JPH0297291A - Automatic controller for motor - Google Patents

Automatic controller for motor

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JPH0297291A
JPH0297291A JP63247107A JP24710788A JPH0297291A JP H0297291 A JPH0297291 A JP H0297291A JP 63247107 A JP63247107 A JP 63247107A JP 24710788 A JP24710788 A JP 24710788A JP H0297291 A JPH0297291 A JP H0297291A
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JP
Japan
Prior art keywords
motor
speed
gain
acceleration
control system
Prior art date
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Pending
Application number
JP63247107A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Maki Arao
荒尾 真樹
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

PURPOSE:To prevent instability with the inertial change of load by providing a control system with a means varying a control parameter by a fuzzy inference based on the vibration components of the acceleration or speed of a motor. CONSTITUTION:The speed signal of an encoder E is input to a second comparison section 4, and the signal of a speed gain change section 5 as a means altering a control parameter is transmitted over a servo amplifier 6, thus driving a motor M. Variation is acquired by a fuzzy inference using the magnitude of acceleration obtained from the speed of the motor M as an input value in the speed gains KV of the speed gain change section 5, thus preventing instability with the inertial change of load.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) この発明はモータの自動制御装置に係わり、特に負荷イ
ナーシャの変動するモータの自動制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of the Invention) The present invention relates to an automatic control device for a motor, and more particularly to an automatic control device for a motor whose load inertia varies.

(発明の概要) 本発明ではモータの加速度の大きさまたは速度の振動成
分を基にmU御系のパラメータの変更量を求め、この変
更された制御パラメータを用いてモータを駆動制御して
負荷のイナーシャ変化に伴う制御の不安定を防止したも
のである。
(Summary of the Invention) In the present invention, the amount of change in the parameters of the mU control system is determined based on the magnitude of acceleration or the vibration component of the speed of the motor, and the changed control parameters are used to drive and control the motor to reduce the load. This prevents control instability caused by inertia changes.

(従来技術とその問題点) 従来、負荷イナーシャの変化するモータ、例えば巻線機
、コンデンサフィルム巻取機あるいは多関節ロボット等
に用いられるモータの自動制御では、イナーシャの変動
による不安定動作を防止するために、そのイナーシャの
変動に応じて制御ゲインを調整することが行なわれてい
る。
(Prior art and its problems) Conventionally, automatic control of motors whose load inertia changes, such as motors used in winding machines, capacitor film winding machines, articulated robots, etc., prevents unstable operation due to fluctuations in inertia. In order to achieve this, the control gain is adjusted in accordance with the variation in inertia.

すなわち、制御系の伝達関数はS2+2ζωnS十ω2
n=o (ωn;固有角周波数、ζ;減衰係数、Sニラ
プラス演算子)で示される二次関数で表わされるが、イ
ナーシャの増大は減衰係数ζを小さくして制御系が振動
的となり、このためイナーシャに応じて制御系の制御パ
ラメータを変更するように構成されている。
In other words, the transfer function of the control system is S2+2ζωnS+ω2
It is expressed by a quadratic function expressed as n=o (ωn: natural angular frequency, ζ: damping coefficient, S nira plus operator), but increasing inertia reduces the damping coefficient ζ, making the control system oscillatory, and this Therefore, the control parameters of the control system are changed according to the inertia.

制御パラメータの調整、すなわち制御ゲイン変更の仕方
としては、種々のイナーシャから速度ゲインを計算によ
り求める同定法、あるいはモータの角度情報に応じたイ
ナーシャと速度ゲインとを予め数式モデルにより計算し
てこれをテーブルに記憶し、実動作時に角度情報を基に
その記憶しであるテーブルから読出して速度ゲインを調
整するテーブル法なとか採用されている。
To adjust the control parameters, that is, change the control gain, there is an identification method that calculates the speed gain from various inertias, or a method that calculates the inertia and speed gain according to the motor angle information in advance using a mathematical model. A table method is used in which the angle information is stored in a table and the speed gain is adjusted by reading it out from the table based on the angle information during actual operation.

しかしながら、上記従来のゲイン調整の仕方においては
、特に前者の同定法においては、演算量か極めて多く、
大型の演算装置を必要とするばかりでなく、高速応答の
要求される制御系では不向きであるという問題点があり
、また、後者のテーブル法においては記憶素子が膨大と
なるばかりでなく、速度ゲインの値が離散的になりこれ
が振動の要因となるとともに、不正確な数式モデルによ
ってテーブルが形成されているときには適切な調整がで
きないという不都合があった。
However, in the conventional gain adjustment method described above, especially in the former identification method, the amount of calculation is extremely large.
Not only does it require a large arithmetic unit, but it is also unsuitable for control systems that require high-speed response.The latter table method not only requires a huge number of memory elements, but also requires a speed gain. The values of are discrete, which causes vibrations, and there are also disadvantages in that appropriate adjustments cannot be made when the table is formed by an inaccurate mathematical model.

