JPH11282506A - Controller using discrete time approximate model - Google Patents

Controller using discrete time approximate model

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JPH11282506A
JPH11282506A JP8682698A JP8682698A JPH11282506A JP H11282506 A JPH11282506 A JP H11282506A JP 8682698 A JP8682698 A JP 8682698A JP 8682698 A JP8682698 A JP 8682698A JP H11282506 A JPH11282506 A JP H11282506A
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JP
Japan
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equation
state equation
difference
state
discrete
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JP8682698A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshinori Suehiro
利範 末廣
Fujio Okawa
不二夫 大川
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Fukuoka Prefecture
Original Assignee
Fukuoka Prefecture
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with a complicated analysis and control of the factors that cause the deterioration of controllability of a controller and to attain simplification and high performance of the controller by deleting the perturbation terms from a difference equation and producing a discrete time approximate model. SOLUTION: In the drivers 3 the motors 10 and 11 are interlocking by connected to the base ends of ball screws 6 and 8 via the gear boxes 12 and 13 to which the rotary encoders 14 and 15 are connected respectively. In a controller 4 a D/A converter 17 and a counter 18 are connected to a computer 16. The motion equation of this drive system is expressed as a state equation which includes the perturbation terms showing disturbance, uncertainty, etc. In a discretization mode, the trapezoidal approximation is performed on the integration terms included in the state equation and an approximate state equation is produced. Then the approximate state equation is expressed as a difference equation, and the perturbation terms are deleted from the difference equation for production of a discrete time approximate model. Thus, a model including no perturbation terms showing disturbance, uncertainty, etc., can be produced.

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、離散時間近似モデ
ルを用いた制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device using a discrete time approximation model.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、工作機械の位置決め機構等の制御
装置では、負荷条件の変動や摩擦抵抗等の影響により制
御性能が低下するため、それらの補償を行う必要がある
が、特に非線形摩擦である静止摩擦やクーロン摩擦は種
々の要因に起因するものであり、しかも、動作条件によ
ってその値が変動してしまうものであるため、正確な解
析、同定及びその補償を行うことは困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a control device such as a positioning mechanism of a machine tool, control performance is deteriorated due to a change in load condition or an influence of frictional resistance. Certain static friction and Coulomb friction are caused by various factors, and their values fluctuate depending on operating conditions, so it has been difficult to perform accurate analysis, identification and compensation thereof. .

【0003】そのため、従来においては、複雑な手法を
用いて制御を行うことを余儀なくされており、例えば、
様々な線形制御手法に基づく制御入力に付加する非線形
補償入力を事前に実験や経験から求めておき、それらを
既知と仮定する方法(B.Armstrong-Helouvry,Control of
Machines with Friction,125(1991))や、制御過程中に
非線形補償入力を推定する方法(C.Canudas de Wit,Int.
J.Robotic Reserch,10-3,189(1991)) が提案されてい
る。
For this reason, conventionally, it has been necessary to perform control using a complicated method.
Nonlinear compensation input to be added to the control input based on various linear control methods is obtained in advance from experiments and experiences, and it is assumed that they are known (B. Armstrong-Helouvry, Control of
Machines with Friction, 125 (1991)) and a method for estimating nonlinear compensation input during the control process (C. Canudas de Wit, Int.
J. Robotic Research, 10-3, 189 (1991)) has been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
様々な線形制御手法に基づく制御入力に付加する非線形
補償入力を事前に実験や経験から求めておき、それらを
既知と仮定する方法にあっては、事前情報を得るために
かなりの試行錯誤が必要であり、また、上記従来の制御
過程中に非線形補償入力を推定する方法にあっては、更
に非線形部分まで含めたパラメータの同定が複雑な制御
アルゴリズムに基づくためかなりの演算量が必要であ
り、大掛かりな制御装置を必要とするとともに、アルゴ
リズムの実行に長時間を要してしまい、迅速な制御を行
うことは困難であった。
However, there is a method in which a nonlinear compensation input to be added to a control input based on the above-mentioned various conventional linear control techniques is determined in advance by experiments and experiences, and is assumed to be known. Requires a considerable amount of trial and error to obtain prior information, and in the conventional method of estimating the nonlinear compensation input during the control process, the identification of parameters including even the nonlinear part is complicated. Since it is based on a control algorithm, a considerable amount of calculation is required, a large-scale control device is required, and it takes a long time to execute the algorithm, and it is difficult to perform quick control.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、運
動方程式を、外乱・不確かさ等を表す摂動項を含む状態
方程式で表現し、同状態方程式を、離散化の際に同状態
方程式に含まれる積分項を台形近似するとともに、差分
方程式で表現し、同差分方程式から前記摂動項を消去し
て離散時間近似モデルを作成し、同離散時間近似モデル
を用いて制御すべく構成することとした。
Therefore, in the present invention, the equation of motion is represented by a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, and the like, and the state equation is converted into the same state equation upon discretization. A trapezoidal approximation of the integral term included, expressed by a difference equation, a perturbation term is eliminated from the difference equation to create a discrete-time approximation model, and the control is performed using the discrete-time approximation model. did.

