JPH01137305A - フィードバック制御装置 - Google Patents
フィードバック制御装置Info
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- JPH01137305A JPH01137305A JP62298154A JP29815487A JPH01137305A JP H01137305 A JPH01137305 A JP H01137305A JP 62298154 A JP62298154 A JP 62298154A JP 29815487 A JP29815487 A JP 29815487A JP H01137305 A JPH01137305 A JP H01137305A
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
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- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- 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
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
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- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、フィードバック制御装置に関するものであ
り、特に制御対象または検出手段が有するむだ時間や機
械共振特性を補償し、安定に被制御量を制御できるフィ
ードバック制御装置に関するものである。
り、特に制御対象または検出手段が有するむだ時間や機
械共振特性を補償し、安定に被制御量を制御できるフィ
ードバック制御装置に関するものである。
［従来の技術］
第８図は例えば、丸善株式会社発行の「大学講義自動制
御」 （著者＝伊藤正美）第２頁に示された一般的なフ
ィードバック制御系の構成図である。
御」 （著者＝伊藤正美）第２頁に示された一般的なフ
ィードバック制御系の構成図である。
図において、１は目標値を入力とし、基準入力信号ｒを
出力とする基準入力要素、２は基準入力信号と主フィー
ドバック信号ｙ宰 とを比較し、制御偏差ｅを出力する
比較部、３は制御偏差ｅに基づいて操作量を決定する調
節部、４は調節部から出力された信号をパワーの高い操
作量Ｕへ変換する操作部、５は調節部３と操作部４とを
併せた伝達特性Ｇｅ１（ｓ） を有する制御部で、６
は操作部Ｕを入力とし、被制御量ｙを出力とする伝達特
性Ｇｐ（ｓ） Ｇｐｎ （ｓ） を有する制御対象、
７は伝達特性ＫｓＧｓｎ（ｓ） を有し、制御対象か
ら出力される被制御ｊｉｙを電気信号に変換して主フイ
ードバツク信号ｙ＊を出力する検出部（検出手段）であ
る、制御対象６と検出部７において、Ｇｐｎ（ｓ）
、Ｇｓｎ（ｓ）はそれぞれ制御対象または検出手段の所
望の特性からのずれで、機械共振特性やむだ時間特性な
どを表わす。
出力とする基準入力要素、２は基準入力信号と主フィー
ドバック信号ｙ宰 とを比較し、制御偏差ｅを出力する
比較部、３は制御偏差ｅに基づいて操作量を決定する調
節部、４は調節部から出力された信号をパワーの高い操
作量Ｕへ変換する操作部、５は調節部３と操作部４とを
併せた伝達特性Ｇｅ１（ｓ） を有する制御部で、６
は操作部Ｕを入力とし、被制御量ｙを出力とする伝達特
性Ｇｐ（ｓ） Ｇｐｎ （ｓ） を有する制御対象、
７は伝達特性ＫｓＧｓｎ（ｓ） を有し、制御対象か
ら出力される被制御ｊｉｙを電気信号に変換して主フイ
ードバツク信号ｙ＊を出力する検出部（検出手段）であ
る、制御対象６と検出部７において、Ｇｐｎ（ｓ）
、Ｇｓｎ（ｓ）はそれぞれ制御対象または検出手段の所
望の特性からのずれで、機械共振特性やむだ時間特性な
どを表わす。
従来のフィードバック制御系は上記のように構成され、
そのフィードバック制御を行うにあたって、被制御量ｙ
を目標値に一致させるため検出部７によって被制御量ｙ
を検出して比較部２ヘフイードバツクし、比較部２にて
基準入力要素１の出力である基準入力信号ｒとの差を計
算して、これを制御偏差ｅとする。制御部５では比較部
２から出力された制御偏差ｅを零に近づけるよう制御対
象６に操作量Ｕを出力する。つまり制御部５はフィード
バックループ系を安定化するための安定化補償器として
動作する。このフィードバック制御系において、制御偏
差ｅから主フイードバツク信号ｙ＊までの一巡伝達特性
（開ループ特性）は、Ｇｏｔ（ｓ） ＝Ｇｃｌ（ｓ）・
Ｇｐ（ｓ）Ｇｐｎ（ｓ）・Ｋｓ Ｇｓｎ（ｓ）
・・・・・・”（１）となる。
そのフィードバック制御を行うにあたって、被制御量ｙ
を目標値に一致させるため検出部７によって被制御量ｙ
を検出して比較部２ヘフイードバツクし、比較部２にて
基準入力要素１の出力である基準入力信号ｒとの差を計
算して、これを制御偏差ｅとする。制御部５では比較部
２から出力された制御偏差ｅを零に近づけるよう制御対
象６に操作量Ｕを出力する。つまり制御部５はフィード
バックループ系を安定化するための安定化補償器として
動作する。このフィードバック制御系において、制御偏
差ｅから主フイードバツク信号ｙ＊までの一巡伝達特性
（開ループ特性）は、Ｇｏｔ（ｓ） ＝Ｇｃｌ（ｓ）・
Ｇｐ（ｓ）Ｇｐｎ（ｓ）・Ｋｓ Ｇｓｎ（ｓ）
・・・・・・”（１）となる。
［本発明が解決しようとする問題点］
上記のような従来のフィードバック制御系では、下記に
列挙するうな問題点があった。
列挙するうな問題点があった。
（１）通常、制御対象６や検出手段７には、高周波数帯
域において、それぞれＧｐｎ （ｓ） 、Ｇｓｎ （
ｓ）で表わした所望の特性からのずれが必ず存在し、（
１） 式から明らかなようにこれらＧｐｎ（ｓ）
、Ｇｓｎ（１） が開ループ特性にそのまま現われて
