JPS6231401A

JPS6231401A - 適応制御方式

Info

Publication number: JPS6231401A
Application number: JP61127114A
Authority: JP
Inventors: ウエイン　ティ、カルバーソン
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1987-02-10
Also published as: KR860009540A; DE3680586D1; EP0203550A1; GB8612844D0; GB2176029B; DE3618337A1; GB2176029A; US4733149A; DE3618337C2; EP0203550B1; KR940003008B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、電気制御方式、そして、特にリアルタイム
適応制御方式に関するものである。本発明は電気モータ
用速度制御器として基本的に記述するものであるが、こ
れを広（種々の適応制御に利用することができる。

従来の技術制御システムは゛制御器と、制御要素及び被制御要素か
らなるものである。サーボシステムにおいでは、制御要
素はパワートランジスタまたはＳＣＲ等からなり、被制
御要素は通常、負荷に結合された電気モータであり、制
御器は速度命令を速度帰還信号と比較して前記パワート
ランジスタまたはＳＣＲを駆動するための速度誤差信号
を引き出すものである。制御システムの各部には動的パ
ラメータ及び静的パラメータの両方が関係し、これらの
パラメータは最適運転状態を確立するとともに、不安定
問題を回避すべく妥当に整合していな　　　　ｔニけれ
ばならない。大部分のシステムにおいては、　　　　　
ｉ制御器のパラメータは被制御要素のパラメータを“補
償”するようにセットされる。

大部分の速度サーボシステムに見られる常套的な制御構
造はＰＩＤ（比例積分−微分帰還）方式である。補償は
積分コンデンサ及び微分コンデンサ並びにそれらの直列
抵抗からなる４つの要素を調整することにより達せられ
る。残念ながら、前記４つの調整パラメータは互いに関
連するため、特定の負荷条件に対し通常は試行錯誤を通
じてセットされる。負荷条件が固定的であれば、最適の
補償を確立することができる。他方産業ロボットなどの
ように負荷またはプラントの条件が変化する場合には補
償は最悪の事態を想定し、もしくは妥協的な条件におい
てセットしなければならない。また、補償機能がプリセ
ットされる場合にはすべての負荷変動に対して最適の性
能を得ることができず、したがって、システムは動作時
間の少なくとも一部においてしか最適運転を実施するこ
とができない。

適応制御の概念は周知であるが、これまでのところ具体
的実施はほとんどされていない。適応制御方式において
、制御器は負荷条件を検出し、これによって制御器の補
償機能を調整するものである。この概念自体は単純であ
るが、その設備化及び具体的実施は不可能であることが
証明された。

すなわち、動的に変化する負荷パラメータに従って相関
性を有する多数の制御器パラメータを調整することはシ
ステム特性の複雑なモデリング（定型化）及び多数の反
復計算を要求するからである。過去において、もしリア
ルタイム適応制御を実現する何らかの現実的な期待が存
在したとすれば、それは比較的単純な制御システムであ
っても、大容量の専用コンピュータを要求することを意
味していた。

問題点を解決するための手段本発明による制御器には、驚異的にも比較的廉価なシン
グルチップマイクロコンピュータまたは比較点単純なア
ナログ計算要素の比較点単純な組合せを用いることによ
り、リアルタイム適応制御上達成することができる。

制御器において、常套的な積分−微分帰還（ＰＩＤ）構
成を用いる代わりに、擬微分帰還（ＰＤＦ）制御ループ
が用いられる。このＰＤＦ制御ループは演算増幅器の増
加を要求するが、それは積分のみを要求し、微分は要求
しないという利益をもっている。より重要なことは、Ｐ
ＤＦ機構は補償調整因子を２個の変数のみに減じ、その
変数の一方は動的な負荷変動には感応しないものである
。すなわち、１個の変数のみを動的負荷変動に従って調
整する必要があり、これは積分比例定数に、として定義
される。

このに、の値は速度及びモータ電流の測定値から容易に
計算され、これによってシステム慣性及びモータ／タコ
メータ特性における変動を正確に補償することができる
。速度及びモータ電流の双方は容易に測定可能なパラメ
ータであり、したがって、実際的な適応制御システムの
構成を可能にするものである。

より特定すれば、パラメータに、はモータ電流（Ｉｍ）
に割算されたモータ速度（Ｗ）の導関数である。モータ
速度を表わすタコメータ帰還信号は容易に微分されるが
、この試みは信号の上に普通に表われるノイズに基づい
た実施上の問題を提起するものである。これらの問題は
に、が同一時間間隔にわたるモータ電流の積分により割
算されたモータ速度における変化率の関数とする等式を
用いることにより排除される。測定、計算及び補償はす
べて被制御要素において通常見込まれる変化より速やか
に達成され、したがって、本発明による適応制御システ
ムはリアルタイム型ということができる。

便宜上説明はアナログ機構として行うが、リアルタイム
適応制御の好ましい具体化はディジタル制御方式に基づ
いて実施される。速度変化及びモータ電流の積分値を計
算するためには定まった時間間隔を用いるよりも、所定
の速度変化が用いられる。換言すれば、システムは所定
の速度変化に対する時間長を判定した後、同一時間間隔
にわたるモータ電流の積分を行うものである。速度変化
゛はそのような各計算毎に常に同一であるため、制部器
の係数に、はモータ電流の積分の関数として調整される
。

実施例の説明比較のため、ＰＩＤ（比例積分−微分帰還）制御システ
ムの単純な形態を第７Ａ図及び第７Ｂ図に図解する。ま
ず、第７Ａ図の機能ブロック線図において、システムの
基本要素は被制御要素（ｌＯ）とブロック（１１）及び
（Ｉ２）を含む制御器及び要素（１４）からなっている
。制御器の順方向のループは比例定数Ｋ及び積分定数Ｋ
　、　／　Ｓを含んでいる。ここに１／Ｓは積分演算子
である。帰還ループは微分係数に、　Ｓを含んでおり、
このＳは微分演算子を表わしている。

