JPH09106303A - 制御系のゲイン自動決定方法 - Google Patents
制御系のゲイン自動決定方法Info
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- JPH09106303A JPH09106303A JP28914895A JP28914895A JPH09106303A JP H09106303 A JPH09106303 A JP H09106303A JP 28914895 A JP28914895 A JP 28914895A JP 28914895 A JP28914895 A JP 28914895A JP H09106303 A JPH09106303 A JP H09106303A
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- gain
- control system
- speed deviation
- control
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 制御系のゲインの最適値を自動決定する決定
方法を提供する。 【解決手段】 対象とする制御系を基にして制御系のゲ
イン最適値を自動決定するためのゲイン調整系を形成
し、このゲイン調整系を用いて得られるゲインを制御系
のゲインとする。つまり、速度偏差に制御ループのゲイ
ンを乗じた値を制御対象に加えて制御対象の比例制御を
行う制御系において、速度偏差の増加に対して発振領域
から安定領域に向かってゲインが減少する特性を備えた
ゲイン調整系を形成し、このゲイン調整系において発振
限界に収束するゲインを求め、ゲイン調整系で求めたゲ
インを制御系のゲインとする。
方法を提供する。 【解決手段】 対象とする制御系を基にして制御系のゲ
イン最適値を自動決定するためのゲイン調整系を形成
し、このゲイン調整系を用いて得られるゲインを制御系
のゲインとする。つまり、速度偏差に制御ループのゲイ
ンを乗じた値を制御対象に加えて制御対象の比例制御を
行う制御系において、速度偏差の増加に対して発振領域
から安定領域に向かってゲインが減少する特性を備えた
ゲイン調整系を形成し、このゲイン調整系において発振
限界に収束するゲインを求め、ゲイン調整系で求めたゲ
インを制御系のゲインとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータやロボット
等の制御において、比例制御を行う際の制御ループゲイ
ンを自動決定する方法に関する。
等の制御において、比例制御を行う際の制御ループゲイ
ンを自動決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】モータやロボット等の制御において、制
御対象を比例制御によって制御する場合がある。この比
例制御は、制御要素に対する動作信号と該制御要素から
制御対象に加えられる操作量との間に連続的比例関係が
成り立つような制御であり、制御ループのゲインを発振
限界付近に設定することによって、制御系の性能を最大
限に利用することができる。
御対象を比例制御によって制御する場合がある。この比
例制御は、制御要素に対する動作信号と該制御要素から
制御対象に加えられる操作量との間に連続的比例関係が
成り立つような制御であり、制御ループのゲインを発振
限界付近に設定することによって、制御系の性能を最大
限に利用することができる。
【０００３】通常、この制御系の制御ループのゲインの
調整は専ら人手により、ゲインと該ゲインに対する応答
との関係を観察しながらゲインを調節する試行錯誤の操
作を繰り返すことによって行っている。
調整は専ら人手により、ゲインと該ゲインに対する応答
との関係を観察しながらゲインを調節する試行錯誤の操
作を繰り返すことによって行っている。
【０００４】図１０は、比例制御系を表すブロック線図
であり、該ブロック線図はモータやロボットを制御対象
としている。比例制御系では、速度指令ｖｃと制御対象
２の速度ｖとから速度偏差Ｓufを求め、ゲイン項１にお
いて速度偏差ＳufにゲインＫｖを乗じ、このゲイン項１
の出力制御対象に加えている。
であり、該ブロック線図はモータやロボットを制御対象
としている。比例制御系では、速度指令ｖｃと制御対象
２の速度ｖとから速度偏差Ｓufを求め、ゲイン項１にお
いて速度偏差ＳufにゲインＫｖを乗じ、このゲイン項１
の出力制御対象に加えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ゲイン決定方法では、人手によるゲイン調整であるため
多くの労力を必要とし、最適なゲイン調整はより多くの
時間と労力を要し、制御対象の特性が不明である場合に
は、ゲイン調整は特に困難となる。
ゲイン決定方法では、人手によるゲイン調整であるため
多くの労力を必要とし、最適なゲイン調整はより多くの
時間と労力を要し、制御対象の特性が不明である場合に
は、ゲイン調整は特に困難となる。
【０００６】そこで、本発明は前記した従来の制御系の
ゲイン調整の問題点を解決して、制御系のゲインの最適
値を自動決定する決定方法を提供することを目的とす
る。
ゲイン調整の問題点を解決して、制御系のゲインの最適
値を自動決定する決定方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の制御系のゲイン
自動決定方法は、対象とする制御系を基にして制御系の
ゲイン最適値を自動決定するためのゲイン調整系を形成
し、このゲイン調整系を用いて得られるゲインを制御系
のゲインとするものである。つまり、速度偏差に制御ル
ープのゲインを乗じた値を制御対象に加えて制御対象の
比例制御を行う制御系において、速度偏差の増加に対し
て発振領域から安定領域に向かってゲインが減少する特
