JP3283662B2 - State estimation observer device - Google Patents

State estimation observer device

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JP3283662B2
JP3283662B2 JP26679093A JP26679093A JP3283662B2 JP 3283662 B2 JP3283662 B2 JP 3283662B2 JP 26679093 A JP26679093 A JP 26679093A JP 26679093 A JP26679093 A JP 26679093A JP 3283662 B2 JP3283662 B2 JP 3283662B2
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state estimation
parasitic element
dynamic characteristic
route
input
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▲吉▼晴 西田
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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】本発明は,状態推定オブザーバ装
置に係り,例えば各種アクチュエータの制御装置に用い
られる状態推定オブザーバ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a state estimating observer, and more particularly to a state estimating observer used for a control device of various actuators.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より,各種アクチュエータの制御装
置に状態推定オブザーバ装置が用いられている(特開平
2−10411号公報等)。図4はそのような従来の状
態推定オブザーバ装置の第1例A01における概略構成
を示すブロック図,図5は従来の状態推定オブザーバ装
置の第2例A02における概略構成を示す等価ブロック
図である。図4に示すごとく,従来の第1例装置A01
は,アクチュエータとその負荷からなる制御対象1から
の出力yを観測した出力観測値yS と,制御対象1への
制御入力uを観測した入力観測値uS とに基づいてオブ
ザーバ2により制御対象1の状態推定を行うように構成
されており,以下のように外乱推定オブザーバとして作
動する。すなわち,オブザーバ2により制御対象1のア
クチュエータに加わる外乱dを,アクチュエータの速度
成分と加速度成分,さらに制御入力の各観測値yS ,u
S を用いて推定し,その外乱推定値dS に基づいて補償
制御量Δuをアクチュエータにフィードバックする。つ
まりこの従来装置A01は,アクチュエータの制御系に
おいて抑圧すべきすべての外乱力などを一括して推定
し,フィードバックすることにより,アクチュエータの
パラメータが変動しても所定の制御性能を維持すること
をはかったものである。また,図5に示すような従来の
第2例装置A02では,さらに,制御対象1である電動
機の電流ループ0に遅れがある場合,電流値を用いて制
御入力uを算出し,制御入力uをオブザーバ2に入力
し,電動機の速度を推定するものである。そして,推定
された速度と実速度との誤差を,ゲイン倍してフィード
バックするのだが,そのフィードバック値と実トルクと
が一致するように電流値もゲイン倍してフィードバック
し,実速度が推定速度に一致するように制御して電動機
即ち制御対象1をモデルに一致させようとするものであ
る(特開平3−93486号公報)。尚,図5は説明の
便宜上,従来例のブロック図を等価変換している。
2. Description of the Related Art Conventionally, control devices for various actuators have been used.
A state estimation observer device is used for the
No. 2-10411). FIG. 4 shows such a conventional state.
Schematic configuration of first example A01 of state estimation observer device
FIG. 5 is a conventional state estimation observer device.
Block showing a schematic configuration in the second example A02 of the device
FIG. As shown in FIG. 4, a conventional first example device A01
Is from the controlled object 1 consisting of the actuator and its load
Output observation value y obtained by observing the output y ofSAnd control object 1
Input observation value u obtained by observing the control input uSAnd based on
A configuration in which the state of the controlled object 1 is estimated by the server 2
It is used as a disturbance estimation observer as follows.
Move. That is, the observer 2 controls the target 1
The disturbance d acting on the actuator is determined by the speed of the actuator.
Component, acceleration component, and each observed value y of the control inputS, U
SAnd the disturbance estimation value dSCompensation based on
The control amount Δu is fed back to the actuator. One
This conventional device A01 is used in an actuator control system.
Estimation of all disturbance forces to be suppressed
And feedback, the actuator
Maintain predetermined control performance even when parameters fluctuate
It was measured. In addition, as shown in FIG.
In the second example device A02, the electric motor
If there is a delay in the current loop 0 of the machine,
Calculate control input u and input control input u to observer 2
Then, the speed of the motor is estimated. And estimate
The error between the set speed and the actual speed is multiplied by the gain and fed.
But the feedback value and the actual torque
The current value is also multiplied by the gain so that
The motor is controlled so that the actual speed matches the estimated speed.
That is, the control target 1 is intended to match the model.
(JP-A-3-93486). Note that FIG.
For convenience, the block diagram of the conventional example is equivalently converted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
第1例装置A01では,センサ系,制御演算,制御周期
やサンプルホールドなどに起因するむだ時間や軸の捩れ
振動や電流ループの遅れなどの寄生要素の影響を全く考
慮しておらず,例えばむだ時間Lが存在する場合,図4
中のオブザーバ2の収束ゲインω0 をω0 >π/2Lと
すれば周知のナイキストの安定判別によって制御系は不
安定化することがわかる。また,従来の第2例装置A0
2は,図5から明らかなように電流ループ遅れに対して
電流フィードバックゲインを上げているにすぎない。し
たがって制御対象1に軸の捩れ振動やむだ時間などの寄
生要素がある場合は,上記従来の第1例装置A01と同
様の問題が生じるおそれがある。本発明は,このような
従来の技術における課題を解決するために,状態推定オ
ブザーバ装置を改良し,高次モードやむだ時間などの寄
生要素を含む制御系に対しても常に安定な状態推定を行
い得る状態推定オブザーバ装置を提供することを目的と
するものである。
In the first prior art apparatus A01 as described above, the dead time, torsional vibration of the shaft, delay of the current loop, etc. caused by the sensor system, control calculation, control cycle, sample hold, etc. In the case where the influence of the parasitic element of the above is not considered at all, for example, when the dead time L exists, FIG.
If the convergence gain ω 0 of the middle observer 2 is ω 0 > π / 2L, it can be understood that the control system becomes unstable by the known Nyquist stability determination. In addition, the conventional second example apparatus A0
2 merely increases the current feedback gain with respect to the current loop delay as is apparent from FIG. Therefore, if the control target 1 has a parasitic element such as a torsional vibration of the shaft or a dead time, there is a possibility that the same problem as in the above-described first example apparatus A01 may occur. The present invention improves the state estimation observer device in order to solve such problems in the conventional technology, and constantly performs stable state estimation even for control systems including parasitic elements such as higher-order modes and dead time. It is an object to provide a state estimation observer device that can be performed.

