JPH05250039A - ディジタルサーボ制御装置 - Google Patents
ディジタルサーボ制御装置Info
- Publication number
- JPH05250039A JPH05250039A JP4656792A JP4656792A JPH05250039A JP H05250039 A JPH05250039 A JP H05250039A JP 4656792 A JP4656792 A JP 4656792A JP 4656792 A JP4656792 A JP 4656792A JP H05250039 A JPH05250039 A JP H05250039A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scale
- control
- digital servo
- control device
- variable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 産業用ロボット、ＮＣ工作機械等において速
度制御や位置決め制御を行うためのディジタルサーボ制
御装置に関し、制御偏差を観察してこの制御偏差に応じ
てスケールを動的に変更することにより制御系の性能を
向上させることができるディタルサーボ制御装置を提案
することを目的とする。 【構成】 本発明においては、制御対象から出力される
変数に基づいてフィードバック演算範囲のスケールをス
ケール設定手段で変更し、制御値を補償演算して制御対
象をフィードバック制御するように構成したので、制御
対象毎に最適な固定スケールの決定という各演算の困難
性がなくなり、サーボ制御系でのオーバーフローが未然
に防止できると共に、量子化誤差を低減させる。
度制御や位置決め制御を行うためのディジタルサーボ制
御装置に関し、制御偏差を観察してこの制御偏差に応じ
てスケールを動的に変更することにより制御系の性能を
向上させることができるディタルサーボ制御装置を提案
することを目的とする。 【構成】 本発明においては、制御対象から出力される
変数に基づいてフィードバック演算範囲のスケールをス
ケール設定手段で変更し、制御値を補償演算して制御対
象をフィードバック制御するように構成したので、制御
対象毎に最適な固定スケールの決定という各演算の困難
性がなくなり、サーボ制御系でのオーバーフローが未然
に防止できると共に、量子化誤差を低減させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボット、ＮＣ
工作機械等において速度制御や位置決め制御を行うため
のディジタルサーボ制御装置に関する。
工作機械等において速度制御や位置決め制御を行うため
のディジタルサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にサーボ制御装置は、ノイズ、素子
のばらつき、温度変化等に影響されにくく、制御パラメ
ータの調整や制御系の変更が容易で、様々な付加機能を
容易に追加できるように、各制御量をディジタルデータ
で表現し、制御量の計算をコンピュータのプログラムで
実現したディジタル制御系で構成することが多い。従来
のディジタルサーボ制御装置は、マイクロコンピュータ
やディジタルシグナルプロセッサ（ＤＰＳ）で加減算や
乗除算等の制御量の計算を行っているが、その計算は通
常、固定小数点形式で行われている。
のばらつき、温度変化等に影響されにくく、制御パラメ
ータの調整や制御系の変更が容易で、様々な付加機能を
容易に追加できるように、各制御量をディジタルデータ
で表現し、制御量の計算をコンピュータのプログラムで
実現したディジタル制御系で構成することが多い。従来
のディジタルサーボ制御装置は、マイクロコンピュータ
やディジタルシグナルプロセッサ（ＤＰＳ）で加減算や
乗除算等の制御量の計算を行っているが、その計算は通
常、固定小数点形式で行われている。
【０００３】従来、この種のサーボ制御装置は、図４に
示すものがあった。同図において従来のサーボ制御装置
は、制御対象の出力ｙを目標値ｒに一致させるように制
御偏差ｅ＝ｒ−ｙを零にするように補償器で操作量ｕを
発生するようになっている。補償器は、例えばＰＩＤ制
御では、安全性を向上させるための微分器と定常偏差を
除去するための積分器を付加し、位置偏差ｅに比例ゲイ
ンｇp を乗じたものと位置偏差ｅの微分ｄに微分ゲイン
ｇd を乗じたものと位置偏差ｅの積分ｉに積分ゲインｇ
i を乗じたものの和を操作量ｕとする。また、現代制御
論理を応用して、オブサーバによって制御対象の内部状
態を推定し、その内部状態に適当な状態フィードバック
ゲインＧを乗じたものを操作量とする方式もある。
示すものがあった。同図において従来のサーボ制御装置
は、制御対象の出力ｙを目標値ｒに一致させるように制
御偏差ｅ＝ｒ−ｙを零にするように補償器で操作量ｕを
発生するようになっている。補償器は、例えばＰＩＤ制
御では、安全性を向上させるための微分器と定常偏差を
除去するための積分器を付加し、位置偏差ｅに比例ゲイ
ンｇp を乗じたものと位置偏差ｅの微分ｄに微分ゲイン
