JPH11265202A - Control method and controller therefor - Google Patents

Control method and controller therefor

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JPH11265202A
JPH11265202A JP16084498A JP16084498A JPH11265202A JP H11265202 A JPH11265202 A JP H11265202A JP 16084498 A JP16084498 A JP 16084498A JP 16084498 A JP16084498 A JP 16084498A JP H11265202 A JPH11265202 A JP H11265202A
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JP
Japan
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control
equation
feedback
calculated
calculation
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Application number
JP16084498A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Urakawa
禎之 浦川
Hirotaka Yamada
浩貴 山田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high speed servo controller capable of performing a high speed and high performance control beyond control performance by 2 degree of freedom PID control. SOLUTION: The controller calculates control deviation by subtracting an actual control result yk from a target instruction rk by a subtractor 12, and operates a following control arithmetic operation to the control deflection by a feedback(FB) control arithmetic part 16. A feed/forward(FF) control.arithmetic part 14 operates the control arithmetic operation of fbk =(K2 +K3 Z<-1> +K4 Z<-2> )(rk -yk )/(1-Z<-1> )(1-K1 Z<-1> ), ffk =(K5 +K6 Z<-1> )rk /(1-K1 Z<-1> ), and uk =fbk +ffk based on the target instruction. The feedback arithmetic result fbk of an FB control arithmetic part 16 is added to the feedforward arithmetic result ffk of an FF control arithmetic part 14 by an adding circuit 18, and a motor 1 is driven. In this formula, K1 -KN is a gain, rk is a target instruction in a sampling cycle (k), yk is an actual value, fbk is a feedback arithmetic result, ffk is a feedforward arithmetic result, and uk is a control signal.

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、制御方法および制
御装置に関するものであり、特に、産業用ロボットや電
気回路基板の部品実装機など高速な位置決めの必要な駆
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。また本発明は上記制御方法および制御
装置に用いる制御パラメータを自動的か,最適な制御パ
ラメータを決定する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method and a control apparatus, and more particularly, to a servo control of a device having a drive system requiring high-speed positioning, such as an industrial robot or a component mounting machine for an electric circuit board. The present invention relates to a control method and an apparatus for performing the control. The present invention also relates to a method for automatically determining the control parameters used for the control method and the control device or for determining an optimal control parameter.

【0002】[0002]

【従来の技術】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対象を制御す
るPID制御が広く知られている。特開平8−1714
02号公報はそのようなPID制御を適用した制御装置
を開示している。特開平8−171402号公報に開示
されている制御装置においては、アクチュエータとして
モータを用いて産業用ロボットのアームなどの制御対象
を制御する制御装置において、サンプリング制御理論に
基づくサンプリング制御を前提とし、目標指令に対する
フィードフォワード制御、および、目標指令と実際の検
出信号との偏差に対するフィードバック制御とを組み合
わせた制御を行う。これらフィードバック制御とフィー
ドフォワード制御に、PID制御パラメータを用いてい
る。フィードバック制御演算式とフィードフォワード制
御演算式式1および式2に示す。
2. Description of the Related Art PID control for controlling a controlled object by combining control of a proportional (P) operation, an integral (I) operation and a differential (D) operation is widely known. JP-A-8-1714
No. 02 discloses a control device to which such PID control is applied. In the control device disclosed in JP-A-8-171402, a control device that controls a control target such as an arm of an industrial robot using a motor as an actuator is based on sampling control based on a sampling control theory. Control is performed by combining feedforward control with respect to the target command and feedback control with respect to the deviation between the target command and the actual detection signal. PID control parameters are used for the feedback control and the feedforward control. The feedback control calculation formula and the feedforward control calculation formulas 1 and 2 are shown.

【0003】[0003]

【数10】 (Equation 10)

【0004】[0004]

【数11】 [Equation 11]

【0005】特開平8−171402号公報は、比例ゲ
インkp 、積分ゲインki 、微分ゲインkd 、0次フィ
ードフォワードゲインα、1次(速度)フィードフォワ
ードゲインβなどの制御パラメータの調整を容易にする
ため、変数変換部、変数設定部または最適極配置演算部
を用いて制御系の伝達関数の極、零点から変数変換によ
り制御パラメータを算出することを開示している。より
具体的に述べると、z座標系における極、零点の指令値
a、b、c、f、gに応じて制御パラメータを算出して
いる。算出された制御パラメータはフィードバック制御
演算部、フィードフォワード制御演算部に設定されて実
際の制御に使用される。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-171402 discloses an adjustment of control parameters such as a proportional gain k p , an integral gain k i , a differential gain k d , a zero-order feed forward gain α, and a primary (speed) feed forward gain β. For ease, the disclosure discloses that a control parameter is calculated by variable conversion from poles and zeros of a transfer function of a control system using a variable conversion unit, a variable setting unit, or an optimum pole arrangement calculation unit. More specifically, control parameters are calculated according to the command values a, b, c, f, and g of poles and zeros in the z coordinate system. The calculated control parameters are set in the feedback control operation unit and the feedforward control operation unit and used for actual control.

【0006】特開平8−171402号公報に記載の制
御装置において、比例ゲインkp 、積分ゲインki 、微
分ゲインkd 、0次フィードフォワードゲインα、1次
(速度)フィードフォワードゲインβ(これらを制御パ
ラメータという)を適切に設定すれば、比例動作、微分
動作、積分動作の効果により制御対象を良好に動作制御
できる上、制御パラメータを決定するための最適極配置
演算により試行錯誤によらず最適な制御パラメータを求
めることができる。
In the control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-171402, a proportional gain k p , an integral gain k i , a differential gain k d , a zero-order feed forward gain α, and a first order (speed) feed forward gain β If the control parameters are set appropriately, the control target can be controlled well by the effects of the proportional action, the differential action, and the integral action, and the optimum pole arrangement calculation for determining the control parameters can be performed without trial and error. An optimal control parameter can be obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】特開平8−17140
2号公報に開示されている制御装置においては制御パラ
メータの設定は容易であるものの、制御関数自体は従来
の2自由度PID制御装置と変わらないので特開平8−
171402号公報に記載された制御装置によって実現
される制御性能は2自由度PID制御装置と等しい。す
なわち、算出される制御パラメータで実現される制御は
PID制御器を含めた従来の2自由度PID制御器での
最適な動作制御であり、それ以上の高速な動作制御は実
現できない。高速な動作は制御対象および駆動系への普
遍的な要求でありより高速な動作は常に必要とされてお
り、そのための制御アルゴリズムの改善およびそのよう
な制御を可能にする制御装置の提供が要望されている。
Problems to be Solved by the Invention
In the control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H08-209, although setting of control parameters is easy, the control function itself is not different from that of the conventional two-degree-of-freedom PID control device.
The control performance realized by the control device described in Japanese Patent No. 171402 is equal to that of the two-degree-of-freedom PID control device. That is, the control realized by the calculated control parameters is the optimal operation control in the conventional two-degree-of-freedom PID controller including the PID controller, and higher-speed operation control cannot be realized. High-speed operation is a universal requirement for the control target and the drive system, and higher-speed operation is always required. Therefore, improvement of the control algorithm and provision of a control device that enables such control are demanded. Have been.

【0008】特開平8−171402号公報において
は、3つ制御パラメータ、比例ゲインkp 、積分ゲイン
i 、微分ゲインkd だけで、フィードフォワード制御
演算およびフィードバック制御演算に関係する5つの極
のうち実質的に応答に影響する4つの極を配置する。し
かしながら制御パラメータは3つなので自由に配置でき
る極の数は3つであり、上述の4つの極のうち1つはど
こに配置されるのか指定できない。このため制御パラメ
ータ設計の自由度が小さく、制御性能の範囲も限られ
る。より良い制御性能を実現するにはより自由度の大き
い制御法が必要である。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-171402, only three control parameters, a proportional gain k p , an integral gain k i , and a differential gain k d , are used to determine the five poles related to the feedforward control operation and the feedback control operation. Of these, four poles that substantially affect the response are arranged. However, since there are three control parameters, the number of poles that can be freely arranged is three, and it is not possible to specify where one of the above four poles is arranged. Therefore, the degree of freedom in control parameter design is small, and the range of control performance is also limited. In order to achieve better control performance, a control method with a greater degree of freedom is required.