【0004】[0004]

【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,制御対象からの出力を観測した出力観測値
と,制御対象への制御入力を観測した入力観測値とに基
づいて該制御対象の状態推定を行う状態推定オブザーバ
装置において,上記制御入力から上記出力観測値までの
第1のルート内に存在し,状態推定に用いる制御対象の
ノミナルな数学モデル以外の動特性要素である第1の寄
生要素と上記出力観測値を補正する動特性要素である第
1のルートの動特性との積と,上記制御入力から上記入
力観測値までの第2のルート内に存在する動特性要素で
ある第2の寄生要素と上記入力観測値を補正する動特性
要素である第2のルートの動特性との積が等しくなるよ
うに両動特性を決定する動特性決定部と,上記出力観測
値に上記動特性決定部により決定された第1のルートの
動特性を乗じた値と,上記入力観測値に上記動特性決定
部により決定された第2のルートの動特性を乗じた値と
を用いて上記制御対象の状態推定を行う状態推定部とを
具備したことを特徴とする状態推定オブザーバ装置とし
て構成されている。また,制御対象からの出力を観測し
た出力観測値と,制御対象への制御入力を観測した入力
観測値とに基づいて該制御対象の状態推定を行う状態推
定オブザーバ装置において, yD =NY ×yS 及びuD =NU ×uS ただし, PY ×NY =PU ×NU で与えられる値yD ,uD を用いて上記制御対象の状態
推定を行うようになしたことを特徴とする状態推定オブ
ザーバ装置である。ここに,yS は上記出力観測値,u
S は上記入力観測値,PY は上記制御入力から上記出力
観測値までの第1のルート内に存在し,状態推定に用い
る制御対象のノミナルな数学モデル以外の動特性要素で
ある第1の寄生要素,NY上記出力観測値を補正する
動特性要素である第1のルートの動特性,PU は上記制
御入力から上記入力観測値までの第2のルート内に存在
る動特性要素である第2の寄生要素,NU上記入力
観測値を補正する動特性要素である第2のルートの動特
性である。さらには,上記状態推定部による上記制御対
象の状態推定結果に,上記第1又は第2の寄生要素に応
じたフィルタリング特性を与えるフィルタ部を設けたこ
とを特徴とする状態推定オブザーバ装置である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method based on an output observation value obtained by observing an output from a controlled object and an input observed value obtained by observing a control input to the controlled object. In a state estimation observer device for estimating a state of a control object, a state estimation observer device which exists in a first route from the control input to the output observation value and is used for state estimation.
From the control input to the input observation value, the product of the first parasitic element , which is a dynamic characteristic element other than the nominal mathematical model, and the dynamic characteristic of the first route, which is a dynamic characteristic element for correcting the output observation value. in dynamic characteristic elements that exist within the second root of
A certain second parasitic element and dynamic characteristics for correcting the input observation value
A dynamic characteristic determining unit that determines a bi-dynamic characteristic so that a product of the dynamic characteristic of the second route as an element is equal to the dynamic characteristic of the first route determined by the dynamic characteristic determining unit; A state estimating unit for estimating the state of the controlled object by using a value obtained by multiplying the characteristic and a value obtained by multiplying the input observation value by the dynamic characteristic of the second route determined by the dynamic characteristic determining unit. This is configured as a state estimation observer device characterized by the above. Further, in a state estimation observer device for estimating the state of the controlled object based on an output observed value obtained by observing an output from the controlled object and an input observed value obtained by observing a control input to the controlled object, y D = N Y × y S and u D = N U × u S provided that the above-mentioned state estimation of the controlled object is performed using the values y D and u D given by P Y × N Y = P U × N U. Is a state estimation observer device characterized by the following. Where y S is the above output observation, u
S is the input observation, P Y is in the first route from the control input to the output observation , and is used for state estimation.
Dynamic characteristic elements other than the nominal mathematical model
A certain first parasitic element, N Y , corrects the output observation
Dynamic characteristic of the first route is a dynamic characteristic elements, P U and the second parasitic element is a dynamic characteristic elements that exist <br/> in the second route from the control input to the input observations, N U is the above input
It is a dynamic characteristic of a second route that is a dynamic characteristic element for correcting an observation value . Further, there is provided a state estimation observer device characterized in that a filter unit for providing a filtering characteristic according to the first or second parasitic element to a result of the state estimation of the control target by the state estimation unit is provided.

【0005】さらには,上記フィルタ部のフィルタリン
グ特性が上記第1の寄生要素と上記第1のルートの動特
性との積,又は上記第2の寄生要素と上記第2のルート
の動特性との積に逆比例する逆動特性である状態推定オ
ブザーバ装置である。さらには,上記制御対象の状態推
定結果xE に, F∝PT -1又はF∝(PO ×NY -1 ただし, PT =PY ×NY =PU ×NU =PO ×PI ×NY で与えられる逆動特性Fを乗じて新たな状態推定結果と
なしたことを特徴とする状態推定オブザーバ装置であ
る。ここに,PY は上記第1の寄生要素,NY は上記第
1のルートの動特性,PUは上記第2の寄生要素,NU
は上記第2のルートの動特性,PO ,PI は上記第1の
寄生要素を上記制御入力側と上記出力側とに分離したと
きの部分寄生要素である。さらには,上記第1又は第2
のルートの動特性のゲインを1とした状態推定オブザー
バ装置である。さらには,上記第1又は第2の寄生要素
が1である状態推定オブザーバ装置である。さらには,
上記第1及び/又は第2の寄生要素が高次モードである
状態推定オブザーバ装置である。さらには,上記第1及
び/又は第2の寄生要素が下位制御ループの遅れである
状態推定オブザーバ装置である。さらには,上記第1及
び/又は第2の寄生要素が下位制御ループの遅れで状態
推定オブザーバ装置である。
Further, the filtering characteristic of the filter section is a product of the first parasitic element and the dynamic characteristic of the first route, or the product of the second parasitic element and the dynamic characteristic of the second route. This is a state estimation observer device that has an inverse characteristic that is inversely proportional to the product. Furthermore, the state estimation result x E of the control object, FαP T -1 or Fα (P O × N Y) -1 However, P T = P Y × N Y = P U × N U = P This is a state estimation observer device characterized in that a new state estimation result is obtained by multiplying an inverse motion characteristic F given by O × P I × N Y. Here, P Y is the first parasitic element, N Y is the dynamic characteristic of the first route, P U is the second parasitic element, N U
Is a dynamic characteristic of the second route, and P O and P I are partial parasitic elements when the first parasitic element is separated into the control input side and the output side. In addition, the first or second
Is a state estimation observer device in which the gain of the dynamic characteristic of the route is set to 1. Further, there is provided a state estimation observer device wherein the first or second parasitic element is 1. Moreover,
A state estimation observer device in which the first and / or second parasitic element is a higher-order mode. Further, there is provided a state estimation observer device in which the first and / or second parasitic element is a delay of a lower control loop. Further, the first and / or second parasitic element is a state estimation observer device due to a delay of a lower control loop.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば,制御対象からの出力を観測し
た出力観測値と,制御対象への制御入力を観測した入力
観測値とに基づいて該制御対象の状態推定が行われるに
際し,上記制御入力から上記出力観測値までの第1のル
ート内に存在する第1の寄生要素と該第1のルートの動
特性との積と,上記制御入力から上記入力観測値までの
第2のルート内に存在する第2の寄生要素と該第2のル
ートの動特性との積が等しくなるように両動特性が動特
性決定部により決定される。上記出力観測値に上記動特
性決定部により決定された第1のルートの動特性を乗じ
た値と,上記入力観測値に上記動特性決定部により決定
された第2のルートの動特性を乗じた値とを用いて上記
制御対象の状態推定が状態推定部により行われる。この
ように寄生要素に対応した動特性を与えて状態推定を行
うことにより,従来例のような寄生要素の存在による制
御系の不安定化を起こすことなく常に安定な状態推定を
行うことができる。さらに,上記状態推定部による上記
制御対象の状態推定結果に,上記第1又は第2の寄生要
素に応じたフィルタリング特性を与えるフィルタ部を設
ければ,各寄生要素の影響を減じることができるため,
より安定な状態推定を行うことができる。この場合,上
記第1の寄生要素と上記第1のルートの動特性との積,
又は上記第2の寄生要素と上記第2のルートの動特性と
の積に逆比例する逆動特性を上記フィルタ部のフィルタ
リング特性に与えることによって推定結果から寄生要素
の影響を完全に除去できる。さらに,上記第1又は第2
のルートの動特性のゲインを1とした場合,上記状態推
定に用いられるオブザーバ推定式の簡略化を行うことと
なり,状態推定時の装置の負担を軽減できる。さらに,
上記第1又は第2の寄生要素が1とされる場合,上記両
動特性決定に用いられる式による演算が簡略化され,動
特性決定時の装置の負担を軽減できる。さらに,上記第
1及び/又は第2の寄生要素が高次モードとされる。さ
らに,上記第1及び/又は第2の寄生要素がむだ時間と
される。さらに,上記第1及び/又は第2の寄生要素が
下位制御ループの遅れとされる。従って,軸の捩れ振動
などの高次モードあるいはセンサ系やコントローラ部の
むだ時間あるいは電流ループなどの下位制御ループの遅
れがある制御対象に適用しても,常に安定に状態推定を
行うことができる。
According to the present invention, when the state of the controlled object is estimated based on the output observed value obtained by observing the output from the controlled object and the input observed value obtained by observing the control input to the controlled object, A product of a first parasitic element present in a first route from a control input to the output observation value and a dynamic characteristic of the first route, and a second route from the control input to the input observation value Both dynamic characteristics are determined by the dynamic characteristic determination unit so that the product of the second parasitic element existing in the second path and the dynamic characteristic of the second route becomes equal. The value obtained by multiplying the output observation value by the dynamic characteristic of the first route determined by the dynamic characteristic determination unit is multiplied by the dynamic characteristic of the second route determined by the dynamic characteristic determination unit by the input observation value. The state estimation of the control object is performed by the state estimation unit using the calculated values. By performing the state estimation by giving the dynamic characteristic corresponding to the parasitic element in this way, it is possible to always perform a stable state estimation without causing the control system to become unstable due to the presence of the parasitic element as in the conventional example. . Furthermore, if a filter unit that provides a filtering characteristic according to the first or second parasitic element is provided in the state estimation result of the control target by the state estimating unit, the influence of each parasitic element can be reduced. ,
More stable state estimation can be performed. In this case, the product of the first parasitic element and the dynamic characteristic of the first route,
Alternatively, the influence of the parasitic element can be completely removed from the estimation result by giving the inverse characteristic that is inversely proportional to the product of the second parasitic element and the dynamic characteristic of the second route to the filtering characteristic of the filter unit. In addition, the first or second
When the gain of the dynamic characteristic of the route is set to 1, the observer estimation formula used for the above state estimation is simplified, and the load on the apparatus at the time of state estimation can be reduced. further,
When the first or second parasitic element is set to 1, the calculation using the equation used for determining the bi-dynamic characteristics is simplified, and the load on the device when determining the dynamic characteristics can be reduced. Further, the first and / or second parasitic element is set to a higher mode. Further, the first and / or second parasitic elements are dead time. Further, the first and / or second parasitic element is a delay of the lower control loop. Therefore, even when the present invention is applied to a control object having a higher-order mode such as a torsional vibration of a shaft, a dead time of a sensor system or a controller, or a delay of a lower control loop such as a current loop, the state can be always stably estimated. .