ｇd を乗じたものと位置偏差ｅの積分ｉに積分ゲインｇ
i を乗じたものの和を操作量ｕとする。また、現代制御
論理を応用して、オブサーバによって制御対象の内部状
態を推定し、その内部状態に適当な状態フィードバック
ゲインＧを乗じたものを操作量とする方式もある。
【０００４】この現代制御理論に基づいたオブザーバと
状態フィードバックからなるサーボ制御系に適用してい
る。このサーボ制御系における制御対象の状態方程式と
出力方程式とを次に示す。 Ｘ（ｋ＋１）＝ＡＸ（Ｋ）＋Ｂｕ（ｋ） ｙ（ｋ）＝ＣＸ（ｋ） 前記各式において、大文字は行列かベクトル、小文字は
スカラーを示す（ｋ）は、時刻ｋを示す。また、行列Ａ
はシステムマトリックス、Ｂは制御マトリックス、Ｃは
出力マトリックスである。ここで、オブザーバゲインを
Ｈとすると、オブザーバの推定状態Ｗは、次式で表現す
ることができる。 Ｖ（ｋ）＝ＡＷ（Ｋ−１）＋Ｂｕ（ｋ−１） Ｗ（ｋ）＝Ｖ（ｋ）＋Ｈ｛ｅ（ｋ）−ＣＶ（ｋ）｝ 前記各式より推定状態Ｗ（ｋ）は、 Ｗ（ｋ）＝｛Ａ−ＨＣＡ｝Ｗ（ｋ−１） ＋｛Ｂ−ＨＣＢ｝ｕ（ｋ−１）＋Ｈｅ（ｋ） （１） となる。一方、操作量ｕは、積分器の出力ｘi とオブザ
ーバの推定状態Ｗから次式のようになる。 ｕ（ｋ）＝ＧＷ（ｋ）＋ｇi ｘi （ｋ） 前記状態フィードバックにおける固定小数点形式の計算
では、表現できる数値の範囲が限定されているので、制
御量や制御定数をその数値範囲に収まるようにしなけれ
ばならない。そのために、制御量や制御定数に適当なス
ケールを交換をしている。
状態フィードバックからなるサーボ制御系に適用してい
る。このサーボ制御系における制御対象の状態方程式と
出力方程式とを次に示す。 Ｘ（ｋ＋１）＝ＡＸ（Ｋ）＋Ｂｕ（ｋ） ｙ（ｋ）＝ＣＸ（ｋ） 前記各式において、大文字は行列かベクトル、小文字は
スカラーを示す（ｋ）は、時刻ｋを示す。また、行列Ａ
はシステムマトリックス、Ｂは制御マトリックス、Ｃは
出力マトリックスである。ここで、オブザーバゲインを
Ｈとすると、オブザーバの推定状態Ｗは、次式で表現す
ることができる。 Ｖ（ｋ）＝ＡＷ（Ｋ−１）＋Ｂｕ（ｋ−１） Ｗ（ｋ）＝Ｖ（ｋ）＋Ｈ｛ｅ（ｋ）−ＣＶ（ｋ）｝ 前記各式より推定状態Ｗ（ｋ）は、 Ｗ（ｋ）＝｛Ａ−ＨＣＡ｝Ｗ（ｋ−１） ＋｛Ｂ−ＨＣＢ｝ｕ（ｋ−１）＋Ｈｅ（ｋ） （１） となる。一方、操作量ｕは、積分器の出力ｘi とオブザ
ーバの推定状態Ｗから次式のようになる。 ｕ（ｋ）＝ＧＷ（ｋ）＋ｇi ｘi （ｋ） 前記状態フィードバックにおける固定小数点形式の計算
では、表現できる数値の範囲が限定されているので、制
御量や制御定数をその数値範囲に収まるようにしなけれ
ばならない。そのために、制御量や制御定数に適当なス
ケールを交換をしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のサーボ制御装置
は以上のように構成されていたことから、このスケール
の選択が悪いとサーボ制御中に制御量が数値範囲を越え
て（オーバーフロー）非常に大きな誤差が発生し、また
数値を表現するｂｉｔ長が決まっていることから逆に数
値が小さ過ぎると桁落ちによる誤差（量子化誤差）が発
生するという課題を有する。このような量子化誤差は前
記（１）式におけるオブザーバの演算時に特に大きくな
る。
は以上のように構成されていたことから、このスケール
の選択が悪いとサーボ制御中に制御量が数値範囲を越え
て（オーバーフロー）非常に大きな誤差が発生し、また
数値を表現するｂｉｔ長が決まっていることから逆に数
値が小さ過ぎると桁落ちによる誤差（量子化誤差）が発
生するという課題を有する。このような量子化誤差は前
記（１）式におけるオブザーバの演算時に特に大きくな
る。
【０００６】このような課題を解消するために、大き過
ぎも小さ過ぎもしないように最適なスケールを選ぶこと
が重要になるが、実際に最適なスケールを選ぶのは困難
である。そこで、小さめにスケールを選ぶようにすれ
ば、オーバーフローすることは最悪でも避けられるが量
子化誤差は大きくなるという問題を生じる。例えば、図
４のサーボ制御系でも、補償器３の内部で適当に制御偏
差ｅをスケーリングしているが、制御偏差ｅは時々刻々
と変化するので、最も制御偏差ｅが大きくでるような場
合でもオーバーフローしないようにスケールを選ぶ必要
がある。しかし、どれだけの制御偏差ｅが出るかは実際
に動作させてにみないと判らないし、また、突発的に大
きな偏差が発生することもある。そのために、いかなる
場合でもオーバーフローしないように小さめにスケーリ
ングするので、例えば、偏差が零に近いような場合に
は、演算により桁落ちしてしまって誤差の多い結果しか
得られず、制御系の性能が劣化する。
ぎも小さ過ぎもしないように最適なスケールを選ぶこと
が重要になるが、実際に最適なスケールを選ぶのは困難
である。そこで、小さめにスケールを選ぶようにすれ
ば、オーバーフローすることは最悪でも避けられるが量
子化誤差は大きくなるという問題を生じる。例えば、図
４のサーボ制御系でも、補償器３の内部で適当に制御偏
差ｅをスケーリングしているが、制御偏差ｅは時々刻々
と変化するので、最も制御偏差ｅが大きくでるような場
