JPS62219002A - Servo controller - Google Patents

Servo controller

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JPS62219002A
JPS62219002A JP6125886A JP6125886A JPS62219002A JP S62219002 A JPS62219002 A JP S62219002A JP 6125886 A JP6125886 A JP 6125886A JP 6125886 A JP6125886 A JP 6125886A JP S62219002 A JPS62219002 A JP S62219002A
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JP
Japan
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feedback gain
feedback
state
gain
equation
Prior art date
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Pending
Application number
JP6125886A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Sekiguchi
英紀 関口
Katsushi Nishimoto
西本 克史
Yutaka Yoshida
豊 吉田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a servo controller requiring no complicated adjusting works easy to mistake by inputting various numerical values to a weight coefficient included in the evaluation function in the secondary form of an optimum regulator logic to set a state feedback gain automatically. CONSTITUTION:A function generator 7 generates a signal corresponding to an ideal state variable of the output from a controlled system 1 and a signal corresponding to an ideal manipulated variable as a feed forward quantity. An adder 3 adds the feedback quantity outputted from a feedback element 2 and the fed forward quantity from the function generator 7 to obtain a manipulated variable and operates the controlled system 1 by the manipulated variable. A feedback gain control means 10 consists of a feedback gain determining means 11 and a keyboard 12 as a weight coefficient input means, and the feedback gain determining means 11 consists of a Riccati's equation solving part 13 and a gain calculating part 14. The Riccati's equation solving part 13 obtains P of Riccati's equations, and the gain calculating part 14 obtains a state feedback gain (f).

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 最適レギュレータ理論の評価関数の重み係数に任意の数
値を入力することにより状態フィードバックゲインの調
整をするため、最少のパラメータ設定で、容易に高速か
つ正確に調整をすることができるサーボ制御装置である
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The state feedback gain is adjusted by inputting an arbitrary value to the weighting coefficient of the evaluation function of the optimal regulator theory, making it easy to adjust quickly and accurately with a minimum of parameter settings. It is a servo control device that can perform

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、ロボット、NC(数値コントロール)装置等
で使用されるサーボ制御装置に係り、詳しくは変化する
目標値に位置、速度等の状態量が追従するようにモータ
等に流す電流等の操作量を決定して制御するサーボ制御
装置に関する。
The present invention relates to a servo control device used in robots, NC (numerical control) devices, etc., and specifically controls the current flowing through a motor etc. so that state variables such as position and speed follow changing target values. The present invention relates to a servo control device that determines and controls a quantity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、ロボットのアーム等の制御対象を制御するサーボ
制御装置として第11図に示すものがあった。
Conventionally, there has been a servo control device shown in FIG. 11 that controls a controlled object such as a robot arm.

本装置は、フィードバック要素2、加算器3゜関数発生
器7及びフィードバックゲイン入力手段6から構成され
ている。フィードバック要素2は制御対象1の位置、加
速度等の状態量を検出して、最適レギュレータ理論によ
り求めた状態フィードバックゲインに基づいてフィード
バック量を送り出すものである。関数発生器7は制御対
象lの状態量と比較するための基準となる理想的状態量
及びフィードフォワード量となる理想的操作量を出力す
るものである。また、加算器3は、フィードバック要素
2の出力であるフィードバック量と、関数発生器7の出
力であるフィードフォーワード量とを加えて、制御対象
1の操作量として出力するものである。さらに、フィー
ドバックゲイン入力手段6は、フィードバックゲインf
を入力して、制御系に設定するものである。
The device is composed of a feedback element 2, an adder 3, a function generator 7, and a feedback gain input means 6. The feedback element 2 detects state quantities such as the position and acceleration of the controlled object 1, and sends out a feedback quantity based on a state feedback gain determined by optimal regulator theory. The function generator 7 outputs an ideal state quantity that serves as a reference for comparison with the state quantity of the controlled object l, and an ideal manipulated variable that serves as a feedforward quantity. Further, the adder 3 adds the feedback amount, which is the output of the feedback element 2, and the feedforward amount, which is the output of the function generator 7, and outputs the result as the manipulated variable of the controlled object 1. Furthermore, the feedback gain input means 6 has a feedback gain f
is input and set in the control system.

フィードバック要素2は、さらに、制御対象lの状態量
をシミュレーション計算により推定するオブザーバ演算
手段4と、オブザーバ演算手段4により推定された状態
量及びフィードバックゲイン入力手段6により設定され
た状態フィードバックゲインfからフィードバック量を
出力する状態フィードバック部5とから構成されている
The feedback element 2 further includes an observer calculation means 4 that estimates the state quantity of the controlled object l by simulation calculation, and a state feedback gain f set by the state quantity estimated by the observer calculation means 4 and the feedback gain input means 6. The state feedback section 5 outputs a feedback amount.

