JP2921056B2 - Learning control device by correcting speed command - Google Patents
Learning control device by correcting speed commandInfo
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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、繰り返し動作をする工作機械、ロボット等
の制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a control device such as a machine tool or a robot that performs repetitive operations.
繰り返し目標値に対する学習制御系の設計法として
は、本出願人が特開平１−237701号公報において提案し
た方式がある。As a method of designing a learning control system for a repetitive target value, there is a method proposed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-237701.
この方式は、同じ目標値に対する動作を繰り返し、過
去の偏差をもとに未来の偏差を予測し、その値が最小と
なるように制御入力を補正していくというもので、最終
的には目標値と出力が一致するため、高精度な追従動作
が実現される。In this method, the operation for the same target value is repeated, the future deviation is predicted based on the past deviation, and the control input is corrected so that the value becomes minimum. Since the value matches the output, a high-precision tracking operation is realized.
ところが、上述の方式をモータの位置追従制御に適用
した場合、位置指令を補正することになるため、補正演
算は位置ループを制御するコントローラあるいはその前
段で行わなければならず、目標位置指令を取得する必要
があった。However, when the above method is applied to the position tracking control of the motor, the position command is corrected. Therefore, the correction calculation must be performed by the controller that controls the position loop or the preceding stage, and the target position command is obtained. I needed to.
そこで本発明は、位置指令を利用せずに、その位置指
令にモータの位置を追従させる学習制御則を実現できる
方式を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of realizing a learning control law that makes the position of a motor follow the position command without using the position command.
上記問題点を解決するため、本発明は、同じパターン
を繰り返す目標位置指令にモータの位置を追従させるよ
う、モータへ入力を与える制御系において、 検出したモータの位置と目標位置指令との差を速度指
令として入力し、この入力信号から未来の速度指令を予
測し、その値が最小となるように現在の速度指令に対す
る補正速度指令を出力する学習コントローラと、 前記補正速度指令を入力し、前記モータを駆動する速
度コントローラを備えたとを特徴とするものである。In order to solve the above problems, the present invention provides a control system for inputting a motor so that the position of a motor follows a target position command that repeats the same pattern, wherein a difference between the detected position of the motor and the target position command is determined. A learning controller that inputs as a speed command, predicts a future speed command from this input signal, and outputs a corrected speed command to the current speed command so that the value is minimized, and inputs the corrected speed command, A speed controller for driving a motor is provided.
上記手段により、モータの位置検出器により検出した
モータの位置と目標位置指令との差を速度指令として、
その速度指令は速度コントローラへではなく学習コント
ローラへ入力され、この学習コントローラ内では、未来
の速度指令を予測し、その値が最小となるように現在の
速度指令の補正を行い、その補正速度指令を該速度コン
トローラへ入力するように動作する。By the above means, the difference between the position of the motor detected by the position detector of the motor and the target position command as a speed command,
The speed command is input not to the speed controller but to the learning controller. In the learning controller, a future speed command is predicted, and the current speed command is corrected so that its value is minimized. To the speed controller.
つまり、位置指令自体は用いず、目標位置とモータの
位置との差によって与えられる速度指令を補正すること
により、最終的には速度指令、すなわち、位置偏差はゼ
ロとなる。That is, the speed command, that is, the position deviation is finally reduced to zero by correcting the speed command given by the difference between the target position and the motor position without using the position command itself.
以下、本発明の具体的実施例を第１図、第２図に示し
て説明する。第１図は、本発明の学習コントローラをモ
ータの位置制御に適用した場合の構成図である。Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a configuration diagram when the learning controller of the present invention is applied to motor position control.
図中６は減算器で、位置指令ｒと位置ｘとの偏差ｅを
出力する。２は乗算器であり、減算器６で得られた偏差
ｅにKpを乗じた値を速度指令ｚとして出力する。１は学
習コントローラで、速度指令ｚを受け取り、補正速度指
令ｕを出力する。３は速度コントローラでモータ４の速
度制御を行う。５はモータ４の速度ｖと位置ｘとを関係
づける積分器である。ここで、学習コントローラ１を取
り除いて速度指令ｚをそのまま速度コントローラ３へ入
力すると、通常の位置制御の構成となり、これらは従来
のシステムをそのまま利用できる。In the figure, reference numeral 6 denotes a subtractor which outputs a deviation e between the position command r and the position x. A multiplier 2 outputs a value obtained by multiplying the deviation e obtained by the subtractor 6 by Kp as a speed command z. A learning controller 1 receives a speed command z and outputs a corrected speed command u. A speed controller 3 controls the speed of the motor 4. Reference numeral 5 denotes an integrator for relating the speed v of the motor 4 and the position x. Here, if the learning controller 1 is removed and the speed command z is input to the speed controller 3 as it is, a normal position control configuration is obtained, and these can use the conventional system as it is.