第７Ａ図をモータ速度制御システムとすれば、制御要素
（１４）は常套的なトランジスタドライブ増幅器であり
、被制御要素（ｌＯ）はその負荷として接続されたモー
タを含むと考えられる。モータ速度はＷ、速度命令Ｗｃ
、そしてＩＩＪ御器部器信号はＥである。モータ及び負
荷の慣性はＪであり、その減衰の影響はＤで表わされる
。大部分の場合、Ｄは無視することができる。

制御器出力の式（減衰定数りを無視するものとする）は
次の通りである。

Ｅ＝（Ｗ、−Ｗ）（Ｋｐ＋に、／５） −Ｗ（ＷＬ／Ｓ＋ＷＬ）（Ｋ、に、Ｓ＋に、に、）伝達
関数（利得Ｇ＝１、Ｒ＝Ｏ１そしてＷＬは低周波非カッ
トオフを示す不定数とする）は次の通りである。

（Ｊ　＋に、Ｋｐ）Ｓ　　Ｗ＋（Ｋ、に、十に、）ＳＷ
＋に、Ｗ＝に、Ｗ　＋Ｋ　ＳＷ　　　　　　　（２）ｒ
ｃ　　　　　　ｐ　　　　　　Ｃ斉次方程式を標準的な二階定係数微分方程式と比較する
と、Ｓ　Ｗ＋２ｒＷ　ＳＷ＋Ｗ　　Ｗ＝Ｏ（３）システムの
減衰比は、２９旨Ｃ巧］１配Ｄ− Ｐ　Ｉ　Ｄ　ＩＩＪ御器部器型的な構成は、演算増幅器
（２０）を用いるものとして第７Ｂ図に示されている。

速度命令信号Ｗ。およびタコメータ帰還信号（１０）は
入力抵抗Ｒｗを介して増幅器の加算接続点（２Ｉ）に結
合される。導関数帰還はコンデンサＣ１および抵抗Ｒ４
の直列回路により行われ、この直列回路は帰還抵抗Ｒｗ
と並列に接続される。増幅器帰還回路はコンデンサＣＦ
および抵抗Ｒｆの直列接続を含み、これは積分および比
例演算を与えるものである。

次の各方程式は制御器内のオペレーションを規定するも
のである。

Ｅ＝　Ｉ、Ｚ、　　　　　　　　　　（６Ａ）Ｚ、＝Ｒ
，＋１／Ｓ、Ｃ（６Ｂ）１、＝　Ｉ。＋　１．＋　Ｉ、　　　　　（６Ｃ）１０
＝Ｗｃ／Ｒ，（６Ｄ）１　　＝−Ｗ／Ｒ，（６Ｅ）これらの方程式は制御信号を形成するため、次のように
結合される。

ブロック線図における等式（１）を移項することにより
、ブロック線図の係数はその線図中の成分値を用いて次
のように表される。

Ｋｐ＝Ｒ，／Ｒ，（８Ａ）Ｋ、＝１／Ｃ，Ｒ，（８Ｂ）Ｋ、＝ＣｄＲ，（８Ｃ）ＷＬ＝１／Ｃ，Ｒ，（８Ｄ）４個の変数Ｒ２、Ｃ，、Ｒ，およびＣ１を調整すること
により、制御器はモータ及び速度負荷に整合−し、所望
の減衰により補償される。実際上、補償は４個の変数を
それらの相関関係に基づいて試行錯誤的に調整すること
を通じて実現される。

リチャード　Ｍ、フエランは彼の著書“自動制御方式″
　（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　５ｙｓｔｅ
ｎ＋ｓ　：　１９７７年コーネル大学出版部刊）の第４
章において、多くの場合に第１図に示したＰＩＤ制御器
の部分に用いることができる擬微分帰還（ＰＤＦ）制御
を記述している。ここでフェランはＰＩＤシステムにお
いては、微分帰還要素が順方向ループ中の積分器を介し
て連続的に通過することに言及している。微分項をとる
点は小さく、したがってそれは初期値を得るために直ち
に積分されるので、制御器の態様としては、帰還が比例
利得を生ずることなく積分の前に加算され、さらに、比
例利得を伴って積分後に加算されるように提案されてい
る。導関数は実際には制御器内では形成されず、しかも
システム関数であるため、この制御器は擬微分帰還、す
なわちＰＤＦとして紹介される。ＰＤＦ制御から得られ
る利益の１つは、係数に、およびに、が分離され、ＰＩ
Ｄ型システムの場合のように積としては現れないことで
ある。また、係数には排除される。

適応制御のための制御器を評価する場合には、意外にも
ＰＤＦシステム中のに、はそれが負荷変動または被制御
設備における変化に従って調節を要求しない限り定数と
して処理できるということが見出された。さらに、係数
Ｋ　はモータ速度及びモータ電流の関数として動的に制
御できることが見出されている。モータ速度及びモータ
電流の双方は容易に測定可能な量であり、通常、これら
は大部分の電気モータサーボ制御方式において普通に測
定される。したがって、Ｋ　をモータ電流及びモータ速
度の関数として自動的に調整できるようにＰＤＦ型制御
において構成することにより、負荷または被制御要素の
条件変化を自動的に補償する現実的な適応制御器が得ら
れる。

本発明による適応制御器の機能ブロック線図は第１図に
示されている。積分に、／Ｓは比例計算を伴うことなく
ブロック（３０）において達成される。速度帰還は積分
の前に加算点（３１）において速度命令と加算され、ブ
ロック（３３）において係数Ｋｄを掛けられた速度帰還
データは制御信号Ｅを決定するため、積分された後加算
点（３２）において加算される。制御信号は制御要素を
駆動し、制御要素はまた被制御要素（３５）を駆動する
。モータ速度制御システムの場合において、被制御要素
は速度Ｗで回転する負荷（慣性Ｊ）に結合されたモータ
を含んでいる。

第１図の制御器のための伝達関数は（Ｇ＝１及びＯは無
視するものとする）は、ＪＳ　Ｗ＋に、ＳＷ＋に、Ｗ＝に、Ｗ　　（９）固有周
波数は、ＷＮ　＝　（垣）了　　　　　　（１０）減衰比は、ｒ＝に、７２　　ｆ」フ丁　　　　（１１）臨界的な減
衰系統についての定数に、は次のように計算される。

