JPH03142502A - 安定化フィードバック制御方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特にフィードバック制御系のロバストな状態推
定を行いその適用技術に関するものであり、センサ等か
ら得られる直接検知した状態量の補正に用いることによ
り安定制御を行う安定化フィードバック制御方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般的な電動機速度制御系の例１こよる第３図を参照し
て説明する。

第３図は安定化フィードバック制御装置の従来例を示す
もので１はＰＩ制御装置、２は制御対象である。ここに
、Ｒ２Ｙは各々設定入カ、状態量であり、したがって速
度制御系例では、Ｒが速度指令、Ｙが速度検出出力であ
る。ＫＴはトルク発生係数である。

すなわち、設定人力Ｒ１状態ｉＹの偏差ｅをＰＩ補償要
素を通して制御対象に印加することにより、速度制御系
を安定化している。その−船釣な安定化調整としては、
慣性Ｊが大きいほど比例ゲインに、を大きくし、それに
応じて積分ゲインに１も大きくすることにより遠戚され
る。

かように、図示の如く通常はＰＩ補償要素を直列に挿入
し、制御対象に応じた比例ゲインに、および積分ゲイン
に、を調整することにより安定化を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

そして、この種の従来技術において状態量としての速度
検出手法は、一般にセンサであるパルス発電機（ＰＧ）
等からのパルス信号を一定時間内で計数し、その間の時
間より速度検出値を得るようにしたものである。

そのため、かような従来技術においてはっぎのような問
題点がある。

第１に、例えば極低速になるとパルス信号間隔が長くな
り、一定時間内で速度検出値を演算更新できなくなり、
結果的に速度情報としてはサンプリング時間の長い情報
となって、制御性能の劣化をきたす。

第２に、パルス信号が何らかの機械的、電気的事情によ
り正常な速度信号を示さなくなると、これラフイードバ
ックとして使用しているため制御系が異常となり、制御
対象にシヨ、りを与えたり。

場合によってはオーバースピードになって大変危険な状
態になることもある。

これらの対策として、ＰＧ等のセンサから直接検出され
る状態量とともに、制御対象の数式モデルを活用してオ
ブザーバを構成し、これを直接検出状態量と同様の推定
状態量を演算し併用することにより、上記第１．第２の
問題点は解決できる。

しかし、一般のオブザーバは制御対象のパラメータ依存
性が強いことから、いわゆるロバスト性に欠け、演算し
た推定状態量が真値と大きく異なることがしばしばであ
る。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は制御
対象のパラメータ変動や負荷変動が発生してもその影響
を極小にし得る等価外乱補償機能を有してなり、すなわ
ち、制御対象の入力量と、その状態量に入力から状態間
の数式モデルの逆函数を乗じた量との差を等価外乱とし
てこれを制御対象の入力に帰還することにより、制御対
象の全パラメータはノミナル値として記述可能になり、
制御対象をノミナル値化したうえで推定状態量を演算決
定することにより、直接検出状態量との差を常に極小に
してなる基本技術思想に基づくものである。これを、さ
らに図面に基づき説明「多機蛇形制御装置」を提案して
いるところである。

そしてこの提案において、等価外乱補償部は速度制御系
の例として記述されており、ここではその要点を示す。

すなわち、第４図は本発明にかかる等価外乱補償部の説
明のため示したもので、３は等価外乱補償部である。

また、第５図は等価外乱補償後の制御対象部分を示した
ものである。

＊ 第４図においては、指令Ｔ（速度制御の場合はトルク指
令）と速度検出出力Ｙの情報を活用して等価外乱を算出
し、これを指令Ｔに加算することにより構成される。こ
こに、ＴＬ（Ｓ）は負荷外乱、ω（８）は回転速度であ
る。

そして、図示の等価外乱補償部３による補償をすること
により、制御対象２′は第５図に示した如く全パラメー
タをノミナル値で表現することができる。ただし。

Ｊは制御対象の慣性のノミナル値 りは制御対象の粘性係数のノミナル値 ＫＴは制御対象のトルク発生係数のノミナル値である。

よって、第５図よりつぎの式（１）が得られる。

ｉｉＴ’ｒ＊（ｓ）　＝　Ｊ　Ｓω（８）＋れ（８）　
　・・・・・・・・・・・・（１）さらに、これを差分
化すると式（２）となる。

Ｔｓ　＾　＊　　＾ ”（ｎ＋す＝；ＣＫｔＴ（ｎ）　　Ｄ”（ｎ）］＋ω（
ｎ）　　・・、−・−−−−−（２）また、後退差分を
とると式（３）となる。

ただし、 ＴｓはＣＰＵ演算サンプル時間 Ｔ＊（ｎ）は現サンプルのトルク指令 ”（ｎ）、は現サンプル時点での回転速度（未知）ω（
。−１）は前サンプル時点での回転速度（既知）ω（ｎ
＋１）は次サンプル時点での回転速度（推定値）さらに
、上式に基づいて実用に供される具体例をつぎに説明す
る。

さて、ＯＰＵ演算サンすル時間Ｔ５はＣＰＵにＤＩＰ（
ディジタルシグナルプロセ、す）を用いると、通常１０
０（μＳ）位であり、式（３）は１００（μＳ）毎に演
算されて第２の状態１（推定速度）となり、またＰＧに
より直接検出される回転速度は第１の状態量（実速度）
であり、高速時は通常線ｔ（ｍｓ）毎に演算される。

これより、式（３）による推定速度が約１０回演算され
る毎にＰＧによる実速度が演算出力され、式（３）の”
（ｎ＋１）　マタｌｉ　０（ｎ−ｘ　）と比較され、差
があるときは適当な重み函数（通常は定数または一次遅
れ）を通して修正されるものとなる。