性を備えたゲイン調整系を形成し、このゲイン調整系に
おいて発振限界に収束するゲインを求め、ゲイン調整系
で求めたゲインを制御系のゲインとするものである。
自動決定方法は、対象とする制御系を基にして制御系の
ゲイン最適値を自動決定するためのゲイン調整系を形成
し、このゲイン調整系を用いて得られるゲインを制御系
のゲインとするものである。つまり、速度偏差に制御ル
ープのゲインを乗じた値を制御対象に加えて制御対象の
比例制御を行う制御系において、速度偏差の増加に対し
て発振領域から安定領域に向かってゲインが減少する特
性を備えたゲイン調整系を形成し、このゲイン調整系に
おいて発振限界に収束するゲインを求め、ゲイン調整系
で求めたゲインを制御系のゲインとするものである。
【０００８】本発明のゲイン調整系において、速度偏差
の増加に対して発振領域から安定領域に向かってゲイン
が減少する特性は、速度偏差に対して逆比例するゲイン
特性、あるいは速度偏差に対してゲインが負の傾斜を有
する一次関数特性によって形成することができる。
の増加に対して発振領域から安定領域に向かってゲイン
が減少する特性は、速度偏差に対して逆比例するゲイン
特性、あるいは速度偏差に対してゲインが負の傾斜を有
する一次関数特性によって形成することができる。
【０００９】速度偏差に対して逆比例するゲイン特性に
よって、速度偏差の増加に対して発振領域から安定領域
に向かってゲインが減少する特性を形成する場合には、
速度偏差に係数を加算した値で制御対象の最大トルクを
除算した除算値を求め、該除算値を初期ゲインを加算す
ることによって得ることができる。
よって、速度偏差の増加に対して発振領域から安定領域
に向かってゲインが減少する特性を形成する場合には、
速度偏差に係数を加算した値で制御対象の最大トルクを
除算した除算値を求め、該除算値を初期ゲインを加算す
ることによって得ることができる。
【００１０】速度偏差に対してゲインが負の傾斜を有す
る一次関数特性によって、速度偏差の増加に対して発振
領域から安定領域に向かってゲインが減少する特性を形
成する場合には、速度偏差に傾斜係数を乗算し、この乗
算値を初期ゲインから減算することによって得ることが
できる。
る一次関数特性によって、速度偏差の増加に対して発振
領域から安定領域に向かってゲインが減少する特性を形
成する場合には、速度偏差に傾斜係数を乗算し、この乗
算値を初期ゲインから減算することによって得ることが
できる。
【００１１】本発明のゲイン調整系では、速度偏差に制
御ループのゲインを乗じた値を制御対象に加えて行う比
例制御によって、速度偏差を減少させゲインを増加させ
る制御を行い、一方、速度偏差の増加に対して発振領域
から安定領域に向かってゲインが減少する特性によっ
て、逆に速度偏差を増加させゲインを減少させる制御を
行う。この両制御を、発振限界のゲインを挟んで行うこ
とによって、ゲイン調整系は自動的に制御系のゲインの
最適値を決定する。
御ループのゲインを乗じた値を制御対象に加えて行う比
例制御によって、速度偏差を減少させゲインを増加させ
る制御を行い、一方、速度偏差の増加に対して発振領域
から安定領域に向かってゲインが減少する特性によっ
て、逆に速度偏差を増加させゲインを減少させる制御を
行う。この両制御を、発振限界のゲインを挟んで行うこ
とによって、ゲイン調整系は自動的に制御系のゲインの
最適値を決定する。
【００１２】ゲイン調整系は、安定領域において、制御
対象の速度を速度指令側にフィードバックして速度偏差
を求め、この速度偏差に基づいて、速度偏差を減少する
方向のフィードバック制御を行う。この制御によって速
度偏差が減少し、ゲインは逆に増加する。ゲインが制御
系の発振限界を越えて大きくなると、制御系は発振を起
こして速度偏差が大きくなる。発振領域において、発振
して速度偏差が大きくなると、ゲインは減少する。ゲイ
ン調整系は、この速度偏差とゲインの増減を発振限界を
境に繰り返して発振限界に収束する。この収束時のゲイ
ンは、発振限界時のゲインであって、制御系の性能を最
大限に発揮するゲインとなる。
対象の速度を速度指令側にフィードバックして速度偏差
を求め、この速度偏差に基づいて、速度偏差を減少する
方向のフィードバック制御を行う。この制御によって速
度偏差が減少し、ゲインは逆に増加する。ゲインが制御
系の発振限界を越えて大きくなると、制御系は発振を起
こして速度偏差が大きくなる。発振領域において、発振
して速度偏差が大きくなると、ゲインは減少する。ゲイ
ン調整系は、この速度偏差とゲインの増減を発振限界を
境に繰り返して発振限界に収束する。この収束時のゲイ
ンは、発振限界時のゲインであって、制御系の性能を最
大限に発揮するゲインとなる。
【００１３】このゲイン調整系におけるゲイン収束の動
作は自動的に行われ、制御系の特性を知ることなく行う
ことができる。
作は自動的に行われ、制御系の特性を知ることなく行う
ことができる。
【００１４】なお、ゲイン調整系の形成において、速度
偏差に対して逆比例するゲイン特性を形成する場合に
は、制御系の最大速度偏差をゲイン調整系中の係数とし
て用いることができ、最大速度偏差に近い程大きなゲイ
ンを出力する。また、ゲイン調整系によるゲイン調整に
おいて、始めに行う係数および初期ゲインの設定におい
て、速度偏差が零の場合のゲイン調整系のゲインが発振
限界のゲインより大きくなるように、係数および初期ゲ
インの設定を行う。つまり、制御対象の最大トルクを係
数で除算し、該除算値に初期ゲインを加算した値が発振
限界のゲインより大きくなるように、係数および初期ゲ
インの設定を行う。
偏差に対して逆比例するゲイン特性を形成する場合に
は、制御系の最大速度偏差をゲイン調整系中の係数とし
て用いることができ、最大速度偏差に近い程大きなゲイ
ンを出力する。また、ゲイン調整系によるゲイン調整に
おいて、始めに行う係数および初期ゲインの設定におい