【0009】制御性能は制御器のサンプリング時間に大
きく影響され、サンプリング時間を短くすることでより
高性能かつ高速な制御は実現できる。しかし、サンプリ
ング時間は制御演算を行う制御手段の演算速度によって
定まるので、無限にサンプリング時間を短くすることは
できない。したがって、現実的な観点からは、演算速度
によって決まる、あるサンプリング時間のもとで、なる
べく高速な動作を実現させる手段も必要とされている。
[0009] The control performance is greatly affected by the sampling time of the controller, and higher performance and higher speed control can be realized by shortening the sampling time. However, since the sampling time is determined by the calculation speed of the control means for performing the control calculation, the sampling time cannot be infinitely reduced. Therefore, from a practical point of view, there is also a need for a means for realizing an operation as high as possible under a certain sampling time determined by the calculation speed.

【0010】本発明の目的は、あるサンプリング時間に
おける制御において、従来の2自由度PID制御器を上
回る高速動作を実現できる制御アルゴリズムに従う制御
方法および制御装置を提供することにある。また本発明
の他の目的は、上記制御方法および制御装置に用いる制
御パラメータを自動的に算出でき、かつ、最適な制御パ
ラメータを算出可能にし、調整に特別の知識および熟練
が不要であり、調整に時間をかける必要がない制御パラ
メータ決定方法と装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a control method and a control device according to a control algorithm capable of realizing a higher speed operation than a conventional two-degree-of-freedom PID controller in control at a certain sampling time. Another object of the present invention is to automatically calculate control parameters used in the control method and the control device, and to enable calculation of optimal control parameters, so that special knowledge and skill are not required for adjustment. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for determining control parameters which do not require much time.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点によ
れば、制御対象またはアクチュエータの目標指令r
kと、制御対象またはアクチュエータの実際の値yk
の偏差(rk −yk )についてサンプリング周期kごと
に下記式1−1に基づいてフィードバック制御演算を行
い、前記目標指令rk についてサンプリング周期kごと
に下記式1−2に基づいてフィードフォワード制御演算
を行い、前記フィードフォワード演算結果ffk と前記フ
ィードバック演算結果fbk とを加算し、その加算結果u
k に基づいてアクチュエータを駆動して制御対象を制御
する、制御方法が提供される。
According to a first aspect of the present invention, a target command r for an object to be controlled or an actuator is provided.
and k, performs the deviation (r k -y k) based on the following equation 1-1 for each sampling period k feedback control calculation of the actual value y k of the controlled object or actuator, sampled for the target command r k for each period k based on the following equation 1-2 performs feedforward control operation, the feed forward calculation result by adding said and ff k feedback calculation result fb k, the addition result u
A control method is provided for controlling an object to be controlled by driving an actuator based on k .

【数12】 (Equation 12)

【0012】式1−1に規定するフィードバック制御演
算式の分母に(1−z-1)の項があり、これによりフィ
ードバック制御系に積分要素が含まれることが保証さ
れ、従来の2自由度PID制御則と同様、外乱に強い制
御が実現される。上記式で規定される本発明の制御則
は、従来の2自由度PID制御則と制御器の次数は変わ
らないが、フィードバック制御についてK1 、K2 、K
3 、K4 の4つの制御パラメータを持っている。このた
め、本発明の制御手段および制御対象からなる制御系の
5つの極のうち、実質的に応答に影響する4つの極すべ
てを自由に配置することができる。これによって、制御
パラメータ設計の自由度が増え、実現できる制御性能の
範囲を広くとることができ、従来の2自由度PID制御
則に比べ、より高速、高性能な制御動作を実現する。
The term (1-z -1 ) is included in the denominator of the feedback control arithmetic expression defined in Expression 1-1, which guarantees that the feedback control system includes an integral element. As with the PID control law, control resistant to disturbance is realized. The control law of the present invention defined by the above equation is the same as the conventional two-degree-of-freedom PID control law, but the order of the controller is the same, but K 1 , K 2 , K
3, has four control parameters K 4. Therefore, of the five poles of the control system including the control means and the control target of the present invention, all four poles that substantially affect the response can be freely arranged. As a result, the degree of freedom in control parameter design is increased, and the range of achievable control performance can be widened. As a result, a higher-speed, higher-performance control operation can be realized as compared with the conventional two-degree-of-freedom PID control law.

【0013】前記フィードバック制御演算に用いるゲイ
ンK1 、K2 、K3 、K4 および前記フィードフォワー
ド制御演算に用いる他のゲインK5 、K6 はそれぞれ下
記式によって規定される。
The gains K 1 , K 2 , K 3 , K 4 used in the feedback control calculation and the other gains K 5 , K 6 used in the feed forward control calculation are respectively defined by the following equations.

【数13】 (Equation 13)

【0014】また本発明の第2の観点によれば、制御対
象またはアクチュエータの実際の位置または角度を示す
信号を所定の周期で読み込むサンプリング手段と、制御
対象への目標指令rk と、該サンプリング手段で読み込
んだ実際の位置または角度信号yk との偏差を算出する
偏差算出手段と、該偏差算出手段で算出した偏差(rk
−yk )について、サンプリング周期kごとに下記式3
−1に基づいてフィードバック制御演算を行うフィード
バック演算手段と、前記目標指令rk についてサンプリ
ング周期kごとに下記式3−2に基づいてフィードフォ
ワード制御演算を行うフィードフォワード制御演算手段
と、前記フィードフォワード演算結果ff k と前記フィー
ドバック演算結果fbk とを加算し、その加算結果uk
基づいてアクチュエータを駆動して制御対象を制御する
加算手段とを有する制御装置が提供される。
Further, according to a second aspect of the present invention, a control pair
Indicates the actual position or angle of the elephant or actuator
Sampling means for reading a signal at a predetermined cycle, and control
Target command r to targetkAnd read by the sampling means
Actual position or angle signal ykCalculate the deviation from
Deviation calculating means, and the deviation (rk
-Yk) For each sampling period k
Feed for performing feedback control calculation based on -1
Back calculation means, and the target command rkAbout Sampli
The feedforward is performed for each switching cycle k based on the following equation 3-2.
Feedforward control operation means for performing word control operation
And the feedforward operation result ff kAnd the fee
Dback operation result fbkAnd the addition result ukTo
Controls the control target by driving the actuator based on
A control device having an adding means is provided.

【数14】 [Equation 14]

【0015】さらに本発明の第3の観点によれば、制御
対象またはアクチュエータの目標指令rk と、制御対象
またはアクチュエータの実際の値yk との偏差(rk
k)についてサンプリング周期kごとに下記式5−1
に基づいてフィードバック制御演算を行い、前記目標指
令rk についてサンプリング周期kごとに下記式5−2
に基づいてフィードフォワード制御演算を行い、前記フ
ィードフォワード演算結果ffk と前記フィードバック演
算結果fbk とを加算し、その加算結果uk に基づいてア
クチュエータを駆動して制御対象を制御する制御装置に
おける前記ゲインを決定する制御パラメータ決定方法で
あって、
According further to the third aspect of the present invention, a target command r k of the controlled object or actuator, the deviation of the actual value y k of the controlled object or actuator (r k -
y k ) for each sampling period k
Performs feedback control computation based on the following formula 5-2 wherein target command r k for each sampling period k
In the control device that performs a feedforward control calculation based on the above, adds the feedforward calculation result ff k and the feedback calculation result fb k, and drives an actuator based on the addition result u k to control a control target. A control parameter determination method for determining the gain,

【数15】 前記制御対象およびアクチュエータを含む制御系が目標
値および外乱に対し最も良好な制御性能を示すような前
記制御系の伝達関数のz座標系における極および零点の
位置を算出し、前記算出された伝達関数の極および零点
の位置を下記式に適用して前記ゲインK1 、K2
3 、K4 、K5 、K6 を算出する制御パラメータ決定
方法が提供される。
(Equation 15) Calculating the positions of the poles and zeros in the z-coordinate system of the transfer function of the control system such that the control system including the control target and the actuator exhibits the best control performance with respect to a target value and a disturbance; The positions of the poles and zeros of the function are applied to the following equations to obtain the gains K 1 , K 2 ,
A control parameter determination method for calculating K 3 , K 4 , K 5 , and K 6 is provided.

【0016】前記フィードバック制御演算に用いるゲイ
ンK1 、K2 、K3 、K4 および前記フィードフォワー
ド制御演算に用いる他のゲインK5 、K6 はそれぞれ下
記式によって算出される。
The gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 used in the feedback control calculation and the other gains K 5 and K 6 used in the feed forward control calculation are respectively calculated by the following equations.

【数16】 (Equation 16)

【0017】本発明に係る制御方法および装置装置は、
上記制御手段と上記制御対象からなる制御系が、目標値
および外乱に対し最も良好な制御性能を示すような上記
制御系の伝達関数の極および零点の位置を算出する極配
置算出手段と、上記伝達関数の極および零点の位置に基
づいて上記制御パラメータK1 、K2 、K3 、K4 、K
5 、K6 を算出し、算出された制御パラメータに基づい
て制御演算を行う制御手段を有する。
The control method and apparatus according to the present invention are:
A pole arrangement calculating means for calculating a position of a pole and a zero point of a transfer function of the control system such that the control system including the control means and the control target shows the best control performance with respect to a target value and a disturbance; The above control parameters K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K are based on the positions of the poles and zeros of the transfer function.
5, to calculate the K 6, having a control means for controlling operation based on the calculated control parameters.

【0018】制御系が目標値および外乱に対し最も良好
な制御性能を示すような上記制御系の伝達関数の極およ
び零点の位置を、最適極配置演算手段により算出する。
算出した極および零点の位置に基づいて、変数変換によ
り上記制御パラメータK1 、K2 、K3 、K4 、K5
6 を算出する。算出した制御パラメータに基づき、上
記式1−1および式1−2に従ってフィードバック制御
演算およびフィードフォワード制御演算を行う。上述し
たように、フィードバック制御演算式には、分母に(1
−z-1)の項があるから積分要素が含まれることが保証
され、従来の2自由度PID制御則と同様、外乱に強い
制御が実現される。また、本発明の制御則は、従来の2
自由度PID制御則と制御器の次数は変わらないが、フ
ィードバック制御についてK1 、K2 、K3 、K4 の4
つの制御パラメータを持っている。このため、本発明の
制御手段および制御対象からなる制御系の5つの極のう
ち、実質的に応答に影響する4つの極すべてを自由に配
置することができる。これによって、制御パラメータ設
計の自由度が増え、実現できる制御性能の範囲を広くと
ることができ、従来の2自由度PID制御則に比べ、よ
り高速、高性能な制御動作を実現する。
The positions of the poles and zeros of the transfer function of the control system such that the control system exhibits the best control performance with respect to the target value and the disturbance are calculated by the optimum pole arrangement calculating means.
Based on the calculated positions of the poles and zeros, the control parameters K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 ,
To calculate the K 6. Based on the calculated control parameters, a feedback control operation and a feedforward control operation are performed in accordance with Equations 1-1 and 1-2. As described above, the denominator contains (1
−z −1 ), it is guaranteed that an integral element is included, and as in the conventional two-degree-of-freedom PID control law, control resistant to disturbance is realized. Further, the control law of the present invention is based on the conventional 2
Although the degree of freedom PID control law and the order of the controller do not change, the feedback control is performed using four of K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 .
Has two control parameters. Therefore, of the five poles of the control system including the control means and the control target of the present invention, all four poles that substantially affect the response can be freely arranged. As a result, the degree of freedom in control parameter design is increased, and the range of achievable control performance can be widened. As a result, a higher-speed, higher-performance control operation can be realized as compared with the conventional two-degree-of-freedom PID control law.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の制御方法および制御装置
の実施の形態としてのサーボ制御方法およびサーボ制御
装置について添付図面を参照して述べる。図1は本発明
の実施の形態としてのサーボ制御装置の構成図である。
図1に図解したサーボ制御装置は、制御対象を駆動する
モータ1をモータドライバ2を介して制御するため、モ
ータ1または制御対象の位置または角度を検出するエン
コーダ200と、制御器100とを有する。制御器10
0は、制御演算部10、D/A変換器20、サンプリン
グ回路30、変数変換部40、変数設定部50、最適極
配置演算部60を有する。制御演算部10は、減算器1
2、フィードフォワード(FF)制御演算部14、フィ
ードバック(FB)制御演算部16、加算器18を有す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A servo control method and a servo control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a servo control device according to an embodiment of the present invention.
The servo control device illustrated in FIG. 1 includes an encoder 200 that detects a position or an angle of the motor 1 or the control target, and a controller 100 in order to control the motor 1 that drives the control target via the motor driver 2. . Controller 10
Numeral 0 has a control operation unit 10, a D / A converter 20, a sampling circuit 30, a variable conversion unit 40, a variable setting unit 50, and an optimum pole arrangement operation unit 60. The control operation unit 10 includes the subtractor 1
2. It has a feedforward (FF) control operation unit 14, a feedback (FB) control operation unit 16, and an adder 18.

【0020】エンコーダ200はモータ1またはモータ
1によって駆動される制御対象、たとえば、産業用ロボ
ットのアーム、部品実装機の搬送部などの位置または角
度を検出する。以下、制御対象またはモータ1のロータ
の回転位置を検出してこれら位置または角度を制御する
場合を例示する。
The encoder 200 detects a position or an angle of the motor 1 or a control target driven by the motor 1, for example, an arm of an industrial robot, a transfer unit of a component mounting machine, or the like. Hereinafter, a case where the rotational position of the control target or the rotor of the motor 1 is detected to control these positions or angles will be exemplified.

【0021】減算器12はサンプリング周期kにおける
目標位置指令rk からエンコーダ200で検出した実際
の位置信号yk を減じて位置偏差信号(rk −yk )を
算出する。フィードバック(FB)制御演算部16は減
算器12で算出した位置偏差信号(rk −yk )につい
て下記式3に基づく制御演算を行う。
The subtractor 12 calculates the position by subtracting the actual position signal y k detected by the encoder 200 from the target position command r k at the sampling period k deviation signal (r k -y k). The feedback (FB) control calculation unit 16 performs a control calculation based on the following equation 3 with respect to the position deviation signal (r k −y k ) calculated by the subtractor 12.

【0022】[0022]

【数17】 [Equation 17]

【0023】フィードフォワード(FF)制御演算部1
4は、サンプリング周期kにおける目標位置指令rk
ついて下記式4に基づいて制御演算を行う。
Feedforward (FF) control operation unit 1
4 performs control computation on the basis of the following equation 4 for the target position command r k at the sampling period k.

【0024】[0024]

【数18】 (Equation 18)

【0025】加算器18はフィードバック(FB)制御
演算部16のフィードバック演算結果ffk とフィードバ
ック(FB)制御演算部16におけるフィードバック演
算結果fbk とを加算し、加算結果を制御信号u k として
D/A変換器20に出力する。加算器18における演算
を下記式5に示す。
The adder 18 adds the feedback operation result ff k of the feedback (FB) control operation unit 16 and the feedback operation result fb k of the feedback (FB) control operation unit 16 and uses the addition result as a control signal u k as D / A converter 20. The operation in the adder 18 is shown in Expression 5 below.

【0026】[0026]

【数19】 [Equation 19]

【0027】D/A変換器20は制御演算部10におい
てディジタル演算されて算出されたディジタル形式の制
御信号をアナログ形式の制御信号に変換して、モータド
ライバ2に印加する。モータドライバ2はD/A変換器
20から印加された制御信号に応じてモータ1を駆動す
る電力をモータ1に供給する。それにより、モータ1は
制御信号に応じて動作し制御対象を駆動する。その結果
が、エンコーダ200によって検出され、エンコーダ2
00の検出信号がサンプリング周期ごとサンプリング回
路30を経由して制御演算部10の減算器12に印加さ
れる。以上の動作が、所定のサンプリング周期ごと反復
される。
The D / A converter 20 converts the digital control signal calculated by the digital calculation in the control calculator 10 into an analog control signal, and applies the analog control signal to the motor driver 2. The motor driver 2 supplies electric power for driving the motor 1 to the motor 1 according to the control signal applied from the D / A converter 20. Thereby, the motor 1 operates according to the control signal and drives the control target. The result is detected by the encoder 200 and the encoder 2
The detection signal of 00 is applied to the subtractor 12 of the control operation unit 10 via the sampling circuit 30 at each sampling cycle. The above operation is repeated every predetermined sampling period.

【0028】式3および式4から明らかなように、本実
施の形態におけるFB制御演算部16およびFF制御演
算部14は、6つのゲインK1 、K2 、K3 、K4 、K
5 、K6 を用いて制御演算を行う。これらのゲインは最
適極配置演算部60で算出した制御系伝達関数の極およ
び零点の指令位置に応じて、または変数設定部50から
直接指定された制御系伝達関数の極および零点の指定位
置に応じて、変数変換部40において算出され、FF制
御演算部14およびFB制御演算部16に設定される。
As is apparent from Equations 3 and 4, the FB control operation section 16 and the FF control operation section 14 in the present embodiment have six gains K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 4 .
5, performs control computation using a K 6. These gains are set in accordance with the commanded positions of the poles and zeros of the control system transfer function calculated by the optimum pole arrangement calculation unit 60, or at the specified positions of the poles and zeros of the control system transfer function specified directly from the variable setting unit 50. Accordingly, it is calculated in variable conversion section 40 and set in FF control calculation section 14 and FB control calculation section 16.

【0029】このように、本実施の形態におけるFF制
御演算部14およびFB制御演算部16における制御演
算アルゴリズムは、特開平8−171402号公報に記
載のPID制御装置におけるFF制御演算部およびFB
制御演算部の演算アルゴリズムと異なる。本実施の形態
においては、特開平8−171402号公報に記載のP
ID制御装置よりも適用するゲインの数が1つ多いので
指定できる極の数が多くなり、変数変換部40での入力
値の数も、特開平8−171402号公報に記載のPI
D制御装置でのa、b、c、f、gの5つから、図1に
示すように変数変換部40に印加されるa、b、c、
d、f、gの6つになる。
As described above, the control operation algorithm in the FF control operation unit 14 and the FB control operation unit 16 in the present embodiment is based on the FF control operation unit and the FB control operation unit in the PID control device described in JP-A-8-171402.
It differs from the calculation algorithm of the control calculation unit. In the present embodiment, the P.P.
Since the number of applied gains is one more than that of the ID control device, the number of poles that can be specified increases, and the number of input values in the variable conversion unit 40 also increases according to the PI described in JP-A-8-171402.
From the five of a, b, c, f, and g in the D control device, a, b, c,
d, f, and g.

【0030】図2に図解したように、制御系の4つの極
の座標をa±bj、c±djとし、2つの零点の座標を
f±gjとする。ここで用いるA、B、Pは、あらかじ
め測定された制御対象の時定数T0 、ゲインKおよびサ
ンプリング間隔Tから算出される数値である。
As illustrated in FIG. 2, the coordinates of the four poles of the control system are a ± bj and c ± dj, and the coordinates of the two zeros are f ± gj. A, B, and P used here are numerical values calculated from the time constant T0, gain K, and sampling interval T of the control object measured in advance.

【0031】図3を参照して変数変換部40の動作を述
べる。図3は変数変換部40の動作を示すフローチャー
トである。
The operation of the variable converter 40 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the variable conversion unit 40.

【0032】ステップ1:変数設定部50からまたは最
適極配置演算部60からz座標系における極、零点の座
標値:a、b、c、c、f、gを変数変換部40に入力
する。これらの値は、事前に算出しておいて結果を変数
設定部50から入力される場合もあるし、最適極配置演
算部60で算出した後入力される場合もある。
Step 1: The coordinate values of poles and zeros in the z-coordinate system: a, b, c, c, f, and g are input to the variable conversion unit 40 from the variable setting unit 50 or the optimum pole arrangement calculation unit 60. These values may be calculated in advance and the result may be input from the variable setting unit 50, or may be input after being calculated by the optimum pole arrangement calculation unit 60.

【0033】ステップ2:変数変換部40は、a、b、
c、dを式6〜式9を代入してα1、α2 、α3 、α4
を算出する。
Step 2: The variable converter 40 determines a, b,
Substituting Equations 6 to 9 for c and d, α1, α2, α3, α4
Is calculated.

【0034】[0034]

【数20】 (Equation 20)

【0035】ステップ3:変数変換部40は、α1 、α
2 、α3 、α4 、A、B、P、a、cを式10に代入し
てeを算出する。
Step 3: The variable converter 40 determines α 1 , α
E is calculated by substituting 2 , α 3 , α 4 , A, B, P, a, and c into Equation 10.

【0036】[0036]

【数21】 (Equation 21)

【0037】ステップ4〜5:変数変換部40は算出し
たeの値をチェックする。−1<e<1であれば制御系
は安定であるがそれ以外の場合は制御系は不安定とな
る。制御系が不安定となる場合は、ステップ5において
極の座標値a、b、c、dを変更する。
Steps 4 and 5: The variable converter 40 checks the calculated value of e. If -1 <e <1, the control system is stable; otherwise, the control system is unstable. If the control system becomes unstable, the polar coordinate values a, b, c, and d are changed in step 5.

【0038】ステップ6:変数変換部40は、α1 、α
2 、α3 、α4 、A、B、P、K、a、c、eを式11
〜式14に代入して、ゲインK1 、K2 、K3 、K4
算出する。
Step 6: The variable converter 40 determines α 1 , α
2 , α 3 , α 4 , A, B, P, K, a, c, e
It is substituted into to Formula 14, to calculate the gain K 1, K 2, K 3 , K 4.

【0039】[0039]

【数22】 (Equation 22)

【0040】ステップ7:変数変換部40は、K1 、K
2 、K3 、K4 、f、gを式15〜式16に代入して、
ゲインK5 、K6 を算出する。
Step 7: The variable conversion unit 40 determines K 1 , K
Substituting 2 , K 3 , K 4 , f, and g into Equations 15 and 16,
Calculating the gain K 5, K 6.

【0041】[0041]

【数23】 (Equation 23)

【0042】ステップ8:変数変換部40は上記のごと
く算出したゲインK1 、K2 、K3、K4 、K5 、K6
を制御演算部10のFF制御演算部14およびFB制御
演算部16に出力する。
Step 8: The variable conversion unit 40 calculates the gains K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , and K 6 calculated as described above.
Is output to the FF control operation unit 14 and the FB control operation unit 16 of the control operation unit 10.

【0043】式6〜式16の導出について述べる。制御
対象および/またはそのアクチュエータであるモータ1
(本明細書において、これを駆動部という)を、駆動部
への制御信号u k である指令電流を入力とし、駆動部の
位置を出力する伝達関数G(z)で表すことができる。
一般に、伝達関数G(z)は下記式で表すことができ
る。
The derivation of Equations 6 to 16 will be described. Motor 1 which is a control target and / or its actuator
(In this specification, the called driver this), and the command current is a control signal u k to the drive unit as an input, it can be expressed by the transfer function G for outputting the position of the drive unit (z).
Generally, the transfer function G (z) can be expressed by the following equation.

【0044】 G(z)=K/s(sT0 +1) (17) ただし、Kはゲインを示し、sはラプラス演算子であ
り、T0 はサンプリング周期である。
G (z) = K / s (sT 0 +1) (17) where K indicates a gain, s is a Laplace operator, and T 0 is a sampling period.

【0045】上記伝達関数G(z)をサンプリング制御
を行う制御演算部10の制御方法の表現に合わせてz座
標系におけるzパラメータを用いた離散時間表現であら
わすと下記式で表すことができる。
The transfer function G (z) can be expressed by the following equation when expressed in discrete time using the z parameter in the z coordinate system in accordance with the expression of the control method of the control operation unit 10 that performs sampling control.

【0046】 G(z)=K(A+Bz)/(z−1)(z−P) (18) ただし、Tはサンプリング周期であり、 P=exp(-T/T0) (19) A=−T0 (P−1)−TP (20) B=T0 (P−1)+T (21) である。G (z) = K (A + Bz) / (z−1) (z−P) (18) where T is a sampling period, and P = exp (−T / T 0 ) (19) A = −T 0 (P−1) −TP (20) B = T 0 (P−1) + T (21)

【0047】式18に示された制御系をブロック線図で
表すと図4のようになる。図4のブロック線図の閉ルー
プ伝達関数は式22で表される。
FIG. 4 is a block diagram showing the control system shown in equation (18). The closed loop transfer function of the block diagram of FIG.

【0048】[0048]

【数24】 (Equation 24)

【0049】式22をz座標系における極および零点を
用いて書くと式23のように表される。図2に図解した
ように、極はa±bj、c±dj、eの5つ、零点はf
±gj、−A/Bの3つである。
Equation 22 can be expressed as Equation 23 by using poles and zeros in the z-coordinate system. As illustrated in FIG. 2, five poles are a ± bj, c ± dj, and e, and zero is f
± gj and -A / B.

【0050】[0050]

【数25】 (Equation 25)

【0051】簡便のため式6〜式9のようにα1
α2 、α3 、α4 を定め、式22および式23の分母の
多項式の係数を比較すると、式24〜式28として示さ
れる5次連立方程式が得られる。
For simplicity, α 1 ,
When α 2 , α 3 , and α 4 are determined and the coefficients of the denominator polynomials of Expressions 22 and 23 are compared, fifth-order simultaneous equations represented by Expressions 24 to 28 are obtained.

