JPS6358504A - Gain setting system for digital servo controller - Google Patents

Gain setting system for digital servo controller

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JPS6358504A
JPS6358504A JP20161786A JP20161786A JPS6358504A JP S6358504 A JPS6358504 A JP S6358504A JP 20161786 A JP20161786 A JP 20161786A JP 20161786 A JP20161786 A JP 20161786A JP S6358504 A JPS6358504 A JP S6358504A
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JP
Japan
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gain
observer
feedback
digital servo
servo control
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Pending
Application number
JP20161786A
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 simplify calculation of both feedback and observer gains by using a gain setting device consisting of a feedback gain table, an observer gain table and a gain setting part. CONSTITUTION:A feedback gain table 131 of a gain setting device 13 contains at least a pair of feedback gains K0 of an optimum regulator 11 which are obtained with a sampling cycle TS0 of a digital servo controller 10 and the gain GS0 of a controlled system 15 respectively. Then an observer gain table 132 stores at least a pair of observer gains F0 of an observer 12 with said cycle TS0 and gain GS0. Thus the feedback gain K1 and the observer gain F1 of the regulator 11 can be simply calculated based on the gains K0 and F0 of a feed back gain table 131 and gain setting part 133 and set to the regulator 11 and the observer 12 with a sampling cycle TS1 of the controller 10 and the gain GS1 of the controlled system 15 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 伝達関数がG/S”である対象を制御対象とし、最適レ
ギュレータとオブザーバを備えたディジタルサーボ制御
装置のゲイン設定方式において、あるサンプリング周期
及び制御対象のゲインにおける最適レギュレータのフィ
ードバックゲイン及びオブザーバゲインを予め求めてテ
ーブルに格納しておき、他のサンプリング周期及び制御
対象のゲインにおけるフィードバックゲイン及びオブザ
ーバゲインを、テーブルの中の各ゲインに基づいて演算
する。これにより、フィードバックゲイン及びオブザー
バゲインの演算が簡単化され、所望の応答特性を速やか
に実現することが出来る。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] In a gain setting method for a digital servo control device equipped with an optimal regulator and an observer, the control target is a target whose transfer function is “G/S”. The feedback gain and observer gain of the optimal regulator for the gain are determined in advance and stored in a table, and the feedback gain and observer gain for other sampling periods and the gain of the controlled object are calculated based on each gain in the table. This simplifies calculation of the feedback gain and observer gain, and allows desired response characteristics to be quickly achieved.

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

本発明は、ディジタルサーボ制御装置のフィードバック
のゲイン及びその他のゲインを設定する方式、特に、直
流モータの様に操作量と制御量が2階の積分特性を有す
る対象を制御対象とし、目標値と制御量との差を零にす
る様に働く最適レギュレータと制御対象の内部状態を推
定するオブザーバを備えたディジタルサーボ制御装置の
ゲイン設定方式に関する。
The present invention provides a method for setting the feedback gain and other gains of a digital servo control device, and in particular, a method for setting the feedback gain and other gains of a digital servo control device. This invention relates to a gain setting method for a digital servo control device that is equipped with an optimal regulator that works to make the difference between the control amount and the control amount zero, and an observer that estimates the internal state of a controlled object.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

数値制御(NC)装置や産業用ロボット等では、それら
を構成するワークや各関節を動かす為に直流モータが用
いられている。即ち、直流モータに対して位置(回転角
)制御あるいは速度制御を行って所定目標位置あるいは
速度にワークや各関節を到達させている。
2. Description of the Related Art Numerical control (NC) devices, industrial robots, and the like use DC motors to move the workpieces and joints that constitute them. That is, position (rotation angle) control or speed control is performed on the DC motor to cause the workpiece or each joint to reach a predetermined target position or speed.

その場合、目標とする位置又は速度に直流モータを速や
かに且つ安定に到達させる為に、制御対象である直流モ
ータの出力をフィードバックして所望の目標値となる様
に制御するサーボ系が用いられているが、重力、摩擦、
その他の外乱に影響されずに安定で連応性の良いサーボ
系を構成する為には、サーボ系のフィードバックゲイン
及びその他のゲインを適切に設定することが必要である
In that case, in order for the DC motor to reach the target position or speed quickly and stably, a servo system is used that feeds back the output of the DC motor to be controlled so that it reaches the desired target value. However, gravity, friction,
In order to configure a servo system that is stable and has good coordination without being affected by other disturbances, it is necessary to appropriately set the feedback gain and other gains of the servo system.

従来、サーボ系のゲイン設定方式には明確な指針がなく
経験や勘に幀っていたが、最近はいわゆる現代制御理論
に基づいた制御系のゲイン設定方式、特に最適レギュレ
ータ理論による制御系のゲイン設定方式が注目されて来
た。以下、この最適レギュレータ理論によるゲイン設定
方法の概要について説明する。
In the past, gain setting methods for servo systems had no clear guidelines and relied on experience and intuition, but recently, gain setting methods for control systems based on so-called modern control theory, especially control system gains based on optimal regulator theory, have been introduced. The setting method has been attracting attention. An outline of the gain setting method based on this optimal regulator theory will be explained below.