Ｋ、＝に、／４Ｊ　　　　　　　　　　　（１２）また
、係数に、は次のように計算される。

第１３式において、トルク　　は何らかのシステムにお
ける物理的制約を意味し、Ｗｏ（Ｊａｘ−１ｉｎ）は速
度命令における最大ステップ変化を意味している。この
速度命令の変化はなお直線動作を生ずるものである。実
際、Ｋ、はシステムノイズによってのみ制限され、この
制限は最大トルクの関数とはならない。したがって、Ｋ
、は関数リミットより低い何はどかの妥当な値にセット
され、負荷変動またはモータ／タコメータ設備における
変化に従って変化することを要求されない。

第１２式は減衰比が（１）の臨界減衰系統に関するもの
である。減衰比が１よりも大きければＫ。

の式は次のようになる。

に、＝に、／４Ｊ　ｒ　　　　　　　　　　　（１４）
すなわち、Ｋ、の値は不足減衰オペレーションの場合に
は増大し、過減衰オペレーションの場合には減少する。

スティフネス及び帯域幅はに、を増大することにより増
大させることができる。

Ｋ１の動的変数は原理的には負荷変動とともに変化する
慣性Ｊである。慣性は次のように表現される。

ＪＷ＝にエ　Ｉ　　　　　　　　　　　　　（１５）こ
こに■はモータ電流、モしてＷはモータ速度の導関数で
ある。したがって、Ｋ、は次のように表される。

２１′ に、＝ＫＴＷ／４Ｋ　　Ｔ　　　　　　　　　（１６）
Ｋ及びに□は定数であるため、Ｋ、＝ＫＷ／Ｉ　　　　　　　　　　　（１７）かくし
てＫは所望の減衰度スティフネス及び帯域幅のための設
計によりセットされる倍率である。

次にに、は電流（またはその等漬物によって割算された
速度の微分に従って動的に制御され、負荷変動に従った
リアルタイム適応制御を実現することができる。第１図
の機能ブロック線図に示された通り、速度Ｗはブロック
（３６）において微分され、さらに割算器（３７）にお
いてモータ電流Ｉ　により割算され、これによって積分
器（３０）における係数にのための動的制御が実施され
る。

第２図は第１図において機能ブロック線図として示され
たシステムのアナログ構成を示す略図である。制御器は
演算増幅器（４０〉〜（４３）を含んでいる。演算増幅
器（４４）はモータ速度の導関数を得るために用いるた
め、この導関数は割算器（４５）内においてモータ電流
により割算され、これにより掛算器（４６）を介して制
御器内の係数Ｋ　が制御される。

より特定すれば、制御器は加算回路を形成するように帰
還抵抗（６２）を有する演算増幅器（４０）を含んでい
る。速度命令Ｗ。は入力抵抗（６０）を介して加算接続
点に結合され、速度帰還信号Ｗはまた入力抵抗（６１）
を介してその加算接続点に結合される。

回路（４６）は制御器中の係数Ｋ　を制御する掛算器を
形成するように接続されている。増幅器（４０）の出力
はこの掛算器のｙ入力に接続される。

コンデンサ（６４）は演算増幅器（４１）が積分器とし
て働くようその帰還回路に接続されている。掛算器（４
６）の出力は入力抵抗（６３）を介して増幅器（４１）
の加算接続点に接合される。演算増幅器（４２）は増幅
器（４１）の出力と加算接続点との間の抵抗器（６５）
及び増幅帰還回路との抵抗（６６）を含むインバータと
して動作するものである。

演算増幅器（４３）は抵抗性帰還回路（６８）を含み、
加算回路として動作する。増幅器（４２）の出力は入力
抵抗（６７）を介して加算接続点に結合され、速度帰還
信号Ｗは入力抵抗（７０）を介してその加算接続点に結
合される。抵抗（６８）には高周波フィルタを形成する
ため、比較的小容量のコンデンサ（６９）が接続され、
増幅器（４３）の出力と増幅器（４１）の加算接続点の
間には一対の背中合せ配置されたツェナダイオード（７
０）が接続されている。これらのダイオードは制御器が
制御要素の能力を上回る条件を呼び出さないようにクラ
ンプするものである。

演算増幅器（４４）は速度Ｗの導関数を得るための微分
回路として働くように接続されている。速度帰還信号Ｗ
は抵抗（７２）及びコンデンサ（７３）の直列回路を通
る演算増幅器（４４）の加算接続点に供給される。抵抗
（７４）は増幅器を跨いで接続され、演算帰還回路を形
成する。増幅器（４４）の出力は割算器として形成され
た回路（４５）に速度微分信号を供給する。

モータ電流信号は演算増幅器（５０）を介して割算器（
４５）のＸ入力に供給される。演算増幅器（５０）は割
算器の入力にモータ電流の絶対値を供給するものである
。モータ電流信号１．は抵抗（８０〉を介してダイオー
ド（８１）のアナードに供給される。このダイオードの
カソードは演算増幅器（５０）の反転入力に結合される
。モータ電流はさらに増幅器の非反転入力に接続された
アノードを有するダイオード（８２）のカソードも供給
される。抵抗（８４）はその反転入力への抵抗性帰還回
路を提供し、抵抗（８３）は非反転入力を接地電位に接
続するものである。