このサーボ制御装置を離散時間系で表現したディジタル
サーボ系について説明する。制御対象lが線形の離散時
間状態方程式 %式%(1) に従って動くものとする。ここで、W(k)はに時点で
の回転速度、回転角等の状態量を成分とするn次元ベク
トルであり、u (k)は制御対象1を操作するためモ
ータに加える電流等の操作量であり、AはnXnの定数
行列、bはn次元定数ベクトルである。以下、(1)式
を関数発生器7によって設定される基準値としての理想
的状態量1(k)及びフィードフォワード量としての理
想的操作量’1(k)からのずれを示す誤差系で表現す
ると、 i(k+1)= Ax(k)+Tou(k)     
  (2)となる、ここで 讐(k)=電(k)  −憂(k) π(k)  = u (k)  −石(k)である、こ
のサーボ制御装置は、この基準値からのずれを最小にす
るように制御対象lを操作することを目的とするもので
あり、そのとき制御要素3に供給するフィードバック量 π(k) = −f ’;t (k)        
  (3)が状態フィードバック部5より得られる。こ
こで、状態フィードバックゲインfは最適レギュレータ
理論により 2次形式評価関数 を最小にするように選ばれるものであり、具体的にはり
カッチの方程式 %式%(5) を解くことにより得られる。ここで、QはnXnの定数
行列、Rは定数で、それぞれ重み係数を表わし、従来で
は予め適当な値に指定される。Tは転置行列であること
を示す。
A digital servo system that represents this servo control device in a discrete time system will be described. Assume that the controlled object l moves according to the linear discrete-time state equation (1). Here, W(k) is an n-dimensional vector whose components are state quantities such as the rotational speed and rotational angle at the time, and u(k) is the operation such as the current applied to the motor to operate the controlled object 1. A is an nXn constant matrix, and b is an n-dimensional constant vector. Hereinafter, equation (1) will be expressed as an error system indicating the deviation from the ideal state quantity 1(k) as the reference value set by the function generator 7 and the ideal manipulated variable '1(k) as the feedforward quantity. Expressed as: i(k+1)=Ax(k)+Tou(k)
(2), where ni (k) = electric (k) - yu (k) π (k) = u (k) - stone (k). This servo control device calculates the value from this reference value. The purpose is to operate the controlled object l so as to minimize the deviation, and at that time, the amount of feedback supplied to the control element 3 is π(k) = −f'; t(k)
(3) is obtained from the state feedback section 5. Here, the state feedback gain f is selected so as to minimize the quadratic form evaluation function according to the optimal regulator theory, and is specifically obtained by solving Hirikachi's equation (5). Here, Q is an n×n constant matrix and R is a constant, each representing a weighting coefficient, which is conventionally specified to an appropriate value in advance. T indicates a transposed matrix.

一般に、状態量1(k)は観測が困難であるために観測
の代わりに、オブザーバ演算手段4により次式を用いて
シミュレーション計算で推定する。
Generally, the state quantity 1(k) is difficult to observe, so instead of observation, it is estimated by the observer calculation means 4 through simulation calculation using the following equation.

ここでHはnXmの定数行列であり、 9(k)は観測可能な制御対象1の出力の状態量である
モータの回転角度又は回転速度等を誤差系で表現した1
次ベクトルであり y(k)=c蓋(k)             (8
)と表される。ここで、CはmXnの定数行列である。
Here, H is a constant matrix of nXm, and 9(k) is 1 that represents the state quantity of the observable output of the controlled object 1, such as the rotation angle or rotation speed of the motor, in an error system.
The next vector is y(k)=clid(k) (8
). Here, C is an mXn constant matrix.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、最適レギュレータ理論により、常に安定した
制御系を構成するためには、2次形式評価関数(4)式
に含まれる重み係数Q、Rを適当な量に設定することが
必要である。Qを固定した場合、フィードバック量とし
ての操作量省(k)にかかる重み係数Rは小さくなれば
なる程状態フィードバックゲイン量は大きくなり、サー
ボ制御系の周波数帯域は広がり連応性が良くなる。また
、制御理論によればいくら小さなRを与えても制御系は
安定なはずである。しかし、実際には重み係数Rを小さ
くしていくと不安定になり発振するのが普通である。そ
の理由は実際に制御対象は(1)式通りではなく、(1
)式は周波数の高域を無視した近似式であるので系の帯
域を上げていくと、(1)式で無視した共振周波数以上
で系は発振してしまうからである。
By the way, according to the optimal regulator theory, in order to construct a control system that is always stable, it is necessary to set the weighting coefficients Q and R included in the quadratic form evaluation function equation (4) to appropriate amounts. When Q is fixed, the smaller the weighting coefficient R related to the operation amount reduction (k) as the feedback amount, the larger the state feedback gain amount, the wider the frequency band of the servo control system, and the better the coordination. Furthermore, according to control theory, the control system should be stable no matter how small R is given. However, in reality, as the weighting coefficient R is made smaller, it usually becomes unstable and oscillates. The reason for this is that the controlled object is not actually according to equation (1), but rather (1)
) is an approximation formula that ignores the high frequency range, so if the band of the system is raised, the system will oscillate above the resonance frequency ignored in formula (1).

