)からずれるのを防ぐた
め、第3図及び第4図に示される本発明のを適用した制
御装置が設けられている。 第3図は、揺動電動機の制御対象ブロック図を示す。
クランクやプレス等の機械系物理現象は揺動電動機203
に対する外乱TSを発生させるが、このTSはθ,,およ
びに関する関数(θは揺動電動機203の回転速度、
は回転角速度、は回転角加速度)となっているので、
電動機制御系および電動機系の制御対象の状態方程式は
次式で示される。外乱TSは外乱推定器により推定され
る。 制御対象の状態方程式は、 となり、状態量x=〔θ、,〕とすれば、 =Ax+Bu+ETS ………(2) とおけ、可制御かつ可観測となっている。A,B,およびE
は、係数であり、それぞれ行列である。 一般に、サーボ系の指令値yREFにより、状態量yつま
りxも指令値に追従するように動作する必要がある。
(yREF=CxREFより、xREF=C-1yREFとならなければなら
ない。)ところが制御対象に対してフィードバック制御
をかけると、制御系は状態量xをOにしようとし、xREF
に追従しなくなる。そこで指令値yfREより制御対象モデ
ルを用いてy=yREFとなった定常状態での制御出力u0
よび状態量x0を求め、u0を制御出力に加え、x0を状態量
の推定値より差し引いてフィードバック制御を行う。
フィードバック制御出力をuF・Bとすると、uFBは、u
FB=F(x−x0)で示される。このuFBが制御出力に加
えられると、フィードバック制御系はxをx0にしようと
制御し、従って指令値yREFに対する追従性が良くなる。 制御系をθに関するサーボ系と考え、 y=θ=〔100〕x=Cx ……(3) とおく。サーボ問題をレギュレータ問題とするため、変
数Zを新たに設け、 =θREF−y=θREF−θ ……(4) とする。θREFは指令値である。(1)式と(4)式と
から状態方程式は、となる。この状態方程式を、極配置指定法またはRicatt
i方程式を解く方法等を用いて解き、最適フィードバッ
クゲインF=〔F1,F2,F3,F4〕および外乱TSに対するフ
ィードフォワードゲインM1を決定する。外乱TSは第2図
の機械系物理現象をモデル化した式、 により求められる。ただし、 vX={r1sinθ+2r2cos(2θ)} (vXは金型202
の揺動速度) α={r1cosθ−4r2sin(2θ)} +{r1sinθ+2r2cos(2θ} (αは金型202の揺動加速度) g :重力加速度 WS :金型202の重量 GD2:慣性モーメント F1 :プレス力 F2 :摩擦力 この制御対象においては、θ,のみが検出可能であ
るので、についてはu,θ,およびを入力とするオブ
ザーバ4を設けて を確定する。オブザーバの構成法については種々の文献
が発表されているのでここでは省略する。 定常状態においては、θ=θREFとなることより、外
乱TSはフィードフォワード制御で完全に制御できるとし
て無視すると、状態方程式(5)は、 なる。ただし、θ0,0,0,u0は、指令値θREFに対し
て定常状態になったときの状態量θ,,、および制
御出力uの値であり、このθ0,0,0,u0は(7)式に
もとづいて、 により求められる。求められたu0は制御出力uに加えら
れ、かつ求められたθ0,0,およびは偏差演算器11
により実績値θ、および推定値 との差が求められ、この差に最適フイードバックゲイン
F1,F2,F3が乗算されて制御出力に加えられる。外乱T
Sは、θ,および が入力される外乱推定器5により、(6)式に基いて推
定され推定外乱TSとして出力され、演算器10によりフィ
ードフォワードゲインM1を乗算されて制御出力に供給さ
れる。 第4図において、制御対象1から機械系物理現象8に
加わるθ,およびのうち、測定可能なθ,および
制御出力uがオブザーバ4に入力されて が出力される。また、上記測定可能なθ,および が外乱推定器5に入力され、前記(6)式に基いて推定
外乱TSが出力される。更に、指令値推定器7に指令値θ
REFが入力され、前記(8)式に基いてθREFなる指令値
に対する定常状態での制御出力u0、状態量θ0,0,およ
が出力される。前記u0は制御出力uに加えられ、
θ0,0,およびは偏差演算器11により、前記測定さ
れたθ,0,および推定値 の差に前記最適フィードバックゲインF1、F2およびF3
乗算されて制御出力に供給される。前記外乱推定器5に
より出力される推定外乱には、演算器10により前記
フィードフォワードゲインM1が乗算されて制御出力に供
給される。 前記指令値θREFには状態量θが(−θ)として加え
られ、積分要素9を経たのち最適フィードバックゲイン
F4を乗算されて制御出力に加えられる。 本実施例においては、制御を連続系として行っている
が、状態方程式を離散値化し、以下離散値として扱うこ
とにより制御系を離散値系としてもよい。 以上サイジングプレス制御に対する実施例を述べた
が、シミュレーションを行って本実施例の効果を確認し
た。θREFとして角度REF一定の指令を出して指令値に
対する追従性を調べた結果を第7−1図〜第7−3図に
示す。第7−1図は第5図に示す従来技術の一つである
PI制御の場合の追従性、第7−2図は本実施例の場合
(外乱を推定してのフィードフォワード制御は入ってい
ない)、第7−3図は外乱を推定してのフィードフォワ
ード制御を含む本実施例の場合をそれぞれ示している。
θFBが実績値を示し、指令値に対する追従性は第7−3
図の場合が最も良く、vXもプレスの行われる間(θFB
0.8〜2.4〔rad〕)はほぼ一定となっており、所期の制
御性能が得られた。 次に従来行われていたごとく第6図のように最適サー
ボ問題を最適レギュレータ問題にし多変数最適制御を行
った場合と、本実施例による場合との比較を行った。第
8−1図に従来方法による場合を示し、第8−2図に本
実施例の場合を示す。この比較においては、TS=0とし
てある。指令値推定器を設け、状態量の実測値と推定値
との偏差を用いてフィードバック制御を行うことによ
り、指令値に対する追従性は明らかに向上している。従
来技術においては、,を0とする制御が行われるた
め、REF=一定という条件との間で干渉をおこして追
従性が損われているのである。 以上実施例によれば、角度指令(角速度一定指令)に
対する追従性が従来のPI制御を用いた場合に比べて良好
になり、外乱に対してもフィードフォワード制御によ
り、外乱の影響をほぼ除去される効果があると共に、従
来の最適サーボ問題を最適レギュレータ問題とする場合
と比べても指令値に対する追従性が格段に向上する効果
がある。 前記実施例では、サイジングプレスの電動機制御の例
を示したが、本発明はこの他圧延機のルーパー制御等、
変化する目標値に定常偏差0で追従する系(サーボ系)
全てに適用され得る。個々の実施例について述べるかわ
りに、本発明を一般化した装置について以下に述べる。 制御対象の状態方程式を、 とする。ここでxは制御対象の内部状態量を表すベクト
ル、uは制御出力を表すベクトル、dは外乱を表すベク
トルで、A,B,Eは、係数の行列である。外乱dは d=f(x) ……(10) により表わされるとする。サーボ系の指令値を、yREF
し、yREFに対応する平衡状態での内部状態量をyとし、 y=Cx ……(11) とおく。yREFおよびyは行列であり、Cは係数を示す行
列である。サーボ問題をレギュレータ問題とするため
に、を導入すると、状態方程式(9)は、 となる。内部状態量xの内、検出不能のものについて
は、オブザーバを構成して求めるものとし、(13)式よ
り最適制御ゲインF(フィードバック)、およびM(フ
ィードフォワード)を求める。FおよびMはいずれも行
列である。ここで制御ゲインM(フィードフォワード)
は外乱dについてのみ求める。(yREFについては、後述
する) 状態方程式(13)において、d=0とし、 とおく。定常状態においてはy=yREFとなることから、
