JPH04279907A - Digitally controlled position servo device - Google Patents

Digitally controlled position servo device

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JPH04279907A
JPH04279907A JP41654990A JP41654990A JPH04279907A JP H04279907 A JPH04279907 A JP H04279907A JP 41654990 A JP41654990 A JP 41654990A JP 41654990 A JP41654990 A JP 41654990A JP H04279907 A JPH04279907 A JP H04279907A
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JP
Japan
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characteristic
servo system
sampling period
gain
control loop
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Kiyokazu Okamoto
清和 岡本
Takashi Mizutani
隆 水谷
Giyokubu Chiyou
玉武 張
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
NEC Corp
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To offer a device which shortens sampling synchronism and to obtain a device in which a stabilizing principle is applied to the stabilization of a servo system with dead time by introducing multiple sample lag to a control operation by utilizing the stabilizing principle. CONSTITUTION:The servo system is comprised of a current control loop provided with controller characteristic, a velocity control loop provided with controller characteristic, and a position control loop provided with controller characteristic. The response characteristic of the velocity control loop is set sufficiently faster than that of a low rigidity load, and a digital servo system by sampling synchronism Ts is comprised of the position control loop, where proportional control is performed. In such a state, short sampling synchronism Ts is selected so that control accuracy on a command applied from the outside or disturbance, etc., can be prevented from lowering by aliasing, and also, linear phase lag characteristic is inserted so as to increase the gain allowance of the characteristic of a servo device.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はディジタル制御位置サー
ボ装置、特に被制御体の特性が二次振動系を含むディジ
タル制御位置サーボ装置の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a digitally controlled position servo device, and more particularly to an improvement in a digitally controlled position servo device in which the characteristics of a controlled object include a secondary vibration system.

【0002】0002

【従来の技術】近年、高速演算プロセッサなどの普及に
伴って、自動化機器のサーボ系は急速にディジタル化さ
れてきている。ディジタルサーボ系におけるサンプリン
グ周期は、従来のアナログサーボ系をディジタル化する
際に新たに付加された基本的なパラメータであり、その
設定の如何によってサーボ系の特性は大きく変わる。デ
ィジタルサーボ系は、多くの場合サンプリング周期が長
くなると系の特性は劣化する。一方、サンプリング周期
を短くするにつれてサーボ系を構成する信号検出器や信
号処理装置などのコストは一般的に高くなる。したがっ
て、サンプリング周期の選択は、サーボ系の性能とコス
トの間の妥協に委ねられる場合が多い。
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of high-speed arithmetic processors, servo systems of automated equipment have been rapidly digitized. The sampling period in a digital servo system is a basic parameter newly added when converting a conventional analog servo system to digital, and the characteristics of the servo system vary greatly depending on its setting. In most digital servo systems, the characteristics of the system deteriorate as the sampling period becomes longer. On the other hand, as the sampling period becomes shorter, the cost of the signal detector, signal processing device, etc. that constitute the servo system generally increases. Therefore, the selection of sampling period is often a compromise between servo system performance and cost.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】ところが最近、サンプ
リング周期を短く設定しすぎると、構成されたディジタ
ルサーボ系はその制御対象によって特性がかえって劣化
する場合があると報告されている。つまり、制御対象の
特性によってサーボ系の性能指標を最大とするサンプリ
ング周期が存在する場合があるのである。
However, it has recently been reported that if the sampling period is set too short, the characteristics of the constructed digital servo system may deteriorate depending on the object to be controlled. In other words, depending on the characteristics of the controlled object, there may be a sampling period that maximizes the performance index of the servo system.

【0004】本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされ
たものであり、その目的はサンプリング周期の選択によ
ってもたらされたサーボ系の安定化原理を周波数特性に
着目した手法で明らかにし、この原理を利用して多サン
プル遅れを制御動作に導入することによりサンプリング
周期を短縮する装置を提示するとともに、この原理をむ
だ時間をもつサーボ系の安定化に適用した装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to clarify the principle of stabilization of a servo system brought about by selection of the sampling period using a method that focuses on frequency characteristics, and to improve this principle. The purpose of this invention is to present a device that shortens the sampling period by introducing a multi-sample delay into the control operation by utilizing this principle, and also to provide a device that applies this principle to the stabilization of a servo system with dead time.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかるディジタル制御位置サーボ装置は、被
制御体に減衰係数ζが0.3より小さい二次振動系を含
むディジタル制御位置サーボ装置において、外部から印
加される指令、外乱などに対してアリアシングによって
制御精度が低下しないようにサンプリング周期Tsを短
く選定し、かつこのサーボ装置の特性のゲイン余有が大
きくなるように、この特性の中に、線形位相遅れ特性を
挿入したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the digital control position servo device according to the present invention is a digital control position servo device including a secondary vibration system having a damping coefficient ζ smaller than 0.3 in a controlled object. In the device, the sampling period Ts is selected to be short so as not to reduce the control accuracy due to aliasing in response to externally applied commands, disturbances, etc., and to increase the gain margin of the characteristics of this servo device. The feature is that a linear phase delay characteristic is inserted into the characteristics.

【0006】また、請求項2記載のデイジタル位置制御
サーボ装置は、前記線形位相遅れ特性がnサンプル遅れ
(n>1の自然数)なる無駄時間特性であることを特徴
とする。
Further, the digital position control servo device according to the second aspect is characterized in that the linear phase delay characteristic is a dead time characteristic with a delay of n samples (n>1, a natural number).

【0007】また、請求項3記載のディジタル位置制御
サーボ装置は、前記線形位相遅れ特性が所定の次数mを
有するバターワースフィルター特性、チェビシェフフィ
ルター特性などであって低域通過特性のフィルター特性
であることを特徴とする。
Further, in the digital position control servo device according to claim 3, the linear phase delay characteristic is a Butterworth filter characteristic, a Chebyshev filter characteristic, etc. having a predetermined order m, and is a filter characteristic of a low-pass characteristic. It is characterized by

【0008】また、請求項4記載のディジタル位置制御
サーボ装置は、前記低域通過特性の遮断角周波数が請求
項1の被制御体の固有振動角周波数より低く選ばれたこ
とを特徴とする。
Furthermore, the digital position control servo device according to claim 4 is characterized in that the cutoff angular frequency of the low-pass characteristic is selected to be lower than the natural vibration angular frequency of the controlled object according to claim 1.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例に
ついて説明する。一般に、自動化機器におけるサーボ系
は、サーボモータや負荷からなる制御対象と、検出器や
補償要素からなる制御器とにより構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Generally, a servo system in an automated device is composed of a controlled object including a servo motor and a load, and a controller including a detector and a compensation element.

【0010】すなわち、図1に示されるように、サーボ
系10はサーボモータ12と負荷14とを含み、ボール
ネジやベルトなどの低剛性送り機構16によって連結さ
れている。
That is, as shown in FIG. 1, a servo system 10 includes a servo motor 12 and a load 14, which are connected by a low-rigidity feed mechanism 16 such as a ball screw or a belt.