制御対象を状態方程式で表現すると、次の(1)とよび
(2)式で表される。
When the controlled object is expressed by a state equation, it is expressed by the following equations (1) and (2).

Xft)=  [A C]  Xft)  +  Be
   u(t)      ・・・・旧”(1))’(
t)=CTXftl        ・・・・旧・・・
・・・・・(2)ここで、u (t) :制御対象の入
力、y (t) :制御対象の出力、X(t):制御対
象の内部状態ベクトルで、一般に1次ベクトルである。
Xft) = [A C] Xft) + Be
u(t) ... Old "(1))'(
t)=CTXftl...Old...
...(2) Here, u (t): input of the controlled object, y (t): output of the controlled object, X(t): internal state vector of the controlled object, which is generally a linear vector. .

[AC3:nxn行列、Bc :1次ベクトル、Can
次ベクトルである。又、“・”は微分記号、“T”は転
置記号である。なお、式記号において[コは行列を示し
、大文字はベクトルを示し、小文字はスカラ量を示すも
のとする。又、大文字のスカラ量は、その大文字に小文
字の“S”をサフィソクを付加して示されている。
[AC3: nxn matrix, Bc: linear vector, Can
is the next vector. Further, "." is a differential symbol, and "T" is a transposition symbol. In addition, in the formula symbol, [ ] indicates a matrix, an uppercase letter indicates a vector, and a lowercase letter indicates a scalar quantity. Further, the scalar quantity of an uppercase letter is indicated by adding a lowercase letter "S" to the uppercase letter.

(1)及び(2)式は連続の状態方程式であるが、ディ
ジタル制御では周MT、でサンプリングし、入力を零次
ホールド(サンプリング時の入力値をそのままホールド
)して、(1)及び(2)弐が離散時間化されるので、
次の(3)及び(4)式の様になる。
Equations (1) and (2) are continuous state equations, but in digital control, sampling is performed at the MT, and the input is zero-order held (the input value at the time of sampling is held as it is). 2) Since 2 is converted to discrete time,
It becomes as shown in the following equations (3) and (4).

X (i + l ) = [A] x(tl+B u
(il  −−−(3)y(1)=C’ X(i)  
       ・・・・・・・・・・・・・・・(4)
ここで、 またX (11は、iTs時刻でのX (il即ちX 
(iT、)であり、同様にu (’) s y blは
iT、時刻でのu (1) s Y mを示す。
X (i + l) = [A] x (tl+B u
(il ---(3)y(1)=C'X(i)
・・・・・・・・・・・・・・・(4)
Here, X (11 is X (il, that is, X
(iT,), and similarly, u (') s y bl indicates u (1) s Y m at iT, time.

(3)弐で表現される制御対象に対し、状態フィードパ
ツクを施し、 u fit = −K ” X (1)       
・・・・・・・・・・・・・・・(6)とすることで最
適レギュレータ(Optimal regulator
 )系が構成される。ここでKはフィードバックゲイン
で、n次ベクトルからなる。
(3) Apply state feed packing to the controlled object represented by 2, and obtain u fit = −K ”X (1)
By setting ・・・・・・・・・・・・・・・(6), the optimal regulator
) system is constructed. Here, K is a feedback gain, which is composed of an n-th order vector.

このフィードバックゲインには、次の(7)式で与えら
れる評価関数 [Q]:n、xn係数行列 Rs:lXl係数行列 即ち、係数スカシ を最小とする様なKで、次の(a)及び(9)式から求
められる。
This feedback gain has an evaluation function [Q] given by the following equation (7): n, xn coefficient matrix Rs: 1 It is obtained from equation (9).

K=  (Rs+B”   [P コ B)−B”  
 [P]   [A][P]  =  [Q]  + 
 [Aコ ’   [P]   [Aコ       
  (a)[A] ”  [P] B  (Rs +BT  [P] B)−BT  [P]  [A]評
価関数Jの第1項は、状態ベクトルX (+1の原点か
らのずれに対するペナルティを表し、第2項は、入力u
 fl)が大きくなることを防ぐ為のペナルティで、係
数[CB及びRsを設定すれば、(a)弐から最適レギ
ュレータのフィードバックゲインKが一義的に求められ
る。
K= (Rs+B" [P co B)-B"
[P] [A] [P] = [Q] +
[A co' [P] [A co
(a) [A] ” [P] B (Rs +BT [P] B) - BT [P] [A] The first term of the evaluation function J represents the penalty for the deviation from the origin of the state vector , the second term is the input u
If the coefficients [CB and Rs are set as a penalty to prevent fl) from becoming large, the feedback gain K of the optimal regulator can be uniquely determined from (a) 2.

以上の説明においては、状態ベクトルX fi)が観測
出来ることを前提としたが、実際の状態フィードバンク
制御においては、状態ベクトルX (ilの一部が観測
されるに過ぎないので、状態ベクトルの代りに状態ベク
トルX(1)を推定するオブザーバ(obserνer
)が用いられる。このオブザーバは、次の(9)式で表
現される。
In the above explanation, it is assumed that the state vector X fi) can be observed, but in actual state feedbank control, only a part of the state vector Instead, an observer (observer) that estimates the state vector X(1)
) is used. This observer is expressed by the following equation (9).