【0006】コンピュータに、運動方程式を、外乱・不
確かさ等を表す摂動項を含む状態方程式で表現する状態
方程式表現手段と、同状態方程式表現手段により表現さ
れた状態方程式について、離散化の際に同状態方程式に
含まれる積分項を台形近似して近似状態方程式を得る台
形近似手段と、同台形近似手段により得られた近似状態
方程式を差分方程式で表現する差分方程式表現手段と、
同差分方程式表現手段により表現された差分方程式から
前記摂動項を消去する摂動項消去手段とを実行させて離
散時間近似モデルを作成し、同離散時間近似モデルを用
いた制御をさせることとした。
In a computer, a state equation expressing means for expressing a motion equation by a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, and the like, and a state equation expressed by the same state equation expressing means are used for discretization. Trapezoidal approximation means for obtaining an approximate state equation by trapezoidal approximation of an integral term included in the same state equation, difference equation expression means for expressing an approximate state equation obtained by the trapezoidal approximation with a difference equation,
A discrete time approximation model is created by executing a perturbation term elimination means for eliminating the perturbation term from the difference equation expressed by the same difference equation expression means, and control is performed using the discrete time approximation model.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明に係る制御装置は、運動方
程式を、外乱・不確かさ等を表す摂動項を含む状態方程
式で表現し、同状態方程式を、離散化の際に同状態方程
式に含まれる積分項を台形近似するとともに、差分方程
式で表現し、同差分方程式から前記摂動項を消去して離
散時間近似モデルを作成し、同離散時間近似モデルを用
いて制御すべく構成したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A control device according to the present invention expresses a motion equation as a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, etc., and converts the state equation into the same state equation at the time of discretization. A trapezoidal approximation of the integral term included, expressed by a difference equation, a perturbation term is eliminated from the difference equation to create a discrete-time approximation model, and the control is performed using the discrete-time approximation model. is there.

【0008】従って、外乱・不確かさ等を表す摂動項を
含まないモデルを作成することができ、同離散時間近似
モデルを用いて制御装置を構成することにより、制御性
能低下要因に関する複雑な解析や調整が不必要となり、
制御装置の簡潔化及び高性能化を図ることができるもの
である。
Therefore, it is possible to create a model that does not include a perturbation term representing disturbance, uncertainty, and the like. By configuring the control device using the discrete-time approximation model, it is possible to perform a complicated analysis on the control performance deteriorating factor and No adjustment is needed,
The control device can be simplified and improved in performance.

【0009】[0009]

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】(状態方程式表現手段)まず、運動方程式
を、外乱・不確かさ等を表す摂動項を含む状態方程式で
表現する状態方程式表現手段について説明する。
(State Equation Expressing Means) First, a description will be given of state equation expressing means for expressing a motion equation by a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty and the like.

