JP3297739B2 - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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- JP3297739B2 JP3297739B2 JP2000178535A JP2000178535A JP3297739B2 JP 3297739 B2 JP3297739 B2 JP 3297739B2 JP 2000178535 A JP2000178535 A JP 2000178535A JP 2000178535 A JP2000178535 A JP 2000178535A JP 3297739 B2 JP3297739 B2 JP 3297739B2
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- control device
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット，
ＮＣ工作機械，ディスク装置のヘッドトラックシーク等
の速度制御や位置制御に利用される制御装置に関する。
ＮＣ工作機械，ディスク装置のヘッドトラックシーク等
の速度制御や位置制御に利用される制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、産業用ロボット、ＮＣ工作機械
等による２点間高速位置決め制御や高速軌跡制御、さら
には情報処理装置で使用されるハードディスク装置やフ
ロッピー（登録商標）ディスク装置のヘッドトラックシ
ーク等では、サーボアクチュエータを用いたサーボ機構
が広く利用されている。このサーボ機構は、速度制御や
位置決め制御等に関し、高速応答が非常に重要な要件と
なる。
等による２点間高速位置決め制御や高速軌跡制御、さら
には情報処理装置で使用されるハードディスク装置やフ
ロッピー（登録商標）ディスク装置のヘッドトラックシ
ーク等では、サーボアクチュエータを用いたサーボ機構
が広く利用されている。このサーボ機構は、速度制御や
位置決め制御等に関し、高速応答が非常に重要な要件と
なる。
【０００３】ところで、サーボ機構を含む種々の２次遅
れの伝達関数をもつ制御対象を制御する制御装置では、
オーバーシュートが発生しない条件のもとに、制御装置
を構成する制御系の減衰係数が１となる臨界制動のと
き、整定時間が最小となることが知られている。
れの伝達関数をもつ制御対象を制御する制御装置では、
オーバーシュートが発生しない条件のもとに、制御装置
を構成する制御系の減衰係数が１となる臨界制動のと
き、整定時間が最小となることが知られている。
【０００４】図９は２次遅れの制御対象をもつ従来の制
御装置の構成図である。
御装置の構成図である。
【０００５】この制御装置は、多重閉ループ制御系によ
り構成され、具体的には、指令値ｒと制御対象１からの
外部ループ２の信号である制御量または出力ｘとの偏差
を演算する偏差演算要素３と、過度的な変化に対する補
償信号を出力する内部ループ４と、前記偏差演算要素３
からの偏差に対して内部ループ４からの補償信号で打ち
消すように処理する補償要素５とによって構成されてい
る。
り構成され、具体的には、指令値ｒと制御対象１からの
外部ループ２の信号である制御量または出力ｘとの偏差
を演算する偏差演算要素３と、過度的な変化に対する補
償信号を出力する内部ループ４と、前記偏差演算要素３
からの偏差に対して内部ループ４からの補償信号で打ち
消すように処理する補償要素５とによって構成されてい
る。
【０００６】この内部ループ４は、制御対象１の制御量
または出力ｘの微分出力を取り出すラプラス演算子ｓを
もつ演算要素６およびこの演算要素６からの微分出力を
適宜なゲイン定数ｋ１を乗算することによりフィードバ
ックするゲイン定数要素７からなり、制御量または出力
ｘの過度的な変化に対する補償信号を得るものである。
なお、制御対象１の伝達関数を表すＪは慣性モーメン
ト、Ｔは時定数、ｓはラプラス演算子である。
または出力ｘの微分出力を取り出すラプラス演算子ｓを
もつ演算要素６およびこの演算要素６からの微分出力を
適宜なゲイン定数ｋ１を乗算することによりフィードバ
ックするゲイン定数要素７からなり、制御量または出力
ｘの過度的な変化に対する補償信号を得るものである。
なお、制御対象１の伝達関数を表すＪは慣性モーメン
ト、Ｔは時定数、ｓはラプラス演算子である。
【０００７】ところで、このような制御装置は、内部ル