合でもオーバーフローしないようにスケールを選ぶ必要
がある。しかし、どれだけの制御偏差ｅが出るかは実際
に動作させてにみないと判らないし、また、突発的に大
きな偏差が発生することもある。そのために、いかなる
場合でもオーバーフローしないように小さめにスケーリ
ングするので、例えば、偏差が零に近いような場合に
は、演算により桁落ちしてしまって誤差の多い結果しか
得られず、制御系の性能が劣化する。
【０００７】このような制御系の性能劣化を回避するた
めには、計算器のｂｉｔ数を増加させるか、あるいは計
算を浮動小数点形式で行う等の対策があるが、これらの
方法はハードウェアの増大を引き起こしてコストアップ
になったり、また演算時間の増加によるサンプリング周
波数の低下により新たな制御性能劣化が生じることとな
る。
めには、計算器のｂｉｔ数を増加させるか、あるいは計
算を浮動小数点形式で行う等の対策があるが、これらの
方法はハードウェアの増大を引き起こしてコストアップ
になったり、また演算時間の増加によるサンプリング周
波数の低下により新たな制御性能劣化が生じることとな
る。
【０００８】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、制御偏差を観察してこの制御偏差に応じてス
ケールを動的に変更することにより制御系の性能を向上
させることができるディタルサーボ制御装置を提案する
ことを目的とする。
たもので、制御偏差を観察してこの制御偏差に応じてス
ケールを動的に変更することにより制御系の性能を向上
させることができるディタルサーボ制御装置を提案する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図を示す。同図において本発明に係るディジタルサーボ
制御装置は、入力される目標値に基づいて動作する制御
対象から出力される変数がフォードバックループから帰
還され、当該帰還された変数と前記目標値とに基づいて
制御値を固定小数点形式で演算するディジタルサーボ制
御装置において、前記演算の固定小数点に適合する所定
の演算範囲内に演算の範囲を収めるためのスケールを、
前記帰還された状態変数に基づいて変更するスケール設
定手段を備えるものである。
図を示す。同図において本発明に係るディジタルサーボ
制御装置は、入力される目標値に基づいて動作する制御
対象から出力される変数がフォードバックループから帰
還され、当該帰還された変数と前記目標値とに基づいて
制御値を固定小数点形式で演算するディジタルサーボ制
御装置において、前記演算の固定小数点に適合する所定
の演算範囲内に演算の範囲を収めるためのスケールを、
前記帰還された状態変数に基づいて変更するスケール設
定手段を備えるものである。
【００１０】
【作用】本発明においては、制御対象から出力される変
数に基づいてフィードバック演算範囲のスケールをスケ
ール設定手段で変更し、制御値を補償演算して制御対象
をフィードバック制御するように構成したので、制御対
象毎に最適な固定スケールの決定という各演算の困難性
がなくなり、サーボ制御系でのオーバーフローが未然に
防止できると共に、量子化誤差を低減させる。
数に基づいてフィードバック演算範囲のスケールをスケ
ール設定手段で変更し、制御値を補償演算して制御対象
をフィードバック制御するように構成したので、制御対
象毎に最適な固定スケールの決定という各演算の困難性
がなくなり、サーボ制御系でのオーバーフローが未然に
防止できると共に、量子化誤差を低減させる。
【００１１】
ａ）本発明の一実施例 以下、本発明の一実施例を図２に基づいて説明する。こ
の図２は本実施例制御装置のブロック構成図を示す。
の図２は本実施例制御装置のブロック構成図を示す。
【００１２】同図において本実施例に係るディジタルサ
ーボ制御装置は、目標値ｒと制御対象５から出力される
制御量ｙ（controlled variable ）としての変数とを比
較器１で比較し、この比較結果としての制御偏差ｅが積
分器３１を介して積分値ｘi及び後述するオブザーバ３
３を介して出力される推定状態Ｗが状態フィードバック
部３２に入力され、各入力された積分値ｘi 及び推定状
態Ｗに基づいて操作量ｕを前記制御対象５に出力してフ
ィードバック部３２がフィードバック制御する構成であ
る。
ーボ制御装置は、目標値ｒと制御対象５から出力される
制御量ｙ（controlled variable ）としての変数とを比
較器１で比較し、この比較結果としての制御偏差ｅが積
分器３１を介して積分値ｘi及び後述するオブザーバ３
３を介して出力される推定状態Ｗが状態フィードバック
部３２に入力され、各入力された積分値ｘi 及び推定状
態Ｗに基づいて操作量ｕを前記制御対象５に出力してフ
ィードバック部３２がフィードバック制御する構成であ
る。
【００１３】また、前記制御偏差ｅがスケール設定器６
に入力され、このスケール設定器６は制御偏差の偏差量
に対応したスケールＳc を設定する。前記スケール設定
器６は、制御偏差ｅの頻繁な変動による演算量の増大を
低減するために制御偏差ｅの低周波帯域のみを通過させ
るローパルフィルタ６１と、この低周波帯域の制御偏差
ｅの絶対値を求める絶対値算出部６２と、この絶対値の