また、低速時はＰＧからのパルス信号間隔が長くなるた
め、実速度の演算は上述の１　（ｍｓ　）より長くなり
、その分、推定速度の修正間隔が長くはなるものの、−
向に差し支えない。

さらには、ＣＰＵに遅い汎用ＣＰＵが使用された場合、
ＣＰ’Ｕ演算サンプル時間が長くなって１（ｍｓ）を超
えることがあるが、ＰＧによる実速度を別な手段で高速
演算できれば、常にその実速度をフィードバックに使用
すればよいことは勿論である。

さらに、本発明を実施例図面を参照して詳細説明する。

〔実　施　例〕

第１図は本発明の技術思想の理解を容易にするため第３
図に類して示したもので、ｒは最終指令出力である。図
中、第３図および第４図と同符号のものは同じ機能を有
する部分を示す。

また、第２図は第１図に示した主要ブロックに対する主
要ハード構成例を示している。

すなわち、第１図および第２図においては、例えば指令
設定器操作などより設定入力であるＲが変化させられて
最終指令出力ｒを得るものとすると、この最終指令出力
ｒと状態量の一部である出力Ｙの偏差ｅをＰＩ制御装置
１等からなる安定化補償を施してその出力がＴ＊（Ｓ）
となる。そのＴ＊（８）はパワーアクチーエータを通す
ことにより、ゲインのトルク発生係数に、をかけて、制
御対象２に加えられる。一方、等価外乱補償において、
Ｔ　（Ｓ）とＹを入力として演算結果を同じく安定化補
償の出力に加算されるものである。

かようにして、かかる実用例は前述した如き解決手段と
同様の機能を有してなり、格別な作用効果を得るもので
ある。

なお、第１の状態量および第２の状態量をフィードバッ
ク量として用いる場合、そのフィードバック量を監視す
ることにより、例えば時間量としてとらえあるいはリミ
、夕を設ける手法は慣用技術を用いることでも、フィー
ドバック量の異常検知可能であり、これよりセンサの異
常として適切にフィードバック量の判定を行うものとす
れば検知し得ることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、状態量の検出とし
てセンサによる直接検出値を基本としているものの、セ
ンサ回路設置に伴う制御性能の劣化に対する補償として
推定状態量を用い、またオブザーバを使用してロバスト
性が補償されないことに対して、この推定状態量への等
価外乱補償を行うようにした最適な安定化フィードバッ
ク制御を行い得る装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の技術思想の理解を容易に
するため示した主要構成プロ、り図およびその主要ハー
ド構成図、第３図は安定化フィードバック制御装置の従
来例を示したブロック図、第４図および第５図は本発明
にかかる等価外乱補償部の説明のため示したブロック図
およびその補償後の制御対象部分を示したブロック図で
ある。 １・・・・・・ＰＩ制御装置、２，２′・・・・・・制
御対象、３・・・・・・等価外乱補償部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　制御指令に制御対象の状態量をフィードバックし、
   その偏差量をＰ（比例）およびＩ（積分）等からなる安
   定化補償手段を通して該制御対象に入力するようにした
   安定化フィードバック制御方法において、前記制御対象
   の印加入力量と、該制御対象の状態量に制御対象の入力
   量と状態量間の数式モデルの逆の函数を乗じた量とを用
   いて等価外乱を推定するとともに、この等価外乱の推定
   量を制御対象の入力側に帰還させ、前記制御対象の入力
   量と状態量間の数式モデルより安定化フィードバック量
   の状態量を推定するとともに、この推定状態量をフィー
   ドバック量として用いるようにしたことを特徴とする安
   定化フィードバック制御方法。 ２　制御対象の状態量をセンサにより検出された量を基
   にマイクロプロセッサ等にて演算決定のうえこれを第１
   の状態量とするとともに、前記推定状態量の導出手法に
   よりマイクロプロセッサ等にて演算決定のうえこれを第
   ２の状態量とし、前記第１の状態量が一定時間内に演算
   更新されている場合はその値をフィードバック量として
   用いるとともに、その間前記第２の状態量は第１の状態
   量を正として修正し、かつ第１の状態量が一定時間内に
   演算更新されない場合は前記第２の状態量をフィードバ
   ック量として用いるとともに、ある時間経過後に第１の
   状態量が演算更新されたときその値を正として第２の状
   態量を修正させるようにした請求項第１項記載の安定化
   フィードバック制御方法。 ３　前記第１の状態量が一定時間内に演算更新されてい
   る場合に、第１の状態量の絶対値またはその時間当たり
   の変化量の絶対値が前記第２の状態量のそれに比してあ
   る値以上に大きくなったとき、該第２の状態量を優先し
   てフィードバック量として用いるとともに、その期間が
   ある時間以上継続したときに前記センサの異常として判
   定し、また第１の状態量が一定時間内に演算更新されな
   い場合には前記第２の状態量をフィードバック量として
   用いるとともに、該第２の状態量が一定量以上になりあ
   る時間経過しても第１の状態量が演算更新されないとき
   センサの異常として判定するようにした請求項第２項に
   記載の安定化フィードバック制御方法。 ４　前記請求項第２項記載の第２の状態量はマイクロプ
   ロセッサ等より演算サンプル時間毎に演算されるととも
   に、一方前記第１の状態量を演算更新する時間が該演算
   サンプル時間より長いとき前記第２の状態量をフィード
   バックとして用い、かつ該第２の状態量は第１の状態量
   が演算更新された時点でその値を正として修正されるよ
   うにした請求項第１項記載の安定化フィードバック制御
   方法。 ５　前記第２の状態量が一定量以上になってある時間経
   過しても前記第１の状態量が演算更新されないとき、前
   記センサの異常として判定するようにした請求項第４項
   記載の安定化フィードバック制御方法。