て、速度偏差が零の場合のゲイン調整系のゲインが発振
限界のゲインより大きくなるように、係数および初期ゲ
インの設定を行う。つまり、制御対象の最大トルクを係
数で除算し、該除算値に初期ゲインを加算した値が発振
限界のゲインより大きくなるように、係数および初期ゲ
インの設定を行う。
【００１５】また、速度偏差に対してゲインが負の傾斜
を有する一次関数特性を形成する場合には、ゲイン調整
系によるゲイン調整において、初期ゲインの設定におい
て、初期ゲインが発振限界のゲインより大きくなるよう
に設定する。
を有する一次関数特性を形成する場合には、ゲイン調整
系によるゲイン調整において、初期ゲインの設定におい
て、初期ゲインが発振限界のゲインより大きくなるよう
に設定する。
【００１６】前記設定によって、ゲイン調整系によるゲ
イン調整系の発振限界への収束を保証することができ
る。
イン調整系の発振限界への収束を保証することができ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。
参照しながら詳細に説明する。
【００１８】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態を説明するためのゲイン調整系のブロック
線図である。図１のゲイン調整系は、前記図１０に示し
た比例制御系のゲインの最適値を自動決定するためのブ
ロック線図である。ゲイン調整系は、図１０のブロック
線図と同様にゲイン項１と制御対象２を備え、速度指令
ｖｃから制御対象２の速度ｖを減じた速度偏差Ｓufをゲ
イン項１（図１中の一点鎖線）に入力し、ゲイン項１の
出力を制御対象２に入力する。ゲイン調整系のゲイン項
１は、以下の式により表されるゲインＧを備える。
の実施の形態を説明するためのゲイン調整系のブロック
線図である。図１のゲイン調整系は、前記図１０に示し
た比例制御系のゲインの最適値を自動決定するためのブ
ロック線図である。ゲイン調整系は、図１０のブロック
線図と同様にゲイン項１と制御対象２を備え、速度指令
ｖｃから制御対象２の速度ｖを減じた速度偏差Ｓufをゲ
イン項１（図１中の一点鎖線）に入力し、ゲイン項１の
出力を制御対象２に入力する。ゲイン調整系のゲイン項
１は、以下の式により表されるゲインＧを備える。
【００１９】 ゲインＧ＝Ｋｖ＝Ｋｖ0 ＋｛Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝ …（１） ここで、Ｋｖ0 は初期ゲイン項１１のゲイン値、Ｔmax
はロボットやモータ等の制御対象が出せる最大トルク、
Ｓufは速度偏差、δは係数である。最大トルクＴmax は
制御対象によって定まる既知の値であり、初期ゲイン値
Ｋｖ0 および係数δは制御対象の動作が安定な範囲で、
制御系が発振するような設定値である。この初期ゲイン
値Ｋｖ0 および係数δの設定については後述する。
はロボットやモータ等の制御対象が出せる最大トルク、
Ｓufは速度偏差、δは係数である。最大トルクＴmax は
制御対象によって定まる既知の値であり、初期ゲイン値
Ｋｖ0 および係数δは制御対象の動作が安定な範囲で、
制御系が発振するような設定値である。この初期ゲイン
値Ｋｖ0 および係数δの設定については後述する。
【００２０】ゲイン項１は、前記式（１）のゲインとす
るために、ゲイン値Ｋｖ0 の初期ゲイン項１１の出力に
｛Ｓuf×Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝を加算する構成と
する。この構成により、速度偏差Ｓufの入力に対して、
ゲイン項１は初期ゲイン項１１の出力（Ｋｖ0 ×Ｓuf）
に｛Ｓuf×Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝を加算した（Ｋ
ｖ0 ×Ｓuf）＋｛Ｓuf×Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝を
制御対象に入力する。これによって、ゲイン項１のゲイ
ンＧは前記式（１）で表される値となる。
るために、ゲイン値Ｋｖ0 の初期ゲイン項１１の出力に
｛Ｓuf×Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝を加算する構成と
する。この構成により、速度偏差Ｓufの入力に対して、
ゲイン項１は初期ゲイン項１１の出力（Ｋｖ0 ×Ｓuf）
に｛Ｓuf×Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝を加算した（Ｋ
ｖ0 ×Ｓuf）＋｛Ｓuf×Ｔmax ／（｜Ｓuf｜＋δ）｝を
制御対象に入力する。これによって、ゲイン項１のゲイ
ンＧは前記式（１）で表される値となる。
【００２１】次に、ゲイン調整系のゲインＧの特性につ
いて、図２の特性図を用いて説明する。図２の特性図
は、横軸を速度偏差Ｓufとし、縦軸をゲインＧとし、前
記式（１）を表されるゲイン特性である。式（１）を表
されるゲイン特性は、ゲインＧが速度偏差Ｓufに対して
逆比例する特性である。図中において、速度偏差Ｓufが
零の場合（図中の点Ｂ）のゲイン値｛Ｋｖ0 ＋（Ｔmax
／δ）｝を最大値とし、該最大値から速度偏差Ｓufの増
加に従って減少する。この減少の途中において、図中の
一点鎖線で示される制御系が発振を生じる限界のゲイン
を通過する。したがって、一点鎖線の発振限界のゲイン
より大きなゲインの領域では制御系は発振し、発振限界
のゲインより小さなゲインの領域では制御系は安定な動
作となる。なお、図中で発振限界における速度偏差Ｓuf
をＳufC で表し、ゲインをＧC で表している。
いて、図２の特性図を用いて説明する。図２の特性図
は、横軸を速度偏差Ｓufとし、縦軸をゲインＧとし、前
記式（１）を表されるゲイン特性である。式（１）を表