くるために、フィードバック制御系の安定性を劣化させ
てしまう、従って、一般にはＧｐｎ（ｓ） 、Ｇｓｎ
（ｓ） の影響を受けない比較的周波数の低い帯域で
開ループ特性Ｇｏｌ（ｓ） のゲインがＯｄＢとなる
ように制御部ｃｃｌ（ｓ） を設計するため、フィー
ドバック制御系の帯域を拡げられず、外乱にも弱く、制
御偏差ｅも大きくなりやすい。
域において、それぞれＧｐｎ （ｓ） 、Ｇｓｎ （
ｓ）で表わした所望の特性からのずれが必ず存在し、（
１） 式から明らかなようにこれらＧｐｎ（ｓ）
、Ｇｓｎ（１） が開ループ特性にそのまま現われて
くるために、フィードバック制御系の安定性を劣化させ
てしまう、従って、一般にはＧｐｎ（ｓ） 、Ｇｓｎ
（ｓ） の影響を受けない比較的周波数の低い帯域で
開ループ特性Ｇｏｌ（ｓ） のゲインがＯｄＢとなる
ように制御部ｃｃｌ（ｓ） を設計するため、フィー
ドバック制御系の帯域を拡げられず、外乱にも弱く、制
御偏差ｅも大きくなりやすい。
（２）検出手段に検出ノイズが混入した場合、特に、検
出手段の動作する帯域以下の周波数成分は全く除去され
ずそのまま比較部へフィードバックされるため、このノ
イズによって制御系の動作が乱されやすい。
出手段の動作する帯域以下の周波数成分は全く除去され
ずそのまま比較部へフィードバックされるため、このノ
イズによって制御系の動作が乱されやすい。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、制御対象や検出手段の機械共振特性やむだ時間特
性等に代表される、高周波帯域における望ましくない伝
達特性を補償し、検出手段に混入するノイズを除去でき
るため、広帯域で高性能なフィードバック制御系を構成
できる。
ので、制御対象や検出手段の機械共振特性やむだ時間特
性等に代表される、高周波帯域における望ましくない伝
達特性を補償し、検出手段に混入するノイズを除去でき
るため、広帯域で高性能なフィードバック制御系を構成
できる。
［問題点を解決するための手段］
操作量を入力とし、被制御量を出力とする制御対象と、
被制御量の目標値を電気信号である基準入力信号に変換
する基準入力要素と、基準入力信号とフィードバック信
号とを比較する比較部と、制御対象の被制御量または状
態量を検出する検出手段と、操作量および被制御量また
は操作量および状態量を入力とし被制御量の推定値また
は状態量の推定値を出力とする状態観測器とを有し、該
状態ｒＲ測器によって推定された被制御量の推定値また
は状態量の推定値を比較部にフィードバックする手段と
を備えたものである。
被制御量の目標値を電気信号である基準入力信号に変換
する基準入力要素と、基準入力信号とフィードバック信
号とを比較する比較部と、制御対象の被制御量または状
態量を検出する検出手段と、操作量および被制御量また
は操作量および状態量を入力とし被制御量の推定値また
は状態量の推定値を出力とする状態観測器とを有し、該
状態ｒＲ測器によって推定された被制御量の推定値また
は状態量の推定値を比較部にフィードバックする手段と
を備えたものである。
［作用］
この発明においては、操作量および被制御量または操作
量および状態量に基づき、状態観測器によってさらに正
確な被制御量または一状態量を推定し、この推定値をフ
ィードバックすることでフィードバック制御を行う。
量および状態量に基づき、状態観測器によってさらに正
確な被制御量または一状態量を推定し、この推定値をフ
ィードバックすることでフィードバック制御を行う。
［実施例］
第１図はこの発明によるフィードバック制御装置の一実
施例を示すブロック図である０図において、第８図と同
一部分には同一符号を付して重複説明を避け、第８図と
異なる部分を主体に述べる。
施例を示すブロック図である０図において、第８図と同
一部分には同一符号を付して重複説明を避け、第８図と
異なる部分を主体に述べる。
符号１〜７は前記従来装置と同様のものである。
１０１は、操作量Ｕと被制御量ｙの検出信号ｙ＊とを入
力とし、より真の値に近い被制御量の推定値ｙを推定す
る状態［ｌｔ測器である。
力とし、より真の値に近い被制御量の推定値ｙを推定す
る状態［ｌｔ測器である。
第２図は第１図の具体例として示しなりニアモータの位
置を制御する位置制御系のブロック図である。ｌは目標
位置を入力とし、目標位置信号ｒを出力とする目標位置
信号発生器、５は制御偏差ｅを入力とし、操作量として
のりニアモータの駆動電流Ｕを出力とする前置補償器、
６はリニアモータの伝達特性を表わすブロックであり、
６１は駆動電流Ｕを入力とし、駆動力を出力とするりニ
アモータの力定数に、 を表わすブロック、６２は駆
動力を入力とし、位置ｙを出力とするりニアモータを含
む可動部質量Ｍの逆数および２回積分特性を表わすブロ
ック、７はリニアモータの位置ｙを感度に３ で検出す
る位置検出器、１１１はりニアモータの力定数に、
にリニアモータを含む可動部質量Ｍの逆数を乗じた値を
有するゲイン要素、１１２．１１３は積分器、１１４は
検出手段７の感度Ｋｓ を模擬したゲイン要素、１１
５．１１６は状態観測器の帯域を決定するフィードバッ
クゲイン要素である。
置を制御する位置制御系のブロック図である。ｌは目標
位置を入力とし、目標位置信号ｒを出力とする目標位置
信号発生器、５は制御偏差ｅを入力とし、操作量として
のりニアモータの駆動電流Ｕを出力とする前置補償器、
６はリニアモータの伝達特性を表わすブロックであり、
６１は駆動電流Ｕを入力とし、駆動力を出力とするりニ
アモータの力定数に、 を表わすブロック、６２は駆
動力を入力とし、位置ｙを出力とするりニアモータを含
む可動部質量Ｍの逆数および２回積分特性を表わすブロ
ック、７はリニアモータの位置ｙを感度に３ で検出す
る位置検出器、１１１はりニアモータの力定数に、
にリニアモータを含む可動部質量Ｍの逆数を乗じた値を
有するゲイン要素、１１２．１１３は積分器、１１４は
検出手段７の感度Ｋｓ を模擬したゲイン要素、１１
５．１１６は状態観測器の帯域を決定するフィードバッ
