JPH0527829A - Prescience control system - Google Patents

Prescience control system

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Publication number
JPH0527829A
JPH0527829A JP20388291A JP20388291A JPH0527829A JP H0527829 A JPH0527829 A JP H0527829A JP 20388291 A JP20388291 A JP 20388291A JP 20388291 A JP20388291 A JP 20388291A JP H0527829 A JPH0527829 A JP H0527829A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sampling
control system
control
step response
equation
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.)
Pending
Application number
JP20388291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Tsuruta
和寛 鶴田
Yuji Nakamura
裕司 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP20388291A priority Critical patent/JPH0527829A/en
Publication of JPH0527829A publication Critical patent/JPH0527829A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the sampling frequency of the step response and to shorten the calculating time of a manipulated variable when a prescience control system is attained in order to apply the input to a controlled system so as to match the output of the controlled system target value in a sampling control system to which the future target value is previously given. CONSTITUTION:Only the fist N pieces of step response are sampled and then a manipulated variable u (i) is calculated with use of a control equation I which is approximated when the differential value hk is reduced in the attenuation ratio P.

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、未来の目標値が既知で
ある、ロボットや工作機械等の制御方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system for robots, machine tools, etc., whose future target values are known.

【0002】[0002]

【従来の技術】未来目標値と過去の操作量の情報を用い
た制御方式としては、特開昭62−118405におい
て、提案された方式がある。この方式は、未来目標値が
あらかじめ与えられるサンプリング制御系において、各
サンプリング時刻の増分操作量m(i) を、
2. Description of the Related Art As a control method using information on future target values and past manipulated variables, there is a method proposed in JP-A-62-118405. In this method, in a sampling control system in which future target values are given in advance, the incremental operation amount m (i) at each sampling time is

【0003】[0003]

【数2】 [Equation 2]

【0004】とするもので、未来目標値、過去の増分操
作量、現時刻の制御量及びあらかじめ定められる定数を
用い、簡単な四則演算により未来目標値に対して最適な
応答をする制御アルゴリズムを得ることができる。但
し、 i :サンプリング時刻 m(i) :増分操作量、但しm(i-j)=0,(i-j≦0) r(i) :目標値 x(i) :制御量 Wi :重み係数 αj :制御系の応答と時刻に対する重み係数とで決ま
る定数 N :制御系の応答が十分に整定するようなサンプリ
ング回数
A control algorithm which gives an optimum response to a future target value by simple four arithmetic operations using a future target value, a past incremental operation amount, a control amount at the present time and a predetermined constant. Obtainable. However, i: Sampling time m (i): Incremental manipulated variable, m (ij) = 0, (ij ≦ 0) r (i): Target value x (i): Control amount W i : Weighting coefficient α j : A constant N determined by the response of the control system and the weighting coefficient with respect to time N: The number of samplings in which the response of the control system is sufficiently settled

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の設計
法では、制御系のステップ応答のサンプリング点数N
を、ステップ応答が十分に整定するところまでとらなけ
ればならないという問題点があった。(図2) そこで、本発明は、Nの数をできるだけ減らすことを目
的とする。
However, in the above-mentioned design method, the number of sampling points N of the step response of the control system is N.
However, there is a problem in that the step response must be settled sufficiently. (FIG. 2) Then, this invention aims at reducing the number of N as much as possible.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために、本発明では、ステップ応答の最初のN個だ
けサンプリングして、その後は減衰比Pで差分値hk
減少すると近似する方法を用いることにより、操作量u
(i) を、
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, in the present invention, it is approximated that only the first N number of step responses are sampled and thereafter the difference value h k decreases with the damping ratio P. By using the method
(i)

【0007】[0007]

【数3】 [Equation 3]

【0008】とすることを特徴とする。It is characterized in that

【0009】[0009]