また、重み係数Rが小さいとフィードバック量としての
操作量π(k)は大きくなるが実際には操作量省(k)
には制限があり、ある値で飽和して系が不安定になる。
Also, if the weighting coefficient R is small, the manipulated variable π(k) as a feedback amount becomes large, but in reality the manipulated variable is reduced (k).
There is a limit to the value, and the system becomes unstable when it saturates at a certain value.

このように、Q、Hの選択は必ずしも理論通りにはいか
ないので、従来ではあるQ、Rを選ぶと、その時のフィ
ードバックゲインfを計算してフィードバックゲイン入
力手段6により、制御系に設定し、もし、希望する性能
が得られないならば、フィードバックゲインfを計算し
直して、制御系に再設定するという調整作業が必要とな
っていた。ところが、フィードバックゲインfは制御対
象の状態数だけ次元があるので、この調整はかなり煩雑
であり、ひとつでも値の設定を間違えると、それだけで
系が不安定になり調整作業が難かしいという問題点を有
していた。
In this way, the selection of Q and H does not necessarily follow the theory, so conventionally, when certain Q and R are selected, the feedback gain f at that time is calculated and set in the control system by the feedback gain input means 6, If the desired performance cannot be obtained, it is necessary to perform adjustment work such as recalculating the feedback gain f and setting it again in the control system. However, since the feedback gain f has dimensions equal to the number of states to be controlled, this adjustment is quite complicated, and if even one value is incorrectly set, the system becomes unstable and the adjustment work becomes difficult. It had

そこで、本発明は複雑かつ間違いやすい調整作業を必要
としないサーボ制御装置を提供することを目的としてな
されたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a servo control device that does not require complicated and error-prone adjustment work.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図は本発明にかかるサーボ制御装置の原理ブロック
図である0図において、検出した制御対象101の状態
量を最適レギュレータ理論の状態フィードバックゲイン
に基づいてフィードバック量に変換して出力するフィー
ドバック要素102を有すると共に、最適レギュレータ
理論の2次形式評価関数に含まれる重み係数に数値を入
力する重み係数入力手段112と、当該重み係数に基づ
いて状態フィードバックゲインを決定してフィードバッ
ク要素102に入力するフィードバックゲイン決定手段
111 とからなるフィードバックゲイン調整手段11
Gを備える。
FIG. 1 is a principle block diagram of the servo control device according to the present invention. In FIG. 102 and inputting numerical values to the weighting coefficients included in the quadratic form evaluation function of the optimal regulator theory, and determining a state feedback gain based on the weighting coefficient and inputting it to the feedback element 102. Feedback gain adjustment means 11 consisting of feedback gain determination means 111
Equipped with G.

〔作用〕 本発明はフィードバック要素102により検出した制御
対象101の回転角度、回転速度等の状態量を最適レギ
ュレータ理論の状態フィードバックゲインに基づいてフ
ィードバック量に変換し、制御対象101に加えて操作
する。
[Operation] The present invention converts the state quantities such as the rotation angle and rotation speed of the controlled object 101 detected by the feedback element 102 into a feedback amount based on the state feedback gain of the optimal regulator theory, and adds it to the controlled object 101 and operates it. .

その際、本発明ではフィードバック要素102に提供す
る状態フィードバックゲインを調整するためのフィード
バックゲイン調整手段110として、最適レギュレータ
理論の2次形式評価関数に含まれる重み係数に任意の数
値を入力する重み係数入力手段112と、当該重み係数
に基づいて状態フィードバックゲインを決定するフィー
ドバックゲイン決定手段111 とを備えている。また
、重み係数の変化は制御系を安定状態から不安定状態ま
で幅広く変化させることが簡単にできるので、従来のよ
うに煩雑な作業を行なわなくても種々のパラメータの調
整をすることが可能となる。
In this case, in the present invention, the feedback gain adjustment means 110 for adjusting the state feedback gain provided to the feedback element 102 is a weighting coefficient that inputs an arbitrary value to the weighting coefficient included in the quadratic form evaluation function of the optimal regulator theory. It includes an input means 112 and a feedback gain determining means 111 that determines a state feedback gain based on the weighting coefficient. In addition, changing the weighting coefficient can easily change the control system over a wide range from a stable state to an unstable state, making it possible to adjust various parameters without having to perform the complicated work required in the past. Become.

