JPH05143109A - 速度指令の補正による学習制御方式 - Google Patents
速度指令の補正による学習制御方式Info
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- JPH05143109A JPH05143109A JP33131091A JP33131091A JPH05143109A JP H05143109 A JPH05143109 A JP H05143109A JP 33131091 A JP33131091 A JP 33131091A JP 33131091 A JP33131091 A JP 33131091A JP H05143109 A JPH05143109 A JP H05143109A
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- JP
- Japan
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- speed command
- command
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 学習制御系において現在の速度指令を利用せ
ずに、補正速度指令を与えてやることによりモータの位
置を追従させる学習制御則を実現する。 【構成】 学習コントローラ１は、検出したモータ４の
位置Ｘと目標位置指令ｒとの差を速度指令として入力
し、この入力信号Ｚから未来の速度指令を予測し、その
値が最小となるように現在の速度指令に対する補正速度
指令ｕを出力する。速度コントローラ３は前記補正速度
指令を入力し、モータ４を駆動する。学習コントローラ
１では現在の速度指令を使用しないため、各試行間にあ
らかじめ次の１試行分の補正速度指令を算出し、メモリ
に記憶させることが可能であり、実際の試行時には、補
正計算を必要としないため、演算時間を考慮しなくてよ
く、サンプリング周期を短縮できる。
ずに、補正速度指令を与えてやることによりモータの位
置を追従させる学習制御則を実現する。 【構成】 学習コントローラ１は、検出したモータ４の
位置Ｘと目標位置指令ｒとの差を速度指令として入力
し、この入力信号Ｚから未来の速度指令を予測し、その
値が最小となるように現在の速度指令に対する補正速度
指令ｕを出力する。速度コントローラ３は前記補正速度
指令を入力し、モータ４を駆動する。学習コントローラ
１では現在の速度指令を使用しないため、各試行間にあ
らかじめ次の１試行分の補正速度指令を算出し、メモリ
に記憶させることが可能であり、実際の試行時には、補
正計算を必要としないため、演算時間を考慮しなくてよ
く、サンプリング周期を短縮できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繰り返し動作をする工
作機械、ロボット等の制御方式に関する。
作機械、ロボット等の制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】繰り返し目標値に対する学習制御系の設
計法としては、本出願人が特開平1ー237701号公報におい
て、提案した方式がある。この方式は、同じ目標値に対
する動作を繰り返し、過去の偏差をもとに未来の偏差を
予測し、その値が最小となるように制御入力を補正する
もので、その結果最終的には目標値と出力が一致するた
め、高精度な追従動作が実現される。また位置指令を利
用せずに、モータの位置検出器により検出したモータの
位置と目標位置指令との差を速度指令とし、その現在の
速度指令と、過去の速度指令から、その値が最小となる
ように現在の速度指令の補正を行なって、高精度な追従
動作を実現する方式を特願平2ー196940号において提案し
た。
計法としては、本出願人が特開平1ー237701号公報におい
て、提案した方式がある。この方式は、同じ目標値に対
する動作を繰り返し、過去の偏差をもとに未来の偏差を
予測し、その値が最小となるように制御入力を補正する
もので、その結果最終的には目標値と出力が一致するた
め、高精度な追従動作が実現される。また位置指令を利
用せずに、モータの位置検出器により検出したモータの
位置と目標位置指令との差を速度指令とし、その現在の
速度指令と、過去の速度指令から、その値が最小となる
ように現在の速度指令の補正を行なって、高精度な追従
動作を実現する方式を特願平2ー196940号において提案し
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが特開平1ー2377
01号公報の方式をモータの位置追従制御に適用した場
合、位置指令を補正することになるため、補正演算は位
置ループを制御するコントローラあるいはその前段で行
わなければならず、学習コントロ−ラは目標位置指令を
取得する必要があった。また位置指令を利用せずに速度
指令を利用した特願平2ー196940号の場合、現在の速度指
令を利用するため補正演算にかかる時間によっては制御
が実現不可能な場合が生ずる。そこで本発明は、現在の
速度指令を利用せずに、補正速度指令を与えてやること
によりモータの位置を追従させる学習制御方式を実現す
ることを目的とする。
01号公報の方式をモータの位置追従制御に適用した場
合、位置指令を補正することになるため、補正演算は位
置ループを制御するコントローラあるいはその前段で行
わなければならず、学習コントロ−ラは目標位置指令を
取得する必要があった。また位置指令を利用せずに速度
指令を利用した特願平2ー196940号の場合、現在の速度指
令を利用するため補正演算にかかる時間によっては制御
が実現不可能な場合が生ずる。そこで本発明は、現在の
速度指令を利用せずに、補正速度指令を与えてやること
によりモータの位置を追従させる学習制御方式を実現す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明では、同じパターンを繰り返す目標位置指令
にモータの位置を追従させるよう、モータへ入力を与え
る制御系において、検出したモータの位置と目標位置指
令との差を速度指令として入力し、この入力信号から未
来の速度指令を予測し、その値が最小となるように現在
の速度指令に対する補正速度指令を出力する学習コント
ローラと、前記補正速度指令を入力し、前記モータを駆
動する速度コントローラを備えた速度指令の補正による
学習制御方式において、学習コントローラでは初回の試
行においては、初回の補正速度指令ｕ(i) を、 ｕ(i) = ｚ(i) （i=i o ,...,in ) とし、それ以降の試行においては、ｕ(i) を、数１に示
す式で求めるようにすることを特徴とするものである。
め、本発明では、同じパターンを繰り返す目標位置指令
にモータの位置を追従させるよう、モータへ入力を与え
る制御系において、検出したモータの位置と目標位置指
令との差を速度指令として入力し、この入力信号から未
来の速度指令を予測し、その値が最小となるように現在
の速度指令に対する補正速度指令を出力する学習コント
ローラと、前記補正速度指令を入力し、前記モータを駆
動する速度コントローラを備えた速度指令の補正による
学習制御方式において、学習コントローラでは初回の試
行においては、初回の補正速度指令ｕ(i) を、 ｕ(i) = ｚ(i) （i=i o ,...,in ) とし、それ以降の試行においては、ｕ(i) を、数１に示
す式で求めるようにすることを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】上記手段により、位置指令自体は用いず、目標
位置とモータの位置との差によって与えられる速度指令
を現在の速度指令を利用せずに補正することにより、最
終的には速度指令、すなはち、位置偏差はゼロとなる。
さらに、現在の速度指令を使用しないため、各試行間に
あらかじめ次の１試行分の補正速度指令を算出し、メモ
リに記憶させることが可能であり、実際の試行時には、
補正計算を必要としないため、演算時間を考慮しなくて
よく、サンプリング周期を短縮することが可能となる。
位置とモータの位置との差によって与えられる速度指令
を現在の速度指令を利用せずに補正することにより、最
終的には速度指令、すなはち、位置偏差はゼロとなる。
さらに、現在の速度指令を使用しないため、各試行間に
あらかじめ次の１試行分の補正速度指令を算出し、メモ
リに記憶させることが可能であり、実際の試行時には、
補正計算を必要としないため、演算時間を考慮しなくて
よく、サンプリング周期を短縮することが可能となる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図１、図２に
示して説明する。図１は、本発明の学習コントローラを
モータの位置制御に適用した場合の構成図である。図中
６は減算器で、位置指令ｒと位置ｘとの偏差ｅを出力す
る。２は乗算器であり、減算器６で得られた偏差ｅにＫ
p を乗じた値を速度指令ｚとして出力する。１は学習コ
ントローラで、速度指令ｚを受け取り、補正速度指令ｕ
を出力する。３は速度コントローラでモータ４の速度制
御を行う。５はモータ４の速度ｖと位置ｘとを関係づけ
る積分器である。ここで、学習コントローラ１を取り除
いて速度指令ｚをそのまま速度コントローラ３へ入力す
ると、通常の位置制御の構成となり、これらは従来のシ
ステムをそのまま利用できる。学習コントローラ１の内
部構成図を図２に示す。図中１３は演算器であり、
示して説明する。図１は、本発明の学習コントローラを
モータの位置制御に適用した場合の構成図である。図中
６は減算器で、位置指令ｒと位置ｘとの偏差ｅを出力す
る。２は乗算器であり、減算器６で得られた偏差ｅにＫ
p を乗じた値を速度指令ｚとして出力する。１は学習コ
ントローラで、速度指令ｚを受け取り、補正速度指令ｕ
を出力する。３は速度コントローラでモータ４の速度制
御を行う。５はモータ４の速度ｖと位置ｘとを関係づけ
る積分器である。ここで、学習コントローラ１を取り除
いて速度指令ｚをそのまま速度コントローラ３へ入力す
ると、通常の位置制御の構成となり、これらは従来のシ
ステムをそのまま利用できる。学習コントローラ１の内
部構成図を図２に示す。図中１３は演算器であり、
【０００７】
【数２】
【０００８】なる演算によって、今回の試行時における
補正速度指令ｕ(i)（i=i o ,...,in ) を算出する。図
２においてｉo （ｉo ' ）, ｉn （ｉn ' ）は今回（前
回）の試行時の制御開始時刻及び制御終了時刻であり、
さらにｉm ＝ｉn ＋Ｍ（ｉm ',ｉn ' ＋Ｍ）であるとす
る。また、１０は、定数ｑ1 ，ｑ2 ，・・・ ，ｑM ，
ｆ1 ，ｆ2 ，・・・ ，ｆN-1 を記憶するメモリ、１１は、
今回試行時の補正値の積分値（Ｓ(j),j=i-1,i-2,・・,i-N
+1）を記憶するメモリで、演算器１３での演算の際必要
となるが必ずしも１試行分すべての値を記憶する必要は
ない。１２は、前回の試行時の速度指令値ｚ (ｊ)（ｊ
＝ｉ0 ' ，ｉ0 ' ＋１，・・・，ｉm ' ）を記憶するメ
モリであり今回の試行の際には速度指令値ｚ (ｊ) （ｊ
＝ｉo ，ｉo ＋１，・・・，ｉm ）が記憶される。１４
は、１試行分の補正速度指令値ｕ (ｊ) （ｊ＝ｉo ，ｉ
o ＋１，・・・，ｉm ）を記憶するメモリで、前回の試
行時には前回の試行時の補正速度指令値ｕ (ｊ) （ｊ＝
ｉo ' ，ｉo ' ＋１，・・・，ｉn ')が記憶されてお
り、前回の試行が終了したのち演算器１３によって算出
される今回の補正速度指令値ｕ (ｊ) （ｊ＝ｉo ，ｉo
＋１，・・・，ｉn ）が記憶され今回の試行の際出力さ
れる。さらに、１５はホールド回路、１６は第一図にお
いて学習コントロ−ラのところでル−プを切り、補正速
度指令ｕを入力、速度指令ｚを出力とする制御対象であ
る。１７、１８はサンプリング周期Ｔで閉じるサンプラ
である。（１）式の導出を行う。いま初回の試行におけ
る補正速度指令ｕ(i) を ｕ(i) = z(i) （i=i o ,...,in ) (4-a) 次からの試行における補正速度指令ｕ(i) を ｕ(i) = ｕ(i') +σ(i) （i=io ,...,in ) （i ’=io ',...,i n ')(4-b) とする。また過去から現在の試行時までの補正速度指令
ｕ(i) の積分値Ｕ(i) を
補正速度指令ｕ(i)（i=i o ,...,in ) を算出する。図
２においてｉo （ｉo ' ）, ｉn （ｉn ' ）は今回（前
回）の試行時の制御開始時刻及び制御終了時刻であり、
さらにｉm ＝ｉn ＋Ｍ（ｉm ',ｉn ' ＋Ｍ）であるとす
る。また、１０は、定数ｑ1 ，ｑ2 ，・・・ ，ｑM ，
ｆ1 ，ｆ2 ，・・・ ，ｆN-1 を記憶するメモリ、１１は、
今回試行時の補正値の積分値（Ｓ(j),j=i-1,i-2,・・,i-N
+1）を記憶するメモリで、演算器１３での演算の際必要
となるが必ずしも１試行分すべての値を記憶する必要は
ない。１２は、前回の試行時の速度指令値ｚ (ｊ)（ｊ
＝ｉ0 ' ，ｉ0 ' ＋１，・・・，ｉm ' ）を記憶するメ
モリであり今回の試行の際には速度指令値ｚ (ｊ) （ｊ
＝ｉo ，ｉo ＋１，・・・，ｉm ）が記憶される。１４
は、１試行分の補正速度指令値ｕ (ｊ) （ｊ＝ｉo ，ｉ
o ＋１，・・・，ｉm ）を記憶するメモリで、前回の試
行時には前回の試行時の補正速度指令値ｕ (ｊ) （ｊ＝
ｉo ' ，ｉo ' ＋１，・・・，ｉn ')が記憶されてお
り、前回の試行が終了したのち演算器１３によって算出
される今回の補正速度指令値ｕ (ｊ) （ｊ＝ｉo ，ｉo
＋１，・・・，ｉn ）が記憶され今回の試行の際出力さ
れる。さらに、１５はホールド回路、１６は第一図にお
いて学習コントロ−ラのところでル−プを切り、補正速
度指令ｕを入力、速度指令ｚを出力とする制御対象であ
る。１７、１８はサンプリング周期Ｔで閉じるサンプラ
である。（１）式の導出を行う。いま初回の試行におけ
る補正速度指令ｕ(i) を ｕ(i) = z(i) （i=i o ,...,in ) (4-a) 次からの試行における補正速度指令ｕ(i) を ｕ(i) = ｕ(i') +σ(i) （i=io ,...,in ) （i ’=io ',...,i n ')(4-b) とする。また過去から現在の試行時までの補正速度指令
ｕ(i) の積分値Ｕ(i) を
【０００９】
【数３】
【００１０】と与えるものとする。図１の閉ループを学
習コントローラと速度コントローラの間で切って入力を
ｕ(i) 、出力をｚ(i) とする制御対象Ｇp を考える（図
３）。制御対象Ｇp は、１入力１出力の系で負の積分特
性をもっているため、そのインパルス応答はサンプル値
Ｈj (j=0,1,2,...) が、Ｈo = 0 、Ｈn ≒ＨN (n>N) と
なり、今回の試行の速度指令ｚは
習コントローラと速度コントローラの間で切って入力を
ｕ(i) 、出力をｚ(i) とする制御対象Ｇp を考える（図
３）。制御対象Ｇp は、１入力１出力の系で負の積分特
性をもっているため、そのインパルス応答はサンプル値
Ｈj (j=0,1,2,...) が、Ｈo = 0 、Ｈn ≒ＨN (n>N) と
なり、今回の試行の速度指令ｚは
【００１１】
【数４】
【００１２】と推定される。また前回の試行では
【００１３】
【数５】
【００１４】である。（６）式より（７）式を引くこと
により
により
【００１５】
【数６】
【００１６】を得る。ただしδ、およびＳはｚおよびＵ
の前回試行時の値からの変化分であり、次式で定義され
る。 δ(i) = ｚ(i) - ｚ(i') （i=i o ,...,in ) （i ’=io ',...,i n ')(9) Ｓ(i) = Ｕ(i) - Ｕ(i') （i=i o ,...,in ) （i ’=io ',...,i n ')(10) また（４−ｂ）、（５）、（１０）式より σ(i) = Ｓ(i) - Ｓ(i-1) （i=i o ,...,in ) (11) である。今回の試行の時刻ｉにおいて、未来の補正値σ
(i+m)(m=1,2,..,M) をゼロと仮定すると、未来の出力の
変化分δ(i+m)(m=1,2,..,M) は次式で予測される。
の前回試行時の値からの変化分であり、次式で定義され
る。 δ(i) = ｚ(i) - ｚ(i') （i=i o ,...,in ) （i ’=io ',...,i n ')(9) Ｓ(i) = Ｕ(i) - Ｕ(i') （i=i o ,...,in ) （i ’=io ',...,i n ')(10) また（４−ｂ）、（５）、（１０）式より σ(i) = Ｓ(i) - Ｓ(i-1) （i=i o ,...,in ) (11) である。今回の試行の時刻ｉにおいて、未来の補正値σ
