JPH0553602A - State feedback control system - Google Patents

State feedback control system

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JPH0553602A
JPH0553602A JP3235728A JP23572891A JPH0553602A JP H0553602 A JPH0553602 A JP H0553602A JP 3235728 A JP3235728 A JP 3235728A JP 23572891 A JP23572891 A JP 23572891A JP H0553602 A JPH0553602 A JP H0553602A
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state feedback
state
disturbance
equivalent
gain
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Atsushi Fujikawa
淳 藤川
Chiyuukei You
仲慶 楊
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

PURPOSE:To improve the controllability and the responsiveness of a state feedback control system by selecting the coefficient of a state feedback gain element in order to cancel the equivalent disturbance input with use of an equivalent disturbance observer which uses the torque command input value and the control state value as its input. CONSTITUTION:A state feedback controller defines the difference between the target value mu and the state feedback value mu' obtained by multiplying the feedback gain F by a controlled state variable (x) as a manipulated variable of a controlled system. The feedback gain elements f11, f12 and f13 of a state feedback gain matrix are decided so that the disturbance TL, i.e., the target input of the controlled system is eliminated with use of an equivalent disturbance observer. Thus the disturbance TL is eliminated by the equivalent disturbance observer output TL. Then it is possible to attain a system equivalent to that where any disturbance is inputted to the controlled system.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】産業応用ドライブシステムにおい
て、トルク伝達機構に弾性体要素が含まれ、モータ自身
や負荷の慣性モーメントと関係して共振系を構成するこ
とはよく知られており、制御上問題となることが多い。
このような高次系システムに対して通常よく用いられる
PI制御を適用し、その即応性を高めようとすると、た
とえば軸の捩じり振動が生じる。また、負荷トルクや系
のパラメータの変動が大きく出力に影響を与えると言う
弊害が付随していた。
[Industrial application] It is well known that in a drive system for industrial application, a torque transmission mechanism includes an elastic element, and a resonance system is formed in relation to the moment of inertia of the motor itself and the load, and it is necessary to control Often a problem.
When the PI control which is usually used is applied to such a high-order system and its quickness is increased, for example, torsional vibration of the shaft occurs. In addition, the adverse effect that the load torque and the parameter of the system largely change and the output is affected was accompanied.

【0002】本発明は、このような問題を解決するため
に、状態フィードバック制御を、高次系システム、例え
ば捩じり系に適用し、捩じり振動および過渡特性を改善
した制御方式に関するものであって、本出願人により平
成1年6月22日付で出願された特開平3−025505号「多
機能形制御装置」に詳述した等価外乱オブザーバの考え
を、状態フィードバックゲインの決定法の一方策として
とらえ、等価外乱オブザーバにより入力外乱を打ち消す
ようにフィードバックゲイン要素を選定することに関す
るものである。
In order to solve such a problem, the present invention relates to a control system in which state feedback control is applied to a higher-order system, for example, a torsion system to improve torsional vibration and transient characteristics. That is, the idea of the equivalent disturbance observer described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 025505, “Multifunctional controller”, filed on June 22, 1991 by the present applicant, is based on the method of determining the state feedback gain. One of the measures is to select the feedback gain element so that the equivalent disturbance observer cancels the input disturbance.

【0003】[0003]

【従来の技術】高次系システム、例えば図2に示したよ
うな弾性を有する軸に直結された誘導電動機と負荷とは
高次系となり捩じり振動系を構成する。
2. Description of the Related Art A high-order system, for example, an induction motor directly connected to a shaft having elasticity as shown in FIG. 2 and a load form a high-order system to form a torsional vibration system.