Z  (il1)  =  [A コ Z (11+ 
B  u (il   −(9a)il1))・・・ 
(9c) ここで、Z (1)は状態推定値、Fはオブザーバゲイ
ン、y (1)は出力推定値である。なお、(9b) 
 、  (9c)式は、1時刻で考えた、 と等価であるが、(9a)  、  (9b)  、 
 (9c)式の順に変数計算が可能となる様に、i+1
時刻で考えている。
Z (il1) = [A co Z (11+
B u (il - (9a) il1))...
(9c) Here, Z (1) is the state estimate, F is the observer gain, and y (1) is the output estimate. Furthermore, (9b)
, Equation (9c) is equivalent to when considered at one time, but (9a), (9b),
In order to be able to calculate variables in the order of equation (9c), i+1
I'm thinking in terms of time.

このオブザーバを用いて、 u fit = −K TZ (i)      ・・
・・・・αωとすることで最適レギュレータ系が構成さ
れる。
Using this observer, u fit = −K TZ (i) ・・
... An optimal regulator system is constructed by setting αω.

この(9)式のオブザーバゲインFは、次の00式で示
される前記(3)及び(4)式の双対な系Xd  (i
l1)  =  EAコ ”  Xdfll+CT u
  d(1)   ・・−αωに対して、状態フィード
バックゲインを求めるのと同じ手順で、次の(2)で与
えられる評価関数Jdを最小にするFとして求められる
The observer gain F in equation (9) is the dual system Xd (i
l1) = EA co” Xdflll+CT u
For d(1) . . . -αω, it is determined as F that minimizes the evaluation function Jd given by the following (2) using the same procedure as for determining the state feedback gain.

[Qd]  :nxn係数行列 Rds:lXl係数行列 即ち係数スカシこの評価関数
Jdの係数[Qd]及びRdsを設定すると、次のαり
式よりオブザーバゲインFが求められる。
[Qd]: nxn coefficient matrix Rds: lXl coefficient matrix That is, coefficient spacing When the coefficients [Qd] and Rds of this evaluation function Jd are set, the observer gain F is obtained from the following α equation.

F=  (Rds+C[Pdl  C’ )   C[
Pdl  [A、] ’[Pdl  = [Qd]  
+  [A]  [Pdl  [A] ”−[Aコ  
[Pdl  C’   ([Rdコ+C[Pdl  C
” l −’C[Pdl  [A] ”第9図は、この
様にして求められた最適レギュレータと、制御対象の内
部状態を推定するオブザーバを備えたディジタルサーボ
制御装置を示したものである。
F= (Rds+C[Pdl C') C[
Pdl [A,] '[Pdl = [Qd]
+ [A] [Pdl [A] ”-[A
[Pdl C' ([Rd+C[Pdl C
"l-'C[Pdl[A]" FIG. 9 shows a digital servo control device equipped with the optimal regulator obtained in this manner and an observer for estimating the internal state of the controlled object.

第9図において、20はディジタルサーボ制御装置で、
内部にフィードバックゲインKを有する最適レギュレー
タ21及びオブザーバ22を備えている。23は制御対
象で、入力u (11を受けて出力y(1)を発生する
In FIG. 9, 20 is a digital servo control device,
An optimal regulator 21 having a feedback gain K and an observer 22 are provided inside. 23 is a controlled object which receives input u (11) and generates output y(1).

オブザーバ22において、221はB演算部で、入力u
 (1)即ち最適レギュレータ21の出力にベクトルB
を乗算する。222はA演算部で、推定状態量Z (1
)に行列[A]を乗算する。223は加算器で、B演算
部221とA演算部222の演算出力を加算してZ (
i+1)を出力する(9a)式参照)。
In the observer 22, 221 is a B calculation unit, and input u
(1) That is, the vector B is applied to the output of the optimal regulator 21.
Multiply by 222 is an A calculation unit, which calculates the estimated state quantity Z (1
) is multiplied by matrix [A]. 223 is an adder which adds the calculation outputs of the B calculation unit 221 and the A calculation unit 222 and calculates Z (
i+1) (see equation (9a)).

224は遅延演算部で、加算器223より入力出力する
224 is a delay calculation unit which inputs and outputs from the adder 223.

225はcT演算部で遅延演算部224より入力された
Z(1)にベクトルcTを乗算して、CTZ(1)を算
出し、これを出力推定値y(1)として出力する( (
9b)式参照)。
225 is a cT calculation unit which multiplies Z(1) input from the delay calculation unit 224 by vector cT to calculate CTZ(1), and outputs this as an output estimated value y(1) (
9b)).