(i+m)(m=1,2,..,M) をゼロと仮定すると、未来の出力の
変化分δ(i+m)(m=1,2,..,M) は次式で予測される。
【００１７】
【数７】
【００１８】ここで、未来時刻ｉ＋ｍ での速度指令ｚ
(i+m)は,(8)式より
(i+m)は,(8)式より
【００１９】
【数８】
【００２０】で予測される。今速度指令ｚは位置偏差に
Ｋｐを乗じたものであるから、未来時刻ｉ+ Ｍまでの位
置偏差を小さくする指標として次の評価関数Ｊ
Ｋｐを乗じたものであるから、未来時刻ｉ+ Ｍまでの位
置偏差を小さくする指標として次の評価関数Ｊ
【００２１】
【数９】
【００２２】を考え、この評価関数Ｊが最小となるよう
にＳ(i) （i=i o ,...,in ) を決定する。ここでｗ
m は、未来時刻ｉ＋ｍにおける速度指令値の予測値ｚ(i
+m) に掛ける重み係数であり、その１例を図４に示す。
いま式∂Ｊ／∂Ｓ(i) = 0は、未知数Ｓ(i) に関する１
次の代数方程式となるため、Ｊを最小にするＳ(i) は簡
単に求められ、結局、時刻ｉ（i=i o ,...,in ) におけ
るＳ(i) は、次式で与えられる。
にＳ(i) （i=i o ,...,in ) を決定する。ここでｗ
m は、未来時刻ｉ＋ｍにおける速度指令値の予測値ｚ(i
+m) に掛ける重み係数であり、その１例を図４に示す。
いま式∂Ｊ／∂Ｓ(i) = 0は、未知数Ｓ(i) に関する１
次の代数方程式となるため、Ｊを最小にするＳ(i) は簡
単に求められ、結局、時刻ｉ（i=i o ,...,in ) におけ
るＳ(i) は、次式で与えられる。
【００２３】
【数１０】
【００２４】ただし、
【００２５】
【数１１】
【００２６】ただし、定数ｑm 、ｆn は、インパルス応
答データ｛H n ｝を測定し、重み係数｛w m ｝を適当に
与えることにより，学習を行う前にあらかじめ算出でき
る．ここで、インパルス応答H j (j=0,1,・・,N)は制御対
象Ｇp の単位ステップ応答のサンプル値の差分値、ある
いは、ランプ応答の２階差分値を用いれば良い。図５に
シミュレーションの結果を示す。（ａ）は学習なしの場
合、（ｂ）は本発明を適用した場合である。指令形状は
周波数2.5(Hz) の正弦波で、第一図における補正速度指
令から速度ｖまでの伝達関数を１／（ｓ2 ＋２ζωｓ＋
ω2 ）で近似し、減衰定数ζを1 、ル- プゲインＫｐを
50(rad/sec) 、角振動数ωを300(rad/sec)とした。また
実際のサーボシステムに本制御則を適用したとき、数回
の試行の後偏差が定常値として残る場合には、そこで学
習操作を打ち切り、次のように ｕ(i) = ｕ(i) + K ・ off として補正指令を再び補正する試行を数回行って定常偏
差を取り去れば良い。ただしK は任意の定数，off は定
常偏差を表す。
答データ｛H n ｝を測定し、重み係数｛w m ｝を適当に
与えることにより，学習を行う前にあらかじめ算出でき
る．ここで、インパルス応答H j (j=0,1,・・,N)は制御対
象Ｇp の単位ステップ応答のサンプル値の差分値、ある
いは、ランプ応答の２階差分値を用いれば良い。図５に
シミュレーションの結果を示す。（ａ）は学習なしの場
合、（ｂ）は本発明を適用した場合である。指令形状は
周波数2.5(Hz) の正弦波で、第一図における補正速度指
令から速度ｖまでの伝達関数を１／（ｓ2 ＋２ζωｓ＋
ω2 ）で近似し、減衰定数ζを1 、ル- プゲインＫｐを
50(rad/sec) 、角振動数ωを300(rad/sec)とした。また
実際のサーボシステムに本制御則を適用したとき、数回
の試行の後偏差が定常値として残る場合には、そこで学
習操作を打ち切り、次のように ｕ(i) = ｕ(i) + K ・ off として補正指令を再び補正する試行を数回行って定常偏
差を取り去れば良い。ただしK は任意の定数，off は定
常偏差を表す。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、同
じパターンを繰り返す位置指令に対して、位置指令とモ
ータの位置との差を速度指令とし、その速度指令を学習
コントローラへ入力し、この学習コントローラ内では、
未来の速度指令予測し、その値が最小となるように現在