【0004】図中の符号は Tm ;トルク指令 TL ;負荷トルク Ts ;軸捩じりトルク Kt ;トルク定数 Jm ;電動機の慣性 JL ;負荷の慣性 ωm ;電動機速度 ωL ;負荷速度 Ks ;軸の弾性係数 Dm ;電動機のダンピング定数 Ds ;軸のダンピング定数 DL ;負荷のダンピング定数 であるが、誘導電動機のダンピング定数Dm と、負荷の
ダンピング定数DL 、及び軸のダンピング定数は極めて
小さいので、以下の説明ではこれらを無視して進める。
Symbols in the figure are T m ; torque command TL ; load torque T s ; shaft torsion torque K t ; torque constant J m ; motor inertia J L ; load inertia ω m ; motor speed ω L Load speed K s ; elastic modulus of shaft D m ; damping constant of motor D s ; damping constant of shaft D L ; damping constant of load, damping constant D m of induction motor and damping constant D L of load , And the damping constants of the axes are extremely small, and these will be ignored in the following description.

【0005】図2の捩じり系システムをブロック線図で
表現すると図3のようになる。この図3のモデルより式
(1)のような状態方程式が得られる。
FIG. 3 is a block diagram of the torsion system of FIG. From the model of FIG. 3, a state equation like the equation (1) can be obtained.

【数1】 [Equation 1]

【0006】特性方程式は S(S2 +ω0 2) (2) のごとくなり、この共振周波数ω0 は ω0 =√[Ks {(1/Jm )+(1/JL )}] (3) となる。The characteristic equation becomes S (S 2 + ω 0 2 ) (2), and this resonance frequency ω 0 is ω 0 = √ [K s {(1 / J m ) + (1 / J L )}] (3)

【0007】このように捩じり系では、式(3)のよう
にKs ,Jm ,JL で決まる共振周波数ω0 で共振が発
生する。この振動は特に速度系の応答を高めるためにP
Iゲインを上げていくと、共振周波数ω0 で軸の捩じり
振動が起こり問題となって、PIゲインを下げざるを得
なかった。
As described above, in the torsion system, resonance occurs at the resonance frequency ω 0 determined by K s , J m , and J L as shown in the equation (3). This vibration is P to increase the response of the speed system.
When the I gain is increased, torsional vibration of the shaft occurs at the resonance frequency ω 0 , which becomes a problem, and the PI gain has to be decreased.

【0008】また、負荷トルクTL から負荷の速度ωL
までの伝達関数は、次式のように高次系となる。 ωL /TL =(−b3S3+b2S2+b1S +b0)/(S4+a3S3+a2S2+a1S +a0) (4) 但し、a0=KI t s /(Jm L ) ここでKI
積分定数である。 a1=KP t s /(Jm L ) ここでKP は比例定
数である。 a2=ω0 2 a3=0 b0=0 b1=Ks /(Jm L ) b2=0 b3=1/JL
From the load torque T L to the load speed ω L
The transfer functions up to are high-order systems as shown in the following equation. ω L / TL = (-b 3 S 3 + b 2 S 2 + b 1 S + b 0 ) / (S 4 + a 3 S 3 + a 2 S 2 + a 1 S + a 0 ) (4) where a 0 = K I K t K s / (J m J L ) where K I is an integration constant. a 1 = K P K t K s / (J m J L ) where K P is a proportional constant. a 2 = ω 0 2 a 3 = 0 b 0 = 0 b 1 = K s / (J m J L ) b 2 = 0 b 3 = 1 / J L

