JP3084675B2 - State feedback control method - Google Patents

State feedback control method

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JP3084675B2
JP3084675B2 JP03235728A JP23572891A JP3084675B2 JP 3084675 B2 JP3084675 B2 JP 3084675B2 JP 03235728 A JP03235728 A JP 03235728A JP 23572891 A JP23572891 A JP 23572891A JP 3084675 B2 JP3084675 B2 JP 3084675B2
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淳 藤川
仲慶 楊
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】産業応用ドライブシステムにおい
て、トルク伝達機構に弾性体要素が含まれ、モータ自身
や負荷の慣性モーメントと関係して共振系を構成するこ
とはよく知られており、制御上問題となることが多い。
このような高次系システムに対して通常よく用いられる
PI制御を適用し、その即応性を高めようとすると、た
とえば軸の捩じり振動が生じる。また、負荷トルクや系
のパラメータの変動が大きく出力に影響を与えると言う
弊害が付随していた。
It is well known that in an industrial application drive system, a torque transmission mechanism includes an elastic element and a resonance system is formed in relation to a motor itself and a moment of inertia of a load. Often a problem.
Applying PI control, which is often used, to such a higher-order system to improve its responsiveness, for example, causes torsional vibration of the shaft. Further, there is an adverse effect that fluctuations in load torque and system parameters greatly affect the output.

【0002】本発明は、このような問題を解決するため
に、状態フィードバック制御を、高次系システム、例え
ば捩じり系に適用し、捩じり振動および過渡特性を改善
した制御方式に関するものであって、本出願人により平
成1年6月22日付で出願された特開平3−025505号「多
機能形制御装置」に詳述した等価外乱オブザーバの考え
を、状態フィードバックゲインの決定法の一方策として
とらえ、等価外乱オブザーバにより入力外乱を打ち消す
ようにフィードバックゲイン要素を選定することに関す
るものである。
[0002] The present invention relates to a control system in which state feedback control is applied to a higher-order system, for example, a torsional system to improve torsional vibration and transient characteristics in order to solve such a problem. The idea of the equivalent disturbance observer described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-025505, filed on Jun. 22, 2001 by the present applicant, is based on the method of determining the state feedback gain. One of the measures is to select a feedback gain element such that an input disturbance is canceled by an equivalent disturbance observer.

【0003】[0003]

【従来の技術】高次系システム、例えば図2に示したよ
うな弾性を有する軸に直結された誘導電動機と負荷とは
高次系となり捩じり振動系を構成する。
2. Description of the Related Art A high-order system, for example, an induction motor directly connected to an elastic shaft as shown in FIG. 2 and a load constitute a high-order system to constitute a torsional vibration system.

【0004】 図中の符号は、 T ;トルク指令 T ;負荷トルク T ;軸捩じりトルク K ;トルク定数 J ;電動機の慣性 J ;負荷の慣性 ωm ;電動機速度 ω ;負荷速度 K ;軸の弾性係数 D ;電動機のダンピング定数 D ;軸のダンピング定数 D ;負荷のダンピング定数 であるが、誘導電動機のダンピング定数Dと、負荷の
ダンピング定数D、及び軸のダンピング定数は極めて
小さいので、以下の説明ではこれらを無視して進める。
[0004] Reference numerals are, T m *; torque command T L; load torque T S; axial torsional torque K t; torque constant J m; the inertia of the motor J L; load inertia .omega.m; motor speed ω L; loading rate K S; modulus axis D m; damping constant of the axis D L;; damping constant D S of the electric motor is a damping constant of the load, the damping constant D m of the induction motor, the load of the damping constant D Since L and the damping constant of the axis are extremely small, they will be ignored in the following description.

【0005】図2の捩じり系システムをブロック線図で
表現すると図3のようになる。この図3のモデルより式
(1)のような状態方程式が得られる。
FIG. 3 is a block diagram of the torsion system shown in FIG. A state equation such as equation (1) is obtained from the model of FIG.