(発明の目的) 本発明は、」−記問題点にイq目してなされたものであ
って、イナーシャ変化をモータの加速度の大きさまたは
速度の振動成分から検出し、この検出値より速度ゲイン
をファジィ推論により求めるようにし、少ない演算量お
よび少ないメモリ′4量で安定した制御を行えるモータ
の自動制御装置の提供を目的としている。
(Objective of the Invention) The present invention has been made to solve the problem described in "-", and detects the inertia change from the magnitude of the acceleration of the motor or the vibration component of the speed, and uses this detected value to determine the speed. It is an object of the present invention to provide an automatic motor control device that calculates the gain by fuzzy inference and can perform stable control with a small amount of calculations and a small amount of memory.

(発明の構成と効果) 本発明は、−1−記目的達成のためにその構成をイナー
シャの変化する負荷を駆動するモータと、このモータを
設定目標値通りに制御する制御系とからなるモータの自
動制御装置において、前記制御系には前記モータの加速
度の大きさまたは速度の振動成分に基づくファジィ推論
により制御系の制御パラメータを変更する手段が具備さ
れていることを特徴とするものである。
(Structure and Effects of the Invention) In order to achieve the object stated in -1-, the present invention provides a motor whose structure is composed of a motor that drives a load whose inertia changes, and a control system that controls this motor according to a set target value. In the automatic control device, the control system is equipped with means for changing control parameters of the control system by fuzzy inference based on the magnitude of the acceleration or the vibration component of the speed of the motor. .

本発明は」1記構成によりイナーシャ変動に対応した制
御パラメータかファジィ推論により求められるので、少
ない演算量でしかも少ない記憶容量で実現することかで
きる。このためハードウェア構成を簡略化できるととも
に、振動のない安定した制御ができるという効果か街ら
れる。
According to the present invention, control parameters corresponding to inertia fluctuations are determined by fuzzy reasoning using the configuration described in item 1, so that it can be realized with a small amount of calculations and a small storage capacity. As a result, the hardware configuration can be simplified and stable control without vibration can be achieved.

(実施例) 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第1図は本発明装置の概略構成を示すブロック図であっ
て、減算回路から形成される第1比較部1には所定のモ
ータ角度の目標値が人力されるとともに、モータMの回
転軸に直結されたエンコーダEからの速度信号か検出部
2で積分されてその位置信号が人力されている。第1比
較部1からの偏差信号は増幅器から形成される制御部3
に送出され、ここで所定の位置ゲイン(Kp)により処
理されてその出力信号が減算回路から形成される第2比
較部4へ送出される。この第2比較部4にはエンコーダ
Eの速度信号を人力処理し、制御パラメータを変更する
手段に該当する速度ゲイン変更部5からの出力値か人力
され、ここで減算処理されてサーボアンプ6へ送出され
る。所定のゲイン(KA)で増幅処理されたサーボアン
プ6からの出力値(駆動電流)はモータ(サーボモータ
)Mに送出されこれによりモータMが駆動される。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the device of the present invention, in which a target value of a predetermined motor angle is inputted manually to a first comparator 1 formed from a subtraction circuit, and the rotation axis of a motor M is The speed signal from the directly connected encoder E is integrated by the detection section 2, and the resulting position signal is input manually. The deviation signal from the first comparator 1 is transmitted to a control unit 3 formed from an amplifier.
Here, it is processed by a predetermined position gain (Kp), and the output signal is sent to the second comparison section 4 formed from a subtraction circuit. The second comparator 4 manually processes the speed signal of the encoder E and receives an output value from a speed gain changer 5 corresponding to a means for changing control parameters, which undergoes subtraction processing and is sent to the servo amplifier 6. Sent out. The output value (drive current) from the servo amplifier 6 amplified with a predetermined gain (KA) is sent to a motor (servo motor) M, thereby driving the motor M.

上記速度ゲイン変更部5の速度ゲインK vは、モータ
Mの速度から求められた加速度の大きさを入力値とする
ファジィ推論によって求められているが、このファジィ
推論について説明する前に、本発明の理解を容易にする
ため上記第1図に示される制御系の伝達関数について考
案する。
The speed gain Kv of the speed gain changing section 5 is determined by fuzzy inference using the magnitude of acceleration determined from the speed of the motor M as an input value.Before explaining this fuzzy inference, the present invention In order to facilitate understanding of the above, the transfer function of the control system shown in FIG. 1 will be devised.