〔実施例〕〔Example〕

第1の実施例に係るサーボ制御装置を第2図に基づいて
説明する。
A servo control device according to a first embodiment will be explained based on FIG.

本装置はフィードバック要素2、加算器3、関数発生器
7及びフィードバックゲイン調整手段10から構成され
ている。
The device is composed of a feedback element 2, an adder 3, a function generator 7, and a feedback gain adjustment means 10.

フィードバック要素2は、制御対象lとしての直流モー
タを使用したロボット用アームからの出力である直流モ
ータの回転角度等の状態量を検出して、最適レギュレー
タ理論により求めた状態フィードバックゲインに基づい
て変換し、加算器3ヘフイードバツク量として送り出す
ものであり、オブザーバ演算手段4及び状態フィードバ
ック部5を有する。オブザーバ演算手段4は検出した観
測可能な制御対象lからの出力である状態量及び加算器
・3へ入力するフィードバッグ量U(k)に基づいて観
測の困難な状態量讐(k)をシミューレーション計算に
より推定するものである。状態フィードバック部5は状
態量i (k)を状態フィードバックゲインfにより変
換して、加算器3へ入力するフィードバック量π(k)
を得。
Feedback element 2 detects the state quantity such as the rotation angle of the DC motor, which is the output from the robot arm using the DC motor as the controlled object l, and converts it based on the state feedback gain determined by the optimal regulator theory. The data is sent to the adder 3 as a feedback amount, and includes an observer calculation means 4 and a state feedback section 5. The observer calculation means 4 calculates the state quantity (k) which is difficult to observe based on the state quantity which is the output from the detected observable controlled object l and the feedback quantity U(k) inputted to the adder 3. This is estimated by simulation calculation. The state feedback unit 5 converts the state quantity i (k) by the state feedback gain f, and inputs the feedback quantity π (k) to the adder 3.
get.

るものである。It is something that

関数発生器7は制御対象lからの出力である理想的状態
量F (k)及びフィードフォワード量としての理想的
状態量石(k)に相当する信号を発生させるものである
The function generator 7 generates a signal corresponding to an ideal state quantity F (k) which is an output from the controlled object l and an ideal state quantity F (k) as a feedforward quantity.

3は加算器であり、フィードバック要素2から出力され
たフィードバック量と、関数発生器7から出力されたフ
ィードフォワード量とを加算して、操作量として、制御
対象lを操作するものである。
Reference numeral 3 denotes an adder, which adds the feedback amount output from the feedback element 2 and the feedforward amount output from the function generator 7, and operates the controlled object l as a manipulated variable.

10はフィードバックゲイン調整手段であり、フィード
バックゲイン決定手段11、及び重み係数入力手段とし
てのキーボード12から構成されている。さらに、フィ
ードバックゲイン決定手段11はりカッチ方程式求解部
13及びゲイン計算部14から構成されている。リカッ
チ方程式求解部13では予め設定したQ、キーボード1
2で入力したR1及び(1)若しくは(2)式のA、b
に基づいて(6)式によりPを求めるものである。また
、ゲイン計算部14では、P、R及びA、bに基づいて
(5)式より状態フィードバックゲイン量を求めるもの
である0以上述べたフィードバック要素2.関数発生器
7及びフィードバックゲイン調整手段lO等はマイクロ
コンピュータのソフトウェアにより構成されている。
Reference numeral 10 denotes a feedback gain adjustment means, which is composed of a feedback gain determination means 11 and a keyboard 12 as a weighting coefficient input means. Furthermore, the feedback gain determining means 11 is composed of a Hikatchi equation solving section 13 and a gain calculating section 14. In the Riccati equation solving section 13, the preset Q, keyboard 1
R1 input in step 2 and A, b of formula (1) or (2)
P is calculated using equation (6) based on the following. In addition, the gain calculation unit 14 calculates the state feedback gain amount from equation (5) based on P, R, A, and b. The function generator 7, feedback gain adjustment means 1O, etc. are configured by microcomputer software.

本実施例は次のように作用する。第3図のフローチャー
トでフィードバックゲイン調整手段10によりゲイン調
整を行う場合(20)には、まずキーボード12により
Rの入力を行う(21)。
This embodiment operates as follows. When performing gain adjustment using the feedback gain adjustment means 10 in the flowchart of FIG. 3 (20), first input R using the keyboard 12 (21).