【数1】 (Equation 1)

【0006】特性方程式は S(S2 +ω0 2) (2) のごとくなり、この共振周波数ω0 は ω0 =√[Ks {(1/Jm )+(1/JL )}] (3) となる。The characteristic equation becomes as S (S 2 + ω 0 2 ) (2), and the resonance frequency ω 0 is ω 0 = {[K s {(1 / J m ) + (1 / J L )}]. (3)

【0007】このように捩じり系では、式(3)のよう
にKs ,Jm ,JL で決まる共振周波数ω0 で共振が発
生する。この振動は特に速度系の応答を高めるためにP
Iゲインを上げていくと、共振周波数ω0 で軸の捩じり
振動が起こり問題となって、PIゲインを下げざるを得
なかった。
As described above, in the torsion system, resonance occurs at a resonance frequency ω 0 determined by K s , J m , and J L , as shown in equation (3). This vibration is particularly effective for increasing the response of the speed system.
As the I gain was increased, torsional vibration of the shaft occurred at the resonance frequency ω 0 , which became a problem, and the PI gain had to be reduced.

【0008】また、負荷トルクTL から負荷の速度ωL
までの伝達関数は、次式のように高次系となる。 ωL /TL =(−b3S3+b2S2+b1S +b0)/(S4+a3S3+a2S2+a1S +a0) (4) 但し、a0=KI t s /(Jm L ) ここでKI
積分定数である。 a1=KP t s /(Jm L ) ここでKP は比例定
数である。 a2=ω0 2 a3=0 b0=0 b1=Ks /(Jm L ) b2=0 b3=1/JL
[0008] In addition, the speed of the load from the load torque T L ω L
The transfer function up to becomes a higher-order system as in the following equation. ω L / T L = (- b 3 S 3 + b 2 S 2 + b 1 S + b 0) / (S 4 + a 3 S 3 + a 2 S 2 + a 1 S + a 0) (4) where, a 0 = K I K t K s / (J m J L ) where K I is an integration constant. a 1 = K P K t K s / (J m J L) where K P is a proportionality constant. a 2 = ω 0 2 a 3 = 0 b 0 = 0 b 1 = K s / (J m J L ) b 2 = 0 b 3 = 1 / J L

【0009】式(4)から負荷の速度ωL は負荷トルク
L の変動の影響を受けやすく、また制御系のパラメー
タ変動に左右されやすいことがわかる。捩じり振動が起
こると、軸のねじ切り、軸シャフトの破損等の危険が生
じ、従来は即応性の高いアクティブな捩じり防振制御は
PI制御では実現不可能とされていた。従来は共振周波
数ω0 より制御応答周波数を低くし(PIゲインを下げ
応答を遅くする)、急激な変動を与えないよう制御され
ていた。また、一方軸の弾性係数Ks を大きくして共振
周波数ω0を高くしていた。このように、従来のPI制
御ではアクティブな捩じり防振制御は不可能であった。
[0009] Equation (4) speed omega L of the load from sensitive to variations in the load torque T L, also it can be seen that likely to be dependent on the parameter variation of the control system. When torsional vibration occurs, there is a danger that the shaft is cut off, the shaft shaft is damaged, and the like. Conventionally, active torsional vibration isolation control with high responsiveness has been impossible with PI control. Conventionally, the control response frequency is set lower than the resonance frequency ω 0 (the PI gain is reduced and the response is slowed), and the control is performed so as not to cause a sudden change. Further, the resonance frequency ω 0 is increased by increasing the elastic coefficient K s of one axis. As described above, active torsional vibration control cannot be performed by the conventional PI control.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】軸の捩じり振動を抑制
し、負荷の速度の制御応答性を改善するためには、系の
すべての極を所望の安定な極配置にしなければならな
い。また、前述のように、負荷トルクTL や制御系のパ
ラメータの変動の影響に左右されないようにするために
は、これらの影響を積極的に補償する必要があり、これ
らの要求を満足させる一方法として、現代制御理論の状
態フィードバック制御を捩じり系に適用した例で問題点
を考察する。状態フィードバック制御については、多く
の文献に説明されているので、ここでは説明しない。
In order to suppress the torsional vibration of the shaft and improve the control response of the speed of the load, all the poles of the system must have a desired stable pole arrangement. In addition, as described above, in order not to be influenced by the fluctuation of the load torque TL or the parameter of the control system, it is necessary to actively compensate for these effects. As a method, the problem is considered in an example in which the state feedback control of modern control theory is applied to a torsional system. The state feedback control has been described in many documents and will not be described here.