の速度指令を利用せず現在の速度指令の補正を行い、そ
の補正速度指令を該速度コントローラへ入力するため、
位置偏差の計算は従来のコントローラをそのまま流用で
き、学習コントローラは位置指令を必要とせず、また演
算時間を考慮することなく最終的には、位置指令に対し
て、追従精度が格段に良い制御系が実現されるという効
果がある。
じパターンを繰り返す位置指令に対して、位置指令とモ
ータの位置との差を速度指令とし、その速度指令を学習
コントローラへ入力し、この学習コントローラ内では、
未来の速度指令予測し、その値が最小となるように現在
の速度指令を利用せず現在の速度指令の補正を行い、そ
の補正速度指令を該速度コントローラへ入力するため、
位置偏差の計算は従来のコントローラをそのまま流用で
き、学習コントローラは位置指令を必要とせず、また演
算時間を考慮することなく最終的には、位置指令に対し
て、追従精度が格段に良い制御系が実現されるという効
果がある。
【図１】本発明の学習コントローラをモータの位置制御
に適用した場合の構成図
に適用した場合の構成図
【図２】学習コントローラの内部構成図
【図３】本発明の動作説明図
【図４】本発明の動作説明図
【図５】本発明の動作説明図
１ 学習コントローラ ２ 乗算器 ３ 速度コントローラ ４ モータ ５ 積分器 ６ 減算器
Claims (2)
- 【請求項１】 同じパターンを繰り返す目標位置指令に
モータの位置を追従させるよう、モータへ入力を与える
制御系において、検出したモータの位置と目標位置指令
との差を速度指令として入力し、この入力信号から未来
の速度指令を予測し、その値が最小となるように現在の
速度指令に対する補正速度指令を出力する学習コントロ
ーラと、前記補正速度指令を入力し、前記モータを駆動
する速度コントローラを備えた速度指令の補正による学
習制御方式において、学習コントローラでは初回の試行
においては、初回の補正速度指令ｕ(i) を、 ｕ(i) = ｚ(i) （i=i o ,...,in ) とし、それ以降の試行においては、ｕ(i) を、 【数１】 とすることを特徴とする速度指令の補正による学習制御
方式。 - 【請求項２】 数回の学習後、定常偏差off が生じる場
合、 ｕ(i) = ｕ(i) + K ・ off （ただし，K は任意の
定数）とする補正を行い、所定回数この補正を繰り返す
ことを特徴とする請求項１記載の速度指令の補正による
学習制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33131091A JPH05143109A (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 速度指令の補正による学習制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33131091A JPH05143109A (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 速度指令の補正による学習制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05143109A true JPH05143109A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=18242257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33131091A Pending JPH05143109A (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 速度指令の補正による学習制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05143109A (ja) |
-
1991
- 1991-11-19 JP JP33131091A patent/JPH05143109A/ja active Pending
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