226は加算器で制御対象23の出力y(1)とcT演
算部225の出力y(1)の差を出力する。227はF
演算部で、加算器226の出力(y (11−y (1
))にオブザーバゲイン[F]を乗算する。228は加
算器で、遅延演算部224の出力Z (11とF演算部
227の出力F (>’(1)−y(i))を加算して
状態最適レギュレータ21に加える(9C)式参照)。
226 is an adder that outputs the difference between the output y(1) of the controlled object 23 and the output y(1) of the cT calculation unit 225. 227 is F
In the arithmetic unit, the output of the adder 226 (y (11-y (1
)) is multiplied by the observer gain [F]. 228 is an adder that adds the output Z (11) of the delay calculation section 224 and the output F (>'(1)-y(i)) of the F calculation section 227 and adds it to the state optimal regulator 21 (see formula (9C)) ).

最適レギュレータ21は、オブザーバ22より入力され
たZ (+1にフィードバックゲイン“−に″を乗算し
て、制御対象23に対する入力U(1)を生成する。
The optimal regulator 21 multiplies Z (+1) input from the observer 22 by a feedback gain "-" to generate an input U(1) to the controlled object 23.

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

従来の最適レギュレータの構成方法では、(7)及び叩
弐の係数[Q]  、Rs 、[Qdコ 、Rdsを与
えれば、(a)式及び0濁式より機械的にフィードバッ
クゲインK及びオブザーバゲインFを求めることが出来
た。
In the conventional configuration method of the optimal regulator, if (7) and the coefficients [Q], Rs, [Qdco, Rds are given, the feedback gain K and the observer gain can be mechanically calculated from the formula (a) and the zero-turbine formula. I was able to find F.

各ゲインK及びFを求める(a)式及び測成は行列式で
あるので、入手で解こうとすると多大の時間を要するこ
とから計算機を用いて解かれる。然しなから、計算機で
解く場合でも、一般に繰り返し計算が必要である為に、
人手の場合よりは悉かに速いものの、安価な計算機では
解くのにかなりの時間を必要とする。もし、速やかに解
く必要がある場合には、演算速度の速い高価な計算機を
用いることが必要である。
Since Equation (a) and measurement for determining each gain K and F are determinant equations, it would take a lot of time to solve them by hand, so they are solved using a computer. However, even when solving with a computer, it generally requires repeated calculations, so
Although it is faster than when done manually, it takes a considerable amount of time to solve on an inexpensive computer. If it is necessary to solve the problem quickly, it is necessary to use an expensive computer with high calculation speed.

又、実際のディジタルサーボ制御装置においては、制御
対象のゲインG、やサンプリング周MT3を変更した場
合には、その都度(a)式及びQ3)式を解き直すこと
が必要である。更に、制御系の特性を調べ、所望の応答
特性を実現する為に、評価関数J及びJ dの係数[Q
]  、Rs 、[Qd]  、Rdsを変更して各ゲ
インK及びFを調整する場合にも、その都度(a)式及
び01式を解き直すことが必要である。
Furthermore, in an actual digital servo control device, when the gain G of the controlled object or the sampling frequency MT3 is changed, it is necessary to re-solve equations (a) and Q3 each time. Furthermore, in order to investigate the characteristics of the control system and realize the desired response characteristics, the coefficients [Q
] , Rs , [Qd] , and Rds to adjust each gain K and F, it is necessary to resolve Equation (a) and Equation 01 each time.

この様なことから、従来の最適レギュレータのフィード
バックゲインK及びオブザーバゲインFの算出には、多
くの時間が掛るという問題があった。又、短時間で各ゲ
インを算出しようとすると高速演算用の高価な計算機を
必要とするという問題があった。
For this reason, there was a problem in that it took a lot of time to calculate the feedback gain K and observer gain F of the conventional optimal regulator. Furthermore, there is a problem in that an expensive computer for high-speed calculation is required if each gain is to be calculated in a short period of time.

本発明は、直流モータの様に操作量と制御量が2階の積
分特性を有する対象即ち伝達関数P fslがG、/S
”である対象を制御対象とし、最適レギュレータとオブ
ザーバを備えたディジタルサーボ制御装置のフィードバ
ックゲイン及びオブザーバゲインを簡単に演算すること
が出来る様に改良したディジタルサーボ制御装置のゲイ
ン設定方式を提供することを目的とする。
The present invention is applicable to an object such as a DC motor in which the manipulated variable and the controlled variable have second-order integral characteristics, that is, the transfer function P fsl is G, /S
To provide a gain setting method for a digital servo control device which is improved so that the feedback gain and observer gain of the digital servo control device equipped with an optimum regulator and an observer can be easily calculated, with the object being controlled as follows. With the goal.

〔問題点を解決する為の手段〕[Means for solving problems]

まず、本発明の原理を第2図〜第6図を参照して説明す
る。
First, the principle of the present invention will be explained with reference to FIGS. 2 to 6.

直流モータの様に操作量と制′4111ffiが2階の
積分特性を有する制御対象の伝達関数P (51は、次
の(141式で表わされる。
The transfer function P (51) of a controlled object in which the manipulated variable and the constraint 4111ffi have second-order integral characteristics like a DC motor is expressed by the following equation (141).