【0011】前述の捩じり系モデルの一般式(1)に状
態フィードバック制御を適用すると図4のようになる。
ここで、状態フィードバックゲインのマトリックスFは
要素f11,f12,f13及びf21,f22,f23により次の
ように表される。
FIG. 4 shows a state feedback control applied to the general formula (1) of the aforementioned torsion system model.
Here, the matrix F of the state feedback gain is represented as follows by the elements f 11 , f 12 , f 13 and f 21 , f 22 , f 23 .

【数2】 (Equation 2)

【0012】ここで、1入力1出力の場合は、状態フィ
ードバックゲインは一般に所望の極(特性根)を与える
ことによって求められるが、しかし、2入力2出力以上
の場合はマトリックスFの要素が多くなるため、簡単に
所望の極を見つけることは不可能で、かなりの時間をか
けて試行錯誤の段階を経なければならない。本発明はこ
れを解決するためになされたものである。
Here, in the case of one input and one output, the state feedback gain is generally obtained by giving a desired pole (characteristic root). However, in the case of two inputs and two outputs or more, the matrix F has many elements. Therefore, it is impossible to easily find the desired pole, and a considerable amount of time must be passed through a trial and error stage. The present invention has been made to solve this problem.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】状態フィードバック補償
要素である外乱補償量TL ′は式(6)より、 TL ′=f11s +f12ωL +f13ωm (7) であるから、負荷トルクTL が系に与える影響を少なく
なるように選定すれば、外乱トルクTL に対して負荷速
度ωL をロバスト化できる。
According to the equation (6), the disturbance compensation amount T L ′, which is a state feedback compensation element, is given by T L ′ = f 11 T s + f 12 ω L + f 13 ω m (7) , be selected so that the load torque T L is reduced the influence to the system can be robust processing load speed omega L against disturbance torque T L.

【0014】もし上式(7)において適切なフィードバ
ックゲインf11,f12,f13を選定することができれ
ば、 TL ′=−TL (8) が成立し、外乱トルクTL が系に与える影響をキャンセ
ルできる。
If an appropriate feedback gain f 11 , f 12 , f 13 can be selected in the above equation (7), T L ′ = −T L (8) holds, and the disturbance torque T L is applied to the system. The effect can be canceled.

【0015】いま、図3においてブロック線図を簡潔に
するため
Now, to simplify the block diagram in FIG.

【数3】 が成立する。従って、もしフィードバックゲイン要素を
次式のように選定すると式(8)は満足される。
(Equation 3) Holds. Therefore, if the feedback gain element is selected as in the following equation, equation (8) is satisfied.

【数4】 このとき、状態フィードバック補償要素である外乱補償
量TL ′の式(7)はこの式(12)を代入することによ
って、
(Equation 4) At this time, the equation (7) of the disturbance compensation amount T L 'which is a state feedback compensation element is obtained by substituting the equation (12).

【数5】 が得られる。(Equation 5) Is obtained.

【0016】式(13)は一般に等価外乱オブザーバと言
われ、例えば文献 M. Nakano, K. Ohnishi, K. Miyachi 「 A Robust Dece
nrralized Joint Con-trol Based on Interference Est
imation 」Proc.IEEE Int.Conf. Robotic andAutomatio
n, Vol.1 (1987) 土手康彦「インテリジェントモーションコントロールへ
の応用」T.IEE JapanVol. 109-D, No.5 (1989) 等で詳述されている制御方式である。
Equation (13) is generally referred to as an equivalent disturbance observer. For example, see M. Nakano, K. Ohnishi, and K. Miyachi, “A Robust Dece
nrralized Joint Control-Based Based on Interference Est
imation) Proc.IEEE Int.Conf. Robotic andAutomatio
n, Vol.1 (1987) Yasuhiko Tate "Application to Intelligent Motion Control" This control method is described in detail in T.IEE Japan Vol.109-D, No.5 (1989).