【0007】[0007]

【実施例】以下添付図面を参照して,本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は,本発明を具現化した一例であって,本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に,図1は本発明の一実施例に係る状態推定オブザーバ
装置Aの概略構成を示すブロック図,図2は制御対象に
外乱が加わった状態を示す部分ブロック図,図3は制御
対象の一例を示す模式図である。図1に示すごとく,本
実施例に係る状態推定オブザーバ装置Aは,制御対象1
からの出力yを観測した出力観測値ys と,制御対象1
への制御入力uを観測した入力観測値us とに基づいて
制御対象1の状態推定を行う点については従来例と同様
である。しかし,本実施例では,制御入力uから出力観
測値ys までの第1のルート内に存在する第1の寄生要
素PI (S),PO (S)と第1のルートの動特性NY
(S)との積と,制御入力uから入力観測値us までの
第2のルート内に存在する第2の寄生要素PU (S)と
第2のルートの動特性NU (S)との積が等しくなるよ
うに両動特性NY (S),NU (S)を決定する動特性
決定部2と,出力観測値ys に動特性決定部2により決
定された第1のルートの動特性NY (S)を乗じた値y
D と,入力観測値us に動特性決定部2により決定され
た第2のルートの動特性NU (S)を乗じた値uD とを
用いて制御対象1の状態推定を行う状態推定部3とを具
備している点で従来例と異なる。さらに,状態推定部3
による制御対象1の状態推定結果xE に,第1又は第2
の寄生要素に応じたフィルタリング特性F(S)を与え
ることにより新たな状態推定結果となすフィルタ部4を
設けても良く,この点でも従来例と異なる。その場合,
フィルタ部4のフィルタリング特性F(S)を第1の寄
生要素PI (S),PO (S)と第1のルートの動特性
Y (S)との積又は第2の寄生要素PY(S)と第2
のルートの動特性NU (S)との積に逆比例する逆動特
性とすることもできる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention. The following embodiments are examples embodying the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention. Here, FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a state estimation observer device A according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial block diagram showing a state in which disturbance is applied to a control target, and FIG. It is a schematic diagram which shows an example. As shown in FIG. 1, the state estimation observer device A according to the present embodiment
The output observation value y s obtained by observing the output y from
For that performs state estimation of the control object 1 based on the input observed value u s a control input u observed to are the same as the conventional example. However, in this embodiment, the first parasitic elements P I (S) and P O (S) existing in the first route from the control input u to the output observation value y s and the dynamic characteristics of the first route N Y
And the product of the (S), the dynamic characteristic of the second parasitic element P U (S) and the second route that is present in the second route from the control input u to the input observed value u s N U (S) Ryodo characteristic N Y (S), so that the product is equal to and the dynamic characteristic determining unit 2 for determining the N U (S), a first determined by the dynamic characteristic determination unit 2 to the output observed value y s The value y multiplied by the dynamic characteristic N Y (S) of the route
State estimation performed and D, and the state estimation of the controlled object 1 by using the value u D obtained by multiplying the dynamic characteristics N U (S) of the second route which is determined by the dynamic characteristic determination unit 2 to the input observed value u s A different point from the conventional example in that the device includes the unit 3. Furthermore, the state estimator 3
The state estimation result x E of the controlled object 1 according to the first or second
May be provided with a filter section 4 which gives a new state estimation result by giving a filtering characteristic F (S) corresponding to the parasitic element of the above. This point also differs from the conventional example. In that case,
The filtering characteristic F (S) of the filter unit 4 is defined as the product of the first parasitic elements P I (S), P O (S) and the dynamic characteristic N Y (S) of the first route, or the second parasitic element P (S). Y (S) and the second
May be inversely proportional to the product of the route and the dynamic characteristic N U (S).