P(3)=G、/S”  、  G、ニゲイン −04
3いま、ゲインG、の時間の単位をサンプリング周期T
、とすれば、この単位でのゲインgは、次の0つ式で表
される。
P(3)=G,/S", G, Nigain -04
3 Now, the time unit of gain G is the sampling period T
, then the gain g in this unit is expressed by the following 0 equations.

g =Ts ” ×Gs          ・・・・
・・・・・αω最初にg=1の場合を考え、その場合の
制御対象の出力y (t)、その時間微分を状態変数X
2(t)及びx+(t)とし、更に、[Ac1を[Ac
1、BをB、、CTをCTとすると、前掲の(11及び
(2)式は、次の00及びa力試の様になる。
g=Ts”×Gs...
...αω First, consider the case where g = 1, and in that case, the output y (t) of the controlled object and its time derivative are expressed as the state variable
2(t) and x+(t), and furthermore, let [Ac1 be [Ac
1. If B is B and CT is CT, the above equations (11 and (2)) become as shown in the following 00 and a power test.

・・・・・・0[9 時間1でサンプリングするので、前掲の(3)及び(4
)式は、次の08)及び0ωになる。
・・・・・・0[9 Since sampling is done at time 1, the above (3) and (4)
) formula becomes the following 08) and 0ω.

・・・0匂 更に、定常偏差をなくす為に積分器を付加するものとす
ると、αω式は次のI20)式になる。
...If an integrator is added to eliminate the steady-state deviation, the αω equation becomes the following I20) equation.

・・・(2II) ここで なお、本発明においては、この様な積分器を設けること
を必須の要件とするものではない。
(2II) Here, in the present invention, it is not an essential requirement to provide such an integrator.

次に、(7)式の評価関数Jの[Q 3及びR3を設定
すれば、各[Q]及びRsに対応するフィードバックゲ
インには、(a)式を解くことにより求められる。最適
のフィードバックゲインKを選出する為の[Q]及びR
sの設定の仕方は種々あるが、例えば[Q]を次の(2
1)式に示す値、即ち、に固定し、Rsを種々に変化さ
せて(a)式を解く様にすればそれぞれの場合のフィー
ドバックゲインKを容易に求めることが出来る。
Next, if [Q 3 and R3 of the evaluation function J in equation (7) are set, the feedback gain corresponding to each [Q] and Rs can be found by solving equation (a). [Q] and R for selecting the optimal feedback gain K
There are various ways to set s, but for example, set [Q] to the following (2
By fixing the value shown in equation 1), that is, and solving equation (a) by varying Rs, the feedback gain K in each case can be easily obtained.

第2図は、この固定[Q]に対してRsを種々に変化さ
せた場合の各フィードバックゲインK(k+  、に2
  、に3)をテーブルにして示したものである。
Figure 2 shows each feedback gain K (k+, 2
, and 3) are shown in a table.

同様に、叩弐の評価関数Jdの[Qdl及びRdsを設
定すれば、各[Qdl及びRdsに対応するオブザーバ
ゲインFは、αω式を解くことにより求められる。
Similarly, if [Qdl and Rds of the evaluation function Jd of the hit two are set, the observer gain F corresponding to each [Qdl and Rds can be obtained by solving the αω equation.

この場合も[Qdlを次の(22)式に示す値、即ち、 に固定し、Rdsを種々に変化させて(131式を解(
ことにより、それぞれの場合のオブザーバゲインFを容
易に求めることが出来る。第3図は、この固定[Qdl
に対してRsを変化させた場合の各オブザーバゲインF
(El、[2)をテーブルにして示したものである。
In this case as well, [Qdl is fixed at the value shown in the following equation (22), that is, by varying Rds (to solve equation 131 (
By doing so, the observer gain F in each case can be easily determined. Figure 3 shows this fixed [Qdl
Each observer gain F when changing Rs with respect to
(El, [2) is shown in a table.

この様にして求めされた各フィードバンクゲイン及びオ
ブザーバゲインのテーブル中からそれぞれ1組づつのフ
ィードバックゲインおよびオブザバケインを選出して、
それぞれの場合の応答特性を観測し、所望の応答特性に
適合するフィードバックゲイン及びオブザーバゲインを
設定する。
Select one set of feedback gain and observer gain from each feed bank gain and observer gain table obtained in this way,
The response characteristics in each case are observed, and the feedback gain and observer gain are set to match the desired response characteristics.

第4図は、この様にして求められたフィードバッグゲイ
ンK及びオブザーバゲインFを用いたディジタルサーボ
制御装置の構成をブロック図で示したものである。又、
第4図の制jl1式は、次の(23)式に示すものとな
る。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a digital servo control device using the feedback gain K and observer gain F obtained in this manner. or,
The constraint jl1 equation in FIG. 4 is shown in the following equation (23).

e (1) = y (1) −r (i)     
 −・−・・・・・(23a)w(1)=w (i −
1) + e(1)   −−−−(23c)Z (i
 + 1) = [A] Z(1)+Bufil  +
+ (23e)ここで、K1□はKの第1.第2要素に
、、k。
e (1) = y (1) −r (i)
−・−・・・・・・(23a) w(1)=w (i −
1) + e(1) -----(23c)Z (i
+ 1) = [A] Z (1) + Bufil +
+ (23e) Here, K1□ is the first . In the second element, ,k.