割算回路（４５）の出力は演算増幅器（５工）を通じて
送られるモータ電流により割算された速度微分である。

この演算増幅器（５Ｉ）はモータ電流の絶対値を提供し
、この絶対値はインバータ及び最大信号を制限するクラ
ンプとして機能する演算増幅器を（５２）に送られる。

より特定すれば、割算器（４５）の出力はダイオード（
８６）と直列接続された抵抗（８５）を介して増幅器（
５１）の反転入力に結合され、さらに、前記ダイオード
と逆極性に配置されたダイオード（８７）を介して非反
転入力に接続される。抵抗（８９）は反転入力への帰還
回路を形成するものであり、抵抗（８８）は非反転入力
を接地電位に結合するものである。増幅器（５１）の出
力に現われる電流により割算された速度微分の絶対値は
入力抵抗（９０）を介して演算増幅器（５２）の加算接
続点に結合される。抵抗（９１）は増幅器（５０）の抵
抗性帰還回路を形成するものである。ツェナダイオード
（９２）は増幅器（５２）の最大出力を制限するため、
帰還抵抗（９１）と並列に接続される。抵抗（９３）は
正電源及び加算接続点の間に接続され、出力を最小レベ
ルにバイアスするための電流を提供する。

制御器が動作状態にあるとき、増幅器（４１）は積分回
路として動作する。増幅器（４０）は積分の前に速度信
号Ｗを速度命令Ｗｃに加え、また増幅器（４３）は積分
された信号を積分に続く速度帰還信号に加算する加算回
路として動作するものである。抵抗（６８）及び〈７０
）の値は係数に、に従って比例配分を提供する。掛算器
（４６）は積分器を介して順回路の利得を制御し、した
がって、係数Ｋ　に従って制御器を調整するものである
。係数に、は割算器（４５）においてモータ電流により
割算されるべく増幅器（４４）を通じて得られた速度微
分に従って適応制御される。この適応制御器はモータを
駆動するために制御要素の能力を趣えた条件を呼び出さ
ないという重要な特徴を持っている。ツェナダイオード
（７１）及び（９２）の特性値は妥当な制限を与えるよ
うに選択される。速度信号は容易に微分されるとしても
（第１図のブロック（３６）、第２図の演算増幅器（４
４）参照）、タコメータから普通に得られた速度信号上
に表われるノイズは微分値における誤差を生ずるもので
ある。速度信号がノイズ性の高いものであれば、Ｋ　に
ついては（１７）式は好ましくは次のように書き換えら
れる。

したがって、Ｋ４はモータ電流の積分値により割算され
る速度変化の関数として制御することができる。この適
応制御の構成は第３図において機能的に図示されている制御器（３０）〜（３５）は第１図においてすでに述べ
たものと同様である。ブロック（１００）は特定の時間
間隔を通じた速度変化を決定するものであるが、積分器
（１０２）は同じ時間間隔にわたるモータ電流を積分す
るものである。速度変化は割算器（■０４）においてモ
ータ電流の積分値により割算され、その結果は制御器ブ
ロック（３０）において係数恥を制御するために用いら
れる。

第３図の適応制御システムのアナログ構成は第４図にお
いて図示され、ディジタル制御構成は第５及び６図にお
いて図示されている。これらの回路構成においては、所
定の時間間隔を通じた速度変化及び電流の積分を計算す
るよりも所定の速度変化に対応する時間間隔にわたって
電流が積分される。この構成によれば、速度変化は係数
Ｋ　において調整が実施される各サンプルについて同一
であり、したがって係数に、はモータ電流の積分の関数
として直接制御される。

第４図のアナログ回路において、制御器は要素（６０）
〜（７１）を含んでいる。これらの要素は第２図に関し
てすでに述べた対応要素と同じである。演算増幅器（１
１０）〜（１１３）はサンプル及び保持回路を形成し、
現実の速度と初期速度との比較を提供するものである。

演算増幅器（１１４）〜（１１６）はモータ電流の積分
を実行し、かつ掛算器（４６）を介して係数に、を制御
するための値を保持するものである。

要素（１２０）〜（１３２）はシステムの適応部分を駆
動するためのタイミング制御を実行するものである。

より特定すれば、増幅器（１１（１）はインバータとし
て機能するものである。速度信号は入力抵抗（１４０）
を介して増幅器反転入力に結合され、抵抗（１４１〉は
増幅器の帰還回路を提供する。

増幅器（１１１）はサンプル及び保持回路を形成するよ
うに接続されている。増幅器（１１０）の出力は入力抵
抗（１４４）と直列接続されたスイッチ（１４２）、す
なわちＳＷ−１を介して増幅器（１１１）の非反転入力
に接続される。スイッチ（１４２）及び抵抗（１４４）
の接続点はコンデンサ（１４３）を介して接地電位に結
合される。したがって、スイッチ（１４２）が閉じられ
ると、増幅器（１１０）の出力に表れた信号はコンデン
サ（１４３）の両端に印加される。しかる後、スイッチ
（１４２）が開かれると、コンデンサは増幅器の入力に
おいてその信号を維持し、その値は増幅器出力に反映さ
れる。

増幅器（１１２）は加算回路として接続されている。増
幅器（１１１）の出力は入力抵抗（１４５）を介して加
算接続点に結合され、現実の速度信号Ｗは入力抵抗（１
６））を介して同じ加算接続点に結合される。抵抗（１
４６）は増幅器の帰還回路を形成する。

かくして増幅器（１１２）の出力に表われる信号はコン
デンサ（１４３）に維持された初期速度信号と現実の速
度との差を表わすことになる。

増幅器（１１３）は魂度変化の絶対値を表わす信号を発
生する。増幅器（１１２）の出力は抵抗（１４７）及び
ダイオード（１４８）の直列回路を介して増幅器（ＩＨ
）の反転入力に結合される。さらに、増幅器（１１２）
の出力は前記ダイオードとは逆極性に配置されたダイオ
ード（１４９）を介して増幅器（１４３’）の非反転入
力に接続される。抵抗（１５２）は増幅器の帰還回路を
形成し、抵抗（１５０）は非反転入力を接地電位に結合
するものである。増幅器（１１３）の出力に現れた信号
は速度変化の絶対値を表わすものである。