制御偏差ｅに対応するスケールＳc を予めフォーマット
として表形式で格納されたスケール表から表引きして出
力するスケール表引部６３とを備える構成である。前記
ローパスフィルタ６１は制御偏差ｅの頻繁な変動による
演算量の増大を低減するために設けられ、この通過帯域
を制御系の帯域に対して充分低く設定することにより制
御偏差ｅの変動を吸収して直流に近い成分のみ取り出
す。
に入力され、このスケール設定器６は制御偏差の偏差量
に対応したスケールＳc を設定する。前記スケール設定
器６は、制御偏差ｅの頻繁な変動による演算量の増大を
低減するために制御偏差ｅの低周波帯域のみを通過させ
るローパルフィルタ６１と、この低周波帯域の制御偏差
ｅの絶対値を求める絶対値算出部６２と、この絶対値の
制御偏差ｅに対応するスケールＳc を予めフォーマット
として表形式で格納されたスケール表から表引きして出
力するスケール表引部６３とを備える構成である。前記
ローパスフィルタ６１は制御偏差ｅの頻繁な変動による
演算量の増大を低減するために設けられ、この通過帯域
を制御系の帯域に対して充分低く設定することにより制
御偏差ｅの変動を吸収して直流に近い成分のみ取り出
す。
【００１４】また、前記表引きされて出力されるスケー
ルＳc は制御偏差ｅの絶対値の大小により選択されるも
のである。即ち、制御偏差ｅの絶対値が小さいときはス
ケールＳc を大きくして高精度に推定状態Ｗをオブザー
バ３３で演算できるようにしている。さらに、前記絶対
値が大きいときはスケールＳc を小さくして前記オブザ
ーバ３３の演算中に生じるオーバーフローの発生を未然
に防止している。この制御偏差ｅの絶対値によるスケー
ルＳc の選択は、絶対値がいずれの場合にスケールＳc
をいずれにするかを予め決定したスケール表を作成して
おく。このスケール表は、制御偏差ｅの絶対値について
の所定の範囲と任意のスケールＳc とを対応付けた組が
複数格納されて形成される。
ルＳc は制御偏差ｅの絶対値の大小により選択されるも
のである。即ち、制御偏差ｅの絶対値が小さいときはス
ケールＳc を大きくして高精度に推定状態Ｗをオブザー
バ３３で演算できるようにしている。さらに、前記絶対
値が大きいときはスケールＳc を小さくして前記オブザ
ーバ３３の演算中に生じるオーバーフローの発生を未然
に防止している。この制御偏差ｅの絶対値によるスケー
ルＳc の選択は、絶対値がいずれの場合にスケールＳc
をいずれにするかを予め決定したスケール表を作成して
おく。このスケール表は、制御偏差ｅの絶対値について
の所定の範囲と任意のスケールＳc とを対応付けた組が
複数格納されて形成される。
【００１５】前記制御偏差ｅ及びスケール設定器６から
のスケールＳc がスケール調整部２１へ出力され、この
スケール調整部２１は入力されたスケールＳc に基づい
て制御偏差ｅをスケーリングしてスケーリング後の制御
偏差ｅ´としてオブザーバ３３に出力する。また、前記
スケール設定器６からのスケールＳc がスケール調整部
２２に入力され、このスケール調整部２２はスケールＳ
c に基づいて状態フィードバック部３２から出力される
操作量ｕをスケーリングして操作量ｕ´としてオブザー
バ３３に出力する。
のスケールＳc がスケール調整部２１へ出力され、この
スケール調整部２１は入力されたスケールＳc に基づい
て制御偏差ｅをスケーリングしてスケーリング後の制御
偏差ｅ´としてオブザーバ３３に出力する。また、前記
スケール設定器６からのスケールＳc がスケール調整部
２２に入力され、このスケール調整部２２はスケールＳ
c に基づいて状態フィードバック部３２から出力される
操作量ｕをスケーリングして操作量ｕ´としてオブザー
バ３３に出力する。
【００１６】前記オブザーバ３３は、入力されたスケー
リング後の制御偏差ｅ´及び操作量ｕ´に基づいて推定
状態Ｗ´を演算してスケール復帰部４１に出力する。以
上より前記制御偏差ｅ´（ｋ）、推定状態Ｗ´（ｋ）及
び操作量ｕ´（ｋ）は次式の通りとなる。
リング後の制御偏差ｅ´及び操作量ｕ´に基づいて推定
状態Ｗ´を演算してスケール復帰部４１に出力する。以
上より前記制御偏差ｅ´（ｋ）、推定状態Ｗ´（ｋ）及
び操作量ｕ´（ｋ）は次式の通りとなる。
【００１７】ｅ´（ｋ）＝Ｓc ・ｅ（ｋ） Ｗ´（ｋ）＝Ｓc ・Ｗ（ｋ） ｕ´（ｋ）＝Ｓc ・ｕ（ｋ） 前記各式及び式（１）よりオブザーバ３３から出力され
る推定状態Ｗ´（ｋ）は次式の通りとなる。
る推定状態Ｗ´（ｋ）は次式の通りとなる。
【００１８】 Ｗ´（ｋ）＝｛Ａ−ＨＣＡ｝Ｗ´（ｋ−１）＋｛Ｂ−ＨＣＢ｝ｕ´（ｋ−１） ＋Ｈｅ´（ｋ） 前記スケール復帰部４１は推定状態Ｗ´（ｋ）をスケー
ル設定器６から出力されるスケールＳc の逆数、即ち
（１／Ｓc ）に基づいてスケーリング復帰を行なって推
定状態Ｗを状態フィードバック部３２に出力する。この
推定状態Ｗと積分器３１の積分値ｘi とに基づいて状態
フィードバック部３２はフィードバック演算処理するこ
とにより操作量ｕを制御対象５に出力し、制御対象５の
動作を制御する。
ル設定器６から出力されるスケールＳc の逆数、即ち
（１／Ｓc ）に基づいてスケーリング復帰を行なって推