目標値、e (1)は誤差、w (りは積分量である。The target value, e (1) is the error, and w is the integral amount.

なお、価であるが、(23a)〜(23f)の順に変数
計算が可能となるようにi+1時刻で考えている。
In addition, regarding the value, time i+1 is considered so that variable calculations can be performed in the order of (23a) to (23f).

第4図において、10はディジタルサーボ制御°装置で
、内部に最適レギュレータ11、オブザーバ12、加算
器141及び積分器142を備えている。
In FIG. 4, reference numeral 10 denotes a digital servo control device, which includes an optimal regulator 11, an observer 12, an adder 141, and an integrator 142.

15は制御対象で、ゲインが1の伝達関数(1/S2)
で表現される特性を有し、操作量の(入力)u(1)を
受けて制御量(出力)y(i)を発生する。
15 is the controlled object, a transfer function with a gain of 1 (1/S2)
It has a characteristic expressed by , and receives a manipulated variable (input) u(1) and generates a controlled variable (output) y(i).

制御対象15において、151はサンプリング点の値を
そのまま保持するθ次ホールド回路、152は制御対象
15の伝達関数を指示する特性指示部、153は単位時
間1でサンプリングを行うサンプラである。
In the controlled object 15, 151 is a θ-order hold circuit that holds the value of the sampling point as it is, 152 is a characteristic instruction section that indicates the transfer function of the controlled object 15, and 153 is a sampler that performs sampling in unit time 1.

ディジタルサーボ制御装置10において、加算器141
は、目標値r (ilと出力y fi)の誤差e(1)
を発生する( (23a)式参照)。
In the digital servo control device 10, the adder 141
is the error e(1) of the target value r (il and output y fi)
is generated (see equation (23a)).

積分器142は、誤差e (i)に1サンプル周期前の
積分値W (i−1)を加えた積分出力w(1)を発生
して最適レギュレータ11に加える( (23c)式オ
ブザーバ12において、121はB演算部で、入力u 
(1)即ち最適レギュレータ11の出力にベクトルBを
乗算する。122はA演算部で、状態推定値Z(1)に
行列[A]を乗算する。123は加算器で、B演算部1
21とA演算部122の演算出力を加算してZ (i+
1)を出力する( (23e)式124は遅延演算部で
、加算器123より入力されたz (i+1)を単位時
間“1”だけ遅延させてZ (i)を出力する。125
はC7演算部で、遅延演算部124より入力されたZ(
i+1)にべこれを推定出力y (i+1)として出力
する((23f)式参照)。
The integrator 142 generates an integral output w(1), which is the error e(i) plus the integral value W(i-1) of one sample period before, and applies it to the optimal regulator 11 (in the observer 12 using equation (23c)) , 121 is a B calculation unit, and input u
(1) That is, the output of the optimal regulator 11 is multiplied by the vector B. 122 is an A calculation unit that multiplies the estimated state value Z(1) by the matrix [A]. 123 is an adder, and B calculation unit 1
21 and the calculation output of the A calculation unit 122, Z (i+
1) ((23e) Equation 124 is a delay calculation unit that delays z (i+1) input from the adder 123 by unit time "1" and outputs Z (i).125
is the C7 calculation unit, which calculates Z(
i+1), this is output as the estimated output y(i+1) (see equation (23f)).

126は加算器で、cT演算部125から入力されたy
(11と加算器141から入力されたe (1)の差を
出力する。127はF演算部で、加算器126から入力
された( e (i) −y (則にオブザーバゲイン
Fを乗算する。128は加算器で、遅延演算部124か
ら入力されたZ (i−1)とF演算部へ    △ 
   2 てZ (1)−Z (11+ F (e (1) −y
 (旧を出力し、最適レギュレータ11に加える( (
23b)式参照)。
126 is an adder, and y inputted from the cT calculation unit 125
(11) and e (1) input from the adder 141. 127 is an F calculation unit, which multiplies the observer gain F by the rule (e (i) - y () input from the adder 126). .128 is an adder, which inputs Z (i-1) inputted from the delay calculation unit 124 and the F calculation unit △
2 teZ (1)-Z (11+ F (e (1) -y
(Output the old and add it to the optimal regulator 11 ( (
23b)).

最適レギュレータ11において、111はに3演算部で
、積分器142より入力されたw(41ににバ12より
入力されたZ(1)にに+zを乗算する。
In the optimal regulator 11, 111 is a three-calculation unit that multiplies Z(1) input from the integrator 142 by +z.

算部112からの各入力の負値を加算して入力U5に入
力する( (23d)式参照)。
The negative values of each input from the calculator 112 are added and input to the input U5 (see equation (23d)).

以上は、制御対象の伝達関数のゲインが′1”で、サン
プリング周期T、が単位時間“1″であるとした場合の
ディジタルサーボ制御装置の構成法を説明したものであ
るが、次に、この構成法を基にして、伝達関数のゲイン
がg(≠1)で、サンプリング周期でT、(≠1)であ
る場合のディジタルサーボ制御装置の構成法を第5図及
び第6図を参照して説明する。
The above describes how to configure a digital servo control device when the gain of the transfer function of the controlled object is ``1'' and the sampling period T is ``1'' per unit time.Next, Based on this configuration method, see Figures 5 and 6 for a configuration method of a digital servo control device when the gain of the transfer function is g (≠1) and the sampling period is T, (≠1). and explain.