次に、リカッチ方程式求解部13において、フローチャ
ートに示すような繰り返し計算により(6)式を解いて
Pを求める(22)、一般に、この繰り返し計算は数回
から数十回程度で収束する。続いて、こうして求められ
たPに基づいてゲイン計算部14により(5)式を解い
てフィードバックゲインfを得る(23)。
Next, in the Riccati equation solving unit 13, P is obtained by solving Equation (6) through repeated calculations as shown in the flowchart (22). Generally, this repeated calculation converges in about several to several tens of times. Next, the gain calculation unit 14 solves equation (5) based on P thus obtained to obtain the feedback gain f (23).

一方、第3図のフローチャートでフィードバックゲイン
調整手段lOによりゲイン調整を行わない場合には(2
0)、関数発生器7により制御の基準値である理想的状
態量τ(k)及びフィードフォワード量である理想的操
作量π(k)を計算して信号として出力する(24)、
次に、検出した制御対象1の状態量y(k)をフィード
バック要素2へ入力しく25)、検出した状態量y(k
)と理想的状態量τ(k)との誤差計算を行う(26)
、さらに、オブザーバ演算手段4により状態量讐(k)
を推定する(27)、続いて、当該状態量−1c(k)
から状態フィードバック部5によりフィードバック量π
(k)を求める(28)、さらに、関数発生器7が発生
させたフィードフォワード量石(k)とフィードバック
量1(k)とを加算器3により加算して、制御・対象1
に加えるべき操作量u(k)を求める(29)、こうし
て得られたて(k)、讐(k)により次の離散時間にお
けるx (k+1) 、 y(k+1)を求め(30)
以上の計算を繰り返す(31) 。
On the other hand, when the gain adjustment is not performed by the feedback gain adjustment means lO in the flowchart of FIG.
0), the function generator 7 calculates the ideal state quantity τ(k), which is the control reference value, and the ideal manipulated variable π(k), which is the feedforward quantity, and outputs them as signals (24);
Next, the detected state quantity y(k) of the controlled object 1 is input to the feedback element 2 (25), and the detected state quantity y(k
) and the ideal state quantity τ(k) (26)
, Furthermore, the state quantity (k) is determined by the observer calculation means 4.
(27), and then the state quantity -1c(k)
The feedback amount π is determined by the state feedback unit 5 from
(k) is obtained (28), and further, the adder 3 adds the feedforward quantity (k) generated by the function generator 7 and the feedback quantity 1(k), and the control/object 1
Find the manipulated variable u(k) that should be added to (29), and use the thus obtained (k) and (k) to find x (k+1) and y(k+1) in the next discrete time (30)
Repeat the above calculation (31).

以上の各作用はマイクロコンピュータによって実行され
ており、加算器3、オブザーバ演算手段4、状態フィー
ドバック部5、関数発生器7、リカッチ方程式求解部1
3及びゲイン計算部14はマイクロコンピュータ内部で
ソフトウェアによって実行される。
Each of the above operations is executed by a microcomputer, including an adder 3, an observer calculation means 4, a state feedback section 5, a function generator 7, and a Riccati equation solving section 1.
3 and the gain calculation section 14 are executed by software inside the microcomputer.

続いて第2の実施例を第4図に示す。Next, a second embodiment is shown in FIG.

本実施例では第1の実施例と異なりフィードバック要素
32においては、制御対象lから検出した状態量の定常
偏差を除去するための積分器33を備えている。また、
フィードバックゲイン調整手段40はフィードバックゲ
イン決定手段41及び重み係数入力手段としてのキーボ
ード12から構成されるとともに、フィードバックゲイ
ン決定手段41は近似式によるゲン計算部42及びゲイ
ン調整部43から構成されている。近似式によるゲイン
計算部42では、予め重み係数Rと状態フィードバック
ゲインf′との関係を近似式で求めておき、この近似式
によりキーボード12から入力したRに基づいて状態フ
ィードバックゲインf°を算出する。当該f°はさらに
ゲイン調整部43で調整されてfに変換されフィードバ
ック要素32に提供される。
In this embodiment, unlike the first embodiment, the feedback element 32 includes an integrator 33 for removing the steady-state deviation of the state quantity detected from the controlled object l. Also,
The feedback gain adjustment means 40 is comprised of a feedback gain determination means 41 and a keyboard 12 as a weighting coefficient input means, and the feedback gain determination means 41 is comprised of a generator calculation section 42 using an approximate formula and a gain adjustment section 43. In the approximate formula gain calculation unit 42, the relationship between the weighting coefficient R and the state feedback gain f' is determined in advance using an approximate formula, and the state feedback gain f° is calculated based on R input from the keyboard 12 using this approximate formula. do. The f° is further adjusted by a gain adjustment section 43, converted into f, and provided to the feedback element 32.

以下、簡単なモデルに対して近似式を求める。Below, approximate expressions will be found for a simple model.

今、制御対象lの伝達関数を と表わし、電流制御する直流モータをアクチュエータと
して位置決め制御に適用する。ここで、Gは、直流モー
タのトルク定数kT及び直流モータにかかる負荷の慣性
能率Jを用いて、 G=kT/Jと表わされる。また、U (s)は直流モ
ータに流す操作量としての電流u (t) 、 Y(S
)は直流モータの回転角度y (t)をラプラス変換し
たものである。(9)式を連続時間系の状態方程式で表
現すれば、制御対象1の速度x1(t)、位置X2 (
t )を状態量ベクトルX(1)の成分とすると、 1(t)=A 讐(t)+b  省(t)     (
10)CC と表わされる。
Now, the transfer function of the controlled object l is expressed as and applied to positioning control using a current-controlled DC motor as an actuator. Here, G is expressed as G=kT/J using the torque constant kT of the DC motor and the inertia factor J of the load applied to the DC motor. In addition, U (s) is the current u (t) as the manipulated variable flowing through the DC motor, Y(S
) is the Laplace transform of the rotation angle y (t) of the DC motor. Expressing equation (9) as a state equation in a continuous time system, the speed x1(t), position X2 (
t ) is a component of the state quantity vector
10) Denoted as CC.

ただし、 である、もし、(1)式の離散時間系のサンプリング時
間をTとして、サンプラ及び0次ホールドを用いて離散
時間化すると状態方程式はi (k+1) == AN
 (k) + bπ(k)     (11)となる、
ただし、 である、今、定常偏差を除去するためにx2(k)を積
分器33で積分した量マ。(k)を新たな成分として付
は加えると となる。この状態方程式(12)について、例えIfT
=0.0OL、G=lOOとし、さらに(4)式におけ
る重み係数Qを (5)、(6)を計算器で解き、そのときの重みら第7
図までに示す、このグラフからRとfoの各成分との関
係を一点鎖線で直線近似すると、となる、なお、以上の
計算はG−100としたが、Gが100でないときには
ゲイン調整部43により(13)式のfoを100/G
倍してを用いればよい、尚、以上述べたサーボ制御装置
はマイクロコンピュータのソフトウェアによって構成さ
れる。
However, if the sampling time of the discrete time system in equation (1) is T, and it is converted to discrete time using a sampler and a zero-order hold, the state equation becomes i (k+1) == AN
(k) + bπ(k) (11),
However, the quantity Ma obtained by integrating x2(k) by the integrator 33 in order to remove the steady-state deviation. (k) is added as a new component. Regarding this equation of state (12), for example IfT
= 0.0OL, G = lOO, and then solve (5) and (6) for the weighting coefficient Q in equation (4) using a calculator, and then calculate the weights from the 7th
If the relationship between R and each component of fo is linearly approximated using a dashed-dotted line from this graph shown up to the figure, it will be as follows.In addition, although the above calculation is based on G-100, when G is not 100, the gain adjustment unit 43 Therefore, fo in equation (13) is set to 100/G
Note that the servo control device described above is configured by microcomputer software.

本実施例は次のように作用する0本実施例は第1の実施
例と異なり第8図のフローチャートに示すように、ゲイ
ンill整を行う場合にt±(20)、キーボード12
によりRの入力を行う(SO)。
This embodiment operates as follows. This embodiment differs from the first embodiment in that, as shown in the flowchart of FIG.
Inputs R (SO).

すると、近似式によるゲイン計算部42により入力した
Hに基づいてfoの近似計算を行い(51)、 foはゲイン調整部43によりGが100でない場合の
調整を行い(52)、調整された状態フィードバックゲ
インfを出力する。
Then, the gain calculation unit 42 using an approximate formula performs an approximate calculation of fo based on the input H (51), and the gain adjustment unit 43 adjusts fo in case G is not 100 (52), and the adjusted state is obtained. Outputs feedback gain f.

一方、第8図のフローチャートでゲイン調整を行わない
場合(20)には、関数発生器7により基準値となる理
想的状態量r (k)及びフィードフォワード量となる
理想的状態量省(k))を信号として出力する(54)
、次に、検出した状態量y(k)を入力させて(55)
、y (k)と理想的状態量r(k)との誤差計算(5
6)を行う、誤差計算で得られた状態7(k)は積分器
33により積分されて”x 3(k )を得る。さらに
、オブザーバ演算手段5により状態量1(k)を推定す
る(58)、続いて当該状態量9(k)から状態フィー
ドバック部5によりフィードバック量π(k)を求める
(59)、当該π(k)とフィードフォワード量u (
k)を加算器3で加算して制御対象1に操作量u (k
)として出力する(SO)、こうして得られたπ(k)
+’E’E (k)により次の離散時間に おけるオブザーバx (k+1)、 y (k+1)を
オブザーバ演算手段4により求め(61)、さらに以上
の計算を繰り返す(62)。
On the other hand, in the case (20) in which no gain adjustment is performed in the flowchart of FIG. )) as a signal (54)
, Next, input the detected state quantity y(k) (55)
, y (k) and the ideal state quantity r(k) (5
6), the state 7(k) obtained by the error calculation is integrated by the integrator 33 to obtain "x 3(k).Furthermore, the observer calculation means 5 estimates the state quantity 1(k) ( 58), Next, the state feedback unit 5 calculates the feedback amount π(k) from the state amount 9(k) (59), and calculates the feedback amount π(k) and the feedforward amount u (
k) by the adder 3 to add the manipulated variable u (k
) as (SO), the thus obtained π(k)
+'E'E (k), the observers x (k+1) and y (k+1) at the next discrete time are determined by the observer calculation means 4 (61), and the above calculation is repeated (62).

本実施例では1重み係数Rを変化させるごとに(5)、
(6)式のリカッチの方程式を新たに解き直さずに済む
ので状態フィードバー2クゲインfの算出が高速になる
。しかも、第3図のフローチャートに示したリカッチの
方程式を解くプログラム(22)の代わりに、(14)
式のプログラムを用意しておけばよいので、小規模のマ
イクロコンピュータでも容易に実現可能である。
In this embodiment, each time the weighting coefficient R is changed (5),
Since it is not necessary to newly solve Riccati's equation (6), the calculation of the state feedback gain f becomes faster. Moreover, instead of the program (22) for solving Riccati's equation shown in the flowchart of Figure 3, (14)
Since it is only necessary to prepare a program for the formula, it can be easily implemented even on a small-scale microcomputer.

次に第3の実施例を第9図に基づいて説明する0本実施
例では第2の実施例と異なり、フィードバックゲイン調
整手段70はフィードバックゲイン決定手段71及び重
み係数入力手段としてのキーボード12から構成されて
いる。フィードバックゲイン決定手段71はテーブル7
2.テーブル対応手段73及びゲイン調整部43から構
成されている。テーブル72は予めオフラインで複数の
重み係数Rを選択し、各Rについて状態フィードバック
ゲインf°を求めたものをテーブル72として作成した
ものであり、マイクロコンピュータのメモリに格納され
ている。テーブル対応手段73は入力されたRに対して
テーブル72の中からそれに対応する状態フィードバッ
クゲインf°を捜して出力するものである。なお、Gが
100でない場合には、第2の実施例と同様にして状態
フィードバックゲインf′を1007G倍する。
Next, a third embodiment will be explained based on FIG. 9. In this embodiment, unlike the second embodiment, the feedback gain adjusting means 70 is inputted from the feedback gain determining means 71 and the keyboard 12 as a weighting coefficient input means. It is configured. The feedback gain determining means 71 is based on table 7.
2. It is composed of a table correspondence means 73 and a gain adjustment section 43. The table 72 is created by selecting a plurality of weighting coefficients R in advance off-line and determining the state feedback gain f° for each R, and is stored in the memory of the microcomputer. The table correspondence means 73 searches the table 72 for the state feedback gain f° corresponding to the input R and outputs it. Note that if G is not 100, the state feedback gain f' is multiplied by 1007 G in the same manner as in the second embodiment.

本実施例は次のように作用する0本実施例は第2の実施
例と異なり、第10図のフローチャートに示すように、
ゲイン調整を行なう場合には(20) 槃−ポー−12
によ番】Rの!tJi!を行なう(63)、すると、テ
ーブル対応手段73により当該Rに対してテーブル72
の中からそれに対応する状態フィードバックゲインf”
を捜して出力する(64)、さらに、Gがlooでない
場合には、第2の実施例と同様にして状態フィードバッ
クゲインf°を100/G倍してfに変換する(65)
、こうして、本実施例は第2の実施例と比較してRの値
としてテーブルに記載された値しか選択することができ
ないが、fの算出はさらに高速となり、(14)式に示
す近似式の計算すら不必要となり、プログラムも縮少さ
れるので、より一層小規模なマイクロコンピュータで実
現することができる0本実施例では、テーブルに使用す
るメモリが必要であるが、現在メモリはに非常に安価で
あり、(14)式を計算するプログラムを作成するより
もメモリを多く使う方がコストの面からも有利である。
This embodiment operates as follows. This embodiment is different from the second embodiment, and as shown in the flowchart of FIG.
When performing gain adjustment (20)
Yoban】R's! tJi! (63), and then the table correspondence means 73 creates the table 72 for the corresponding R.
The corresponding state feedback gain f”
(64).Furthermore, if G is not loo, the state feedback gain f° is multiplied by 100/G and converted to f in the same manner as in the second embodiment (65).
, Thus, compared to the second embodiment, this embodiment can only select the value listed in the table as the value of R, but the calculation of f is faster, and the approximate formula shown in equation (14) is Since even the calculation of This method is inexpensive, and it is advantageous in terms of cost to use more memory than to create a program to calculate equation (14).