学習コントローラ１の内部構成図を第２図に示す。図
中11は演算器であり、 なる演算によって、ｋ回目試行時の時刻ｉにおける補正
速度指令の補正値σ（ｉ）を算出する。ここで、zk−１
（ｉ＋ｍ）はｋ−１回目試行時の時刻ｉ＋ｍにおける速
度指令、zk（ｉ）とzk−１（ｉ）はｋ回目とｋ−１回目
試行時の時刻ｉにおける速度指令、σ（ｉ−ｎ）はｋ回
目試行時の時刻ｉ−ｎにおける補正値である。係数qm,
Q,gnは未来時刻ｉ＋１からｉ＋Ｍまでの速度指令予測値
の重み付二乗和を最小とするように決定される定数であ
る。FIG. 2 shows an internal configuration diagram of the learning controller 1. In the figure, 11 is a computing unit, With this calculation, the correction value σ (i) of the correction speed command at time i at the time of the k-th trial is calculated. Where zk-1
(I + m) is the speed command at the time i + m at the time of the (k-1) th trial, zk (i) and zk-1 (i) are the speed commands at the time i at the time of the kth and the (k-1) th trial, and σ (in ) Is the correction value at time i-n at the time of the k-th trial. Coefficient qm,
Q and gn are constants determined so as to minimize the weighted sum of squares of the predicted speed command values from the future times i + 1 to i + M.
また、12は、定数q1,q2,…,qM,Q,g1,g2,…,gN-1を記
憶するメモリ、13は、前回の試行の時刻ｉから現在時刻
ｉまでの速度指令値（zk-1（ｉ）〜zk（ｉ））を記憶す
るメモリ、14は、現在時刻ｉに至るまでの補正値（σ
（ｊ）,j＝ｉ−1,i−2,‥,i−Ｎ＋１）を記憶するメモ
リ、15は、前回の試行の時刻ｉから現在時刻ｉまでの補
正速度指令値（uk-1（ｉ）〜uk（ｉ））を記憶するメモ
リである。Further, 12 is a memory for storing constants q 1 , q 2 ,..., Q M , Q, g 1 , g 2 ,..., G N−1 , and 13 is a memory from the time i of the previous trial to the current time i. And a memory 14 for storing the speed command values (z k-1 (i) to z k (i)) of the correction value (σ) up to the current time i.
(J), a memory for storing j = i−1, i−2, ‥, i−N + 1), 15 is a corrected speed command value (u k−1 ( i) to u k (i)).
さらに、16は現在時刻ｉにおける補正値σ（ｉ）と、
前回の試行の時刻ｉの補正速度指令値uk-1（ｉ）とを加
算して、今回の補正速度指令値uk（ｉ）を出力する加算
器である。Further, 16 is a correction value σ (i) at the current time i,
This is an adder that adds the corrected speed command value u k-1 (i) at the time i of the previous trial and outputs the current corrected speed command value u k (i).
17はA/D変換器、18はD/A変換器であり、19、20はサン
プリング周期Ｔで閉じるサンプラであり、サンプラ19と
A/D変換器17とで連続時間アナログ信号を離散時間ディ
ジタル信号に変換し、サンプラ20とD/A変換器18とで離
散時間ディジタル信号を連続時間アナログ信号に変換す
る。17 is an A / D converter, 18 is a D / A converter, 19 and 20 are samplers closed at a sampling period T,
The A / D converter 17 converts the continuous-time analog signal into a discrete-time digital signal, and the sampler 20 and the D / A converter 18 convert the discrete-time digital signal into a continuous-time analog signal.
（１）式の導出を行う。 (1) Formula is derived.
いま時刻ｉにおける補正速度指令ｕ（ｉ）を uo（ｉ）＝ｚ（ｉ） （2a） uk（ｉ）＝uk-1（ｉ）＋σ（ｉ） （ｋ＝1,2,…）
（2b） と与えるものとする。ただし、ｋは試行の回数を表す。Now, the corrected speed command u (i) at time i is expressed as u o (i) = z (i) (2a) u k (i) = uk -1 (i) + σ (i) (k = 1, 2,...) )
(2b). Here, k represents the number of trials.
ここで、学習コントローラ内部の信号zk（ｉ）、σ
（ｉ）のところでループを切り、補正速度指令uk（ｉ）
を入力とし、速度指令zk（ｉ）を出力とする制御対象を
考える（第３図）。この制御対象は、D/A変換器18、速
度コントローラ３、モータ４、積分器５、減算器６、乗
算器２、A/D変換器17、および、サンプラ18、19を含ん
でいる。なお、位置指令ｒはゼロとする。Here, signals z k (i), σ inside the learning controller
The loop is cut at (i) and the correction speed command u k (i)
Let us consider a controlled object that receives as input and outputs a speed command z k (i) (FIG. 3). The control target includes a D / A converter 18, a speed controller 3, a motor 4, an integrator 5, a subtracter 6, a multiplier 2, an A / D converter 17, and samplers 18, 19. Note that the position command r is set to zero.
また、前回の試行の時刻ｉでは、第４図の関係が成り
立つため、第３図、第４図より第５図の関係が得られ
る。ただし、δ（ｉ）は δ（ｉ）＝zk（ｉ）−zk-1（ｉ） （３） と定義される。At time i of the previous trial, the relationship shown in FIG. 4 is established, so that the relationship shown in FIG. 5 is obtained from FIGS. 3 and 4. Here, δ (i) is defined as δ (i) = z k (i) −z k−1 (i) (3).
インパルス応答モデルによりδ（ｉ）は次式で表すこ
とができる。With the impulse response model, δ (i) can be expressed by the following equation.
ただし、dk（ｉ）は推定誤差であり、Hj（ｊ＝1,2,
…）は第３図で定義した制御対象の重み系列（インパル
ス応答）あるいは単位ステップ応答サンプル値のサンプ
リング周期間の増分値である。ここでの制御対象は第１
図の積分器５による積分特性を持つためHjは第６図のよ
うな形となる。ＮはHj≒HN（ｊ＞Ｎ）となるように選ぶ
ものとする。 Here, dk (i) is an estimation error, and Hj (j = 1, 2,
..) Is a weight sequence (impulse response) of the control object defined in FIG. 3 or an increment value between the sampling periods of the unit step response sample value. The control target here is the first
Hj has the form as shown in FIG. 6 because of having the integration characteristic by the integrator 5 in the figure. N is selected so that Hj ≒ HN (j> N).
さらに、時刻ｉ＋ｍのδ（ｉ＋ｍ）は次式で表され
る。Further, δ (i + m) at time i + m is expressed by the following equation.
いま時刻ｉにおいて、推定誤差がdk（ｉ）＝dk（ｉ＋
ｍ）であり、さらに、未来の補正値σ（ｉ＋ｍ）（ｍ＝
1,2,…,M）をゼロと仮定すると、未来のδ（ｉ＋ｍ）
（ｍ＝1,2,…,M）は上の２式により次式で予測される。 At time i, the estimation error is dk (i) = dk (i +
m) and the future correction value σ (i + m) (m =
1,2, ..., M) is assumed to be zero, the future δ (i + m)
(M = 1, 2,..., M) is predicted by the following equations using the above two equations.
ここで、未来時刻ｉ＋ｍでの速度指令zk（ｉ＋ｍ）
は、（３）式より で予測される。 Here, the speed command z k (i + m) at the future time i + m
Is from equation (3) Is predicted.
第１図より速度指令ｚは、位置偏差にKpを乗じたもの
であるから、未来時刻ｉ＋Ｍまでの位置偏差を小さくす
るための指標として、次の評価関数Ｊ を考え、この評価関数Ｊが最小となるように補正値σ
（ｉ）を選ぶものとする。ここでWmは、未来時刻ｉ＋ｍ
における速度指令値の予測値zk（ｉ＋ｍ）に掛ける重み
係数であり、その一例を第７図に示す。From FIG. 1, the speed command z is obtained by multiplying the position deviation by Kp. Therefore, the following evaluation function J is used as an index for reducing the position deviation until the future time i + M. And a correction value σ such that the evaluation function J is minimized.
(I) shall be selected. Where W m is the future time i + m
Is a weight coefficient to be multiplied by the predicted value z k (i + m) of the speed command value in FIG. 7, an example of which is shown in FIG.
いま式∂J/∂σ（ｉ）＝０は、未知数σ（ｉ）に関す
る１次の代数方程式となるため、Ｊを最小にするσ
（ｉ）は簡単に求められ、結局、時刻ｉにおける補正値
σ（ｉ）は、次式で与えられる。Since the equation ∂J / ∂σ (i) = 0 is a first-order algebraic equation relating to the unknown σ (i), σ that minimizes J
(I) is easily obtained, and eventually, the correction value σ (i) at time i is given by the following equation.
ただし、 であり、これらの定数は、制御対象の重み系列を測定
し、重み係数Wmを適当に与えてやることにより、あらか
じめ算出される。 However, , And the these constants, the weight sequence of the control target is measured, by'll given appropriate weight coefficients W m, is calculated in advance.
以上で、（１）式で与えられる補正値σ（ｉ）が、
（６）式の評価関数Ｊを最小にすることが示された。As described above, the correction value σ (i) given by the equation (1) is
It was shown that the evaluation function J in the equation (6) was minimized.
サンプラ19、20の閉じるタイミングは、学習演算を行
うCPUの内部クロックにより決定しても良いし、他の軸
と同期運転を行う場合には、他の軸のモータに付いてい
る位置検出器からの信号により決定しても良い。The timing of closing the samplers 19 and 20 may be determined by the internal clock of the CPU that performs the learning operation, or when performing synchronous operation with another axis, the position detector attached to the motor of the other axis may be used. May be determined based on the above signal.
１回の試行を開始するタイミングは、位置ループを制
御する、すなわち、位置指令からモータの位置を減算す
るCPUからの信号により決定しても良いし、他の軸のモ
ータに付いている位置検出器からの信号により決定して
も良い。The timing of starting one trial may be determined by a signal from the CPU that controls the position loop, that is, subtracts the position of the motor from the position command, or may detect the position of the motor of another axis. Alternatively, it may be determined by a signal from the vessel.
十分な試行を経て、速度指令値ｚがあらかじめ設定さ
れた値以内に収束した時、すなわち、位置偏差ｅがある
値以下になった時は、記憶されている１試行分の補正速
度指令を用いて、メモリ運転を行っても良い。この時の
構成を第８図に示す。When the speed command value z converges within a preset value after sufficient trials, that is, when the position deviation e becomes equal to or less than a certain value, the stored corrected speed command for one trial is used. Then, the memory operation may be performed. The configuration at this time is shown in FIG.
また、学習を行わない通常動作時には、学習コントロ
ーラは、入力した速度指令ｚの値をそのまま補正速度指
令ｕとして出力してやれば良い。In a normal operation without learning, the learning controller may output the value of the input speed command z as it is as the corrected speed command u.
以上述べたように、本発明によれば、同じパターンを
繰り返す位置指令に対して、位置指令とモータの位置と
の差を速度指令とし、その速度指令を学習コントローラ
へ入力し、この学習コントローラ内では、未来の速度指
令を予測し、その値が最小となるように現在の速度指令
の補正を行い、その補正速度指令を該速度コントローラ
へ入力するため、位置偏差の計算は従来のコントローラ
をそのまま流用でき、学習コントローラは位置指令を必
要とせず、最終的には、位置指令に対して、追従精度が
格段に良い制御系が実現されるという効果がある。As described above, according to the present invention, for a position command that repeats the same pattern, the difference between the position command and the position of the motor is set as a speed command, and the speed command is input to the learning controller. Then, the future speed command is predicted, the current speed command is corrected so that the value is minimized, and the corrected speed command is input to the speed controller. The learning controller does not need a position command, and finally has an effect of realizing a control system having a much better tracking accuracy with respect to the position command.
第１図は本発明の基本概念図、第２図は学習コントロー
ラの内部構成を示す図、第３図は入力をuk（ｉ）とした
制御対象を示す図、第４図は入力をuk-1（ｉ）とした制
御対象を示す図、第５図は入力をσ（ｉ）とした制御対
象を示す図、第６図、第７図は本発明の動作を説明する
図、第８図は本発明のメモリ運転を示す図である。 １……学習コントローラ ２……乗算器 ３……速度コントローラ ４……モータ ５……積分器 ６……減算器FIG. 1 is a basic conceptual diagram of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a learning controller, FIG. 3 is a diagram showing a control target whose input is u k (i), and FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a control target with k−1 (i), FIG. 5 is a diagram illustrating a control target with input σ (i), FIG. 6 and FIG. FIG. 8 is a diagram showing the memory operation of the present invention. 1 Learning controller 2 Multiplier 3 Speed controller 4 Motor 5 Integrator 6 Subtractor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｑ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/404 G05B 13/02 G05D 3/12 H02P 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI H02P 5/00 H02P 5/00 Q (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G05B 19/404 G05B 13 / 02 G05D 3/12 H02P 5/00
Claims (3)
ータの位置を追従させるよう、モータへ入力を与える制
御系において、 検出したモータの位置と目標指令との差を速度指令とし
て入力し、現在の速度指令に対する補正速度指令を出力
する学習コントローラであって、補正速度指令を入力と
し速度指令を出力とする積分特性を持った制御対象の動
特性に関する情報と現在時刻の速度指令と前回試行時の
速度指令と現在時刻に至るまでの過去の補正速度指令と
による未来の速度指令を予測し、その速度指令予測値の
重み付き二乗和を最小とするように現在時刻の補正速度
指令を決定する学習コントローラと、 前記補正速度指令を入力し、前記モータを駆動する速度
コントローラを備えたことを特徴とする速度指令の補正
による学習制御装置。In a control system for providing an input to a motor so that the position of the motor follows a target position command that repeats the same pattern, a difference between the detected motor position and the target command is input as a speed command. A learning controller that outputs a corrected speed command corresponding to a speed command. The controller is a learning controller that outputs a corrected speed command as an input and outputs a speed command. Learning to predict a future speed command based on the speed command and a past corrected speed command up to the current time, and determine a corrected speed command at the current time so as to minimize a weighted sum of squares of the speed command predicted value. A learning controller that corrects the speed command, comprising: a controller; and a speed controller that inputs the corrected speed command and drives the motor. .
受け取った速度指令をA/D変換器によりサンプリング
し、学習演算によって決定された補正速度指令をD/A変
換器によってアナログ電圧として出力し、 初回の試行においては、時刻ｉにおける補正速度指令uo
（ｉ）を、 uo（ｉ）＝ｚ（ｉ） とし、それ以降のｋ回目の試行においては、 uk（ｉ）を、 uk（ｉ）＝uk-1（ｉ）＋σ（ｉ）（ｋ＝1,2,・・・・
・） （ただし、ｕ、σ、ｚは、それぞれ補正速度指令、補正
値、速度指令であり、添字k,k−１は試行の回数を表
し、qm、Ｑ、gnは、制御対象の動特性に関する情報と、
予測される未来の速度指令に掛ける重みによって決定さ
れる定数である） とすることにより速度指令を決定するものである請求項
１記載の速度指令の補正による学習制御装置。2. The learning controller according to claim 1, wherein the A / D converter samples the speed command received by the analog voltage, and outputs a corrected speed command determined by the learning operation as an analog voltage by the D / A converter. Of the correction speed command u o at time i
Let (i) be u o (i) = z (i), and in the subsequent k-th trial, u k (i) is replaced by u k (i) = u k−1 (i) + σ (i) ) (K = 1,2, ...)
・) (However, u, sigma, z is corrected velocity command, respectively, the correction value is a speed command, the subscript k, k-1 represents the number of trials, q m, Q, g n is the dynamic characteristic of the controlled object Information about
2. The learning control device according to claim 1, wherein the speed command is determined by setting a constant determined by a weight applied to a predicted future speed command.
じめ設定された値以内に収束した後は、メモリに記憶さ
れている１試行分の補正速度指令を用いて、メモリ運転
を行うことを特徴とする請求項１記載の速度指令の補正
による学習制御装置。3. After the speed command value z converges within a preset value after sufficient trials, the memory operation is performed using the corrected speed command for one trial stored in the memory. The learning control device according to claim 1, wherein the learning control device corrects the speed command.
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|---|---|---|---|
| JP2196940A JP2921056B2 (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Learning control device by correcting speed command |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100116A JPH04100116A (en) | 1992-04-02 |
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