第5図(A)は、第4図を単に書き換えたものである。FIG. 5(A) is simply a rewrite of FIG. 4.

第5図(A)の制御対象15中に、第5図(B)に示す
様に1 / g演算部154を付加すると共に特性指示
部152Aの伝達関数をg / s ”とすれば、第5
図(A)及び(B)は等価で、制御対象15の伝達関数
は1/S2である。
If a 1/g calculating section 154 is added to the controlled object 15 in FIG. 5(A) as shown in FIG. 5(B), and the transfer function of the characteristic indicating section 152A is set as "g/s", then 5
Figures (A) and (B) are equivalent, and the transfer function of the controlled object 15 is 1/S2.

第5図(B)において、制御対象15中にある1/g演
算部154をディジタルサーボ制御装置10側に移して
公知のブロック変換法により等価変換すると、第6図(
A)の構成のディジタルサーボ制御系が得られる。
In FIG. 5(B), if the 1/g calculation unit 154 in the controlled object 15 is moved to the digital servo control device 10 side and equivalently converted using a known block conversion method, the result is as shown in FIG. 6(B).
A digital servo control system having the configuration of A) is obtained.

このディジタルサーボ制御系においては、制御対象15
の伝達関数はg/ SZである。その最適レギュレータ
IIAのフィードバックゲインは、第5図(A)即ち第
4図のフィードバックゲイン又、最適レギュレータII
Aの出力側からオブザーバエ2にフィードされる経路に
は、gを乗算するg演算部143が挿入される。このg
演算部143をオブザーバゲインのB演算部121に組
み入れると、第6図(B)に示す様に等価変換される。
In this digital servo control system, the controlled object 15
The transfer function of is g/SZ. The feedback gain of the optimal regulator IIA is the feedback gain of FIG. 5(A), that is, the feedback gain of FIG.
A g calculation unit 143 that multiplies g is inserted in the path that is fed from the output side of A to the observer 2. This g
When the calculation unit 143 is incorporated into the observer gain B calculation unit 121, equivalent conversion is performed as shown in FIG. 6(B).

以上のことから、g=Ts G*  (α勺式参照)で
あるので、一般にサンプリング周期がT、で伝達関数G
 s / S ”を有する制御対象に対するディジタル
サーボ制御系は、第4図に示すゲインが“1”であるデ
ィジタルサーボ制御装置における最適レギュレータのフ
ィードバックゲインをl/T、G。
From the above, since g=Ts G* (see the α expression), generally the sampling period is T and the transfer function G
In a digital servo control system for a controlled object having a gain of "1" as shown in FIG. 4, the optimal regulator feedback gain is l/T,G.

倍し、オブザーバのオブザーバゲインは同じ値のものを
用い、そのB演算部の乗数BをT、G、倍以上の所論は
、更に次の様に一般化される。
The argument that the observer gains of the observers are the same and the multiplier B of the B calculation unit is T, G, or more can be further generalized as follows.

■ ディジタルサーボ制御装置のサンプリング周MTl
がTSOで、制御対象のゲインG8がGsoのときの最
適レギュレータのフィードバックゲインに0及びオブザ
ーバのゲインFoを前もって求めておく。
■ Sampling frequency MTl of digital servo control device
is TSO, and when the gain G8 of the controlled object is Gso, the optimal regulator feedback gain 0 and the observer gain Fo are determined in advance.

■ そのとき、サンプリング周期T、がTslで、制御
対象のゲインGがGtIの場合の最適レギュレータのフ
ィードバンクゲインをに1 とし、オブザーバゲインを
Flとすると、 F+=F。
■ At that time, when the sampling period T is Tsl and the gain G of the controlled object is GtI, the feed bank gain of the optimal regulator is 1, and the observer gain is Fl, then F+=F.

でそれぞれ求められる。are required respectively.

本発明は、この様な原理に基づいてディジタルサーボ制
御装置の最適レギュレータのフィードバックゲイン及び
オブザーバゲインを設定する様にしたものである。以下
、本発明の構成を第1図を参照して説明する。第1図は
、本発明の基本構成をブロック図で示したものである。
The present invention is designed to set the optimal regulator feedback gain and observer gain of a digital servo control device based on such a principle. Hereinafter, the configuration of the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention.

第1図において、10はディジタルサーボ制御装置で、
内部に最適レギュレータ11、オブザーバ12、ゲイン
設定装置13を備えている。
In FIG. 1, 10 is a digital servo control device,
An optimal regulator 11, an observer 12, and a gain setting device 13 are provided inside.

rは目標イ直である。r is the target i.

15は制御対象で、操作量(入力)Uに対して制御量(
出力)yが2階の積分特性、即ち伝達関数P CりがP
(S)=G、/S”  (G、は伝達関数のゲイン)で
表現される特性を備えている。
Reference numeral 15 denotes a controlled object, in which the control amount (
Output) y is the second-order integral characteristic, that is, the transfer function P
(S)=G,/S” (G is the gain of the transfer function).

