JPH04229310A - 適応ｐｉ制御方式 - Google Patents
適応ｐｉ制御方式Info
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- JPH04229310A JPH04229310A JP11098991A JP11098991A JPH04229310A JP H04229310 A JPH04229310 A JP H04229310A JP 11098991 A JP11098991 A JP 11098991A JP 11098991 A JP11098991 A JP 11098991A JP H04229310 A JPH04229310 A JP H04229310A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005477 standard model Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は適応制御を適用した適応
ＰＩ制御方式に関し、特にロボット等あるいは負荷変動
の大きな工作機械を制御する適応ＰＩ制御方式に関する
。
ＰＩ制御方式に関し、特にロボット等あるいは負荷変動
の大きな工作機械を制御する適応ＰＩ制御方式に関する
。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボット等のプラントでは一般に
固定ゲインのＰＩ制御ループで系を制御しており、これ
らの系のパラメータの調整は人手によって、試行錯誤に
て行われていた。ロボット等において、通常使用される
ＰＩ制御方式で重要となるのは、系の即応性とイナーシ
ャ変動等のパラメータ変動等に対応できるロバスト性で
ある。
固定ゲインのＰＩ制御ループで系を制御しており、これ
らの系のパラメータの調整は人手によって、試行錯誤に
て行われていた。ロボット等において、通常使用される
ＰＩ制御方式で重要となるのは、系の即応性とイナーシ
ャ変動等のパラメータ変動等に対応できるロバスト性で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＰＩ制
御方式でサーボ系を組むと、フィードバックループのみ
であるため、即応性を要求される制御対象においてはフ
ィードバックゲインを大きくする必要がある。ところが
、フィードバックゲインを上げ過ぎると、サーボ系の安
定性が損なわれ、発振等の危険を伴う。従って、即応性
はある程度しか得られない。安定性を保ちつつ即応性を
上げる方法としてはフィードフォワードループによる制
御があるが、これは対象の帰還がないので、制御対象の
パラメータ変動に非常に弱いという問題点があった。 また、即応性が問題にならない制御対象でも、フィード
バックループのパラメータを調整するために手間が掛か
る上に、実際のアプリケーションで最適値に設定するこ
とは非常に困難であるという問題点もあった。本発明は
このような点に鑑みてなされたものであり、所望の応答
性を持ったサーボ系を有する適応ＰＩ制御方式を提供す
ることを目的とする。
御方式でサーボ系を組むと、フィードバックループのみ
であるため、即応性を要求される制御対象においてはフ
ィードバックゲインを大きくする必要がある。ところが
、フィードバックゲインを上げ過ぎると、サーボ系の安
定性が損なわれ、発振等の危険を伴う。従って、即応性
はある程度しか得られない。安定性を保ちつつ即応性を
上げる方法としてはフィードフォワードループによる制
御があるが、これは対象の帰還がないので、制御対象の
パラメータ変動に非常に弱いという問題点があった。 また、即応性が問題にならない制御対象でも、フィード
バックループのパラメータを調整するために手間が掛か
る上に、実際のアプリケーションで最適値に設定するこ