【0009】式(4)から負荷の速度ωL は負荷トルク
L の変動の影響を受けやすく、また制御系のパラメー
タ変動に左右されやすいことがわかる。捩じり振動が起
こると、軸のねじ切り、軸シャフトの破損等の危険が生
じ、従来は即応性の高いアクティブな捩じり防振制御は
PI制御では実現不可能とされていた。従来は共振周波
数ω0 より制御応答周波数を低くし(PIゲインを下げ
応答を遅くする)、急激な変動を与えないよう制御され
ていた。また、一方軸の弾性係数Ks を大きくして共振
周波数ω0を高くしていた。このように、従来のPI制
御ではアクティブな捩じり防振制御は不可能であった。
From the equation (4), it can be seen that the load speed ω L is easily influenced by the fluctuation of the load torque T L and is easily influenced by the parameter fluctuation of the control system. When torsional vibration occurs, there is a danger of threading of the shaft, breakage of the shaft, and the like, and in the past, active torsional antivibration control with high responsiveness was not realized by PI control. Conventionally, the control response frequency is set lower than the resonance frequency ω 0 (the PI gain is lowered to slow the response), and the control is performed so as not to give a sudden change. Further, the elastic coefficient K s of the one axis is increased to increase the resonance frequency ω 0 . As described above, active torsional vibration isolation control cannot be performed by the conventional PI control.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】軸の捩じり振動を抑制
し、負荷の速度の制御応答性を改善するためには、系の
すべての極を所望の安定な極配置にしなければならな
い。また、前述のように、負荷トルクTL や制御系のパ
ラメータの変動の影響に左右されないようにするために
は、これらの影響を積極的に補償する必要があり、これ
らの要求を満足させる一方法として、現代制御理論の状
態フィードバック制御を捩じり系に適用した例で問題点
を考察する。状態フィードバック制御については、多く
の文献に説明されているので、ここでは説明しない。
In order to suppress the torsional vibration of the shaft and improve the control response of the load speed, all the poles of the system must have a desired stable pole arrangement. Further, as described above, in order not to be influenced by the influence of the change in the load torque T L and the parameters of the control system, it is necessary to actively compensate for these influences, and it is necessary to satisfy these requirements. As a method, the problem is considered in the case where the state feedback control of the modern control theory is applied to the torsion system. State feedback control is described in many documents and will not be described here.

【0011】前述の捩じり系モデルの一般式(1)に状
態フィードバック制御を適用すると図4のようになる。
ここで、状態フィードバックゲインのマトリックスFは
要素f11,f12,f13及びf21,f22,f23により次の
ように表される。
When the state feedback control is applied to the above-mentioned general formula (1) of the torsion system model, it becomes as shown in FIG.
Here, the matrix F of the state feedback gain is represented by the elements f 11 , f 12 , f 13 and f 21 , f 22 , f 23 as follows.

【数2】 [Equation 2]

【0012】ここで、1入力1出力の場合は、状態フィ
ードバックゲインは一般に所望の極(特性根)を与える
ことによって求められるが、しかし、2入力2出力以上
の場合はマトリックスFの要素が多くなるため、簡単に
所望の極を見つけることは不可能で、かなりの時間をか
けて試行錯誤の段階を経なければならない。本発明はこ
れを解決するためになされたものである。
Here, in the case of 1 input and 1 output, the state feedback gain is generally obtained by giving a desired pole (characteristic root), but in the case of 2 inputs and 2 outputs or more, the elements of the matrix F are many. Therefore, it is impossible to easily find a desired pole, and it takes a considerable amount of time to go through a trial and error stage. The present invention has been made to solve this.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】状態フィードバック補償
要素である外乱補償量TL ′は式(6)より、 TL ′=f11s +f12ωL +f13ωm (7) であるから、負荷トルクTL が系に与える影響を少なく
なるように選定すれば、外乱トルクTL に対して負荷速
度ωL をロバスト化できる。
Since the disturbance compensation amount T L ′, which is a state feedback compensation element, is T L ′ = f 11 T s + f 12 ω L + f 13 ω m (7) from the equation (6). , The load speed ω L can be made robust against the disturbance torque T L if the load torque T L is selected so as to reduce the influence on the system.

【0014】もし上式(7)において適切なフィードバ
ックゲインf11,f12,f13を選定することができれ
ば、 TL ′=−TL (8) が成立し、外乱トルクTL が系に与える影響をキャンセ
ルできる。
[0014] If it is possible to select the above equation (7) appropriate feedback gain f 11 in, f 12, f 13 if, T L '= -T L (8) is satisfied, the disturbance torque T L is the system You can cancel the effect.