されるゲイン特性は、ゲインＧが速度偏差Ｓufに対して
逆比例する特性である。図中において、速度偏差Ｓufが
零の場合（図中の点Ｂ）のゲイン値｛Ｋｖ0 ＋（Ｔmax
／δ）｝を最大値とし、該最大値から速度偏差Ｓufの増
加に従って減少する。この減少の途中において、図中の
一点鎖線で示される制御系が発振を生じる限界のゲイン
を通過する。したがって、一点鎖線の発振限界のゲイン
より大きなゲインの領域では制御系は発振し、発振限界
のゲインより小さなゲインの領域では制御系は安定な動
作となる。なお、図中で発振限界における速度偏差Ｓuf
をＳufC で表し、ゲインをＧC で表している。
【００２２】次に、制御系のゲインの最適値を決定する
ゲイン調整系の動作について説明する。
ゲイン調整系の動作について説明する。
【００２３】ゲイン調整系は比例制御を行う制御系であ
り、制御対象の速度ｖを速度指令側にフィードバックし
て速度偏差Ｓufを求め、この速度偏差Ｓufに基づいて、
速度偏差を減少する方向のフィードバック制御を行う。
例えば、図２において、速度偏差ＳufがＳufA の場合に
は、一点鎖線で示される発振限界以下の制御系が安定な
領域であるため、比例制御によって図中の特性曲線に沿
って速度偏差Ｓufが減少し、ゲインＧは逆に増加する。
この制御方向は、図２中で矢印Ａで表される。
り、制御対象の速度ｖを速度指令側にフィードバックし
て速度偏差Ｓufを求め、この速度偏差Ｓufに基づいて、
速度偏差を減少する方向のフィードバック制御を行う。
例えば、図２において、速度偏差ＳufがＳufA の場合に
は、一点鎖線で示される発振限界以下の制御系が安定な
領域であるため、比例制御によって図中の特性曲線に沿
って速度偏差Ｓufが減少し、ゲインＧは逆に増加する。
この制御方向は、図２中で矢印Ａで表される。
【００２４】この比例制御によって、ゲインＧが制御系
の発振限界のゲインＧC を越えると、制御系は発振領域
となり発振を起こす。これによって、制御系の速度偏差
Ｓufは大きくなる。発振領域における発振によって速度
偏差Ｓufが大きくなると、ゲインＧは減少する。この動
作は図２中で矢印Ｂで表される。
の発振限界のゲインＧC を越えると、制御系は発振領域
となり発振を起こす。これによって、制御系の速度偏差
Ｓufは大きくなる。発振領域における発振によって速度
偏差Ｓufが大きくなると、ゲインＧは減少する。この動
作は図２中で矢印Ｂで表される。
【００２５】ゲイン調整系は、発振限界を境にして、特
性曲線に従って速度偏差ＳufとゲインＧの増減を繰り返
し発振限界に収束する。この収束時のゲインは、発振限
界時のゲインＧC であって、制御系の性能を最大限に発
揮するゲインとなる。このゲイン調整系におけるゲイン
収束の動作は、前記したように制御系の持つ特性に応じ
て自動的に行われるため、制御系の特性を知ることなく
行うことができる。
性曲線に従って速度偏差ＳufとゲインＧの増減を繰り返
し発振限界に収束する。この収束時のゲインは、発振限
界時のゲインＧC であって、制御系の性能を最大限に発
揮するゲインとなる。このゲイン調整系におけるゲイン
収束の動作は、前記したように制御系の持つ特性に応じ
て自動的に行われるため、制御系の特性を知ることなく
行うことができる。
【００２６】したがって、ゲイン調整系では、ゲインが
発振限界以下の安定領域では、速度偏差に制御ループの
ゲインを乗じた値を制御対象に加える比例制御によっ
て、速度偏差を減少させゲインを増加させる制御を行
う。一方、ゲインが発振限界以上の発振領域では、速度
偏差の増加に対して発振領域から安定領域に向かってゲ
インが減少する特性によって、逆に速度偏差を増加させ
ゲインを減少させる制御を行う。そして、この発振限界
を挟んで逆の特性を持つ二つの制御を用いることによっ
て、ゲイン調整系は自動的に制御系のゲインの最適値を
決定する。
発振限界以下の安定領域では、速度偏差に制御ループの
ゲインを乗じた値を制御対象に加える比例制御によっ
て、速度偏差を減少させゲインを増加させる制御を行
う。一方、ゲインが発振限界以上の発振領域では、速度
偏差の増加に対して発振領域から安定領域に向かってゲ
インが減少する特性によって、逆に速度偏差を増加させ
ゲインを減少させる制御を行う。そして、この発振限界
を挟んで逆の特性を持つ二つの制御を用いることによっ
て、ゲイン調整系は自動的に制御系のゲインの最適値を
決定する。
【００２７】図２の特性図において、ゲイン調整系が自
動的に制御系のゲインの最適値を決定するためには、前
記式（１）で表される特性曲線と発振限界のゲイン（図
中の一点鎖線）とが交差する必要があり、特性曲線は式
（１）中の初期ゲインＫｖ0と係数δによって調整する
ことができる。
動的に制御系のゲインの最適値を決定するためには、前
記式（１）で表される特性曲線と発振限界のゲイン（図
中の一点鎖線）とが交差する必要があり、特性曲線は式
（１）中の初期ゲインＫｖ0と係数δによって調整する
ことができる。
【００２８】以下、図３および図４を用いて初期ゲイン
Ｋｖ0 の大小による特性曲線の変化を示し、図５および
図６を用いて係数δの大小による特性曲線の変化を示
す。
Ｋｖ0 の大小による特性曲線の変化を示し、図５および
図６を用いて係数δの大小による特性曲線の変化を示
す。
【００２９】はじめに、初期ゲインＫｖ0 について説明
する。図３は初期ゲインＫｖ0 が大の場合の特性曲線の
状態を示している。初期ゲインＫｖ0 が大きい場合（図
中では細い二点鎖線で示している）には、ゲインＧは大
きくなる。そして、初期ゲインＫｖ0 が発振限界のゲイ
ンＧC よりも大きな場合には、特性曲線は常に発振領域
（図中の斜線部分）内となって安定な制御系を形成する
ことができない。
する。図３は初期ゲインＫｖ0 が大の場合の特性曲線の
状態を示している。初期ゲインＫｖ0 が大きい場合（図