とは非常に困難であるという問題点もあった。本発明は
このような点に鑑みてなされたものであり、所望の応答
性を持ったサーボ系を有する適応ＰＩ制御方式を提供す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、サーボモータをＰＩ制御する適応ＰＩ制
御方式において、速度制御ループに、規範モデルと前記
サーボモータの逆系とを結合した系と等価で、適応性を
有する前置補償器を設けたことを特徴とする適応ＰＩ制
御方式が、提供される。
決するために、サーボモータをＰＩ制御する適応ＰＩ制
御方式において、速度制御ループに、規範モデルと前記
サーボモータの逆系とを結合した系と等価で、適応性を
有する前置補償器を設けたことを特徴とする適応ＰＩ制
御方式が、提供される。
【０００５】
【作用】前置補償器は規範モデルとサーボモータの逆系
からなるので、速度制御ループはサーボモータと逆系と
が相殺し、規範モデル単体の系と等価になる。すなわち
、規範モデルを所望の系とすれば、理想的な系を作成で
きる。また、前置補償器に適応性を持たせているので、
自動的にゲインが調整されて、ゲインを人手によって調
整する必要がなくなる。さらに、従来の適応制御方式と
は異なり、Ｉ（積分器）をループの内に有するためＩ型
サーボ系となり、定常偏差をなくすことを可能にする。
からなるので、速度制御ループはサーボモータと逆系と
が相殺し、規範モデル単体の系と等価になる。すなわち
、規範モデルを所望の系とすれば、理想的な系を作成で
きる。また、前置補償器に適応性を持たせているので、
自動的にゲインが調整されて、ゲインを人手によって調
整する必要がなくなる。さらに、従来の適応制御方式と
は異なり、Ｉ（積分器）をループの内に有するためＩ型
サーボ系となり、定常偏差をなくすことを可能にする。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明を実施するための一例であるロボ
ットシステムのハードウェアの構成図である。ホストプ
ロセッサ（ＣＰＵ）１０はロボット全体を制御するプロ
セッサである。ホストプロセッサ１０からはロボットの
位置指令が共有ＲＡＭ１５に書き込まれる。なお、ホス
トプロセッサ１０に結合されるＲＯＭ、ＲＡＭ等は省略
してある。
明する。図２は本発明を実施するための一例であるロボ
ットシステムのハードウェアの構成図である。ホストプ
ロセッサ（ＣＰＵ）１０はロボット全体を制御するプロ
セッサである。ホストプロセッサ１０からはロボットの
位置指令が共有ＲＡＭ１５に書き込まれる。なお、ホス
トプロセッサ１０に結合されるＲＯＭ、ＲＡＭ等は省略
してある。
【０００７】ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッ
サ）１１はＲＯＭ１２のシステムプログラムに従って、
共有ＲＡＭ１５の位置指令を一定時間ごとに読み取る。 ＤＳＰ１１は、この位置指令とサーボモータ２２に内蔵
されたパルスコーダ２３からの位置フィードバックから
、位置偏差あるいは速度および速度偏差を求め、これら
の値から電圧指令をＤＳＬ（ディジタルサーボＬＳＩ）
１４経由でサーボアンプ２１に与え、サーボアンプ２１
はサーボモータ２２を駆動する。サーボモータ２２によ
って、ロボットのアーム２６を動作させる。すなわち、
ＤＳＰ１１は、サーボモータ２２の位置ループ、速度ル
ープ、電流ループの３つのループを制御する。また、後
述するように、ＤＳＰ１１は電流指令Ｕあるいは速度Ｙ
等から、速度制御ループのパラメータを推定し、規範モ
デルとサーボモータ２２の逆系を有する前置補償器の機
能をソフトウェアによって達成する。
サ）１１はＲＯＭ１２のシステムプログラムに従って、
共有ＲＡＭ１５の位置指令を一定時間ごとに読み取る。 ＤＳＰ１１は、この位置指令とサーボモータ２２に内蔵