【0052】[0052]

【数26】 (Equation 26)

【0053】これら5次連立方程式を制御演算部10に
おけるフィードフォワード(FF)制御演算部14およ
びフィードバック(FB)制御演算部16の制御パラメ
ータであるK1 、K2 、K3 、K4 について解くと、図
2に例示した極配置a±bj、c±dj、eから制御パ
ラメータを算出する式を導出することができる。すなわ
ち、制御系の伝達関数の極がa±bj、c±djと一致
するような制御パラメータK1 、K2 、K3 、K4 を得
ることができる。しかし、厳密には5つの極に対して制
御パラメータは4つしかないので、5つの極すべてを自
由に配置することはできない。そこで、4つの極a±b
j、c±djを指定し、これを満たす4つの制御パラメ
ータおよび1つの極を求めることとする。すなわち、上
述の5次連立方程式をK1 、K2 、K3 、K4 およびe
について解く。これにより、式10〜式14が得られ
る。このとき、式10により得られたeについて解く。
これにより、式10〜式14が得られる。このとき、式
10により得られたeの値が1≦eもしくはe≦−1で
あれば極の位置がz平面上の単位円の外側に存在するこ
とになり、制御系は不安定となる。したがって、このよ
うな場合は、図3のステップ4およびステップ5におい
て述べたように、極配置を変更する必要がある。
Solving these fifth-order simultaneous equations for the control parameters K 1, K 2, K 3, and K 4 of the feed forward (FF) control operation section 14 and the feedback (FB) control operation section 16 in the control operation section 10, results in FIG. Equations for calculating the control parameters can be derived from the pole arrangements a ± bj, c ± dj, and e illustrated in FIG. That is, control parameters K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 can be obtained such that the poles of the transfer function of the control system coincide with a ± bj and c ± dj. However, strictly speaking, there are only four control parameters for five poles, so that all five poles cannot be freely arranged. Therefore, four poles a ± b
j, c ± dj are specified, and four control parameters and one pole satisfying these are determined. That is, the above fifth-order simultaneous equations are expressed by K 1 , K 2 , K 3 , K 4 and e
Solve for Thereby, Expressions 10 to 14 are obtained. At this time, e obtained by Expression 10 is solved.
Thereby, Expressions 10 to 14 are obtained. At this time, if the value of e obtained from Expression 10 is 1 ≦ e or e ≦ −1, the position of the pole exists outside the unit circle on the z plane, and the control system becomes unstable. . Therefore, in such a case, it is necessary to change the pole arrangement as described in steps 4 and 5 in FIG.

【0054】同様に式22と式23の分子式の多項式の
係数を比較することにより、下記に示す式29および式
30の連立方程式が得られる。
Similarly, by comparing the coefficients of the polynomials of the molecular formulas of Equations 22 and 23, the following simultaneous equations of Equations 29 and 30 can be obtained.

【0055】[0055]

【数27】 [Equation 27]

【0056】これらの2つの連立方程式を制御演算部1
0のフィードフォワード(FF)制御演算部14および
フィードバック(FB)制御演算部16の制御パラメー
タであるK5 、K6 について解くと、式15および式1
6が導出される。
The control system 1
Solving for the control parameters K 5 and K 6 of the feedforward (FF) control operation unit 14 and the feedback (FB) control operation unit 16 of Equations (15) and (1)
6 is derived.

【0057】このように、零点配置f±gjから制御パ
ラメータK5 、K6 を算出する式15、16を得ること
ができる。換言すれば、式15および式16により制御
系の伝達関数の零点がz座標系においてf±gjと一致
するような制御パラメータK5 、K6 を得ることができ
る。
As described above, the equations 15 and 16 for calculating the control parameters K 5 and K 6 can be obtained from the zero point arrangement f ± gj. In other words, control parameters K 5 and K 6 can be obtained from Equations 15 and 16 such that the zero of the transfer function of the control system matches f ± gj in the z-coordinate system.

【0058】上記変数変換部40に対して入力パラメー
タとなるz座標系における極および零点の座標を決定す
る最適極配置演算部60について述べる。特開平8−1
71402号公報における最適極配置演算において、外
乱応答が最適となる極配置は4つの極が実軸上で重な
り、かつ4重極の実部が最も小さい値となる場合である
ことを述べた。ところが、特開平8−171402号公
報におけるPID制御系では3つの極の位置:a±b
j、cしか指定できなかったので、もう一つの極dの位
置がどこになるか確認しながら最適極配置を求めた。本
実施の形態においては4つの極a±bj、c±djを任
意に指定できるので、5つめの極eが制御系を安定する
値、−1<e<1をとる範囲で、4つの極の実部a、c
がなるべく小さくなる極配置を選ぶことができる。ま
た、零点f±gjについては、特開平8−171402
号公報において述べたように、極と同じ位置に配置する
のが最も目標値に対する応答が良くなる。そこで、本実
施例における最適極配置演算においても、f=a、g=
bとして出力する。
The optimum pole arrangement calculator 60 for determining the coordinates of the poles and zeros in the z-coordinate system as input parameters to the variable converter 40 will be described. JP-A-8-1
In the optimal pole arrangement calculation in JP-A-71402, it has been described that the pole arrangement in which the disturbance response is optimal is a case where four poles overlap on the real axis and the real part of the quadrupole has the smallest value. However, in the PID control system disclosed in JP-A-8-171402, three pole positions: a ± b
Since only j and c could be designated, the optimum pole arrangement was determined while checking the position of another pole d. In the present embodiment, the four poles a ± bj and c ± dj can be arbitrarily specified, so that the fifth pole e is a value that stabilizes the control system, and the four poles a are within a range of −1 <e <1. Real parts a, c of
Can be selected as small as possible. The zero point f ± gj is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-171402.
As described in the publication, the response to the target value is best when the electrodes are arranged at the same positions as the poles. Therefore, in the optimum pole arrangement calculation in this embodiment, f = a and g =
Output as b.

【0059】以上の技術的背景に基づく最適極配置演算
部60の動作を図5のフローチャートを参照して述べ
る。図5は最適極配置演算部60の動作を示すフローチ
ャートである。
The operation of the optimum pole arrangement calculation unit 60 based on the above technical background will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the optimum pole arrangement calculation unit 60.

【0060】ステップ11:最適極配置演算部60は、
a、cをそれぞれ初期値a=c=a0 とする。また、最
適極配置演算部60は、制御系が振動性を持たぬようb
=0、d=0とする。このとき制御系を安定とする初期
値a0 を選ぶ必要がある、すなわち、式10において、
−(1−ε)<e<1−εとなるようなa0 を選ぶ必要
がある。ただし、εは十分小さい正数とし、安定性への
マージンを与えるマージン係数とする。εが大きいほど
マージンは大きくなる。
Step 11: The optimum pole arrangement calculating section 60
Let a and c be initial values a = c = a0, respectively. Further, the optimum pole arrangement calculating unit 60 controls the control system so that the control system has no vibration.
= 0 and d = 0. At this time, it is necessary to select an initial value a0 for stabilizing the control system.
It is necessary to select a0 such that-(1-.epsilon.) <E <1-.epsilon. Here, ε is a sufficiently small positive number, and is a margin coefficient that gives a margin to stability. The margin increases as ε increases.

【0061】ステップ12:最適極配置演算部60は、
a、b、c、dを式6〜式9に代入してα1 、α2 、α
3 、α4 を算出する。
Step 12: The optimum pole arrangement calculating unit 60
Substituting a, b, c, and d into Equations 6 to 9 to obtain α 1 , α 2 , α
3, to calculate the α 4.

【0062】ステップ13:最適極配置演算部60は、
α1 、α2 、α3 、α4 、A、B、P,a,cを式10
に代入してeを算出する。
Step 13: The optimum pole arrangement calculating unit 60
α 1 , α 2 , α 3 , α 4 , A, B, P, a, and c
And e is calculated.

【0063】ステップ14〜15:最適極配置演算部6
0は、−(1−ε)<e<1−εであるか否かを判断す
る。−(1−ε)<e<1−εであれば、最適極配置演
算部60はステップ15において、a=c=a−Δaと
し(Δaは微小なaを意味する)、再度、式6〜式9に
従ってα1 、α2 、α3 、α4 を算出する。ただし、こ
こでΔaは、a、cを変化させるステップ幅で適当な正
の値をとるものとする。
Steps 14 and 15: Optimum pole arrangement calculator 6
0 determines whether or not-(1−ε) <e <1−ε. If − (1−ε) <e <1−ε, the optimum pole arrangement calculation unit 60 sets a = c = a−Δa (Δa means a minute a) in step 15, and again calculates the equation 6 Α 1 , α 2 , α 3 , and α 4 are calculated in accordance with Equation (9). Here, Δa takes an appropriate positive value in the step width for changing a and c.