yREFよりxREFを求めて、 が成り立つ。ここで〔x0,u0はyREFに対応する定常
状態における内部状態量および制御出力である。外乱項
を無視したxのみの状態方程式は、 =Ax+Bu ……(17) となり、定常状態においては、 =Ax0+Bu0 ……(18) となる。従って制御出力uにu0を加えることにより、 =Ax+B(u+u0) ……(19) u=−F(x−x0)であるから、 (−)=(A−BF)(x−x0) ……(20) が得られる。よってフィードバック制御出力として、 u0−F(x−x0) ……(21) を出力する。 制御系を離散値系とする場合は、状態方程式を離散値
化し、以下離散値として扱えばよい。 上述したことを整理すると、次の通りである。 1) 制御対象の状態方程式(9)を作製し、(13)式
に変えて、サーボ問題をレギュレータ問題にする。 2) (13)式を用いて、最適制御ゲインF(フィード
バック)およびM(フィードフォワード)を求める。 3) 外乱dが(10)式で表わされるとき、外乱推定器
を設け、 =f(x) により推定外乱を求める。 4) サーボ系の指令値yREFより、yREFに対応する定常
状態での内部状態量x0、制御出力u0を導出する指令値推
定器を設けてx0、u0を導出し、制御出力、 u0−F′(x−x0)−M・ を演算し、導出する。(F′はFの内xに対するゲイン
のみを示す) 5) 定常偏差補償器の出力をu0−F′(x−x0)−M
・に加える。 以上、本発明を適用した制御装置の一般的作用につい
て述べた。 〔発明の効果〕 以上、本発明によれば、状態量指令値に基づいて、状
態量指令値が変化したときの内部状態量指令値を推定
し、推定された内部状態量指令値と制御対象の内部状態
量との偏差を求め、この偏差と制御対象に対する制御出
力に基づいて制御対象を制御するようにしたため、状態
量指令値が変化しても状態量指令値の変化に対する追従
性を高めることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servo control device, and more particularly, to a servo control device that performs feedforward control by increasing the accuracy of estimating the amount of disturbance applied to a control target. [Prior Art] As a conventional servo control device, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-153503, an amount of disturbance added to a control target is estimated and an internal state quantity to be present corresponding to the amount of disturbance is calculated. There is known a method of performing optimal feedback control by using a difference between a calculated internal state quantity and an actual internal state quantity. Further, the amount of disturbance applied to the motor shaft, which varies according to the rotation angle position of the motor shaft described in JP-A-62-28803, is stored in a memory of a computer, and the rotation of the motor shaft is controlled. There is also known a device that takes out the amount of disturbance in the memory in accordance with the position angle and performs feedforward control to prevent the disturbance from affecting the electric motor. [Problems to be Solved by the Invention] The method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-153503 always seeks the movement of the equilibrium point of the control system based on disturbance, and shifts the origin of the equilibrium point. A new target has been set, which is
Formula (19) described in JP-A-60-153503, It is clear from. Internal state at r equilibrium in the above equation is (target value), u S operation input value that resulted in the equilibrium state (operation amount target value), x S is the internal state of the target value to be also referred to as the equilibrium point , W are disturbances, and A, B, C and E are coefficients. That is, the balance of the new target value x S and the disturbance w, and calculates the operation input value u S to the state quantity x to zero. In the servo system, even if the state quantity x attempts to become the command value xREF , x is set to 0 by the feedback control, so that the followability to the command value deteriorates. Further, the apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-28803 uses a disturbance amount corresponding to the angular position of the rotating shaft of the electric motor, and cannot respond to disturbance fluctuation due to angular velocity, angular acceleration, etc., and estimates the disturbance amount. Is difficult. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a servo control device capable of improving the followability to a change in a state quantity command value. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a state variable for a controlled object having a plurality of internal state variables, wherein the internal state variable changes with a change in a state variable command value. A steady state deviation compensating means for generating a control output by inputting a deviation between a command value and a state quantity actual value indicating an actual state quantity of the controlled object; and estimating an internal state quantity command value based on the state quantity command value. Command value estimating means, an internal state quantity deviation calculating means for calculating an internal state quantity deviation between the estimated internal state quantity command value and an internal state quantity by the output of the controlled object, and the control output and the internal state quantity And a control operation means for controlling a control target based on the deviation. [Operation] According to the means described above, when the state quantity command value for the major loop is in the steady state, the internal state quantity of the control target is also held in the steady state, and the state quantity actual value indicating the actual state quantity of the control target is A control output based on the deviation from the state quantity command value is generated, and the control target is controlled based on the control output. On the other hand, when the state quantity command value for the major loop changes, the internal state quantity of the control target also changes in response to this change. When the change in the internal state quantity is fed back via the minor loop as it is, the change in the internal state quantity acts as a contradictory value to the control output based on the change in the state quantity command value. That is, if the change in the internal state quantity is fed back via the minor loop as it is, the change in the control output is suppressed by the change in the internal state quantity, and it becomes impossible to immediately respond to the change in the state command value. However, when the state quantity command value changes, the internal state quantity command value corresponding to the change in the state quantity command value is estimated based on the state quantity command value, and the estimated internal state quantity command value is used as the control target. When a control is added to the internal state quantity to obtain a deviation between the estimated internal state quantity command value and the internal state quantity of the control target, and the deviation is used as a feedback amount of the minor loop, the estimated internal state quantity command is obtained. The command value (control output) for the minor loop is corrected according to the deviation between the value and the internal state quantity of the control target. That is, the estimated internal state quantity command value functions to suppress a change in the internal state quantity relating to the control target, and the deviation between the two is obtained as a value approaching zero. For this reason, even if the state quantity command value for the major loop is changed, it is possible to prevent the command value (control output) for the minor loop and the value of the feedback amount in the minor loop from becoming contradictory values.