【0008】以下,この装置Aの基本原理及び動作等な
どについて説明する。 〔基本構成の場合〕先ず,この装置Aが,基本構成であ
る制御対象1,動特性決定部2及び状態推定部3のみか
らなる場合について述べる。即ち,図1に示すような入
出力に高次モードやむだ時間などの寄生要素が存在する
制御対象1において,制御対象1のノミナルな数学モデ
ルの伝達関数表現をPN (S)あるいは状態方程式表現
を次式で表す。 dx(t)/dt=Ax(t)+Bu(t) …(1) y(t)=Cx(t) …(2) 次に,出力値yを観測した出力観測値yS と,制御入力
uを観測した入力観測値uS のみが観測できるものとす
れば,制御入力uから出力観測値yS への第1の寄生要
素の全体PY (S)は制御入力側と出力側の各部分寄生
要素の積PI (S)×PO (S)で表現できる。ここ
で,次式を満足するような第1,第2のルートの動特性
Y (S)とNU(S)とを動特性決定部2により決定
する。 PY (S)NY (S)=PU (S)NU (S)(=PT (S)) …(3) また,第1,第2のルートの動特性NY (S)とN
U (S)とにそれぞれ出力観測値ys と入力観測値us
とを入力したときの出力値をyD とuD とすると,次式
が成立する。 yD (S)=NY (S)yS (S) …(4) uD (S)=NU (S)uS (S) …(5) ここで得られた値yD ,uD を入力とし,状態xの推定
値xE を推定する状態推定部3である状態推定オブザー
バは,次式で与えられる。 dz(t)/dt=Dz(t)+EyD (t)+HuD (t) …(6) xE (t)=Pz(t)+VyD (t) …(7) ただし,上式中の行列D,E,H,P,Vが次式を満た
すような行列Tが存在するものとする。なお,Iは単位
行列,Dは漸近安定行列である。 TA−DT=EC,H=TB,PT+VC=1 …(8)
Hereinafter, the basic principle and operation of the device A will be described. [Case of Basic Configuration] First, a case will be described in which the apparatus A includes only a control target 1, a dynamic characteristic determination unit 2, and a state estimation unit 3, which are basic configurations. That is, in the controlled object 1 in which a parasitic element such as a higher-order mode or a dead time exists in the input / output as shown in FIG. 1, the transfer function expression of the nominal mathematical model of the controlled object 1 is represented by P N (S) or the state equation. The expression is represented by the following equation. dx (t) / dt = Ax (t) + Bu (t) (1) y (t) = Cx (t) (2) Next, an output observation value y S obtained by observing the output value y and a control input Assuming that only the input observation value u S that observes u can be observed, the total P Y (S) of the first parasitic element from the control input u to the output observation value y S is calculated on each of the control input side and the output side. It can be expressed by the product P I (S) × P O (S) of the partial parasitic elements. Here, the dynamic characteristics determining section 2 determines the dynamic characteristics N Y (S) and N U (S) of the first and second routes that satisfy the following expression. P Y (S) N Y (S) = P U (S) N U (S) (= P T (S)) (3) Also, the dynamic characteristics N Y (S) of the first and second routes And N
U (S) and output observation value y s and input observation value u s, respectively.
The output value when the input preparative When y D and u D, the following equation is established. y D (S) = N Y (S) y S (S) (4) u D (S) = N U (S) u S (S) (5) Values y D and u obtained here as input D, the state estimation observer is a state estimation unit 3 estimates the estimated value x E state x is given by the following equation. dz (t) / dt = Dz (t) + Ey D (t) + Hu D (t) ... (6) x E (t) = Pz (t) + Vy D (t) ... (7) where in the formula It is assumed that a matrix T exists such that the matrices D, E, H, P, and V satisfy the following equation. Here, I is a unit matrix, and D is an asymptotically stable matrix. TA-DT = EC, H = TB, PT + VC = 1 (8)

【0009】本状態推定オブザーバの収束性は,行列D
の極(オブザーバの収束ゲイン)によって支配され,行
列Dの極によって与えられるフィルタリング特性をFD
(S)とすれば,得られる推定値xE (状態推定結果)
は次式で表される。 xE (S)=FD (S)PT (S)PI (S)-1x(S)(=FD (S)PO (S)NY (S)x(S)) …(9) 行列Dの漸近安定性からフィルタリング特性FD (S)
は安定であり,各寄生要素は安定性であるとすると第1
の寄生要素PO (S)は安定である。また各寄生要素の
安定性と上記(3)式から第1のルートの動特性N
Y (S)も安定となるため,本状態推定オブザーバは上
記(9)式に示されるように各寄生要素の影響を受ける
が,常に安定に状態推定を行うことができる。これに対
し,従来例では前述した如く不安定化することがあっ
た。次に本手法を,図2に示すような外乱dが加わる制
御系に適用する。例えば,制御系のノミナルな数学モデ
ルの伝達関数表現PN (S)は次式で与えられるものと
する。 PN (S)=J-1/S2 …(10) ここで,dをオフセット外乱(外乱dの時間微分値が
0)と仮定し,外乱推定オブザーバを本手法によって構
成すれば,フィルタリング特性FD (S)はω/(S+
ω)で表され,外乱推定オブザーバは次式で与えられ
る。 dE (S)=ω/(S+ω)×{NY (S)J-12 s (S)−NU (S) uS (S)} …(11) ただし,Sはラプラス演算子,ωはオブザーバ収束ゲイ
ンである。ここで,外乱推定値dE をネガティブフィー
ドバックによって補償することを考えれば,外乱dから
外乱推定値dE への閉ループ伝達関数は次式のようにな
る。 dE (S)=PO (S)NY (S)ω/(S+ω)×d(S) …(12) したがって,外乱dから出力値yへの閉ループ伝達関数
は次式で表わされる。 y(S)=J-1{I−ωPO (S)NY (S)/(S+ω)}S-2d(S) …(13)
The convergence of the state estimation observer is determined by the matrix D
And the filtering characteristic given by the poles of the matrix D is given by F D
(S), the obtained estimated value x E (state estimation result)
Is represented by the following equation. x E (S) = F D (S) P T (S) P I (S) -1 x (S) (= F D (S) P O (S) N Y (S) x (S)) ... (9) From the asymptotic stability of the matrix D, the filtering characteristic F D (S)
Is stable and each parasitic element is stable.
Parasitics P O (S) is stable. Further, from the stability of each parasitic element and the above equation (3), the dynamic characteristic N of the first route is obtained.
Since Y (S) is also stable, the state estimation observer is affected by each parasitic element as shown in the above equation (9), but the state can always be stably estimated. On the other hand, in the conventional example, as described above, instability sometimes occurred. Next, the present method is applied to a control system to which a disturbance d is applied as shown in FIG. For example, the transfer function expression P N (S) of the nominal mathematical model of the control system is given by the following equation. P N (S) = J −1 / S 2 (10) Here, assuming that d is an offset disturbance (the time differential value of the disturbance d is 0) and the disturbance estimation observer is configured by this method, the filtering characteristics F D (S) is ω / (S +
ω), and the disturbance estimation observer is given by the following equation. d E (S) = ω / (S + ω) × {N Y (S) J -1 S 2 y s (S) -N U (S) u S (S)} ... (11) However, S is Laplace And ω is the observer convergence gain. Here, considering that the disturbance estimated value d E is compensated by negative feedback, the closed-loop transfer function from the disturbance d to the disturbance estimated value d E is as follows. d E (S) = P O (S) N Y (S) ω / (S + ω) × d (S) (12) Accordingly, the closed loop transfer function from the disturbance d to the output value y is represented by the following equation. y (S) = J -1 {I-ωP O (S) N Y (S) / (S + ω)} S -2 d (S) (13)

【0010】このように安定に外乱が推定され,フィー
ドバックを行っても安定に外乱が除去されることがわか
る。すなわち,例えば寄生要素としてむだ時間Lが存在
する場合,従来例ではオブザーバ収束ゲインωをπ/2
L以上にすればナイキストの安定判別によって制御系は
不安定化することが分かる点については既に述べた。こ
れに対し,本オブザーバは全く不安定化しない。 〔フィルタ部4を設けた場合〕続いて,フィルタ部4を
設けた場合について述べる。上記(6),(7)式に示
される状態推定オブザーバに対して,フィルタリング特
性F(S)を付加し, dz(t)/dt=Dz(t)+EyD (t)+JuD (t) …(14) xE (S)=F(S){Pz(S)+VyD (S)} …(15) によって状態を推定する状態推定オブザーバを用いれ
ば,推定値xE (S)は次式で与えられる。 xE (S)=F(S)FD (S)PO (S)NY (S)x(S) …(16) 動特性を与えた寄生要素(以下単に寄生要素という)P
O (S)NY (S)(第1のルートの動特性NY (S)
は第1の寄生要素PI (S),第1の寄生要素の全体P
Y (S)によって決定される)あるいは寄生要素P
T (S)に応じてフィルタリング特性F(S)を与える
ことによって,各寄生要素の影響を減じることができる
ためより安定に状態を推定することができる。さらに,
寄生要素PO (S)NY (S)あるいは寄生要素P
T (S)の逆動特性をフィルタリング特性F(S)FD
(S)に与えるようにフィルタリング特性F(S)に動
特性を与えれば,得られる推定値xE は次式で表され
る。 xE (S)=x(S) …(17) xE (S)=PI (S)-1x(S) …(18) 上記(17)式のように,推定値xE (S)と状態x
(S)とを完全に一致させることや,あるいは上記(1
8)式のように逆動特性PI (s)-1がかかっているこ
とによって推定値xE をフィードバックするときに入力
の寄生要素PI (S)がキャンセルされ,完全に寄生要
素の影響を除去されるかたちで推定値xEのフィードバ
ックループを構成することが可能である。
As described above, it is understood that the disturbance is stably estimated, and the disturbance is stably removed even when the feedback is performed. That is, for example, when a dead time L exists as a parasitic element, in the conventional example, the observer convergence gain ω is set to π / 2.
The fact that the control system is destabilized by Nyquist stability determination when the value is L or more has already been described. In contrast, the observer does not become unstable at all. [Case where Filter Unit 4 is Provided] Next, a case where the filter unit 4 is provided will be described. (6), (7) to the state estimation observer shown in equation adds the filtering characteristic F (S), dz (t ) / dt = Dz (t) + Ey D (t) + Ju D (t) ... (14) the use of x E (S) = F ( S) {Pz (S) + Vy D (S)} ... state estimation observer that estimates the state by (15), the estimated value x E (S) the following Given by the formula. x E (S) = F ( S) F D (S) P O (S) N Y (S) x (S) ... (16) ( hereinafter simply referred to parasitics) parasitics gave dynamics P
O (S) N Y (S) (dynamic characteristic N Y (S) of the first route
Is the first parasitic element P I (S), the entire first parasitic element P
Y (determined by S)) or the parasitic element P
By giving the filtering characteristic F (S) in accordance with T (S), the influence of each parasitic element can be reduced, so that the state can be more stably estimated. further,
Parasitic element P O (S) N Y (S) or parasitic element P
T (S) of the reversing characteristic filtering characteristic F (S) F D
Be given the dynamic characteristics in filtering characteristic F (S) to give the (S), the estimated value x E obtained is expressed by the following equation. x E (S) = x (S) (17) x E (S) = P I (S) -1 x (S) (18) The estimated value x E (S ) And state x
(S) is completely matched, or (1)
8) reversing characteristic P I (s) -1 of the input when feeding back the estimated value x E by is taking parasitics P I (S) is canceled as the effect of completely parasitics it is possible to configure a feedback loop estimate x E in the form to be removed.

【0011】本手法を図2に示すような制御系に適用す
るとすれば,この時の外乱推定オブザーバは次式で与え
られる。 dE (S)=F(S){NY (S)S2 S (S)−NU (S)uS (S)} …(19) ただし,フィルタリング特性F(S)の中にω/(S+
ω)が含まれているものとする。いま,外乱推定値dE
をネガティブフィードバックによって補償することを考
えれば,外乱dから外乱推定値dE への閉ループ伝達関
数は以下のようになる。 dE (S)=F(S)PO (S)NY (S)d(S) …(20) また,外乱dから出力値yへの閉ループ伝達関数は次式
で表される。 y(S)=J-1{I−F(S)PT (S)}S-2d(S) …(21) これより,安定に外乱dが推定されていることがわか
る。ここで,寄生要素の逆動特性をF(S)に与えれ
ば,やはり外乱推定値dE と外乱dとを完全に一致させ
ることができる。また,寄生要素の出力値yへの影響を
完全に除去できるため,外乱dから出力値yへの閉ルー
プ伝達関数は0となり完全にゼロイングされることが可
能である。 〔簡略構成とした場合〕次に,上記構成を簡略した場合
について述べる。即ち,上記構成において,制御入力u
から出力観測値yS への第1の寄生要素の全体P
Y (S)に比べて制御入力uから入力観測値uS への第
2の寄生要素P U (S)が微小であるか,あるいは第2
の寄生要素Pu (S)に比べて寄生要素PY (S)が微
小であれば,第1のルートの動特性NY (S)あるいは
第2のルートの動特性NU (S)を1とすることにより
動特性の一部を省略しても上記条件式である(3)式は
満足され,状態推定オブザーバは次式で表されることに
なる。 uD (S)=NU (S)uS (S) …(5) dz(t)/dt=Dz(t)+Ey(t)+JuD (t) …(22) xE (S)=F(S){Pz(S)+Vy(S)} …(23) あるいは, yD (S)=NY (S)yS (S) …(4) dz(t)/dt=Dz(t)+EyD (t)+Ju(t) …(24) xE (S)=F(S){Pz(S)+VyD (S)} …(25) このように,推定式の簡略化が行えるため,状態推定時
の装置の負担を軽減できる。さらに,第1の寄生要素P
1 (S),P0 (S)又は第2の寄生要素PU (S)が
1である場合,即ち寄生要素の一部が省略可能な場合に
は,上記条件式である(3)式による演算が簡略化さ
れ,このため動特性決定時の装置の負担を軽減できる。
This method is applied to a control system as shown in FIG.
If so, the disturbance estimation observer at this time is given by the following equation.
Can be dE(S) = F (S) {NY(S) STwoyS(S) -NU(S) uS(S)} (19) However, ω / (S +
ω). Now, the disturbance estimation value dE
Consider compensating for
In other words, the disturbance estimate dEClosed loop transfer function to
The numbers are as follows: dE(S) = F (S) PO(S) NY(S) d (S) (20) The closed loop transfer function from the disturbance d to the output value y is
It is represented by y (S) = J-1{IF (S) PT(S)} S-2d (S) (21) From this, it can be seen that the disturbance d is stably estimated.
You. Here, the inverse characteristic of the parasitic element is given to F (S).
The disturbance estimate dEAnd the disturbance d
Can be The effect of the parasitic element on the output value y
Since it can be completely eliminated, the closed loop from the disturbance d to the output value y
The transfer function becomes 0 and can be completely zeroed.
Noh. [Simplified configuration] Next, when the above configuration is simplified
Is described. That is, in the above configuration, the control input u
From output observations ySOf the first parasitic element to
YAs compared with (S), the input observation value u from the control input uSFirst to
2 parasitic elements P U(S) is small or the second
Parasitic element PuParasitic element P compared to (S)Y(S) is fine
If small, the dynamic characteristic N of the first routeY(S) or
Dynamic characteristic N of the second routeUBy setting (S) to 1
Even if a part of the dynamic characteristics is omitted, the conditional expression (3) is
Satisfied, the state estimation observer is expressed by the following equation.
Become. uD(S) = NU(S) uS(S) (5) dz (t) / dt = Dz (t) + Ey (t) + JuD(T) ... (22) xE(S) = F (S) {Pz (S) + Vy (S)} (23) or yD(S) = NY(S) yS(S) (4) dz (t) / dt = Dz (t) + EyD(T) + Ju (t) (24) xE(S) = F (S) {Pz (S) + VyD(S)} (25) Since the estimation formula can be simplified,
The load on the device can be reduced. Further, the first parasitic element P
1(S), P0(S) or the second parasitic element PU(S)
If 1, that is, if some of the parasitic elements can be omitted
Simplifies the calculation by the conditional expression (3).
Therefore, the load on the device when determining the dynamic characteristics can be reduced.

【0012】〔寄生要素の具体的適用〕引き続いて,寄
生要素の具体的適用例について述べる。図3に示すよう
に制御対象1が寄生要素として軸の捩れ振動が存在する
モータ駆動系において,モータの回転速度θM を出力
y,負荷側イナーシャをJL ,モータイナーシャをJM
とし,次式のように捩れ振動を考慮していないモデルを
ノミナルな制約モデルとする。 PN (S)=(JM +JL -1/S2 …(26) この時,第1の寄生要素PO (S)を, PO (S)=(S2 L +K)/(S2 L M /(JM +JL )+K) …(27) として得られる状態推定オブザーバを用いて,捩れ振動
を考慮した状態推定を行うことができる。あるいは出力
yとして負荷側の回転角度θL を選んだ場合には第1の
寄生要素PO (S)を, PO (S)=K/(S2 L +JM /JM +JL )+K) …(28) として得られる状態推定オブザーバを用いても,捩れ振
動を考慮した状態推定を行うことができる。ただし,K
は軸のばね定数である。次に,制御対象1の寄生要素と
してセンサ系やコントローラ部のむだ時間である場合,
入力のむだ時間をLI ,出力のむだ時間をLO ,制御入
力uから入力観測値us へのむだ時間をLU とすれば,
第1の寄生要素PI (S),PO (S),第2の寄生要
素PU (S)をそれぞれ次式のように表すことができ
る。 PI (S)=e-Lis,PO (S)=e-Los,PU (S)=e-Lus …(29) これにより得られる状態推定オブザーバを用いて,むだ
時間を考慮した状態推定を行うことができる。さらに,
制御対象1が寄生要素として電流ループの遅れが存在す
るモータ駆動系の場合,電流ループの時定数をTとすれ
ば,第1の寄生要素PI (S),第2の寄生要素P
U (S)を次式のように表すことができる。 PI (S)=1/(TS+1),PU (S)=1/(TS+1) …(30) これにより得られる推定オブザーバを用いて電流ループ
の遅れを考慮した状態推定を行うことができる。
[Specific Application of Parasitic Element] Next, a specific application example of the parasitic element will be described. As shown in FIG. 3, in a motor drive system in which the control target 1 has a torsional vibration of the shaft as a parasitic element, the motor rotational speed θ M is output y, the load-side inertia is J L , and the motor inertia is J M
And a model that does not consider torsional vibration as in the following equation is a nominal constraint model. P N (S) = (J M + J L ) −1 / S 2 (26) At this time, the first parasitic element P O (S) is represented by P O (S) = (S 2 J L + K) / (S 2 J L J M / (J M + J L) + K) ... using the state estimation observer obtained as (27), it is possible to perform state estimation in consideration of the torsional vibration. Alternatively, when the rotation angle θ L on the load side is selected as the output y, the first parasitic element P O (S) is represented by P O (S) = K / (S 2 J L + J M / J M + J L ) + K) (28) The state estimation in consideration of the torsional vibration can be performed by using the state estimation observer obtained as follows. Where K
Is the spring constant of the shaft. Next, when the dead time of the sensor system or the controller is a parasitic element of the control target 1,
The dead time L I input, L O a dead time of the output, if the dead time of the input observations u s and L U from the control input u,
The first parasitic element P I (S), P O (S), and the second parasitic element P U (S) can be represented by the following equations, respectively. P I (S) = e −Lis , P O (S) = e −Los , P U (S) = e −Lus (29) The state in which the dead time is taken into account using the state estimation observer thus obtained. An estimate can be made. further,
When the control target 1 is a motor drive system having a current loop delay as a parasitic element, assuming that the time constant of the current loop is T, the first parasitic element P I (S) and the second parasitic element P
U (S) can be expressed as the following equation. P I (S) = 1 / (TS + 1), P U (S) = 1 / (TS + 1) (30) State estimation taking into account the current loop delay can be performed using the estimation observer obtained thereby. .

【0013】また,寄生要素が複数にまたがって存在す
る場合には,それぞれの寄生要素は上記の寄生要素の積
で表すことができる。例えば,むだ時間LU と電流ルー
プの遅れTとが同時に存在する場合,第2の寄生要素P
U (S)は次式のように表される。 PU (S)=e-Lus/(TS+1) …(31) これにより得られる推定オブザーバを用いてむだ時間と
電流ループの遅れの両方を考慮した状態推定を行うこと
ができる。同様に他の組み合せ適用も可能である。以上
のような各状態推定オブザーバを具現化する動特性決定
部2,状態推定部3等から構成された状態推定オブザー
バ装置Aを用いることにより次のような動作等が可能と
なる。 入出力に高次モードやむだ時間などの寄生要素が存在
する制御対象に対してこのように状態推定オブザーバ装
置を構成する場合に,従来例ではオブザーバ収束ゲイン
を上げれば寄生要素の遅れによって制御系が不安定化す
ることがあるのに対し,本装置では安定性を向上させる
ことができる。特に,従来例のように外乱を推定しフィ
ードバックする場合などでも本装置では制御系が不安定
化するようなことはない。ただし,推定値は寄生要素の
影響を受ける。 寄生要素に応じてフィルタリング特性を与えることに
よってより安定に状態推定を行なえる。また,寄生要素
の逆動特性をフィルタリング特性に与えることによっ
て,推定値から寄生要素の影響を完全に除去できる。 動特性を一部省略することによってオブザーバ推定式
の簡略化を行い状態推定時の装置の負担を軽減できる。 寄生要素が一部省略可能な場合には,動特性決定用の
式による演算が簡略化され,動特性決定時の装置の負担
を軽減できる。 上記装置を,捩れ振動等の高次モードあるいはセンサ
系やコントローラ部のむだ時間あるいは電流ループなど
の下位制御ループの遅れがある制御対象に適用しても,
安定に状態推定を行うことが可能となる。 その結果,高次モードやむだ時間などの寄生要素を含む
制御系に対しても常に安定な状態推定を行うことができ
る状態推定オブザーバ装置を得ることができる。
When there are a plurality of parasitic elements, each of the parasitic elements can be represented by a product of the above parasitic elements. For example, when the dead time L U and the current loop delay T exist simultaneously, the second parasitic element P
U (S) is represented by the following equation. P U (S) = e− Lus / (TS + 1) (31) Using the estimated observer obtained in this way, it is possible to perform state estimation in consideration of both the dead time and the delay of the current loop. Other combinations are possible as well. The following operations can be performed by using the state estimation observer device A including the dynamic characteristic determination unit 2 and the state estimation unit 3 that embody each state estimation observer as described above. When a state estimation observer device is configured in this way for a controlled object in which a parasitic element such as a higher-order mode or a dead time exists in the input / output, in the conventional example, if the observer convergence gain is increased, the control system is delayed by the delay of the parasitic element. While the device may become unstable, the present device can improve the stability. In particular, even when disturbance is estimated and fed back as in the conventional example, the control system does not become unstable in this device. However, the estimated value is affected by parasitic elements. By providing a filtering characteristic according to the parasitic element, the state can be more stably estimated. In addition, by giving the inverse characteristic of the parasitic element to the filtering characteristic, the influence of the parasitic element can be completely removed from the estimated value. By partially omitting the dynamic characteristics, the observer estimation formula can be simplified, and the load on the device during state estimation can be reduced. If some of the parasitic elements can be omitted, the calculation using the equation for determining the dynamic characteristics is simplified, and the load on the device when determining the dynamic characteristics can be reduced. Even if the above device is applied to a controlled object that has a higher mode such as torsional vibration, or a dead time of a sensor system or a controller, or a delay of a lower control loop such as a current loop,
State estimation can be performed stably. As a result, it is possible to obtain a state estimation observer device that can always perform stable state estimation even for a control system including a parasitic element such as a higher-order mode or a dead time.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明に係る状態推定オブザーバ装置
は,上記したように構成されている為, 入出力に高次モードやむだ時間などの寄生要素が存在
する制御対象に対して状態推定オブザーバ装置を構成す
る場合に,従来例ではオブザーバ収束ゲインを上げれば
寄生要素の遅れによって制御系が不安定化することがあ
るのに対し,本装置では安定性を向上させることができ
る。特に,従来例のように外乱を推定しフィードバック
する場合などでも本装置では制御系が不安定化するよう
なことはない。ただし,推定値は寄生要素の影響を受け
る。 寄生要素に応じてフィルタリング特性を与えることに
よってより安定に状態推定を行なえる。また,寄生要素
の逆動特性をフィルタリング特性に与えることによっ
て,推定値から寄生要素の影響を完全に除去できる。 動特性を一部省略することによってオブザーバ推定式
の簡略化を行い状態推定時の装置の負担を軽減できる。 寄生要素が一部省略可能な場合には,動特性決定用の
式による演算が簡略化され,動特性決定時の装置の負担
を軽減できる。 上記装置を,捩れ振動等の高次モードあるいはセンサ
系やコントローラ部のむだ時間あるいは電流ループなど
の下位制御ループの遅れがある制御対象に適用しても,
安定に状態推定を行うことが可能となる。 その結果,高次モードやむだ時間などの寄生要素を含む
制御系に対しても常に安定な状態推定を行うことができ
る状態推定オブザーバ装置を得ることができる。
Since the state estimation observer device according to the present invention is configured as described above, the state estimation observer device can be used for a controlled object having a parasitic element such as a higher-order mode or a dead time at the input / output. In the conventional example, if the observer convergence gain is increased in the conventional example, the control system may become unstable due to the delay of the parasitic element. On the other hand, the present device can improve the stability. In particular, even when disturbance is estimated and fed back as in the conventional example, the control system does not become unstable in this device. However, the estimated value is affected by parasitic elements. By providing a filtering characteristic according to the parasitic element, the state can be more stably estimated. In addition, by giving the inverse characteristic of the parasitic element to the filtering characteristic, the influence of the parasitic element can be completely removed from the estimated value. By partially omitting the dynamic characteristics, the observer estimation formula can be simplified, and the load on the device during state estimation can be reduced. If some of the parasitic elements can be omitted, the calculation using the equation for determining the dynamic characteristics is simplified, and the load on the device when determining the dynamic characteristics can be reduced. Even if the above device is applied to a controlled object that has a higher mode such as torsional vibration, or a dead time of a sensor system or a controller, or a delay of a lower control loop such as a current loop,
State estimation can be performed stably. As a result, it is possible to obtain a state estimation observer device that can always perform stable state estimation even for a control system including a parasitic element such as a higher-order mode or a dead time.

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

【図1】 本発明の一実施例に係る状態推定オブザーバ
装置Aの概略装置を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic device of a state estimation observer device A according to one embodiment of the present invention.

【図2】 制御対象に外乱が加わった状態を示す部分ブ
ロック図。
FIG. 2 is a partial block diagram showing a state where disturbance is applied to a control target.

【図3】 制御対象の一例を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a control target.

【図4】 従来の状態推定オブザーバ装置の第1例A0
1における概略構成を示すブロック図。
FIG. 4 shows a first example A0 of a conventional state estimation observer device.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration in FIG.

【図5】 従来の状態推定オブザーバ装置の第2例A0
2における概略構成を示す等価ブロック図。
FIG. 5 shows a second example A0 of the conventional state estimation observer device.
2 is an equivalent block diagram showing a schematic configuration in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…状態推定オブザーバ装置 1…制御対象 2…動特性決定部 3…状態推定部 4…フィルタ部 PI (S),PO (S)…第1の寄生要素 PY (S)…第2の寄生要素 NY (S)…第1のルートの動特性 NU (S)…第2のルートの動特性 F(S)…フィルタリング特性 u…制御入力 y…出力 yS …出力観測値 uS …入力観測値 yD ,uD …値(状態推定に用いられる値に相当) xE …状態推定結果A ... state estimation observer apparatus 1 ... controlled target 2 ... dynamic characteristic determining unit 3 ... state estimation unit 4 ... filter section P I (S), P O (S) ... first parasitic element P Y (S) ... second N Y (S): Dynamic characteristic of the first route N U (S): Dynamic characteristic of the second route F (S): Filtering characteristic u: Control input y: Output y S : Output observation value u S ... input observed value y D, (corresponding to the values used in the state estimation) u D ... value x E ... state estimation result