さらに、本実施例では Rとfとの近似式が容易に求め
られない場合でも適用可能である。
Furthermore, this embodiment can be applied even when approximate expressions for R and f cannot be easily obtained.

〔効果〕〔effect〕

本発明によれば、最適レギュレータ理論の2次形式の評
価関数に含まれる重み係数に種々の数値を入力して状態
フィードバックゲインを自動的に設定することにより、
状態フィードバックゲインの調整を行なう、したがって
、従来のように直接多くのフィード心りゲインー1定す
る場合に比べて最少のパラメータの設定ですむため調整
が容易、高速かつ確実である。
According to the present invention, by automatically setting the state feedback gain by inputting various numerical values to the weighting coefficients included in the quadratic form evaluation function of the optimal regulator theory,
The state feedback gain is adjusted. Therefore, compared to the conventional case where many feed centering gains are directly fixed, the setting of a minimum number of parameters is required, and the adjustment is easy, fast, and reliable.

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

第1図は本発明の原理ブロック図、第2図は第1の実施
例を示すブロック図、第3図は第1の実施例に係るフロ
ーチャート、第4図は第2の実施例を示すブロック図、
第5図から第7図までは第2の実施例に係るグラフ、第
8図は第2の実施例に係るフローチャート、第9図は第
3の実施例を図である。 1.101・・・制御対象 2.32,102・・・フィードバック要素3・・・加
算器 10.40,70,110・・・フィード−パックゲイ
ン調整手段 7・・・関数発生器 11.41.71.111・・・フィードバックゲイイ
ン決定手段
Fig. 1 is a block diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing the first embodiment, Fig. 3 is a flowchart according to the first embodiment, and Fig. 4 is a block diagram showing the second embodiment. figure,
5 to 7 are graphs according to the second embodiment, FIG. 8 is a flowchart according to the second embodiment, and FIG. 9 is a diagram showing the third embodiment. 1.101... Controlled object 2.32, 102... Feedback element 3... Adder 10.40, 70, 110... Feed-pack gain adjustment means 7... Function generator 11.41 .71.111...Feedback gain determining means

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)検出した制御対象(101)の状態量を最適レギュ
レータ理論の状態フィードバックゲインに基づいてフィ
ードバック量に変換して出力するフィードバック要素(
102)を有するサーボ制御装置において、 最適レギュレータ理論の2次形式評価関数に含まれる重
み係数に数値を入力する重み係数入力手段(112)と
、 当該重み係数に基づいて状態フィードバックゲインを決
定してフィードバック要素(102)に入力するフィー
ドバックゲイン決定手段(111)とからなるフィード
バックゲイン調整手段(110)を備えたことを特徴と
するサーボ制御装置。 2)前記フィードバックゲイン決定手段(111)は、
リカッチの方程式から直接求めた数値解に基づいて状態
フィードバックゲインを決定することを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載のサーボ制御装置。 3)前記フィードバックゲイン決定手段(111)は、
予め求めた重み係数と状態フィードバックゲインとの関
係の近似式に基づいて状態フィードバックゲインを決定
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のサー
ボ制御装置。 4)前記フィードバックゲイン決定手段(111)は、
予め作成した複数の重み係数とフィードバックゲインと
の関係を示すテーブルに基づいて状態フィードバックゲ
インを決定することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のサーボ制御装置。
[Claims] 1) A feedback element (
102), a servo control device comprising: weighting coefficient input means (112) for inputting a numerical value to a weighting coefficient included in a quadratic form evaluation function of optimal regulator theory; and determining a state feedback gain based on the weighting coefficient. A servo control device comprising a feedback gain adjusting means (110) comprising a feedback gain determining means (111) input to a feedback element (102). 2) The feedback gain determining means (111) includes:
2. The servo control device according to claim 1, wherein the state feedback gain is determined based on a numerical solution obtained directly from Riccati's equation. 3) The feedback gain determining means (111) includes:
2. The servo control device according to claim 1, wherein the state feedback gain is determined based on an approximate expression of a relationship between a weighting coefficient and a state feedback gain determined in advance. 4) The feedback gain determining means (111) includes:
2. The servo control device according to claim 1, wherein the state feedback gain is determined based on a table created in advance that shows the relationship between a plurality of weighting coefficients and the feedback gain.
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