【0011】メカニカルシステムの運動方程式は、一般
に次の状態方程式で表現され、
The equation of motion of a mechanical system is generally expressed by the following equation of state,

【数1】 尚、出力方程式はθ(t) のみを計測するとして、(Equation 1) Assuming that the output equation measures only θ (t),

【数2】 とされる。ここで、A1 、A2 、Bはx(t)とu(t)に対応
して、それぞれ適切な次元の行列である。また、Iも同
様な単位行列である。
(Equation 2) It is said. Here, A 1 , A 2 , and B are matrices of appropriate dimensions corresponding to x (t) and u (t). I is a similar unit matrix.

【0012】次に、対象とする系は、外乱や不確かさ或
いは線形近似誤差等を含む摂動項を式(1) に付加して、
Next, the target system adds a perturbation term including disturbance, uncertainty, or a linear approximation error to the equation (1).

【数3】 となる。ここで、d(t)が付加した摂動項である。いま、
式(3) を次式で表現する。
(Equation 3) Becomes Here, d (t) is the added perturbation term. Now
Equation (3) is expressed by the following equation.

【数4】 さらに、式(4) は、(Equation 4) Further, equation (4) is

【数5】 と、表現する。(Equation 5) And express.

【0013】(台形近似手段)次に、前記状態方程式表
現手段により表現された状態方程式について、離散化の
際に同状態方程式に含まれる積分項を台形近似した状態
方程式を得る台形近似手段について説明する。尚、台形
近似した状態方程式を近似状態方程式と呼ぶこととす
る。
(Trapezoidal approximation means) Next, a trapezoidal approximation means for obtaining a state equation obtained by trapezoidally approximating an integral term included in the state equation at the time of discretization with respect to the state equation expressed by the state equation expression means will be described. I do. Note that the trapezoidally approximated state equation is called an approximate state equation.

【0014】式(5) に対して、サンプリング区間Tで入
力u(t)を一定値u(0)とすると、次式が得られる。
If the input u (t) is set to a constant value u (0) in the sampling interval T with respect to the equation (5), the following equation is obtained.

【数6】 ここで、AC 、BC の定義より、(Equation 6) Here, from the definitions of A C and B C ,

【数7】 であるので、式(6) は次式となる。(Equation 7) Therefore, equation (6) becomes the following equation.

【数8】 上式右辺の積分項は、このままでは計算できないので、
台形近似を行うと、
(Equation 8) Since the integral term on the right side of the above equation cannot be calculated as it is,
Performing trapezoidal approximation gives

【数9】 この近似を用いると、式(7) は、(Equation 9) Using this approximation, equation (7) becomes

【数10】 (Equation 10)

【0015】(差分方程式表現手段)次に、上記台形近
似手段により得られた近似状態方程式を差分方程式で表
現する差分方程式表現手段について説明する。
(Difference Equation Expressing Means) Next, a description will be given of a difference equation expressing means for expressing the approximate state equation obtained by the trapezoidal approximation means as a difference equation.

【0016】式(9) を展開することにより、次の差分方
程式が得られる。
By developing equation (9), the following difference equation is obtained.

【数11】 [Equation 11]

【0017】(摂動項消去手段)次に、上記差分方程式
表現手段により表現された差分方程式から前記摂動項を
消去する摂動項消去手段について説明する。
(Perturbation Term Erasing Means) Next, perturbation term erasing means for eliminating the perturbation terms from the difference equation expressed by the difference equation expressing means will be described.

【0018】式(10)と式(11)とからΔ(k) を消去するこ
とにより、次式が得られる。
By eliminating Δ (k) from equations (10) and (11), the following equation is obtained.

【数12】 この式(12)が、ここで対象とする離散時間近似モデルで
ある。
(Equation 12) Equation (12) is the discrete-time approximation model of interest here.

【0019】以上のようにして作成された離散時間近似
モデルは、A1 、A2 に依存せず、また、d(t)が消去さ
れた簡単な形式になっているため、モデル化誤差や動特
性変動或いは外乱等の影響を受けないモデルであり、制
御系設計において非常に有用である。
The discrete-time approximation model created as described above does not depend on A 1 and A 2 and has a simple form in which d (t) is eliminated. This model is not affected by fluctuations in dynamic characteristics or disturbances, and is very useful in control system design.