ープ４を用いて、制御対象１の制御量または出力ｘの微
分に乗算するゲイン定数ｋ１を適宜に設定し、フィード
バックにより補償するようにすれば、過度的な変化に対
しても制御対象１を適切に制御可能である。
ープ４を用いて、制御対象１の制御量または出力ｘの微
分に乗算するゲイン定数ｋ１を適宜に設定し、フィード
バックにより補償するようにすれば、過度的な変化に対
しても制御対象１を適切に制御可能である。
【０００８】因みに、図１１に示す制御系の応答を表す
微分方程式は、 （ｄ2ｘ／ｄｔ2）＋｛（Ｊ＋ｋ１）／ＪＴ｝・（ｄｘ／ｄｔ） ＋（１／ＪＴ）・ｘ＝（１／ＪＴ）ｒ ……（１） で表されるが、このとき減衰係数ξ＝｛（Ｊ＋ｋ１）／
２（ＪＴ）1／2｝＝１となるようにゲイン定数ｋ１を設
定すれば、整定時間を短縮できる。
微分方程式は、 （ｄ2ｘ／ｄｔ2）＋｛（Ｊ＋ｋ１）／ＪＴ｝・（ｄｘ／ｄｔ） ＋（１／ＪＴ）・ｘ＝（１／ＪＴ）ｒ ……（１） で表されるが、このとき減衰係数ξ＝｛（Ｊ＋ｋ１）／
２（ＪＴ）1／2｝＝１となるようにゲイン定数ｋ１を設
定すれば、整定時間を短縮できる。
【０００９】一方、例えば減衰係数ξが１より大きくな
れば益々応答が遅くなり、整定時間が長くなる。また、
減数係数ξが１より小さくなれば、オーバーシュートを
許容した場合でも、応答は速くなるが振動的となり、そ
れほど整定時間が改善されない。
れば益々応答が遅くなり、整定時間が長くなる。また、
減数係数ξが１より小さくなれば、オーバーシュートを
許容した場合でも、応答は速くなるが振動的となり、そ
れほど整定時間が改善されない。
【００１０】従って、臨界制動のときよりも更に整定時
間を短くし、かつ、応答の高速化を図る観点から考える
と、新しい制御方式の開発が必要となってくる。
間を短くし、かつ、応答の高速化を図る観点から考える
と、新しい制御方式の開発が必要となってくる。
【００１１】その１つの考えとして、例えば偏差ｅに関
し、 （ｄ2ｅ／ｄｔ2）＋｛（２ξωｎ）／（１＋|ｅ|）｝・（ｄｅ／ｄｔ） ＋ωｎ 2ｅ＝０（但し、ωｎ：固有周波数） ……（２） となるように制御系を構成すれば、偏差が大きい場合に
見かけ上の減衰係数ξ*＝ξ／（１＋|ｅ|）を小さくす
れば、応答を早めながら定常状態に近づけることが可能
であり、また偏差が小さくなった場合にオーバーシュー
トを抑えながら制御対象１を制御することが可能である
と考えられる。
し、 （ｄ2ｅ／ｄｔ2）＋｛（２ξωｎ）／（１＋|ｅ|）｝・（ｄｅ／ｄｔ） ＋ωｎ 2ｅ＝０（但し、ωｎ：固有周波数） ……（２） となるように制御系を構成すれば、偏差が大きい場合に
見かけ上の減衰係数ξ*＝ξ／（１＋|ｅ|）を小さくす
れば、応答を早めながら定常状態に近づけることが可能
であり、また偏差が小さくなった場合にオーバーシュー
トを抑えながら制御対象１を制御することが可能である
と考えられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
制御装置の応答が非線形微分方程式で表現されることか
ら、前記（２）式において減衰係数ξ＝１とした場合、
偏差が大きくなったときにオーバーシュートを発生する
問題があり、しかもゲイン定数の設定についても把握困
難となり、オーバーシュートの発生なしに制御対象５１
を適切に制御することが難しい。
制御装置の応答が非線形微分方程式で表現されることか
ら、前記（２）式において減衰係数ξ＝１とした場合、
偏差が大きくなったときにオーバーシュートを発生する
問題があり、しかもゲイン定数の設定についても把握困
難となり、オーバーシュートの発生なしに制御対象５１
を適切に制御することが難しい。
【００１３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、オーバーシュートを発生させることなく整定時間を
大幅に短縮し、高速応答を実現する制御装置を提供する
ことにある。
で、オーバーシュートを発生させることなく整定時間を
大幅に短縮し、高速応答を実現する制御装置を提供する
ことにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、２次遅れと見なす伝達関数をもつ制御対象を制御す
る制御装置において、指令値ｒとの間で偏差ｅを求める
ために前記制御対象の出力ｘを負帰還する外部ループ
と、前記制御対象の出力ｘの微分値（ｄｘ／ｄｔ）にゲ
イン定数ｋ１を乗算してなる信号ｋ１（ｄｘ／ｄｔ）を
前記偏差ｅに負帰還する第１の内部ループと、前記制御
対象の出力ｘの微分値（ｄｘ／ｄｔ）と前記偏差ｅの絶