されたパルスコーダ２３からの位置フィードバックから
、位置偏差あるいは速度および速度偏差を求め、これら
の値から電圧指令をＤＳＬ（ディジタルサーボＬＳＩ）
１４経由でサーボアンプ２１に与え、サーボアンプ２１
はサーボモータ２２を駆動する。サーボモータ２２によ
って、ロボットのアーム２６を動作させる。すなわち、
ＤＳＰ１１は、サーボモータ２２の位置ループ、速度ル
ープ、電流ループの３つのループを制御する。また、後
述するように、ＤＳＰ１１は電流指令Ｕあるいは速度Ｙ
等から、速度制御ループのパラメータを推定し、規範モ
デルとサーボモータ２２の逆系を有する前置補償器の機
能をソフトウェアによって達成する。
【０００８】次に、前置補償器について述べる。図３は
前置補償器とサーボモータを示す図である。前置補償器
３１は、積分ゲインＫ１と比例ゲインＫ２を有する。一
方、サーボモータ３２はトルク定数Ｋｔ、イナーシャＪ
、動摩擦係数Ａを有する。ここで、トルク指令Ｕが指令
され、これに対する系の出力は速度Ｙである。ここで、
図３に示す系がＴ（秒）の立ち上がり時間を有する理想
的なゲインをもつと考えると、 Ｋ１＝Ａ／（Ｋｔ＊Ｔ） Ｋ２＝Ｊ／（Ｋｔ＊Ｔ） となる。これは図３の系に速度のフィードバックを付け
たサーボ系の式、 （Ｕ−Ｙ）＊〔（Ｋ１／Ｓ）＋Ｋ２〕＊〔Ｋｔ／（
ＪＳ＋Ａ）〕＝Ｙを、 Ｙ／Ｕ＝１／（ＴＳ＋１） とおいて、これを解くことにより得られる。
前置補償器とサーボモータを示す図である。前置補償器
３１は、積分ゲインＫ１と比例ゲインＫ２を有する。一
方、サーボモータ３２はトルク定数Ｋｔ、イナーシャＪ
、動摩擦係数Ａを有する。ここで、トルク指令Ｕが指令
され、これに対する系の出力は速度Ｙである。ここで、
図３に示す系がＴ（秒）の立ち上がり時間を有する理想
的なゲインをもつと考えると、 Ｋ１＝Ａ／（Ｋｔ＊Ｔ） Ｋ２＝Ｊ／（Ｋｔ＊Ｔ） となる。これは図３の系に速度のフィードバックを付け
たサーボ系の式、 （Ｕ−Ｙ）＊〔（Ｋ１／Ｓ）＋Ｋ２〕＊〔Ｋｔ／（
ＪＳ＋Ａ）〕＝Ｙを、 Ｙ／Ｕ＝１／（ＴＳ＋１） とおいて、これを解くことにより得られる。
【０００９】上記のＫ１およびＫ２を、図３の要素３１
に代入すると、（Ｋ１／Ｓ）＋Ｋ２＝〔１／（Ｔ＊Ｓ）
〕＊〔（Ｊ＊Ｓ＋Ａ）／Ｋｔ〕となる。従って、図３は
図４のように表すことができる。すなわち、要素４１、
要素４２とサーボモータの伝達関数を表す要素３２の直
列結合として表すことができる。
に代入すると、（Ｋ１／Ｓ）＋Ｋ２＝〔１／（Ｔ＊Ｓ）
〕＊〔（Ｊ＊Ｓ＋Ａ）／Ｋｔ〕となる。従って、図３は
図４のように表すことができる。すなわち、要素４１、
要素４２とサーボモータの伝達関数を表す要素３２の直
列結合として表すことができる。
【００１０】次に、図４は図５に示すように、規範モデ
ル５１、逆系５２、サーボモータ５３からなる系として
考えることができる。すなわち、図５の規範モデル５１
と、逆系５２と等価な前置補償器を作成すればよい。以
下、この前置補償器を構成するための詳細について述べ
る。適応制御を適用する制御対象はサーボモータ２２で
あり、その伝達関数は、 Ｋｔ／（Ｊ＊Ｓ＋Ａ） で表される。ここで規範モデルを、 １／（Ｔ＊Ｓ） と定義すると、制御対象の状態方程式は以下の式で表す
ことができる。 （ｄＸ１／ｄｔ）＝〔−Ａ／Ｊ〕＊Ｘ１＋〔Ｋｔ／
Ｊ〕＊Ｕ ──（１ａ） Ｙ＝〔１〕＊Ｘ１
──（１ｂ）同様に、規範モ
デルの状態方程式は以下の式で与えられる。 （ｄＸ１ｍ／ｄｔ）＝
ル５１、逆系５２、サーボモータ５３からなる系として
考えることができる。すなわち、図５の規範モデル５１
と、逆系５２と等価な前置補償器を作成すればよい。以
下、この前置補償器を構成するための詳細について述べ
る。適応制御を適用する制御対象はサーボモータ２２で
あり、その伝達関数は、 Ｋｔ／（Ｊ＊Ｓ＋Ａ） で表される。ここで規範モデルを、 １／（Ｔ＊Ｓ） と定義すると、制御対象の状態方程式は以下の式で表す