【0015】いま、図3においてブロック線図を簡潔に
するため
Now, to simplify the block diagram in FIG.

【数3】 が成立する。従って、もしフィードバックゲイン要素を
次式のように選定すると式(8)は満足される。
[Equation 3] Is established. Therefore, if the feedback gain element is selected as in the following equation, equation (8) is satisfied.

【数4】 このとき、状態フィードバック補償要素である外乱補償
量TL ′の式(7)はこの式(12)を代入することによ
って、
[Equation 4] At this time, the equation (7) of the disturbance compensation amount T L ′ which is the state feedback compensation element is substituted by this equation (12) to obtain

【数5】 が得られる。[Equation 5] Is obtained.

【0016】式(13)は一般に等価外乱オブザーバと言
われ、例えば文献 M. Nakano, K. Ohnishi, K. Miyachi 「 A Robust Dece
nrralized Joint Con-trol Based on Interference Est
imation 」Proc.IEEE Int.Conf. Robotic andAutomatio
n, Vol.1 (1987) 土手康彦「インテリジェントモーションコントロールへ
の応用」T.IEE JapanVol. 109-D, No.5 (1989) 等で詳述されている制御方式である。
Equation (13) is generally called an equivalent disturbance observer, and is described in, for example, the literature M. Nakano, K. Ohnishi, K. Miyachi "A Robust Dece.
nrralized Joint Con-trol Based on Interference Est
imation "Proc. IEEE Int. Conf. Robotic and Automatio
n, Vol.1 (1987) Yasuhiko Dote "Application to Intelligent Motion Control" T.IEE Japan Vol. 109-D, No.5 (1989).

【0017】フィードバックゲイン要素を以上のように
等価外乱オブザーバが構成できるように選定することに
より、これらのゲイン要素を一義的に求めることがで
き、また式(13)のTL ′は負荷トルクのみならず制御
対象のパラメータ変動などあらゆる変動の影響をキャン
セルする効果がある。
By selecting the feedback gain elements so that the equivalent disturbance observer can be constructed as described above, these gain elements can be uniquely obtained, and T L ′ in the equation (13) is the load torque only. It has the effect of canceling the influence of all fluctuations such as parameter fluctuations of the controlled object.

【0018】従って、式(8)が満足されれば、図4の
状態フィードバック制御ブロック線図は図5のように書
き換えることができる。図5の中のブロック12は等価外
乱オブザーバ出力により外乱トルクTL がキャンセルさ
れて、外乱が零になっている状態を表している。図5
の、負荷外乱をキャンセルした状態でのフィードバック
制御ブロック線図を状態方程式で表現すると、
Therefore, if the equation (8) is satisfied, the state feedback control block diagram of FIG. 4 can be rewritten as shown in FIG. Block 12 in FIG. 5 represents a state in which the disturbance torque TL is canceled by the equivalent disturbance observer output and the disturbance becomes zero. Figure 5
Of the feedback control block diagram of the state of canceling the load disturbance of

【数6】 ただし、[Equation 6] However,

【数7】 [Equation 7]

【0019】図5の開ループ制御系において所望の極配
置から、残った状態フィードバックゲイン要素f21,f
22,f23を求めることができる。これは状態フィードバ
ックゲインの決定法として従来から適用されている手法
である。
From the desired pole placement in the open loop control system of FIG. 5, the remaining state feedback gain elements f 21 , f
22 and f 23 can be obtained. This is a method that has been conventionally applied as a method for determining the state feedback gain.

【0020】次に等価外乱オブザーバの動作について補
足する。図5の制御系において、制御できるのはトルク
指令値Tm * である。従って、推定したトルクTL ′を
m のところに戻さなければならない。いま、Tm から
L までの前向き伝達関数を求めると、
Next, the operation of the equivalent disturbance observer will be supplemented. In the control system of FIG. 5, what can be controlled is the torque command value T m * . Therefore, the estimated torque T L ′ must be returned to T m . Now, when the forward transfer function from T m to T L is obtained,

【数8】 が得られる。等価外乱オブザーバの構成は図6のように
なる。
[Equation 8] Is obtained. The structure of the equivalent disturbance observer is as shown in FIG.