【0011】この場合の数学的モデルが図2に示される
。なお、図2において、ωnは低剛性の機構部モデルの
固有角周波数、ζは同モデルの減衰係数、kfは同モデ
ルの回転変位から直線変位への変換係数、mは負荷の質
量、Jは同モデルの回転系の慣性モーメントである。
A mathematical model for this case is shown in FIG. In Fig. 2, ωn is the natural angular frequency of the low-rigidity mechanism model, ζ is the damping coefficient of the model, kf is the conversion coefficient from rotational displacement to linear displacement of the model, m is the mass of the load, and J is the This is the moment of inertia of the rotating system of the same model.

【0012】一方、サーボ系は図3のように制御器特性
Giをもつ電流制御ループ、制御器特性Gvをもつ速度
制御ループおよび制御器特性Gpをもつ位置制御ループ
よりなる多重ループ構造をもつものが多くなっている。 図3において、kTはモータのトルク定数(モータに印
加された電流とモータが発生するトルクとの間の変換定
数)、kEはモータの逆起電圧定数、Rはモータの回路
の抵抗値、Lはモータの回路のインダクタンス値である
On the other hand, as shown in FIG. 3, the servo system has a multiple loop structure consisting of a current control loop with controller characteristics Gi, a speed control loop with controller characteristics Gv, and a position control loop with controller characteristics Gp. are increasing. In Figure 3, kT is the motor torque constant (conversion constant between the current applied to the motor and the torque generated by the motor), kE is the motor back electromotive force constant, R is the resistance value of the motor circuit, and L is the inductance value of the motor circuit.

【0013】さらに、電流制御器および速度制御器など
が適切に設計されれば、位置サーボ系は図4のように簡
略化できる。図4において、kは制御ゲイン、Tvは速
度ループの時定数である。
Furthermore, if the current controller, speed controller, etc. are appropriately designed, the position servo system can be simplified as shown in FIG. In FIG. 4, k is the control gain and Tv is the time constant of the velocity loop.

【0014】ここで、速度制御ループの応答特性が低剛
性負荷の応答特性より十分速く、位置制御ループではサ
ンプリング周期Tsによるディジタルサーボ系が構成さ
れ比例制御を行なうとすると図5のような系となる。図
5において、ζとωnは低剛性負荷の減衰係数と固有角
周波数(rad/sec)である。一般的に、低剛性位
置決め機構において、ζが1よりかなり小さく、ωnが
数Hz〜数十Hz程度であることが多い。
Here, if the response characteristic of the speed control loop is sufficiently faster than the response characteristic of a low-rigidity load, and if a digital servo system with a sampling period Ts is configured in the position control loop and proportional control is performed, the system as shown in FIG. Become. In FIG. 5, ζ and ωn are the damping coefficient and natural angular frequency (rad/sec) of a low-rigidity load. Generally, in a low-rigidity positioning mechanism, ζ is considerably smaller than 1, and ωn is often on the order of several Hz to several tens of Hz.

【0015】制御対象である二次振動系の固有角周波数
ωnは制御対象の物理的な実態によってその値が大きく
変わり、その結果、構成されたサーボ系の特性も大きく
変わる。そこで、図5のサーボ系の特性解析に一般性を
持たせるために、サーボ系の各パラメータを正規化して
おく。ここでは、制御対象の固有角周波数ωnを用いて
、図5のサーボ系におけるすべてのパラメータを正規化
(無次元化)する。正規化されたサーボ系の各パラメー
タを表1に示す。
The value of the natural angular frequency ωn of the secondary vibration system to be controlled changes greatly depending on the physical state of the controlled object, and as a result, the characteristics of the constructed servo system also change greatly. Therefore, in order to provide generality to the characteristic analysis of the servo system shown in FIG. 5, each parameter of the servo system is normalized. Here, all parameters in the servo system of FIG. 5 are normalized (dimensionless) using the natural angular frequency ωn of the controlled object. Table 1 shows the normalized parameters of the servo system.

【0016】[0016]

【表1】[Table 1]

【0017】これらの正規化されたパラメータを用いて
、図5のサーボ系を図6のように正規化することができ
る。図6における1サンプル遅れ要素は、制御装置にお
ける制御演算の時間遅れをモデリングしたものであり、
また、ここでは零次ホールダを用いている。これらは一
般的なディジタル制御装置によく存在するものである。
Using these normalized parameters, the servo system shown in FIG. 5 can be normalized as shown in FIG. The one-sample delay element in FIG. 6 is a model of the time delay of control calculation in the control device,
Also, a zero-order holder is used here. These are commonly found in common digital control devices.

【0018】開ループ周波数特性に基づく安定化原理の
説明 開ループの周波性特性はサーボ系の安定性を局所的に把
握する際に便利である。つまり、開ループのゲイン特性
と位相特性との関係を利用してサーボ系の臨界安定状態
を調べることができる。
Explanation of Stabilization Principle Based on Open-Loop Frequency Characteristics Open-loop frequency characteristics are convenient for locally grasping the stability of a servo system. In other words, the critical stable state of the servo system can be investigated using the relationship between the open-loop gain characteristics and phase characteristics.

【0019】図6のサーボ系の開ループパルス伝達関数
Go(z)はz変換を用いて以下のように求められる。
The open-loop pulse transfer function Go(z) of the servo system shown in FIG. 6 is obtained as follows using z transformation.

【0020】[0020]

【数1】[Math 1]

【0021】z=exp(jτsΩ)を(1)式に代入
すると、図6のサーボ系の開ループ周波数特性が計算で
きる。ζ=0.01の場合を例として、正規化サンプリ
ング周期τSを零から大きくしていくと、対応する開ル
ープ周波数特性は図7のように得られる。図7から明ら
かなように、ゲイン特性の曲線に極小値と極大値(共振
値)がそれぞれ周波数ΩmとΩMにおいて現れる。また
、サンプリング周期τSを大きくしていくと、ゲイン特
性に変化がほとんどなく位相遅れだけが大きくなってい
る。
By substituting z=exp(jτsΩ) into equation (1), the open-loop frequency characteristic of the servo system shown in FIG. 6 can be calculated. Taking the case of ζ=0.01 as an example, when the normalized sampling period τS is increased from zero, the corresponding open-loop frequency characteristic is obtained as shown in FIG. As is clear from FIG. 7, a local minimum value and a local maximum value (resonance value) appear in the gain characteristic curve at frequencies Ωm and ΩM, respectively. Further, as the sampling period τS increases, there is almost no change in the gain characteristics, and only the phase delay increases.

【0022】周知のように、位相交差周波数(位相が−
πとなる周波数)において、ゲインが1以下であればサ
ーボ系は安定であり、逆の場合にはサーボ系は不安定と
なる。サンプリング周期τS=0(アナログサーボ)の
場合を見てみると、位相交差周波数はほぼ共振周波数と
一致していることがわかる。これがサーボ系の制御ゲイ
ンを制限する原因である。しかし、サンプリング周期を
長くしていくと位相交差周波数が共振周波数から離れて
いく。位相交差周波数が共振周波数から離れることは、
サーボ系の制御ゲインが共振値に制限されなくなること
を意味する。特に、サンプリング周期τS≒1.7のと
き位相交差周波数と極小ゲイン周波数とは重なり、サー
ボ系の制御ゲインを最も高く設定することができる。言
い換えれば、制御ゲインを同じく設定した場合、サンプ
リング周期τS≒1.7とすればサーボ系に最大のゲイ
ン余有が得られることになる。
As is well known, the phase crossing frequency (when the phase is −
The servo system is stable if the gain is 1 or less at the frequency of π), and the servo system is unstable if the gain is 1 or less. Looking at the case where the sampling period τS=0 (analog servo), it can be seen that the phase crossing frequency almost matches the resonance frequency. This is the cause of limiting the control gain of the servo system. However, as the sampling period becomes longer, the phase crossing frequency moves away from the resonance frequency. The separation of the phase crossing frequency from the resonant frequency means that
This means that the control gain of the servo system is no longer limited to the resonance value. In particular, when the sampling period τS≈1.7, the phase crossing frequency and the minimum gain frequency overlap, and the control gain of the servo system can be set to be the highest. In other words, when the control gains are set the same, if the sampling period τS≈1.7, the maximum gain margin will be obtained in the servo system.

