JPH1124708A - サーボ制御装置 - Google Patents

サーボ制御装置

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JPH1124708A
JPH1124708A JP9183962A JP18396297A JPH1124708A JP H1124708 A JPH1124708 A JP H1124708A JP 9183962 A JP9183962 A JP 9183962A JP 18396297 A JP18396297 A JP 18396297A JP H1124708 A JPH1124708 A JP H1124708A
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JP
Japan
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controller
speed
output
control
disturbance
Prior art date
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Pending
Application number
JP9183962A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Murata
健一 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
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Publication of JPH1124708A publication Critical patent/JPH1124708A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御対象への外乱に対してもロバスト安定で
あり、かつ速度もしくは位置制御系全体を安定にする。 【解決手段】 入力された目標指令5と制御対象1の出
力4が一致するようにトルク指令6を出力し制御対象1
を制御する制御器3を有するフィードバック制御系にお
いて、前記制御対象1の出力4を入力としH∞制御法で
得られた出力を前記トルク指令6に加える外乱抑圧制御
器2を有することを特徴とするサーボ制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーボシステムに
加わる外乱を抑圧し、制御対象のモデル化誤差があって
もロバスト安定にすることのできるサーボ制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来技術として、外乱オブザーバを使っ
た外乱抑圧を行なう制御方法があった。しかし、この場
合には制御対象のパラメータ変動などに対してのロバス
ト安定性を持っていなかった。しかも、ロバスト安定性
を持せるという意味で外乱オブザーバの出力端にフィル
タをつけ、フィルタの出力をフィードバックさせるとい
うことが行なわれていたが、フィルタの設計に試行錯誤
が必要であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】制御対象のパラメータ
変動などに対してロバスト安定性を補償するような構成
を得ることが課題として挙げられる。この問題に対して
H∞制御を利用することが考えられる。H∞制御によれ
ば従来の制御理論で困難であった次の2つのことが容易
にできる。 (1)ロバスト安定化(数値モデルと実際の制御対象の
間に誤差があっても、実際の制御対象を安定化するコン
トローラを設計することができる。) (2)周波数領域で制御仕様の記述(閉ループ系の周波
数応答を指定できる。)このH∞制御を使って外乱オブ
ザーバを構成したものとして、文献「H∞制御と外乱オ
ブザーバの理論」(電気学会論文集C編1995年8
月)があるが、この技術でも速度制御系や位置制御系ま
で構成されていなかった。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、制御対象のパラメータ変動に対してもロバスト安
定であり、かつ速度もしくは位置制御系全体を安定にす
る制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、入力された目標指令と制御対象の出力が
一致するようにトルク指令を出力し制御対象を制御する
制御器を有するフィードバック制御系において、前記制
御対象の出力を入力としH∞制御法で得られた出力を前
記トルク指令に加える外乱抑圧制御器を有することを特
徴とするサーボ制御装置である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。図1は本発明の実施の形態の構成を示すブロック
線図である。図1に示すサーボ系フィードバック制御構
成において、G(s)は外乱が入る制御対象(例えばモー
タ)1の伝達関数であり、簡単化のためここでは、安定
な極を持つとする(不安定な極を持つ場合でも、計算は
可能である)。K(s)はH∞制御により設計された外乱
抑圧制御器2の伝達関数である。制御器2は、制御対象
1に入ってくる外乱を推定する機能を持ち、推定された
外乱がトルク指令にマイナスでフィードバックされる
為、制御対象1に入ってくる外乱を打ち消すことができ
る。また、制御器2は制御対象1のモデル化誤差があっ
ても制御対象1と制御器2のループがロバスト安定にな
る機能を持っている。
【0007】制御器3は制御器2と制御対象1の閉ルー
プの外側に設けられて、速度制御もしくは位置制御を行
ない、制御系全体を安定化する。ここで、本発明の実施
の形態の作用について、速度制御を中心に説明する。な
お、速度制御に代えて位置制御としても利用することが
できる。速度制御器3は、入力された速度指令5と制御
対象1の速度出力4が一致するようにトルク指令6を出
力し、制御対象1の速度を制御する。また、速度制御さ
れる制御対象1の速度出力4は外乱抑圧制御器2に入力
され、H∞制御法によって演算処理されて、その出力が
速度制御器3の出力に加算されて制御対象1のトルク指
令6が決められる。次に、外乱抑圧制御器2と制御器3
の設計方法とシミュレーション結果を示す。
【0008】図2は、H∞制御における外乱抑圧制御器
2を設計するためのブロック線図である。H∞制御で設
計する場合、まず始めに設計要求に入れたい関数を求め
る。一般に知られているものが感度関数と相補感度関数
である。感度関数S(s)は、外乱からトルク指令までの
伝達関数で表すことができ、また相補感度関数Tm(s)