【0021】いま、図6のオブザーバ動作を考察するた
め、図7のような一般的なオブザーバ回路を考える。ま
た、簡単のため、オブザーバに使用するノミナル値は実
際値と一致するものとし、図7に一点鎖線で示したよう
にy0 の検出値にノイズNが載っているとする。このノ
イズNに対して出力y0 の伝達関数を求めると、 y0 /N=∞ (19) 従って、このオブザーバは実用上は不安定な系であるこ
とがわかる。この問題の解決法としては、y0 の検出値
にフィルタを入れることが一般的である。オブザーバの
特性は、フィルタの時定数に大きく依存する。この時定
数を小さく選ぶと、ノイズが除去できなくなり、系が不
安定になりかねない。逆に、この時定数を大きくする
と、外乱オブザーバとしての効果が少なくなり、さらに
フィルタの遅れにより振動が起こり易くなる。
Now, in order to consider the observer operation of FIG. 6, consider a general observer circuit as shown in FIG. Further, for simplicity, it is assumed that the nominal value used for the observer agrees with the actual value, and the noise N appears in the detected value of y 0 as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7. When the transfer function of the output y 0 is obtained with respect to this noise N, y 0 / N = ∞ (19) Therefore, it is understood that this observer is an unstable system in practical use. As a solution to this problem, it is general to insert a filter into the detected value of y 0 . The characteristics of the observer largely depend on the time constant of the filter. If this time constant is selected to be small, noise cannot be removed and the system may become unstable. On the contrary, if the time constant is increased, the effect of the disturbance observer is reduced, and further, the delay of the filter makes the vibration easily occur.

【0022】そこで、ここでは、y0 の検出値にフィル
タの代わりに等価外乱オブザーバ出力にフィルタを入
れ、ゲインKc (<1)を入れてループゲインを低減さ
せる。当然のことながら、外乱オブザーバの効果は低減
するが、安定性の面では優れていると考えられる。ゲイ
ンKc の選定は要求される特性や実際に制御系が使われ
る状況により決める必要がある。また、フィルタは実用
上系の他の要素に比べて遅れを無視できる程度の検出フ
ィルタ時定数としておけばよい。
Therefore, here, instead of a filter, a filter is inserted in the equivalent disturbance observer output for the detected value of y 0 , and a gain K c (<1) is inserted to reduce the loop gain. As a matter of course, the effect of the disturbance observer is reduced, but it is considered to be excellent in terms of stability. The selection of the gain K c must be decided according to the required characteristics and the situation where the control system is actually used. Further, the filter may be set to have a detection filter time constant such that the delay can be ignored in comparison with other elements of the system in practical use.

【0023】図1はこの等価オブザーバも含めたトルク
指令値Tm * から負荷速度ωL までのブロック線図であ
り、状態フィードバックゲインの要素f11,f12,f13
により等価外乱オブザーバが構成され、f21,f22,f
23は安定になるように極位置が決定されてTm * にフィ
ードバックされている。
FIG. 1 is a block diagram from the torque command value T m * including the equivalent observer to the load speed ω L. The elements f 11 , f 12 , f 13 of the state feedback gain are shown.
The equivalent disturbance observer is composed of f 21 , f 22 , and f
The pole position of 23 is determined so as to be stable and is fed back to T m * .