演算増幅器（１１４）〜（１１６）及び割算回路（１１
７）はモータ電流信号を積分し、かつその積分値を制御
器における係数に、の制御のために保持するものである
。増幅器（１１４）はモータ電流の積分を実行するよう
に接続されている。積分コンデンサ（１６１）は増幅器
の入出力にわたして接続された帰還素子であり、モータ
電流は入力抵抗（１６０）を介して増幅器加算接続点に
供給される。スイッチ＜１６２）、すなわち５Ｗ−３は
前記コンデンサ（１６１）と並列に接続される。スイッ
チ（１６２）が閉じられると、コンデンサは積分器の初
期条件であるゼロ値まで放電する。スイッチ（１６２）
が開かれると、コンデンサ電圧は供給されるモータ電流
に従って変化し、これによりモータ電流が積分され、そ
の積分値が増幅器出力に現われる。

増幅器（１１５）は割算器（１１７）のＸ入力のための
積分絶対値を発生する。増幅器（１１４）の出力は抵抗
（１６３）及びダイオード（１６４）の直列回路を介し
て増幅器（１１５）の非反転入力に接続される。ダイオ
ード（１１４）の出力はさらに前記ダイオードとは逆極
性に配置されたダイオード（１６５）を介して増幅器（
１１５）の反転入力に接続される。抵抗（１６７）は増
幅器の帰還回路を形成し、抵抗（１６６）は増幅器の非
反転入力を接地電位に接続するものである。

回路（１１７）は割算器として構成され、したがって、
値ｒは増幅器（１１５）の出力で割算され、妥当な倍率
を適用してモータ電流の積分値の逆数を発生するもので
ある。

増幅器（１１６）はサンプル及び保持回路を形成し、し
たがって、サンプリングの係数に、を制御すべく用いら
れる積分信号を保持するものである。より特定すれば、
割算器（１１７）の出力はスイッチ（１７２）、すなわ
ち５Ｗ−４及び直列抵抗（１７■）を介して増幅器（１
１６）の非反転入力に結合される。スイッチ（１７２）
及び抵抗（１７１）間の接続点はコンデンサ（１７（１
）を介して接地電位に接続される。

スイッチ（１７２）が閉じられると、割算器（１１７）
の出　　　　□力に現れた信号はコンデンサ（１７０）
に印加され、その後スイッチが開かれると、その値を維
持される。増幅器（１１６）はコンデンサに印加された
信号を増幅器出力において維持するものである。

要素（１２０）〜（１３２）は係数に、の調整を決定す
べ（用いられるサンプリング間隔のためのタイミング制
御を提供する。この制御は速度が予め設定された値だけ
変化するまでオペレーションを許容するものである。所
望の速度変化が検出されると、妥当な倍率を伴った現在
のモータ電流積分値の逆数がコンデンサ（１７０）に伝
達され、係数に、を調整すべく維持される。より特定す
れば、増幅器（１１３）の出力に現われる速度変化の絶
対値はスレシホールドトリガ回路（１２０）に結合され
る。このトリガ回路（１２０）は閾値を上回ったときに
出力信号を発生する。回路（１２０）の出力はインバー
タ回路（１２１）を介してＮＡＮＤ回路（１２２）の一
方の入力に供給される。回路（１２０）の出力はさらに
ＮＡＮＤ回路（１２３）に供給される。このＮＡＮＤ回
路はＯＲ論理機能を実行し、その出力はワンショット回
路（１２６）に供給される。このワンショット回路の出
力はインバータ（１２４）を介してＮＡＮＤ回路（１２
２）の他方の入力に結合される。ＮＡＮＤ回路（１２２
）の出力は回路（１２８）におけるスイッチＳＷ−４の
ための駆動増幅器に供給される。かくして速度変化がト
リガ回路（１２０）の閾値を上回ると、出力信号とＮＡ
ＮＤ回路（１２２）を条件付け、ワンショット回路（１
２６）を介してパルスを発生させる。このパルスは条件
付けされたＮＡＮＤゲートを通じて送られ、スイッチ５
Ｗ−４（スイッチ（１７２））を瞬間的に閉じるもので
ある。この閉期間はワンショット回路（１２６＞から供
給されるパルスの持続時間に対応する。

ワンショット回路（１２６）の補数出力は印加入力パル
スの後端においてトリガするように設計されたワンショ
ット回路（１２７）に結合される。ワンショット回路（
１２７）の出力は回路（１２８）中の３個のドライブ増
幅器に供給され、これらの増幅器はスイッチＳＷ−１，
５Ｗ−２及び５Ｗ−３を閉じるものである。ワンショッ
ト回路（１２７）はワンショット回路（１２６）により
供給された出力パルスに直ちに追随する出力パルスを発
生し、回路（１２８）に供給されたこのパルスは瞬間的
にスイッチ５Ｗ−１、ＳＷ−２及びＳＷ−３を閉合する
。このスイッチ閉合期間はパルスの持続時間に対応する
。スイッチＳＷ−１，５Ｗ−２及びＳＷ−３の瞬間的な
閉合は制御システムを新たな初期速度値をコンデンサ（
，１４３）に伝達し、スイッチ５Ｗ−２はコンデンサ（
１３１）を放電させてタイマをリセットし、さらに５Ｗ
−３は積分コンデンサ（１６１）を放電させて積分器を
初期条件ゼロにリセットするものである。

スレシホールドトリガ回路（１２５）は、係数にの調整
をモータ速度が不十分にしか変化しない場合には行わな
いようなタイマを構成すべく接続されている。このタイ
マは正電源と接地電位との間に挿入された抵抗（１３０
）及び直列コンデンサ（１３１）を含んでいる。抵抗（
１３０）及びコンデンサ（１３１）間の接続点はスレシ
ホールドトリガ回路（１２５）の入力に接続され、スイ
ッチ（１３２）すなわちＳＷ−２はコンデンサ（１３１
）の両端にわたして接続される。

スイッチ（１３２）が閉じられると、コンデンサ（１３
１）は放電する。スイッチ（１３２）が開かれると、コ
ンデンサは抵抗（１３０）を通ずる電流に従って充電さ
れ、そのコンデンサ電位が回路（１２５）の閾値を上回
ると、回路（１２−３）の入力に対して出力信号が提供
される。