【0023】さらに、この安定化原理を数式化すること
もできる。z変換の定義により、図6のサーボ系の開ル
ープ周波数応答を次のように表わすことができる。
Furthermore, this stabilization principle can also be expressed mathematically. By the definition of z-transform, the open-loop frequency response of the servo system in FIG. 6 can be expressed as follows.

【0024】[0024]

【数2】[Math 2]

【0025】ただし、D(s’),H(s’),G(s
’)はそれぞれ1サンプル遅れ要素、零次ホールダ、二
次振動要素を含む制御対象の特性である。つまり、
[0025] However, D(s'), H(s'), G(s
') are characteristics of the controlled object including a one-sample delay element, a zero-order holder, and a second-order vibration element, respectively. In other words,

【0
026】
0
026]

【数3】[Math 3]

【0027】Ω<<2π/τsの場合、前記(3)式は
以下のように近似できる。
When Ω<<2π/τs, the above equation (3) can be approximated as follows.

【0028】[0028]

【数4】[Math 4]

【0029】(8)式の右辺の前半は零次ホールダのゲ
イン特性であり、後半は制御対象のゲイン特性である。 また、(9)式の右辺の各項はそれぞれ1サンプル遅れ
要素の位相,零次ホールダの位相,制御対象における積
分要素の位相と二次振動要素の位相である。
The first half of the right side of equation (8) is the gain characteristic of the zero-order holder, and the second half is the gain characteristic of the controlled object. Further, each term on the right side of equation (9) is the phase of the one-sample delay element, the phase of the zero-order holder, the phase of the integral element in the controlled object, and the phase of the secondary vibration element.

【0030】(8)式をΩで微分してd|Go|/dΩ
=0とすると、ゲイン特性の極値周波数を求めることが
できる。また、Ω<<2π/τS の場合、零次ホール
ダのゲイン特性はほぼ一定であるので、(8)式の第二
項の分母をΩで微分すればよい。
Differentiating equation (8) with respect to Ω gives d|Go|/dΩ
= 0, it is possible to find the extreme frequency of the gain characteristic. Further, in the case of Ω<<2π/τS, the gain characteristic of the zero-order holder is approximately constant, so the denominator of the second term in equation (8) may be differentiated with respect to Ω.

【0031】従って、極大ゲイン周波数(共振周波数)
ΩMと極小ゲイン特性Ωmは(11)式及び(12)式
のように得られる。
[0031] Therefore, the maximum gain frequency (resonant frequency)
ΩM and the minimum gain characteristic Ωm are obtained as shown in equations (11) and (12).

【0032】[0032]

【数5】[Math 5]

【0033】この結果からゲイン特性はサンプリング周
期に依存しないことがわかる。また、(11)〜(12
)式の解すなわちゲイン特性に極値が存在する条件(Ω
m,ΩM:実数)として(13)式が得られる。
From this result, it can be seen that the gain characteristics do not depend on the sampling period. Also, (11) to (12)
), that is, the condition (Ω
Equation (13) is obtained where m and ΩM are real numbers.

【0034】[0034]

【数6】[Math 6]

【0035】(13)式が満たされれば、すでに述べた
ようにサンプリング周期を適切に設定するとサーボ系の
ゲイン余有は向上する。
If the equation (13) is satisfied, the gain margin of the servo system will be improved by appropriately setting the sampling period as described above.

【0036】一方、サーボ系に設定できるゲインを最も
高くするためには位相交差周波数と極小ゲイン周波数と
を一致させればよい。(9)式と(12)式を利用して
、この条件を(14)式のように表すことができる。
On the other hand, in order to maximize the gain that can be set in the servo system, it is sufficient to match the phase crossing frequency and the minimum gain frequency. Using equations (9) and (12), this condition can be expressed as equation (14).

【0037】[0037]

【数7】[Math 7]

【0038】(14)式をτSについて解くと図6のサ
ーボ系に制御ゲインが最も高く設定できるサンプリング
周期τsoptを(15)式のように推定することがで
きる。
When equation (14) is solved for τS, the sampling period τsopt at which the highest control gain can be set for the servo system shown in FIG. 6 can be estimated as shown in equation (15).

【0039】[0039]

【数8】[Math. 8]

【0040】さらに、(12)式のΩmと(15)式の
τsoptを(8)式に代入して|Go|=1とすると
、τsoptに対応するサーボ系の安定限界ゲインκm
axは(16)式のように得られる。
Furthermore, by substituting Ωm in equation (12) and τsopt in equation (15) into equation (8) and setting |Go|=1, the stability limit gain κm of the servo system corresponding to τsopt
ax is obtained as in equation (16).

【0041】[0041]

【数9】[Math. 9]

【0042】(12)式のΩmと(15)式のτsop
tの数値範囲を考察すると、(7)式の近似条件はほぼ
満たされていることが確認できる。以上の推定方法によ
って得られた結果と真値の数値解の例を表2に示す。
Ωm in equation (12) and τsop in equation (15)
Considering the numerical range of t, it can be confirmed that the approximation condition of equation (7) is almost satisfied. Table 2 shows the results obtained by the above estimation method and an example of the numerical solution of the true value.

【0043】[0043]

【表2】 ─────────────────────────
───────────              
          τsopt          
                   κmax  
 ζ   ────────────────────
────────────                真値      本発明
による        真値          本発
明による                     
     近似値                 
           近似値───────────
─────────────────────────
0          1.82    1.81  
        0.405    0.403───
─────────────────────────
────────0.02    1.78    1
.77          0.404    0.4
03───────────────────────
─────────────0.04    1.74
    1.73          0.404  
  0.402──────────────────
──────────────────0.06   
 1.70    1.68          0.
404    0.403─────────────
───────────────────────0.
08    1.65    1.63       
   0.405    0.404────────
─────────────────────────
───0.10    1.59    1.57  
        0.406    0.405───
─────────────────────────
────────0.20    1.25    1
.22          0.423    0.4
22───────────────────────
─────────────
[Table 2] ──────────────────────────
────────────
τsopt
κmax
ζ ────────────────────
──────────── True value according to the present invention True value according to the present invention
approximation
Approximate value────────────
──────────────────────────
0 1.82 1.81
0.405 0.403───
──────────────────────────
────────0.02 1.78 1
.. 77 0.404 0.4
03────────────────────────
──────────────0.04 1.74
1.73 0.404
0.402──────────────────
──────────────────0.06
1.70 1.68 0.
404 0.403──────────────
──────────────────────────0.
08 1.65 1.63
0.405 0.404────────
──────────────────────────
───0.10 1.59 1.57
0.406 0.405───
──────────────────────────
────────0.20 1.25 1
.. 22 0.423 0.4
22────────────────────────
──────────────

【0044】これらの数値
例からわかるように、ここで提案した最適サンプリング
周期及びそれに対応するサーボ系の安定限界ゲインの推
定方法は、推定誤差が小さく十分に利用できる。
As can be seen from these numerical examples, the method of estimating the optimum sampling period and the corresponding stability limit gain of the servo system proposed here has a small estimation error and can be used satisfactorily.

