JP6647562B2 - アクチュエータの駆動制御方法およびアクチュエータの駆動制御装置 - Google Patents
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Description
[1−1.全体構成]
まず、図1に基づいて、本発明の一実施形態に係るアクチュエータの駆動制御装置の構成について説明する。図1は、本実施形態に係るアクチュエータの駆動制御装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、制御対象(プラント)50の駆動を制御する駆動制御装置1は、制御偏差部10と、フィードバック制御部20と、非線形特性補償型フィードバック変調器(NC−FBM:Nonlinearity Compensated type Feedback Modulator。以下、「非線形フィードバック変調器」とも称する。)30と、フィードフォワード制御部40とを含む。
本実施形態に係る駆動制御装置1は、制御対象50が例えば駆動機構およびバックラッシュ等の非線形要素を有する被動機構とからなる駆動システムである場合においても、駆動システム全体が精度よく、かつ滑らかに動作するように制御できるようにすることを目的とする。このため、本実施形態に係る駆動装置1では、非線形フィードバック変調器30を、駆動機構51や被動機構52の不感帯やヒステリシス特性に対処可能に構成する。非線形フィードバック変調器30により被動機構52の不感帯やヒステリシス特性も考慮した制御を行うことで、駆動機構51の制御のみでは駆動システム全体としての動作精度の向上に限界がある場合にも、さらに精度を向上させることができる。
以下、本実施形態に係る駆動制御装置1による駆動制御の一例を説明する。
上述の駆動機構51の駆動制御装置1による駆動制御では、制御対象50の不感帯やバックラッシュ、スティックスリップ、ガタ、弾性変形等のヒステリシス特性、すなわち非線形要素の影響が考慮される。ここで、非線形要素には、入力の増加方向と減少方向とで同一入力値に対する出力値が異なるヒステリシス特性や、入力値が小さい間は出力値の比例係数が著しく小さく、入力値が所定値を超えると入出力関係を表す曲線の係数が安定して大きくなるロストモーション等も含まれる。ここで、駆動機構と被動機構とを備えるプラント60として、外界との相互干渉を受けながら動作する具体的なモデルの一例を図3に示す。
本実施形態に係る駆動機構51の駆動制御は、まず、非線形フィードバック変調器30により、駆動機構51の非線形特性を補完する量子化マップに基づいて、連続値制御信号から離散値制御信号が生成される。離散値制御信号は、例えば駆動機構51が油圧シリンダであるとき、油量(すなわち弁開度)を表す。駆動機構51は離散値制御信号に基づき駆動され、駆動機構51の駆動によって被動機構52が駆動する。このときの駆動機構51の速度および被動機構52の速度が非線形フィードバック変調器30に入力される。
図8に、マニピュレータ型建機70への実装例を示す。図8に示すマニピュレータ型建機70は、車体71に4つの車輪72を備えて移動可能である。車体71には、効果器79を先端に保持するマニピュレータ部78が、回転部75を介して回転可能に支持されている。マニピュレータ部78は、例えば第1のリンク部78aと第2のリンク部78bとから構成される。マニピュレータ部78を回転させる駆動機構として油圧モータ73が設けられており、被動機構としてギア74が存在する。ギア74が回転することで当該ギア74と噛み合う回転部75が回転し、車体71に対してマニピュレータ部78が回転される。また、マニピュレータ部78は、第1のリンク部78aおよび第2のリンク部78bからなり、アクチュエータ77a、77bを駆動させることで、第1のリンク部78aおよび第2のリンク部78bの位置を変化させることができる。
10 制御偏差部
20 フィードバック制御部
30 非線形特性補償型フィードバック変調器(非線形フィードバック変調器)
40 フィードフォワード制御部
50 制御対象
51 駆動機構
52 被動機構
60 プラント
61 駆動源
62 駆動制御機構
63 駆動機構
64 駆動用センサ
65 支持機構
66 被動用センサ
67 効果器
Claims (9)
- 被動機構と、前記被動機構を駆動するアクチュエータとを備えるプラントにおいて、前記アクチュエータを駆動するための制御値である連続値制御信号を量子化し、離散値制御信号として前記アクチュエータに入力する、アクチュエータの駆動制御方法であって、
制御目標値と、前回の前記アクチュエータが駆動したときの前記被動機構の出力値とに基づいて、次回の前記アクチュエータの制御値である連続値制御信号を算出する連続値制御信号算出ステップと、
前回の前記プラントの出力値に基づいて、算出された前記連続値制御信号を補正する補正ステップと、
アクチュエータの非線形特性を補完する量子化マップに基づいて前記連続値制御信号を量子化し、前記離散値制御信号として前記アクチュエータへ出力する離散値制御信号算出ステップと、
を含み、
前記離散値制御信号算出ステップでは、
外力推定部により前記被動機構に作用する外力の推定値を取得し、
非線形要素を有する前記被動機構に作用する外力と当該被動機構の目標速度との関係を表す情報である補正テーブルに基づいて、前記外力の推定値から前記被動機構に関する動作補正の出力を決定する、アクチュエータの駆動制御方法。 - 前記補正ステップでは、前回のプラントの出力値として、前回の前記アクチュエータの出力値または前記被動機構の出力値のうち少なくともいずれか一方を用いる、請求項1に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 前記補正テーブルは、前記被動機構が非線形要素の影響を受けて動作するときは当該非線形要素を解消する位置まで前記被動機構を移動させるよう出力を補正し、非線形要素の影響が解消した後は、出力を補正しないように設定される、請求項1または2に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 前記外力推定部は、前記被動機構の加速度および慣性質量に基づいて外力の推定値を算出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 前記外力推定部は、前記被動機構に設けられた外力検出センサの検出値を外力の推定値として取得する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 前記外力推定部により取得された外力の推定値は所定の期間蓄積される、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 前記非線形要素は、前記被動機構のバックラッシュである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 前記被動機構の出力は、実測値または外乱オブザーバによる推定値である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のアクチュエータの駆動制御方法。
- 被動機構と、前記被動機構を駆動するアクチュエータとを備えるプラントにおいて、前記アクチュエータを駆動するための制御値である連続値制御信号を量子化し、離散値制御信号として前記アクチュエータに入力する、アクチュエータの駆動制御装置において、
制御目標値と、前回の前記アクチュエータが駆動したときの前記被動機構の出力値とに基づいて、次回の前記アクチュエータの制御値である連続値制御信号を算出する制御部と、
前回の前記プラントの出力値に基づいて、算出された前記連続値制御信号を補正し、アクチュエータの非線形特性を補完する量子化マップに基づいて前記連続値制御信号を量子化し、前記離散値制御信号として前記アクチュエータへ出力する非線形フィードバック変調器と、
を備え、
非線形フィードバック変調器は、
外力推定部により前記被動機構に作用する外力の推定値を取得し、
非線形要素を有する前記被動機構に作用する外力と当該被動機構の目標速度との関係を表す情報である補正テーブルに基づいて、前記外力の推定値から前記被動機構に関する動作補正の出力を決定する、アクチュエータの駆動制御装置。
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