【作用】上記手段により、ステップ応答の最初のN個だ
け使用し、その後は減衰比Pで差分値hk が減少すると
近似して制御式をたてるので、Nの数が大幅に減少し、
u(i) の算出時間が短くなる。
By the above means, only the first N of the step response are used, and after that, the control formula is approximated to the case that the difference value hk decreases with the damping ratio P, so that the number of N greatly decreases,
The calculation time of u (i) is shortened.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。図1は、本発明の実施例の構成を示すブロック
図であり、同図において、1は指令発生器であり、2は
未来目標値r(j) (j=i,i+1,i+2, ・・・,i+M) のメモ
リ、3は定数q1 ,q2 ,・・・,qM ,Q,g1 ,g
2 ,・・・,gN-1 のメモリ、4は1サンプリング前の
時刻よりN−1回前までの操作量u(j)(j=i-1,i-2, ・
・・,i-N+1) のメモリである。また、5は演算器であ
り、
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, in which 1 is a command generator and 2 is a future target value r (j) (j = i, i + 1, i +). 2, ..., i + M) memory, 3 is a constant q 1 , q 2 , ..., Q M , Q, g 1 , g
2 , ..., g N-1 memory, 4 is the manipulated variable u (j) (j = i-1, i-2 ,.
.., i-N + 1) memory. Also, 5 is an arithmetic unit,

【0011】[0011]

【数4】 [Equation 4]

【0012】なる演算によって、今回の操作量u(i) を
算出する。6、7はサンプリング周期Tで閉じるサンプ
ラであり、8はホールド回路である。9は制御対象であ
り、入力はu(t) で、出力である被制御量はx(t) であ
る。2〜8は制御系において、通常コントローラと呼ば
れる部分であるが、汎用のディジタル回路あるいはマイ
クロコンピュータによって簡単に実現できる。また、制
御対象9の中にすでに何らかの制御系(補償器等)が含
まれていても構わない。ここで、(1) 式の導出を行う。
制御対象9のステップ応答の最初のN個だけサンプリン
グして、その後は差分値hk が減衰比Pで減少すると近
似すれば、パルス伝達関数は、 G(z) ={b1-1+ b2-2+ ・・+ bi -i+ ・・+ bn -N} /(1− Pz-1) ・・・ (2) bK =hK −PhK-1 P=1−{hN /( Ks-HN-1)} で表される。但し、hj (j=1,2, ・・・,N) は、図3に
示すように単位ステップ応答のサンプル値Hj の差分値
であり、hj =Hj −Hj-1 と表され、Ks は定常ゲイ
ンである。(「ディジタル・システム制御」p224-p225
昭晃堂.成田誠之助著より)したがって、時刻iにおけ
る出力x(i) は、
With this calculation, the current manipulated variable u (i) is calculated. Reference numerals 6 and 7 are samplers closed at the sampling cycle T, and 8 is a hold circuit. Reference numeral 9 is a controlled object, the input is u (t) and the controlled variable which is the output is x (t). Although 2 to 8 are parts usually called a controller in the control system, they can be easily realized by a general-purpose digital circuit or a microcomputer. Further, the control target 9 may already include some control system (compensator or the like). Here, the formula (1) is derived.
If only the first N step responses of the controlled object 9 are sampled and then it is approximated that the difference value hk decreases with the damping ratio P, the pulse transfer function is G (z) = {b 1 z -1 + b 2 z -2 + ・ ・ + b i z -i + ・ ・ + b n z -N } / (1-Pz -1 ) ... (2) b K = h K -Ph K-1 P = 1 It is represented by − {h N / (Ks-H N-1 )}. However, h j (j = 1,2, ..., N) is the difference value of the sample values H j of the unit step response as shown in FIG. 3, and h j = H j −H j-1 Represented, Ks is the steady gain. ("Digital system control" p224-p225
Shokodo. (From Seinosuke Narita) Therefore, the output x (i) at time i is

【0013】[0013]

【数5】 [Equation 5]

【0014】と書ける。ここで、時刻i+1以降の操作
量u(j) (j=i+1,i+2, ・・・) をすべてu(i)と等しい
と仮定すると、時刻i+mの出力の予測値x* (i+m)
は、次式で与えられる。
Can be written as Here, assuming that all manipulated variables u (j) (j = i + 1, i + 2, ...) After time i + 1 are equal to u (i), the predicted value x * ( i + m)
Is given by the following equation.