定状態Ｗを状態フィードバック部３２に出力する。この
推定状態Ｗと積分器３１の積分値ｘi とに基づいて状態
フィードバック部３２はフィードバック演算処理するこ
とにより操作量ｕを制御対象５に出力し、制御対象５の
動作を制御する。
【００１９】ｂ）本発明の他の実施例 本発明の他の実施例制御装置はＰＩＤ制御系においてシ
フト演算処理により制御対象を動作制御するものであ
り、これを図３に示す。
フト演算処理により制御対象を動作制御するものであ
り、これを図３に示す。
【００２０】同図において他の実施例に係るディジタル
サーボ制御装置は、比較器１からの制御偏差ｅが積分器
３１、左シフタ２３及びスケール設定器６１に入力さ
れ、前記積分器３１、左シフタ２３及びスケール設定器
６１の各出力に基づいて積分フィードバック動作部３
５、比例フィードバック動作部３６及び微分フィードバ
ック動作部３７が各々修正動作を行ない、各修正結果を
加算器３８で加算してスケーリングされた操作量ｕ´を
算出し、このスケーリングされた操作量ｕ´を左シフタ
４２で本来の操作量ｕにシフト処理し、この操作量ｕに
基づいて制御対象５を制御するものである。
サーボ制御装置は、比較器１からの制御偏差ｅが積分器
３１、左シフタ２３及びスケール設定器６１に入力さ
れ、前記積分器３１、左シフタ２３及びスケール設定器
６１の各出力に基づいて積分フィードバック動作部３
５、比例フィードバック動作部３６及び微分フィードバ
ック動作部３７が各々修正動作を行ない、各修正結果を
加算器３８で加算してスケーリングされた操作量ｕ´を
算出し、このスケーリングされた操作量ｕ´を左シフタ
４２で本来の操作量ｕにシフト処理し、この操作量ｕに
基づいて制御対象５を制御するものである。
【００２１】前記スケール設定器６１は、入力される制
御偏差ｅの低周波帯域のみを通過させるローパルフィル
タ６４と、この通過した低周波帯域の制御偏差ｅに基づ
いてスケールを拡大するか否かを判定するスケール拡大
判定部６６と、前記入力される制御偏差ｅに基づいてス
ケールを縮小するか否かを判定するスケール縮小判定部
６５とを備える構成である。前記ローパスフィルタ６４
は前記実施例と同様に制御偏差ｅの頻繁な変動による演
算量の増大を制御するために設けられるものである。
御偏差ｅの低周波帯域のみを通過させるローパルフィル
タ６４と、この通過した低周波帯域の制御偏差ｅに基づ
いてスケールを拡大するか否かを判定するスケール拡大
判定部６６と、前記入力される制御偏差ｅに基づいてス
ケールを縮小するか否かを判定するスケール縮小判定部
６５とを備える構成である。前記ローパスフィルタ６４
は前記実施例と同様に制御偏差ｅの頻繁な変動による演
算量の増大を制御するために設けられるものである。
【００２２】前記スケール縮小判定部６５及びスケール
拡大判定部６６からの各判定値Ｐが各左シフタ２３、２
４、４２に各々出力され、この各左シフタ２３、２４、
４２は、シフト移動により制御偏差ｅ、積分値（制御偏
差ｅの積分値）ｉ、スケーリングされた操作量ｕ´をス
ケーリング処理する。
拡大判定部６６からの各判定値Ｐが各左シフタ２３、２
４、４２に各々出力され、この各左シフタ２３、２４、
４２は、シフト移動により制御偏差ｅ、積分値（制御偏
差ｅの積分値）ｉ、スケーリングされた操作量ｕ´をス
ケーリング処理する。
【００２３】次に、前記実施例の演算動作を従来制御装
置との比較において説明する。前記積分フィードバック
動作部３５の積分ゲインをｇi 、比例フィードバック動
作部３６の比較ゲインをｇp 、微分フィードバック動作
部３７の微分ゲインをｇd とする。前記比較器１からの
制御偏差ｅ（ｋ）は、 ｅ（ｋ）＝ｒ（ｋ）−ｙ（ｋ） となる。また、積分器３１からの制御偏差ｅ（ｋ）の積
分値ｉ（ｋ）は、 ｉ（ｋ）＝ｉ（ｋ−１）＋ｅ（ｋ） となる。ここでｉ（ｋ−１）はｋ番目のフィードバック
動作直前の（ｋ−１）番目におけるフィードバック動作
の積分値である。
置との比較において説明する。前記積分フィードバック
動作部３５の積分ゲインをｇi 、比例フィードバック動
作部３６の比較ゲインをｇp 、微分フィードバック動作
部３７の微分ゲインをｇd とする。前記比較器１からの
制御偏差ｅ（ｋ）は、 ｅ（ｋ）＝ｒ（ｋ）−ｙ（ｋ） となる。また、積分器３１からの制御偏差ｅ（ｋ）の積
分値ｉ（ｋ）は、 ｉ（ｋ）＝ｉ（ｋ−１）＋ｅ（ｋ） となる。ここでｉ（ｋ−１）はｋ番目のフィードバック
動作直前の（ｋ−１）番目におけるフィードバック動作
の積分値である。
【００２４】前記微分器３４の微分出力ｄ（但し、シン
プソンの公式を適用している）が微分フィードバック動
作部３７に入力され、この微分出力ｄに微分ゲインｇd
を乗じたものをｖ´とすると、 ｖ´（ｋ）＝（ｇ´d ／６）ｅ（ｋ）＋（ｇ´d ／２）ｅ（ｋ−１） −（ｇ´d ／２）ｅ（ｋ−２）−（ｇ´d ／６）ｅ（ｋ−３）…（２） 前記各フィードバック動作部３５、３６、３７の各出力
が加算器３８に入力されて推定操作量ｕ´が次のように
算出される。 ｕ´（ｋ）＝ｇ´p ｅ（ｋ）＋ｇ´i ｉ（ｋ）＋ｖ´（ｋ） この推定操作量ｕ´が左シフタ４２によりシフト処理さ