クゲイン要素である。
第３図は第２図における状１１１測器の部分を表わす具
体的な回路図の一例である。３１は第２図におけるゲイ
ン要素１１１、積分器１１２、フィードバックゲイン要
素１１５に相当するオペアンプ、３２は積分器１１３、
ゲイン要素１１４、およびフィードバックゲイン要素１
１６に相当するオペアンプ、３３は検出位置信号ｙ＊と
推定位置Δ 信号ｙとの差を求めるオペアンプ、３４はオペアンプ３
３の出力信号の極性を反転させるオペアンプ、３５は積
分器３１．３２をスイーツチ３６．３７によってリセッ
トする指令を出力するリセット措置出力回路である。
体的な回路図の一例である。３１は第２図におけるゲイ
ン要素１１１、積分器１１２、フィードバックゲイン要
素１１５に相当するオペアンプ、３２は積分器１１３、
ゲイン要素１１４、およびフィードバックゲイン要素１
１６に相当するオペアンプ、３３は検出位置信号ｙ＊と
推定位置Δ 信号ｙとの差を求めるオペアンプ、３４はオペアンプ３
３の出力信号の極性を反転させるオペアンプ、３５は積
分器３１．３２をスイーツチ３６．３７によってリセッ
トする指令を出力するリセット措置出力回路である。
第４図は第２図において状態観測器の効果を説明するた
めのりニアモータによる位置制御系の間ループ伝達特性
図である。実線４１．４２はそれぞれ制御偏差ｅから推
定位置信号ｙまでの伝達特性のゲイン線図と位相線図、
破線４３．４４はそれぞれ制御偏差ｅから検出位置信号
ｙ＊までの伝達特性のゲイン線図と位相線図である。
めのりニアモータによる位置制御系の間ループ伝達特性
図である。実線４１．４２はそれぞれ制御偏差ｅから推
定位置信号ｙまでの伝達特性のゲイン線図と位相線図、
破線４３．４４はそれぞれ制御偏差ｅから検出位置信号
ｙ＊までの伝達特性のゲイン線図と位相線図である。
上記のように構成されたフィードバック制御装置では、
第１図において、制御部５の伝達特性をＧａ４（ｓ）
とし、状態ｇ測器１０１の帯域をω。８とすると、ｓ
＝Ｊωとおいて、ω（ωｏ１１なる周波数では、被制御
量の推定鍍金は検出信号ｙ＊と一致するため、従来のフ
ィードバック制御装置と全く同じ動作をする。一方ω）
ω０１なる周波数では、八 被制御量の推定値ｙは、状態観測器１０１の内部で制御
対象６の所望の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を模擬した電気回路
に、操作量Ｕを入力して得られる値となり、検出信号ｙ
＊とは無関係に決定−されるため、ω１）Ｂをそれぞれ
Ｇｐｎ（ｓ） 、Ｇｓｎ（ｓ） で表わした制御対
象６や検出手段７の所望の伝達特性からのずれが顕著に
現われる周波数よりも低く設計しておけば、Ｇｐｎ（ｓ
） 、Ｇｓｎ（ｓ） の影響はほとんど受けない、
さらに、検出信号ｙ＊に混入した検出ノイズのうちω（
ωｏ３なる周波数成分は除去される。
第１図において、制御部５の伝達特性をＧａ４（ｓ）
とし、状態ｇ測器１０１の帯域をω。８とすると、ｓ
＝Ｊωとおいて、ω（ωｏ１１なる周波数では、被制御
量の推定鍍金は検出信号ｙ＊と一致するため、従来のフ
ィードバック制御装置と全く同じ動作をする。一方ω）
ω０１なる周波数では、八 被制御量の推定値ｙは、状態観測器１０１の内部で制御
対象６の所望の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を模擬した電気回路
に、操作量Ｕを入力して得られる値となり、検出信号ｙ
＊とは無関係に決定−されるため、ω１）Ｂをそれぞれ
Ｇｐｎ（ｓ） 、Ｇｓｎ（ｓ） で表わした制御対
象６や検出手段７の所望の伝達特性からのずれが顕著に
現われる周波数よりも低く設計しておけば、Ｇｐｎ（ｓ
） 、Ｇｓｎ（ｓ） の影響はほとんど受けない、
さらに、検出信号ｙ＊に混入した検出ノイズのうちω（
ωｏ３なる周波数成分は除去される。
次に、第２図に示したより具体的な一実施例であるリニ
アモータの位置制御装置において、さらに詳細にその動
作を説明する。
アモータの位置制御装置において、さらに詳細にその動
作を説明する。
まずリニアモータ６に、操作量に相当する駆動電流Ｕが
入力されると、ブロック６１において力定数に、 を
乗じた値に相当する駆動力が発生し、ブロック６２にお
いて駆動力が加速度に変換された後２回積分され、機械
共振特性Ｇｐｎ（ｓ） の影響も受けた後、位置ｙが
決まる０位置ｙは位置検出器７によって感度Ｋｓ で
検出位置信号ｙ＊とじて検出される。
入力されると、ブロック６１において力定数に、 を
乗じた値に相当する駆動力が発生し、ブロック６２にお
いて駆動力が加速度に変換された後２回積分され、機械
共振特性Ｇｐｎ（ｓ） の影響も受けた後、位置ｙが
決まる０位置ｙは位置検出器７によって感度Ｋｓ で
検出位置信号ｙ＊とじて検出される。
一方、操作量Ｕは状態観測器１０１にも入力され、制御
対象６と検出部７の所望の伝達特性を模擬したゲイン要
素および積分器１１−１〜１１４を軽重して、推定位置
信号令となる。
対象６と検出部７の所望の伝達特性を模擬したゲイン要
素および積分器１１−１〜１１４を軽重して、推定位置
信号令となる。
△
推定位置信号ｙは、状態観測器１０１のもう一方の入力
である検出位置信号ｙ＊と比較され、その推定誤差はフ
ィードバックゲイン要素１１５．１１６を介して、それ
ぞれ積分器１１２．１１３の入力信号に加算され、推定
位置信号ｙが検出位置信号ｙ＊に収束するように動作す
る。この状態観測器１０１の収束の速さを決定するのが
フィードバックゲイン要素１１５．１１６である。
である検出位置信号ｙ＊と比較され、その推定誤差はフ
ィードバックゲイン要素１１５．１１６を介して、それ
ぞれ積分器１１２．１１３の入力信号に加算され、推定
位置信号ｙが検出位置信号ｙ＊に収束するように動作す
る。この状態観測器１０１の収束の速さを決定するのが
フィードバックゲイン要素１１５．１１６である。
ところで制御偏差ｅから検出位置信号ｙ＊までの開ルー