【0015】[0015]

【数6】 [Equation 6]

【0016】よって、時刻i+mでの偏差の予測値e*
(i+m) は、
Therefore, the predicted value e * of the deviation at time i + m
(i + m) is

【0017】[0017]

【数7】 [Equation 7]

【0018】となる。今、未来時刻i+Mまでの偏差の
予測値の重み付き二乗和J
[0018] Now, the weighted sum of squares J of the predicted values of the deviations up to the future time i + M

【0019】[0019]

【数8】 [Equation 8]

【0020】を評価関数とし、このJが最小となるよう
に今回の操作量u(i) を選ぶものとする。ここでWm
未来時刻i+mにおける偏差の予測値e* (i+m) にかけ
る重み係数であり、その一例を図4、図5に示す。 Jを最小とするu(i) は、 ∂J/∂u(i) =0 ・・・ (6) で与えられ、(4) 式、(5) 式及び(6) 式より、
Let be an evaluation function, and the current manipulated variable u (i) should be selected so that this J is minimized. Here, W m is a weighting coefficient to be applied to the predicted value e * (i + m) of the deviation at the future time i + m, and one example thereof is shown in FIGS. 4 and 5. U (i) that minimizes J is given by ∂J / ∂u (i) = 0 (6), and from Eqs. (4), (5), and (6),

【0021】[0021]

【数9】 [Equation 9]

【0022】であるので、(6) 、(7) 式より、Therefore, from equations (6) and (7),

【0023】[0023]

【数10】 [Equation 10]

【0024】となる。したがって、(5) 式の評価関数J
を最小とするu(i) は、
It becomes Therefore, the evaluation function J of equation (5)
U (i) that minimizes

【0025】[0025]

【数11】 [Equation 11]

【0026】で与えられる。ここで、Is given by here,

【0027】[0027]

【数12】 [Equation 12]

【0028】とおくと、Putting it aside,

【0029】[0029]

【数13】 のように与えられる。以上で、(1) 式で与えられる操作
量u(i) が、(5) 式で定義される評価関数を最小にする
ことが示された。また、qm 、Q及びgn は、図3に示
した制御対象のステップ応答を測定し、重み関数Wm
適当に与えることにより、あらかじめ算出されるもので
ある。
[Equation 13] Given as. As described above, it is shown that the manipulated variable u (i) given by the equation (1) minimizes the evaluation function defined by the equation (5). Further, q m, Q and g n measures the step response of the controlled object shown in FIG. 3, by providing the appropriate weighting function W m, are those previously calculated.

【0030】次に、DCサーボモータの位置制御系に本
発明を用いた場合の動作例を図6に示し、通常の位置制
御系の動作例を図7に示す。図6、図7においては、r
はモータの目標位置指令、xは応答、eは偏差である。
図8はステップ応答であり、従来法(例えば特開昭62
−118405)ではNは100程度必要であったが、
本発明ではNは5程度で収まっている。
Next, FIG. 6 shows an operation example when the present invention is used for a position control system of a DC servo motor, and FIG. 7 shows an operation example of a normal position control system. In FIGS. 6 and 7, r
Is a target position command of the motor, x is a response, and e is a deviation.
FIG. 8 shows a step response, which is obtained by a conventional method (for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Sho 62-62).
-118405) required about 100 N,
In the present invention, N is set to about 5.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、未来と現在の目標値,過去の操作量、及びあらかじ
め定められる定数を用いて、簡単な四則演算により、未
来目標値に最適な応答をする予見制御系が実現され、さ
らにそのサンプリング周期を非常に短くできる。
As described above, according to the present invention, the future and present target values, past manipulated variables, and predetermined constants are used to optimize the future target values by simple four arithmetic operations. A preview control system that responds quickly can be realized, and the sampling period can be made extremely short.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例の構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】従来例の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional example.

【図3】制御対象のステップ応答の例[Fig. 3] Example of step response of controlled object

【図4】本発明の評価関数の一例FIG. 4 shows an example of an evaluation function of the present invention.

【図5】本発明の評価関数の一例FIG. 5 shows an example of an evaluation function of the present invention.

【図6】本発明の動作説明図FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the present invention.

【図7】本発明の動作説明図FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the present invention.