対値|ｅ|または当該絶対値|ｅ|のｎ（ｎは０を除く正の
整数）乗にゲイン定数ｋ２を乗算して得られる乗算値と
を用いて、ｋ２（ｄｘ／ｄｔ）・|ｅ|またはｋ２（ｄｘ
／ｄｔ）・|ｅ|nなる信号を前記偏差ｅに正帰還する第
２の内部ループとを備えた構成である。
に、２次遅れと見なす伝達関数をもつ制御対象を制御す
る制御装置において、指令値ｒとの間で偏差ｅを求める
ために前記制御対象の出力ｘを負帰還する外部ループ
と、前記制御対象の出力ｘの微分値（ｄｘ／ｄｔ）にゲ
イン定数ｋ１を乗算してなる信号ｋ１（ｄｘ／ｄｔ）を
前記偏差ｅに負帰還する第１の内部ループと、前記制御
対象の出力ｘの微分値（ｄｘ／ｄｔ）と前記偏差ｅの絶
対値|ｅ|または当該絶対値|ｅ|のｎ（ｎは０を除く正の
整数）乗にゲイン定数ｋ２を乗算して得られる乗算値と
を用いて、ｋ２（ｄｘ／ｄｔ）・|ｅ|またはｋ２（ｄｘ
／ｄｔ）・|ｅ|nなる信号を前記偏差ｅに正帰還する第
２の内部ループとを備えた構成である。
【００１５】本発明は以上のような構成とすることによ
り、制御系の零を含む正となる減衰係数の中の一定の条
件式を満足するように前記ゲイン定数ｋ１，ゲイン定数
ｋ２を設定すれば、２次遅れと見なす伝達関数をもつ制
御対象をもつ制御系であっても、オーバーシュートを発
生させずに整定時間を大幅に短縮可能となり、ひいては
高速応答を実現することが可能となる。
り、制御系の零を含む正となる減衰係数の中の一定の条
件式を満足するように前記ゲイン定数ｋ１，ゲイン定数
ｋ２を設定すれば、２次遅れと見なす伝達関数をもつ制
御対象をもつ制御系であっても、オーバーシュートを発
生させずに整定時間を大幅に短縮可能となり、ひいては
高速応答を実現することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１７】図１は本発明に係る制御装置の一実施の形
態を示す構成図であって、特に２次遅れと見なす制御対
象をもつ速度制御系に適用した例である。ここで、２次
遅れと見なす制御対象としては、例えばサーボアクチュ
エータによるサーボ機構の場合、トルクまたは推力発生
部を１次遅れで近似し、慣性モーメントまたは質量をも
つ速度制御系や速度制御部を１次遅れで近似した位置制
御系等が挙げられ、その他従来周知の種々の制御系があ
る。
態を示す構成図であって、特に２次遅れと見なす制御対
象をもつ速度制御系に適用した例である。ここで、２次
遅れと見なす制御対象としては、例えばサーボアクチュ
エータによるサーボ機構の場合、トルクまたは推力発生
部を１次遅れで近似し、慣性モーメントまたは質量をも
つ速度制御系や速度制御部を１次遅れで近似した位置制
御系等が挙げられ、その他従来周知の種々の制御系があ
る。
【００１８】なお、同図において図９と同一部分には同
一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００１９】この制御装置は、図９に示す制御系の構成
に、新たに破線で囲む非線形内部帰還ループ１０を追加
してなる構成である。つまり、この制御装置は、制御対
象1からの制御量または速度ｘを偏差演算要素３に導く
一般的な負帰還ループである外部ループ２と、同じく制
御量または速度ｘの微分値とゲイン定数ｋ１との乗算値
を負帰還する内部ループ４と、非線形内部帰還ループ１
０とによって構成されている。
に、新たに破線で囲む非線形内部帰還ループ１０を追加
してなる構成である。つまり、この制御装置は、制御対
象1からの制御量または速度ｘを偏差演算要素３に導く
一般的な負帰還ループである外部ループ２と、同じく制
御量または速度ｘの微分値とゲイン定数ｋ１との乗算値
を負帰還する内部ループ４と、非線形内部帰還ループ１
０とによって構成されている。
【００２０】この非線形内部帰還ループ１０は、制御対
象１からの制御量または速度ｘの微分値を出力するラプ
ラス演算子１１と、前記偏差演算要素３により得られる
偏差ｅ（ｒ−ｘ）の絶対値或いはその絶対値のｎ（ｎ＝
１，２，３，…）乗の演算を行う絶対値演算要素１２
と、この演算要素１２の演算出力にゲイン定数ｋ２を乗
算するゲイン定数演算要素１３と、このゲイン定数演算
要素１３の出力と制御量または速度ｘの微分値との乗算
出力を前記補償要素５に正帰還する正帰還要素１４とか
らなる内部正帰還ループを形成し、前記偏差演算要素３
からの偏差ｅに従って制御系の減衰係数ξを変化させる
役割をもたせている。
象１からの制御量または速度ｘの微分値を出力するラプ
ラス演算子１１と、前記偏差演算要素３により得られる