【0045】以上で示した開ループ周波数特性に基づく
解析により以下のような結論が得られる。つまり、サン
プリング周期を適切に長く設定すれば二次振動要素を含
むサーボ系を安定化できるということの原理は、サンプ
リング動作及び制御動作における時間遅れに起因する位
相遅れによってサーボ系の共振が回避できることをもた
らす。
The following conclusions can be drawn from the analysis based on the open loop frequency characteristics shown above. In other words, the principle behind the fact that a servo system including secondary vibration elements can be stabilized by setting an appropriately long sampling period is that resonance in the servo system can be avoided due to phase delays caused by time delays in sampling and control operations. bring about.

【0046】1〜多サンプル遅れをもつサーボ系への応
用 サンプリング周期が長くなると、サーボ系はノイズや外
乱による影響を受けやすいことが知られている。本発明
で提示したサンプリング周期の選択方法はこの問題にも
対処しなければならない。ここで、上で得られた結論に
基づきサーボ系の制御動作に多サンプル遅れをもたせる
ことにより最適サンプリング周期を短縮する方式を提示
する。
Application to servo systems with one to many sample delays It is known that as the sampling period becomes longer, the servo system becomes more susceptible to noise and disturbances. The sampling period selection method presented in the present invention must also address this issue. Here, based on the conclusions obtained above, we will present a method for shortening the optimal sampling period by adding a multi-sample delay to the control operation of the servo system.

【0047】ここでは、図8のように制御動作にnサン
プル遅れをもたせるサーボ系を考える。ただし、サンプ
ル遅れ数nは自然数とする。前述の解析結果から、図8
のサーボ系で制御ゲインが最も高く設定できるサンプリ
ング周期は、次の関係式(17)を満たすことがわかる
Here, a servo system in which the control operation is delayed by n samples as shown in FIG. 8 will be considered. However, the sample delay number n is a natural number. From the above analysis results, Figure 8
It can be seen that the sampling period that can set the highest control gain in the servo system satisfies the following relational expression (17).

【0048】[0048]

【数10】[Math. 10]

【0049】(17)式の左辺の各項は、それぞれnサ
ンプル遅れ要素の位相,零次ホールダの位相,制御対象
における積分要素の位相と二次振動要素の位相である。 また、Ωmは図8のサーボ系の開ループ極小ゲイン周波
数であり、(12)式によって計算できる。
The terms on the left side of equation (17) are the phase of the n-sample delay element, the phase of the zero-order holder, the phase of the integral element in the controlled object, and the phase of the secondary vibration element. Further, Ωm is the open loop minimum gain frequency of the servo system in FIG. 8, and can be calculated using equation (12).

【0050】(17)式をτSについて解くと、図8の
サーボ系に制御ゲインを最も高く設定できるサンプリン
グ周期τsoptを次の(18)式のように推定するこ
とができる。
When equation (17) is solved for τS, the sampling period τsopt that allows the highest control gain to be set for the servo system in FIG. 8 can be estimated as shown in equation (18) below.

【0051】[0051]

【数11】[Math. 11]

【0052】又、(18)式のτsoptに対応するサ
ーボ系の安定化限界ゲインκmaxは(16)式を用い
て推定することができる。
Further, the stabilization limit gain κmax of the servo system corresponding to τsopt in equation (18) can be estimated using equation (16).

【0053】(18)式からサンプル遅れ数nが大きく
なると、最適サンプリング周期τsoptが小さくなる
ことが理解される。つまり、制御動作におけるサンプル
遅れ数を増やすことによって最適サンプリング周期を短
縮することができ、サーボ系におけるノイズや外乱の影
響を低減することが可能である。
It is understood from equation (18) that as the number of sample delays n increases, the optimal sampling period τsopt decreases. In other words, by increasing the number of sample delays in the control operation, the optimal sampling period can be shortened, and the influence of noise and disturbance on the servo system can be reduced.

【0054】ζ=0.01,n=1,2の場合の最適サ
ンプリング周期は(18)式を利用してτsopt=1
.79,1.08のように推定される。また、制御ゲイ
ンをκ=0.2とし、これらの条件を図8のサーボ系に
代入してその閉ループ周波数特性を計算すると図9,図
10のような結果が得られる。周知のようにアリアス現
象が発生する周波数はΩi=2iπ/ τS(i:整数
)を中心とする周波数帯域である。この結果より、サン
プリング周期を短くすればアリアス現象の発生しない周
波数帯域は広くなることがわかる。図9の場合、Ω1=
3.50であり、図10の場合、Ω1=5.84である
ことが確認できる。
The optimal sampling period in the case of ζ=0.01, n=1, 2 is calculated as τsopt=1 using equation (18).
.. It is estimated as 79.1.08. Furthermore, when the control gain is set to κ=0.2 and these conditions are substituted into the servo system of FIG. 8 to calculate its closed loop frequency characteristics, results as shown in FIGS. 9 and 10 are obtained. As is well known, the frequency at which the arias phenomenon occurs is a frequency band centered at Ωi=2iπ/τS (i: integer). From this result, it can be seen that by shortening the sampling period, the frequency band in which the aliasing phenomenon does not occur becomes wider. In the case of Figure 9, Ω1=
3.50, and in the case of FIG. 10, it can be confirmed that Ω1=5.84.

【0055】むだ時間をもつサーボ系への応用制御対象
や制御装置にむだ時間が存在することがある。 該むだ時間は位相遅れをもたらしサーボ系の安定性を損
う要因の一つとして問題視されている。ここでは、以上
の説明で明らかにしたサーボ系の安定化原理に従いサン
プリング周期を選択することにより、むだ時間をもつサ
ーボ系の安定化手法を提示する。
Application to a servo system with dead time A dead time may exist in a controlled object or a control device. The dead time is viewed as a problem as one of the factors that causes a phase delay and impairs the stability of the servo system. Here, we will present a method for stabilizing a servo system with dead time by selecting the sampling period according to the stabilization principle of the servo system clarified in the above explanation.

【0056】図11に示されているように、制御対象に
長さTdのむだ時間(正規化むだ時間τd=Tdωn)
が存在し、制御動作にnサンプル遅れをもたせるサーボ
系を考える。以上で述べてきた安定化原理に従って、図
11のサーボ系に最も高い制御ゲインが設定できるサン
プリング周期は(19)の関係式を満たすことがわかる
As shown in FIG. 11, the controlled object has a dead time of length Td (normalized dead time τd=Tdωn).
Consider a servo system in which there is a delay of n samples in the control operation. According to the stabilization principle described above, it can be seen that the sampling period at which the highest control gain can be set for the servo system in FIG. 11 satisfies the relational expression (19).

【0057】[0057]

【数12】[Math. 12]

【0058】(19)式をτSについて解くと、最適サ
ンプリング周期τsoptは(20)式のように得られ
る。
When equation (19) is solved for τS, the optimal sampling period τsopt is obtained as shown in equation (20).

【0059】[0059]

【数13】[Math. 13]

【0060】サンプリング周期が正の値を取らなければ
ならないことから、図11のサーボ系に最適なサンプリ
ング周期が存在しうるむだ時間の長さの上限は(18)
式から求められる。つまり、(21)式のようになる。
Since the sampling period must take a positive value, the upper limit of the dead time for which an optimal sampling period exists for the servo system in FIG. 11 is (18).
It can be found from Eq. In other words, it becomes as shown in equation (21).

【0061】[0061]

【数14】[Math. 14]

【0062】以上の結果をまとめると、むだ時間と二次
振動要素を含むサーボ系の最適サンプリング周期の選択
方法は以下のように得られる。(1)ζとτdのいずれ
かが(13)式と(21)式を満たさなければ、サンプ
リング周期をできるだけ短く設定する。(2)ζとτd
がともに(13)式と(21)式を満たす場合、サンプ
リング周期を(20)式に従って設定する。なお、サン
プル遅れ数をn≧0の整数とする。また、nを大きくす
ることによってサンプリング周期を短くすることもでき
る。
Summarizing the above results, the method for selecting the optimum sampling period for a servo system including dead time and secondary vibration elements can be obtained as follows. (1) If either ζ or τd does not satisfy equations (13) and (21), set the sampling period as short as possible. (2) ζ and τd
If both satisfy equations (13) and (21), the sampling period is set according to equation (20). Note that the number of sample delays is an integer of n≧0. Furthermore, the sampling period can be shortened by increasing n.

【0063】線形位相遅れ特性をもち、伝達ゲインが低
域通過特性を有するフィルターの活用 時間遅れに起因する位相遅れ(線形位相遅れ)を利用す
ることによって、サーボ系の共振を回避し安定化が実現
できる本発明の原理は、本発明の実施形態のさらなる発
展に適用することができる。
By utilizing the phase delay (linear phase delay) caused by the utilization time delay of a filter that has a linear phase delay characteristic and a transmission gain that has a low-pass characteristic, resonance of the servo system can be avoided and stabilization can be achieved. The principles of the invention that can be realized can be applied to further developments of embodiments of the invention.

【0064】図6に示す1サンプル遅れ及び零次ホール
ダ特性の伝達利得(入力に対する出力の振幅の比)に着
目すれば、(8)式の第1項に示すように、ΩτS/2
が小さいとき、この伝達特性はほぼ1である。従って、
(8)式の第2項の共振特性(これは図7においてΩ=
ΩMの近傍のゲイン特性のピークにより示される)を示
す低剛性負荷の伝達利得gに影響を与えず、gのピーク
(Ω=ΩM近傍)を低減することもできない。このピー
クのある分だけΩ=ΩMの共振を出力Xoの挙動にもた
らしやすいことになり、このピークの(Ω=ΩM近傍の
gの)値を低減することが、図3に示す位置制御特性G
pの課題の一つとなる。
If we pay attention to the one-sample delay and the transfer gain (ratio of output amplitude to input amplitude) shown in FIG. 6, we can see that ΩτS/2
When is small, this transfer characteristic is approximately unity. Therefore,
The resonance characteristic of the second term in equation (8) (this is Ω=
It does not affect the transmission gain g of a low-rigidity load, which exhibits a peak of the gain characteristic near ΩM), nor can it reduce the peak of g (near Ω=ΩM). The existence of this peak tends to cause resonance of Ω = ΩM in the behavior of the output Xo, and reducing the value of this peak (g near Ω = ΩM) is the position control characteristic G shown in Fig. 3.
This is one of the challenges of p.

【0065】このような事情は図8の多サンプル遅れ特
性及び図11のむだ時間特性を含むサーボ系においても
同様である。
The same situation applies to the servo system including the multi-sample delay characteristic shown in FIG. 8 and the dead time characteristic shown in FIG.

【0066】一方、線形位相遅れ特性を有し、伝達利得
が低域通過特性を有する公知のフィルターがあり、これ
らの例としてバターワースフィルター,チェビシェフフ
ィルター,楕円フィルター等の名称がついており、例え
ば文献1(谷荻隆嗣:”ディジタル信号処理の理論,2
,フィルタの通信の画像”,コロナ社)第1章に説明さ
れている。
On the other hand, there are known filters that have a linear phase lag characteristic and a low-pass transmission gain, and examples of these include names such as a Butterworth filter, a Chebyshev filter, and an elliptic filter. (Takashi Taniogi: “Theory of Digital Signal Processing, 2
, "Image of Filter Communication", Corona Publishing), Chapter 1.

【0067】その伝達利得g’と位相遅れφ’の特性は
図12のごとくである。図12はバターワースフィルタ
ーの例である。他のチェビシェフ,楕円フィルターも類
似の特性を有する。このようなフィルターは遮断角周波
数Ωc’とmで特徴づけられる。共振角周波数ΩM’に
おいても伝達利得はΩc’とmで定められる。図12に
おいて、フィルターの次数m(伝達特性を示す多項式の
次数に対応)を低く選定した場合はg1’,φ1’のご
とき特性となり、このときΩM’(図7のΩMに対応)
における伝達利得の低減分はd1dbで小さい。しかし
、位相交差周波数Ω1’は大きくすることができる。ま
た、次数mを高く選定した場合は、g2’,φ2’のご
とき特性となり、このときの伝達利得の低減分はd2d
bのごとく大きい。しかし、位相交差周波数Ω2’は小
さくしなければならない。
The characteristics of the transmission gain g' and phase delay φ' are as shown in FIG. FIG. 12 is an example of a Butterworth filter. Other Chebyshev and elliptic filters have similar characteristics. Such a filter is characterized by a cutoff angular frequency Ωc' and m. Even at the resonant angular frequency ΩM', the transfer gain is determined by Ωc' and m. In Fig. 12, if the order m of the filter (corresponding to the order of the polynomial representing the transfer characteristic) is selected low, the characteristics will be g1', φ1', and in this case, ΩM' (corresponding to ΩM in Fig. 7).
The reduction in transfer gain in d1db is small. However, the phase crossing frequency Ω1' can be increased. Also, if the order m is selected high, the characteristics will be g2', φ2', and the reduction in transfer gain in this case is d2d
It's big like b. However, the phase crossing frequency Ω2' must be small.

【0068】どのようにmを選定するかは低剛性負荷特
性の減衰係数ζの値によって決めればよい。一般にζが
小さいときmを高く、ζが大きいときmを低くすればよ
い。
How to select m may be determined based on the value of the damping coefficient ζ of the low rigidity load characteristic. Generally, when ζ is small, m may be set high, and when ζ is large, m may be set low.

【0069】このような低域通過特性を伝達利得の特性
とする線形位相遅れ特性をもつフィルターを図3のGp
に含めた場合の効果により、前述した共振を一層回避す
ることができる。すなわち、Xoの挙動のΩ=ΩMの振
動的振舞の振幅を大幅に低減し、かつこの振動の収束を
著しく速くすることができる。
A filter having a linear phase delay characteristic with such a low-pass characteristic as a transfer gain characteristic is shown in FIG.
Due to the effect of including it in , the above-mentioned resonance can be further avoided. That is, the amplitude of the oscillatory behavior of Ω=ΩM of the behavior of Xo can be significantly reduced, and the convergence of this oscillation can be significantly accelerated.