第1図に示される制御系の伝達関数は下式によって表わ
すことができる。
The transfer function of the control system shown in FIG. 1 can be expressed by the following equation.

・・ (1) ここでωnは 、n−K p K A J  ・・・(2) ζ−±KV KA 2   KpJ・・・(3) (Kpは位置ゲイン、KAはサーボアンプ5の固定ゲイ
ン、Kvは速度ゲイン、JはモータMと負荷のイナーシ
ャ、ωnは固有角周波数およびζは減衰係数を示す。) 」二記式中のωnをモータMを含む機械系の固有角周波
数の1/2程度に、またζを0. 7〜1に設定すれば
振動のない安定した制御系を実現することができる。従
ってイナーシャJの変化に応じてこの固有角周波数ωn
を変化させるとともに、減衰係数ζを一定に保つように
すれは良いわけである。
... (1) Here, ωn is n-K p K A J ... (2) ζ-±KV KA 2 KpJ ... (3) (Kp is the position gain, KA is the fixed gain of the servo amplifier 5 , Kv is the speed gain, J is the inertia of the motor M and the load, ωn is the natural angular frequency, and ζ is the damping coefficient. 2, and ζ to 0. If the value is set between 7 and 1, a stable control system without vibration can be realized. Therefore, depending on the change in inertia J, this natural angular frequency ωn
It is a good idea to keep the damping coefficient ζ constant while changing the damping coefficient ζ.

ところで、上記(2)式から明らかなように、固有角周
波数0口は位置ゲインKpか一定の場合でもイナーシャ
Jの変化に応じて変化するので問題はないが、−」−記
(3)式に示されるように、速度ゲインK vはイナー
シャJに対応させて変化させなければならないことが判
る。
By the way, as is clear from the above equation (2), there is no problem because the natural angular frequency 0 changes according to the change in inertia J even if the position gain Kp is constant. It can be seen that the velocity gain K v must be changed in accordance with the inertia J as shown in FIG.

上述のように、従来ではこの速度ゲインK vの変更を
同定法あるいはテーブル法によって行なわれていたが、
本発明ではファジィ推論が用いられている。
As mentioned above, in the past, this speed gain Kv was changed using the identification method or the table method.
Fuzzy inference is used in the present invention.

すなわち、振動のない適正制御時の速度ゲイン特性は第
2図(a)に示されるように加速度成分が現れないが、
同図(b)および(C)に示されるように小さめの速度
ゲインK vおよびかなり小さめの速度ゲインK vの
ときは加速度成分図中のaが現れるのでこの加速度aの
大きさに基づいてファジィ推論によって速度ゲインの変
更量を求めるようにしている。なお、この加速度の大き
さはモータMの速度の振動成分に対応するので、この振
動成分からも求めることができる。
In other words, in the speed gain characteristic during proper control without vibration, no acceleration component appears as shown in Fig. 2(a), but
As shown in (b) and (C) of the same figure, when the velocity gain K v is small and the velocity gain K v is considerably small, a appears in the acceleration component diagram, so the fuzzy calculation is performed based on the magnitude of this acceleration a. The amount of change in speed gain is determined by inference. Note that since the magnitude of this acceleration corresponds to the vibration component of the speed of the motor M, it can also be determined from this vibration component.

この実施例ではイナーシャJが最も小さいとき、すなわ
ち速度ゲインKvが最も小さい場合を基準とし、イナー
シャJの増加量に応じた速度ゲインK vを増加するよ
うに変更している。このため、まず、モータMが一定速
度で回転している状態で加速度aの大きさを測定する。
In this embodiment, the speed gain Kv is changed to increase in accordance with the amount of increase in the inertia J, using the case where the inertia J is the smallest, that is, the speed gain Kv is the smallest, as a reference. For this reason, first, the magnitude of the acceleration a is measured while the motor M is rotating at a constant speed.

この加速度+す定方性は速度信号を微分して行なわれる
が、別途加速度センサから得るようにしても良い。
This acceleration+orthotropy is performed by differentiating the velocity signal, but it may also be obtained from a separate acceleration sensor.

得られた加速度aを基に次のような4つのファジィルー
ルによって速度ゲインKvの変化量が導かれる。
Based on the obtained acceleration a, the amount of change in the velocity gain Kv is derived by the following four fuzzy rules.