ことができる。 （ｄＸ１／ｄｔ）＝〔−Ａ／Ｊ〕＊Ｘ１＋〔Ｋｔ／
Ｊ〕＊Ｕ ──（１ａ） Ｙ＝〔１〕＊Ｘ１
──（１ｂ）同様に、規範モ
デルの状態方程式は以下の式で与えられる。 （ｄＸ１ｍ／ｄｔ）＝
〔０〕＊Ｘ１ｍ＋〔１／Ｔ〕
＊Ｕｍ ──（２ａ） Ｙｍ＝〔１〕＊Ｘ１ｍ
──（２ｂ）
＊Ｕｍ ──（２ａ） Ｙｍ＝〔１〕＊Ｘ１ｍ
──（２ｂ）
【００１１】次に
、サーボモータ３２の逆系を作成する。特に、状態フィ
ードバックによる逆系を作成する。 （１ｂ）式の両辺を微分し、（１ａ）式を代入すると、
以下の式が得られる。 Ｙ（１） ＝Ｘ１（１） ＝（−Ａ／Ｊ）＊Ｘ１＋
（Ｋｔ／Ｊ）＊Ｕ ──（３）ここで、パラメ─タを
ｑ１として、（３）式＋（１ｂ）＊ｑ１を計算して、整
理すると、 Ｕ＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕＊Ｘ
１ ＋（Ｊ／Ｋｔ）＊（Ｓ＋ｑ１）＊Ｙ
──（４）（４
）式はサーボモータの逆系表現であり、この式に規範モ
デル５１を結合させると、（２ａ）式および（２ｂ）式
より、 Ｕ＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕＊Ｘ
１ ＋（Ｊ／Ｋｔ）＊（Ｓ＋ｑ１）＊〔１／
（Ｔ＊Ｓ）〕＊Ｕｍ ＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−
Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕＊Ｘ１ ＋（Ｋｔ／Ｊ）＊
〔（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛１／（Ｔ＊Ｓ）｝〕＊Ｕｍ
──（５）
、サーボモータ３２の逆系を作成する。特に、状態フィ
ードバックによる逆系を作成する。 （１ｂ）式の両辺を微分し、（１ａ）式を代入すると、
以下の式が得られる。 Ｙ（１） ＝Ｘ１（１） ＝（−Ａ／Ｊ）＊Ｘ１＋
（Ｋｔ／Ｊ）＊Ｕ ──（３）ここで、パラメ─タを
ｑ１として、（３）式＋（１ｂ）＊ｑ１を計算して、整
理すると、 Ｕ＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕＊Ｘ
１ ＋（Ｊ／Ｋｔ）＊（Ｓ＋ｑ１）＊Ｙ
──（４）（４
）式はサーボモータの逆系表現であり、この式に規範モ
デル５１を結合させると、（２ａ）式および（２ｂ）式
より、 Ｕ＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕＊Ｘ
１ ＋（Ｊ／Ｋｔ）＊（Ｓ＋ｑ１）＊〔１／
（Ｔ＊Ｓ）〕＊Ｕｍ ＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−
Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕＊Ｘ１ ＋（Ｋｔ／Ｊ）＊
〔（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛１／（Ｔ＊Ｓ）｝〕＊Ｕｍ
──（５）
【００１２】次に、（４）式を
下記のように書き直す。 Ｕ＝Ｋ１＊Ｘ１＋Ｇ＊（Ｓ＋ｑ１）＊Ｙ
──（６）ここで、Ｋ
１およびＧは以下の値である。 Ｋ１＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕Ｇ＝Ｊ
／Ｋｔ また、Ｋ１およびＧはサーボモータのパラメータである
ＪおよびＫｔを含んでいるため、直接求めることはでき
ない。従って、これらのＫ１およびＧを推定によって求
める。
下記のように書き直す。 Ｕ＝Ｋ１＊Ｘ１＋Ｇ＊（Ｓ＋ｑ１）＊Ｙ
──（６）ここで、Ｋ
１およびＧは以下の値である。 Ｋ１＝−（Ｊ／Ｋｔ）＊〔（−Ａ／Ｊ）＋ｑ１〕Ｇ＝Ｊ