タイマ回路が回路（１２５）の閾値を上回っていて、速
度変化が回路（１２０）の閾値を上回らない場合には、
信号は回路（１２３）を通じてワンショット回路（１２
６）をトリガし、この回路（１２６）はまたワンショッ
ト回路（１２７）をトリガし、その結果、スイッチＳＷ
−１〜ｓｗ−３が瞬間的に閉じられる。これにより制御
システムは新たなサンプリング間隔のためにリセットさ
れる。ＮＡＮＤゲート（１２２）は条件が整わなかった
ため、すなわち不十分−な速度変化しか生じな（なった
ため、スイッチＳＷ−４を閉じることなく、したがって
係数Ｋ。

を調整するための新たな電流積分信号がコンデンサ（１
７０）に伝達されることはない。

したがって、適応制御器が動作している場合、その制御
回路はその間において速度変化を監視する繰返しサンプ
リング間隔を提供する。速度変化が所定の値に到達すれ
ば、そのサンプリング周期におけるモータ電流の積分は
係数に１を調整すべく用いられる。

第５図は第３図に示した制御システムの別の実施形態を
示すものであり、この場合にはシステムの適応部分を制
御するためにマイクロコンピュータが用いられる。制御
器における係数に、はモータ速度における所定の変化を
達するに必要なサンプリング期間を通じて積分されたモ
ータ電流の積分値の関数として調整される。マイクロコ
ンビュ。

−タはサンプリング間隔を初期設定し、次にモー夕速度
変化並びにモータ電流の積分値をモニタする。速度変化
が所定の値に達すると、係数に、はこの時点におけるモ
ータ電流の積分値に従って調整される。マイクロコンピ
ュータは、（１）速度変化が最大時間間隔内において所
定の値に達しなかった場合、及び、（２）モータ電流の
積分値が過大または過小のため、制御外れとなった場合
にサンプリング間隔からデータを排除するようにプログ
ラムされている。

演算増幅器（２００）〜（２０２）はＰＤＦ制御器を形
成する。演算増幅器（２０１）はコンデンサ帰還回路（
２１２）を含み、したがって、制御器の順回路において
積分器として機能する。演算増幅器（２００）は速度命
令を現実のモータ速度と比較するための加算回路を構成
する。より特定すれば、速度命令は入力抵抗（２０４）
を介して加算接続点に供給され、現実のモータ速度信号
は入力抵抗（２０５）を介して加算接続点に供給される
。抵抗（２０６’）は増幅器の抵抗性帰還回路を形成す
るものである。増幅器（２００）の出力は係数Ｋ、に従
ってマイクロコンピュータ（２９０）の制御によりセッ
トされる可変抵抗器（２１０）を介して積分器の加算接
続点に供給される。演算増幅器（２０２）は速度信号を
増幅器（２０１）からの積分信号と加算するための加算
回路を構成する。特定すれば、増幅器（２０１）の出力
は入力抵抗（２１４）を介して増幅器（２０２）に関連
する加算接続点に結合され、現実の速度信号は抵抗（２
１５）を介して加算接続点に結合され、この場合、増幅
器には抵抗（２１６）からなる抵抗性帰還回路が接続さ
れている。増幅器（２０２）の出力と増幅器（２００）
の加算接続点との間には、背中合せ型に接続された一対
のツェナダイオード（２１８）が挿入され、それらの間
の電流制限を行うクランプ回路となっている。ダイオー
ド（２１８）は制御器出力をモータ制御において制御素
子により現実に供給されるような値に制限するように選
択される。

演算増幅器（２３０）〜（２３３）及び関連要素（２４
０）〜（２５７）はモータ速度の変化を指示する信号を
発生するものであり、基本的には、第５図に示した要素
（１１０）〜（１１３）及び（１４０）〜（１５２）の
組み合わせと同様である。スイッチ（２４４）が閉じら
れると、速度の初期値はコンデンサ（２４８）に伝達さ
れ、増幅器（２３１）の入力において維持される。次に
、スイッチ（２４４）が開かれると、初期速度値は増幅
器（２３２）を含む加算回路において現実の速度値と比
較され、増幅器（２３３）の出力には速度変化の絶対値
が現われる。

増幅器（２３３）の出力は抵抗（２５８）及びライナダ
イオード（２５９）を介して接地電位に接続される。

抵抗（２５８）及びダイオード＜２５９）間の接続点は
マイクロコンピュータのＡ／Ｄ　（アナログ／ディジタ
ル）入力部に結合される。

演算増幅器（２６０）〜（２６２）はモータ電流の積分
絶対値を指示する信号を発生する。コンデンサ（２７２
）は増幅器（２６０）の帰還回路として接続され、これ
により回路は積分器として動作する。モータ電流ＩＩＩ
（よ入力抵抗（２７０）を介して増幅器の加算接続点に
供給される。背中合せ型に接続された一対のツェナダイ
オード（２７３）はコンデンサ（２７２）の両端間に接
続され、積分器出力を妥当な値に制限するものである。

積分コンブンサ（２７２）にはさらにスイッチ（２７４
）が並列に接続される。このスイッチが閉じられると、
コンデンサは放電し、回路を初期値ゼロにリセットする
。スイッチが開かれると、コンデンサは供給されたモー
タ電流の積分に従って変化する。

増幅器（２６１）及び（２６２）はモータ電流の積分絶
対値を提供するように互いに接続されている。増幅器（
２６０）の出力は入力抵抗（２７５）を介して増幅器（
２６１）の加算接続点に結合される。抵抗（２７６）及
びダイオード（２７？）の直列回路は逆極性に配置され
たダイオード（２７Ｂ）と並列に増幅器（２６１）の入
出力間に接続される。抵抗（２７６）及びダイオード（
２７７）の接続点は入力抵抗（２８０）を介して増幅器
（２６２）の加算接続点に結合される。増幅器（２６０
）の出力は入力抵抗（２８１）を介してその加算接続点
に接続される。抵抗（２８２）は増幅器（２６２）の抵
抗性帰還回路として接続されている。増幅器（２６２）
の出力はモータ電流の積分絶対値を表わし、これはマイ
クロコー、ンビュータ（２９０）のＡＤ入力部に供給さ
れる。