【0024】[0024]

【作用】目標値uと被制御状態変数xにフィードバック
ゲインFを掛けた状態フィードバック量u′との差を制
御対象の操作量とする状態フィードバック制御装置にお
いて、状態フィードバックゲイン行列のゲイン要素の決
定法として、制御対象の目標値入力としての外乱T
L を、等価外乱オブザーバを適用することによって外乱
L を打ち消すように、まずフィードバックゲイン要素
11,f12,f13を決定する。f11,f12,f13がこう
して決定されれば、外乱TL は等価外乱オブザーバ出力
L ′により打ち消し(キャンセル)され、制御対象に
何も外乱が入力しないシステムと等価として作用するこ
とになる。
In the state feedback control device in which the difference between the target value u and the state feedback amount u ′ obtained by multiplying the controlled state variable x by the feedback gain F is the operation amount of the controlled object, the gain element of the state feedback gain matrix is determined. As a method, the disturbance T as the target value input of the controlled object
L a, so as to cancel the disturbance T L by applying an equivalent disturbance observer, first determines the feedback gain element f 11, f 12, f 13 . If f 11 , f 12 , and f 13 are thus determined, the disturbance T L is canceled by the equivalent disturbance observer output T L ′, and acts as an equivalent to a system in which no disturbance is input to the controlled object. Become.

【0025】次に、目標値指令入力Tm * に対しては、
従来の状態フィードバックゲインの決定法と同様に、所
望のゲインを与えてその極(特性根)が、S平面上で左
半面内の安定領域に位置するようにフィードバックゲイ
ン要素f21,f22,f23の三つの値を決定すればよい。
即ち、f11,f12,f13の定数群とf21,f22,f23
定数群とを別々に決定できて、決定法の自由度が拡大さ
れ、扱い易いものとなる。以上のように状態フィードバ
ックゲイン定数を決定することにより、f11,f12,f
13の定数群により過渡特性の改善に寄与し、f21
22,f23の定数群により特性の安定化に作用する。
Next, for the target value command input T m * ,
Like the determination method of the conventional state feedback gain, the pole is given the desired gain (characteristic roots) is the feedback gain element f 21 so as to be positioned in a stable region in the left half on the S plane, f 22, three values of f 23 may be determined.
That is, the constant group of f 11 , f 12 , and f 13 and the constant group of f 21 , f 22 , and f 23 can be determined separately, the degree of freedom of the determination method is expanded, and it becomes easy to handle. By determining the state feedback gain constant as described above, f 11 , f 12 , f
The constant group of 13 contributes to the improvement of transient characteristics, and f 21 ,
The constant group of f 22 and f 23 acts to stabilize the characteristics.

【0026】[0026]

【実施例】本発明にかかる高次系の状態フィードバック
制御の一実施例について、捩じり系の速度制御した場合
のブロック線図を図8に示す。
FIG. 8 shows a block diagram of a state feedback control of a higher order system according to the present invention when the speed of a torsion system is controlled.

【0027】先に状態方程式につき説明したように、目
標値uに対する状態フィードバック変数u′にはTL
m * とがあり、これらの状態フィードバックゲインf
11,f12,f13とf21,f22,f23との2組について、
最初の組では等価外乱オブザーバを構成するように前式
(12)のように選定すれば、図5に示したように外乱T
L はキャンセルされる。
As described above regarding the state equation, the state feedback variable u'for the target value u has T L and T m * , and these state feedback gains f
For two sets of 11 , f 12 , f 13 and f 21 , f 22 , f 23 ,
In the first set, if the equation (12) is selected so as to form the equivalent disturbance observer, the disturbance T can be calculated as shown in FIG.
L is canceled.

【0028】図8において、変数ωm −ωL とωL とを
入力とする等価外乱オブザーバにより外乱TL を推定
し、式(18)の逆関数1/GF 及びオブザーバフィルタ
を経てトルク指令Tm * にフィードバックさせている。
In FIG. 8, the disturbance TL is estimated by an equivalent disturbance observer having the variables ω mL and ω L as inputs, and the torque command is passed through the inverse function 1 / G F of the equation (18) and the observer filter. I am giving feedback to T m *

【0029】第2の組は軸トルクTs 、負荷速度ωL
電動機速度ωm にフィードバックゲイン定数f21
22,f23を掛けてトルク指令Tm * にフィードバック
させているが、f21,f22,f23の選定は前述のとおり
極配置によって決定されるものである。
The second set is the shaft torque T s , the load speed ω L ,
The feedback gain constant f 21 , to the motor speed ω m ,
Although over the f 22, f 23 and is fed back to the torque command T m *, the selection of f 21, f 22, f 23 is to be determined by the pole placement as described above.

【0030】[0030]

【発明の効果】従来の制御方式では、高次系の状態フィ
ードバック制御のようにフィードバックゲイン要素が多
い場合、制御性、安定性等からゲインを決定するには決
定指針があまりに少なく、また従来の古典制御での経験
がまったく役に立たなかった。
According to the conventional control method, when there are many feedback gain elements such as the state feedback control of a higher order system, there are too few decision guidelines for determining the gain from the controllability, stability, etc. My experience with classical control was completely useless.

【0031】本発明によれば、状態フィードバックゲイ
ンの決定法の一指針が確立され、従来に比べればはるか
に理論的、且つ試行錯誤の必要のない決定法と言える。
また等価外乱オブザーバの手法の応用であるので、外乱
に対するロバスト性が大幅に改善されると言う効用がお
おいに生かせる制御方式と言える。
According to the present invention, a guideline for determining the state feedback gain has been established, and it can be said that the determination method is far more theoretical than conventional methods and does not require trial and error.
Moreover, since it is an application of the equivalent disturbance observer method, it can be said that the control method can take full advantage of the fact that robustness against disturbance is greatly improved.

【0032】更に状態変数の一部に検出不可能な変数が
ある場合、例えば上記一実施例の場合には負荷速度ωL
が検出不能の場合には、この状態変数に対応するフィー
ドバックゲインf22は0として、残りのf21,f23の二
つのゲインを操作することで安定性を探せばよいので、
従来方式に比べて格段に制御性、応答性のよいゲインを
選択することができ、且つ外乱応答を簡単に改善するこ
とができる。すなわち、本発明を適用すれば、実施例で
示したごとく負荷速度検出器が不必要であることは、そ
の効用が大である。
Further, if some of the state variables cannot be detected, for example, in the case of the above-mentioned one embodiment, the load speed ω L
Is not detected, the feedback gain f 22 corresponding to this state variable is set to 0, and stability can be searched for by operating the remaining two gains f 21 and f 23 .
It is possible to select a gain having significantly better controllability and responsiveness than the conventional method, and it is possible to easily improve the disturbance response. That is, if the present invention is applied, the load speed detector is unnecessary as shown in the embodiment, which is very useful.

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

【図1】本発明の原理を示すブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention.

【図2】高次系システムの一例として捩じり系システム
を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a torsion system as an example of a higher-order system.

【図3】図2の捩じり系システムのブロック線図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram of the twist system of FIG.

【図4】捩じり系システムモデルに状態フィードバック
制御を適用したときの状態方程式のブロック線図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram of a state equation when state feedback control is applied to a torsion system model.

【図5】状態フィードバック制御のうち、外乱TL を等
価外乱オブザーバで打ち消した状態を示すブロック線図
である。
FIG. 5 is a block diagram showing a state in which the disturbance T L is canceled by an equivalent disturbance observer in the state feedback control.

【図6】本発明の基本を示すもので、状態フィードバッ
クゲイン要素に等価外乱オブザーバを取り入れた状態フ
ィードバックブロック線図である。
FIG. 6 is a state feedback block diagram showing the basics of the present invention and incorporating an equivalent disturbance observer in a state feedback gain element.

【図7】等価外乱オブザーバの考察及びオブザーバフィ
ルタの説明のためのブロック線図である。
FIG. 7 is a block diagram for considering an equivalent disturbance observer and for explaining an observer filter.