／Ｋｔ また、Ｋ１およびＧはサーボモータのパラメータである
ＪおよびＫｔを含んでいるため、直接求めることはでき
ない。従って、これらのＫ１およびＧを推定によって求
める。
【００１３】（６）式の両辺を（Ｓ＋ｑ１）で割ると、
Ｕ／（Ｓ＋ｑ１）＝Ｋ１＊〔Ｘ１／（Ｓ＋ｑ１）〕
＋Ｇ＊Ｙ ──（７）ここで、Ｖおよびζ１を、 Ｖ＝Ｕ／（Ｓ＋ｑ１） ζ１＝Ｘ１／（Ｓ＋ｑ１） と定義すると、（７）式は以下の様な簡単な式として表
すことができる。 Ｖ＝Ｋ１＊ζ１＋Ｇ＊Ｙ
──（
８）
Ｕ／（Ｓ＋ｑ１）＝Ｋ１＊〔Ｘ１／（Ｓ＋ｑ１）〕
＋Ｇ＊Ｙ ──（７）ここで、Ｖおよびζ１を、 Ｖ＝Ｕ／（Ｓ＋ｑ１） ζ１＝Ｘ１／（Ｓ＋ｑ１） と定義すると、（７）式は以下の様な簡単な式として表
すことができる。 Ｖ＝Ｋ１＊ζ１＋Ｇ＊Ｙ
──（
８）
【００１４】（８）式の同定モデルを以下のように
定義する。 Ｖｐ≡Ｋ１ｐ＊ζ１＋Ｇｐ＊Ｙ
──（９）こ
こで、添え字ｐがある項はプラントパラメータの推定値
であり、添え字ｐがない項はプラントの実際のパラメー
タである。すなわち、（８）式は実際のプラント（サー
ボモータ）を表し、（９）式の添え字ｐのついたものは
プラント（サーボモータ）パラメータの推定値を表す。 また、Ｖ、Ｖｐ、ζ１およびＹは測定または計算可能で
ある。
定義する。 Ｖｐ≡Ｋ１ｐ＊ζ１＋Ｇｐ＊Ｙ
──（９）こ
こで、添え字ｐがある項はプラントパラメータの推定値
であり、添え字ｐがない項はプラントの実際のパラメー
タである。すなわち、（８）式は実際のプラント（サー
ボモータ）を表し、（９）式の添え字ｐのついたものは
プラント（サーボモータ）パラメータの推定値を表す。 また、Ｖ、Ｖｐ、ζ１およびＹは測定または計算可能で
ある。
【００１５】ここで、プラントパラメータの推定誤差を
εと定義すると、以下の式が成り立つ。 ε＝Ｖ−Ｖｐ ＝（Ｋ１−Ｋ１ｐ）＊ζ１＋（Ｇ−Ｇｐ）＊Ｙまた、リ
アプノフ関数Ｊｒを、Ｊｒ＝ε２ と定義すると、 δＪｒ／δＫ１ｐ＝−２＊ε＊ζ１ δＪｒ／δＧｐ＝−２＊ε＊Ｙ となる。これより、適応則を以下のように決定する。 ｄＫ１ｐ／ｄｔ＝β＊ε＊ζ１ ｄＧｐ／ｄｔ＝β＊ε＊Ｙ
（β＞０
）
εと定義すると、以下の式が成り立つ。 ε＝Ｖ−Ｖｐ ＝（Ｋ１−Ｋ１ｐ）＊ζ１＋（Ｇ−Ｇｐ）＊Ｙまた、リ
アプノフ関数Ｊｒを、Ｊｒ＝ε２ と定義すると、 δＪｒ／δＫ１ｐ＝−２＊ε＊ζ１ δＪｒ／δＧｐ＝−２＊ε＊Ｙ となる。これより、適応則を以下のように決定する。 ｄＫ１ｐ／ｄｔ＝β＊ε＊ζ１ ｄＧｐ／ｄｔ＝β＊ε＊Ｙ
（β＞０
）
【００１６】なぜならば、ｄＪｒ／ｄｔは、 ｄＪ
ｒ／ｄｔ＝（δＪｒ／δＫ１ｐ）＊（ｄＫ１ｐ／ｄｔ）
＋（δＪｒ／δＧｐ
）＊（ｄＧｐ／ｄｔ） ＝
−２＊β＊ε２ ＊（ζ１２ ＋Ｙ２ ）
（β＞０）となり、常に負の値となるからであ
る。すなわち、上式は系が単調減少であることを意味す
るから、極小値はＪｒ＝ε＝０ に収束し、 Ｖ＝Ｖｐ となり、パラメータは真値に収束するからである。
ｒ／ｄｔ＝（δＪｒ／δＫ１ｐ）＊（ｄＫ１ｐ／ｄｔ）
＋（δＪｒ／δＧｐ
）＊（ｄＧｐ／ｄｔ） ＝
−２＊β＊ε２ ＊（ζ１２ ＋Ｙ２ ）
（β＞０）となり、常に負の値となるからであ
る。すなわち、上式は系が単調減少であることを意味す
るから、極小値はＪｒ＝ε＝０ に収束し、 Ｖ＝Ｖｐ となり、パラメータは真値に収束するからである。
【００１７】この結果、制御則は以下の式で表すことが
できる。 Ｕ＝Ｋ１ｐ＊Ｘ１ ＋Ｇｐ＊〔（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛（１／（Ｔ＊
Ｓ）｝〕＊Ｕｍ──（１０）また、適応則は以下の式と
なる。 ｄＫ１ｐ／ｄｔ＝β＊ε＊ζ１ ｄＧｐ／ｄｔ＝β＊ε＊Ｙ
（β＞０
）ただし、Ｖおよびζ１は以下の通りである。 Ｖ＝Ｕ／（Ｓ＋ｑ１） ζ１＝Ｘ１／（Ｓ＋ｑ１）