【0064】ステップ16:−(1−ε)<e<1−ε
でなければ、最適極配置演算部60は、a=c=a+Δ
aとし、a、cを−(1−ε)<e<1−εとする最小
の値となるようにする。
Step 16:-(1-.epsilon.) <E <1-.epsilon.
If not, the optimum pole arrangement calculating unit 60 calculates a = c = a + Δ
a, and a and c are set to have the minimum value of-(1−ε) <e <1−ε.

【0065】ステップ17:−(1−ε)<e<1−ε
でなければ、最適極配置演算部60は制御系の零点を決
めるf、gをf=a、g=b=0とする。
Step 17:-(1-.epsilon.) <E <1-.epsilon.
If not, the optimum pole arrangement calculation unit 60 sets f and g for determining zero of the control system as f = a and g = b = 0.

【0066】ステップ18:最適極配置演算部60は算
出したa、b、c、d、f、gを変数変換部40に出力
して終了する。
Step 18: The optimum pole arrangement calculation unit 60 outputs the calculated values a, b, c, d, f, and g to the variable conversion unit 40, and ends.

【0067】変数変換部40は上述のごとく最適極配置
演算部60で決定したパラメータを用いてPID制御パ
ラメータを決定する。
The variable converter 40 determines the PID control parameters using the parameters determined by the optimum pole arrangement calculator 60 as described above.

【0068】以上のように最適極配置演算部60におい
て、a=c=f、b=d=g=0として最適極配置を算
出したが、変数設定部50を用いてそのようなパラメー
タを変数変換部40に設定することもできる。また変数
変換部40でもこのように冗長な変数は固定して入力す
る制御演算部も構成することができる。
As described above, in the optimum pole arrangement calculating section 60, the optimum pole arrangement is calculated with a = c = f and b = d = g = 0. It can also be set in the conversion unit 40. Further, the variable conversion unit 40 can also constitute a control operation unit for inputting such redundant variables in a fixed manner.

【0069】たとえば、変数変換部40で用いる変数の
うち、冗長な変数は固定してa=c=f、b=d=g=
0とし、変数変換部40ではaのみ設定することとする
と図6のような制御器100Aとなる。制御器100A
は、制御演算部10、D/A変換器20、サンプリング
回路30、変数変換部40A、変数設定部50Aおよび
最適極配置演算部60が図示のごとく接続されている。
制御器10Aは、減算器12、フィードフォワード(F
F)制御演算部14、フィードバック(FB)制御演算
部16および加算器18から構成されている。図1に図
解した制御器100と図6に図解した制御装置とは類似
した構成をしているが、変数変換部40A、変数設定部
50Aの構成が全く異なる。すなわち、図6において
は、変数設定部50Aとしてaを可変状態で変数変換部
40Aに印加できる。
For example, among the variables used in the variable conversion section 40, redundant variables are fixed and a = c = f, b = d = g =
If it is set to 0 and only a is set in the variable conversion unit 40, a controller 100A as shown in FIG. 6 is obtained. Controller 100A
Is connected to a control operation unit 10, a D / A converter 20, a sampling circuit 30, a variable conversion unit 40A, a variable setting unit 50A, and an optimum pole arrangement operation unit 60 as shown in the figure.
The controller 10A includes a subtractor 12, a feedforward (F
F) A control operation unit 14, a feedback (FB) control operation unit 16 and an adder 18. Although the controller 100 illustrated in FIG. 1 and the control device illustrated in FIG. 6 have similar configurations, the configurations of the variable conversion unit 40A and the variable setting unit 50A are completely different. That is, in FIG. 6, a can be applied to the variable conversion unit 40A in a variable state as the variable setting unit 50A.

【0070】このときの変数変換部40Aにおける処理
を図7を参照して述べる。図7はこの場合の変数変換部
40Aにおける処理を示すフローチャートである。
The processing in variable conversion section 40A at this time will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the processing in the variable conversion unit 40A in this case.

【0071】ステップ31:変数設定部50Aはaを変
数変換部40Aに設定する。
Step 31: The variable setting section 50A sets a in the variable conversion section 40A.

【0072】ステップ32:c=f=a、b=d=g=
0とする。
Step 32: c = f = a, b = d = g =
Set to 0.

【0073】ステップ33〜ステップ39:図5に図解
したステップ12〜ステップ18の処理と同じ。
Steps 33 to 39: The same as steps 12 to 18 illustrated in FIG.

【0074】冗長な変数を固定したときの最適極配置演
算部の演算フローチャートは図8のようになる。最適極
配置演算部60の演算内容は上述した演算内容は変わら
ないが、変数変換部40Aへのaのみとする。
FIG. 8 shows a calculation flowchart of the optimum pole arrangement calculation unit when a redundant variable is fixed. The operation contents of the optimum pole arrangement operation unit 60 are the same as the operation contents described above, but only the variable a to the variable conversion unit 40A.

【0075】ステップ41:a、b、c、d、f、gを
固定しておく。 ステップ42〜46:図5に図解したステップ12〜1
6と同様。
Step 41: a, b, c, d, f, and g are fixed. Steps 42 to 46: Steps 12 to 1 illustrated in FIG.
Same as 6.

【0076】ステップ47:最適極配置演算部60Bは
aのみを変数変換部40Aに出力する。
Step 47: The optimum pole arrangement calculator 60B outputs only a to the variable converter 40A.

【0077】図6の制御器100Aでは、図1に図解し
た制御器100に比べ自由度は落ちるが、冗長な変数を
固定することで簡便な調整が行える。
The controller 100A of FIG. 6 has a lower degree of freedom than the controller 100 illustrated in FIG. 1, but can perform simple adjustment by fixing redundant variables.

【0078】実験例 本発明の実施の形態の実施例を図9を参照して下記に述
べる。T0 =0.413(sec)、K=1247.0
で表される制御対象について本発明の制御方法の実施の
形態を適用した。サンプリング間隔はT=0.1(ms
ec)であった。この条件下における本実施例による制
御結果と、特開平8−171402号公報による結果を
比較例として示す。
Experimental Example An example of the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. T0 = 0.413 (sec), K = 1247.0
The embodiment of the control method of the present invention is applied to the control target represented by The sampling interval is T = 0.1 (ms)
ec). The control result according to the present embodiment under this condition and the result according to JP-A-8-171402 are shown as comparative examples.

【0079】比較例 特開平8−171402号公報の制御装置で最適極を求
めたところ、最適な極の位置はa=c=d=0.818
7となった。このときの制御パラメータは変数変換部に
より下記に変換された。 Kp =9.987、 Ki =49.1066、 Kd =0.007782、 α=0.531851、 β=0.871265 これらの制御パラメータで制御器を動作させたところ、
図9の曲線C1に示すグラフとなった。曲線Rは目標指
令の変化である。
Comparative Example When the optimum pole was determined by the control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-171402, the position of the optimum pole was a = c = d = 0.818.
It was 7. The control parameters at this time were converted as follows by the variable conversion unit. Kp = 9.987, Ki = 49.1066, Kd = 0.007782, α = 0.531851, β = 0.871265 When the controller was operated with these control parameters,
A graph shown by a curve C1 in FIG. 9 was obtained. Curve R is a change in the target command.

【0080】本実施例 本発明の制御装置の実施の形態に基づいて最適極を求め
たところ、最適な極の位置はa=c=0.7557とな
り、もう1つの極eはe=−0.8627となった。こ
のときの制御パラメータは変数変換部40により下記に
示す値になった。 K1 =−0.836519、 K2 =378.754、 K3 =−695.541、 K4 =320.562、 K5 =315.463、 K6 =−284.41 この制御パラメータで制御器100を動作させて制御対
象を動作制御したところ図9の曲線A1に示す結果が得
られた。
This Example When the optimum pole was obtained based on the embodiment of the control device of the present invention, the position of the optimum pole was a = c = 0.557, and the other pole e was e = −0. .8627. At this time, the control parameters became the following values by the variable conversion unit 40. K 1 = −0.836519, K 2 = 378.7754, K 3 = −695.541, K 4 = 320.562, K 5 = 315.463, K 6 = −284.41 Controller using this control parameter When the control object was operated and controlled by operating the device 100, the result indicated by the curve A1 in FIG. 9 was obtained.