プ伝達特性Ｇｏ２（ｓ） と制御偏差ｅから推△ 定位置信号ｙまでの開ループ伝達特性ｃｏ３（ｓ）
を計算すると、 Ｇａ４（ｓ） ＝ （Ｇｃ２（ｓ）・Ｋｒ Ｋｓ ／Ｍ
Ｓ２）・Ｇｐｎ（ｓ）・Ｇｓｎ（ｓ） ”””’
（２）Ｇａ４（ｓ） ＝ （Ｇｃ２（ｓ）Ｋｒ Ｋｓ
／ＭＳ” ）・（Ｓ２ ＋ （Ｌｌ・Ｓ＋Ｌ２ ’）
ＧＰｎ（Ｓ）、−ＧＳｎ（Ｓ） ’）／（Ｓ２ ＋Ｌ
１・ｓ＋Ｌ２ ） ・・・・・・・・（３）とな
る、ここで、 Ｓ２ ＋Ｌ１−８＋Ｌ２ ＝Ｏ−・・・・・・・・（
４）の固有値、すなわち状態観測器１０１の極を、例え
ば複素平面上で以下のようにバターワース形に配置する
。
プ伝達特性Ｇｏ２（ｓ） と制御偏差ｅから推△ 定位置信号ｙまでの開ループ伝達特性ｃｏ３（ｓ）
を計算すると、 Ｇａ４（ｓ） ＝ （Ｇｃ２（ｓ）・Ｋｒ Ｋｓ ／Ｍ
Ｓ２）・Ｇｐｎ（ｓ）・Ｇｓｎ（ｓ） ”””’
（２）Ｇａ４（ｓ） ＝ （Ｇｃ２（ｓ）Ｋｒ Ｋｓ
／ＭＳ” ）・（Ｓ２ ＋ （Ｌｌ・Ｓ＋Ｌ２ ’）
ＧＰｎ（Ｓ）、−ＧＳｎ（Ｓ） ’）／（Ｓ２ ＋Ｌ
１・ｓ＋Ｌ２ ） ・・・・・・・・（３）とな
る、ここで、 Ｓ２ ＋Ｌ１−８＋Ｌ２ ＝Ｏ−・・・・・・・・（
４）の固有値、すなわち状態観測器１０１の極を、例え
ば複素平面上で以下のようにバターワース形に配置する
。
Ｌｌ ＝ωｏｓ２． Ｌ２ ＝２ζωＯＢ ・・・
・・・・・（５）ただし、ζ＝０．７０７ （３） 式において機械共振特性Ｇｐｎ（ｓ） が
ピークをもつ周波数をωｍ とすると、ωｏＢ（ωｍ
と設計しておけば、そのピークゲインは（３） 式に
Ｓ＝ｊωＩ を代入して絶対値を計算することにより、
（１，４１４ωｏｎ／ω１）・ｌ Ｇｐｎ（ｊωｍ）Ｉ
＝（６）と近似でき、機械共振ピークが（１，４１４ω
０８／ωｍ）倍に抑圧されることがわかる。
・・・・・（５）ただし、ζ＝０．７０７ （３） 式において機械共振特性Ｇｐｎ（ｓ） が
ピークをもつ周波数をωｍ とすると、ωｏＢ（ωｍ
と設計しておけば、そのピークゲインは（３） 式に
Ｓ＝ｊωＩ を代入して絶対値を計算することにより、
（１，４１４ωｏｎ／ω１）・ｌ Ｇｐｎ（ｊωｍ）Ｉ
＝（６）と近似でき、機械共振ピークが（１，４１４ω
０８／ωｍ）倍に抑圧されることがわかる。
同様に、状態観測器１０１の帯域に相当するωＯＢを、
むだ時間の逆数よりも小さく設計しておけば、むだ時間
特性Ｇｓｎ（ｓ） も状態観測器１０１によって補償
される。
むだ時間の逆数よりも小さく設計しておけば、むだ時間
特性Ｇｓｎ（ｓ） も状態観測器１０１によって補償
される。
さらに、制御対象６や検出手段７に非線形特性があって
も、ω０１をこの非線形特性が現われる周波数より低く
設計しておけば、非線形特性も状態観測器１０１によっ
て補償される。
も、ω０１をこの非線形特性が現われる周波数より低く
設計しておけば、非線形特性も状態観測器１０１によっ
て補償される。
以上述べたように、状態観測器１０１の帯域ωＯＢを低
く設計しておけば、制御対象６や検出手段７の高周波帯
域における望ましくない特性は、状態観測器１０１内部
に設けられた制御対象６と検出手段７の所望の伝達特性
と置き換えられるため、フィードバック制御系の開ルー
プ伝達特性の高周波特性が改善され、フィードバック制
御系のクロスオーバ周波数を高く設計できる。
く設計しておけば、制御対象６や検出手段７の高周波帯
域における望ましくない特性は、状態観測器１０１内部
に設けられた制御対象６と検出手段７の所望の伝達特性
と置き換えられるため、フィードバック制御系の開ルー
プ伝達特性の高周波特性が改善され、フィードバック制
御系のクロスオーバ周波数を高く設計できる。
（２）、 （３） 式のゲインおよび位相線図を第４
図にそれぞれ破線と実線で示す、（２） 式の状態観
測器１０１が無い場合の開ループ伝達特性は、２ｇｌの
機械共振特性とむだ時間特性とによって、高周波帯域に
おいてゲイン特性は大きなピークを持ち、位相も大きく
遅れているため、検出位置信号ｙ・七をフィードバック
すると、フィードバック制御系は明らかに不安定となる
が、状態Ｋ測器１０１によって推定した推定位置信号ｙ
をフィードバックすると、フィードバック制御系は安定
化される。
図にそれぞれ破線と実線で示す、（２） 式の状態観
測器１０１が無い場合の開ループ伝達特性は、２ｇｌの
機械共振特性とむだ時間特性とによって、高周波帯域に
おいてゲイン特性は大きなピークを持ち、位相も大きく
遅れているため、検出位置信号ｙ・七をフィードバック
すると、フィードバック制御系は明らかに不安定となる
が、状態Ｋ測器１０１によって推定した推定位置信号ｙ
をフィードバックすると、フィードバック制御系は安定
化される。
尚、制御部５の伝達特性Ｇｃ２（ｓ） は、よく知ら
れた一次の位相進み補償器とした。
れた一次の位相進み補償器とした。
第３図は、第２図における状態観測器１０１を実現する
回路図である。オペアンプ３３において検出位置信号ｙ
＊と推定位置信号ｙとの差を計算し、その出力信号とり
ニアモータの駆動電流Ｕの交流成分とをオペアンプ３１
にて、それぞれフィードバックゲイン要素１１５と１１
１が有するするゲインを乗じたうえで、加算して積分し
、その出力信号と、オペアンプ３３の出力信号をオペア
ンプ３４にて符号反転してフィードバックゲイン要素１
１６が有するゲインを乗じた信号とを、オペアンプ３２
にて加算して積分することにより、△ 推定位置信号ｙが出力される。
回路図である。オペアンプ３３において検出位置信号ｙ
＊と推定位置信号ｙとの差を計算し、その出力信号とり
ニアモータの駆動電流Ｕの交流成分とをオペアンプ３１
にて、それぞれフィードバックゲイン要素１１５と１１
１が有するするゲインを乗じたうえで、加算して積分し
、その出力信号と、オペアンプ３３の出力信号をオペア
ンプ３４にて符号反転してフィードバックゲイン要素１
１６が有するゲインを乗じた信号とを、オペアンプ３２
にて加算して積分することにより、△ 推定位置信号ｙが出力される。
通常、制御対象６には重力等の一定の定常的な負荷がか