【0070】かかるフィルターの実施例は前記文献1(
第1章〜第4章)に説明されている。本実施例の他に図
13に示すような実現手段も有効である。すなわち、該
フィルターの離散的データに関する実現形態はディジタ
ルフィルターといわれるが、入出力が共に離散データで
あり、本発明の場合のように有限のΩ1’,Ω2’が与
えられる場合、これに対応する許容のデータ処理時間が
ある。
An example of such a filter is described in the above-mentioned document 1 (
Chapters 1 to 4). In addition to this embodiment, implementation means as shown in FIG. 13 are also effective. That is, the implementation form of the filter regarding discrete data is called a digital filter, but when both the input and output are discrete data and finite Ω1' and Ω2' are given as in the case of the present invention, the corresponding There is an acceptable data processing time.

【0071】そこで、図13に示す実施例においては、
ラッチメモリ20を介して供給されるデータをデータバ
ス22に供給し、許容のデータ処理時間内に出力データ
を発生することのできる処理速度をもつ公知のマイクロ
プロセッサ(例えばMPU)24、フィルターの伝達特
性を実現する公知のアルゴリズムをストアしたプログラ
ムメモリ(例えばROM)26,このアルゴリズムを実
行するのに必要なデータをストアする公知のデータメモ
リ(例えばRAM)28及び処理データを出力するラッ
チメモリ30によって構成される。
Therefore, in the embodiment shown in FIG.
A known microprocessor (e.g., MPU) 24, filter transmission having a processing speed capable of providing data provided via latch memory 20 to data bus 22 and generating output data within an acceptable data processing time. A program memory (eg, ROM) 26 that stores a known algorithm for realizing the characteristics, a known data memory (eg, RAM) 28 that stores data necessary to execute this algorithm, and a latch memory 30 that outputs processing data. configured.

【0072】なお、図13において、ラッチメモリ20
,30がラッチするタイミングは、前述の許容時間毎に
MPUの動作の一部で定められる。
Note that in FIG. 13, the latch memory 20
, 30 are latched, which is determined as part of the MPU operation for each of the above-mentioned allowable times.

【0073】具体的装置例 図14,図15により、以上で説明したこの発明のディ
ジタル制御位置サーボ装置の具体的な実施例を示す。な
お、前記図1に対応する部分には符号100を加えて示
し、説明を省略する。
Specific Example of Device A specific example of the digital control position servo device of the present invention described above is shown in FIGS. 14 and 15. Note that portions corresponding to those in FIG. 1 are indicated by the reference numeral 100, and description thereof will be omitted.

【0074】図14に示すサーボ系は、モータ112に
より負荷(制御対象)114を駆動制御するものであり
、それぞれ図1に記したモデルの低剛性特性を有する。 ここで、θ,XOは図2のθ,xに対応する状態量、d
XO/dtは位置XOの時間的変化率(すなわち速度)
を示す状態量であり、それぞれ検出器Dp,DVにより
検出される。Dpの例としてはポテンショメータが、ま
たDVの例としてはタコジェネータが挙げられる。
The servo system shown in FIG. 14 drives and controls a load (controlled object) 114 by a motor 112, and each has the low rigidity characteristics of the model shown in FIG. Here, θ, XO are state quantities corresponding to θ, x in Fig. 2, d
XO/dt is the temporal rate of change of position XO (i.e. speed)
, and are detected by detectors Dp and DV, respectively. An example of Dp is a potentiometer, and an example of DV is a tachogenerator.

【0075】そして、本実施例においては、モータ11
2の制御を電流制御部150、速度制御部152、位置
制御部154により行なう。前記電流制御部150は、
モータ112に電流Iaを供給するパワー増幅器154
、電流指令データIc”を出力するラッチメモリ156
、電流補償器158からなり、その電流制御特性はGi
で示される。なお、パワー増幅器152の例としては、
公知のパルス幅変調形電力増幅器が挙げられ、パルス幅
のオン・オフの比率を規定する指令データIc”に応じ
て制御される電力を発生し、この電力によってモータに
制御された電流Iaを供給するようになっている。 また、電流Iaは、公知のホール素子を用いた電流(瞬
時)検出器等の電流検出器Diにより検出される。
In this embodiment, the motor 11
The second control is performed by a current control section 150, a speed control section 152, and a position control section 154. The current control section 150 includes:
Power amplifier 154 supplies current Ia to motor 112
, a latch memory 156 that outputs current command data Ic''.
, current compensator 158, whose current control characteristics are Gi
It is indicated by. Note that as an example of the power amplifier 152,
A known pulse width modulation type power amplifier is mentioned, which generates power that is controlled according to command data Ic that defines the on/off ratio of the pulse width, and supplies a controlled current Ia to the motor using this power. Further, the current Ia is detected by a current detector Di such as a current (instantaneous) detector using a known Hall element.

【0076】ここで、検出された状態量Ia,dXO/
dt,XOはそれぞれラッチメモリを出力側にもつAD
変換器160,162,164に供給され、これらのラ
ッチメモリにはAD変換により、状態量Ia,dXO/
dt,XOに対応したデータIa’,dXO’/dt,
XO’が一定間隔のタイミングで格納され、このタイミ
ング毎に更新されるようになっている。
Here, the detected state quantity Ia, dXO/
dt and XO are ADs each having a latch memory on the output side.
The state quantities Ia, dXO/
dt, data corresponding to XO Ia', dXO'/dt,
XO' is stored at regular intervals and updated at each timing.

【0077】以上の構成において、一定の間隔とは図5
に示したサンプリング周期Tsであり、AD変換器16
0,162,164の特性は、サンプリング記号+零次
ホールダで示される。
In the above configuration, the constant interval is as shown in FIG.
is the sampling period Ts shown in , and the AD converter 16
The characteristics of 0, 162, 164 are indicated by the sampling symbol + zero-order holder.

【0078】一方、指令Xrはラッチメモリ166を介
して離散データXr’に変換される。メモリ166のラ
ッチのタイミングはAD変換器160,162,164
のラッチメモリと同様であり、この特性はサンプリング
記号+零次ホールダにて示される。
On the other hand, the command Xr is converted into discrete data Xr' via the latch memory 166. The latch timing of the memory 166 is determined by the AD converters 160, 162, 164.
This characteristic is expressed by the sampling symbol + zero-order holder.

【0079】以上のようにして、サンプリング周期Ts
で更新される離散データXr’,Ic”,Ia’,dX
O’/dt,XOは図15に示すディジタルデータ入力
〜出力部にて処理される。サンプリング周期tsはこの
処理部で費やされる処理時間を許容する。
As described above, the sampling period Ts
Discrete data Xr', Ic'', Ia', dX updated with
O'/dt and XO are processed in the digital data input to output section shown in FIG. The sampling period ts allows the processing time spent in this processing section.