【0020】すなわち、運動方程式を、外乱・不確かさ
等を表す摂動項を含む状態方程式で表現し、離散化の際
に同状態方程式に含まれる積分項を台形近似して近似状
態方程式を作成し、同近似状態方程式を差分方程式で表
現し、同差分方程式から前記摂動項を消去して離散時間
近似モデルを作成することにより、外乱・不確かさ等を
表す摂動項を含まないモデルを作成することがでる。
That is, the equation of motion is represented by a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, etc., and an approximation state equation is created by trapezoidal approximation of the integral term included in the state equation during discretization. By expressing the approximation state equation as a difference equation, and eliminating the perturbation term from the difference equation to create a discrete-time approximation model, creating a model that does not include a perturbation term representing disturbance, uncertainty, etc. Comes out.

【0021】また、以下に説明するように、離散時間近
似モデルを用いて制御装置を構成することにより、制御
性能低下要因に関する複雑な解析や調整が不必要とな
り、制御装置の簡潔化及び高性能化を図ることができ
る。
Further, as described below, by configuring the control device using the discrete-time approximation model, complicated analysis and adjustment regarding the cause of control performance degradation become unnecessary, and the control device can be simplified and improved in performance. Can be achieved.

【0022】(離散時間近似モデルに基づく適応制御系
の構成と検証)次に、式(12)の離散時間モデルに基づく
適応制御系を構成する。
(Configuration and Verification of Adaptive Control System Based on Discrete-Time Approximate Model) Next, an adaptive control system based on the discrete-time model of Expression (12) is configured.

【0023】式(12)は、Equation (12) is

【数13】 と表現できる。但し、(Equation 13) Can be expressed as However,

【数14】 である。[Equation 14] It is.

【0024】いま、Now,

【数15】 とすると、式(13)は次式となる。(Equation 15) Then, equation (13) becomes the following equation.

【数16】 (Equation 16)

【0025】式(15)の未知パラメータαに対する適応パ
ラメータ
Adaptive parameter for unknown parameter α in equation (15)

【数17】 を導入し、∂u(k)の推定値を、[Equation 17] And the estimated value of ∂u (k) is

【数18】 とする。(Equation 18) And

【0026】入力誤差を、The input error is

【数19】 で定義すると、式(15)、式(16)より、式(17)は、[Equation 19] From Equations (15) and (16), Equation (17) is

【数20】 となる。(Equation 20) Becomes

【0027】式(18)は誤差方程式の一般形であるので、
種々の提案されている適応アルゴリズムにより、k →∞
に対してη(k) →0と
Since equation (18) is a general form of the error equation,
By various proposed adaptation algorithms, k → ∞
Η (k) → 0 and

【数21】 が保証される。(Equation 21) Is guaranteed.

【0028】次に、制御入力u(k)を目標値θd(k)を用い
て合成すると、
Next, when the control input u (k) is synthesized using the target value θd (k),

【数22】 となる。但し、(Equation 22) Becomes However,

【数23】 である。また、Λ(k) はフィードバックベクトルで、後
に安定性の基準により決定する。
(Equation 23) It is. Λ (k) is a feedback vector, which will be determined later based on stability criteria.

【0029】式(16)、式(19)により、式(18)は、From equations (16) and (19), equation (18) is

【数24】 となる。ここで、k →∞に対して、η(k) →0と(Equation 24) Becomes Here, for k → ∞, η (k) → 0 and

【数25】 が保証されているので、式(15)、式(19)、式(20)によ
り、
(Equation 25) Equation (15), Equation (19), and Equation (20) give:

【数26】 が成立する。(Equation 26) Holds.

【0030】このとき、Lyapunovの安定理論に基づきΛ
(k) を次式で与えると、
At this time, based on Lyapunov's stability theory,
If (k) is given by the following equation,

【数27】 ならば、θd(k)−θ(k) →0、すなわち、θ(k) →θd
(k)が保証される。
[Equation 27] Then, θd (k) −θ (k) → 0, that is, θ (k) → θd
(k) is guaranteed.

【数28】 但し、[Equation 28] However,

【数29】 である。(Equation 29) It is.

【0031】次に、上記で構成された離散時間モデルに
基づく適応制御系について検証する。
Next, an adaptive control system based on the discrete time model constructed as described above will be verified.

【0032】図1は、実験装置1の構成を示した図であ
り、実験装置1は、XY軸移動テーブル2と、同XY軸
移動デーブル2を駆動するための駆動機構3と、同駆動
機構3を制御するための制御装置4とから構成してい
る。
FIG. 1 is a view showing the configuration of an experimental apparatus 1. The experimental apparatus 1 includes an XY-axis moving table 2, a driving mechanism 3 for driving the XY-axis moving table 2, and a driving mechanism. And a control device 4 for controlling the control device 3.

【0033】XY軸移動テーブル2は、基台5にX軸方
向移動用のボールネジ6を回動自在に取付け、同X軸方
向移動用のボールネジ6にX軸移動用テーブル7を螺着
し、同X軸移動用テーブル7に、前記X軸方向移動用の
ボールネジ6と直交するY軸方向移動用のボールネジ8
を回動自在に取付け、同Y軸方向移動用のボールネジ8
にテーブル9を螺着している。尚、ボールネジ6,8 は、
長さ300mm 、ピッチ5mm のものを用いている。
In the XY-axis moving table 2, a ball screw 6 for moving in the X-axis direction is rotatably mounted on the base 5, and an X-axis moving table 7 is screwed to the ball screw 6 for moving in the X-axis direction. A ball screw 8 for moving in the Y-axis direction orthogonal to the ball screw 6 for moving in the X-axis direction is provided on the X-axis moving table 7.
Is mounted so as to be rotatable, and a ball screw 8 for moving the same in the Y-axis direction.
The table 9 is screwed. The ball screws 6 and 8 are
It is 300mm long and 5mm pitch.

【0034】そして、X軸方向移動用のボールネジ6と
Y軸方向移動用のボールネジ8とをそれぞれ回動するこ
とにより、テーブル9をX軸方向及びY軸方向へ移動す
るようにしている。
The table 9 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by rotating the ball screw 6 for moving in the X-axis direction and the ball screw 8 for moving in the Y-axis direction.

【0035】駆動機構3は、両ボールネジ6,8 の基端に
モータ10,11 をギヤボックス12,13を介して連動連結
し、同ギヤボックス12,13 には、ロータリエンコーダ1
4,15 を接続している。
The drive mechanism 3 has motors 10 and 11 interlockedly connected to the base ends of both ball screws 6 and 8 via gear boxes 12 and 13.
4,15 are connected.

【0036】制御装置4は、コンピュータ16にD/A コン
バータ17とカウンター18とを接続し、D/A コンバータ17
にモータ10,11 をサーボ回路19,20 を介して接続する一
方、カウンター18にロータリエンコーダ14,15 を接続し
て、ロータリエンコーダ14,15 によって検出したボール
ネジ6,8 の回動角度からテーブル9の変位を検出すると
ともに、モータ10,11 によってボールネジ6,8 を回動さ
せて、テーブル9を変位移動するようにしている。
The control device 4 connects the D / A converter 17 and the counter 18 to the computer 16 and controls the D / A converter 17.
The motors 10, 11 are connected to the counters 18 via servo circuits 19, 20, while the rotary encoders 14, 15 are connected to the counter 18, so that the table 9 can be rotated based on the rotation angles of the ball screws 6, 8 detected by the rotary encoders 14, 15. , The ball screws 6, 8 are rotated by the motors 10, 11 to displace the table 9.

【0037】図1に示す実験装置1の送り駆動系は、図
2に示すようにモデル化される。尚、Y軸方向の送り駆
動系について示しているが、X軸方向の送り駆動系も同
様にモデル化できる。図中、21はボールネジ8に取付け
たギヤ、22はモータ11に取付けたギヤである。
The feed drive system of the experimental apparatus 1 shown in FIG. 1 is modeled as shown in FIG. Although the feed drive system in the Y-axis direction is shown, the feed drive system in the X-axis direction can be similarly modeled. In the figure, 21 is a gear attached to the ball screw 8 and 22 is a gear attached to the motor 11.

【0038】この系の運動方程式は、非線形摩擦を除く
と、
The equation of motion of this system, excluding nonlinear friction, is

【数30】 と表現できる。ここで、Jm はモータ11の慣性モーメン
ト、Dm はモータ11の粘性摩擦係数、θm はモータ11の
回転角、u はモータ11の発生トルク、θb はボールネジ
8に取付けたギヤ21の回転角、Nは減速比、Mt はテー
ブル9の質量、Dt はテーブル9の摺動面での粘性摩擦
係数、Ks は駆動系の軸方向剛性、xtはテーブル9の変
位、Pはボールネジ8のピッチである。
[Equation 30] Can be expressed as Here, Jm is the moment of inertia of the motor 11, Dm is the coefficient of viscous friction of the motor 11, θm is the rotation angle of the motor 11, u is the generated torque of the motor 11, θb is the rotation angle of the gear 21 attached to the ball screw 8, N Is the reduction ratio, Mt is the mass of the table 9, Dt is the coefficient of viscous friction on the sliding surface of the table 9, Ks is the axial rigidity of the drive system, xt is the displacement of the table 9, and P is the pitch of the ball screw 8.

【0039】式(23)〜式(26)より、入力u(t)から出力xt
(t) 間の伝達関数は、
From equations (23) to (26), the output xt is obtained from the input u (t).
The transfer function between (t) is

【数31】 となる。(Equation 31) Becomes

【0040】一般に、Jm ≒0、Dm ≒0なので、式(2
7)は、
Generally, since Jmm0 and Dm ≒ 0, the equation (2)
7)

【数32】 と近似できる。(Equation 32) Can be approximated.

【0041】従って、この場合の状態方程式は、Therefore, the equation of state in this case is:

【数33】 となる。[Equation 33] Becomes

【0042】また、図3に摩擦モデルを示す。fsは静止
時に入力逆向きに作用する静止摩擦、fcは速度が0でな
い時に反運動方向に作用するクーロン摩擦である。尚、
粘性摩擦は式(29)に含まれている。
FIG. 3 shows a friction model. fs is the static friction acting in the opposite direction to the input when stationary, and fc is Coulomb friction acting in the counter motion direction when the speed is not zero. still,
Viscous friction is included in equation (29).

【0043】モータ発生トルクとY軸のテーブル送り速
度との関係を実験により求めた結果を図4に示す。
FIG. 4 shows the results obtained by experiments on the relationship between the motor generated torque and the Y-axis table feed speed.

【0044】図4より、送り駆動系に作用する静止摩擦
が、負荷条件により変化していることが確認できる。
From FIG. 4, it can be confirmed that the static friction acting on the feed drive system changes depending on the load condition.

【0045】また、モータ発生トルクが静止摩擦力より
小さい場合には、テーブル9は静止しているが、入力ト
ルクが静止摩擦より大きくなると、速度が急激に上昇す
ることがわかる。これは、図3に示す静止摩擦とクーロ
ン摩擦間の非線形特性の影響によるものである。
When the torque generated by the motor is smaller than the static friction force, the table 9 is stationary. However, when the input torque is larger than the static friction, the speed rapidly increases. This is due to the influence of the nonlinear characteristic between the static friction and the Coulomb friction shown in FIG.

【0046】Y軸送り駆動系の適応制御実験の結果を図
5に示す。尚、サンプリング周期及び適応ゲイン初期値
は、それぞれT=0.01(s) 、
FIG. 5 shows the results of an adaptive control experiment of the Y-axis feed drive system. Note that the sampling period and the adaptive gain initial value are respectively T = 0.01 (s),

【数34】 、ρの値は0.9 に設定し、適応アルゴリズムは最小二乗
形式のものを用いた。
(Equation 34) , Ρ was set to 0.9, and the adaptive algorithm used was a least squares algorithm.

【0047】図5より、適応過程の初期においては多少
の誤差を生じているが、適応過程の経過とともに負荷の
有無にかかわらず、良好な追従性能が得られ、提案した
離散時間近似モデルと制御則の有効性が確認できる。
From FIG. 5, it can be seen that some errors occur at the beginning of the adaptation process, but with the progress of the adaptation process, good tracking performance can be obtained regardless of the presence or absence of the load. The validity of the rule can be confirmed.

【0048】以上のように、離散時間近似モデルの作成
により、外乱・不確かさ等を表す摂動項を含まないモデ
ルを作成することができ、非常に簡潔な適応制御系が設
計でき、適応アルゴリズム等の演算処理時間の短縮化を
図ることができる。
As described above, by creating a discrete-time approximation model, a model that does not include a perturbation term representing disturbance, uncertainty, and the like can be created, a very simple adaptive control system can be designed, and an adaptive algorithm and the like can be designed. Can be shortened.

【0049】(離散時間近似モデルに基づく他の適応制
御系の構成)次に、離散時間近似モデルに基づく他の適
応制御系の構成について説明する。
(Configuration of Another Adaptive Control System Based on Discrete Time Approximation Model) Next, the configuration of another adaptive control system based on the discrete time approximation model will be described.

【0050】式(12)により目標軌道をθd(k)とすると、
式(12)の左辺のθ(k+1) にθd(k+1)を代入して制御則
Assuming that the target trajectory is θd (k) according to equation (12),
Substituting θd (k + 1) into θ (k + 1) on the left side of equation (12), the control law

【数35】 を得る。ここで(Equation 35) Get. here

【数36】 である。[Equation 36] It is.

【0051】しかし、式(30)の制御則には、フィードバ
ック項が存在しないので、フィードバックの導入を考え
る。
However, since there is no feedback term in the control law of equation (30), introduction of feedback is considered.

【0052】式(12)において、In the equation (12),

【数37】 とすると、式(12)は、(37) Then, equation (12) becomes

【数38】 となり、τ(k) からθ(k) までのパルス伝達関数G(z)
は、
(38) And the pulse transfer function G (z) from τ (k) to θ (k)
Is

【数39】 となる。[Equation 39] Becomes

【0053】従って、図6に示すように、補償器F(z)
を導入したフィードバック制御系を構成すればよいこと
になる。
Therefore, as shown in FIG. 6, the compensator F (z)
In other words, it is only necessary to configure a feedback control system in which is introduced.

【0054】次に、記述の簡単化のために、対象をスカ
ラー系として制御系を作成する。多変数系についても同
様である。
Next, for simplicity of description, a control system is created with the target being a scalar system. The same applies to multivariable systems.

【0055】補償器F(z) をThe compensator F (z) is

【数40】 とすると、θd(k)からθ(k) までのパルス伝達関数は、(Equation 40) Then, the pulse transfer function from θd (k) to θ (k) is

【数41】 となり、特性方程式は、[Equation 41] And the characteristic equation is

【数42】 となり、この極配置問題を解くことにより、f1 とf2
が決定できる。
(Equation 42) And solving this pole placement problem yields f 1 and f 2
Can be determined.

【0056】次に、Next,

【数43】 より、[Equation 43] Than,

【数44】 となる。[Equation 44] Becomes

【0057】従って、式(31)によりTherefore, according to equation (31),

【数45】 となり、入力合成則として、[Equation 45] And as an input composition rule,

【数46】 を得る。[Equation 46] Get.

【0058】上記の方法により、速度偏差が残る場合に
は、積分器を付加した補償器
If the speed deviation remains by the above method, a compensator to which an integrator is added

【数47】 を用いて、同様に極配置法により、fi (i=1,2,3) を決
定し、
[Equation 47] F i (i = 1,2,3) is also determined by the pole assignment method using

【数48】 により入力合成すればよい。[Equation 48] The input may be synthesized by

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
The present invention is embodied in the form described above and has the following effects.

【0060】すなわち、運動方程式を、外乱・不確かさ
等を表す摂動項を含む状態方程式で表現し、離散化の際
に同状態方程式に含まれる積分項を台形近似して近似状
態方程式を作成し、同近似状態方程式を差分方程式で表
現し、同差分方程式から前記摂動項を消去して離散時間
近似モデルを作成することにより、外乱・不確かさ等を
表す摂動項を含まないモデルを作成することがで、同離
散時間近似モデルを用いて制御装置を構成することによ
り、制御性能低下要因に関する複雑な解析や調整が不必
要となり、制御装置の簡潔化及び高性能化を図ることが
できる。
That is, the equation of motion is represented by a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, and the like, and the integral term included in the state equation is discriminated by trapezoidal approximation during discretization to create an approximate state equation. By expressing the approximation state equation as a difference equation, and eliminating the perturbation term from the difference equation to create a discrete-time approximation model, creating a model that does not include a perturbation term representing disturbance, uncertainty, etc. However, by configuring the control device using the same discrete-time approximation model, complicated analysis and adjustment regarding the control performance reduction factor become unnecessary, and the control device can be simplified and improved in performance.

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

【図1】実験装置の構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an experimental apparatus.

【図2】送り駆動系をモデル化した構成を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration in which a feed drive system is modeled.

【図3】摩擦モデルを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a friction model.

【図4】モータ発生トルクとY軸のテーブル送り速度と
の関係を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a motor generated torque and a table feed speed of a Y axis.

【図5】実験結果を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an experimental result.

【図6】フィードバック制御系を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a feedback control system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 実験装置 2 XY軸移動テーブル 3 駆動機構 4 制御装置 5 基台 6,8 ボールネジ 7 X軸移動用テーブル 9 テーブル 10,11 モータ 12,13 ギヤボックス 14,15 ロータリエンコーダ 16 コンピュータ 17 D/A コンバータ 18 カウンター 19,20 サーボ回路 21,22 ギヤ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Experimental apparatus 2 XY-axis moving table 3 Drive mechanism 4 Controller 5 Base 6,8 Ball screw 7 X-axis moving table 9 Table 10,11 Motor 12,13 Gear box 14,15 Rotary encoder 16 Computer 17 D / A converter 18 Counter 19,20 Servo circuit 21,22 Gear

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 運動方程式を、外乱・不確かさ等を表す
摂動項を含む状態方程式で表現し、同状態方程式を、離
散化の際に同状態方程式に含まれる積分項を台形近似す
るとともに、差分方程式で表現し、同差分方程式から前
記摂動項を消去して離散時間近似モデルを作成し、同離
散時間近似モデルを用いて制御すべく構成したことを特
徴とする離散時間近似モデルを用いた制御装置。
An equation of motion is represented by a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, etc., and the state equation is trapezoidally approximated to an integral term included in the state equation during discretization. Using a discrete-time approximation model characterized by being expressed by a difference equation, creating a discrete-time approximation model by erasing the perturbation term from the difference equation, and controlling using the same discrete-time approximation model Control device.
【請求項2】 コンピュータに、 運動方程式を、外乱・不確かさ等を表す摂動項を含む状
態方程式で表現する状態方程式表現手段と、 同状態方程式表現手段により表現された状態方程式につ
いて、離散化の際に同状態方程式に含まれる積分項を台
形近似して近似状態方程式を得る台形近似手段と、 同台形近似手段により得られた近似状態方程式を差分方
程式で表現する差分方程式表現手段と、 同差分方程式表現手段により表現された差分方程式から
前記摂動項を消去する摂動項消去手段と、 を実行させて離散時間近似モデルを作成し、 同離散時間近似モデルを用いた制御をさせるためのプロ
グラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
体。
2. A computer comprising: a state equation expressing means for expressing an equation of motion as a state equation including a perturbation term representing disturbance, uncertainty, etc .; and a discretization of the state equation expressed by the state equation expressing means. Trapezoidal approximation means for obtaining an approximate state equation by trapezoidal approximation of an integral term included in the state equation at the time; difference equation expression means for expressing an approximate state equation obtained by the trapezoidal approximation means by a difference equation; A perturbation term erasing means for erasing the perturbation term from the difference equation expressed by the difference equation expressing means; anda program for creating a discrete-time approximation model by executing A computer-readable recording medium that has been recorded.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014091840A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-19 三菱電機株式会社 Servo control device
WO2018150798A1 (en) * 2017-02-17 2018-08-23 日本電気株式会社 Model estimation system, method, and program

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