【図8】本発明の一実施例であって、高次系システムと
して捩じり系システムの速度制御をした場合のブロック
線図である。
FIG. 8 is a block diagram in the case where speed control of a torsion system is performed as a higher-order system, which is an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トルク発生係数部 2 電動機部 3 捩じり軸部 4 負荷部 5 捩じり軸部の定数をノミナル化した部 6 負荷部の定数をノミナル化して逆数化した部 7,8,9 状態フィードバックゲイン 10 Tm * からTs までの伝達関数の定数をノミナル化
したものを逆数化した部(式(18)) 11 等価外乱オブザーバのための一次遅れフィルタ 12 等価外乱オブザーバ出力により外乱トルクTL がキ
ャンセルされている状態を表す部分 13 検出ノイズ Tm * トルク指令 TL 負荷トルク Ts 軸捩じりトルク Kt トルク定数 Jm 電動機の慣性 JL 負荷の慣性 ωm 電動機速度 ωL 負荷速度 Ks 軸の弾性係数 Dm 電動機のダンピング定数 Ds 軸のダンピング定数 DL 負荷のダンピング定数 TL ′外乱補償量 F 状態方程式のゲインマトリックス f11,f12,f13,f21,f22,f23 ゲインマトリッ
クスFの要素である状態フィードバックゲイン A 状態方程式のAマトリックス B 状態方程式のBマトリックス u 目標値 u′フィードバック値 x 状態変数
1 Torque generation coefficient part 2 Electric motor part 3 Torsional shaft part 4 Load part 5 Part where the constant of the torsion shaft part is normalized 6 Part where the constant of the load part is normalized and reciprocated 7, 8, 9 State feedback Gain 10 T m * to T s Nominalized constant of the transfer function and reciprocal (Equation (18)) 11 First-order lag filter for equivalent disturbance observer 12 Disturbance torque TL due to equivalent disturbance observer output Is a part where the noise is canceled. 13 Detection noise T m * Torque command TL Load torque T s Shaft torsion torque K t Torque constant J m Motor inertia J L Load inertia ω m Motor speed ω L Load speed K s axis of the elastic coefficient D m motor damping constant D s axis of the damping constant D L load damping constant T L 'disturbance compensation amount F state equation of the gain matrix f 11, f 12, f 13 , f 21 f 22, f 23 the gain of the A matrix B equations of state of the state feedback gain A state equation is an element of the matrix F B matrix u target value u 'feedback value x is the state variable

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電動機と負荷とが弾性体要素で結合されて
いる制御対象であって、該制御対象の状態変数のうちの
電動機速度と軸トルクとを検出する検出器と、前記状態
変数に対応する状態フィードバックゲインの値を掛け算
した状態フィードバック量を目標値に状態フィードバッ
クする制御手段とを有する制御装置において、 前記目標値のうちのトルク指令入力値と前記検出器の出
力である制御状態量の2値とを入力とする等価外乱オブ
ザーバを構成し、該オブサーバを用いて等価外乱入力を
キャンセルするように、該状態フィードバックゲインの
要素の係数を選定することを特徴とする状態フィードバ
ック制御方式。
1. A detector for controlling an electric motor speed and a shaft torque, which is a controlled object in which an electric motor and a load are coupled by an elastic element, and which is a state variable of the controlled object. In a control device having a control means for performing a state feedback of a state feedback amount obtained by multiplying a value of a corresponding state feedback gain to a target value, a torque command input value of the target value and a control state amount that is an output of the detector. A state feedback control method, characterized in that an equivalent disturbance observer is configured with two values of 1 and 2 being input, and the coefficient of the element of the state feedback gain is selected so as to cancel the equivalent disturbance input using the observer. ..
【請求項2】請求項1記載のごとく構成される等価外乱
オブザーバの出力に付加される一次遅れフィルタのゲイ
ンKを、0<K≦1とすることを特徴とする状態フィー
ドバック制御方式。
2. A state feedback control system characterized in that the gain K of a first-order lag filter added to the output of the equivalent disturbance observer constructed as in claim 1 is 0 <K ≦ 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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