【0017】フィードバックゲイン要素を以上のように
等価外乱オブザーバが構成できるように選定することに
より、これらのゲイン要素を一義的に求めることがで
き、また式(13)のTL ′は負荷トルクのみならず制御
対象のパラメータ変動などあらゆる変動の影響をキャン
セルする効果がある。
By selecting the feedback gain elements so that an equivalent disturbance observer can be constructed as described above, these gain elements can be uniquely obtained, and T L ′ in the equation (13) is obtained by calculating only the load torque. In addition, there is an effect of canceling the influence of any variation such as a parameter variation of the control target.

【0018】従って、式(8)が満足されれば、図4の
状態フィードバック制御ブロック線図は図5のように書
き換えることができる。図5の中のブロック12は等価外
乱オブザーバ出力により外乱トルクTL がキャンセルさ
れて、外乱が零になっている状態を表している。図5
の、負荷外乱をキャンセルした状態でのフィードバック
制御ブロック線図を状態方程式で表現すると、
Therefore, if equation (8) is satisfied, the state feedback control block diagram of FIG. 4 can be rewritten as shown in FIG. Block 12 in FIG. 5 shows a state in which the disturbance torque TL is canceled by the equivalent disturbance observer output, and the disturbance becomes zero. FIG.
When the feedback control block diagram in the state where the load disturbance is canceled is expressed by the state equation,

【数6】 ただし、(Equation 6) However,

【数7】 (Equation 7)

【0019】図5の開ループ制御系において所望の極配
置から、残った状態フィードバックゲイン要素f21,f
22,f23を求めることができる。これは状態フィードバ
ックゲインの決定法として従来から適用されている手法
である。
In the open loop control system of FIG. 5, the remaining state feedback gain elements f 21 and f 21 are changed from the desired pole arrangement.
22 and f 23 can be obtained. This is a method that has been conventionally applied as a method of determining the state feedback gain.

【0020】次に等価外乱オブザーバの動作について補
足する。図5の制御系において、制御できるのはトルク
指令値T である。従って、推定したトルクT’を
のところに戻さなければならない。いま、Tから
までの前向き伝達関数を求めると、
Next, the operation of the equivalent disturbance observer will be supplemented. In the control system of FIG. 5, what can be controlled is the torque command value Tm * . Therefore, it must return estimated torque T L 'at the T m. Now, and seek a positive transfer function from T m to T L,

【数8】 が得られる。等価外乱オブザーバの構成は図6において
制御状態量の2値、すなわちω(電動機速度)とT
(軸捩りトルク)を入力とするブロック5及び6とその
偏差出力を一次遅れフィルタするブロック10よりな
り、オブザーバ出力はトルク指令に加算される。
(Equation 8) Is obtained. The configuration of the equivalent disturbance observer is shown in FIG. 6 as two values of the control state quantity, that is, ω m (motor speed) and T
Blocks 5 and 6 which receive S (shaft torsional torque) as input and a block 10 which performs a first-order lag filter on a deviation output thereof are added. The observer output is added to the torque command.