【0081】特開平8−171402号公報による比較
例と、本発明の実施の形態による実施例とを比較する
と、本発明の実施の形態による実施例のほうが、目標に
対する応答性(追従性)が高く、高速サーボ制御が実現
されている。また図9に図解した曲線の位置応答だけか
らは確認できないが、より原点から遠い極配置が実現で
きていることから外乱に対する応答も改善しており、良
好な制御性能が実現できた。
Comparing the comparative example disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-171402 with the example according to the embodiment of the present invention, the example according to the embodiment of the present invention has higher responsiveness (followability) to the target. High, high-speed servo control is realized. Further, although it cannot be confirmed only from the position response of the curve illustrated in FIG. 9, the response to disturbance has been improved since the pole arrangement farther from the origin has been realized, and good control performance has been realized.

【0082】すなわち、本実施の形態の制御方法と制御
装置においては、4つのゲインK1、K2 、K3 、K4
でフィードバック制御を行い、さらに3つのゲイン
1 、K5 、K6 でフィードフォワード制御を行うの
で、制御パラメータ設計の自由度が大きくなり、従来の
2自由度PID制御器を上回る高い制御性能を実現する
ことができる。また、本実施の形態における制御方法お
よび制御装置においては、制御対象および上記制御手段
を含む制御系の伝達関数について外乱の影響を最小に
し、かつ、最適なz座標系における極および零点の位置
を算出し、これら算出した結果を変数変換して上記制御
パラメータK1 、K2 、K3 、K4 、K5 、K6 を算出
することで簡便に所望の特性を持つ制御パラメータを得
ることができる。さらに、本発明の制御手段において、
上記制御系が目標値および外乱に対し最も良好な制御性
能を示すような上記伝達関数の極および零点の位置を算
出し、これに基づいて変数変換により各制御パラメータ
で算出することで、自動的に最適な制御パラメータを得
ることができ、試行錯誤による調整を避けて効率的な制
御パラメータ調整が行える。
That is, in the control method and control device of the present embodiment, four gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4
Performs feed-back control with three gains K 1 , K 5 , and K 6 , so the degree of freedom in control parameter design is increased, and higher control performance than the conventional two-degree-of-freedom PID controller is achieved. Can be realized. In the control method and the control device according to the present embodiment, the influence of disturbance on the transfer function of the control system including the control target and the control means is minimized, and the positions of the poles and zeros in the optimal z coordinate system are determined. The control parameters K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , and K 6 are calculated by converting the calculated results into variables, thereby easily obtaining control parameters having desired characteristics. it can. Further, in the control means of the present invention,
The control system calculates the positions of the poles and zeros of the transfer function such that the control system exhibits the best control performance with respect to the target value and the disturbance, and calculates each control parameter by variable conversion based on the calculated values. The most suitable control parameter can be obtained, and the control parameter can be adjusted efficiently by avoiding the adjustment by trial and error.

【0083】本発明の実施に際しては、上述し実施の形
態に限定されず、種々の変形態様をとることができる。
たとえば、上述した実施の形態においては、制御対象を
位置制御する場合を例示したが、制御対象を角度制御、
あるいは、トルク制御、温度制御などのその他の制御に
ついても本発明は適用し得る。その場合、エンコーダ2
00などが位置検出用センサではなく、角度検出セン
サ、トルク検出センサなどに置き換える必要が出てくる
が、センサとしては制御目的に応じて選択される。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various modifications.
For example, in the above-described embodiment, the case where the position of the control target is controlled is illustrated, but the control target is controlled by angle control.
Alternatively, the present invention can be applied to other controls such as torque control and temperature control. In that case, encoder 2
Although 00 and the like need to be replaced with an angle detection sensor, a torque detection sensor, or the like instead of the position detection sensor, the sensor is selected according to the control purpose.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明の制御方法および制御装置によれ
ば、あるサンプリング周期のもとで、従来の2自由度P
ID制御器の制御を上回る高速動作および正確な制御が
達成された。
According to the control method and control apparatus of the present invention, the conventional two-degree-of-freedom P
Fast operation and accurate control over that of the ID controller have been achieved.

【0085】また本発明によれば、上記制御方法および
制御装置に用いる制御パラメータを自動的に算出でき、
かつ、最適な制御パラメータを算出できた。この方法に
よれば、熟練者による調整に特別の知識および熟練が不
要であり、調整に時間をかける必要がない。
According to the present invention, the control parameters used in the control method and the control device can be automatically calculated.
In addition, optimal control parameters could be calculated. According to this method, special knowledge and skill are not required for adjustment by a skilled person, and there is no need to spend time for adjustment.

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

【図1】図1は本発明の実施の形態としてのサーボ制御
装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a servo control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は図1の制御の対象となる制御対象につい
てz座標系における安定を解析するためのグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph for analyzing stability in a z-coordinate system of a control target to be controlled in FIG. 1;

【図3】図3は図1に図解した変数変換部の処理を示す
フローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of a variable conversion unit illustrated in FIG. 1;

【図4】図4は図1に図解した制御対象の伝達関数表記
のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a transfer function notation of a controlled object illustrated in FIG. 1;

【図5】図5は図1に図解した最適極配置演算部の処理
を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of an optimum pole arrangement calculation unit illustrated in FIG. 1;

【図6】図6は図1に図解した制御装置の変形例として
の制御装置の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a control device as a modified example of the control device illustrated in FIG. 1;

【図7】図7は図1に図解した変数変換部の処理内容を
示しており、図3に図解した処理方法とは異なる処理内
容を示した図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating processing contents of a variable conversion unit illustrated in FIG. 1, and illustrating processing contents different from the processing method illustrated in FIG. 3;

【図8】図1に図解した最適極配置演算部の処理に関し
て、冗長な変数を固定した場合の最適極配置演算部の処
理を示すフローチャートである。
8 is a flowchart showing a process of the optimum pole assignment calculation unit when a redundant variable is fixed with respect to the process of the optimum pole assignment calculation unit illustrated in FIG. 1;

【図9】図9は本発明の実施の形態に基づく実施例と特
開平8−171402号公報による比較例の結果を示す
グラフである。
FIG. 9 is a graph showing the results of an example based on the embodiment of the present invention and a comparative example according to JP-A-8-171402.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・モータ 2・・モータドライバ 100・・制御器 10・・制御器 12・・減算器 14・・フィードフォワード(FF)制御演算部 16・・フィードバック(FB)制御演算部 18・・加算器 20・・D/A変換器 30・・サンプリング回路 40・・変数変換部 50・・変数設定部 60・・最適極配置演算部 200・・エンコーダ 1, motor 2, motor driver 100, controller 10, controller 12, subtractor 14, feed-forward (FF) control calculator 16, feedback (FB) control calculator 18, adder 20 D / A converter 30 Sampling circuit 40 Variable conversion unit 50 Variable setting unit 60 Optimal pole arrangement calculation unit 200 Encoder