制御器において可変抵抗（２１０）の値を制御すること
に加えて、マイクロコンピュータはスイッチ（２４４）
及び（２７４）の条件を制御することによりサンプリン
グ間隔を制御するものである。制御器における係数に、
の値をセットする可変抵抗（２１０）はなるべ（なら２
の累乗に従って値を増加するように個々に切り換えられ
る複数の固定抵抗からなっている。これらの抵抗は並列
接続可能であり、個々にまたは組合せの形で回路中に切
り換え接続することができる。このようなスイッチ及び
抵抗を各８個用いることにより、可変抵抗はマイクロコ
ンピュータからの８ビット語出力により制御され、０〜
２５５の範囲にわたるインクリメントステップにおける
制御が可能となる。

マイクロコンピュータプログラムのフロー線図は第６図
に示されている。コンピュータステップ（３００）にお
いてリセットされ、次いでステップ（３０２）において
初期設定される。次に、第５図におけるスイッチ（２４
４’）及び（２７４）が閉じられて、速度変化及びモー
タ電流の積分のための各回路をリセットする。コンビュ
ータステッーブ（３０６）においてわずかに遅延を生じ
、さらにステップ（３０８）においてタイムアウトカウ
ンタをロードする。こΦタイムアウトカウンタはサンプ
ル間隔の最大帰還を制御すべく用いられ、これにより所
定の速度変化に達しない場合にはコンピュータは新たな
サンプリング間隔を開始する。タイムアウトカウンタが
セットされた後、コンピュータはスイッチ（２４４）及
び（２７４）を開いてサンプリング間隔を開始させる。

プログラムはステップ（３１２）において速度変化及び
モータ電流の積分値を監視するループに入る。コンピュ
ータはカウンタを減数し、次いでステップ（３１４）に
おいてカウンタがゼロであるか否かを判定する。このカ
ウントがゼロであれば、プログラムはステップ（３０４
）に復帰して新たなサンプリング間隔を開始するが、ゼ
ロでなければステップ（３１６）に移行する。ステップ
（３１６）においてコンピュータはそのＡＤ入力部から
モータ電流の積分及びモータ速度の変化を表わす値を読
み取る。次に、コンピュータはステップ（３１８）にお
いてまず電流積分値が（２５５）の最大限度を上回った
か否かを判定するため、データをテストする。もし、電
流積分値が最大限度を上回った場合、コンピュータはス
テップ（３０４）に復帰して新たなサンプリング間隔を
開始する。しかし、最大限度に達していなれけば、コン
ピュータは速度変化が所定の値（２５５）に等しいか否
かを判断する。これがもし等しくなければ、コンピュー
タはステップ（３１２）に復帰してステップ（３１２）
〜（３２０）を通るサイクルに続く。速度変化が（２５
５）に等しいときはコンピュータは判断ステップ＜３２
２）に移る。

判断（３２２）においてプログラムは電流の積分値が十
分大きな（１０よりも大）有意味値であるか否かを判断
する。有意味値でなければ、プログラムはステップ（３
０４）に復帰して新たなサンプリング間隔を開始する。

他方、モータ電流の積分値が有意味であれば、コンピュ
ータステップ（３２４）に進んでコンピュータにストア
された検索表からに１のための妥当な利得値を獲得する
。この利得値はステップ（３２６）においてコンピュー
タ出力に送られ、可変抵抗（２１０）を制御することに
よりＫ。

利得値を調整する。次に、コンピュータステップ（３０
４）に復帰して新たなサンプリング間隔を配置する。

以上詳記した実施例は限られたものであるが、本発明の
範囲内において他の実施例も明らかに存在する。すなわ
ち、電気モータを制御するためには適応制御が単一の係
数を調整することにより達せられることを考慮してＰＤ
Ｆ制御器を用いることが望ましい。選択された制御器に
おいて適応制御される係数は独立的なものであって、可
能な限り少ないということは実施上重要なことである。

ＰＤＦ型制御器はなるべくなら電気モータが制御される
場合に好ましく用いられるが、他の形式の制御器もまた
限られた数の独立制御係数を有するという要求に適合す
るものである。さらに、制御器係数の適応制御を行うた
めに用いられる制御システムのパラメータが容易に測定
可能であって、しかも、少数であるということも実施上
重要である。可変負荷電気モータシステムの制御におい
て適応制御はモータ電流及びモータ速度の関数として制
御器係数を制御することにより負荷の慣性変化に応じて
達成することができる。電気モータを含まないシステム
においては、制御システムの類似のパラメータを選択す
べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による適応制御システムの一実施例を示
す機能ブロック線図、第２図は第１図の適応制御器のアナログ回路構成を示す
接続図、第３図は本発明による適応制御システムの別の実施例を
示す機能ブロック線図、第４図は第３図の制御器のアナログ回路構成を示す接続
図、第５図は第３図の制御器のディジタル制御回路を示す接
続図、第６図は第５図の制御器におけるマイクロコンピュータ
のプログラムを示すブロック線図、第７Ａ図及び第７Ｂ
図は従来一般に使用されていたＰＩＤ制御システムをそ
れぞれブロック構成及び回路接続構成において示す線図
である。（３０）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
積分器、（３１）、（３２）・・・・・・・・・・・・
加算点（３３）・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・係数掛算器（３４）、（３６）・・・・・・・・
・・・・微分器（３５）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・制御要素（３７）・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・割算器特許出願人　　コルモー
ゲン　テクノロジイズコーボレイション