【0080】なお、図15において、図14と対応する
部分には同一符号を付して説明を省略する。図15のマ
イクロプロセッサMPU’は、データバスを介してラッ
チメモリ156,166、AD変換器160,162,
164の入出力データを、サンプリング周期Ts毎の時
間間隔で更新する。すなわち、ラッチメモリ166、ラ
ッチメモリ付AD変換器160,162,164に離散
データXr’,Ia’,dXO’/dt,XO をセッ
トし、各々の処理時間に必要なタイミングで、時間をず
らして離散データXr’,Ia’,dXO’/dt,X
OをそれぞれMPU’に取り込み、それぞれ時間をずら
してデータメモリRAM’にセットする。以後、サンプ
リング周期Tsの時間内でこれらのデータを処理し、そ
れぞれ電流制御ループの出力データIc”,速度制御ル
ープの出力(=電流制御ループの指令データ)Ic’,
位置制御ループの出力データ(=速度制御ループの指令
データ)dXc’/dtを発生させる。出力データIc
”は図15の処理部の出力データであって、図14のパ
ルス幅変調形パワ増幅器152の動作を規定している。
Note that in FIG. 15, parts corresponding to those in FIG. 14 are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted. The microprocessor MPU' in FIG. 15 connects latch memories 156, 166, AD converters 160, 162,
164 input/output data is updated at time intervals of each sampling period Ts. That is, discrete data Xr', Ia', dXO'/dt, XO are set in the latch memory 166 and the AD converters with latch memory 160, 162, 164, and the data are shifted at the timing required for each processing time. Discrete data Xr', Ia', dXO'/dt, X
0 to the MPU', and set them in the data memory RAM' at different times. Thereafter, these data are processed within the sampling period Ts, and the output data of the current control loop Ic'', the output of the speed control loop (=command data of the current control loop) Ic', and
Output data of the position control loop (=command data of the speed control loop) dXc'/dt is generated. Output data Ic
" is the output data of the processing section in FIG. 15, which defines the operation of the pulse width modulation type power amplifier 152 in FIG. 14.

【0081】このように各制御ループの入力データ(電
流制御ループIc’,Ia’:速度制御ループdXc’
/dt,dXO’/dt:位置制御ループXr’,XO
’)を用いて、データを加工し、それぞれ出力データ(
Ic”,Ic’,dXc’/dt)を発生させるデータ
処理のアルゴリズムは、図15のプログラムメモリRO
M’にストアされている。
In this way, the input data of each control loop (current control loop Ic', Ia': speed control loop dXc')
/dt, dXO'/dt: Position control loop Xr', XO
') to process the data and output data (
The data processing algorithm for generating Ic'', Ic', dXc'/dt) is stored in the program memory RO in FIG.
It is stored in M'.

【0082】公知のアルゴリズムの内容は例えば次のご
とくである。ここで、特性Gi,GV,Gpは図3に示
す特性に対応する。すなわち、電流制御ループのアルゴ
リズムにより発揮される電流制御器の特性Giは、電流
補償器158,ラッチメモリ156、パワー増幅器15
2(これ自体の特性は定数である)により実現される。 電流補償器158は、図15のハードウェアと、ROM
’の一部に格納される電流制御アルゴリズムと、RAM
’の一部に格納され更新されるこのアルゴリズムに必要
なデータにより構成される。Giの特性は例えば、Ki
(Ai+Bi×積分)のごとき公知の特性で構成される
。ここで、Kiはゲイン定数、AiとBiはそれぞれ定
数である。
The content of the known algorithm is as follows, for example. Here, the characteristics Gi, GV, and Gp correspond to the characteristics shown in FIG. That is, the characteristic Gi of the current controller exhibited by the algorithm of the current control loop is the current compensator 158, latch memory 156, power amplifier 15.
2 (which property itself is a constant). The current compensator 158 includes the hardware shown in FIG.
Current control algorithm stored in part of ' and RAM
It consists of the data necessary for this algorithm that is stored and updated in part of '. For example, the characteristics of Gi are Ki
It is composed of known characteristics such as (Ai+Bi×integral). Here, Ki is a gain constant, and Ai and Bi are each constants.

【0083】また、速度制御ループのアルゴリズムによ
り発揮される速度制御器の特性GVは速度制御部152
により実現される。制御部152は、図15のハードウ
ェアと、ROM’の一部に格納される速度制御アルゴリ
ズムと、RAM’の一部に格納され更新されるこのアル
ゴリズムに必要なデータにより構成される。GVの特性
は、KV(AV+BV×積分)のごとき公知の特性で構
成される。ここで、KVはゲイン定数,AVとBVは定
数である。
Further, the characteristic GV of the speed controller exhibited by the algorithm of the speed control loop is determined by the speed control section 152.
This is realized by The control unit 152 includes the hardware shown in FIG. 15, a speed control algorithm stored in a part of the ROM', and data necessary for this algorithm stored and updated in a part of the RAM'. The GV characteristic is composed of a known characteristic such as KV (AV+BV×integral). Here, KV is a gain constant, and AV and BV are constants.

【0084】以上の電流制御ループ,速度制御ループが
動作したとき一般に図5(ただしkの代わりにGp)の
ようになることは、前述した通りである。
As described above, when the above current control loop and speed control loop operate, the result is generally as shown in FIG. 5 (however, Gp is substituted for k).

【0085】さらに、位置制御ループのアルゴリズムに
より発揮される位置制御部154の特性Gpは、図6の
制御ゲインkと、零次ホールダを含み、さらに図8の多
サンプル遅れ特性または図11のむだ時間特性に対応す
る多サンプル遅れ特性、または図12に示す線形位相遅
れ特性を有する低域通過フィルターである。制御部15
4は図15のハードウェアと、ROM’の一部に格納さ
れる図6〜図8または図6〜図11または図6〜図13
に対応するアルゴリズムと、RAM’の一部に格納され
更新されるこのアルゴリズムに必要なデータにより構成
される。
Furthermore, the characteristic Gp of the position control section 154 exhibited by the algorithm of the position control loop includes the control gain k shown in FIG. This is a low-pass filter having a multi-sample delay characteristic corresponding to the time characteristic or a linear phase delay characteristic shown in FIG. Control unit 15
4 is the hardware shown in FIG. 15 and the hardware shown in FIGS. 6 to 8 or 6 to 11 or 6 to 13 stored in a part of ROM'
It consists of an algorithm corresponding to , and data necessary for this algorithm that is stored and updated in a part of RAM'.

【0086】以上のように、この発明は図15のごとき
簡易公知の手段を活用して所用のアルゴリズムによるこ
の発明のオリジナルな安定化原理を実現することができ
、低剛性特性の挙動の制御を従来の方式よりもはるかに
高いゲイン余有で行なうことができる。
As described above, the present invention can realize the original stabilization principle of the present invention by the required algorithm by utilizing simple known means as shown in FIG. 15, and can control the behavior of low stiffness characteristics. This can be done with a much higher gain margin than conventional methods.

【0087】すなわち、図16は図5における振動的な
被制御体の特性による出力X0の応答の挙動を示す図で
あり、ζ=0.01の場合である。図6の1サンプル遅
れのある系によりどのように応答の挙動が改善されるか
を示す。すなわち、(18)式に従って、n=1として
τs=1.79を求め、κ=0.04として得られた出
力X0の応答の挙動を図17に示す。同図より図16の
振動的挙動が著しく改善されていることが理解される。 しかしながら、まだ小規模の共振に基づく振動の存在が
認められる。
That is, FIG. 16 is a diagram showing the behavior of the response of the output X0 due to the vibrational characteristics of the controlled object in FIG. 5, and is for the case of ζ=0.01. It is shown how the response behavior is improved by the system with one sample delay in FIG. That is, according to equation (18), τs=1.79 is obtained with n=1, and the response behavior of the output X0 obtained with κ=0.04 is shown in FIG. It is understood from the figure that the vibrational behavior in FIG. 16 has been significantly improved. However, the existence of vibrations based on small-scale resonance is still recognized.