できる。 Ｕ＝Ｋ１ｐ＊Ｘ１ ＋Ｇｐ＊〔（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛（１／（Ｔ＊
Ｓ）｝〕＊Ｕｍ──（１０）また、適応則は以下の式と
なる。 ｄＫ１ｐ／ｄｔ＝β＊ε＊ζ１ ｄＧｐ／ｄｔ＝β＊ε＊Ｙ
（β＞０
）ただし、Ｖおよびζ１は以下の通りである。 Ｖ＝Ｕ／（Ｓ＋ｑ１） ζ１＝Ｘ１／（Ｓ＋ｑ１）
【００１８】図１はこの制御則と適応則を適用したサー
ボモータの速度制御ループのブロック図である。速度指
令Ｕは加算器１で、速度Ｙを差し引き、その出力は要素
２に送られる。要素２は比例ゲイン項（１／Ｔ）と、積
分の比例係数項に積分ゲイン項を乗じた項（ｑ１／ＴＳ
）からなっている。要素２から上記の述べた制御則と適
応則によって、イナーシャをトルク定数で割ったプラン
トパラメータ項Ｇｐが要素３で求められる。同様に、サ
ーボモータ５の速度Ｙと推定誤差εからＫ１ｐが求めら
れる。このＧｐおよびＫ１ｐにより作られる項は加算器
４で加算され、上記の（１０）式からＵを求め、サーボ
モータ５に出力される。勿論、ＶｐはＶに収束する。 ここで、要素２、要素３および加算器４が、図５の規範
モデル５１および逆系５２を構成する。
ボモータの速度制御ループのブロック図である。速度指
令Ｕは加算器１で、速度Ｙを差し引き、その出力は要素
２に送られる。要素２は比例ゲイン項（１／Ｔ）と、積
分の比例係数項に積分ゲイン項を乗じた項（ｑ１／ＴＳ
）からなっている。要素２から上記の述べた制御則と適
応則によって、イナーシャをトルク定数で割ったプラン
トパラメータ項Ｇｐが要素３で求められる。同様に、サ
ーボモータ５の速度Ｙと推定誤差εからＫ１ｐが求めら
れる。このＧｐおよびＫ１ｐにより作られる項は加算器
４で加算され、上記の（１０）式からＵを求め、サーボ
モータ５に出力される。勿論、ＶｐはＶに収束する。 ここで、要素２、要素３および加算器４が、図５の規範
モデル５１および逆系５２を構成する。
【００１９】最後に、（１０）式をＰＩ制御に対応する
ように変形すると、以下のようになる。ただし、×１＝
（１／Ｔ＊Ｓ）＊Ｕｍ と書き直す。 Ｕ＝Ｋ１ｐ＊Ｘ１＋Ｇｐ＊〔（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛１／
（Ｔ＊Ｓ）｝〕＊Ｕｍ ＝Ｋ１ｐ＊（１／（Ｔ＊Ｓ）
）＊Ｕｍ ＋Ｇｐ＊〔
（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛１／（Ｔ＊Ｓ）｝〕＊Ｕｍ ＝
（Ｋ１ｐ＋Ｇｐ＊ｑ１）＊｛１／（Ｔ＊Ｓ）｝＊Ｕｍ
＋Ｇｐ＊（１／Ｔ）＊
Ｕｍ ──（１１
）
ように変形すると、以下のようになる。ただし、×１＝
（１／Ｔ＊Ｓ）＊Ｕｍ と書き直す。 Ｕ＝Ｋ１ｐ＊Ｘ１＋Ｇｐ＊〔（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛１／
（Ｔ＊Ｓ）｝〕＊Ｕｍ ＝Ｋ１ｐ＊（１／（Ｔ＊Ｓ）
）＊Ｕｍ ＋Ｇｐ＊〔
（１／Ｔ）＋ｑ１＊｛１／（Ｔ＊Ｓ）｝〕＊Ｕｍ ＝
（Ｋ１ｐ＋Ｇｐ＊ｑ１）＊｛１／（Ｔ＊Ｓ）｝＊Ｕｍ
＋Ｇｐ＊（１／Ｔ）＊
Ｕｍ ──（１１
）
【００２０】図６は他のＰＩ制御に対応したサーボモ
ータの速度制御ループのブロック図である。すなわち、
（１１）式に対応するブロック図である。速度指令Ｕは
加算器６１で、速度Ｙを差し引き、その出力は要素６２
および要素６３に送られる。要素６２は、（１１）式の
第１項に対応し、要素６３は（１１）式の第２項に対応
する。次に、要素６２および要素６３によって得られた
結果は加算器６４によって加算してＵを求め、サーボモ
ータ６５に出力される。勿論、ＶｐはＶに収束する。こ
こで、要素６２、要素６３および加算器６４が、図５の
規範モデル５１および逆系５２を構成する。図６のブロ