れて操作量ｕが次にように出力される。 ｕ（ｋ）＝２n ｕ´（Ｋ） ここで、ｇ´p 、ｇ´i 、ｇ´d は各々ｇp 、ｇi 、ｇ
d の各固定スケールに（１／２n ）を乗じたものであ
る。この固定スケールの各ゲインｇ´p 、ｇ´i、ｇ´
d は従来制御装置において用いられており、前記（２）
式の微分演算時に量子化誤差が大きくなる。この微分演
算時の量子化誤差を低減するために本実施例制御装置に
おいては動的に変動するスケール２p(k)で制御偏差ｅを
以下の通りスケーリングする。
プソンの公式を適用している）が微分フィードバック動
作部３７に入力され、この微分出力ｄに微分ゲインｇd
を乗じたものをｖ´とすると、 ｖ´（ｋ）＝（ｇ´d ／６）ｅ（ｋ）＋（ｇ´d ／２）ｅ（ｋ−１） −（ｇ´d ／２）ｅ（ｋ−２）−（ｇ´d ／６）ｅ（ｋ−３）…（２） 前記各フィードバック動作部３５、３６、３７の各出力
が加算器３８に入力されて推定操作量ｕ´が次のように
算出される。 ｕ´（ｋ）＝ｇ´p ｅ（ｋ）＋ｇ´i ｉ（ｋ）＋ｖ´（ｋ） この推定操作量ｕ´が左シフタ４２によりシフト処理さ
れて操作量ｕが次にように出力される。 ｕ（ｋ）＝２n ｕ´（Ｋ） ここで、ｇ´p 、ｇ´i 、ｇ´d は各々ｇp 、ｇi 、ｇ
d の各固定スケールに（１／２n ）を乗じたものであ
る。この固定スケールの各ゲインｇ´p 、ｇ´i、ｇ´
d は従来制御装置において用いられており、前記（２）
式の微分演算時に量子化誤差が大きくなる。この微分演
算時の量子化誤差を低減するために本実施例制御装置に
おいては動的に変動するスケール２p(k)で制御偏差ｅを
以下の通りスケーリングする。
【００２５】前記左シフタ２３からのシフト処理された
制御偏差ｅ´は、 ｅ´（ｋ）＝２p(k)ｅ（ｋ） となり、またスケール設定器６１からの出力Ｐにおける
前回との偏差をｍとすると、 ｍ＝Ｐ（ｋ）−ｐ（Ｋ−１） となる。
制御偏差ｅ´は、 ｅ´（ｋ）＝２p(k)ｅ（ｋ） となり、またスケール設定器６１からの出力Ｐにおける
前回との偏差をｍとすると、 ｍ＝Ｐ（ｋ）−ｐ（Ｋ−１） となる。
【００２６】よって、微分フィードバック動作部３７か
らの出力ｖ´（ｋ）は、 ｖ´（ｋ）＝（ｇ´d ／６）ｅ´（ｋ）＋２m-1 ｇ´d ｅ´（ｋ−１） −２m-1 ｇ´d ｅ´（ｋ−２）−２m ｇ´d ／６）ｅ´（ｋ−３） となる。
らの出力ｖ´（ｋ）は、 ｖ´（ｋ）＝（ｇ´d ／６）ｅ´（ｋ）＋２m-1 ｇ´d ｅ´（ｋ−１） −２m-1 ｇ´d ｅ´（ｋ−２）−２m ｇ´d ／６）ｅ´（ｋ−３） となる。
【００２７】また、左シフタ２４によるシフト処理後の
積分値ｉ´（ｋ）は、 ｉ´（ｋ）＝２p(k)ｉ（ｋ） となる。
積分値ｉ´（ｋ）は、 ｉ´（ｋ）＝２p(k)ｉ（ｋ） となる。
【００２８】以上の各演算結果に基づき加算器３３から
加算して出力される推定操作量ｕ´（ｋ）は ｕ´（ｋ）＝ｇ´p ｅ´（ｋ）＋ｇ´i ｉ´（ｋ）＋ｖ´（ｋ） となる。
加算して出力される推定操作量ｕ´（ｋ）は ｕ´（ｋ）＝ｇ´p ｅ´（ｋ）＋ｇ´i ｉ´（ｋ）＋ｖ´（ｋ） となる。
【００２９】前記スケーリングされた操作量ｕ´（ｋ）
が左シフタ４２によりシフト処理されて操作量ｕが次の
ように出力される。 ｕ（ｋ）＝２n-p(k)ｕ´（ｋ） このように、２の巾乗倍のスケールは、乗算する代わり
に右シフトあるいは左シフト演算で行うことができるの
で、高速に演算が可能となる。このスケール２ p は、位
置偏差ｅの大小により決定する。位置偏差の絶対値が小
さい時シフト数ｐを大きくすることでスケール２p を大
きくして、精度よく微分演算を演算を行うようにする。
位置偏差の絶対値が大きい時はシフト数ｐを小さくする
ことでスケール２p を小さくして、微分演算の途中でオ
ーバーフローが起きることを阻止する。但し、スケール
を大きくする場合、位置偏差ｅが小さい時すぐにスケー
ルを大きくすると、たまたま瞬間的に位置偏差が小さく
なった時でもスケールが大きくなってしまい、過去の偏
差ｅ´（ｋ−１）、ｅ´（ｋ−２）、ｅ´（ｋ−３）が
大きいので、オーバーフローしてしまうことがある。そ
れを避けるために、位置偏差ｅをローパスフィルタを通
したものに対してスケールを大きくする判定を行うよう
にする。一方、スケールを小さくする場合は、位置偏差
が大きければ即座にスケールを小さくする必要があるの
で、ローパスフィルタを通さない位置偏差ｅそのままの
値に対してスケールを小さくする判定を行うようにす
る。
が左シフタ４２によりシフト処理されて操作量ｕが次の
ように出力される。 ｕ（ｋ）＝２n-p(k)ｕ´（ｋ） このように、２の巾乗倍のスケールは、乗算する代わり
に右シフトあるいは左シフト演算で行うことができるの
で、高速に演算が可能となる。このスケール２ p は、位
置偏差ｅの大小により決定する。位置偏差の絶対値が小
さい時シフト数ｐを大きくすることでスケール２p を大
きくして、精度よく微分演算を演算を行うようにする。
位置偏差の絶対値が大きい時はシフト数ｐを小さくする
ことでスケール２p を小さくして、微分演算の途中でオ
ーバーフローが起きることを阻止する。但し、スケール
を大きくする場合、位置偏差ｅが小さい時すぐにスケー