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御対象またはアクチュエータを制御する
目標指令rk と、制御対象またはアクチュエータの実際
の値yk との偏差(rk −yk )についてサンプリング
周期kごとに下記式1−1に基づいてフィードバック制
御演算を行い、 前記目標指令rk についてサンプリング周期kごとに下
記式1−2に基づいてフィードフォワード制御演算を行
い、 前記フィードフォワード演算結果ffk と前記フィードバ
ック演算結果fbk とを加算し、 その加算結果uk に基づいてアクチュエータを駆動して
制御対象を制御する、制御方法。 【数1】
A target command r k that controls 1. A controlled object or actuator, the deviation (r k -y k) and the actual value y k of the controlled object or the actuator by the following formula 1-1 at each sampling period k based performs feedback control computation, the performs feedforward control operation based on the target command r k by the following formula 1-2 at each sampling period k, the feed-forward operation result and ff k and the feedback calculation result fb k adding to, and controls the controlled object by driving the actuator based on the addition result u k, the control method. (Equation 1)
【請求項2】前記フィードバック制御演算に用いるゲイ
ンK1 、K2 、K3 、K4 はそれぞれ、下記式2−1〜
式2−4によって規定され、 前記フィードフォワード制御演算に用いる他のゲインK
5 、K6 はそれぞれ下記式2−5、2−6によって規定
される、 請求項1記載の制御方法。 【数2】
2. The gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 used in the feedback control calculation are respectively represented by the following equations 2-1 to 2-1.
Another gain K defined by the equation 2-4 and used for the feedforward control calculation
5, K 6 are defined respectively by the following formulas 2-5 and 2-6, the control method according to claim 1, wherein. (Equation 2)
【請求項3】制御対象またはアクチュエータの実際の位
置または角度を示す信号を所定の周期で読み込むサンプ
リング手段と、 制御対象またはアクチュエータを制御する目標指令rk
と、該サンプリング手段で読み込んだ実際の位置または
角度信号yk との偏差を算出する偏差算出手段と、 該偏差算出手段で算出した偏差(rk −yk )につい
て、サンプリング周期kごとに下記式3−1に基づいて
フィードバック制御演算を行うフィードバック演算手段
と、 前記目標指令rk についてサンプリング周期kごとに下
記式3−2に基づい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手段と、 前記フィードフォワード演算結果ffk と前記フィードバ
ック演算結果fbk とを加算し、その加算結果uk に基づ
いてアクチュエータを駆動して制御対象を制御する加算
手段とを有する制御装置。 【数3】
3. A sampling means for reading a signal indicating an actual position or angle of a control target or an actuator at a predetermined cycle, and a target command r k for controlling the control target or the actuator.
A deviation calculating means for calculating a deviation from the actual position or angle signal y k read by the sampling means; and a deviation (r k -y k ) calculated by the deviation calculating means, for each sampling cycle k: a feedforward control operation means for performing feedforward control operation based and feedback calculation means for performing a feedback control operation, the following formula 3-2 at each sampling period k for the target command r k based on equation 3-1, wherein feedforward calculation result the a ff k feedback calculation result by adding the fb k, the addition result controller and an addition means for controlling the controlled object by driving the actuator based on u k. (Equation 3)
【請求項4】前記フィードバック制御演算に用いるゲイ
ンK1 、K2 、K3 、K4 はそれぞれ、下記式4−1〜
式4−4によって規定され、 前記フィードフォワード制御演算に用いる他のゲインK
5 、K6 はそれぞれ下記式4−5、式4−6によって規
定される、 請求項3記載の制御装置。 【数4】
4. The gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 used in the feedback control calculation are given by the following equations 4-1 to 4-1.
Another gain K used for the feedforward control calculation, which is defined by Expression 4-4.
5, K 6 each formula 4-5, as defined by Equation 4-6, the control device according to claim 3. (Equation 4)
【請求項5】制御対象またはアクチュエータを制御する
目標指令rk と、制御対象またはアクチュエータの実際
の値yk との偏差(rk −yk )についてサンプリング
周期kごとに下記式5−1に基づいてフィードバック制
御演算を行い、前記目標指令rk についてサンプリング
周期kごとに下記式5−2に基づいてフィードフォワー
ド制御演算を行い、前記フィードフォワード演算結果ff
k と前記フィードバック演算結果fbk とを加算し、その
加算結果uk に基づいてアクチュエータを駆動して制御
対象を制御する制御装置における前記ゲインを決定する
制御パラメータ決定方法であって、 【数5】 前記制御対象およびアクチュエータを含む制御系が目標
値および外乱に対し最も良好な制御性能を示すような前
記制御系の伝達関数のz座標系における極a+bj、c
+djおよび零点f、gの位置を算出し、 前記算出された伝達関数の極および零点の位置を用いて
下記式に基づいて、前記フィードバック制御演算に用い
るゲインK1 、K2 、K3 、K4 および、前記フィード
フォワード制御演算に用いる他のゲインK5 、K6 を算
出する 【数6】 制御パラメータ決定方法。
A target command r k for controlling 5. A controlled object or actuator, the deviation of the actual value y k of the controlled object or actuator (r k -y k) by the following formula 5-1 at each sampling period k based performs feedback control computation, performs feedforward control calculation for the target command r k on the basis of the following equation 5-2 for each sampling period k, the feedforward calculation result ff
k is added to the feedback calculation result fb k, and a control parameter determination method for determining the gain in a control device that controls an object to be driven by driving an actuator based on the addition result u k , ] The poles a + bj, c in the z-coordinate system of the transfer function of the control system such that the control system including the control target and the actuator exhibits the best control performance with respect to the target value and the disturbance.
+ Dj and the positions of the zeros f and g are calculated, and the gains K 1 , K 2 , K 3 , and K used for the feedback control operation are calculated based on the following equation using the calculated poles and zeros of the transfer function. 4 and other gains K 5 and K 6 used for the feedforward control calculation are calculated. Control parameter determination method.
【請求項6】制御系の伝達関数について、z座標系にお
ける4つの極a±bj、c±djを任意に指定し、第5
番目の極eは制御系を安定する値、−1<e<1をとる
範囲で、4つの極の実部a、cがなるべく小さくなる極
配置を選び、零点f、gについて極と同じ位置に配置
し、f=a、g=bとして最適極配置を算出し、 算出された上記制御パラメータを下記式に基づいてゲイ
ンK1 、K2 、K3 、K4 、K5 、K6 に変換する 【数7】 制御パラメータ決定方法。
6. A transfer function of a control system, wherein four poles a ± bj and c ± dj in a z-coordinate system are arbitrarily designated, and
The pole e is a value that stabilizes the control system. Within the range of -1 <e <1, a pole arrangement in which the real parts a and c of the four poles are as small as possible is selected. placed, f = a, and calculates the optimal electrode placement as g = b, the calculated the control parameter gain K 1 based on the following equation, K 2, K 3, K 4, the K 5, K 6 Convert [Equation 7] Control parameter determination method.
【請求項7】a、cをそれぞれ初期値a=c=a0 と
し、 算出された上記制御パラメータを下記式に基づいてゲイ
ンK1 、K2 、K3 、K4 、K5 、K6 に変換する請求
項6記載の制御パラメータ決定方法。
7. Each of a and c is set to an initial value a = c = a0, and the calculated control parameters are set to gains K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 and K 6 based on the following equation. 7. The control parameter determination method according to claim 6, wherein the conversion is performed.
【請求項8】制御系が振動性を持たぬようb=0、d=
0とし、 −(1−ε)<e<1−ε(ただし、εは十分小さい正
数である)となるようなa0 を選び、 算出された上記制御パラメータをゲインK1 、K2 、K
3 、K4 、K5 、K6に変換する請求項6記載の制御パ
ラメータ決定方法。
8. The control system has b = 0, d =
A0 such that − (1−ε) <e <1−ε (where ε is a sufficiently small positive number) is selected, and the calculated control parameters are converted into gains K 1 , K 2 , K
3, K 4, K 5, the control parameter determination method according to claim 6, wherein converting the K 6.
【請求項9】前記最適極配置段階において、a、b、
c、dを下記式に代入してα1 、α2、α3 、α4 を算
出し、 【数8】 α1 、α2 、α3 、α4 、A、B、Pを下記式に代入し
てeを算出し、 【数9】 −(1−ε)<e<1−εであるか否かを判断して、−
(1−ε)<e<1−εであれば、a=c=a−Δaと
し(Δaは微小なaを意味する)、再度、α1、α2
α3 、α4 を算出し、−(1−ε)<e<1−εでなけ
れば、a=c=a+Δaとし、a、cを−(1−ε)<
e<1−εとする最小の値となるようにし、−(1−
ε)<e<1−εでなければ、制御系の零点を決める
f、gをf=a、g=b=0とする請求項6記載の制御
パラメータ決定方法。
9. The method according to claim 9, wherein in the step of arranging the optimum poles, a, b,
Substituting c and d into the following equation to calculate α 1 , α 2 , α 3 , α 4, and Substituting α 1 , α 2 , α 3 , α 4 , A, B, and P into the following equation to calculate e, It is determined whether or not − (1−ε) <e <1−ε, and −
If (1−ε) <e <1−ε, a = c = a−Δa (Δa means a minute a), and α 1 , α 2 ,
α 3 and α 4 are calculated, and unless − (1−ε) <e <1−ε, a = c = a + Δa, and a and c are set to − (1−ε) <
e <1-ε so that the minimum value is satisfied, and − (1-
7. The control parameter determination method according to claim 6, wherein f and g for determining the zero point of the control system are f = a and g = b = 0 unless ε) <e <1−ε.
【請求項10】冗長な変数は固定してa=c=f、b=
d=g=0とし、 変数変換段階において、aのみ設定する請求項6記載の
制御パラメータ決定方法。
10. A redundant variable is fixed and a = c = f, b =
7. The control parameter determination method according to claim 6, wherein d = g = 0, and only a is set in the variable conversion step.
【請求項11】c=f=a、b=d=g=0とする、請
求項6記載の制御パラメータ決定方法。
11. The method according to claim 6, wherein c = f = a and b = d = g = 0.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002025390A1 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Servo control method
CN110662634A (en) * 2017-05-29 2020-01-07 富兰卡爱米卡股份有限公司 System and method for controlling actuator of articulated robot

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