中では細い二点鎖線で示している）には、ゲインＧは大
きくなる。そして、初期ゲインＫｖ0 が発振限界のゲイ
ンＧC よりも大きな場合には、特性曲線は常に発振領域
（図中の斜線部分）内となって安定な制御系を形成する
ことができない。
【００３０】一方、図４は初期ゲインＫｖ0 が小の場合
の特性曲線の状態を示している。初期ゲインＫｖ0 が小
さい場合（図中では細い二点鎖線で示している）にはゲ
インＧも小さくなって常に安定領域となるが、最大のゲ
インを得ることができる速度偏差Ｓufが零の場合でもゲ
インＧは発振限界のゲインＧC に達せず、制御対象の持
つ特性を充分に発揮することができない。
の特性曲線の状態を示している。初期ゲインＫｖ0 が小
さい場合（図中では細い二点鎖線で示している）にはゲ
インＧも小さくなって常に安定領域となるが、最大のゲ
インを得ることができる速度偏差Ｓufが零の場合でもゲ
インＧは発振限界のゲインＧC に達せず、制御対象の持
つ特性を充分に発揮することができない。
【００３１】次に、係数δについて説明する。図５は係
数δが大の場合の特性曲線の状態を示している。係数δ
は最大速度偏差に対応する値である。係数δが大きい場
合には、ゲインＧは小さくなって系は安定領域となる
が、速度偏差Ｓufが零の場合でも最大のゲインＧ（＝
｛Ｋｖ0 ＋（Ｔmax ／δ）｝）は発振限界のゲインＧC
に達せず、制御対象の持つ特性を充分に発揮することが
できない場合がある。
数δが大の場合の特性曲線の状態を示している。係数δ
は最大速度偏差に対応する値である。係数δが大きい場
合には、ゲインＧは小さくなって系は安定領域となる
が、速度偏差Ｓufが零の場合でも最大のゲインＧ（＝
｛Ｋｖ0 ＋（Ｔmax ／δ）｝）は発振限界のゲインＧC
に達せず、制御対象の持つ特性を充分に発揮することが
できない場合がある。
【００３２】一方、図６は係数δが小の場合の特性曲線
の状態を示している。係数δが小の場合には、ゲインＧ
は大きくなって系は発振領域内に入り、安定領域に復帰
することができない程度まで上昇する場合がある。
の状態を示している。係数δが小の場合には、ゲインＧ
は大きくなって系は発振領域内に入り、安定領域に復帰
することができない程度まで上昇する場合がある。
【００３３】したがって、初期ゲインＫｖ0 と係数δ
は、速度偏差Ｓufが零の場合のゲインＧ（＝｛Ｋｖ0 ＋
（Ｔmax ／δ）｝）が発振限界のゲインＧC より大きく
なり、かつゲインＧC と交差するような値に設定する。
は、速度偏差Ｓufが零の場合のゲインＧ（＝｛Ｋｖ0 ＋
（Ｔmax ／δ）｝）が発振限界のゲインＧC より大きく
なり、かつゲインＧC と交差するような値に設定する。
【００３４】次に、制御系とゲイン調整系との関係を図
７を用いて説明する。図７において、符号２０から２４
で示される制御系は、モータやロボット等の制御を行う
制御系であり、２０はコンピュータを内蔵した数値制御
装置（ＣＮＣ）、２１は共有ＲＡＭ、２２はプロセッサ
（ＣＰＵ），ＲＯＮ，ＲＡＭ等を有するデジタルサーボ
回路、２３はトランジスタインバータ等のサーボアン
プ、２４はサーボモータ、２５はパルスコーダである。
なお、この構成は従来のデジタルサーボ制御を行う装置
と同一であるため、概略的に示している。前記図１０の
ブロック線図で示す制御系は、図７中の破線で囲まれる
制御系Ａであり、この制御系Ａを基にして該制御系Ａの
最適なゲインを自動決定するためのゲイン調整系Ｂを構
成する。このゲイン調整系Ｂは、前記図１に示すブロッ
ク線図によって構成される。ここで、このゲイン調整系
Ｂを形成する初期ゲインＫｖ0 および係数δは、前記し
たように、速度偏差Ｓufが零の場合のゲインＧ（＝｛Ｋ
ｖ0 ＋（Ｔmax ／δ）｝）が発振限界のゲインＧC より
大きくなり、かつゲインＧC と交差するような値に設定
する。
７を用いて説明する。図７において、符号２０から２４
で示される制御系は、モータやロボット等の制御を行う
制御系であり、２０はコンピュータを内蔵した数値制御
装置（ＣＮＣ）、２１は共有ＲＡＭ、２２はプロセッサ
（ＣＰＵ），ＲＯＮ，ＲＡＭ等を有するデジタルサーボ
回路、２３はトランジスタインバータ等のサーボアン
プ、２４はサーボモータ、２５はパルスコーダである。
なお、この構成は従来のデジタルサーボ制御を行う装置
と同一であるため、概略的に示している。前記図１０の
ブロック線図で示す制御系は、図７中の破線で囲まれる
制御系Ａであり、この制御系Ａを基にして該制御系Ａの
最適なゲインを自動決定するためのゲイン調整系Ｂを構
成する。このゲイン調整系Ｂは、前記図１に示すブロッ
ク線図によって構成される。ここで、このゲイン調整系
Ｂを形成する初期ゲインＫｖ0 および係数δは、前記し
たように、速度偏差Ｓufが零の場合のゲインＧ（＝｛Ｋ
ｖ0 ＋（Ｔmax ／δ）｝）が発振限界のゲインＧC より
大きくなり、かつゲインＧC と交差するような値に設定
する。
【００３５】ゲイン調整系Ｂによって自動決定したゲイ
ンＫｖをゲインパラメータとして、制御系Ａのゲインに
設定することによって、ゲインの最適な調整を行うこと
ができる。
ンＫｖをゲインパラメータとして、制御系Ａのゲインに
設定することによって、ゲインの最適な調整を行うこと
ができる。
【００３６】（第２の実施の形態）図８は本発明の第２
の実施の形態を説明するためのゲイン調整系のブロック
線図である。図８のゲイン調整系は、前記図１０に示し
た比例制御系のゲインの最適値を自動決定するためのブ
ロック線図である。ゲイン調整系は第２の実施の形態と
同様の構成であり、ゲイン項１と制御対象２を備え、速
度指令ｖｃから制御対象２の速度ｖを減じた速度偏差Ｓ
ufをゲイン項１（図８中の一点鎖線）に入力し、ゲイン
項１の出力を制御対象２に入力する。そして、ゲイン調
整系のゲイン項１は、以下の式により表されるゲインＧ
を備える。
の実施の形態を説明するためのゲイン調整系のブロック
線図である。図８のゲイン調整系は、前記図１０に示し
た比例制御系のゲインの最適値を自動決定するためのブ
ロック線図である。ゲイン調整系は第２の実施の形態と
同様の構成であり、ゲイン項１と制御対象２を備え、速
度指令ｖｃから制御対象２の速度ｖを減じた速度偏差Ｓ
ufをゲイン項１（図８中の一点鎖線）に入力し、ゲイン
項１の出力を制御対象２に入力する。そして、ゲイン調
整系のゲイン項１は、以下の式により表されるゲインＧ
を備える。
【００３７】 ゲインＧ＝Ｋｖ＝Ｋｖ1 −α・｜Ｓuf｜ …（２） ここで、Ｋｖ1 は初期ゲイン項１１のゲイン値、Ｓufは
速度偏差、αは傾斜係数である。初期ゲイン値Ｋｖ1 お
よび傾斜係数αは制御対象の動作が安定な範囲で、制御
系が発振するような設定値である。この初期ゲイン値Ｋ
ｖ1 および傾斜係数αについては後述する。
速度偏差、αは傾斜係数である。初期ゲイン値Ｋｖ1 お
よび傾斜係数αは制御対象の動作が安定な範囲で、制御
系が発振するような設定値である。この初期ゲイン値Ｋ
ｖ1 および傾斜係数αについては後述する。
【００３８】ゲイン項１は、前記式（２）のゲインとす
るために、ゲイン値Ｋｖ1 の初期ゲイン項１１の出力か
ら（α・｜Ｓuf｜・Ｓuf）を減算する構成とする。この
構成により、速度偏差Ｓufの入力に対して、ゲイン項１
は初期ゲイン項１１の出力（Ｋｖ1 ×Ｓuf）から（α・
｜Ｓuf｜・Ｓuf）を減算した（Ｋｖ1 ×Ｓuf）−（α・
｜Ｓuf｜・Ｓuf）を制御対象に入力する。これによっ
て、ゲイン項１のゲインＧは前記式（２）で表される値
となる。なお、（α・｜Ｓuf｜・Ｓuf）を減算する代わ
りに、（−α・｜Ｓuf｜・Ｓuf）を加算する構成とする
こともできる。
るために、ゲイン値Ｋｖ1 の初期ゲイン項１１の出力か
ら（α・｜Ｓuf｜・Ｓuf）を減算する構成とする。この
構成により、速度偏差Ｓufの入力に対して、ゲイン項１
は初期ゲイン項１１の出力（Ｋｖ1 ×Ｓuf）から（α・
｜Ｓuf｜・Ｓuf）を減算した（Ｋｖ1 ×Ｓuf）−（α・
｜Ｓuf｜・Ｓuf）を制御対象に入力する。これによっ
て、ゲイン項１のゲインＧは前記式（２）で表される値
となる。なお、（α・｜Ｓuf｜・Ｓuf）を減算する代わ
りに、（−α・｜Ｓuf｜・Ｓuf）を加算する構成とする
こともできる。
【００３９】次に、ゲイン調整系のゲインＧの特性につ
いて、図９の特性図を用いて説明する。図９の特性図
は、横軸を速度偏差Ｓufとし、縦軸をゲインＧとし、前
記式（２）を表されるゲイン特性である。式（２）を表
されるゲイン特性は、ゲインＧが速度偏差Ｓufに対して
傾斜係数αで減少する特性である。図中において、速度
偏差Ｓufが零の場合のゲイン値（Ｋｖ1 ）を最大値と
し、該最大値から速度偏差Ｓufの増加に従って減少す
る。この減少の途中において、図中の一点鎖線で示され
る制御系が発振を生じる限界のゲインを通過する。した
がって、一点鎖線の発振限界のゲインより大きなゲイン
の領域では制御系は発振し、発振限界のゲインより小さ
なゲインの領域では制御系は安定な動作となる。なお、
図中で発振限界におけるゲインをＧC で表している。ま
た、図９に特性図では、速度偏差Ｓufが大となる部分で
は、ゲインＧを正とするために一定の正のゲインＫｖ2
に設定している。
いて、図９の特性図を用いて説明する。図９の特性図
は、横軸を速度偏差Ｓufとし、縦軸をゲインＧとし、前
記式（２）を表されるゲイン特性である。式（２）を表
されるゲイン特性は、ゲインＧが速度偏差Ｓufに対して
傾斜係数αで減少する特性である。図中において、速度
偏差Ｓufが零の場合のゲイン値（Ｋｖ1 ）を最大値と
し、該最大値から速度偏差Ｓufの増加に従って減少す
る。この減少の途中において、図中の一点鎖線で示され
る制御系が発振を生じる限界のゲインを通過する。した
がって、一点鎖線の発振限界のゲインより大きなゲイン
の領域では制御系は発振し、発振限界のゲインより小さ
なゲインの領域では制御系は安定な動作となる。なお、
図中で発振限界におけるゲインをＧC で表している。ま
た、図９に特性図では、速度偏差Ｓufが大となる部分で
は、ゲインＧを正とするために一定の正のゲインＫｖ2
に設定している。
【００４０】次に、制御系のゲインの最適値を決定する
ゲイン調整系の動作について説明する。この動作は、前
記図２とほぼ同様である。
ゲイン調整系の動作について説明する。この動作は、前
記図２とほぼ同様である。
【００４１】比例制御によって、ゲイン調整系は制御対
象の速度ｖを速度指令側にフィードバックして速度偏差
Ｓufを求め、この速度偏差Ｓufに基づいて速度偏差を減
少する方向のフィードバック制御を行う。図９におい
て、速度偏差ＳufがＳufA の場合には、ゲインは一点鎖
線で示される発振限界以下となる。この場合には、制御
系が安定な領域であるため、比例制御によって傾斜係数
αの特性曲線上を移動して速度偏差Ｓufが減少し、図９
中の矢印Ａで表されるようにゲインＧは逆に増加する。
象の速度ｖを速度指令側にフィードバックして速度偏差
Ｓufを求め、この速度偏差Ｓufに基づいて速度偏差を減
少する方向のフィードバック制御を行う。図９におい
て、速度偏差ＳufがＳufA の場合には、ゲインは一点鎖
線で示される発振限界以下となる。この場合には、制御
系が安定な領域であるため、比例制御によって傾斜係数
αの特性曲線上を移動して速度偏差Ｓufが減少し、図９
中の矢印Ａで表されるようにゲインＧは逆に増加する。
【００４２】この比例制御によって、ゲインＧが制御系
の発振限界のゲインＧC を越えると、制御系は発振領域
となり発振を起こす。これによって、制御系の速度偏差
Ｓufは大きくなる。発振領域における発振によって速度
偏差Ｓufが大きくなると、図９中の矢印Ｂで示されるよ
うにゲインＧは減少する。
の発振限界のゲインＧC を越えると、制御系は発振領域
となり発振を起こす。これによって、制御系の速度偏差
Ｓufは大きくなる。発振領域における発振によって速度
偏差Ｓufが大きくなると、図９中の矢印Ｂで示されるよ
うにゲインＧは減少する。
【００４３】ゲイン調整系は、発振限界を境にして、傾
斜係数αの特性曲線上において速度偏差ＳufとゲインＧ
の増減を繰り返して発振限界に収束する。この収束時の
ゲインは、発振限界時のゲインＧC であって、制御系の
性能を最大限に発揮するゲインとなる。このゲイン調整
系におけるゲイン収束の動作は、前記したように制御系
の持つ特性に応じて自動的に行われるため、制御系の特
性を知ることなく行うことができる。
斜係数αの特性曲線上において速度偏差ＳufとゲインＧ
の増減を繰り返して発振限界に収束する。この収束時の
ゲインは、発振限界時のゲインＧC であって、制御系の
性能を最大限に発揮するゲインとなる。このゲイン調整
系におけるゲイン収束の動作は、前記したように制御系
の持つ特性に応じて自動的に行われるため、制御系の特
性を知ることなく行うことができる。
【００４４】したがって、図８に示す第２の実施の形態
のゲイン調整系においても、図２で示す第１の実施の形
態と同様に、ゲインが発振限界以下の安定領域では、比
例制御によって速度偏差を減少させゲインを増加させる
制御を行い、ゲインが発振限界以上の発振領域では、速
度偏差の増加に対して発振領域から安定領域に向かって
ゲインが減少する特性によって、逆に速度偏差を増加さ
せゲインを減少させる制御を行う。そして、この発振限
界を挟んで逆の特性を持つ二つの制御を用いることによ
って、ゲイン調整系は自動的に制御系のゲインの最適値
を決定する。
のゲイン調整系においても、図２で示す第１の実施の形
態と同様に、ゲインが発振限界以下の安定領域では、比
例制御によって速度偏差を減少させゲインを増加させる
制御を行い、ゲインが発振限界以上の発振領域では、速
度偏差の増加に対して発振領域から安定領域に向かって
ゲインが減少する特性によって、逆に速度偏差を増加さ
せゲインを減少させる制御を行う。そして、この発振限
界を挟んで逆の特性を持つ二つの制御を用いることによ
って、ゲイン調整系は自動的に制御系のゲインの最適値
を決定する。
【００４５】また、前記実施の形態に示したゲイン調整
系の特性曲線の他に、速度偏差の増加に対して発振領域
から安定領域に向かってゲインが減少する他の特性を備
えたゲイン調整系を形成することによって、同様の作用
によって、ゲイン調整系を発振させることによって発振
限界のゲインを求め、該ゲインを制御系のゲインとする
ことにより、適切なゲインを自動的に決定すことができ
る。
系の特性曲線の他に、速度偏差の増加に対して発振領域
から安定領域に向かってゲインが減少する他の特性を備
えたゲイン調整系を形成することによって、同様の作用
によって、ゲイン調整系を発振させることによって発振
限界のゲインを求め、該ゲインを制御系のゲインとする
ことにより、適切なゲインを自動的に決定すことができ
る。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御系のゲインの最適値を自動決定する決定方法を提供
することができる。
制御系のゲインの最適値を自動決定する決定方法を提供
することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するためのゲ
イン調整系のブロック線図である。
イン調整系のブロック線図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のゲイン調整系のゲ
インＧの特性図である。
インＧの特性図である。
【図３】初期ゲインＫｖ0 が大の場合の特性曲線であ
る。
る。
【図４】初期ゲインＫｖ0 が小の場合の特性曲線であ
る。
る。
【図５】係数δが大の場合の特性曲線である。
【図６】係数δが小の場合の特性曲線である。
【図７】制御系とゲイン調整系との関係を示す図であ
る。
る。
【図８】本発明の第２の実施の形態を説明するためのゲ
イン調整系のブロック線図である。
イン調整系のブロック線図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態のゲイン調整系のゲ
インＧの特性図である。
インＧの特性図である。
【図１０】比例制御系を表すブロック線図である。
１ ゲイン項 ２ 制御対象 １１ 初期ゲイン Ｓuf 速度偏差 ２０ 制御装置 ２１ 共有ＲＡＭ ２２ デジタルサーボ回路 ２３ サーボアンプ ２４ モータ ２５ パルスコーダ
Claims (7)
- 【請求項１】 速度偏差に制御ループのゲインを乗じた
値を制御対象に加えて制御対象の比例制御を行う制御系
において、速度偏差の増加に対して発振領域から安定領
域に向かってゲインが減少する特性を備えたゲイン調整
系を形成し、前記ゲイン調整系を発振させることによっ
て発振限界のゲインを求め、該ゲインを制御系のゲイン
とすることを特徴とする制御系のゲイン自動決定方法。 - 【請求項２】 前記ゲイン調整系は、速度偏差に対して
逆比例のゲイン特性を備えることを特徴とする請求項１
記載の制御系のゲイン自動決定方法。 - 【請求項３】 前記ゲイン調整系は、速度偏差に係数を
加算した値で制御対象の最大トルクを除算し、前記除算
値を初期ゲインに加算した値をゲインとすることを特徴
とする請求項１，又は２記載の制御系のゲイン自動決定
方法。 - 【請求項４】 前記係数は、制御系の最大速度偏差であ
ることを特徴とする請求項３記載の制御系のゲイン自動
決定方法。 - 【請求項５】 前記係数および初期ゲインは、速度偏差
が零の場合のゲイン調整系のゲインを発振限界のゲイン
より大きくする値であることを特徴とする請求項３記載
の制御系のゲイン自動決定方法。 - 【請求項６】 前記係数および初期ゲインは、制御対象
の最大トルクを該係数で除算し、該除算値に初期ゲイン
を加算した値を発振限界のゲインより大きくする値であ
ることを特徴とする請求項３記載の制御系のゲイン自動
決定方法。 - 【請求項７】 前記ゲイン調整系は、速度偏差に対して
ゲインが負の傾斜を有する一次関数特性であることを特
徴とする請求項１記載の制御系のゲイン自動決定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28914895A JP3654975B2 (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 制御系のゲイン自動決定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28914895A JP3654975B2 (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 制御系のゲイン自動決定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09106303A true JPH09106303A (ja) | 1997-04-22 |
| JP3654975B2 JP3654975B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=17739387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28914895A Expired - Fee Related JP3654975B2 (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 制御系のゲイン自動決定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3654975B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001067187A1 (fr) * | 2000-03-06 | 2001-09-13 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Systeme de servocommande : technique de detection d'une valeur critique d'oscillation |
| JP2006074936A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 電動機の制御装置 |
| JP2006074885A (ja) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動機の制御装置 |
| WO2020239366A1 (fr) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Safran Aircraft Engines | Système et méthode de régulation d'un paramètre physique d'un système réel d'une turbomachine à partir d'un paramètre physique de consigne |
-
1995
- 1995-10-12 JP JP28914895A patent/JP3654975B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001067187A1 (fr) * | 2000-03-06 | 2001-09-13 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Systeme de servocommande : technique de detection d'une valeur critique d'oscillation |
| JP2006074885A (ja) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動機の制御装置 |
| JP2006074936A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 電動機の制御装置 |
| WO2020239366A1 (fr) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | Safran Aircraft Engines | Système et méthode de régulation d'un paramètre physique d'un système réel d'une turbomachine à partir d'un paramètre physique de consigne |
| FR3096794A1 (fr) * | 2019-05-29 | 2020-12-04 | Safran Aircraft Engines | Système et méthode de régulation d’un paramètre physique d’un système réel d’une turbomachine à partir d’un paramètre physique de consigne |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3654975B2 (ja) | 2005-06-02 |
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