ルを大きくすると、たまたま瞬間的に位置偏差が小さく
なった時でもスケールが大きくなってしまい、過去の偏
差ｅ´（ｋ−１）、ｅ´（ｋ−２）、ｅ´（ｋ−３）が
大きいので、オーバーフローしてしまうことがある。そ
れを避けるために、位置偏差ｅをローパスフィルタを通
したものに対してスケールを大きくする判定を行うよう
にする。一方、スケールを小さくする場合は、位置偏差
が大きければ即座にスケールを小さくする必要があるの
で、ローパスフィルタを通さない位置偏差ｅそのままの
値に対してスケールを小さくする判定を行うようにす
る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、制御対象から出力される変数に基づいてフィードバ
ック演算範囲のスケールをスケール設定手段で変更し、
制御値を補償演算して制御対象をフィードバック制御す
るように構成したので、制御対象毎に最適な固定スケー
ルの決定という各演算の困難性がなくなり、サーボ制御
系でのオーバーフローが未然に防止できると共に、量子
化誤差を低減させるという効果を奏する。
は、制御対象から出力される変数に基づいてフィードバ
ック演算範囲のスケールをスケール設定手段で変更し、
制御値を補償演算して制御対象をフィードバック制御す
るように構成したので、制御対象毎に最適な固定スケー
ルの決定という各演算の困難性がなくなり、サーボ制御
系でのオーバーフローが未然に防止できると共に、量子
化誤差を低減させるという効果を奏する。
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の一実施例に係るディジタルサーボ制御
装置のブロック構成図である。
装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の他の実施例に係るディジタルサーボ制
御装置のブロック構成図である。
御装置のブロック構成図である。
【図４】従来のディジタルサーボ制御装置のブロック構
成図である。
成図である。
１…加算器 ２…スケール調整手段 ３…補償手段 ４…スケール復帰手段 ５…制御対象 ６…スケール設定手段（スケール設定部） ２１、２２…スケール調整部 ２３、２４、４２…左シフタ ３１…積分器 ３２…状態フィードバック ３３…オブザーバ ３４…微分器 ３５…積分フィードバック ３６…比例フィードバック ３７…微分フィードバック ３８…加算器 ６１，６４…ローパスフィルタ ６２…絶対値算出部 ６３…スケール表引部 ６５…スケール縮小判定部 ６６…スケール拡大判定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田畑 文夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 入力される目標値に基づいて動作する制
御対象から出力される変数がフィードバックループから
帰還され、当該帰還された変数と前記目標値とに基づい
て制御値を固定小数点形式で演算するディジタルサーボ
制御装置において、 前記演算の固定小数点に適合する所定の演算範囲内に演
算の範囲を収めるためのスケールを、前記帰還された変
数に基づいて変更するスケール設定手段を備えることを
特徴とするディジタルサーボ制御装置。 - 【請求項２】 前記請求項１記載のディジタルサーボ制
御装置において、 前記スケール設定手段は、入力される目標値と帰還され
た変数との差により求められる制御偏差に基づいてスケ
ールを設定することを特徴とするディジタルサーボ制御
装置。 - 【請求項３】 前記請求項１又は２に記載のディジタル
サーボ制御装置において、 前記スケール設定手段は、スケールとして２の巾乗を選
定し、シフト演算でスケーリングを行なうことを特徴と
するディジタルサーボ制御装置。 - 【請求項４】 前記請求項１ないし３のいずれかに記載
のディジタルサーボ制御装置において、 前記スケール設定手段は、前記帰還された変数又は制御
偏差のうち低周波帯域のみを通過させるローパスフィル
タを設け、当該ローパスフィルタを通過した低周波帯域
の変数又は制御変数に基づいてスケールを変更すること
を特徴とするディジタルサーボ制御装置。 - 【請求項５】 前記請求項１ないし４のいずれかに記載
のディジタルサーボ制御装置において、 前記スケール設定手段は、変数又は制御偏差の各値に対
する各種スケール値を予め対応付けた表形式で格納し、
制御動作に際して表引きによりスケールを選択するよう