偏差ｅ（ｒ−ｘ）の絶対値或いはその絶対値のｎ（ｎ＝
１，２，３，…）乗の演算を行う絶対値演算要素１２
と、この演算要素１２の演算出力にゲイン定数ｋ２を乗
算するゲイン定数演算要素１３と、このゲイン定数演算
要素１３の出力と制御量または速度ｘの微分値との乗算
出力を前記補償要素５に正帰還する正帰還要素１４とか
らなる内部正帰還ループを形成し、前記偏差演算要素３
からの偏差ｅに従って制御系の減衰係数ξを変化させる
役割をもたせている。
【００２１】一方、従来から存在する内部ループ４、速
度微分とゲイン定数との積を負帰還するループであっ
て、定常状態時での減衰係数を決める為の役割をもって
いる。
度微分とゲイン定数との積を負帰還するループであっ
て、定常状態時での減衰係数を決める為の役割をもって
いる。
【００２２】従って、この図１の制御系の応答を表す微
分方程式としては、 （ｄ2ｘ／ｄｔ2）＋｛（Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ−ｘ|n）／ＪＴ｝ ・（ｄｘ／ｄｔ）＋（１／ＪＴ）・ｘ＝（１／ＪＴ）ｒ ……（３） で表され、その減衰係数としては、 ξ*＝｛（Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ−ｘ|n）／２（ＪＴ）1／2｝ ……（４） となる。
分方程式としては、 （ｄ2ｘ／ｄｔ2）＋｛（Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ−ｘ|n）／ＪＴ｝ ・（ｄｘ／ｄｔ）＋（１／ＪＴ）・ｘ＝（１／ＪＴ）ｒ ……（３） で表され、その減衰係数としては、 ξ*＝｛（Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ−ｘ|n）／２（ＪＴ）1／2｝ ……（４） となる。
【００２３】そこで、制御対象１からの制御量または速
度ｘに関係なく、前記（４）式からξ*≧０とする。つ
まり、（４）式のうち、Ｊ＋ｋ１−ｋ２ｒｎ≧０を満足
させるような条件のもとに、ｒ，ｋ１，ｋ２を決定すれ
ば、オーバーシュートがなく、整定時間を短縮できる。
度ｘに関係なく、前記（４）式からξ*≧０とする。つ
まり、（４）式のうち、Ｊ＋ｋ１−ｋ２ｒｎ≧０を満足
させるような条件のもとに、ｒ，ｋ１，ｋ２を決定すれ
ば、オーバーシュートがなく、整定時間を短縮できる。
【００２４】図２は５００ＷのＡＣサーボモータ（Ｊ＝
０．１×１０−3ｋｇｍ2，Ｔ＝１０ｍｓ）で、かつ、ｎ
＝１とした速度制御系のステップ応答図である。さら
に、詳細には、図３は、定常状態においてξ*＝１とな
るように設定し、かつ、ステップ指令値ｒとオーバーシ
ュートを発生しない範囲のゲイン定数ｋ２を設定したと
きのステップ応答図である。図３は上記ステップ指令値
ｒとゲイン定数ｋ２との関係を示す図である。
０．１×１０−3ｋｇｍ2，Ｔ＝１０ｍｓ）で、かつ、ｎ
＝１とした速度制御系のステップ応答図である。さら
に、詳細には、図３は、定常状態においてξ*＝１とな
るように設定し、かつ、ステップ指令値ｒとオーバーシ
ュートを発生しない範囲のゲイン定数ｋ２を設定したと
きのステップ応答図である。図３は上記ステップ指令値
ｒとゲイン定数ｋ２との関係を示す図である。
【００２５】また、例えばＪ＋ｋ１＝ｃと置いたとき、
前記（４）式に示すξ*≧０から、ｃ−ｋ２|ｒ|≧０な
る条件を満足させれば、オーバーシュートなしで従来の
２次遅れ制御系よりも整定時間の短いステップ応答が得
られる。図３において実線から下側斜線がオーバーシュ
ートの発生しない領域となる。なお、ゲイン係数ｋ２＝
ｃ／|ｒ|のとき、整定時間の改善効果が最も大きく現れ
ることが分かった。
前記（４）式に示すξ*≧０から、ｃ−ｋ２|ｒ|≧０な
る条件を満足させれば、オーバーシュートなしで従来の
２次遅れ制御系よりも整定時間の短いステップ応答が得
られる。図３において実線から下側斜線がオーバーシュ
ートの発生しない領域となる。なお、ゲイン係数ｋ２＝
ｃ／|ｒ|のとき、整定時間の改善効果が最も大きく現れ
ることが分かった。
【００２６】因みに、定格指令値（３０００ｒｐｍ）に
対し、従来の減衰係数ξ＝１の速度制御系と、ｋ２＝３
×１０-5に設定し、かつ、減衰係数を変化させ、定常状
態時の減衰係数ξ＝ξ*＝１とした本発明の速度制御系
とについて比較すると、本発明による制御系が従来の制
御系に比べて整定時間が７０％も改善できる。
対し、従来の減衰係数ξ＝１の速度制御系と、ｋ２＝３