【0088】これに対して、図12に示すような線形位
相遅れ特性をもつ低域通過フィルタの例としてバターワ
ースフィルタ(次数m=3)を用い、その遮断周波数を
Ω1’=0.3とし、サンプリング周期τs=0.5と
すると、出力X0の応答の挙動は図18に示すようにな
る。図18に示すところでは、図17に認められた共振
に基づき振動が認められない。
On the other hand, a Butterworth filter (order m=3) is used as an example of a low-pass filter having a linear phase delay characteristic as shown in FIG. 12, and its cutoff frequency is set to Ω1'=0.3. When the sampling period τs=0.5, the behavior of the response of the output X0 is as shown in FIG. In the area shown in FIG. 18, no vibration is observed based on the resonance observed in FIG. 17.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上のように、本発明の安定化原理を用
いた線形位相遅れ特性をもつディジタル制御位置サーボ
装置は、内在する2次振動要素に対して出力X0の応答
の挙動を著しく改善することができる。
As described above, the digitally controlled position servo device with linear phase delay characteristics using the stabilization principle of the present invention significantly improves the behavior of the response of the output X0 to the inherent secondary vibration element. can do.

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

【図1】一般的なサーボ系のモデル化図である。FIG. 1 is a modeling diagram of a general servo system.

【図2】図1の数学的モデル化図である。FIG. 2 is a mathematical modeling diagram of FIG. 1;

【図3】一般的なサーボ系の多重制御ループ構造の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a multiple control loop structure of a general servo system.

【図4】図3に示した位置サーボ系の簡略化モデル図で
ある。
FIG. 4 is a simplified model diagram of the position servo system shown in FIG. 3;

【図5】本発明の対象とするサーボ系の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a servo system to which the present invention is applied.

【図6】正規化された本発明の対象とするサーボ系の説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a normalized servo system to which the present invention is applied.

【図7】開ループ周波数特性図である。FIG. 7 is an open loop frequency characteristic diagram.

【図8】多サンプル遅れ要素をもつディジタル制御サー
ボ系の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a digital control servo system having a multi-sample delay element.

【図9】n=1,τs=1.79のときの閉ループ特性
の周波数特性図である。
FIG. 9 is a frequency characteristic diagram of closed loop characteristics when n=1 and τs=1.79.

【図10】n=2,τs=1.08のときの閉ループ特
性の周波数特性図である。
FIG. 10 is a frequency characteristic diagram of closed loop characteristics when n=2 and τs=1.08.

【図11】無駄時間をもつディジタル制御サーボ系の説
明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a digital control servo system with dead time.

【図12】線形位相遅れ特性をもつ低域通過フィルター
の特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram of a low-pass filter having linear phase lag characteristics.

【図13】線形位相遅れ特性をもつ低域通過フィルター
の実施例の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of an embodiment of a low-pass filter having linear phase delay characteristics.

【図14】本発明のディジタル制御位置サーボ装置の具
体的実施例の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a specific embodiment of the digital control position servo device of the present invention.

【図15】図14の実施例によるディジタル入力〜出力
処理部のハードウェアの構成図である。
FIG. 15 is a hardware configuration diagram of a digital input to output processing section according to the embodiment of FIG. 14;

【図16】図5における振動的な被制御体の特性による
出力の応答の挙動図である。
16 is a behavior diagram of the output response due to the characteristics of the vibratory controlled object in FIG. 5. FIG.

【図17】本安定化原理により選定された最適サンプリ
ング周期を用いて改善された1サンプル遅れ系における
出力の応答の挙動図である。
FIG. 17 is a behavior diagram of the output response in a one-sample delay system improved using the optimal sampling period selected according to the present stabilization principle.

【図18】線形位相遅れ低域通過フィルタによって改善
された出力の挙動図である。
FIG. 18 is a diagram of the behavior of the output improved by a linear phase lag low-pass filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10  サーボ系 12  モータ 14  負荷(被制御体) 150  電流制御部 152  速度制御部 154  位置制御部 10 Servo system 12 Motor 14 Load (controlled object) 150 Current control section 152 Speed control section 154 Position control section

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  被制御体に減衰係数ζが0.3より小
さい二次振動系を含むディジタル制御位置サーボ装置に
おいて、外部から印加される指令、外乱などに対してア
リアシングによって制御精度が低下しないようにサンプ
リング周期Tsを短く選定し、かつこのサーボ装置の特
性のゲイン余有が大きくなるように、この特性の中に、
線形位相遅れ特性を挿入したことを特徴とするディジタ
ル制御位置サーボ装置。
Claim 1: In a digital control position servo device whose controlled object includes a secondary vibration system with a damping coefficient ζ smaller than 0.3, control accuracy is reduced due to aliasing in response to externally applied commands, disturbances, etc. In order to avoid this, the sampling period Ts is selected to be short, and in order to increase the gain margin of the characteristics of this servo device, the characteristics include:
A digital control position servo device characterized by inserting a linear phase delay characteristic.
【請求項2】  請求項1に記載された装置において、
前記線形位相遅れ特性がnサンプル遅れ(n>1の自然
数)なる無駄時間特性であることを特徴とするディジタ
ル制御位置サーボ装置。
2. The device according to claim 1, comprising:
A digital control position servo device characterized in that the linear phase delay characteristic is a dead time characteristic with a delay of n samples (n>1, a natural number).
【請求項3】  請求項1に記載された装置において、
前記線形位相遅れ特性が所定の次数mを有するバターワ
ースフィルター特性、チェビシェフフィルター特性など
であって低域通過特性のフィルター特性であることを特
徴とするディジタル制御位置サーボ装置。
3. The device according to claim 1, comprising:
A digital control position servo device, wherein the linear phase delay characteristic is a low-pass filter characteristic, such as a Butterworth filter characteristic or a Chebyshev filter characteristic having a predetermined order m.
【請求項4】  請求項3に記載された装置において、
前記低域通過特性の遮断角周波数が請求項1の被制御体
の固有振動角周波数より低く選ばれたことを特徴とする
ディジタル制御位置サーボ装置。
4. The device according to claim 3, comprising:
A digital control position servo device, characterized in that the cutoff angular frequency of the low-pass characteristic is selected to be lower than the natural vibration angular frequency of the controlled object according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0527845A (en) * 1991-07-22 1993-02-05 Okuma Mach Works Ltd Numerical controller having control parameter changing function
US7620462B2 (en) * 2004-08-02 2009-11-17 University Of Electro-Communications Robust digital controller and its designing device
JP2016061188A (en) * 2014-09-17 2016-04-25 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine control unit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0527845A (en) * 1991-07-22 1993-02-05 Okuma Mach Works Ltd Numerical controller having control parameter changing function
US7620462B2 (en) * 2004-08-02 2009-11-17 University Of Electro-Communications Robust digital controller and its designing device
JP2016061188A (en) * 2014-09-17 2016-04-25 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine control unit

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