にしたことを、 特徴とするディジタルサーボ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4656792A JPH05250039A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | ディジタルサーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4656792A JPH05250039A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | ディジタルサーボ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05250039A true JPH05250039A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12750901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4656792A Withdrawn JPH05250039A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | ディジタルサーボ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05250039A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001022184A1 (fr) * | 1999-09-21 | 2001-03-29 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Procede d'optimisation dynamique pour donnees relatives a la vitesse et dispositif de positionnement fonctionnant selon ce procede |
| JP2011526330A (ja) * | 2008-12-31 | 2011-10-06 | 山▲東▼如意科技集▲団▼有限公司 | 紡糸方法 |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP4656792A patent/JPH05250039A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001022184A1 (fr) * | 1999-09-21 | 2001-03-29 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Procede d'optimisation dynamique pour donnees relatives a la vitesse et dispositif de positionnement fonctionnant selon ce procede |
| JP2011526330A (ja) * | 2008-12-31 | 2011-10-06 | 山▲東▼如意科技集▲団▼有限公司 | 紡糸方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2840139B2 (ja) | 予見繰り返し制御装置 | |
| JPH0298701A (ja) | 制御装置 | |
| EP0518651B1 (en) | Process control system | |
| JP2772106B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JPH0738128B2 (ja) | 制御装置 | |
| JP4226420B2 (ja) | 位置制御装置 | |
| JP6469320B1 (ja) | サーボ制御装置 | |
| JPH05250039A (ja) | ディジタルサーボ制御装置 | |
| JPH0888990A (ja) | モータの位置制御装置 | |
| CN117678155A (zh) | 频率特性预测装置及频率特性预测方法 | |
| JPS61109104A (ja) | Ｐｉｄ調節計 | |
| KR100450084B1 (ko) | 강인성과 기능적 성능이 증진된 시스템 제어기 | |
| JP2000020104A (ja) | 速度制御ゲイン調整方法および装置 | |
| JPH0378003A (ja) | ファジイコントローラ | |
| JP4019350B2 (ja) | 積分手段を備えたコントローラとその積分処理方法 | |
| JPH0816205A (ja) | サーボ制御システム及びそのチューニング方法 | |
| JP3124169B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JP3019192B2 (ja) | バックラッシ補正方式 | |
| JPH09134203A (ja) | 分布制御装置 | |
| JP2809849B2 (ja) | ２自由度調節装置 | |
| JP3137449B2 (ja) | 調節装置 | |
| JPH0365703A (ja) | デジタル比例積分演算方法 | |
| CN117978024A (zh) | 一种伺服电机位置控制方法、装置、介质、处理器及伺服系统 | |
| JPH0695703A (ja) | 機械定数の推定方法 | |
| CN117991625A (zh) | 一种移动机器人轮速最速控制系统的过程给定方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |