JPH11184503A - Device and method for control - Google Patents

Device and method for control

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JPH11184503A
JPH11184503A JP35064797A JP35064797A JPH11184503A JP H11184503 A JPH11184503 A JP H11184503A JP 35064797 A JP35064797 A JP 35064797A JP 35064797 A JP35064797 A JP 35064797A JP H11184503 A JPH11184503 A JP H11184503A
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resonance
filter element
amplitude
control
canceling filter
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Yoshiyuki Urakawa
禎之 浦川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To permit stable control even when a controlled system and/or the actuator of that controlled system has spring characteristics. SOLUTION: In addition to a feed forward(FF) control operating part 1.2 and a feedback(FB) control operating part 16, a resonance cancel filter element 19 is provided for performing operation to cancel the spring characteristics. The resonance cancel filter element 19 has a secondary advance element for providing a minimal amplitude value or secondary delay element for providing a maximal amplitude value and cancels resonance characteristics caused by a spring element provided in a driving system. Besides, a setting part 40 is provided for setting a parameter for resonance cancel filter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボット、電
気回路基板の部品実装機などの高速な位置決め制御が必
要な駆動系を有する機器のサーボ制御を行う制御方法お
よびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method and apparatus for performing servo control of equipment having a drive system requiring high-speed positioning control, such as an industrial robot and a component mounting machine for an electric circuit board.

【0002】[0002]

【従来の技術】種々の制御対象があるが、たとえば、産
業用ロボットにおいてもその基本的な制御対象は電動機
(モータ)であるから、以下、代表的に制御対象として
モータを例示する。モータも各種のモータがあり、以
下、たとえば、産業用ロボットに使用されているサーボ
モータを例示する。
2. Description of the Related Art There are various control objects. For example, even in an industrial robot, a basic control object is an electric motor (motor). There are various types of motors, and, for example, servo motors used in industrial robots will be exemplified below.

【0003】サーボモータを制御する方法としては種々
の方法が提案されているが、最も基本的な方法は、比例
(P)動作、積分(I)動作および微分(D)動作の制
御を組み合わせて制御を行う方法である。
Various methods have been proposed for controlling a servomotor. The most basic method is to control the proportional (P) operation, the integral (I) operation and the differential (D) operation in combination. This is the control method.

【0004】図1はそのような制御方法による従来の制
御装置のブロック図である。図1に図解した制御装置
は、制御対象としてのモータ1をモータ駆動部(ドライ
バ)2を介して駆動する制御器(コントローラ)100
とモータ1のロータの回転位置を検出するロータリィエ
ンコーダ200とを有する。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional control device using such a control method. The control device illustrated in FIG. 1 drives a motor 1 as a control object via a motor driving unit (driver) 2.
And a rotary encoder 200 for detecting the rotational position of the rotor of the motor 1.

【0005】制御器(コントローラ)100は、目標位
置信号Pref (または目標角度信号Aref )からフィー
ドフォワード制御(正帰還制御、FF制御)演算を行う
フィードフォワード(FF)制御演算部12、第1の加
算回路14、フィードバック制御(負帰還制御、FB制
御)演算を行うフィードバック(FB)制御演算部1
6、および、第2の加算回路18を有する制御演算部1
0と、ディジタル/アナログ変換回路(D/Aコンバー
タ)20と、ロータリィエンコーダ200の検出信号を
サンプリングして加算回路14に印加するサンプラ30
を有する。この制御器100は、所定のサンプリング周
期でサンプリングを行って制御する離散的な制御器であ
り、その制御内容は、制御演算部10におけるFF制御
演算部12によるフィードフォワード制御と、加算回路
14において算出した位置偏差=(目標位置信号Pref
−エンコーダ200の位置検出信号)に基づくFB制御
演算部16によるフィードバック制御とを組み合わせた
ものである。
[0005] A controller (controller) 100 includes a feedforward (FF) control operation unit 12 for performing feedforward control (positive feedback control, FF control) from the target position signal P ref (or the target angle signal A ref ). 1 feedback circuit (FB) control operation unit 1 for performing feedback control (negative feedback control, FB control) operation
6 and the control operation unit 1 having the second addition circuit 18
0, a digital / analog conversion circuit (D / A converter) 20, and a sampler 30 that samples a detection signal of the rotary encoder 200 and applies the detection signal to the addition circuit 14.
Having. The controller 100 is a discrete controller that performs sampling and control at a predetermined sampling period, and controls the feed-forward control by the FF control operation unit 12 in the control operation unit 10 and the feed-forward control in the addition circuit 14. Calculated position deviation = (target position signal Pref
This is a combination of feedback control by the FB control calculation unit 16 based on the position detection signal of the encoder 200).

【0006】FF制御演算部12は下記式1に規定され
る制御演算を行う。
The FF control calculation unit 12 performs a control calculation defined by the following equation (1).

【数14】 ……(1)[Equation 14] …… (1)

【0007】FB制御演算部16は下記式2に規定され
る制御演算を行う。
The FB control calculation section 16 performs a control calculation defined by the following equation (2).

【数15】 ……(2)(Equation 15) …… (2)

【0008】式1、2において、制御パラメータkp
比例定数(比例利得または比例ゲイン)、制御パラメー
タkd は微分定数(微分ゲイン)、制御パラメータki
は積分定数(積分ゲイン)を示す。制御パラメータαは
フィードフォワードゲイン(利得)を示し、制御パラメ
ータβは速度フィードフォワードゲインを示す。記号T
はサンプリング周期を示し、変数z-1は一次遅れ要素を
示す。したがって、この例では、FF制御演算部12は
比例(P)制御動作と微分(D)制御動作との組合せ演
算を行う。FB制御演算部16はPID制御動作を行
う。
In equations 1 and 2, the control parameter k p is a proportional constant (proportional gain or proportional gain), the control parameter k d is the differential constant (differential gain), and the control parameter k i
Indicates an integration constant (integral gain). The control parameter α indicates a feed forward gain (gain), and the control parameter β indicates a speed feed forward gain. Symbol T
Indicates a sampling period, and a variable z -1 indicates a first-order lag element. Therefore, in this example, the FF control operation unit 12 performs a combination operation of the proportional (P) control operation and the differential (D) control operation. The FB control calculation unit 16 performs a PID control operation.

【0009】図1に図解した制御装置の概略動作を述べ
る。FF制御演算部12は目標位置信号Pref (または
目標角度信号Aref )に対して比例および微分(PD)
制御演算を行う。加算回路14が目標位置信号P
ref (または目標位置信号Pref )に対するエンコーダ
200で検出した実際の位置検出信号(または角度検出
信号)を減じて偏差を算出する。FB制御演算部16が
その偏差に対してPID演算をする。加算回路18は、
FF制御演算部12の演算結果とFB制御演算部16の
演算結果とを加算する。以上の演算はディジタル的に
(離散的に)行われる。その演算結果がD/Aコンバー
タ20においてアナログ信号に変換されてモータ駆動部
(ドライバ)2を介してモータ1を駆動制御する。その
結果がエンコーダ200で検出されて、サンプラ30を
介して加算回路14に印加される。この制御動作が所定
のサンプリング周期で反復動作する。
The general operation of the control device illustrated in FIG. 1 will be described. The FF control calculation unit 12 performs proportional and differential (PD) with respect to the target position signal P ref (or the target angle signal A ref ).
Perform control calculation. The adder circuit 14 outputs the target position signal P
The deviation is calculated by subtracting the actual position detection signal (or angle detection signal) detected by the encoder 200 with respect to ref (or the target position signal P ref ). The FB control calculation unit 16 performs a PID calculation on the deviation. The addition circuit 18
The calculation result of the FF control calculation unit 12 and the calculation result of the FB control calculation unit 16 are added. The above operations are performed digitally (discretely). The calculation result is converted into an analog signal in the D / A converter 20 and the drive of the motor 1 is controlled via the motor drive unit (driver) 2. The result is detected by the encoder 200 and applied to the addition circuit 14 via the sampler 30. This control operation is repeatedly performed at a predetermined sampling cycle.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図1に示すサーボ制御
装置においては制御性能を向上させる制御パラメータ、
たとえば、比例定数kP 、微分定数kd 、積分定数
i 、α、βのみによって制御が行われているが、実際
の駆動系においてはモータドライバ2およびモータ1な
どの駆動部のばね特性などにより共振特性を持つことが
多い。この共振特性を無視して制御を行うと、共振特性
により制御系の安定性が損なわれることがある。ばね特
性については図3を参照して後述する。
In the servo control device shown in FIG. 1, control parameters for improving control performance,
For example, the control is performed only by the proportional constant k P , the differential constant k d , the integral constants k i , α, and β. However, in an actual drive system, the spring characteristics of the drive units such as the motor driver 2 and the motor 1 are used. Often have resonance characteristics. If control is performed ignoring this resonance characteristic, the stability of the control system may be impaired by the resonance characteristic. The spring characteristics will be described later with reference to FIG.

【0011】一般に、制御性能の高い制御パラメータ
(精密な制御を行うのに使用する感度の高い制御パラメ
ータ)を用いると制御系の安定性が低くなり、上記共振
特性により制御系の安定性が損なわれる傾向がある。逆
に、制御系の安定性を保つためには感度の低い制御パラ
メータ(制御性能を低下させた制御パラメータ)で駆動
系を制御せねばならない。そうすると充分な制御が行わ
れない。このように、制御には制御パラメータの感度の
高低によって二律背反する問題が内在している。
In general, when a control parameter having high control performance (a control parameter having high sensitivity used for performing precise control) is used, the stability of the control system is reduced, and the stability of the control system is impaired due to the resonance characteristics. Tend to be Conversely, in order to maintain the stability of the control system, the drive system must be controlled with a control parameter with low sensitivity (a control parameter with reduced control performance). Then, sufficient control is not performed. As described above, there is an inherent problem in control that depends on the sensitivity of the control parameter.

【0012】本発明は上述した制御に関する問題を克服
するものであり、本発明の目的は制御対象の機構系など
にばね要素が存在してもそれを相殺する共振相殺フィル
タを適用することにより、安定かつ精密な制御を可能と
する制御装置と制御方法を提供することにある。
An object of the present invention is to overcome the above-described control-related problems. An object of the present invention is to apply a resonance canceling filter for canceling a spring element even if it exists in a mechanical system to be controlled. An object of the present invention is to provide a control device and a control method that enable stable and precise control.

【0013】また本発明の目的は、上記共振相殺フィル
タのパラメータを容易かつ適切に調整可能な共振相殺フ
ィルタのパラメータ調整方法および調整装置を提供する
ことにある。
It is another object of the present invention to provide a method and an apparatus for adjusting the parameters of the resonance canceling filter which can easily and appropriately adjust the parameters of the resonance canceling filter.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では駆動系中に含まれるばね要素によって
生じる共振特性を相殺するために2次進み要素および/
または2次遅れ要素からなる共振相殺フィルタにより制
御信号をフィルタリングする。
In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, a secondary advance element and / or a secondary advance element are provided in order to cancel a resonance characteristic caused by a spring element included in a drive system.
Alternatively, the control signal is filtered by a resonance cancellation filter including a second-order lag element.

【0015】すなわち、本発明によれば、制御対象およ
び/または該制御対象のアクチュエータにばね特性を有
する制御系を離散時間方法で制御する制御装置におい
て、目標指令信号と前記制御対象の位置または角度検出
信号との差を求める偏差算出部と、該偏差算出部で算出
した偏差に応じてフィードバック制御演算を行うフィー
ドバック制御演算部と、該結果に対して前ばね特性を相
殺する演算を行う共振相殺フィルタ要素とを有する制御
装置が提供される。
That is, according to the present invention, in a control device for controlling a control system having a spring characteristic in a controlled object and / or an actuator of the controlled object by a discrete time method, a target command signal and a position or an angle of the controlled object are controlled. A deviation calculation unit for obtaining a difference from the detection signal, a feedback control operation unit for performing a feedback control operation in accordance with the deviation calculated by the deviation calculation unit, and a resonance cancellation for performing an operation for canceling the front spring characteristic with respect to the result A control device having a filter element is provided.

【0016】前記共振相殺フィルタ要素は振幅極小値を
もたらす2次進み要素:(s−zr+zi j)(s−z
r −zi j)、または、振幅極大値をもたらす2次遅れ
要素:1/(s−pr +pi j)(s−pr −p
i j)、あるいは、両者を有する。
[0016] The resonant cancellation filter element secondary lead element results in amplitude minima: (s-z r + z i j) (s-z
r -z i j), or, second-order lag element providing amplitude maximum value: 1 / (s-p r + p i j) (s-p r -p
i j) or both.

【0017】好適には、前記共振相殺フィルタ要素のフ
ィルタ特性は、該共振相殺フィルタ要素の零点:zfp±
fijと、前記制御対象および/またはアクチュエータ
の共振極:pr ±pi jを一致させ、前記共振相殺フィ
ルタ要素の極:pfr±pfijと前記制御対象および/ま
たはアクチュエータの共振零点:zr ±zi jを一致さ
せて得られる。
Preferably, the filter characteristic of the resonance canceling filter element is a zero point of the resonance canceling filter element: z fp ±
z fi j and the resonance pole of the controlled object and / or the actuator: p r ± p i j are matched, and the pole of the resonance canceling filter element: p fr ± p fi j and the resonance of the controlled object and / or the actuator Zero: obtained by matching z r ± z i j.

【0018】また本発明の制御装置は、前記共振相殺フ
ィルタ要素のパラメータを設定する共振相殺フィルタ用
パラメータ設定部をさらに有する。前記共振相殺フィル
タ用パラメータ設定部は、前記共振相殺フィルタ要素の
振幅極大周波数ffpおよび極大値ダンピング係数dfp
または前記共振相殺フィルタの振幅極小周波数ffzおよ
び極小値ダンピング係数dfzを指定し、前記共振相殺フ
ィルタ要素におけるパラメータを前記共振相殺フィルタ
要素に設定する。
The control device of the present invention further includes a resonance canceling filter parameter setting section for setting parameters of the resonance canceling filter element. The resonance canceling filter parameter setting unit includes an amplitude maximum frequency f fp and a maximum value damping coefficient d fp of the resonance cancellation filter element,
Alternatively, a minimum amplitude frequency f fz and a minimum value damping coefficient d fz of the resonance canceling filter are designated, and parameters in the resonance canceling filter element are set in the resonance canceling filter element.

【0019】好適には、前記共振相殺フィルタ用パラメ
ータ設定部は、振幅極小周波数ffzおよび極小値ダンピ
ング係数dfzから下記式を適用して前記共振相殺フィル
タ要素の零点zfr±zfijを求めて前記共振相殺フィル
タ要素の振幅極小周波数および振幅極小値の鋭さを独立
に指定する。
Preferably, the parameter setting section for the resonance cancellation filter applies the following equation from the amplitude minimum frequency f fz and the minimum value damping coefficient d fz to determine the zero point z fr ± z fi j of the resonance cancellation filter element. Then, the amplitude minimum frequency and the amplitude minimum value sharpness of the resonance canceling filter element are designated independently.

【0020】[0020]

【数16】 (Equation 16)

【0021】また好適には、前記共振相殺フィルタ用パ
ラメータ設定部は、振幅極大周波数ffpおよび極大値ダ
ンピング係数dfpから下記式を適用して前記共振相殺フ
ィルタ要素の極pfr±pfijを求め、前記共振相殺フィ
ルタ要素の振幅極大周波数および振幅極大値の鋭さを独
立に指定する。
Preferably, the resonance canceling filter parameter setting unit applies the following equation from the amplitude maximum frequency f fp and the maximum value damping coefficient d fp to the pole p fr ± p fi j of the resonance canceling filter element. And the sharpness of the amplitude maximum frequency and the amplitude maximum value of the resonance canceling filter element are designated independently.

【数17】 [Equation 17]

【0022】また本発明によれば、制御対象および/ま
たは該制御対象のアクチュエータにばね特性を有する制
御系を離散時間方法で制御するとき、前記ばね特性を相
殺する共振相殺フィルタ処理を行う制御方法が提供され
る。
Further, according to the present invention, when a control target and / or a control system having a spring characteristic for an actuator to be controlled is controlled by a discrete time method, a control method for performing a resonance cancellation filter process for canceling the spring characteristic. Is provided.

【0023】さらに本発明によれば、制御対象および/
または該制御対象のアクチュエータにばね特性を有する
制御系を離散時間方法で制御するとき前記ばね特性を相
殺する下記式で規定される共振相殺フィルタ処理を行う
制御方法における前記共振相殺フィルタ要素のパラメー
タ設定方法であって、
Further, according to the present invention, the object to be controlled and / or
Or, when controlling a control system having a spring characteristic in the actuator to be controlled by a discrete time method, parameter setting of the resonance cancellation filter element in a control method of performing a resonance cancellation filter process defined by the following equation to cancel the spring characteristic. The method

【数18】 前記共振相殺フィルタ要素の振幅極大周波数ffp、極大
値ダンピング係数dfp、振幅極小周波数ffz、極小値ダ
ンピング係数dfzを入力し、下記式の演算を行い前記共
振相殺フィルタ要素の極pfr±pfijおよび零点zfr±
fijを算出し、
(Equation 18) The amplitude maximum frequency f fp , the maximum value damping coefficient d fp , the amplitude minimum frequency f fz , and the minimum value damping coefficient d fz of the resonance canceling filter element are input, and the following equation is calculated to calculate the pole p fr of the resonance canceling filter element. ± p fi j and zero point z fr ±
Calculate z fi j,

【数19】 [Equation 19]

【数20】 下記式の演算を行い前記共振相殺フィルタ要素の零点Z
fr±ZfijおよびPfr±Pfijを求め、
(Equation 20) Calculate the following equation to calculate the zero point Z of the resonance canceling filter element.
Find fr ± Z fi j and P fr ± P fi j,

【数21】 (Equation 21)

【数22】 下記式の演算を行いパラメータa、b、c、dを算出
し、
(Equation 22) Calculate parameters a, b, c, and d by performing the following equation,

【数23】 (Equation 23)

【数24】 (Equation 24)

【数25】 (Equation 25)

【数26】 算出したパラメータa、b、c、dを前記共振相殺フィ
ルタ要素に設定する共振相殺フィルタ用パラメータ設定
方法が提供される。
(Equation 26) A parameter setting method for a resonance canceling filter for setting the calculated parameters a, b, c, and d in the resonance canceling filter element is provided.

【0024】本発明によればさらに制御対象および/ま
たは該制御対象のアクチュエータにばね特性を有する制
御系を離散時間方法で制御するとき前記ばね特性を相殺
する下記式で規定される共振相殺フィルタ処理を行う制
御方法における前記共振相殺フィルタ要素のパラメータ
を調整する方法であって、駆動系共振極を相殺するよう
共振相殺フィルタ要素の零点を定め、制御系の安定性を
損なわないよう共振相殺フィルタの極を決定する共振相
殺フィルタ用パラメータの調整方法が提供される。
According to the present invention, when a control target and / or a control system having a spring characteristic is controlled by a discrete-time method for a control target and / or an actuator of the control target, a resonance canceling filter process defined by the following formula for canceling the spring characteristic is performed. A method of adjusting the parameters of the resonance cancellation filter element in the control method of performing the above, wherein the zero point of the resonance cancellation filter element is determined so as to cancel the drive system resonance pole, the resonance cancellation filter of the resonance cancellation filter so as not to impair the stability of the control system. A method is provided for adjusting parameters for a resonant cancellation filter that determines a pole.

【0025】[0025]

【数27】 [Equation 27]

【0026】また本発明によれば、制御対象および/ま
たは該制御対象のアクチュエータにばね特性を有する制
御系を離散時間方法で制御するとき前記ばね特性を相殺
する下記式で規定される共振相殺フィルタ処理を行う制
御系の調整方法であって、
Further, according to the present invention, when a control system having a spring characteristic is controlled by a discrete time method on a controlled object and / or an actuator of the controlled object, a resonance canceling filter defined by the following formula cancels the spring characteristic. An adjustment method for a control system that performs processing,

【数28】 駆動系の振幅周波数特性を測定し振幅極大周波数fp 、
振幅極小周波数fz を読み取り、極大値ダンピング係数
dp 、極小値ダンピング係数dfzを適切な値に定め、初
期値設定として、前記共振相殺フィルタ要素の振幅極小
周波数ffz=fp 、振幅極大周波数ffp=fz とし、極
小値ダンピング係数dfz=dp 、極大値ダンピング係数
fp=dz とし、上記初期設定値を前記共振相殺フィル
タ要素の初期値とし、共振相殺フィルタ用パラメータ設
定部に入力し、前記共振相殺フィルタ要素を含めた駆動
系周波数特性を測定して駆動系の振幅極大値が十分相殺
されているか確認し、駆動系の振幅極大値が十分相殺さ
れていなければ、前記共振相殺フィルタ要素の振幅極小
周波数ffzもしくは極小値ダンピング係数dfzのいずれ
かを変更して、再度前記共振相殺フィルタ用パラメータ
設定部に入力し、振幅極大値が最も小さくなる振幅極小
周波数ffzおよび極小値ダンピング係数dfzが得られる
まで、上記処理を繰り返し、駆動系の振幅極大値が十分
相殺されていれば、そのときの前記共振相殺フィルタ要
素の振幅極小周波数ffzおよび極小値ダンピング係数d
fzを記憶し、以上のごとく決定されたパラメータを用い
て前記共振相殺フィルタ要素を構成し、前記共振相殺フ
ィルタ要素を含めた制御系を動作させ、制御系の動作結
果が安定性に問題がないかを確かめる制御系の調整方法
が提供される。
[Equation 28] The amplitude frequency characteristics of the drive system are measured, and the amplitude maximum frequency fp,
The amplitude minimum frequency fz is read, and the maximum value damping coefficient dp and the minimum value damping coefficient dfz are set to appropriate values. As initial values, the amplitude minimum frequency ffz = fp of the resonance canceling filter element and the amplitude maximum frequency fp = Fz, the minimum value damping coefficient d fz = dp, the maximum value damping coefficient d fp = dz, and the initial setting value is set as the initial value of the resonance canceling filter element, and is input to the resonance canceling filter parameter setting section. The drive system frequency characteristics including the resonance canceling filter element are measured to confirm whether the amplitude maximum value of the drive system is sufficiently canceled.If the amplitude maximum value of the drive system is not sufficiently canceled, the resonance canceling filter element Either the amplitude minimum frequency f fz or the minimum value damping coefficient d fz is changed and input again to the resonance canceling filter parameter setting unit, and The above processing is repeated until the amplitude minimum frequency f fz and the minimum value damping coefficient d fz at which the width maximum value becomes the smallest are obtained. If the amplitude maximum value of the drive system is sufficiently canceled, the resonance canceling filter at that time is used. The element's amplitude minimum frequency f fz and minimum value damping coefficient d
fz is stored, the resonance cancellation filter element is configured using the parameters determined as described above, and the control system including the resonance cancellation filter element is operated, and the operation result of the control system has no problem in stability. An adjustment method of the control system for confirming the above is provided.

【0027】ばね要素を含む駆動系の振幅周波数特性を
見ると、共振特性による振幅極大値および振幅極小値が
みられる。この振幅極大値の影響で高周波領域での振幅
が広い周波数範囲に渡って増大され、このために駆動系
を含む制御対象および制御装置で構成される制御系全体
での開ループ伝達関数を見たときにゲイン余裕が減少し
発振しやすくなる。これに対し、共振相殺フィルタの周
波数特性では、共振相殺フィルタの零点による振幅極小
値および極による振幅極大値が存在する。この零点によ
る振幅極小値が、駆動系の共振特性による共振極の振幅
極大値とちょうど逆特性をもつように共振相殺フィルタ
のパラメータを設定することで、フィルタを含めた駆動
部の周波数特性はあたかも共振極による振幅極大値が存
在しないかのような周波数特性となる。これにより、制
御系の安定性も駆動部の共振極が存在しないのと同等の
安定性が得られるようになる。ただし、このとき共振相
殺フィルタ中の極により別の周波数に振幅極大値が生じ
る。この振幅極大値が制御系の安定性を損なわないよ
う、適切な位置に配置する必要がある。以上のような特
性を与える共振相殺フィルタのパラメータは駆動部の振
幅極大周波数、振幅極小周波数およびそれぞれのダンピ
ング係数を指定することでパラメータ設定部が自動的に
算出し設定する。
Looking at the amplitude frequency characteristics of the drive system including the spring element, the maximum amplitude value and the minimum amplitude value due to the resonance characteristics are observed. Due to the influence of the maximum value of the amplitude, the amplitude in the high frequency region is increased over a wide frequency range. For this reason, the open-loop transfer function of the entire control system including the control target and the control device including the drive system was observed. Occasionally, the gain margin is reduced and oscillation becomes easy. On the other hand, in the frequency characteristic of the resonance cancellation filter, there are a minimum amplitude value due to the zero point and a maximum amplitude value due to the pole of the resonance cancellation filter. By setting the parameters of the resonance canceling filter such that the minimum value of the amplitude due to the zero point has exactly the opposite characteristic to the maximum value of the amplitude of the resonance pole due to the resonance characteristics of the drive system, the frequency characteristics of the drive unit including the filter are as if they were. The frequency characteristic is as if there is no amplitude maximum value due to the resonance pole. As a result, the stability of the control system can be as stable as the absence of the resonance pole of the drive unit. However, at this time, an amplitude maximum occurs at another frequency due to a pole in the resonance canceling filter. It is necessary to arrange at an appropriate position so that the maximum value of the amplitude does not impair the stability of the control system. The parameters of the resonance canceling filter giving the above characteristics are automatically calculated and set by the parameter setting unit by specifying the maximum amplitude frequency and the minimum amplitude frequency of the drive unit and the respective damping coefficients.

【0028】上記共振相殺フィルタを含む制御装置で駆
動系を動作制御することで、駆動系の共振極の影響を相
殺するよう共振相殺フィルタが動作し、駆動系共振極の
影響により制御系が不安定となることを防ぎ、良好な制
御を実現する。
When the operation of the drive system is controlled by the control device including the resonance cancellation filter, the resonance cancellation filter operates so as to cancel the influence of the resonance pole of the drive system, and the control system is not affected by the influence of the drive system resonance pole. Prevent stability and achieve good control.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の制御装置の実施の形態と
しての制御装置を添付図面を参照して述べる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0030】図2は本発明に係る制御装置の実施の形態
としての、サーボモータを制御対象としたサーボ制御装
置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a servo control device which controls a servo motor as an embodiment of the control device according to the present invention.

【0031】図2に図解したサーボ制御装置の構成は図
1に図解したサーボ制御装置に類似しているが、図2に
図解した制御器(コントローラ)100Aの制御演算部
10Aには共振相殺フィルタ要素19が付加されてお
り、制御器100Aには共振相殺フィルタ要素19のパ
ラメータを設定するための共振相殺フィルタ用パラメー
タ設定部40が付加されている。
The configuration of the servo control device illustrated in FIG. 2 is similar to that of the servo control device illustrated in FIG. 1, but the control operation unit 10A of the controller (controller) 100A illustrated in FIG. An element 19 is added, and a resonance canceling filter parameter setting unit 40 for setting parameters of the resonance canceling filter element 19 is added to the controller 100A.

【0032】すなわち、図2に図解したサーボ制御装置
は、制御対象としてのモータ1をモータ駆動部(ドライ
バ)2を介して駆動する制御器100Aとモータ1のロ
ータの回転位置を検出するロータリィエンコーダ200
とを有する。
That is, the servo control device illustrated in FIG. 2 includes a controller 100A for driving a motor 1 as a control object via a motor drive unit (driver) 2 and a rotary for detecting the rotational position of the rotor of the motor 1. Encoder 200
And

【0033】制御器100Aは、目標位置信号P
ref (または目標角度信号Aref )からフィードフォワ
ード制御(正帰還制御、FF制御)演算を行うフィード
フォワード(FF)制御演算部12、第1の加算回路1
4、フィードバック制御(負帰還制御、FB制御)演算
を行うフィードバック(FB)制御演算部16、第2の
加算回路18および共振相殺フィルタ要素19を有する
制御演算部10Aと、ディジタル/アナログ変換回路
(D/Aコンバータ)20と、エンコーダ200の検出
信号をサンプリングして加算回路14に印加するサンプ
ラ30と、共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40と
を有する。制御器100Aもサンプラ30において所定
のサンプリング周期でサンプリングを行って制御する離
散的な制御器であり、その制御内容はFF制御演算部1
2におけるフィードフォワード制御と、加算回路14に
おいて算出した位置偏差=(目標位置信号Pref (また
は目標角度信号Aref )−エンコーダ200の位置検出
信号)に基づくFB制御演算部16におけるフィードバ
ック制御とを組み合わせたものである。
The controller 100A receives the target position signal P
ref (or the target angle signal A ref ), a feedforward (FF) control calculation unit 12 that performs feedforward control (positive feedback control, FF control) calculation, a first addition circuit 1
4. a feedback (FB) control operation unit 16 for performing feedback control (negative feedback control, FB control) operation, a control operation unit 10A having a second addition circuit 18 and a resonance cancellation filter element 19, and a digital / analog conversion circuit ( A D / A converter 20, a sampler 30 that samples a detection signal of the encoder 200 and applies the sampled signal to the addition circuit 14, and a resonance canceling filter parameter setting unit 40. The controller 100A is also a discrete controller that controls the sampler 30 by performing sampling at a predetermined sampling cycle, and the control content is the FF control operation unit 1
2 and the feedback control in the FB control calculation unit 16 based on the position deviation calculated by the addition circuit 14 = (target position signal P ref (or target angle signal A ref ) -position detection signal of encoder 200). It is a combination.

【0034】FF制御演算部12は式1に示した制御ア
ルゴリズムに従ってフィードフォワード制御演算を行
う。FB制御演算部16は式2に示した制御アルゴリズ
ムに従ってフィードバック制御演算を行う。この例で
は、FF制御演算部12は比例(P)制御動作と微分
(D)制御動作との組合せ演算を行い、FB制御演算部
16はPID制御動作を行う。
The FF control operation unit 12 performs a feedforward control operation in accordance with the control algorithm shown in Expression 1. The FB control calculation unit 16 performs a feedback control calculation according to the control algorithm shown in Expression 2. In this example, the FF control operation unit 12 performs a combination operation of a proportional (P) control operation and a differential (D) control operation, and the FB control operation unit 16 performs a PID control operation.

【0035】共振相殺フィルタ要素19は下記式3に示
す演算を行う。
The resonance canceling filter element 19 performs an operation represented by the following equation (3).

【数29】 ……(3)(Equation 29) …… (3)

【0036】共振相殺フィルタ要素19の特性として
は、通常、少なくとも2次遅れ要素を含むが、制御対象
によっては2次進み要素を含む場合もある。本実施の形
態においては、代表的な例示として、2次遅れ要素およ
び2次進み要素の両者を含む場合を述べる。
The characteristics of the resonance canceling filter element 19 usually include at least a second-order lag element, but may include a second-order advance element depending on the control target. In this embodiment, a case where both a second-order delay element and a second-order advance element are included will be described as a representative example.

【0037】図2に図解したサーボ制御装置の動作を述
べる。FF制御演算部12は目標位置信号Pref (また
は目標角度信号Aref )について式1に基づいて比例お
よび微分(PD)制御演算を行う。加算回路14が目標
位置信号Pref (または目標角度信号Aref )に対する
エンコーダ200で検出した実際の位置検出信号(また
は角度位置検出信号)を減じて偏差を算出する。FB制
御演算部16がその偏差に対して式2に基づいてPID
演算をする。加算回路18はFF制御演算部12の演算
結果とFB制御演算部16の演算結果とを加算する。共
振相殺フィルタ要素19は式3に基づいて演算をする。
以上の演算はディジタル的に行われる。その演算結果が
D/Aコンバータ20においてアナログ信号に変換され
てモータ駆動部2を介してモータ1を駆動制御する。モ
ータドライバ2はD/Aコンバータ20からの駆動信号
に従ってモータ1に供給する電力を調整してモータの回
転動作を制御する。モータ1の回転動作結果がエンコー
ダ200で検出されて所定のサンプリング周期でサンプ
ラ30を介して加算回路14に印加される。この制御動
作が所定のサンプリング周期で反復されていく。
The operation of the servo control device illustrated in FIG. 2 will be described. The FF control calculation unit 12 performs a proportional and differential (PD) control calculation on the target position signal P ref (or the target angle signal A ref ) based on Equation 1. The adder circuit 14 subtracts the actual position detection signal (or angle position detection signal) detected by the encoder 200 from the target position signal P ref (or target angle signal A ref ) to calculate a deviation. The FB control calculation unit 16 calculates PID of the deviation based on Equation 2.
Perform the operation. The addition circuit 18 adds the operation result of the FF control operation unit 12 and the operation result of the FB control operation unit 16. The resonance canceling filter element 19 performs an operation based on Equation 3.
The above operation is performed digitally. The calculation result is converted into an analog signal in the D / A converter 20, and the driving of the motor 1 is controlled via the motor driving unit 2. The motor driver 2 controls the rotation operation of the motor by adjusting the power supplied to the motor 1 according to the drive signal from the D / A converter 20. The rotation operation result of the motor 1 is detected by the encoder 200 and applied to the addition circuit 14 via the sampler 30 at a predetermined sampling cycle. This control operation is repeated at a predetermined sampling cycle.

【0038】以下、共振相殺フィルタ要素19および共
振相殺フィルタ用パラメータ設定部40について述べ
る。
Hereinafter, the resonance canceling filter element 19 and the parameter setting section 40 for the resonance canceling filter will be described.

【0039】共振相殺フィルタ要素19 共振相殺フィルタ要素19は、式3に示したように、2
次遅れ要素、2次進み要素およびゲインkf からなり、
式3で規定された演算を行うことにより駆動系の共振極
を相殺して制御系の安定性を向上させる。なお駆動系の
共振極については特開平8−171402号公報に詳述
されている。
[0039] As the resonance cancellation filter element 19 resonating cancellation filter element 19, shown in Formula 3, 2
The following delay element, made from the secondary lead element and the gain k f,
By performing the calculation defined by Expression 3, the resonance pole of the drive system is canceled, and the stability of the control system is improved. The resonance pole of the drive system is described in detail in JP-A-8-171402.

【0040】共振相殺フィルタ要素19による演算が制
御系の安定性を向上させる理由について述べる。ばね要
素を有する駆動系(モータ1およびモータドライバ2)
を一般化すると、図3に図解のように、慣性1と慣性2
とを有する2慣性系として表される。2つの慣性1、2
がばね要素を介して連結されている。慣性1、2にはそ
れぞれ粘性1、2が付随している。図3に図解した慣性
系の伝達関数G(s)は一般に下記式4で表すことがで
きる。
The reason why the calculation by the resonance canceling filter element 19 improves the stability of the control system will be described. Drive system with spring element (motor 1 and motor driver 2)
Is generalized into inertia 1 and inertia 2 as illustrated in FIG.
And represented as a two inertial system with Two inertia 1, 2
Are connected via a spring element. Inertia 1 and 2 have viscosity 1 and 2, respectively. The transfer function G (s) of the inertial system illustrated in FIG. 3 can be generally expressed by the following equation (4).

【数30】 ……(4) ただし、J1 は慣性1のイナーシャ定数(慣性定数)で
あり、J2 は慣性2のイナーシャ定数(慣性定数)であ
り、Kはばね要素のバネ定数であり、D1 は慣性1の粘
性摩擦係数であり、D2 は慣性2の粘性摩擦係数であ
り、sはラプラス演算子である。
[Equation 30] (4) where J 1 is the inertia constant of inertia 1 (inertia constant), J 2 is the inertia constant of inertia 2 (inertia constant), K is the spring constant of the spring element, and D 1 is a viscous friction coefficient of inertia 1, D 2 is the viscous friction coefficient of inertia 2, s is a Laplace operator.

【0041】この2慣性系の周波数特性を図4(A)、
(B)に示す。図4(A)は振幅特性を示すグラフであ
り、図4(B)は位相特性を示すグラフである。図4
(A)、(B)はそれぞれ、ばね要素がある場合の特性
曲線A1、P1と、ばね要素がない場合の特性曲線A
0、P0を示す図である。ばね要素がない場合とは、ば
ね要素の代わりに理想的な剛体で連結されていると仮定
した場合である。図4(A)に図解した振幅特性につい
て考察すると、ばね要素がある場合はばね要素がない場
合に比べて、共振特性の共振極による振幅極大値、およ
び共振特性に共振零点による振幅極小値が見られる。こ
の振幅極大値の影響で高周領域での振幅が広い周波数範
囲にわたって増大され、振幅特性が上昇する。このため
に駆動部からなる制御対象および制御装置で構成される
制御系全体での開ループ伝達関数を考察すると利得余裕
(ゲインマージン)が減少し、制御系が不安定になり、
発振しやすくなる。
FIG. 4A shows the frequency characteristics of the two inertial system.
It is shown in (B). FIG. 4A is a graph showing amplitude characteristics, and FIG. 4B is a graph showing phase characteristics. FIG.
(A) and (B) respectively show characteristic curves A1 and P1 when there is a spring element and characteristic curves A when there is no spring element.
It is a figure which shows 0, P0. The case where there is no spring element is a case where it is assumed that they are connected by an ideal rigid body instead of the spring element. Considering the amplitude characteristic illustrated in FIG. 4A, when the spring element is present, the amplitude maximum value due to the resonance pole of the resonance characteristic and the amplitude minimum value due to the resonance zero are smaller in the resonance characteristic than when the spring element is absent. Can be seen. Under the influence of the maximum value of the amplitude, the amplitude in the high frequency region is increased over a wide frequency range, and the amplitude characteristics are increased. For this reason, when considering the open loop transfer function of the entire control system including the control target including the drive unit and the control device, the gain margin (gain margin) decreases, and the control system becomes unstable.
Oscillation becomes easy.

【0042】この課題を克服して上記駆動部に安定性の
高い動作制御を行うため図2に図解した共振相殺フィル
タ要素19を用いる。以下、共振相殺フィルタ要素19
について詳述する。
In order to overcome this problem and perform highly stable operation control of the drive unit, the resonance canceling filter element 19 illustrated in FIG. 2 is used. Hereinafter, the resonance canceling filter element 19
Will be described in detail.

【0043】駆動部の伝達関数G(s)を示す式4は式
5のように書き改めることができる。
Equation 4 indicating the transfer function G (s) of the driving section can be rewritten as Equation 5.

【数31】 ……(5)(Equation 31) …… (5)

【0044】式29を考察すると、一慣性系:1/s
(J’s+D’)に、2次進み要素:(s−zr +zi
j)(s−zr −zi j)、2次遅れ要素:1/(s−
r +pi j)(s−pr −pi j)、および、ゲイン
f を掛け合わせたものと考えることができる。ただ
し、ゲインKf は式5と式4の振幅周波数特性を同一と
するような定数ゲインである。jは虚数を表す演算子で
ある。
Considering Equation 29, one inertial system: 1 / s
In (J's + D '), a secondary advance element: (s- zr + zi )
j) (s-z r -z i j), 2 -order lag element: 1 / (s-
p r + p i j) ( s-p r -p i j), and can be considered as multiplied by the gain K f. Here, the gain Kf is a constant gain that makes the amplitude frequency characteristics of Expression 5 and Expression 4 the same. j is an operator representing an imaginary number.

【0045】図4(A)の振幅極小値は2次進み要素:
(s−zr +zi j)(s−zr −zi j)によるもの
であり、振幅極大値は2次遅れ要素:1/(s−pr
ij)(s−pr −pi j)によるものである。した
がって、図2に図解したサーボ制御装置の中に、振幅極
小値をもたらす2次進み要素:(s−zr +zi j)
(s−zr −zi j)と、振幅極大値をもたらす2次遅
れ要素:1/(s−pr+pi j)(s−pr −p
i j)を相殺する成分を挿入することが望ましい。その
相殺成分を式6に示す。
The minimum value of the amplitude shown in FIG.
(S-z r + z i j) (s-z r -z i j) is due to the amplitude maxima secondary delay element: 1 / (s-p r +
is due to the p i j) (s-p r -p i j). Therefore, in the servo controller illustrated in FIG. 2, the second-order leading element that gives the minimum amplitude: (s−z r + z i j)
(S−z r −z i j) and a second-order lag element that provides an amplitude maximum value: 1 / (s−p r + p i j) (s−p r −p
It is desirable to insert a component that offsets i j). Equation 6 shows the offset component.

【数32】 ……(6)(Equation 32) ...... (6)

【0046】共振相殺フィルタ要素19は基本的に式6
の演算を行う。ただし、共振相殺フィルタ要素19の零
点:zfp±zfijと、駆動系の共振極:pr ±pi jを
一致させる、すなわちzfr±zfij=pr ±pi jと
し、また共振相殺フィルタ要素19の極:pfr±pfi
と駆動系の共振零点:zr ±zi jを一致させ、すなわ
ち、pfr±pfij=zr ±zi jとすることにより図3
に図解した2慣性系の共振極および共振零点(図4
(A))は共振相殺フィルタ要素19によって相殺され
て、疑似的に1慣性系:1/s(J’s+D’)と見な
すことができる。その結果、駆動系の共振特性による周
波数特性の振幅極大値が相殺され、1慣性系のような周
波数特性となる(図4(A)の曲線P0)。これによ
り、開ループ伝達関数でみたときのゲイン余裕の減少も
救済されて、安定性の高い制御を行うことができる。こ
のように、式3に示した特性を持つ共振相殺フィルタ要
素19を設けることにより、制御系の安定性が増し良好
な制御が実現できる。
The resonance canceling filter element 19 is basically expressed by the following equation (6).
Is calculated. However, the zero point of the resonance cancellation filter element 19: z fp ± z fi j and the drive system of the resonance poles match p r ± p i j, i.e. the z fr ± z fi j = p r ± p i j, The pole of the resonance canceling filter element 19: p fr ± p fi j
A drive system of the resonant zero: z r to match the ± z i j, i.e., FIG. 3 by the p fr ± p fi j = z r ± z i j
The resonance pole and resonance zero of the two inertial system illustrated in FIG.
(A) is canceled by the resonance canceling filter element 19 and can be regarded as a pseudo-inertia system: 1 / s (J's + D '). As a result, the amplitude maximum value of the frequency characteristic due to the resonance characteristic of the drive system is canceled, and the frequency characteristic becomes like a one inertial system (curve P0 in FIG. 4A). As a result, a decrease in the gain margin as viewed from the open loop transfer function is also relieved, and control with high stability can be performed. As described above, by providing the resonance canceling filter element 19 having the characteristic shown in Expression 3, the stability of the control system is increased and good control can be realized.

【0047】共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40 次いで、共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40につ
いて述べる。図2に図解した共振相殺フィルタ用パラメ
ータ設定部40は、共振相殺フィルタ要素19の振幅極
大周波数ffpおよび極大値ダンピング係数dfp、または
共振相殺フィルタの振幅極小周波数ffzおよび極小値ダ
ンピング係数dfzを指定し、共振相殺フィルタ要素19
における式3に現れるパラメータa、b、c、dを出力
する。
The resonance cancellation filter parameter setting unit 40 then describes resonance cancellation filter parameter setting unit 40. The parameter setting unit 40 for the resonance cancellation filter illustrated in FIG. 2 includes the amplitude maximum frequency f fp and the maximum value damping coefficient d fp of the resonance cancellation filter element 19 or the amplitude minimum frequency ffz and the minimum value damping coefficient d of the resonance cancellation filter. fz and the resonance canceling filter element 19
Output the parameters a, b, c, and d appearing in Equation 3 in

【0048】ダンピング係数について述べる。共振相殺
フィルタ要素19の周波数特性は一般に図5(A)、
(B)のごとく図解される。図5(A)は共振相殺フィ
ルタ要素19の振幅特性を示すグラフであり、図5
(B)は位相特性を示すグラフである。図5(A)に図
解のごとく、1つの振幅極小値と1つの振幅極大値を持
つ。共振相殺フィルタ要素19において、振幅極小値を
与える周波数ffzおよび振幅極小値の鋭さを駆動系共振
極の周波数fp および鋭さに一致させることにより駆動
系共振極の影響を相殺することができる。また、共振相
殺フィルタ要素19の振幅極大値を与える振幅極大周波
数ffpおよび振幅極大値の鋭さを駆動系共振零点の周波
数fz および鋭さに一致させることにより駆動系共振零
点の影響を相殺することができる。しかし、共振相殺フ
ィルタ要素19の振幅極小値特性を与える零点:zfr±
fijを求めるため、零点の実部zfrもしくは虚部zfi
を変えると、振幅極小周波数ffzおよび振幅極小値の鋭
さが同時に変化してしまい、共振相殺フィルタ要素19
の適切な零点を求めるのは手間がかかる。また同様に、
共振相殺フィルタ要素19の極大値特性を与える極pfr
±pfijを求めるため、極の実部pfrもしくは虚部pfi
を変えると、振幅極大周波数ffpおよび振幅極大値の鋭
さが同時に変化してしまい、共振相殺フィルタ要素19
の適切な極を求めるのは手間がかかる。
The damping coefficient will be described. Generally, the frequency characteristic of the resonance canceling filter element 19 is shown in FIG.
It is illustrated as (B). FIG. 5A is a graph showing the amplitude characteristic of the resonance canceling filter element 19, and FIG.
(B) is a graph showing phase characteristics. As shown in FIG. 5 (A), it has one amplitude minimum value and one amplitude maximum value. In the resonance cancellation filter element 19, it is possible to offset the effect of the drive system resonant pole by matching the sharpness of the frequency f fz and amplitude minima give amplitude minima on the frequency f p and sharpness of the drive system resonant pole. Further, the influence of the drive system resonance zero is canceled by matching the amplitude maximum frequency f fp giving the amplitude maximum value of the resonance cancellation filter element 19 and the sharpness of the amplitude maximum to the frequency f z and the sharpness of the drive system resonance zero. Can be. However, the zero point giving the amplitude minimum value characteristic of the resonance canceling filter element 19: z fr ±
To find z fi j, the real part z fr or the imaginary part z fi of the zero point
Is changed, the sharpness of the amplitude minimum frequency f fz and the amplitude minimum value simultaneously change, and the resonance canceling filter element 19
Finding the appropriate zero for is laborious. Similarly,
The pole p fr that gives the maximum value characteristic of the resonance canceling filter element 19
To find ± p fi j, the real part p fr or the imaginary part p fi of the pole
Is changed, the amplitude maximum frequency f fp and the sharpness of the amplitude maximum value simultaneously change, and the resonance canceling filter element 19
Finding the right pole for is time-consuming.

【0049】そこで本実施の形態においては、共振相殺
フィルタ要素19の振幅極小値の鋭さに相当する極小値
ダンピング係数dfzを式7、共振相殺フィルタ要素1の
振幅極大値の鋭さに相当する極大値ダンピング係数dfp
を式8のように定める。
Therefore, in the present embodiment, the minimum value damping coefficient d fz corresponding to the sharpness of the amplitude minimum value of the resonance canceling filter element 19 is expressed by Equation 7, and the maximum value corresponding to the sharpness of the amplitude maximum value of the resonance canceling filter element 1 is obtained. Value damping coefficient d fp
Is defined as in Expression 8.

【数33】 ……(7)[Equation 33] …… (7)

【数34】 ……(8)(Equation 34) …… (8)

【0050】振幅極小周波数ffz(Hz)および振幅極
大周波数ffp(Hz)はそれぞれ式9および式10で与
えられる。
The minimum amplitude frequency f fz (Hz) and the maximum amplitude frequency f fp (Hz) are given by equations 9 and 10, respectively.

【数35】 ……(9)(Equation 35) ...... (9)

【数36】 ……(10)[Equation 36] …… (10)

【0051】これにより共振相殺フィルタ要素19の零
点:zfr±zfijは、上記した振幅極小周波数ffzおよ
び上記極小値ダンピング係数dfzから式11として求め
られる。
Thus, the zero point: z fr ± z fi j of the resonance canceling filter element 19 is obtained from the above-mentioned minimum amplitude frequency f fz and the minimum value damping coefficient d fz as Expression 11.

【数37】 ……(11)(37) …… (11)

【0052】極小値ダンピング係数dfz>1の場合、零
点は実軸上となり全く振動性をもたず共振の相殺には寄
与しない。そこで、0<dfz≦1の範囲で極小値ダンピ
ング係数dfzを設定することにする。極小値ダンピング
係数dfzを変化させた時の共振相殺フィルタ要素19中
の2次進み要素の周波数特性の変化の様子を図6
(A)、(B)に示す。図6(A)は振幅特性を示すグ
ラフであり、図6(B)は位相特性を示すグラフであ
る。図6(A)を参照すると、極小値ダンピング係数d
fzが大きくなると振幅極小周波数ffzは変わらずに振幅
極小値の負のピークがなだらかになる。すなわち、式7
で示される極小値ダンピング係数dfzは振幅極小値の鋭
さのみに影響することがわかる。同様に、上記共振相殺
フィルタの極pfr±pfijは、振幅極大周波数ffpおよ
び極大値ダンピング係数dfpから式12として求められ
る。
When the minimum value damping coefficient d fz > 1, the zero point is on the real axis and has no vibration and does not contribute to canceling the resonance. Therefore, the minimum value damping coefficient d fz is set in the range of 0 <d fz ≦ 1. FIG. 6 shows how the frequency characteristic of the secondary advance element in the resonance canceling filter element 19 changes when the minimum value damping coefficient d fz is changed.
(A) and (B) show. FIG. 6A is a graph showing amplitude characteristics, and FIG. 6B is a graph showing phase characteristics. Referring to FIG. 6A, the minimum value damping coefficient d
When fz increases, the amplitude minimum frequency f fz does not change and the negative peak of the amplitude minimum value becomes gentle. That is, Equation 7
It can be seen that the minimum value damping coefficient d fz represented by affects only the sharpness of the amplitude minimum value. Similarly, the pole p fr ± p fi j of the resonance canceling filter is obtained as Expression 12 from the amplitude maximum frequency f fp and the maximum value damping coefficient d fp .

【数38】 ……(12)(38) …… (12)

【0053】極大値ダンピング係数dfp>1だと極は実
軸上となり全く振動性をもたず共振の相殺には寄与しな
い。そこで本実施の形態においては、0<dfp≦1の範
囲で極大値ダンピング係数dfpを設定することにする。
When the maximum damping coefficient d fp > 1, the pole is on the real axis and has no vibration and does not contribute to canceling the resonance. Therefore, in the present embodiment, the maximum value damping coefficient d fp is set in the range of 0 <d fp ≦ 1.

【0054】極大値ダンピング係数dfpを変化させた時
の共振相殺フィルタ要素19中の2次遅れ要素の周波数
特性の変化の様子を図7(A)、(B)に示す。図7
(A)は振幅特性を示すグラフであり、図7(B)は位
相特性を示すグラフである。図7(A)を参照すると、
極大値ダンピング係数dfpが大きくなると振幅極大周波
数ffpは変わらずに振幅極大値のピークがなだらかにな
る。すなわち、式8で与えられる極大値ダンピング係数
fpは振幅極大値の鋭さのみに影響することがわかる。
FIGS. 7A and 7B show how the frequency characteristic of the secondary delay element in the resonance canceling filter element 19 changes when the maximum value damping coefficient dfp is changed. FIG.
7A is a graph showing amplitude characteristics, and FIG. 7B is a graph showing phase characteristics. Referring to FIG. 7A,
When the maximum value damping coefficient dfp increases, the amplitude maximum frequency ffp does not change and the peak of the amplitude maximum value becomes gentle. That is, it can be seen that the maximum value damping coefficient d fp given by Expression 8 affects only the sharpness of the amplitude maximum value.

【0055】以上のように、本実施の形態においては、
振幅極小周波数ffzおよび極小値ダンピング係数dfz
ら式11を適用して共振相殺フィルタ要素19の零点z
fr±zfijを求めることで共振相殺フィルタ要素19の
振幅極小周波数および振幅極小値の鋭さを独立に指定で
きる。また振幅極大周波数ffpおよび極大値ダンピング
係数dfpから式12を適用して共振相殺フィルタ要素1
9で極pfr±pfijを求めることで共振相殺フィルタ要
素19の振幅極大周波数および振幅極大値の鋭さを独立
に指定できる。これにより、駆動系共振特性を相殺する
ような周波数特性を持つ共振相殺フィルタ要素19の零
点および極を簡便に求めることができる。
As described above, in the present embodiment,
Applying Equation 11 from the amplitude minimum frequency f fz and the minimum value damping coefficient d fz , the zero point z of the resonance canceling filter element 19 is obtained.
By obtaining fr ± z fi j, the amplitude minimum frequency and the sharpness of the amplitude minimum value of the resonance canceling filter element 19 can be independently specified. Further, the resonance cancellation filter element 1 is obtained by applying Equation 12 from the amplitude maximum frequency f fp and the maximum value damping coefficient d fp.
By obtaining the pole p fr ± p fi j at 9, the amplitude maximum frequency and the sharpness of the amplitude maximum value of the resonance canceling filter element 19 can be independently specified. Thereby, the zero point and the pole of the resonance canceling filter element 19 having the frequency characteristic that cancels out the drive system resonance characteristic can be easily obtained.

【0056】次に、共振相殺フィルタ要素19において
用いるパラメータa、b、c、dの算出の仕方について
述べる。
Next, how to calculate the parameters a, b, c and d used in the resonance canceling filter element 19 will be described.

【0057】式11および式12により共振相殺フィル
タ要素19の極pfr±pfijおよび零点zfr±zfijは
与えられているものとする。ここでは式6に示した演算
を行う共振相殺フィルタ要素19を離散演算を行う制御
演算部10Aにおいて実現するので、離散演算で共振相
殺フィルタ要素19を実現する。
It is assumed that the poles p fr ± p fi j and the zero point z fr ± z fi j of the resonance canceling filter element 19 are given by Expressions 11 and 12. Here, since the resonance canceling filter element 19 performing the calculation shown in Expression 6 is realized by the control calculation unit 10A performing the discrete calculation, the resonance canceling filter element 19 is realized by the discrete calculation.

【0058】まず式6に示した共振相殺フィルタ要素1
9の極:pfr±pfijに相当する、z平面での極pfr±
fijを式13を適用して算出する。
First, the resonance canceling filter element 1 shown in Equation 6
9 poles: equivalent to p fr ± p fi j, poles p fr ± in the z plane
p fi j is calculated by applying Equation 13.

【数39】 ……(13)[Equation 39] ...... (13)

【0059】また、式6に示した共振相殺フィルタ要素
19の零点zfr±zfijに相当する、z平面での零点Z
fr±Zfijを式14を適用して算出する。
Further, the zero point Z on the z-plane corresponding to the zero point z fr ± z fi j of the resonance canceling filter element 19 shown in the equation (6).
fr ± Z fi j is calculated by applying Equation 14.

【数40】 ……(14)(Equation 40) …… (14)

【0060】式13および式14を適用して算出された
z平面での極、零点をもつ離散型共振相殺フィルタ要素
19の特性は式15で表される。
The characteristics of the discrete resonance canceling filter element 19 having poles and zeros on the z-plane calculated by applying Expressions 13 and 14 are expressed by Expression 15.

【数41】 ……(15)[Equation 41] ...... (15)

【0061】式15から図2に図解した制御演算部10
Aのパラメータa、b、c、dは、式16から式19で
規定される。
From the equation (15), the control operation unit 10 illustrated in FIG.
The parameters a, b, c, and d of A are defined by Expressions 16 to 19.

【数42】 ……(16)(Equation 42) ...... (16)

【数43】 ……(17)[Equation 43] ...... (17)

【数44】 ……(18)[Equation 44] ...... (18)

【数45】 ……(19)[Equation 45] ...... (19)

【0062】なお離散時間型共振相殺フィルタ要素19
は式20で表される数列式で実現される。
The discrete-time resonance canceling filter element 19
Is realized by a sequence expression represented by Expression 20.

【数46】 ……(20) ただし、ink は時刻kでのフィルタへの入力値であ
り、outk は時刻kでのフィルタの出力値である。
[Equation 46] (20) where in k is an input value to the filter at time k, and out k is an output value of the filter at time k.

【0063】ここで、1/K’f は式15における離散
時間型共振相殺フィルタ要素19の直流振幅を1とする
ような係数であり式21で規定される。
Here, 1 / K ′ f is a coefficient that makes the DC amplitude of the discrete-time resonance canceling filter element 19 in Equation 15 be 1, and is defined by Equation 21.

【数47】 ……(21)[Equation 47] …… (21)

【0064】共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40
は上述した演算を行って制御演算部10Aにおけるパラ
メータa,b,c,dを算出して共振相殺フィルタ要素
19に設定する。
Parameter setting section 40 for resonance canceling filter
Calculates the parameters a, b, c, and d in the control calculation unit 10A by performing the above-described calculation, and sets the parameters in the resonance canceling filter element 19.

【0065】図8は共振相殺フィルタ用パラメータ設定
部40の演算動作を示すフローチャートである。以下、
共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40の動作を図8
を参照して述べる。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the resonance canceling filter parameter setting section 40. Less than,
The operation of the resonance canceling filter parameter setting unit 40 is shown in FIG.
Will be described with reference to FIG.

【0066】ステップ1(S1):共振相殺フィルタ用
パラメータ設定部40に、共振相殺フィルタ要素19の
振幅極大周波数ffp、極大値ダンピング係数dfp、振幅
極小周波数ffz、極小値ダンピング係数dfzzを入力す
る。
Step 1 (S1): In the resonance canceling filter parameter setting unit 40, the amplitude maximum frequency f fp , the maximum value damping coefficient d fp , the amplitude minimum frequency f fz , and the minimum value damping coefficient d fz of the resonance cancellation filter element 19 are set. Enter z.

【0067】ステップ2(S2):共振相殺フィルタ用
パラメータ設定部40は、式11および式12の演算を
行い、共振相殺フィルタ要素19の極pfr±pfijおよ
び零点zfr±zfijを算出する。
Step 2 (S 2): The resonance canceling filter parameter setting unit 40 performs the operations of the equations 11 and 12 to obtain the poles p fr ± p fi j and the zero point z fr ± z fi j of the resonance canceling filter element 19. Is calculated.

【0068】ステップ3(S3):共振相殺フィルタ用
パラメータ設定部40は式13および式14の演算を行
う。これにより、共振相殺フィルタ要素19の零点Zfr
±Z fijおよびPfr±Pfijが求められる。
Step 3 (S3): For resonance canceling filter
The parameter setting unit 40 performs the calculations of Expressions 13 and 14.
U. Thereby, the zero point Z of the resonance canceling filter element 19 is obtained.fr
± Z fij and Pfr± Pfij is determined.

【0069】ステップ4(S4):共振相殺フィルタ用
パラメータ設定部40は式16から式19の演算を行い
パラメータa、b、c、dを算出し、算出したパラメー
タa、b、c、dを共振相殺フィルタ要素19に設定す
る。
Step 4 (S4): The resonance canceling filter parameter setting unit 40 calculates the parameters a, b, c, and d by performing the calculations of the equations 16 to 19, and calculates the calculated parameters a, b, c, and d. The resonance canceling filter element 19 is set.

【0070】以上により、共振相殺フィルタ要素19の
パラメータa,b,c,dが算出でき、共振相殺フィル
タ要素19に設定されて使用される。
As described above, the parameters a, b, c, and d of the resonance canceling filter element 19 can be calculated, and are set and used in the resonance canceling filter element 19.

【0071】次に共振相殺フィルタ要素19のパラメー
タの調整方法について述べる。図2に図解した共振相殺
フィルタ要素19を用いた制御において駆動系共振特性
による振幅最大値の影響で制御系のゲイン余裕が減少す
るのを防ぐためには共振相殺フィルタ要素19の零点が
駆動系共振極を十分に相殺する必要がある。また共振相
殺フィルタ要素19の極は制御系によって新たに付加さ
れる極となるので、制御系の安定性を損なわないように
共振相殺フィルタ要素19のパラメータを設定する必要
がある。したがって、共振相殺フィルタ要素19のパラ
メータの調整の手順としては、(1)まず駆動系共振極
を相殺するよう共振相殺フィルタ要素19の零点を定
め、(2)次に制御系の安定性を損なわないよう共振相
殺フィルタの極を決定する。なお、制御系を安定に制御
できることが第1なので、共振相殺フィルタ要素19の
極は必ずしも駆動系零点を相殺する必要はない。換言す
れば、駆動系の零点を相殺しなくても安定性を損なわな
いことが第1である。従って制御系の安定性を確認しな
がら共振相殺フィルタ要素19の極大値ダンピング係数
fpおよび振幅極大周波数ffpを変更する。
Next, a method of adjusting the parameters of the resonance canceling filter element 19 will be described. In the control using the resonance canceling filter element 19 illustrated in FIG. 2, in order to prevent the gain margin of the control system from decreasing due to the influence of the maximum amplitude due to the drive system resonance characteristic, the zero point of the resonance canceling filter element 19 is set to the drive system resonance. The poles need to be well offset. Since the pole of the resonance canceling filter element 19 is a pole newly added by the control system, it is necessary to set the parameters of the resonance canceling filter element 19 so as not to impair the stability of the control system. Therefore, as a procedure for adjusting the parameters of the resonance canceling filter element 19, (1) first, the zero point of the resonance canceling filter element 19 is determined so as to cancel the drive system resonance pole, and (2) the stability of the control system is impaired. The poles of the resonance canceling filter are determined so as not to cause the problem. Since the control system can be controlled stably, the pole of the resonance canceling filter element 19 does not always need to cancel the drive system zero point. In other words, the first is that the stability is not impaired even if the zero point of the drive system is not canceled. Therefore, the maximum value damping coefficient d fp and the maximum amplitude frequency f fp of the resonance canceling filter element 19 are changed while confirming the stability of the control system.

【0072】図9は共振相殺フィルタ要素19のパラメ
ータを調整する動作を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of adjusting the parameters of the resonance canceling filter element 19.

【0073】ステップ11:まず、駆動系の振幅周波数
特性を測定し振幅極大周波数fp 、振幅極小周波数fz
を読み取る。また、極大値ダンピング係数dp 、極小値
ダンピング係数dfzを適切な値に定める。
Step 11: First, the amplitude frequency characteristics of the drive system are measured, and the amplitude maximum frequency f p and the amplitude minimum frequency f z are measured.
Read. Further, the maximum value damping coefficient d p and the minimum value damping coefficient d fz are set to appropriate values.

【0074】ステップ12:次に、初期値設定として、
共振相殺フィルタ要素19の振幅極小周波数ffz
p 、振幅極大周波数ffp=fz とし、極小値ダンピン
グ係数dfz=dp 、極大値ダンピング係数dfz=dz
する。
Step 12: Next, as an initial value setting,
The amplitude minimum frequency f fz of the resonance canceling filter element 19 =
f p , the amplitude maximum frequency f fp = f z , the minimum value damping coefficient d fz = d p , and the maximum value damping coefficient d fz = d z .

【0075】ステップ13:上記初期設定値を共振相殺
フィルタ要素19の初期値とし、共振相殺フィルタ用パ
ラメータ設定部40に入力する。
Step 13: The initial set value is set as the initial value of the resonance canceling filter element 19 and input to the resonance canceling filter parameter setting section 40.

【0076】ステップ14、15:共振相殺フィルタ要
素19を含めた駆動系周波数特性を測定し、駆動系の振
幅極大値が十分相殺されているか確認する。
Steps 14 and 15: The frequency characteristics of the drive system including the resonance canceling filter element 19 are measured, and it is confirmed whether or not the maximum amplitude of the drive system is sufficiently canceled.

【0077】ステップ16:駆動系の振幅極大値が十分
相殺されていなければ、共振相殺フィルタの振幅極小周
波数ffzもしくは極小値ダンピング係数dfzのいずれか
を変更して、ステップ13の処理に戻り、再度パラメー
タ設定部に入力する。
Step 16: If the amplitude maximum value of the drive system is not sufficiently canceled, either the amplitude minimum frequency ffz or the minimum value damping coefficient dfz of the resonance canceling filter is changed, and the process returns to step 13. Are input to the parameter setting unit again.

【0078】振幅極大値が最も小さくなる振幅極小周波
数ffzおよび極小値ダンピング係数dfzが得られるま
で、ステップ13〜ステップ15、16の処理を繰り返
す。
Steps 13 to 15 and 16 are repeated until the amplitude minimum frequency f fz at which the amplitude maximum value becomes the smallest and the minimum value damping coefficient d fz are obtained.

【0079】ステップ17:駆動系の振幅極大値が十分
相殺されていればそのときの共振相殺フィルタ要素19
の振幅極小周波数ffzおよび極小値ダンピング係数dfz
を記憶する。
Step 17: If the maximum amplitude of the driving system is sufficiently canceled, the resonance canceling filter element 19 at that time is used.
Minimum frequency f fz and minimum value damping coefficient d fz
Is stored.

【0080】ステップ18:以上のごとく決定されたパ
ラメータを用いて共振相殺フィルタ要素19を構成し、
共振相殺フィルタ要素19を含めた図2に図解のサーボ
制御装置を動作させる。
Step 18: A resonance canceling filter element 19 is constructed using the parameters determined as described above,
The servo control device illustrated in FIG. 2 including the resonance canceling filter element 19 is operated.

【0081】ステップ19:サーボ制御装置の動作結果
が安定性に問題がないかを確かめる。
Step 19: Check whether the operation result of the servo control device has no problem in stability.

【0082】ステップ20:安定性に問題があるようで
あれば、共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40はま
ず極大値ダンピング係数dfzを大きくして共振相殺フィ
ルタ用パラメータ設定部40に入力する。極大値ダンピ
ング係数dfpを大きくして安定性に問題がなくなれば終
了とする。
Step 20: If there is a problem with the stability, the resonance canceling filter parameter setting unit 40 first increases the local maximum damping coefficient d fz and inputs it to the resonance canceling filter parameter setting unit 40. The process is terminated when the maximum value damping coefficient dfp is increased and there is no problem in stability.

【0083】ステップ21〜24:極大値ダンピング係
数dfpを1まで大きくしても安定性に問題があるようで
あれば、共振相殺フィルタ用パラメータ設定部40は極
大値ダンピング係数dfp=1として、安定性に問題がな
くなるまで振幅極大周波数ffpを大きくして共振相殺フ
ィルタ用パラメータ設定部40に入力する。
Steps 21 to 24: If there is a problem in stability even when the maximum value damping coefficient dfp is increased to 1, the resonance canceling filter parameter setting unit 40 sets the maximum value damping coefficient dfp = 1. The maximum amplitude frequency f fp is increased until there is no problem in the stability, and is input to the resonance canceling filter parameter setting unit 40.

【0084】ステップ25:以上のようにして共振相殺
フィルタの特性を決定する。
Step 25: The characteristics of the resonance canceling filter are determined as described above.

【0085】以上、本発明の実施の形態として、制御対
象としてモータを例示し、共振相殺フィルタを有するサ
ーボ制御装置を述べたが、本発明は上述した実施の形態
に限定されず種々の制御装置に適用できる。たとえば、
制御対象は上述してモータに限らず、ばね特性を示す種
々の制御対象およびそのアクチュエータについて適用で
きる。ばね特性については代表的に2慣性系を例示した
が、本発明は他のばね特性を示す制御対象およびアクチ
ュエータについても適用できる。その場合、共振相殺フ
ィルタ要素19の特性は上述したものとは異なる。
As described above, as an embodiment of the present invention, a motor has been exemplified as a control object, and a servo control device having a resonance canceling filter has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various control devices can be used. Applicable to For example,
The control object is not limited to the motor described above, and can be applied to various control objects exhibiting spring characteristics and their actuators. Although the two-inertia system is typically illustrated as the spring characteristic, the present invention can be applied to a controlled object and an actuator having other spring characteristics. In that case, the characteristics of the resonance cancellation filter element 19 are different from those described above.

【0086】上記実施の形態においては、共振相殺フィ
ルタ要素19は式6および式15で表されるフィルタ特
性を示す例を述べたが、共振相殺フィルタ要素19は、
2次遅れ要素のみ、または2次進み要素のみの場合につ
いても適用できる。
In the above embodiment, an example has been described in which the resonance canceling filter element 19 has the filter characteristics represented by the equations (6) and (15).
The present invention can be applied to a case where only the secondary delay element or only the secondary advance element is used.

【0087】図2に図解した制御器100Aにおいて、
FF制御演算部12は必須ではない。したがって、本発
明はFF制御演算部12が存在しいない制御装置にも適
用できる。式1および式2を参照して述べたFF制御演
算部12の演算式およびFB制御演算部16の演算式は
例示であり、制御対象に応じてアルゴリズムで表され
る。
In the controller 100A illustrated in FIG.
The FF control operation unit 12 is not essential. Therefore, the present invention can be applied to a control device in which the FF control operation unit 12 does not exist. The arithmetic expression of the FF control arithmetic unit 12 and the arithmetic expression of the FB control arithmetic unit 16 described with reference to Expressions 1 and 2 are examples, and are expressed by an algorithm according to the control target.

【0088】[0088]

【発明の効果】本発明の制御装置においては、制御対象
および/またはアクチュエータ(駆動部)のばね特性を
相殺する共振相殺フィルタ要素を適用することにより、
駆動部のばね要素による共振特性の共振極の影響を相殺
させて制御系の安定性を増すことができ、その結果とし
て、良好な動作制御を実現できる。
According to the control device of the present invention, by applying a resonance canceling filter element for canceling the spring characteristics of the controlled object and / or the actuator (drive unit),
The stability of the control system can be increased by canceling the influence of the resonance pole of the resonance characteristics due to the spring element of the drive unit, and as a result, good operation control can be realized.

【0089】また本発明によれば、共振周波数およびマ
ージン係数からパラメータの値を算出することで共振相
殺フィルタ要素のパラメータを簡便に得ることができ、
共振相殺フィルタ要素のパラメータ調整時間を短縮でき
る。
According to the present invention, the parameter of the resonance canceling filter element can be easily obtained by calculating the value of the parameter from the resonance frequency and the margin coefficient.
The parameter adjustment time of the resonance canceling filter element can be reduced.

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

【図1】図1は従来のモータを制御対象としたサーボ制
御装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional servo control device that controls a motor.

【図2】図2は本発明に係る制御装置の第1の実施の形
態としての、モータを制御対象としたサーボ制御装置の
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a servo control device that controls a motor as a first embodiment of the control device according to the present invention.

【図3】図3はばね要素を有する駆動系を2慣性系とし
て表した図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a drive system having a spring element as a two-mass system.

【図4】図4(A)、(B)は図3に図解した2慣性系
の周波特性を示すグラフであり、図4(A)は振幅特性
を示すグラフであり、図4(B)は位相特性を示すグラ
フである。
4 (A) and 4 (B) are graphs showing frequency characteristics of the two inertial system illustrated in FIG. 3, and FIG. 4 (A) is a graph showing amplitude characteristics, and FIG. 4 (B) Is a graph showing phase characteristics.

【図5】図5(A)、(B)は図2に図解した共振相殺
フィルタ要素の周波数特性を示すグラフであり、図5
(A)は振幅特性を示すグラフであり、図5(B)は位
相特性を示すグラフである。
FIGS. 5A and 5B are graphs showing frequency characteristics of the resonance canceling filter element illustrated in FIG. 2;
FIG. 5A is a graph showing amplitude characteristics, and FIG. 5B is a graph showing phase characteristics.

【図6】図6(A)、(B)は本実施の形態において極
小値ダンピング係数dfzを変化させた時の共振相殺フィ
ルタ要素中の2次進み要素の周波数特性の変化の様子を
示す図であり、図6(A)は振幅特性を示すグラフであ
り、図6(B)は位相特性を示すグラフである。
FIGS. 6A and 6B show how the frequency characteristic of the second-order lead element in the resonance canceling filter element changes when the minimum value damping coefficient d fz is changed in the present embodiment. FIG. 6A is a graph showing amplitude characteristics, and FIG. 6B is a graph showing phase characteristics.

【図7】図7(A)、(B)は本実施の形態において極
大値ダンピング係数dfpを変化させた時の共振相殺フィ
ルタ要素中の2次遅れ要素の周波数特性の変化の様子を
示す図であり、図7(A)は振幅特性を示すグラフであ
り、図7(B)は位相特性を示すグラフである。
FIGS. 7A and 7B show how the frequency characteristic of the second-order lag element in the resonance canceling filter element changes when the maximum value damping coefficient d fp is changed in the present embodiment. FIG. 7A is a graph showing an amplitude characteristic, and FIG. 7B is a graph showing a phase characteristic.

【図8】図8は図2に図解した共振相殺フィルタ用パラ
メータ設定部の演算動作を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing a calculation operation of a resonance canceling filter parameter setting unit illustrated in FIG. 2;

【図9】図9は共振相殺フィルタ要素のパラメータを調
整する動作を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of adjusting a parameter of a resonance canceling filter element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・モータ 2・・モータドライバ 100A・・制御器(コントローラ) 200・・ロー
タリィエンコーダ 10A・・制御演算部 12・・フィードフォワード(FF)制御演算部 14・・加算回路 16・・フィードバック(FB)制御演算部 18・・加算回路 19・・共振相殺フィルタ要素 20・・D/Aコンバータ 30・・サンプラ 40・・共振相殺フィルタ用パラメータ設定部
1, motor 2, motor driver 100A, controller (controller) 200, rotary encoder 10A, control operation unit 12, feedforward (FF) control operation unit 14, addition circuit 16, feedback ( FB) Control calculation unit 18 Addition circuit 19 Resonance cancellation filter element 20 D / A converter 30 Sampler 40 Parameter setting unit for resonance cancellation filter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G05D 3/12 305 G05D 3/12 305V ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G05D 3/12 305 G05D 3/12 305V

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御対象および/または該制御対象のアク
チュエータにばね特性を有する制御系を離散時間方法で
制御する制御装置において、 目標指令信号と前記制御対象の位置または角度検出信号
との差を求める偏差算出部と、 該偏差算出部で算出した偏差に応じてフィードバック制
御演算を行うフィードバック制御演算部と、 該結果に対して前記ばね特性を相殺する演算を行う共振
相殺フィルタ要素とを有する制御装置。
1. A control device for controlling a control system having a spring characteristic for a control target and / or an actuator of the control target by a discrete time method, wherein a difference between a target command signal and a position or angle detection signal of the control target is determined. A control comprising: a deviation calculation unit to be obtained; a feedback control calculation unit for performing a feedback control calculation in accordance with the deviation calculated by the deviation calculation unit; and a resonance cancellation filter element for performing a calculation for canceling the spring characteristic with respect to the result. apparatus.
【請求項2】前記共振相殺フィルタ要素は振幅極小値を
もたらす2次進み要素:(s−zr+zi j)(s−z
r −zi j)を有する、請求項1記載の制御装置。
Wherein said resonant cancellation filter element secondary lead element results in amplitude minima: (s-z r + z i j) (s-z
having r -z i j), the control device according to claim 1.
【請求項3】前記共振相殺フィルタ要素は振幅極大値を
もたらす2次遅れ要素:1/(s−pr +pi j)(s
−pr −pi j)を有する、請求項1記載の制御装置。
Wherein the resonant cancellation filter element secondary delay element to bring the amplitude maxima: 1 / (s-p r + p i j) (s
-P r -p i j) having a control device according to claim 1.
【請求項4】前記共振相殺フィルタ要素は振幅極小値を
もたらす2次進み要素:(s−zr+zi j)(s−z
r −zi j)および振幅極大値をもたらす2次遅れ要
素:1/(s−pr +pi j)(s−pr −pi j)を
有する、請求項1記載の制御装置。
Wherein said resonant cancellation filter element secondary lead element results in amplitude minima: (s-z r + z i j) (s-z
r -z i j) and the amplitude maxima second-order lag element results in: 1 / (s-p r + p i j) (s-p r -p i j) having a control device according to claim 1.
【請求項5】前記共振相殺フィルタ要素のフィルタ特性
は、該共振相殺フィルタ要素の零点:zfp±zfijと、
前記制御対象および/またはアクチュエータの共振極:
r±pi jを一致させ、前記共振相殺フィルタ要素の
極:pfr±pfijと前記制御対象および/またはアクチ
ュエータの共振零点:zr ±zi jを一致させて得られ
る請求項4記載の制御装置。
5. The filter characteristic of the resonance canceling filter element includes a zero point of the resonance canceling filter element: z fp ± z fi j,
The resonance pole of the control target and / or the actuator:
A method wherein the values of p r ± p i j are matched, and the pole of the resonance canceling filter element: p fr ± p fi j is matched with the resonance zero of the controlled object and / or the actuator: z r ± z i j. 5. The control device according to 4.
【請求項6】前記共振相殺フィルタ要素のパラメータを
設定する共振相殺フィルタ用パラメータ設定部をさらに
有する、請求項4記載の制御装置。
6. The control device according to claim 4, further comprising a resonance canceling filter parameter setting unit for setting parameters of the resonance canceling filter element.
【請求項7】前記共振相殺フィルタ用パラメータ設定部
は、前記共振相殺フィルタ要素の振幅極大周波数ffp
よび極大値ダンピング係数dfp、または前記共振相殺フ
ィルタの振幅極小周波数ffzおよび極小値ダンピング係
数dfzを指定し、前記共振相殺フィルタ要素におけるパ
ラメータを前記共振相殺フィルタ要素に設定する請求項
6記載の制御装置。
7. The resonance canceling filter parameter setting section includes an amplitude maximum frequency f fp and a maximum value damping coefficient d fp of the resonance cancellation filter element, or an amplitude minimum frequency ffz and a minimum value damping coefficient of the resonance cancellation filter. The control device according to claim 6, wherein d fz is specified, and a parameter in the resonance cancellation filter element is set in the resonance cancellation filter element.
【請求項8】前記共振相殺フィルタ用パラメータ設定部
は、振幅極小周波数ffzおよび極小値ダンピング係数d
fzから下記式を適用して前記共振相殺フィルタ要素の零
点zfr±zfijを求めて前記共振相殺フィルタ要素の振
幅極小周波数および振幅極小値の鋭さを独立に指定す
る、請求項6記載の制御装置。 【数1】
8. The resonance canceling filter parameter setting section comprises: a minimum amplitude frequency f fz and a minimum value damping coefficient d.
7. The method according to claim 6, wherein the following equation is applied from fz to obtain a zero point z fr ± z fi j of the resonance canceling filter element and independently designate the amplitude minimum frequency and the sharpness of the amplitude minimum value of the resonance canceling filter element. Control device. (Equation 1)
【請求項9】前記共振相殺フィルタ用パラメータ設定部
は、振幅極大周波数ffpおよび極大値ダンピング係数d
fpから下記式を適用して前記共振相殺フィルタ要素の極
fr±pfijを求め、前記共振相殺フィルタ要素の振幅
極大周波数および振幅極大値の鋭さを独立に指定する、
請求項6記載の制御装置。 【数2】
9. The parameter setting section for a resonance canceling filter includes a maximum amplitude frequency f fp and a maximum value damping coefficient d.
Calculate the pole p fr ± p fi j of the resonance canceling filter element by applying the following equation from fp, and independently designate the amplitude maximum frequency and the sharpness of the amplitude maximum value of the resonance cancellation filter element,
The control device according to claim 6. (Equation 2)
【請求項10】目標指令信号に応答してフィードフォワ
ード制御演算を行うフィードフォワード制御演算部と、
前記フィードフォワード制御演算部の演算結果と前記フ
ィードバック制御演算部の演算結果を加算する加算部と
を更に有し、前記共振相殺フィルタ要素は前記加算結果
について前記フィルタ処理を行う請求項1記載の制御装
置。
10. A feedforward control operation unit for performing a feedforward control operation in response to a target command signal,
2. The control according to claim 1, further comprising an adding unit that adds an operation result of the feedforward control operation unit and an operation result of the feedback control operation unit, wherein the resonance canceling filter element performs the filtering on the addition result. 3. apparatus.
【請求項11】制御対象および/または該制御対象のア
クチュエータにばね特性を有する制御系を離散時間方法
で制御するとき、前記ばね特性を相殺する共振相殺フィ
ルタ処理を行う制御方法。
11. A control method for performing a resonance canceling filter process for canceling a spring characteristic when a control system having a spring characteristic is controlled by a discrete time method for a controlled object and / or an actuator of the controlled object.
【請求項12】制御対象および/または該制御対象のア
クチュエータにばね特性を有する制御系を離散時間方法
で制御するとき前記ばね特性を相殺する下記式で規定さ
れる共振相殺フィルタ処理を行う制御方法における前記
共振相殺フィルタ要素のパラメータ設定方法であって、 【数3】 前記共振相殺フィルタ要素の振幅極大周波数ffp、極大
値ダンピング係数dfp、振幅極小周波数ffz、極小値ダ
ンピング係数dfzzを入力し、下記式の演算を行い前記
共振相殺フィルタ要素の極pfr±pfijおよび零点zfr
±zfijを算出し、 【数4】 【数5】 下記式の演算を行い前記共振相殺フィルタ要素の零点z
fr±zfijおよびpfr±pfijを求め、 【数6】 【数7】 下記式の演算を行いパラメータa、b、c、dを算出
し、 【数8】 【数9】 【数10】 【数11】 算出したパラメータa、b、c、dを前記共振相殺フィ
ルタ要素に設定する共振相殺フィルタ用パラメータ設定
方法。
12. A control method for performing a resonance canceling filter process defined by the following equation for canceling the spring characteristic when controlling a control system having a spring characteristic for a controlled object and / or an actuator of the controlled object by a discrete time method. A parameter setting method of the resonance canceling filter element according to The amplitude maximum frequency f fp , the maximum value damping coefficient d fp , the amplitude minimum frequency f fz , and the minimum value damping coefficient d fz z of the resonance cancellation filter element are input, and the following equation is calculated to calculate the pole p of the resonance cancellation filter element. fr ± p fi j and zero z fr
Calculate ± z fi j and (Equation 5) The following equation is calculated to calculate the zero point z of the resonance canceling filter element.
fr ± z fi j and p fr ± p fi j are obtained, and (Equation 7) The parameters a, b, c, and d are calculated by performing the calculation of the following equation, and (Equation 9) (Equation 10) [Equation 11] A method for setting parameters for a resonance cancellation filter, wherein the calculated parameters a, b, c, and d are set in the resonance cancellation filter element.
【請求項13】制御対象および/または該制御対象のア
クチュエータにばね特性を有する制御系を離散時間方法
で制御するとき前記ばね特性を相殺する下記式で規定さ
れる共振相殺フィルタ処理を行う制御方法における前記
共振相殺フィルタ要素のパラメータを調整する方法であ
って、駆動系共振極を相殺するよう共振相殺フィルタ要
素の零点を定め、制御系の安定性を損なわないよう共振
相殺フィルタの極を決定する共振相殺フィルタ用パラメ
ータの調整方法。 【数12】
13. A control method for performing a resonance canceling filter process defined by the following equation to cancel the spring characteristic when controlling a control target and / or a control system having a spring characteristic in an actuator of the control target by a discrete time method. Wherein the parameters of the resonance canceling filter element are adjusted, wherein the zero point of the resonance canceling filter element is determined so as to cancel the drive system resonance pole, and the pole of the resonance canceling filter is determined so as not to impair the stability of the control system. Adjustment method of resonance cancellation filter parameters. (Equation 12)
【請求項14】制御系の安定性を確認しながら前記共振
相殺フィルタ要素の極大値ダンピング係数dfpおよび振
幅極大周波数ffpを変更する請求項13記載の共振相殺
フィルタ用パラメータの調整方法。
14. The method according to claim 13, wherein the maximum value damping coefficient d fp and the maximum amplitude frequency f fp of the resonance cancellation filter element are changed while confirming the stability of the control system.
【請求項15】制御対象および/または該制御対象のア
クチュエータにばね特性を有する制御系を離散時間方法
で制御するとき前記ばね特性を相殺する下記式で規定さ
れる共振相殺フィルタ処理を行う制御系の調整方法であ
って、 【数13】 駆動系の振幅周波数特性を測定し振幅極大周波数fp 、
振幅極小周波数fz を読み取り、極大値ダンピング係数
dp 、極小値ダンピング係数dfzを適切な値に定め、 初期値設定として、前記共振相殺フィルタ要素の振幅極
小周波数ffz=fp 、振幅極大周波数ffp=fz とし、
極小値ダンピング係数dfz=dp 、極大値ダンピング係
数dfp=dz とし、 上記初期設定値を前記共振相殺フィルタ要素の初期値と
し、共振相殺フィルタ用パラメータ設定部に入力し、 前記共振相殺フィルタ要素を含めた駆動系周波数特性を
測定して駆動系の振幅極大値が十分相殺されているか確
認し、 駆動系の振幅極大値が十分相殺されていなければ、前記
共振相殺フィルタ要素の振幅極小周波数ffzもしくは極
小値ダンピング係数dfzのいずれかを変更して、再度前
記共振相殺フィルタ用パラメータ設定部に入力し、振幅
極大値が最も小さくなる振幅極小周波数ffzおよび極小
値ダンピング係数dfzが得られるまで、上記処理を繰り
返し、 駆動系の振幅極大値が十分相殺されていれば、そのとき
の前記共振相殺フィルタ要素の振幅極小周波数ffzおよ
び極小値ダンピング係数dfzを記憶し、 以上のごとく決定されたパラメータを用いて前記共振相
殺フィルタ要素を構成し、前記共振相殺フィルタ要素を
含めた制御系を動作させ、制御系の動作結果が安定性に
問題がないかを確かめる制御系の調整方法。
15. A control system for performing a resonance canceling filter process defined by the following equation for canceling the spring characteristic when controlling a control system having a spring characteristic for a control target and / or an actuator of the control target by a discrete time method. Is a method of adjusting The amplitude frequency characteristics of the drive system are measured, and the amplitude maximum frequency fp,
The amplitude minimum frequency fz is read, and the maximum value damping coefficient dp and the minimum value damping coefficient dfz are set to appropriate values. As the initial value setting, the amplitude minimum frequency ffz = fp of the resonance canceling filter element and the amplitude maximum frequency ffp = Fz,
The minimum value damping coefficient d fz = dp, the maximum value damping coefficient d fp = dz, the initial setting value is set as the initial value of the resonance canceling filter element, and input to the parameter setting unit for the resonance canceling filter, and the resonance canceling filter element is used. The drive system frequency characteristics including the above are measured to check whether the drive system maximum amplitude is sufficiently canceled out. If the drive system maximum amplitude is not sufficiently canceled out, the amplitude minimum frequency f of the resonance canceling filter element is determined. Either fz or the minimum value damping coefficient d fz is changed and input to the resonance canceling filter parameter setting section again to obtain the amplitude minimum frequency f fz and the minimum value damping coefficient d fz at which the amplitude maximum becomes the smallest. The above processing is repeated until the amplitude maximum value of the drive system is sufficiently canceled, and the amplitude minimum value of the resonance canceling filter element at that time is minimized. The frequency f fz and the minimum value damping coefficient d fz are stored, the resonance canceling filter element is configured using the parameters determined as described above, and the control system including the resonance canceling filter element is operated. A control system adjustment method to check whether the operation result has no problem with stability.
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