ック図では、図１の要素６に相当する正帰還要素がない
ので、より安定した制御が可能になる。
ータの速度制御ループのブロック図である。すなわち、
（１１）式に対応するブロック図である。速度指令Ｕは
加算器６１で、速度Ｙを差し引き、その出力は要素６２
および要素６３に送られる。要素６２は、（１１）式の
第１項に対応し、要素６３は（１１）式の第２項に対応
する。次に、要素６２および要素６３によって得られた
結果は加算器６４によって加算してＵを求め、サーボモ
ータ６５に出力される。勿論、ＶｐはＶに収束する。こ
こで、要素６２、要素６３および加算器６４が、図５の
規範モデル５１および逆系５２を構成する。図６のブロ
ック図では、図１の要素６に相当する正帰還要素がない
ので、より安定した制御が可能になる。
【００２１】このようにして、規範モデルとサーボモー
タの逆系を含む前置補償器を加えることにより、ロボッ
ト等をＰＩ制御で運転するようにしたので、ロボットの
イナーシャ等の負荷が大幅に変動してもロバストな制御
が可能になる。なお、上記の説明ではプラントとしてロ
ボットを駆動するサーボモータを例に説明したが、これ
以外の負荷変動の大きな工作機械を制御する数値制御装
置の速度制御ループ等にも適用することができる。また
、上記の説明では制御対象は一次遅れとしたが、二次遅
れ以上の制御対象も対応する逆系を持続して、同様の目
的を達成することができる。
タの逆系を含む前置補償器を加えることにより、ロボッ
ト等をＰＩ制御で運転するようにしたので、ロボットの
イナーシャ等の負荷が大幅に変動してもロバストな制御
が可能になる。なお、上記の説明ではプラントとしてロ
ボットを駆動するサーボモータを例に説明したが、これ
以外の負荷変動の大きな工作機械を制御する数値制御装
置の速度制御ループ等にも適用することができる。また
、上記の説明では制御対象は一次遅れとしたが、二次遅
れ以上の制御対象も対応する逆系を持続して、同様の目
的を達成することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、サーボ
モータの速度制御ループに規範モデルと逆系を設け、こ
れに適応性を持たせたので、負荷のイナーシャが変動し
ても最適な制御が可能になる。また、ゲインは自動的に
決定されるので、ゲイン調整作業が不要になる。さらに
、従来の適応制御方式とは異なり、Ｉ（積分器）をルー
プの内に有するため、１型サーボ系となり、定常偏差を
なくすことが可能になる。
モータの速度制御ループに規範モデルと逆系を設け、こ
れに適応性を持たせたので、負荷のイナーシャが変動し
ても最適な制御が可能になる。また、ゲインは自動的に
決定されるので、ゲイン調整作業が不要になる。さらに
、従来の適応制御方式とは異なり、Ｉ（積分器）をルー
プの内に有するため、１型サーボ系となり、定常偏差を
なくすことが可能になる。
【図１】本発明の制御則と適応則を適用した速度制御ル
ープのブロック図である。
ープのブロック図である。
【図２】本発明を実施するための一例であるロボットシ
ステムのハードウェアの構成図である。
ステムのハードウェアの構成図である。
【図３】前置補償器とサーボモータを示す図である。
【図４】図３の系を規範モデル等で表した図である。
【図５】図４の系を規範モデルと逆系で表した図である
。
。
【図６】図１の速度制御ループをＰＩ制御に適用した速
度制御ループのブロック図である。
度制御ループのブロック図である。
１１ ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）
２１ サーボアンプ ２２ サーボモータ ２６ アーム ５１ 規範モデル ５２ 逆系 ５３ サーボモータ（伝達関数）
２１ サーボアンプ ２２ サーボモータ ２６ アーム ５１ 規範モデル ５２ 逆系 ５３ サーボモータ（伝達関数）