かっている場合が多く、これを打ち消すためにリニアモ
ータの駆動電流Ｕには、直流成分が自動的に重畳される
。そこで、オペアンプ３１に、リニアモータの駆動電流
Ｕの交流成分のみを△ 入力することにより、推定位置信号ｙに直流の推定誤差
が重畳されることはなく、より真の値に近い推定位置信
号が得られる。
かっている場合が多く、これを打ち消すためにリニアモ
ータの駆動電流Ｕには、直流成分が自動的に重畳される
。そこで、オペアンプ３１に、リニアモータの駆動電流
Ｕの交流成分のみを△ 入力することにより、推定位置信号ｙに直流の推定誤差
が重畳されることはなく、より真の値に近い推定位置信
号が得られる。
また、位置制御系が動作中でない時は、積分器３１．３
２を、リセット指令出力回路３５の出力に基づいて、ス
イッチ３６．３７によってリセットしておき、位置制御
系が動作を始めると同時にリセットを解除することにす
る、あるいは、状態観測器１０１の２つの入力である検
出位置信号ｙ＊とリニアモータの駆動電流Ｕとを零にし
ておくことにすれば、リニアモータが位置制御以外の制
△ 御モードで使用されている間は、推定位置信号ｙは零に
なっており、位置制御系が動作を始める瞬間に、推定位
置信号ｙの誤った初期値によって、位置制御系が乱され
ることがなく、常時安定した位置制御動作を実現できる
。
２を、リセット指令出力回路３５の出力に基づいて、ス
イッチ３６．３７によってリセットしておき、位置制御
系が動作を始めると同時にリセットを解除することにす
る、あるいは、状態観測器１０１の２つの入力である検
出位置信号ｙ＊とリニアモータの駆動電流Ｕとを零にし
ておくことにすれば、リニアモータが位置制御以外の制
△ 御モードで使用されている間は、推定位置信号ｙは零に
なっており、位置制御系が動作を始める瞬間に、推定位
置信号ｙの誤った初期値によって、位置制御系が乱され
ることがなく、常時安定した位置制御動作を実現できる
。
第３図では、状態観測器１０１をオペアンプによって実
現しているが、マイクロプロセッサやディジタルシグナ
ルプロセッサ等によって、ディジタル回路でも実現でき
る。
現しているが、マイクロプロセッサやディジタルシグナ
ルプロセッサ等によって、ディジタル回路でも実現でき
る。
第５図に、第２図を等価変換したブロック図を示す、第
２図における６個のブロック１１１〜１１６は、リニア
モータの駆動電流ｕ４人力とするブロック１２１と、検
出位置信号ｙ＊を入力とするブロック１２２とにまとめ
られ、それぞれの出△ 力を加算した信号が、推定位置信号ｙとなり、比較部２
ヘフイードバツクされる。その他の動作および性能は、
第２図と全く同じである。ここで、ブロック１２２は、
００８以上の周波数では一次の積分特性を示すことから
、状態ｗｉ測器１０１には、検出位置信号ｙ＊に混入し
たノイズを除去する機能のあることがわかる。
２図における６個のブロック１１１〜１１６は、リニア
モータの駆動電流ｕ４人力とするブロック１２１と、検
出位置信号ｙ＊を入力とするブロック１２２とにまとめ
られ、それぞれの出△ 力を加算した信号が、推定位置信号ｙとなり、比較部２
ヘフイードバツクされる。その他の動作および性能は、
第２図と全く同じである。ここで、ブロック１２２は、
００８以上の周波数では一次の積分特性を示すことから
、状態ｗｉ測器１０１には、検出位置信号ｙ＊に混入し
たノイズを除去する機能のあることがわかる。
第６図は、リニアモータによるフィードバック位置制御
系の他の実施例である０図に示すように、状態観測器１
０１によって推定された推定位置信△
△ 号ｙの他に、推定速度信号Ｖをフィードバックゲイン要
素２０３に通した信号をもフィードバックすることによ
り、フィードバック制御系を安定化してもよい、このと
き、制御部５は、−次の位相進み補償要素ではなく、単
にゲイン要素で構わない。
系の他の実施例である０図に示すように、状態観測器１
０１によって推定された推定位置信△
△ 号ｙの他に、推定速度信号Ｖをフィードバックゲイン要
素２０３に通した信号をもフィードバックすることによ
り、フィードバック制御系を安定化してもよい、このと
き、制御部５は、−次の位相進み補償要素ではなく、単
にゲイン要素で構わない。
第７図は、本発明に関する他の一実施例として示した、
直流電動機の回転位置制御系のブロック図である。制御
対象である直流電動機６に、駆動電流Ｕが入力されると
、ブロック６３にて、直流電動機６のトルク定数ＫＴ
と慣性モーメントＪの逆数が乗じられ、積分された後
、機械共振特性Ｇｐｎ（ｓ） の影響も受けて回転速
度となり、ブロック６４にてもう一度積分されて回転位
置となる。
直流電動機の回転位置制御系のブロック図である。制御
対象である直流電動機６に、駆動電流Ｕが入力されると
、ブロック６３にて、直流電動機６のトルク定数ＫＴ
と慣性モーメントＪの逆数が乗じられ、積分された後
、機械共振特性Ｇｐｎ（ｓ） の影響も受けて回転速
度となり、ブロック６４にてもう一度積分されて回転位
置となる。
直流電動機６の状態量である回転速度と被制御量である
回転位置は、それぞれ回転速度検出手段８と回転位置検
出手段７とによって、回転速度信号Ｖ＊と回転位置信号
ｙ＊とじて検出され、ブロック６３および回転速度検出
手段８の所望の特性を模擬した状態観測器２０１と、ブ
ロック６２．６３および回転位置検出手段７の所望の特
性を模擬した状態観測器１０１とに入力される。状態観
測器２０１．１０１には、さらに駆動電流Ｕがバイパス
フィルタ２０２を介して入力され、推定回−へ 転速度信−ｙｖと推定回転速度信号令が出力される。
回転位置は、それぞれ回転速度検出手段８と回転位置検
出手段７とによって、回転速度信号Ｖ＊と回転位置信号
ｙ＊とじて検出され、ブロック６３および回転速度検出
手段８の所望の特性を模擬した状態観測器２０１と、ブ
ロック６２．６３および回転位置検出手段７の所望の特
性を模擬した状態観測器１０１とに入力される。状態観
測器２０１．１０１には、さらに駆動電流Ｕがバイパス