Therefore, even if the state quantity command value changes, the ability to follow the change in the state quantity command value can be improved. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing a basic configuration of the present invention. In FIG. 1, a disturbance d (vector, hereinafter the same) and a control output u (vector, hereinafter the same) are added to the controlled object 1, and a state quantity x (vector, hereinafter the same) is output from the controlled object 1. You. The state quantity x is further multiplied by the matrix C in the arithmetic unit 2 to obtain a state quantity y with respect to the command value y REF applied to the servo system. A deviation e = y REF −y between the state quantity y and the command value y REF and the steady-state deviation compensator 3 constitute a servo system. Since the disturbance d is applied to the control target 1 as described above, the state quantities x and y fluctuate. An observer 4 is provided which receives a control output u applied to the control target and a state quantity x of the control target and outputs an estimated value of the state quantity. If all the state quantities x can be detected, no observer is provided and the detected value is used. The disturbance d is expressed in the form of d = f (x) based on a model quantifying the dynamic characteristics of the apparatus, and a disturbance estimation provided with a state quantity including the estimated value or a state quantity including only the detected value as an input. The calculator 5 outputs the estimated disturbance by performing the calculation of = f (x), and the calculator 10 multiplies the feedforward control gain M (matrix, the same applies hereinafter) by M ·
Is output and added to the control output, so that feedforward control is performed on the controlled object by estimating the disturbance, and the influence of the disturbance on the controlled object is reduced. In the command value estimator 7,
Y = y using the control target model with the command value y REF as input
The control output u 0 and the internal state quantity x 0 in the steady state at REF
Look, adding a control output u 0 to the control output. At the same time, the deviation calculator 11, the internal state quantity x 0 obtained by the command value estimator 7 from the internal state quantity inputted to the disturbance estimator 5 subtracted, multiplied by the feedback control gain to the deviation obtained by the feedback A control output is used, and feedback control is performed by adding the control output to the control internal force. If the feedback control output is applied to the control output, a feedback control system controls attempts x to x 0, thus followability is improved with respect to the command value y REF. Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a swing motor control of a sizing press in a steel plant will be described. As shown in FIG. 2, the sizing press is an apparatus that presses a leading end of a material to be pressed 207, which is a rolled material, in a traveling direction using a mold 202 to facilitate rolling. The material to be pressed 207 is
Mold 202 driven by main motor 201 in the direction of arrow 205
However, since the material to be pressed 207 is moving in the direction of the arrow 208, the die 202 is pressed while the material to be pressed 2 is pressed.
It must be moved in the same direction and at the same speed as 07 in the swing direction indicated by arrow 206. Therefore, a swing motor 203 that swings the mold 202 in the swing direction 206 and a crank supported by the fulcrum 204 are provided. If the rotation speed of the swing motor 203 is the same, the swing direction of the mold 202 during pressing is provided. The speed to 206 is fixed. Therefore, since it is desired that the oscillating motor 203 rotates at a constant speed, the load torque applied to the oscillating motor 203 fluctuates due to the fluctuation of the moment due to a mechanical system such as a crank or a press, and this torque fluctuation becomes a disturbance. Swinging motor 203
In order to prevent the rotation speed from deviating from the command value (constant speed), a control device to which the present invention is applied as shown in FIGS. 3 and 4 is provided. FIG. 3 shows a block diagram of a control target of the oscillating motor.
Mechanical system phenomena such as cranks and presses
While generating a disturbance T S for the rotational speed of the T S is theta ,, and related functions (theta is swinging motor 203,
Is the rotational angular velocity and is the rotational angular acceleration).
The state equation of the motor control system and the control target of the motor system is expressed by the following equation. The disturbance T S is estimated by a disturbance estimator. The state equation of the controlled object is Next, if the state quantity x = [theta ,,] T, = Ax + Bu + ET S ......... (2) Toke, has a controllable and observable. A, B, and E
Are coefficients, each of which is a matrix. Generally, it is necessary to operate the state quantity y, that is, x, so as to follow the command value by the command value y REF of the servo system.
(From y REF = Cx REF , x REF = C -1 y REF must be satisfied.) However, when feedback control is performed on the control target, the control system tries to set the state quantity x to O, and x REF
Will not follow. Therefore, the control output u 0 and the state quantity x 0 in the steady state where y = y REF is obtained from the command value y fRE using the control object model, and u 0 is added to the control output, and x 0 is estimated as the state quantity. Subtract feedback control from the value.
When the feedback control output and u F · B, u FB is, u
FB = represented by F (x-x 0). If the u FB is applied to the control output, a feedback control system controls attempts x to x 0, thus followability is improved with respect to the command value y REF. The control system is considered as a servo system related to θ, and y = θ = [100] x = Cx (3) In order to make the servo problem a regulator problem, a variable Z is newly provided, and = θ REF −y = θ REF −θ (4) θ REF is a command value. From equations (1) and (4), the state equation is: Becomes This equation of state can be expressed as
The optimal feedback gain F = [F 1 , F 2 , F 3 , F 4 ] and the feedforward gain M 1 for the disturbance T S are determined by solving the i-equation using a method or the like. The disturbance T S is an equation modeling the mechanical physics of FIG. Required by However, v X = {r 1 sin θ + 2r 2 cos (2θ)} (v X is a mold 202
Rocking speed) alpha X = a {1 r cosθ-4r 2 sin (2θ)} + rocking acceleration of {r 1 sinθ + 2r 2 cos (2θ} (α X mold 202) g: gravitational acceleration W S: Gold Weight of the mold 202 GD 2 : Moment of inertia F 1 : Press force F 2 : Friction force Since only θ can be detected in this controlled object, an observer 4 having u, θ, and as inputs is provided. hand Confirm. Various literatures have been published on the method of forming the observer, and a description thereof will be omitted. In the steady state, since θ = θ REF , if the disturbance T S can be completely controlled by the feedforward control and is ignored, the state equation (5) becomes Become. Here, θ 0 , 0 , 0 , u 0 are the values of the state quantities θ,, and the control output u when the steady state is established with respect to the command value θ REF , and these θ 0 , 0 , 0 , u 0 is based on equation (7), Required by The determined u 0 is added to the control output u, and the determined θ 0 , 0 , and 0 are