Claims (5)
- 【請求項１】 サーボモータをＰＩ制御する適応ＰＩ
制御方式において、速度制御ループに、規範モデルと前
記サーボモータの逆系とを結合した系と等価で、適応性
を有する前置補償器を設けたことを特徴とする適応ＰＩ
制御方式。 - 【請求項２】 前記前置補償器は、比例ゲイン項と積
分ゲイン項の和に第１の推定プラントパラメータを乗じ
た項と、前記サーボモータの速度に第２の推定プラント
パラメータを乗じた項を加算する構成としたことを特徴
とする請求項１記載の適応ＰＩ制御方式。 - 【請求項３】 前記前置補償器は、第１の推定プラン
トパラメータと、第２の推定プラントパラメータと第１
のパラメータの積との和に、定数と積分項を乗じた項と
、前記第２の推定プラントパラメータと前記定数項との
積からなる項を加算する構成としたことを特徴とする請
求項１記載の適応ＰＩ制御方式。 - 【請求項４】 前記前置補償器は同定モデルによって
、前記サーボモータの電流入力および前記サーボモータ
の速度からプラントパラメータを求め、前記プラントパ
ラメータを収束させるように構成したことを特徴とする
請求項１記載の適応ＰＩ制御方式。 - 【請求項５】 前記サーボモータは、ロボット用のサ
ーボモータであることを特徴とする請求項１記載の適応
ＰＩ制御方式。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11098991A JPH04229310A (ja) | 1990-11-13 | 1991-04-16 | 適応ｐｉ制御方式 |
| PCT/JP1992/000478 WO1992018920A1 (en) | 1991-04-16 | 1992-04-15 | Adaptive pi control system |
| EP92908212A EP0544001A4 (en) | 1991-04-16 | 1992-04-15 | Adaptive pi control system |
| KR1019920703162A KR930700898A (ko) | 1991-04-16 | 1992-04-15 | 적응 pi 제어 시스템 |
| US08/368,711 US5444612A (en) | 1991-04-16 | 1995-01-03 | Adaptive PI control system |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30668490 | 1990-11-13 | ||
| JP2-306684 | 1990-11-13 | ||
| JP11098991A JPH04229310A (ja) | 1990-11-13 | 1991-04-16 | 適応ｐｉ制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229310A true JPH04229310A (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=26450484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11098991A Pending JPH04229310A (ja) | 1990-11-13 | 1991-04-16 | 適応ｐｉ制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04229310A (ja) |
-
1991
- 1991-04-16 JP JP11098991A patent/JPH04229310A/ja active Pending
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