JP2957208B2 - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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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、広い分野のサーボ，プロセス系自動制御装
置に適用される制御装置、特に制御対象の伝達特性が二
次系であり、外乱やパラメータ変動に対して低感度が所
望されるのに適し、具体的には各種の工作機械，産業用
ロボット，出力にLCフイルタをもつ電源装置に採用し得
る制御装置に関するものである。
置に適用される制御装置、特に制御対象の伝達特性が二
次系であり、外乱やパラメータ変動に対して低感度が所
望されるのに適し、具体的には各種の工作機械，産業用
ロボット，出力にLCフイルタをもつ電源装置に採用し得
る制御装置に関するものである。
関連先行技術として、電気学会論文誌D,107巻１号
（昭和62年），大西著「メカトロニクスにおける新しい
サーボ技術」図５の記載が見られる。すなわち、この記
載においては、制御対象となるサーボモータ系は（1/J
S）で表わされる一次系に関するものであり、ここで
は、サーボモータの速度制御を例として、慣性モーメン
トＪのノミナル値を用いて負荷トルクの推定値を算出し
フィードフォワード補償することにより、外乱となる負
荷トルク変動や慣性モーメント変動を打ち消す方法が示
されているところである。
（昭和62年），大西著「メカトロニクスにおける新しい
サーボ技術」図５の記載が見られる。すなわち、この記
載においては、制御対象となるサーボモータ系は（1/J
S）で表わされる一次系に関するものであり、ここで
は、サーボモータの速度制御を例として、慣性モーメン
トＪのノミナル値を用いて負荷トルクの推定値を算出し
フィードフォワード補償することにより、外乱となる負
荷トルク変動や慣性モーメント変動を打ち消す方法が示
されているところである。
しかしながら、前述の外乱打ち消し方法の開示は一次
系の制御対象のみであり、本発明はかかる手法の拡大を
図り、二次系に適用可能としたものである。
系の制御対象のみであり、本発明はかかる手法の拡大を
図り、二次系に適用可能としたものである。
以下、図面に基づいて説明する。
第８図は本発明にかかる制御対象系の概念を説明する
ため示したもので、１は入力Ｒと外乱の加算要素、２は
出力Ｙと〔1/（S2＋aS＋ｂ）〕なる伝達特性をもつ制御
対象である。ここで、a,bは制御対象により定まるある
定数である。
ため示したもので、１は入力Ｒと外乱の加算要素、２は
出力Ｙと〔1/（S2＋aS＋ｂ）〕なる伝達特性をもつ制御
対象である。ここで、a,bは制御対象により定まるある
定数である。
かように示される系では出力Ｙが外乱Ｄの影響を特に
強く受けて入力Ｒのみでは定まらない。外乱Ｄは、位置
サーボ制御のような電動機駆動系においては負荷トルク
の変動などであり、また電源装置であれば負荷電流の変
動などである。
強く受けて入力Ｒのみでは定まらない。外乱Ｄは、位置
サーボ制御のような電動機駆動系においては負荷トルク
の変動などであり、また電源装置であれば負荷電流の変
動などである。
図では示していないが、一般に出力Ｙを目標値と一致
させるため、出力Ｙをフィードバックして入力Ｒを調整
する自動制御系を構成するのが通常であり、しかるに外
乱Ｄはこのような制御系の制御特性を損い望ましいもの
ではない。
させるため、出力Ｙをフィードバックして入力Ｒを調整
する自動制御系を構成するのが通常であり、しかるに外
乱Ｄはこのような制御系の制御特性を損い望ましいもの
ではない。
また、制御対象の定数a,bを正確に知ることが難しい
場合が多く、たとえ正確に知り得ても運転状態、例えば
ロボットでは物をもつことによる慣性モーメントの変
化，電源装置では負荷電流によるフイルタ（Ｌ）の定数
変化，化学プロセスであれば温度や圧力によるパラメー
タ変動などに影響され、これが一定とは限らず、かよう
な点からも制御特性が損われることとなる。
場合が多く、たとえ正確に知り得ても運転状態、例えば
ロボットでは物をもつことによる慣性モーメントの変
化，電源装置では負荷電流によるフイルタ（Ｌ）の定数
変化，化学プロセスであれば温度や圧力によるパラメー
タ変動などに影響され、これが一定とは限らず、かよう
な点からも制御特性が損われることとなる。
第１図は本発明の基本技術思想の理解を容易にするた
め示したもので、3,5は減算要素、４は制御要素であ
る。
め示したもので、3,5は減算要素、４は制御要素であ
る。
すなわち、制御要素４は（S2＋a0S＋b0）なる伝達特
性を有するものであり、ここに制御要素４は出力Ｙを入
力とし出力は減算要素５により入力Ｒが減算され、その
後減算要素３へ減極性で与えられるよう構成されてな
る。
性を有するものであり、ここに制御要素４は出力Ｙを入
力とし出力は減算要素５により入力Ｒが減算され、その
後減算要素３へ減極性で与えられるよう構成されてな
る。
ここで、a0,b0は定数a,bのノミナル値であり、それぞ
れの誤差をΔa,Δｂとするとつぎの如くとなる。
れの誤差をΔa,Δｂとするとつぎの如くとなる。
かくの如く、真の値a,bは正確に知ることが困難なた
め、制御要素４においてa0,b0を使用する。Δa,Δｂは
零であることが望ましいが、必ずしも零でなくともよ
い。
め、制御要素４においてa0,b0を使用する。Δa,Δｂは
零であることが望ましいが、必ずしも零でなくともよ
い。
第１図において、減算要素3,5の出力をＴ＊,Deとする
と、次式が成立する。
と、次式が成立する。
Ｒ−De＝Ｔ＊ ……（２） Ｔ＊＋Ｄ＝（S2＋aS＋ｂ）Ｙ ……（３） De＝（S2＋a0S＋b0）Ｙ−Ｔ＊ ……（４） この式（２），（４）より式（５）が求まり、この関
係を第２図に示す。
係を第２図に示す。
また、式（１），（３），（４）より次式が求まる。
De＝Ｄ＋（Δa0S＋Δb0）Ｙ ……（６） かように式（６）のDeは外乱Ｄと各定数の設計値（ノ
ミナル値）との差による変動成分を合わせたものであ
り、これを等価外乱と呼ぶ。
ミナル値）との差による変動成分を合わせたものであ
り、これを等価外乱と呼ぶ。
したがって、第２図に示す如く第１図における外乱Ｄ
の影響が完全に打ち消され、伝達特性もa,bではなく、a
0,b0によって定まっていることが解る。
の影響が完全に打ち消され、伝達特性もa,bではなく、a
0,b0によって定まっていることが解る。
そのa0,b0はa,bのノミナル値（または設計値）として
制御要素４にセットする値であるから、真のa,bが各種
の要因により変化してもこのa0,b0は不変であり、伝達
特性ひいては制御特性に影響を与えることはなくなる。
制御要素４にセットする値であるから、真のa,bが各種
の要因により変化してもこのa0,b0は不変であり、伝達
特性ひいては制御特性に影響を与えることはなくなる。
かようにして、等価外乱DEを算出してフィードフォワ
ード補償することにより、外乱D,定数a,bの変動を打ち
消すことができる。
ード補償することにより、外乱D,定数a,bの変動を打ち
消すことができる。
ところで、制御要素４にはS2,a0Sの二重微分，一重微
分の項が含まれているが、実用上その微分要素はノイズ
の影響を受け易いため、一般には使用しない方が得策で
ある。
分の項が含まれているが、実用上その微分要素はノイズ
の影響を受け易いため、一般には使用しない方が得策で
ある。
そこで、二次フイルタを追加することにより、微分要
素を除くことを考えてみる。これを第３図を参照して説
明する。
素を除くことを考えてみる。これを第３図を参照して説
明する。
第３図においては、７はフイルタであり、フイルタ７
が制御要素４と直列接続されてなる。
が制御要素４と直列接続されてなる。
ここで、フイルタ７が〔1/（S2＋fS＋ｇ）〕の伝達特
性をもつとすると、制御要素４と合わせつぎのようにな
る。
性をもつとすると、制御要素４と合わせつぎのようにな
る。
式（７）により、制御要素４とフイルタ７の部分を展
開し、ブロック図として示すと第４図の如くである。
開し、ブロック図として示すと第４図の如くである。
すなわち第４図においては、図示の如くに積分要素1
0,14と係数要素8,11,13,15と加算要素12,16とで構成さ
れることは明らかである。
0,14と係数要素8,11,13,15と加算要素12,16とで構成さ
れることは明らかである。
よって、微分要素を用いない実用的な装置を実現する
ことができる。ただし、フイルタ７による遅れは制御特
性に影響するため、可能な限り少なくすることが必要で
ある。
ことができる。ただし、フイルタ７による遅れは制御特
性に影響するため、可能な限り少なくすることが必要で
ある。
さらに、第３図に示されるフイルタ７の挿入位置を変
更したものを第５図に示す。ここに、出力Ｙを入力とす
る制御要素４の出力が減算要素５に与えられ、この減算
要素５の出力側にフイルタ７が付与され、フイルタ７の
出力が減算要素３へ減極性で支えられるよう構成され
る。
更したものを第５図に示す。ここに、出力Ｙを入力とす
る制御要素４の出力が減算要素５に与えられ、この減算
要素５の出力側にフイルタ７が付与され、フイルタ７の
出力が減算要素３へ減極性で支えられるよう構成され
る。
かかる構成の詳細説明を省略するが、この構成によれ
ば入力Ｒ信号にもフイルタがかかるため、より滑らかな
動作が期待できることは明らかである。ただし、二重微
分項を消却するための回路構成は多少複雑となる。
ば入力Ｒ信号にもフイルタがかかるため、より滑らかな
動作が期待できることは明らかである。ただし、二重微
分項を消却するための回路構成は多少複雑となる。
なお、制御対象が第８図で示される如き簡単なＳの二
次式で表わされる例によるものとしたが、その分子もＳ
の多項式となり，ゲインが加わり、外乱Ｄの入力位置が
変っているなどの場合についても、同様の手法を用いる
ことにより、同等の作用効果が得られる装置を構成し得
ることは勿論である。
次式で表わされる例によるものとしたが、その分子もＳ
の多項式となり，ゲインが加わり、外乱Ｄの入力位置が
変っているなどの場合についても、同様の手法を用いる
ことにより、同等の作用効果が得られる装置を構成し得
ることは勿論である。
さらに、本発明をLCフイルタをもつ電源装置に適用し
た実施例図面を参照して詳細説明する。
た実施例図面を参照して詳細説明する。
第６図は本発明の適用対象例の説明のため示した回路
図であり、17は直流電源、18はトランジスタやサイリス
タ等のスイッチング素子により構成されるインバータ回
路、19,20はＬヘンリー,Cファラッドの値をもつリアク
トル，コンデンサである。ここに、リアクトル19とコン
デンサ20とでフイルタを構成するLCフイルタを構成して
おり、vAはインバータ回路出力電圧、vCはコンデンサ電
圧、iLは負荷電流である。
図であり、17は直流電源、18はトランジスタやサイリス
タ等のスイッチング素子により構成されるインバータ回
路、19,20はＬヘンリー,Cファラッドの値をもつリアク
トル，コンデンサである。ここに、リアクトル19とコン
デンサ20とでフイルタを構成するLCフイルタを構成して
おり、vAはインバータ回路出力電圧、vCはコンデンサ電
圧、iLは負荷電流である。
すなわち、インバータ回路18は直流電源17を入力し、
直流電圧をチョッピングして正負の複数パルスに細分化
し、そのパルス幅を制御することにより所要の出力電圧
を得る。また、LCフイルタはインバータ回路18出力のチ
ョッピング周波数成分を除去し、多くの場合低歪の基本
波成分を得るために使用される。
直流電圧をチョッピングして正負の複数パルスに細分化
し、そのパルス幅を制御することにより所要の出力電圧
を得る。また、LCフイルタはインバータ回路18出力のチ
ョッピング周波数成分を除去し、多くの場合低歪の基本
波成分を得るために使用される。
このような装置はUPS（無停電電源装置）やCVCF（定
電圧定周波数電源装置）として多用されているところで
ある。
電圧定周波数電源装置）として多用されているところで
ある。
第７図は本発明による第６図装置適用例の要部構成を
示すもので、21は加算要素、22はLCフイルタ、23は制御
要素、24,25は減算要素である。ここに、VA,VC,ILはvA,
vC,iLのラプラス表示であり、LO,COはL,Cの設計値であ
る。
示すもので、21は加算要素、22はLCフイルタ、23は制御
要素、24,25は減算要素である。ここに、VA,VC,ILはvA,
vC,iLのラプラス表示であり、LO,COはL,Cの設計値であ
る。
かくの如き構成例では第１図に示したものと制御対象
の伝達特性表示が異なるものの、定数，ゲインの相違し
ているものとして第１図に示したものに帰着できること
明らかである。
の伝達特性表示が異なるものの、定数，ゲインの相違し
ているものとして第１図に示したものに帰着できること
明らかである。
また、外乱となるiLは（−LSIL）として表わされる
が、前述したと同様の手法にて（LOCOS2＋１）の伝達特
性をもつ制御要素23と減算要素24,25を用いることによ
り、 となり、コンデンサ電圧、すなわちこの電源装置の出力
電圧が負荷電流やパラメータ変動に影響されない装置を
実現できる。そして、二次フイルタの使用により制御要
素にある二重微分項（LOCOS2）を除去できることは勿論
である。
が、前述したと同様の手法にて（LOCOS2＋１）の伝達特
性をもつ制御要素23と減算要素24,25を用いることによ
り、 となり、コンデンサ電圧、すなわちこの電源装置の出力
電圧が負荷電流やパラメータ変動に影響されない装置を
実現できる。そして、二次フイルタの使用により制御要
素にある二重微分項（LOCOS2）を除去できることは勿論
である。
以上詳述した如く本発明によれば、制御対象が二次系
で表わされる適用により、外乱や伝達特性の変動の影響
を格別に除去することができ、実用上極めて有用であ
る。
で表わされる適用により、外乱や伝達特性の変動の影響
を格別に除去することができ、実用上極めて有用であ
る。
しかして、各種の工作機械やロボットなどに使用され
るサーボ系では、負荷トルクの変動や慣性モーメントが
大きく、特にその効果は大である。UPSなどの電源装置
では負荷電流による出力電圧変動が大きく、特にコンデ
ンサ入力型整流回路やスイッチング回路など非線形回路
が負荷となり、負荷電流中の高調波成分が多くなると、
電圧変動ばかりでなく出力波形そのものが影響を受けて
歪率が増加する。よって、かような制御対象に対して負
荷電流の影響を除去できるため実用効果が大きい。
るサーボ系では、負荷トルクの変動や慣性モーメントが
大きく、特にその効果は大である。UPSなどの電源装置
では負荷電流による出力電圧変動が大きく、特にコンデ
ンサ入力型整流回路やスイッチング回路など非線形回路
が負荷となり、負荷電流中の高調波成分が多くなると、
電圧変動ばかりでなく出力波形そのものが影響を受けて
歪率が増加する。よって、かような制御対象に対して負
荷電流の影響を除去できるため実用効果が大きい。
第１図および第２図は本発明の基本技術思想の説明のた
め示した系統図および適用後の伝達特性を示した系統
図、第３図および第４図は本発明によるフイルタ挿入例
を示す系統図およびその展開系統図、第５図は本発明に
よる別なフイルタ挿入例を示す系統図、第６図および第
７図は本発明の実施例の説明のため示した本発明の適用
対象例の回路図および実施例の要部構成を示した系統
図、第８図は本発明にかかる制御対象系の概念の説明の
ため示した系統図である。 ２……制御対象、4,23……制御要素、７……フイルタ、
8,11,13,15,……係数要素、10,14……積分要素、22……
LCフイルタ、Ｒ……入力、Ｙ……出力、Ｄ……外乱。
め示した系統図および適用後の伝達特性を示した系統
図、第３図および第４図は本発明によるフイルタ挿入例
を示す系統図およびその展開系統図、第５図は本発明に
よる別なフイルタ挿入例を示す系統図、第６図および第
７図は本発明の実施例の説明のため示した本発明の適用
対象例の回路図および実施例の要部構成を示した系統
図、第８図は本発明にかかる制御対象系の概念の説明の
ため示した系統図である。 ２……制御対象、4,23……制御要素、７……フイルタ、
8,11,13,15,……係数要素、10,14……積分要素、22……
LCフイルタ、Ｒ……入力、Ｙ……出力、Ｄ……外乱。
Claims (3)
- 【請求項１】〔1/（S2＋aS＋ｂ）〕（a,bは定数）なる
伝達特性をもつ制御対象に対し、出力を、（a0,b0）を
定数（a,b）のノミナル値とする（S2＋a0S＋b0）なる伝
達特性をもつ制御要素を通したのち、前記制御対象の入
力を減算し、かつ該制御対象の入力に減極性にて印加し
たことを特徴とする制御装置。 - 【請求項２】前記制御要素と直列に二次のフイルタを接
続したことを特徴とする請求項第１項記載の制御装置。 - 【請求項３】前記制御要素の出力より前記制御対象の入
力を減算し、かつ二次のフイルタを通したのち該制御対
象の入力に減極性にて印加したことを特徴とする請求項
第１項記載の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27205089A JP2957208B2 (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27205089A JP2957208B2 (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03132801A JPH03132801A (ja) | 1991-06-06 |
| JP2957208B2 true JP2957208B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=17508414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27205089A Expired - Fee Related JP2957208B2 (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2957208B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5271853B2 (ja) * | 2009-09-08 | 2013-08-21 | ヤンマー株式会社 | フィードバック制御装置とフィードバック制御方法 |
| US8630770B2 (en) | 2009-04-17 | 2014-01-14 | Yanmar, Co., Ltd. | Vehicle and feedback control method |
-
1989
- 1989-10-19 JP JP27205089A patent/JP2957208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03132801A (ja) | 1991-06-06 |
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Legal Events
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