×１０-5に設定し、かつ、減衰係数を変化させ、定常状
態時の減衰係数ξ＝ξ*＝１とした本発明の速度制御系
とについて比較すると、本発明による制御系が従来の制
御系に比べて整定時間が７０％も改善できる。
【００２７】さらに、定常状態において減衰係数ξ＝ξ
*≧１となるようにゲイン定数ｋ１を設定し、しかもＪ
＋ｋ１−ｋ２|ｒ|≧０なる条件を満足するようなゲイン
定数ｋ２を設定したとき、この条件設定による制御系
は、前述する減衰係数ξ＝ξ*＝１とした制御系よりも
整定時間が一層短縮できる。
*≧１となるようにゲイン定数ｋ１を設定し、しかもＪ
＋ｋ１−ｋ２|ｒ|≧０なる条件を満足するようなゲイン
定数ｋ２を設定したとき、この条件設定による制御系
は、前述する減衰係数ξ＝ξ*＝１とした制御系よりも
整定時間が一層短縮できる。
【００２８】また、指令値ｒ＝６０００ｒｐｍとしたと
き、ｋ１，ｋ２および整定時間は図４のような関係にな
り、これをグラフ的に表現すれば図５に示すようにな
る。これらの図からｒ，ｋ１，ｋ２の関係はＪ＋ｋ１−
ｋ２|ｒ|≒０となる。よって、この制御系は、ξ＝１の
従来の制御系と比較し、整定時間が１／１０以下とな
り、一層短縮することが可能となる。
き、ｋ１，ｋ２および整定時間は図４のような関係にな
り、これをグラフ的に表現すれば図５に示すようにな
る。これらの図からｒ，ｋ１，ｋ２の関係はＪ＋ｋ１−
ｋ２|ｒ|≒０となる。よって、この制御系は、ξ＝１の
従来の制御系と比較し、整定時間が１／１０以下とな
り、一層短縮することが可能となる。
【００２９】次に、非線形内部帰還ループ１０において
ｎ＝２とした制御系は、 ξ*＝｛（Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ−ｘ|2）／２（ＪＴ）1／2｝ ……（５） となるが、Ｊ＋ｋ１−ｋ２ｒ2≧０の条件を満足する
ｒ，ｋ１，ｋ２を設定すれば、オーバーシュートがな
く、応答が改善でき、ｎ＝１の制御系に比べて整定時間
が小さくできる。図６はｒ＝３０００ｒｐｍ、ｋ１＝
１．９×１０-3に設定し、ゲイン定数ｋ２を変化させた
ときのステップ応答図である。この制御系の整定時間は
ｎ＝１の制御系と比べて改善され、５０％程度改善させ
ることが可能である。
ｎ＝２とした制御系は、 ξ*＝｛（Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ−ｘ|2）／２（ＪＴ）1／2｝ ……（５） となるが、Ｊ＋ｋ１−ｋ２ｒ2≧０の条件を満足する
ｒ，ｋ１，ｋ２を設定すれば、オーバーシュートがな
く、応答が改善でき、ｎ＝１の制御系に比べて整定時間
が小さくできる。図６はｒ＝３０００ｒｐｍ、ｋ１＝
１．９×１０-3に設定し、ゲイン定数ｋ２を変化させた
ときのステップ応答図である。この制御系の整定時間は
ｎ＝１の制御系と比べて改善され、５０％程度改善させ
ることが可能である。
【００３０】図７は本発明に係わる制御装置の他の実施
形態を示す構成図である。
形態を示す構成図である。
【００３１】この実施の形態は、１／ｓ（１＋Ｔｐｓ）
の位置制御モデルの制御対象１ａに置き換えるととも
に、指令値ｒのもとにゲイン定数ｋ２がｋ２＝ｃ／|ｒ|
n（ｃ＝J＋ｋ１）に設定する調節要素２１を設けた位置
制御系の制御装置の例である。従って、その他の構成部
分は図１と同様であるので、同一部分には同様の符号を
付し、その詳しい説明は図１に譲る。
の位置制御モデルの制御対象１ａに置き換えるととも
に、指令値ｒのもとにゲイン定数ｋ２がｋ２＝ｃ／|ｒ|
n（ｃ＝J＋ｋ１）に設定する調節要素２１を設けた位置
制御系の制御装置の例である。従って、その他の構成部
分は図１と同様であるので、同一部分には同様の符号を
付し、その詳しい説明は図１に譲る。
【００３２】この制御装置においても、図１と同様であ
ることから、ｒ，ｋ1，ｋ２の関係式がｃ−ｋ２|ｒ|n＝
ｋ１−ｋ２|ｒ|n≧０となり、オーバーシュートの発生
がなく、図１と同様に整定時間を短縮することができ
る。
ることから、ｒ，ｋ1，ｋ２の関係式がｃ−ｋ２|ｒ|n＝
ｋ１−ｋ２|ｒ|n≧０となり、オーバーシュートの発生
がなく、図１と同様に整定時間を短縮することができ
る。
【００３３】図８は本発明に係わる制御装置の応用例を
説明する構成図である。
説明する構成図である。
【００３４】この制御装置は、制御対象１に対してゲイ
ンＫ、制御対象１からの制御量または速度ｘをフィード
バックする外部ループ２にループゲインＫｆをもつゲイ
ン要素２２を追加した制御系であり、その他の構成部分