From the actual value θ and the estimated value And the optimum feedback gain for this difference
F 1 , F 2 and F 3 are multiplied and added to the control output. Disturbance T
S is θ, and Is input based on the disturbance estimator 5 and is output as an estimated disturbance T S based on the equation (6). The input disturbance E is multiplied by the feedforward gain M 1 by the calculator 10 and supplied to the control output. In FIG. 4, the measurable θ and the control output u among the θ added to the mechanical system physical phenomenon 8 from the controlled object 1 and the control output u are input to the observer 4. Is output. In addition, the above measurable θ, and Is input to the disturbance estimator 5, and the estimated disturbance T S is output based on the above equation (6). Further, the command value estimator 7 gives the command value θ
REF is input, the (8) control output u 0 in the steady state with respect to the command value comprising theta REF based on the type, state quantity theta 0, 0, and 0 is outputted. Said u 0 is added to the control output u,
θ 0 , 0 , and 0 are the measured θ, 0 , and the estimated value by the deviation calculator 11. Are multiplied by the optimum feedback gains F 1 , F 2 and F 3 and supplied to the control output. The estimated disturbance S output by the disturbance estimator 5, the feed forward gain M 1 is supplied to the control output is multiplied by the arithmetic unit 10. The command value θ REF is added with the state quantity θ as (−θ), and after passing through the integral element 9, the optimum feedback gain
Is multiplied by F 4 applied to the control output. In the present embodiment, the control is performed as a continuous system. However, the control system may be a discrete value system by converting the state equation into discrete values and treating them as discrete values. Although the embodiment for the sizing press control has been described above, the effect of this embodiment was confirmed by performing a simulation. The results of examining the followability to the command value by issuing the angle REF certain command as theta REF shown in 7-1 Figure-7-3 FIG. FIG. 7-1 is one of the prior arts shown in FIG.
Follow-up performance in case of PI control, FIG. 7-2 shows the case of this embodiment (feedforward control for estimating disturbance is not included), and FIG. 7-3 shows feedforward control for estimating disturbance. Are respectively shown in the case of the present embodiment.
θ FB indicates the actual value, and the followability to the command value is described in 7-3.
The case of the figure is best, and v X is also during the pressing (θ FB =
0.8 to 2.4 [rad]) was almost constant, and the expected control performance was obtained. Next, a comparison was made between the case where the optimal servo problem was made the optimal regulator problem and multivariable optimal control was performed as shown in FIG. FIG. 8-1 shows the case of the conventional method, and FIG. 8-2 shows the case of the present embodiment. In this comparison, T S = 0. By providing a command value estimator and performing feedback control using the deviation between the measured value and the estimated value of the state quantity, the followability to the command value is clearly improved. In the prior art, since the control is performed such that is 0, interference occurs between the condition that REF = constant, and the followability is impaired. According to the embodiment described above, the followability to the angle command (constant angular velocity command) is improved as compared with the case where the conventional PI control is used, and the influence of the disturbance is almost eliminated by the feedforward control with respect to the disturbance. In addition to the above-described effects, there is an effect that the followability to the command value is remarkably improved as compared with the case where the conventional optimal servo problem is used as the optimal regulator problem. In the above embodiment, the example of the motor control of the sizing press has been described.