Claims

【特許請求の範囲】

（１）制御器、制御要素及び被制御要素を含むシステム
において、被制御パラメータのための命令信号を発生する段階と、制御器パラメータの実際値を示す帰還信号を発生する段
階と、順方向ループにおける積分機能と、前記命令信号及び前
記帰還信号を前記積分を行う前に比較する機能と、前記
積分後において、前記順方向ループ中に前記帰還信号を
加える機能とを有する制御器を用いる段階、及び、前記被制御システムにおいて測定された少なくとも１つ
のパラメータの関数として前記積分のための順方向ルー
プ利得を動的に制御する段階からなることを特徴とする適応制御方法。
（２）前記順方向ループ利得が制御器内の動的被制御パ
ラメータのみであることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の方法。
（３）前記被制御要素が電気モータを含み、前記命令信
号が速度命令であるとともに、前記帰還信号が前記電気
モータの実際速度を指示するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の方法。
（４）前記順方向ループ利得がモータ電流により割算さ
れたモータ速度の導関数として動的に制御されることを
特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の方法。
（５）前記順方向ループ利得がモータ電流の積分値によ
り割算されたモータ速度変化の関数として動的に制御さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の
方法。
（６）前記順方向ループ利得がモータ速度において所定
の変化を生ずるような時間間隔を通じて積分されるモー
タ電流の関数として動的に制御されることを特徴とする
特許請求の範囲第（３）項記載の方法。
（７）可変負荷に結合された電気モータのための制御器
の速度適応制御の方法であって、所望のモータ速度を指示する速度命令信号を発生する段
階と、現実のモータ速度を指示する速度帰還信号を発生する段
階と、順方向ループにおいて積分信号を発生するための積分機
能と、前記積分を行う前に前記速度命令及び前記速度帰
還信号を発生する機能と、前記積分後において、前記積
分信号及び前記速度帰還信号を互いに加算する機能、及
び前記積分信号に係数を掛ける機能を含む制御器をＰＤ
Ｆ制御において用いる段階、並びに、前記積分信号の前記係数掛けを負荷変動の関数として制
御する段階からなることを特徴とする電気モータの速度適応制御方
法。
（８）前記積分信号の前記係数掛けをモータ電流により
割算されたモータ速度の導関数として動的に制御するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（７）項記載の方法。
（９）前記積分信号の前記係数掛けをモータ電流の積分
値により割算されたモータ速度変化の関数として動的に
制御することを特徴とする特許請求の範囲第（７）項記
載の方法。
（１０）前記積分信号の前記係数掛けをモータ速度にお
ける所定の変化を生ずるにたる時間間隔を通じて積分さ
れたモータ電流の関数として動的に制御することを特徴
とする特許請求の範囲第（７）項記載の方法。
（１１）電気モータを含む適応制御の方法であって、被
制御パラメータのための命令信号を発生する段階と、前記パラメータの現実の値を指示する帰還信号を発生す
る段階と、前記パラメータを制御するための制御器を用いる段階と
、モータ速度における所定の変化を達するに必要な時間に
従ってサンプリング間隔を決定する段階と、前記サンプリング間隔の期間を通じてモータ電流を積分
する段階、及び前記モータ電流の積分値の関数として前記制御器の補償
機能を動的に調整する段階を含むことを特徴とする電気モータの適応制御方法。
（１２）前記命令信号が速度命令であり、前記期間信号
が現実のモータ速度を指示するものであるとともに、前
記被制御パラメータがモータ速度であることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１１）項記載の方法。
（１３）前記補償機能を前記所定の速度変化が所定の時
間間隔を経過するまでに達せられたときのみ調整するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１２）項記載の方法
。
（１４）前記補償機能を前記サンプリング間隔を通じた
モータ電流の積分が所定の範囲内にあるときのみ調整す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１２）項記載の
方法。
（１５）被制御要素と、前記被制御要素を制御するための制御要素と、前記被制御要素のパラメータの現実の値を指示する帰還
信号を発生するための帰還手段と、制御中の前記パラメ
ータのための所望の値を指示する命令信号を発生する命
令手段と、順方向ループにおいて積分信号を発生する積分器と、前
記命令信号を前記帰還信号と比較して前記積分器に供給
すべき信号を発生するための加算回路と、前記積分信号
及び前記帰還信号を互いに加算するための加算回路、及
び前記積分器によって積分される信号の利得を設定する
ための手段を含む制御器、並びに、前記被制御要素に結合されており、前記積分中の信号の
利得を設定するための手段を前記被制御要素の少なくと
も１つの測定されたパラメータの関数として調整するた
めの適応制御手段を備えたことを特徴とする適応制御装
置。
（１６）前記被制御要素が電気モータを含むことを特徴
とする特許請求の範囲第（１５）項記載の制御装置。
（１７）制御中のパラメータが前記モータの速度である
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１６）項記載の制
御装置。
（１８）前記被制御要素が前記モータの可変慣性負荷を
含むとともに、前記制御器が前記利得設定手段を調整す
ることにより前記可変慣性負荷を補償するものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１６）項記載の装置
。
（１９）負荷に結合された電気モータのための適応制御
装置であって、モータの運転パラメータのための所望の値を指示する命
令信号を発生するための命令手段と、前記モータにおける前記パラメータの現実の値を指示す
る帰還信号を発生するための帰還手段と、順方向ループにおいて積分信号を発生する積分器と、前
記命令信号を前記帰還信号と比較して前記積分器に供給
すべき信号を発生するための加算回路と、前記積分信号
及び前記帰還信号を互いに加算するための加算回路、及
び前記積分器で積分されている信号に係数掛けを行うた
めの手段を含む制御器と、前記モータに結合されており、前記係数掛け手段を負荷
に結合された前記モータの少なくとも１つの測定された
パラメータの関数として調整するための適応制御手段を備えたことを特徴とする電気モータの速度適応制御装
置。
（２０）前記モータが可変負荷に結合されており、前記
係数掛け手段が負荷慣性の関数として調整されてるもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１９）項記
載の制御装置。
（２１）前記係数掛け手段が負荷慣性の関数として調整
されるものであって、モータ電流を測定するための手段と、モータ速度を測定するための手段、及び、前記測定された電流及び速度の関数として前記係数を調
整するための手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第（２０）項
記載の制御装置。
（２２）前記係数掛け手段がモータ電流により割算され
た速度導関数として調整されるものであることを特徴と
する特許請求の範囲第（２１）項記載の制御装置。
（２３）前記係数掛け手段がモータ電流の積分値により
割算された速度変化の関数として調整されることを特徴
とする特許請求の範囲第（２１）項記載の制御装置。