は図１と同様であるので、同一部分には同様の符号を付
し、その詳しい説明は図１に譲る。
ンＫ、制御対象１からの制御量または速度ｘをフィード
バックする外部ループ２にループゲインＫｆをもつゲイ
ン要素２２を追加した制御系であり、その他の構成部分
は図１と同様であるので、同一部分には同様の符号を付
し、その詳しい説明は図１に譲る。
【００３５】この制御系の応答を表す微分方程式は、 （ｄｘ2／ｄｔ2）＋｛（Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ−Ｋｆ|n）／ＪＴ｝ ・（ｄｘ／ｄｔ）＋（ＫＫｆ／ＪＴ）ｘ ＝（Ｋ／ＪＴ）ｒ（ｎ＝１，２，３，…） ……（６） となる。また、この制御系の減衰係数ξ*は、 ξ*＝（Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ−Ｋｆｘ|n）／２（ＪＴ）
1/2 となるので、Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ|n≧０を満足するよ
うなＫ，ｋ１，ｋ２，ｒを設定すれば、整定時間が短縮
できる。因みに、ここでは、Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ|n|≧
０の領域において、ｋ１を大きくし、指令値ｒに対し、
Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ|n＝０にできる限り近い値となる
ようなｋ１，ｋ２，Ｋを設定すれば、オーバーシュート
が発生せず、しかも整定時間が短くなり、高速応答が可
能になる。
1/2 となるので、Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ|n≧０を満足するよ
うなＫ，ｋ１，ｋ２，ｒを設定すれば、整定時間が短縮
できる。因みに、ここでは、Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ|n|≧
０の領域において、ｋ１を大きくし、指令値ｒに対し、
Ｊ＋ｋ１−Ｋｋ２|ｒ|n＝０にできる限り近い値となる
ようなｋ１，ｋ２，Ｋを設定すれば、オーバーシュート
が発生せず、しかも整定時間が短くなり、高速応答が可
能になる。
【００３６】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、従来の制御系を基本にしつつ、非線形の内部正帰還
ループを付加することにより、その制御系の減衰係数が
制御対象１の制御量または速度出力等に関係なく正の関
係を満足するように、指令値ｒに対し、ゲイン定数等を
設定すれば、オーバーシュートがなく、整定時間を大幅
に短縮可能となり、高速応答を達成することができる。
ば、従来の制御系を基本にしつつ、非線形の内部正帰還
ループを付加することにより、その制御系の減衰係数が
制御対象１の制御量または速度出力等に関係なく正の関
係を満足するように、指令値ｒに対し、ゲイン定数等を
設定すれば、オーバーシュートがなく、整定時間を大幅
に短縮可能となり、高速応答を達成することができる。
【００３７】なお、本願発明は、上記実施の形態に限定
されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施できる。また、各実施の形態は可能な限り組
み合わせて実施することが可能であり、その場合には組
み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の
形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、
開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種
々の発明が抽出され得る。例えば実施の形態に示される
全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで
発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施
する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるも
のである。
されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施できる。また、各実施の形態は可能な限り組
み合わせて実施することが可能であり、その場合には組
み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の
形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、
開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種
々の発明が抽出され得る。例えば実施の形態に示される
全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで
発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施
する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるも
のである。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、オ
ーバーシュートを発生させずに整定時間を大幅に短縮で
き、高速応答を実現することができる。
ーバーシュートを発生させずに整定時間を大幅に短縮で
き、高速応答を実現することができる。
【図１】 本発明に係わる制御装置の一実施の形態を示
す構成図
す構成図
【図２】 ５００ＷのＡＣサーボモータの速度制御での
ｎ＝１とした制御系のステップ応答図。
ｎ＝１とした制御系のステップ応答図。
【図３】 図２と同様の条件下の指令ｒとゲイン定数ｋ
２との関係を示す図。
２との関係を示す図。
【図４】 指令ｒ＝６０００ｒｐｍのときのゲイン係数
ｋ１，ｋ２および整定時間の還啓を示す図。
ｋ１，ｋ２および整定時間の還啓を示す図。
【図５】 オーバーシュートなく整定するためのｋ１，
ｋ２の関係を示す図。
ｋ２の関係を示す図。
【図６】 ５００ＷのＡＣサーボモータの速度制御での
ｎ＝２とした制御系のステップ応答図。
ｎ＝２とした制御系のステップ応答図。
【図７】 本発明に係わる制御装置の他の実施形態を示
す構成図。
す構成図。
【図８】 本発明に係わる制御装置の応用例を説明する
構成図。
構成図。
【図９】 従来の２次遅れ系をもつ制御装置の構成図。
１，１ａ…制御対象 ２…外部ループ ３…偏差演算要素 ４…内部ループ １０…非線形内部帰還ループ １２…絶対値演算要素 １３…ゲイン定数演算要素 １４…正帰還要素 ２１…調節要素
Claims (4)
- 【請求項１】 ２次遅れと見なす伝達関数をもつ制御対
象を制御する制御装置において、 指令値ｒとの間で偏差ｅを求めるために前記制御対象の
出力ｘを負帰還する外部ループと、 前記制御対象の出力ｘの微分値（ｄｘ／ｄｔ）にゲイン
定数ｋ１を乗算してなる信号ｋ１（ｄｘ／ｄｔ）を前記
偏差ｅに負帰還する第１の内部ループと、 前記制御対象の出力ｘの微分値（ｄｘ／ｄｔ）と前記偏
差ｅの絶対値|ｅ|または当該絶対値|ｅ|のｎ（ｎは０を
除く正の整数）乗にゲイン定数ｋ２を乗算して得られる
乗算値とを用いて、ｋ２（ｄｘ／ｄｔ）・|ｅ|またはｋ
２（ｄｘ／ｄｔ）・|ｅ|nなる信号を前記偏差ｅに正帰
還する第２の内部ループとを備え、 これら第１および第２の内部ループにより帰還させた信
号を用いて前記制御対象を制御することを特徴とする制
御装置。 - 【請求項２】 前記ゲイン定数ｋ１，ゲイン定数ｋ２
は、制御系の零を含む正となる減衰係数の中の下記式が
満足する値を設定するものである請求項１記載の制御装
置。 Ｊ＋ｋ１−ｋ２|ｒ|≧０またはＪ＋ｋ１−ｋ２|ｒ|ｎ≧
０ 但し、Ｊ：２次遅れの制御対象によって決まる定数であ
る。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の制御装
置において、 前記制御対象が位置制御モデルである場合、前記指令値
ｒに基づいて前記ゲイン定数ｋ２＝ｃ／|ｒ|またはｃ／
|ｒ|ｎに変化させる調節要素を設けたことを特徴とする
制御装置。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の制御装
置において、 前記制御対象が比例ゲインを有する伝達関数を有する場
合、前記外部ループにループゲインを挿入することを特
徴とする制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000178535A JP3297739B2 (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 制御装置 |
| US09/879,158 US6920362B2 (en) | 2000-06-14 | 2001-06-13 | Control apparatus |
| EP01114340A EP1164448A2 (en) | 2000-06-14 | 2001-06-13 | Control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000178535A JP3297739B2 (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001356823A JP2001356823A (ja) | 2001-12-26 |
| JP3297739B2 true JP3297739B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18679946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000178535A Expired - Lifetime JP3297739B2 (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6920362B2 (ja) |
| EP (1) | EP1164448A2 (ja) |
| JP (1) | JP3297739B2 (ja) |
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| US7355364B2 (en) * | 2005-09-29 | 2008-04-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Motor and controller inversion: commanding torque to position-controlled robots |
| US8401676B2 (en) * | 2010-08-18 | 2013-03-19 | International Business Machines Corporation | Performance improvement of signal transformation schemes for ultra-fast scanning |
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|---|---|---|---|---|
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| US5200681A (en) * | 1990-03-09 | 1993-04-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Process control system |
| US5034872A (en) * | 1990-08-09 | 1991-07-23 | Losic Novica A | Current-free synthesis of improved parameter-free zero-impedance converter |
| US5282129A (en) * | 1991-03-04 | 1994-01-25 | Losic Novica A | Control basic building block (CBBB) |
-
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- 2000-06-14 JP JP2000178535A patent/JP3297739B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-06-13 EP EP01114340A patent/EP1164448A2/en not_active Withdrawn
- 2001-06-13 US US09/879,158 patent/US6920362B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6920362B2 (en) | 2005-07-19 |
| EP1164448A2 (en) | 2001-12-19 |
| US20010053941A1 (en) | 2001-12-20 |
| JP2001356823A (ja) | 2001-12-26 |
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