フィルタ２０２を介して入力され、推定回−へ 転速度信−ｙｖと推定回転速度信号令が出力される。
推定回転速度信号Ｖは、ゲイン要素２０３を介し八
て推定回転位置信号ｙと共に比較部２はフィードバック
され、回転基準入力信号ｒと−の差が制御偏差ｅとなる
。制御部５では、制御偏差ｅができるだけ小さくなるよ
うに直流電動機の駆動電流Ｕが決定される。
され、回転基準入力信号ｒと−の差が制御偏差ｅとなる
。制御部５では、制御偏差ｅができるだけ小さくなるよ
うに直流電動機の駆動電流Ｕが決定される。
状Ｗ！Ａ［測器２０１．１０１は、それぞれ回転速度検
出手段８と回転位置検出手段７の所望の伝達特性からの
ずれであるＧｖｎ（ｓ） 、Ｇｓｎ（ｓ） を補償
し、検出手段に混入するノイズを除去するはたらきがあ
り、必ずしも両方共備える必要はなく、状態量である回
転速度と被制御量である回転位置のいずれか一方だけを
推定し、他方は検出手段の出力をそのままフィードバッ
クしてもよい。
出手段８と回転位置検出手段７の所望の伝達特性からの
ずれであるＧｖｎ（ｓ） 、Ｇｓｎ（ｓ） を補償
し、検出手段に混入するノイズを除去するはたらきがあ
り、必ずしも両方共備える必要はなく、状態量である回
転速度と被制御量である回転位置のいずれか一方だけを
推定し、他方は検出手段の出力をそのままフィードバッ
クしてもよい。
また、制御対象６としてリニアモータや直流電動機を例
に挙げて説明したが、温度を制御するプラント等、状態
量または被制御量を検出できる制御対象であれば何でも
よい。
に挙げて説明したが、温度を制御するプラント等、状態
量または被制御量を検出できる制御対象であれば何でも
よい。
［発明の効果］
この発明は以上説明したとおり、状態量または被制御量
の検出手段の出力と、操作量とを入力とする状態観測器
を設け、より真の値に近い状態量または被制御量を推定
し、これをフィードバックするようにしたので、機械共
振特性やむだ時間特性等の、制御対象や検出手段が有す
る、高周波帯域における所望の特性からのずれを補償で
き、検出手段に混入するノイズを除去できるため、フィ
ードバック制御系の帯域を拡げることができ、より高性
能なフィードバック制御装置を設計できる効果がある。
の検出手段の出力と、操作量とを入力とする状態観測器
を設け、より真の値に近い状態量または被制御量を推定
し、これをフィードバックするようにしたので、機械共
振特性やむだ時間特性等の、制御対象や検出手段が有す
る、高周波帯域における所望の特性からのずれを補償で
き、検出手段に混入するノイズを除去できるため、フィ
ードバック制御系の帯域を拡げることができ、より高性
能なフィードバック制御装置を設計できる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示すフィードバック制御
装置のブロック図、第２図は第１図のより具体的な実施
例として挙げたりニアモータの位置を制御する位置制御
系のブロック図、第３図は第２図における状態観測器の
部分を表わす具体的な回路図、第４図は第２図において
状態観測器の効果を説明するためのりニアモータによる
位置制御系の開ループ伝達特性図、第５図は第２図を等
価変換したりニアモータによる位置制御系のブロック図
、第６図はりニアモータによるフィードバック位置制御
系の他の実施例を示すブロック図、第７図は本発明に関
する他の一実施例として示した、直流電動機の回転位置
制御系のブロック図、第８図は従来例として示した一般
的なフィードバック制御系の構成図である。 図において １・・・・基準入力要素、２・・・・比較
部、３・・・・調節部、４・・・・操作部、５・・・・
制御部、６・・・・制御対象、７・・・・検出部（検出
手段）、１０１・・・・状態観測器である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 イつζ 理 メ、 人 λ邑 ｔ
１カ オｊ１ト ト ４ χδ 図
装置のブロック図、第２図は第１図のより具体的な実施
例として挙げたりニアモータの位置を制御する位置制御
系のブロック図、第３図は第２図における状態観測器の
部分を表わす具体的な回路図、第４図は第２図において
状態観測器の効果を説明するためのりニアモータによる
位置制御系の開ループ伝達特性図、第５図は第２図を等
価変換したりニアモータによる位置制御系のブロック図
、第６図はりニアモータによるフィードバック位置制御
系の他の実施例を示すブロック図、第７図は本発明に関
する他の一実施例として示した、直流電動機の回転位置
制御系のブロック図、第８図は従来例として示した一般
的なフィードバック制御系の構成図である。 図において １・・・・基準入力要素、２・・・・比較
部、３・・・・調節部、４・・・・操作部、５・・・・
制御部、６・・・・制御対象、７・・・・検出部（検出
手段）、１０１・・・・状態観測器である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 イつζ 理 メ、 人 λ邑 ｔ
１カ オｊ１ト ト ４ χδ 図
Claims (7)
- （１）操作量を入力とし、被制御量を出力とする制御対
象と、被制御量の目標値を電気信号である基準入力信号
に変換する基準入力要素と、基準入力信号とフィードバ
ック信号とを比較する比較部と、制御対象の被制御量ま
たは状態量を検出する検出手段と、操作量および被制御
量または操作量および状態量を入力とし被制御量の推定
値または状態量の推定値を出力とする状態観測器とを有
し、該状態観測器によって推定された被制御量の推定値
または状態量の推定値を比較部にフィードバックし、制
御対象および検出手段のモデルである状態観測器には、
制御対象または検出手段の特性の所望の特性からのずれ
を含まず、状態観測器の帯域を、制御対象または検出手
段の特性が所望の特性からずれてくる周波数、または検
出手段に混入する検出ノイズが有する周波数よりも低く
したことを特徴とするフィードバック制御装置。 - （２）制御対象または検出手段の所望の特性からのずれ