(1)   i f a=ZR (2)   i f a=PS (3)   i fa=PM (4)   1fa=PL (ここで言語値ZRは0 thenΔK v = Z R thenΔK v =P 5 thenΔK v = PM thenΔK v =P L PSは小さい、PMは 中位、PLは大きいを意味している。)これらルールは
第3図にな示すメンバーシップ関数によって定量化され
ている。ここに示されるメンバーシップ関数はif〜の
条件部とt h e n〜の結論部の両方か示されてい
る。このメンバシップ関係を用いである瞬間の加速度の
大きさaがaoであるときのファジィ推論の一例を第4
図を基に説明すると、第4図(a)には条件部が、方間
図(b)には結論部が示されている。この推論過程から
それぞれのルールに対し条件部の適合度(ここではZR
とPSのみに関与している)が計算され、適合度に応じ
た結論部のメンバーシップ関数か修正される。そして最
終的には同図(C)に示されるように結論部のメンバー
シップ関数を重ね合わせ結論のメンバーシップ関数が得
られる。
(1) if a=ZR (2) if a=PS (3) i fa=PM (4) 1fa=PL (Here, the language value ZR is 0 thenΔK v = Z R thenΔK v = P 5 thenΔK v = (PM thenΔK v =P L PS means small, PM means medium, and PL means large.) These rules are quantified by the membership function shown in FIG. The membership functions shown here include both the condition part of if~ and the conclusion part of then~. Using this membership relationship, we will explain an example of fuzzy inference when the magnitude of acceleration at a certain moment is ao.
Explaining based on the figures, FIG. 4(a) shows a conditional part, and FIG. 4(b) shows a conclusion part. From this inference process, the fitness of the conditional part (here, ZR
(related only to PS) are calculated, and the membership function of the conclusion part is modified according to the degree of fitness. Finally, the membership functions of the conclusion part are superimposed to obtain the membership function of the conclusion, as shown in FIG.

実際の速度ゲインKvの変更量は、結論のメンバーシッ
プ関数の重心を取ったΔK v Oとし、新たな速度ゲ
インK vは、イナーシャJが最も小さいときの速度ゲ
インI(VOX (1+ΔKV[])として求められる
。この新たな速度ゲインK vが第2比較部4へ送出さ
れて制御系パラメータとして用いられる。
The amount of change in the actual velocity gain Kv is ΔK v O, which is the centroid of the membership function of the conclusion, and the new velocity gain K v is the velocity gain I(VOX (1+ΔKV[]) when the inertia J is the smallest. This new speed gain Kv is sent to the second comparator 4 and used as a control system parameter.

本実施例ではイナーシャJの増加に対応した速度ゲイン
Kvを加速度aの大きさを基にファジィ推論により求め
るようにしたので、極めて小さい演算量および記憶容量
で最適な速度ゲインが滑らかに変更できる特徴がある。
In this embodiment, the speed gain Kv corresponding to the increase in inertia J is determined by fuzzy reasoning based on the magnitude of acceleration a, so the optimum speed gain can be changed smoothly with extremely small amount of calculation and storage capacity. There is.

なお、」二連の実施例では時間経過とともにイナーシャ
Jが増加する例を示したが、本発明はイナーシャJが徐
々に減少するような場合であっても適用できることは勿
論である。
Incidentally, although the two series of embodiments show an example in which the inertia J increases with the passage of time, it goes without saying that the present invention can also be applied to a case in which the inertia J gradually decreases.

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

第1図は本発明装置の概略JIIllli成を示すブロ
ック図、第2図は速度ゲインの特性図および第3,4図
はメンバーシップ関数である。 1・・・第1比較部 2・・・検出部 3・・・制御部 4・・第2比較部 5・・・速度ゲイン変更部(変更手段)6・・・サーボ
アンプ M・・・モータ E・・・エンコーダ 特許出願人  立石電機株式会社
FIG. 1 is a block diagram showing the general structure of the apparatus of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram of speed gain, and FIGS. 3 and 4 are membership functions. 1... First comparing section 2... Detecting section 3... Control section 4... Second comparing section 5... Speed gain changing section (changing means) 6... Servo amplifier M... Motor E... Encoder patent applicant Tateishi Electric Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、イナーシャの変化する負荷を駆動するモータと、こ
のモータを設定目標値通りに制御する制御系とからなる
モータの自動制御装置において、前記制御系には前記モ
ータの加速度の大きさまたは速度の振動成分に基づくフ
ァジィ推論により制御系の制御パラメータを変更する手
段が具備されていることを特徴とするモータの自動制御
装置。
1. In an automatic motor control device consisting of a motor that drives a load whose inertia changes and a control system that controls this motor according to a set target value, the control system has a control system that controls the magnitude of the acceleration or speed of the motor. An automatic control device for a motor, comprising means for changing control parameters of a control system by fuzzy inference based on vibration components.
JP63247107A 1988-09-30 1988-09-30 Automatic controller for motor Pending JPH0297291A (en)

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Cited By (3)

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EP0436040A1 (en) * 1989-07-21 1991-07-10 Fanuc Ltd. Numeric controller
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