A system that follows a changing target value with a steady-state deviation of 0 (servo system)
It can be applied to all. Instead of describing each embodiment, an apparatus generalizing the present invention will be described below. The state equation of the controlled object is And Here, x is a vector representing an internal state quantity of a control target, u is a vector representing a control output, d is a vector representing a disturbance, and A, B, and E are matrixes of coefficients. It is assumed that the disturbance d is represented by d = f (x) (10). The command value of the servo system is defined as y REF , the internal state quantity in the equilibrium state corresponding to y REF is defined as y, and y = Cx (11). y REF and y are matrices, and C is a matrix indicating coefficients. To make the servo problem a regulator problem, Equation of state (9) becomes Becomes Of the internal state quantities x, those that cannot be detected are determined by forming an observer, and the optimal control gain F (feedback) and M (feedforward) are determined from equation (13). F and M are both matrices. Here, control gain M (feed forward)
Is obtained only for the disturbance d. (The y REF will be described later.) In the state equation (13), d = 0, far. In the steady state, since y = y REF ,
seeking x REF than y REF, Holds. Here, [x 0 , u 0 ] T is the internal state quantity and control output in the steady state corresponding to y REF . The state equation of only x ignoring the disturbance term is as follows: = Ax + Bu (17), and in a steady state, 0 = Ax 0 + Bu 0 (18). By adding u 0 to the control output u Therefore, = Ax + B (u + u 0) because it is ...... (19) u = -F ( x-x 0), (- 0) = (A-BF) (x- x 0 ) (20) is obtained. Therefore, u 0 −F (x−x 0 ) (21) is output as the feedback control output. When the control system is a discrete value system, the state equation may be converted into a discrete value, and may be treated as a discrete value. The above is summarized as follows. 1) The state equation (9) to be controlled is created, and the servo problem is changed to the regulator problem by using the equation (13). 2) Calculate the optimum control gains F (feedback) and M (feedforward) using equation (13). 3) When the disturbance d is represented by the equation (10), a disturbance estimator is provided, and the estimated disturbance is obtained by the following formula: = f (x). 4) than the command value y REF of the servo system, the internal state quantity x 0 in a steady state corresponding to y REF, provided command value estimator for deriving the control output u 0 derive the x 0, u 0, control The output, u 0 −F ′ (x−x 0 ) −M ·, is calculated and derived. (F 'indicates only the gain for x in F) 5) The output of the steady-state error compensator is u 0 -F' (x-x 0 ) -M
・ Add to The general operation of the control device according to the present invention has been described above. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, based on the state quantity command value, the internal state quantity command value when the state quantity command value changes is estimated, and the estimated internal state quantity command value and the control object The deviation from the internal state quantity is determined, and the control target is controlled based on the deviation and the control output for the control target. Therefore, even if the state quantity command value changes, the followability to the change in the state quantity command value is improved. be able to.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の基本構成を示す系統図であり、第2図
は本発明の実施例であるサイジングプレスの動作の説明
図であり、第3図はサイジングプレスの概略ブロック図
であり、第4図は本発明をサイジングプレスに適用した
実施例を示す系統図であり、第5図は従来のPI制御を用
いた場合の制御系統図であり、第6図は従来技術の最適
サーボ制御を示す系統図であり、第7−1〜7−3図、
第8−1図および第8−2図は本発明の実施例および従
来技術の制御のシミュレーション結果を示す図である。 1……制御対象、 5……外乱推定器、 10……演算器。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a system diagram showing a basic configuration of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of a sizing press which is an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a system diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a sizing press. FIG. 5 is a control system diagram in the case of using the conventional PI control. Is a system diagram showing the optimal servo control of the prior art, and FIGS.
FIGS. 8-1 and 8-2 are diagrams showing simulation results of control according to the embodiment of the present invention and the prior art. 1 ... Control target, 5 ... Disturbance estimator, 10 ... Calculator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−153503(JP,A) 特開 昭61−251902(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 11/00 G05B 13/00────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-60-153503 (JP, A) JP-A-61-251902 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G05B 11/00 G05B 13/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.複数の内部状態量を有し状態量指令値の変化に伴っ
て内部状態量が変化する制御対象に対する状態量指令値
と前記制御対象の実際の状態量を示す状態量実際値との
偏差を入力して制御出力を発生する定常偏差補償手段
と、前記状態量指令値に基づいて内部状態量指令値を推
定する指令値推定手段と、前記推定された内部状態量指
令値と前記制御対象の出力による内部状態量との内部状
態量偏差を求める内部状態量偏差演算手段と、前記制御
出力と前記内部状態量偏差に基づいて制御対象を制御す
る制御演算手段とを具備することを特徴とするサーボ制
御装置。
(57) [Claims] A deviation between a state quantity command value for a control target having a plurality of internal state quantities and an internal state quantity changing with a change in a state quantity command value and a state quantity actual value indicating an actual state quantity of the control target is input. A steady-state deviation compensating means for generating a control output, a command value estimating means for estimating an internal state quantity command value based on the state quantity command value, and an output of the estimated internal state quantity command value and the control object. A servo, comprising: an internal state quantity deviation calculating means for calculating an internal state quantity deviation from an internal state quantity according to the above; and a control calculating means for controlling a control target based on the control output and the internal state quantity deviation. Control device.
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