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 制御対象からの出力を観測した出力観測
値と,制御対象への制御入力を観測した入力観測値とに
基づいて該制御対象の状態推定を行う状態推定オブザー
バ装置において, 上記制御入力から上記出力観測値までの第1のルート内
に存在し,状態推定に用いる制御対象のノミナルな数学
モデル以外の動特性要素である第1の寄生要素と上記出
力観測値を補正する動特性要素である第1のルートの動
特性との積と,上記制御入力から上記入力観測値までの
第2のルート内に存在する動特性要素である第2の寄生
要素と上記入力観測値を補正する動特性要素である第
のルートの動特性との積が等しくなるように両動特性を
決定する動特性決定部と, 上記出力観測値に上記動特性決定部により決定された第
1のルートの動特性を乗じた値と,上記入力観測値に上
記動特性決定部により決定された第2のルートの動特性
を乗じた値とを用いて上記制御対象の状態推定を行う状
態推定部とを具備したことを特徴とする状態推定オブザ
ーバ装置。
1. A state estimation observer device for estimating a state of a control target based on an output observation value obtained by observing an output from the control target and an input observation value obtained by observing a control input to the control target, Nominal mathematics of the controlled object that exists in the first route from the input to the output observation and is used for state estimation
Out the first parasitic element is a dynamic characteristic elements other than model and the
And the product of the dynamic characteristics of the first route is a dynamic characteristic element for correcting the force observations, from the control input second is a dynamic characteristic elements that exist in the second route to the input observations The second is a parasitic element and a dynamic characteristic element for correcting the input observation value.
A dynamic characteristic determining unit for determining both dynamic characteristics so that a product of the first and second routes is equal to a dynamic characteristic of the first route; and a value obtained by multiplying the output observation value by the dynamic characteristic of the first route determined by the dynamic characteristic determining unit. And a state estimator for estimating the state of the controlled object using a value obtained by multiplying the input observation value by the dynamic characteristic of the second route determined by the dynamic characteristic determiner. State estimation observer device.
【請求項2】 制御対象からの出力を観測した出力観測
値と,制御対象への制御入力を観測した入力観測値とに
基づいて該制御対象の状態推定を行う状態推定オブザー
バ装置において, yD =NY ×yS 及びuD =NU ×uS ただし, PY ×NY =PU ×NU で与えられる値yD ,uD を用いて上記制御対象の状態
推定を行うようになしたことを特徴とする状態推定オブ
ザーバ装置。ここに,yS は上記出力観測値,uS は上
記入力観測値,PY は上記制御入力から上記出力観測値
までの第1のルート内に存在し,状態推定に用いる制御
対象のノミナルな数学モデル以外の動特性要素である第
1の寄生要素,NY上記出力観測値を補正する動特性
要素である第1のルートの動特性,PU は上記制御入力
から上記入力観測値までの第2のルート内に存在する動
特性要素である第2の寄生要素,NU上記入力観測値
を補正する動特性要素である第2のルートの動特性であ
る。
2. A state estimation observer device for estimating a state of a control target based on an output observation value obtained by observing an output from the control target and an input observation value obtained by observing a control input to the control target, wherein y D = N Y × y S and u D = N U × u S where the state estimation of the control object is performed using the values y D and u D given by P Y × N Y = P U × N U. What is done is a state estimation observer device. Here, y S is the output observation value, u S is the input observation value, and P Y is a control that exists in the first route from the control input to the output observation value and is used for state estimation.
The first parasitic element, N Y , which is a dynamic characteristic element other than the nominal mathematical model of interest, is a dynamic characteristic that corrects the output observation value.
Dynamic characteristic of the first route is an element, the dynamic P U is that exists in the second route from the control input to the input observations
The second parasitic element, N U , which is a characteristic element, is the above input observation value.
Is the dynamic characteristic of the second route, which is the dynamic characteristic element for correcting .
【請求項3】 上記状態推定部による上記制御対象の状
態推定結果に,上記第1又は第2の寄生要素に応じたフ
ィルタリング特性を与えるフィルタ部を設けたことを特
徴とする請求項1又は2記載の状態推定オブザーバ装
置。
3. A filter unit for providing a filtering characteristic according to the first or second parasitic element to a state estimation result of the control target by the state estimation unit. State estimation observer device as described.
【請求項4】 上記フィルタ部のフィルタリング特性が
上記第1の寄生要素と上記第1のルートの動特性との
積,又は上記第2の寄生要素と上記第2のルートの動特
性との積に逆比例する逆動特性である請求項3記載の状
態推定オブザーバ装置。
4. The filtering characteristic of the filter unit is a product of the first parasitic element and the dynamic characteristic of the first route, or a product of the second parasitic element and the dynamic characteristic of the second route. 4. The state estimation observer device according to claim 3, wherein the state estimation observer device has an inverse characteristic inversely proportional to the following equation.
【請求項5】 上記制御対象の状態推定結果xE に, F∝PT -1又はF∝(PO ×NY )-1 ただし, PT =PY ×NY =PU ×NU =PO ×PI ×NY で与えられる逆動特性Fを乗じて新たな状態推定結果と
なしたことを特徴とする請求項1又は2記載の状態推定
オブザーバ装置。ここに,PY は上記第1の寄生要素,
Y は上記第1のルートの動特性,PUは上記第2の寄
生要素,NU は上記第2のルートの動特性,PO ,PI
は上記第1の寄生要素を上記制御入力側と上記出力側と
に分離したときの部分寄生要素である。
5. A state estimation result of the controlled object x E, FαPT -1 or Fα (PO × NY) -1 However, P T = P Y × N Y = P U × N U = P O 3. The state estimation observer device according to claim 1, wherein a new state estimation result is obtained by multiplying the inverse motion characteristic F given by * P I * N Y. Here, P Y is the first parasitic element,
N Y is the dynamic characteristic of the first route, P U is the second parasitic element, N U is the dynamic characteristic of the second route, P O , P I
Is a partial parasitic element when the first parasitic element is separated into the control input side and the output side.
【請求項6】 上記第1又は第2のルートの動特性のゲ
インを1とした請求項1〜5のいずれかに記載の状態推
定オブザーバ装置。
6. The state estimation observer device according to claim 1, wherein the gain of the dynamic characteristic of the first or second route is set to 1.
【請求項7】 上記第1又は第2の寄生要素が1である
請求項1〜6のいずれかに記載の状態推定オブザーバ装
置。
7. The state estimation observer device according to claim 1, wherein the first or second parasitic element is 1.
【請求項8】 上記第1及び/又は第2の寄生要素が高
次モードである請求項1〜7のいずれかに記載の状態推
定オブザーバ装置。
8. The state estimation observer device according to claim 1, wherein said first and / or second parasitic element is a higher-order mode.
【請求項9】 上記第1及び/又は第2の寄生要素がむ
だ時間である請求項1〜7のいずれかに記載の状態推定
オブザーバ装置。
9. The state estimation observer according to claim 1, wherein the first and / or second parasitic element is a dead time.
【請求項10】 上記第1及び/又は第2の寄生要素が
下位制御ループの遅れである請求項1〜7のいずれかに
記載の状態推定オブザーバ装置。
10. The state estimation observer device according to claim 1, wherein said first and / or second parasitic element is a delay of a lower control loop.
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