は、速度もしくは位置指令から制御対象出力までを表し
た伝達関数である。感度関数S(s)、相補感度関数Tm
(s)と準相補感度関数Ta(s)は、次の伝達関数で表され
る。 S(s)=|1/(I+G(s)K(s))|∞ (1) Tm(s)=|G(s)K(s)/(I+G(s)K(s))|∞ (2) Ta(s)=|K(s)/(I+G(s)K(s))|∞ (3) 図2に示す関数Ws(s)は、感度関数S(s)に対する周波
数重み7を表すもので、たとえば外乱の特徴に合わせて
選ぶ。Wa(s)は準相補感度関数Ta(s)に対する周波数重
み8で、たとえば制御対象の変動を考慮して設定する。
WsとWaさらに制御対象Gを状態空間表現で表せば、 Ws=[As,Bs,Cs,Ds] (4) Wa=[Aa,Ba,Ca,Da] (5) G=[Ag,Bg,Cg,Dg] (6) となる。
【0009】この時、Ws(s)は通常安定な極ではないの
で、標準H∞制御では制御器が得られる条件を満足しな
いため、拡張H∞制御を使って次の関係を満たすように
制御器を求める。 |S(s)Ws(s),Ta(s)Wa(s)|∞<1/γ (7) ここで、γは解析解を得るためのパラメータである。
(7)式を状態空間で表すと次のようになる。
【0010】
【数1】
【0011】ここで、Xgは制御対象の状態量、Xsは
Wsの状態量、XaはWaの状態量、W1はWsの外乱
入力、W2はWaの外乱入力、uは制御対象の入力であ
る。Ag(制御対象のA行列)は、安定であるため制御
器2の伝達関数K(s)は、 u=K(s)y (11) K(s)=−F∞(sI−Ap)ー1L∞ (12) Ap=A+B2F∞+L∞C2 (13) B2=(Bg,0,0)T (14) C2=(Cg,0,Ca)T (15) F∞=−(0,Cs,0)T (16) L∞=−B121 +−YC2 T21 ー1 (17)
【0012】
【数2】
【0013】 u=F∞x (19) x=(Xg,Xs,Xa) (20) D21 +は(0,Da)の疑似逆行列であり、E21 ー1はD21
21 Tである。また、Yはリカッチ方程式から得られた
安定化解である。F∞のゲイン係数の内、第2項目のみ
が0でないことから、2項目の状態量すなわち外乱量の
みがフィードバックされることがわかり、このため外乱
抑圧特性を示すことになる。さらに、制御対象1と外乱
抑圧制御器2が作る閉ループ伝達関数F(s)を使って、
図1の制御器3の伝達関数H(s)を設計する。 F(s)=G(s)/(I+G(s)K(s)) (21) そして、次の特性方程式Q(s)の零点が左半平面に配置
されるように制御器3の伝達関数H(s)を選ぶ。
【0014】 Q(s)=I+F(s)H(s) (22) 次に図3のシステムについて、シミュレーションを行っ
た結果を示す。図3の制御対象1は、モデル化した公称
モデル11とモデル化誤差12を含み、これに対して制
御器2(H∞制御器)と制御器3を設計した。なお、H
∞制御器2はモデル化誤差12があってもロバスト安定
とするフィルタと制御対象トルクに入る外乱を消すため
の積分器が入っている。また、位置出力4が位置指令5
に定常偏差なく追従するように、制御器3は積分器を2
個持っている。図4は制御対象のボード線図であり、図
5はシミュレーション結果である。図5から、モデル化
誤差がある場合は、従来技術によると目標値に追従する
のに0.5sかかるのに対して、本発明の装置による
と、0.3s程度で追従し、その効果が確認できる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、制
御対象のパラメータ変動に対してもロバスト安定であ
り、かつ速度もしくは位置制御系全体を安定にする制御
装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構成を示すブロック線図
【図2】H∞制御における外乱抑圧制御器を設計するた
めのブロック線図
【図3】本発明をシミュレーションで実施した例の図
【図4】制御対象を示すボード線図
【図5】シミュレーション結果を示す図
【符号の説明】
1 制御対象 2 H∞制御をする外乱抑圧制御器 3 速度制御器(位置制御器) 4 速度出力(位置出力) 5 速度指令(位置指令) 6 トルク指令 7 外乱を表す周波数重み 8 制御対象の変動を表す周波数重み 9 制御量 10 外乱 11 公称モデル 12 モデル化誤差 13 本発明の制御装置を使った場合の目標値応答 14 従来技術による制御装置を使った場合の目標値
応答

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された目標指令と制御対象の出力が
    一致するようにトルク指令を出力し制御対象を制御する
    制御器を有するフィードバック制御系において、前記制
    御対象の出力を入力としH∞制御法で得られた出力を前
    記トルク指令に加える外乱抑圧制御器を有することを特
    徴とするサーボ制御装置。
JP9183962A 1997-07-09 1997-07-09 サーボ制御装置 Pending JPH1124708A (ja)

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JP9183962A JPH1124708A (ja) 1997-07-09 1997-07-09 サーボ制御装置

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JP9183962A JPH1124708A (ja) 1997-07-09 1997-07-09 サーボ制御装置

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JPH1124708A true JPH1124708A (ja) 1999-01-29

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ID=16144875

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JP9183962A Pending JPH1124708A (ja) 1997-07-09 1997-07-09 サーボ制御装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002171778A (ja) * 2000-09-25 2002-06-14 Aisin Seiki Co Ltd 電動モータの振動抑制制御装置及び電動モータの振動抑制制御における設計手法
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