が、非線形特性であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のフィードバック制御装置。 - （３）制御対象または検出手段の所望の特性からのずれ
が、むだ時間特性であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のフィードバック制御装置。 - （４）制御対象または検出手段の所望の特性からのずれ
が、機械共振特性であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のフィードバック制御装置。 - （５）操作量の交流成分のみを状態観測器に入力するこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のフィード
バック制御装置。 - （６）フィードバック制御系が動作中でないときは、状
態観測器の内部の積分器を零状態にしておくことを特徴
とする、特許請求の範囲第１項記載のフィードバック制
御装置。 - （７）前記フィードバック制御系が動作中でないときは
、状態観測器の入力を零状態にしておくことを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項記載のフィードバック制御装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298154A JPH01137305A (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | フィードバック制御装置 |
| US07/275,399 US4958114A (en) | 1987-11-25 | 1988-11-23 | Feedback controller |
| DE3839878A DE3839878A1 (de) | 1987-11-25 | 1988-11-25 | Rueckfuehrungsregler |
| US07/581,679 US5032777A (en) | 1987-11-25 | 1990-09-13 | Feedback controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298154A JPH01137305A (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | フィードバック制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01137305A true JPH01137305A (ja) | 1989-05-30 |
Family
ID=17855896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62298154A Pending JPH01137305A (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | フィードバック制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4958114A (ja) |
| JP (1) | JPH01137305A (ja) |
| DE (1) | DE3839878A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6564110B1 (en) | 2000-06-07 | 2003-05-13 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Position controlling apparatus capable of reducing the effect of disturbance |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2569152B2 (ja) * | 1988-10-17 | 1997-01-08 | ファナック株式会社 | サーボ制御方法 |
| JPH0349588A (ja) * | 1989-07-14 | 1991-03-04 | Omron Corp | 離散時間型ａｃモータ制御装置 |
| US5304906A (en) * | 1989-12-26 | 1994-04-19 | Fanuc Ltd. | Collision detecting method using an observer |
| JPH03289385A (ja) * | 1990-04-03 | 1991-12-19 | Fanuc Ltd | モータ制御のゲイン調整方法 |
| DE4120796A1 (de) * | 1991-06-24 | 1993-01-07 | Siemens Ag | Einrichtung zur parameteridentifikation einer uebertragungsstrecke |
| JP2871993B2 (ja) * | 1993-03-31 | 1999-03-17 | 日本電気株式会社 | サーボモータの位置制御装置 |
| US5631824A (en) * | 1994-05-26 | 1997-05-20 | Polytechnic University | Feedback control apparatus and method thereof for compensating for changes in structural frequencies |
| DE19547486B4 (de) * | 1995-12-19 | 2008-09-11 | Abb Ag | Steuer- und Regelverfahren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| JP2017038482A (ja) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 富士通株式会社 | 電源装置、及び電源制御方法 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS61251902A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Yokogawa Electric Corp | 雑音除去装置 |
Family Cites Families (13)
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|---|---|---|---|---|
| US3617844A (en) * | 1969-05-21 | 1971-11-02 | Eaton Yale & Towne | Controlled-velocity drive |
| US4156162A (en) * | 1977-03-16 | 1979-05-22 | Dana Corporation | Winder motor control system |
| US4295081A (en) * | 1978-01-06 | 1981-10-13 | Lockheed Electronics Co., Inc. | Load actuating servomechanism with resonance equalization |
| US4284942A (en) * | 1978-01-06 | 1981-08-18 | Lockheed Electronics Co., Inc. | Load driving apparatus |
| US4439716A (en) * | 1981-12-07 | 1984-03-27 | The Singer Company | Compensation apparatus for an electrohydraulic servovalve |
| US4502109A (en) * | 1982-09-14 | 1985-02-26 | Vickers, Incorporated | Apparatus for estimating plural system variables based upon a single measured system variable and a mathematical system model |
| JPS60254201A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-14 | Toshiba Corp | 制御装置 |
| JPS61116986A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-04 | Fanuc Ltd | 速度制御装置 |
| JPS61164481A (ja) * | 1985-01-12 | 1986-07-25 | Fanuc Ltd | 速度制御方式 |
| US4733149A (en) * | 1985-05-31 | 1988-03-22 | Kollmorgen Technologies Corporation | Adaptive control system |
| US4651076A (en) * | 1985-06-05 | 1987-03-17 | Bodine Electric Company | Power maximizing circuit for stepper motors |
| JPS6294249A (ja) * | 1985-10-17 | 1987-04-30 | Fanuc Ltd | 速度制御方式 |
| JPS62126883A (ja) * | 1985-11-27 | 1987-06-09 | Fanuc Ltd | 速度制御方式 |
-
1987
- 1987-11-25 JP JP62298154A patent/JPH01137305A/ja active Pending
-
1988
- 1988-11-23 US US07/275,399 patent/US4958114A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-25 DE DE3839878A patent/DE3839878A1/de active Granted
-
1990
- 1990-09-13 US US07/581,679 patent/US5032777A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61251902A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Yokogawa Electric Corp | 雑音除去装置 |
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| US6564110B1 (en) | 2000-06-07 | 2003-05-13 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Position controlling apparatus capable of reducing the effect of disturbance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3839878A1 (de) | 1989-06-15 |
| US4958114A (en) | 1990-09-18 |
| DE3839878C2 (ja) | 1991-08-08 |
| US5032777A (en) | 1991-07-16 |
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