【図8】本発明の動作説明図FIG. 8 is an operation explanatory diagram of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 指令発生器 2 未来目標値r(j)(j=i,i+1,i+2,・・・,i+M) のメモ
リ 3 定数q1 ,q 2,・・・,qM ,Q,g1 ,g2
・・・,g N-1のメモリ 4 1サンプリング前の時刻よりN−1回前までの操作
量uのメモリ 5 演算器 6、7 サンプラ 8 ホールド回路 9 制御対象
1 command generator 2 memory of future target value r (j) (j = i, i + 1, i + 2, ..., i + M) 3 constants q 1 , q 2 , ..., q M , Q, g 1 , g 2 ,
..., memory of g N-1 4 1 memory of operation amount u from the time before sampling to N-1 times before 5 arithmetic unit 6, 7 sampler 8 hold circuit 9 control target

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年6月1日[Submission date] June 1, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【数1】 r(i) : 時刻iにおける目標値 x(i) : 時刻iにおける制御対象の出力 N : 制御対象のステップ応答のサンプリング点数 M : 制御偏差の未来予測ステップ数 gn (n=1,2,...,N-1) 、Q:制御系のステップ応答のサンプル qm (m=1,2,...,M) 値と、制御偏差の予測値にかける 重みとで決まる定数 P :ステップ応答のNサンプリング後の減衰比 Ks :制御対象の定常ゲイン Hm :制御対象の単位ステップ応答のサンプル間隔Tでのサ ンプル値 hk (k=1,2,.....N):制御対象の単位ステップ応答の差分値 とする。とすることを特徴とする制御方式。[Equation 1] r (i): target value at time i x (i): output of control target at time i N: number of sampling points of step response of control target M: future prediction step number of control deviation g n (n = 1,2, ..., N-1), Q: A sample of the step response of the control system q m (m = 1,2, ..., M) A constant determined by the value and the weight to be applied to the predicted value of the control deviation P: Damping ratio after step sampling N Ks: Steady gain of controlled object Hm: Sampled value of unit step response of controlled object at sampling interval T h k (k = 1,2, ..... N): It is the difference value of the unit step response to be controlled. A control method characterized by the following.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0007】[0007]

【数3】 [Equation 3]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0015】[0015]

【数6】 [Equation 6]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】[0017]

【数7】 [Equation 7]

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0021[Correction target item name] 0021

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0021】[0021]

【数9】 [Equation 9]

【手続補正6】[Procedure Amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Name of item to be corrected] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0023】[0023]

【数10】 [Equation 10]

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0025[Name of item to be corrected] 0025

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0025】[0025]

【数11】 [Equation 11]

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0027[Name of item to be corrected] 0027

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0027】[0027]

【数12】 [Equation 12]

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 未来目標値があらかじめ与えられるサン
プリング制御系において、各サンプリング時刻の操作量
u(i) を、 【数1】 r(i) : 時刻iにおける目標値 x(i) : 時刻iにおける制御対象の出力 N : 制御対象のステップ応答のサンプリング点数 M : 制御偏差の未来予測ステップ数 gn (n=1,2,...,N-1) 、Q:制御系のステップ応答のサンプル qm (m=1,2,...,M) 値と、制御偏差の予測値にかける 重みとで決まる定数 P :ステップ応答のNサンプリング後の減衰比 Ks :制御対象の定常ゲイン Hm :制御対象の単位ステップ応答のサンプル間隔Tでのサ ンプル値 hk (k=1,2,.....N):制御対象の単位ステップ応答の差分値 とする。とすることを特徴とする制御方式。
Claims: 1. In a sampling control system in which future target values are given in advance, the manipulated variable u (i) at each sampling time is expressed by r (i): target value at time i x (i): output of control target at time i N: number of sampling points of step response of control target M: future prediction step number of control deviation g n (n = 1,2, ..., N-1), Q: A sample of the step response of the control system q m (m = 1,2, ..., M) A constant determined by the value and the weight to be applied to the predicted value of the control deviation P: Damping ratio after step sampling N Ks: Steady gain of controlled object Hm: Sampled value of unit step response of controlled object at sampling interval T h k (k = 1,2, ..... N): It is the difference value of the unit step response to be controlled. A control method characterized by the following.
JP20388291A 1991-07-17 1991-07-17 Prescience control system Pending JPH0527829A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726878A (en) * 1993-07-14 1998-03-10 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Prediction controller

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726878A (en) * 1993-07-14 1998-03-10 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Prediction controller

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