【0021】いま、図6のオブザーバ動作を考察するた
め、図7のような一般的なオブザーバ回路を考える。ま
た、簡単のため、オブザーバに使用するノミナル値は実
際値と一致するものとし、図7に一点鎖線で示したよう
にy0 の検出値にノイズNが載っているとする。このノ
イズNに対して出力y0 の伝達関数を求めると、 y0 /N=∞ (19) 従って、このオブザーバは実用上は不安定な系であるこ
とがわかる。この問題の解決法としては、y0 の検出値
にフィルタを入れることが一般的である。オブザーバの
特性は、フィルタの時定数に大きく依存する。この時定
数を小さく選ぶと、ノイズが除去できなくなり、系が不
安定になりかねない。逆に、この時定数を大きくする
と、外乱オブザーバとしての効果が少なくなり、さらに
フィルタの遅れにより振動が起こり易くなる。
Now, to consider the observer operation of FIG. 6, consider a general observer circuit as shown in FIG. Also, for simplicity, the nominal value to be used for the observer is assumed to correspond to the actual value, the noise N is on the detected value of y 0 as shown in FIG. 7 by the dashed line. When the transfer function of the output y 0 is obtained for this noise N, y 0 / N = ∞ (19) Therefore, it can be seen that this observer is a system that is unstable in practical use. The solution to this problem, it is common to put the filter on the detected value of y 0. The characteristics of the observer greatly depend on the time constant of the filter. If this time constant is selected to be small, noise cannot be removed and the system may become unstable. Conversely, when this time constant is increased, the effect as a disturbance observer is reduced, and vibration is more likely to occur due to a delay of the filter.

【0022】そこで、ここでは、y0 の検出値にフィル
タの代わりに等価外乱オブザーバ出力にフィルタを入
れ、ゲインKc (<1)を入れてループゲインを低減さ
せる。当然のことながら、外乱オブザーバの効果は低減
するが、安定性の面では優れていると考えられる。ゲイ
ンKc の選定は要求される特性や実際に制御系が使われ
る状況により決める必要がある。また、フィルタは実用
上系の他の要素に比べて遅れを無視できる程度の検出フ
ィルタ時定数としておけばよい。
Therefore, here, a filter is inserted in the equivalent disturbance observer output instead of the filter in the detected value of y 0 , and a gain K c (<1) is inserted to reduce the loop gain. Naturally, the effect of the disturbance observer is reduced, but it is considered to be excellent in terms of stability. Selection of the gain K c should be determined by conditions of characteristics and actual control system is used to be required. Further, the filter may be set to a detection filter time constant that can ignore the delay as compared with other elements of the system in practical use.

【0023】図1はこの等価オブザーバも含めたトルク
指令値T から負荷速度ωまでのブロック線図であ
り、状態フィードバックゲインの要素f11,f12,f13
により等価外乱オブザーバが構成され、f21,f22,f
23は安定になるように極位置が決定されてT にフィ
ードバックされている。式(6)の定義のとおり、T
は状態フィードバック補償要素である極配置の安定性か
ら決定される状態フィードバック補償量である。
FIG. 1 is a block diagram from the torque command value T m * including the equivalent observer to the load speed ω L , and the elements f 11 , f 12 and f 13 of the state feedback gain.
Constitutes an equivalent disturbance observer, and f 21 , f 22 , f
In 23 , the pole position is determined so as to be stable and is fed back to T m * . As defined in equation (6), T m
Is a state feedback compensation amount determined from the stability of the pole arrangement, which is a state feedback compensation element.

【0024】[0024]

【作用】目標値uと被制御状態変数xにフィードバック
ゲインFを掛けた状態フィードバック量u′との差を制
御対象の操作量とする状態フィードバック制御装置にお
いて、状態フィードバックゲイン行列のゲイン要素の決
定法として、制御対象の目標値入力としての外乱T
L を、等価外乱オブザーバを適用することによって外乱
L を打ち消すように、まずフィードバックゲイン要素
11,f12,f13を決定する。f11,f12,f13がこう
して決定されれば、外乱TL は等価外乱オブザーバ出力
L ′により打ち消し(キャンセル)され、制御対象に
何も外乱が入力しないシステムと等価として作用するこ
とになる。
In a state feedback control device in which a difference between a target value u and a state feedback amount u 'obtained by multiplying a controlled state variable x by a feedback gain F is determined as a gain of a state feedback gain matrix. As a method, the disturbance T as a target value input of the controlled object
L a, so as to cancel the disturbance T L by applying an equivalent disturbance observer, first determines the feedback gain element f 11, f 12, f 13 . If f 11 , f 12 , and f 13 are determined in this manner, the disturbance TL is canceled (canceled) by the equivalent disturbance observer output TL ′, and acts as an equivalent to a system in which no disturbance is input to the controlled object. Become.

【0025】次に、目標値指令入力Tm * に対しては、
従来の状態フィードバックゲインの決定法と同様に、所
望のゲインを与えてその極(特性根)が、S平面上で左
半面内の安定領域に位置するようにフィードバックゲイ
ン要素f21,f22,f23の三つの値を決定すればよい。
即ち、f11,f12,f13の定数群とf21,f22,f23
定数群とを別々に決定できて、決定法の自由度が拡大さ
れ、扱い易いものとなる。以上のように状態フィードバ
ックゲイン定数を決定することにより、f11,f12,f
13の定数群により過渡特性の改善に寄与し、f21
22,f23の定数群により特性の安定化に作用する。
Next, for the target value command input T m * ,
Similar to the conventional state feedback gain determination method, the feedback gain elements f 21 , f 22 , f 22 , f 22 , f 22 , f 22 , f 2, f 2, f 2, f 2, f 3, f 2, f 3, and f 2 are arranged such that a desired gain is given and its pole (characteristic root) is located in a stable region in the left half plane on the S plane. three values of f 23 may be determined.
That is, the constant group of f 11 , f 12 , and f 13 and the constant group of f 21 , f 22 , and f 23 can be determined separately, so that the degree of freedom of the determination method is expanded and the handling method is easy. By determining the state feedback gain constant as described above, f 11 , f 12 , f
The group of 13 constants contributes to the improvement of the transient characteristics, and f 21 ,
The constant group of f 22 and f 23 acts on stabilization of characteristics.

【0026】[0026]

【実施例】本発明にかかる高次系の状態フィードバック
制御の一実施例について、捩じり系の速度制御した場合
のブロック線図を図8に示す。
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of a state feedback control of a higher-order system according to the present invention, in which speed control of a torsion system is performed.

【0027】先に状態方程式につき説明したように、目
標値uに対する状態フィードバック変数u'にはT’と
’とがあり、これらの状態フィードバックゲインf
11,f12,f13とf21,f22,f23との2組について、
最初の組では等価外乱オブザーバを構成するように前式
(12)のように選定すれば、図5に示したように外乱T
はキャンセルされる。
As described above for the state equation, the state feedback variables u 'for the target value u include TL ' and Tm ', and these state feedback gains f
11 , f 12 , f 13 and two sets of f 21 , f 22 , f 23 ,
In the first set, we define the equivalent disturbance observer as
If the selection is made as shown in (12), the disturbance T as shown in FIG.
L is canceled.

【0028】図8において、変数ωm −ωL とωL とを
入力とする等価外乱オブザーバにより外乱TL を推定
し、式(18)の逆関数1/GF 及びオブザーバフィルタ
を経てトルク指令Tm * にフィードバックさせている。
[0028] In FIG. 8, and estimates the disturbance T L by the equivalent disturbance observer that inputs a variable omega m - [omega] L and omega L, the torque command through the inverse function 1 / G F and observer filter of formula (18) Feedback to T m * .

【0029】第2の組は軸トルクTs 、負荷速度ωL
電動機速度ωm にフィードバックゲイン定数f21
22,f23を掛けてトルク指令Tm * にフィードバック
させているが、f21,f22,f23の選定は前述のとおり
極配置によって決定されるものである。
The second set includes shaft torque T s , load speed ω L ,
Feedback gain constants f 21 to motor speed omega m,
Although over the f 22, f 23 and is fed back to the torque command T m *, the selection of f 21, f 22, f 23 is to be determined by the pole placement as described above.

【0030】[0030]

【発明の効果】従来の制御方式では、高次系の状態フィ
ードバック制御のようにフィードバックゲイン要素が多
い場合、制御性、安定性等からゲインを決定するには決
定指針があまりに少なく、また従来の古典制御での経験
がまったく役に立たなかった。
According to the conventional control method, when there are many feedback gain elements such as state feedback control of a higher-order system, there are too few decision guidelines to determine the gain from controllability, stability, etc. The experience in classical control was useless at all.

【0031】本発明によれば、状態フィードバックゲイ
ンの決定法の一指針が確立され、従来に比べればはるか
に理論的、且つ試行錯誤の必要のない決定法と言える。
また等価外乱オブザーバの手法の応用であるので、外乱
に対するロバスト性が大幅に改善されると言う効用がお
おいに生かせる制御方式と言える。
According to the present invention, one guideline for determining the state feedback gain has been established, and it can be said that the determination method is far more theoretical and does not require trial and error as compared with the prior art.
In addition, since it is an application of the method of the equivalent disturbance observer, it can be said that this is a control method that can make the most of the effect that the robustness against disturbance is greatly improved.

【0032】更に状態変数の一部に検出不可能な変数が
ある場合、例えば上記一実施例の場合には負荷速度ωL
が検出不能の場合には、この状態変数に対応するフィー
ドバックゲインf22は0として、残りのf21,f23の二
つのゲインを操作することで安定性を探せばよいので、
従来方式に比べて格段に制御性、応答性のよいゲインを
選択することができ、且つ外乱応答を簡単に改善するこ
とができる。すなわち、本発明を適用すれば、実施例で
示したごとく負荷速度検出器が不必要であることは、そ
の効用が大である。
Further, when there is an undetectable variable as a part of the state variables, for example, in the case of the above embodiment, the load speed ω L
There the case of undetectable, 0 feedback gain f 22 is corresponding to this state variable, so to look for stability by operating the two gains of the remainder of f 21, f 23,
It is possible to select a gain with much better controllability and responsiveness than in the conventional method, and it is possible to easily improve the disturbance response. That is, when the present invention is applied, the necessity of the load speed detector as shown in the embodiment has a great effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理を示すブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention.

【図2】高次系システムの一例として捩じり系システム
を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a torsion system as an example of a higher-order system.

【図3】図2の捩じり系システムのブロック線図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram of the torsion system of FIG. 2;

【図4】捩じり系システムモデルに状態フィードバック
制御を適用したときの状態方程式のブロック線図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram of a state equation when state feedback control is applied to a torsional system model.

【図5】状態フィードバック制御のうち、外乱TL を等
価外乱オブザーバで打ち消した状態を示すブロック線図
である。
FIG. 5 is a block diagram showing a state in which disturbance T L is canceled by an equivalent disturbance observer in state feedback control.

【図6】本発明の基本を示すもので、状態フィードバッ
クゲイン要素に等価外乱オブザーバを取り入れた状態フ
ィードバックブロック線図である。
FIG. 6 illustrates the basics of the present invention, and is a state feedback block diagram in which an equivalent disturbance observer is incorporated in a state feedback gain element.

【図7】等価外乱オブザーバの考察及びオブザーバフィ
ルタの説明のためのブロック線図である。
FIG. 7 is a block diagram for explaining an equivalent disturbance observer and explaining an observer filter.

【図8】本発明の一実施例であって、高次系システムと
して捩じり系システムの速度制御をした場合のブロック
線図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, in which speed control of a torsional system is performed as a higher-order system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トルク発生係数部 2 電動機部 3 捩じり軸部 4 負荷部 5 捩じり軸部の定数をノミナル化した部 6 負荷部の定数をノミナル化して逆数化した部 7,8,9 状態フィードバックゲイン 10 Tm * からTs までの伝達関数の定数をノミナル化
したものを逆数化した部(式(18)) 11 等価外乱オブザーバのための一次遅れフィルタ 12 等価外乱オブザーバ出力により外乱トルクTL がキ
ャンセルされている状態を表す部分 13 検出ノイズ Tm * トルク指令 TL 負荷トルク Ts 軸捩じりトルク Kt トルク定数 Jm 電動機の慣性 JL 負荷の慣性 ωm 電動機速度 ωL 負荷速度 Ks 軸の弾性係数 Dm 電動機のダンピング定数 Ds 軸のダンピング定数 DL 負荷のダンピング定数 TL ′外乱補償量 F 状態方程式のゲインマトリックス f11,f12,f13,f21,f22,f23 ゲインマトリッ
クスFの要素である状態フィードバックゲイン A 状態方程式のAマトリックス B 状態方程式のBマトリックス u 目標値 u′フィードバック値 x 状態変数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque generation coefficient part 2 Motor part 3 Torsional shaft part 4 Load part 5 The part which made the constant of the torsional shaft part 6 The part which made the constant of the load part nominal and made reciprocal 7, 8, 9 State feedback gain 10 T m * parts that reciprocal of a material obtained by nominal the constants of the transfer function to T s from (equation (18)) 11 disturbance torque T L by the primary delay filter 12 equivalent disturbance observer output for the equivalent disturbance observer Represents the state in which is canceled 13 Detection noise T m * Torque command T L Load torque T s- axis torsion torque K t Torque constant J m Motor inertia J L Load inertia ω m Motor speed ω L Load speed K s axis of the elastic coefficient D m motor damping constant D s axis of the damping constant D L load damping constant T L 'disturbance compensation amount F state equation of the gain matrix f 11, f 12, f 13 , f 21 f 22, f 23 the gain of the A matrix B equations of state of the state feedback gain A state equation is an element of the matrix F B matrix u target value u 'feedback value x is the state variable

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−64007(JP,A) 特開 昭63−209491(JP,A) 特開 平2−199502(JP,A) 特開 平3−17703(JP,A) 特開 平3−25505(JP,A) 特開 平4−112690(JP,A) 特開 平5−53603(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 13/00 - 13/04 H02P 5/00 G05D 3/12 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-64-64007 (JP, A) JP-A-63-209491 (JP, A) JP-A-2-199502 (JP, A) JP-A-3-3 17703 (JP, A) JP-A-3-25505 (JP, A) JP-A-4-112690 (JP, A) JP-A-5-53603 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7, DB name) G05B 13/00 - 13/04 H02P 5/00 G05D 3/12 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 「電動機と負荷とが弾性体要素で結合さ
れている制御対象の状態変数のうちの電動機速度と軸捩
りトルクとを検出し、前記状態変数に対応する状態フィ
ードバックの値を掛け算した状態フィードバック量をト
ルク指令に状態フィードバックする制御方法において、
前記検出された制御状態量の2値を入力とする等価外乱
オブザーバを構成し、該オブザーバを用いて外乱トルク
をキャンセルするように該状態フィードバックゲインの
一部の要素の係数を決定した後、極配置により状態フィ
ードバック制御系が安定となるように、該状態フィード
バックゲインの残余の要素の係数を決定することで状態
フィードバックゲインを選定し、該状態フィードバック
ゲインを用いて状態フィードバック量を求めることを特
徴とする制御方法。
A motor speed and a shaft torsion torque among state variables of a controlled object in which an electric motor and a load are connected by an elastic element are detected, and a state feedback value corresponding to the state variable is multiplied. In the control method of feeding back the state feedback amount to the torque command,
After forming an equivalent disturbance observer that receives the two values of the detected control state quantity as input, and after determining the coefficients of some elements of the state feedback gain so as to cancel the disturbance torque using the observer, A state feedback gain is selected by determining a coefficient of a remaining element of the state feedback gain so that the state feedback control system is stabilized by the arrangement, and a state feedback amount is obtained using the state feedback gain. And control method.
【請求項2】 前記等価外乱オブザーバの出力に一次遅
れフィルタを付加し、そのゲインKcを0<Kc≦1と
することを特徴とする請求項1に記載の状態フィードバ
ック制御方法。
2. The state feedback control method according to claim 1, wherein a first-order lag filter is added to the output of the equivalent disturbance observer, and the gain Kc is set to 0 <Kc ≦ 1.
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