最適レギュレータ11は、目標値rと制御量の差eを零
にする様に働く。オブザーバ12は、制御対象15の内
部状態を推定する。
The optimal regulator 11 works to make the difference e between the target value r and the controlled amount zero. The observer 12 estimates the internal state of the controlled object 15.

ゲイン設定装置13において、131はフィードバック
ゲインテーブルで、ディジタルサーボ制御装置10のサ
ンプリング周期TsがTtoで、制御対象15のゲイン
G、がGsOのときの最適レギュレータ11のフィード
バックゲインKoが少くとも1組格納されている。
In the gain setting device 13, 131 is a feedback gain table, in which at least one set of feedback gains Ko of the optimal regulator 11 is set when the sampling period Ts of the digital servo control device 10 is Tto and the gain G of the controlled object 15 is GsO. Stored.

132はオブザーバゲインテーブルで、ディジタルサー
ボ制御装置10のサンプリング周期がTsoで、制御対
象15のゲインがG g Qのときρオブザーバ12の
オブザーバゲインF。が少<t、IIJ1格納されてい
る。
Reference numeral 132 is an observer gain table, which indicates the observer gain F of the ρ observer 12 when the sampling period of the digital servo control device 10 is Tso and the gain of the controlled object 15 is G g Q. is small < t, IIJ1 is stored.

133はゲイン設定部で、ディジタルサーボ制御装置1
0のサンプリング周期がT□で、制御対象15のゲイン
がGilであるときの最適レギュレータ11のフィード
バックゲインに、及びオブザーバゲインF1を、フィー
ドバックゲインテーブル131及びオブザーバゲインテ
ーブル132の各ゲインK。及びFoに基づいて演算し
、最適レギュレータ1■及びオブザーバ12に設定する
133 is a gain setting section, which is connected to the digital servo control device 1;
The feedback gain of the optimal regulator 11 and the observer gain F1 when the sampling period of 0 is T□ and the gain of the controlled object 15 is Gil, and each gain K of the feedback gain table 131 and the observer gain table 132. and Fo, and set the optimum regulator 1 and observer 12.

なお、ゲイン設定装置13の一部又は全体をディジタル
サーボ制御装置10の外部に設ける様にしてもよい。
Note that part or all of the gain setting device 13 may be provided outside the digital servo control device 10.

〔作 用〕[For production]

ディジタルサーボ制御装置10のサンプリング周期T、
がTs+であり、制御対象15の伝達関数のゲインG、
がG□であるとき、ゲイン設定部133は、フィードバ
ックゲインテーブル131に格納されているフィードバ
ックゲインに0に基づいて最適レギュレータ11のフィ
ードハックゲインKIを、次の式から演算する。
The sampling period T of the digital servo control device 10,
is Ts+, and the gain G of the transfer function of the controlled object 15 is
is G□, the gain setting unit 133 calculates the feed hack gain KI of the optimal regulator 11 from the following equation based on the feedback gain stored in the feedback gain table 131 as 0.

又、ゲイン設定部133は、オブザーバゲインテーブル
132に格納されているオブザーバゲインFoを、サン
プリング周期T、がTitで伝達関数のゲインG、がG
ilである場合のオブザーバゲインF1として設定する
Further, the gain setting unit 133 sets the observer gain Fo stored in the observer gain table 132 when the sampling period T is Tit and the gain G of the transfer function is G.
Set as the observer gain F1 when il.

フィードバックゲインテーブル131に複数組のフィー
ドバックゲインに01〜KO,、が格納されており、オ
ブザーバゲインテーブル132に複数のオブザーバゲイ
ンFl〜FOnが格納されている場合は、フィードバッ
クゲインテーブル中から選択された1組のフィードバッ
クゲインに、Hについて、削代によってフィードバック
ゲインGliを演算する。又、オブザーバゲインテーブ
ル132中のフィードバックゲインG。iに対応するオ
ブザーバゲインFOiが、オブザーバゲインF。、とし
て設定される。
If the feedback gain table 131 stores a plurality of sets of feedback gains, 01 to KO, and the observer gain table 132 stores a plurality of observer gains Fl to FOn, then the For one set of feedback gains, a feedback gain Gli is calculated for H using the machining allowance. Also, the feedback gain G in the observer gain table 132. Observer gain FOi corresponding to i is observer gain F. , is set as .

この様にして設定された各フィードバックゲイン及びオ
ブザーバゲイン(K(11、Fo+ ; Koz、Fo
2+〜;KIll、、、Fo、、)についてディジタル
サーボ制御系の応答特性を観測し、所望の応答特性の得
られるフィードバンクゲイン及びオブザーバゲインを選
出する。
Each feedback gain and observer gain (K(11, Fo+; Koz, Fo
2+~;KIll, , Fo, , ), the response characteristics of the digital servo control system are observed, and the feed bank gain and observer gain that provide the desired response characteristics are selected.

以上の様にすることにより、任意のサンプリング周期T
sI及び制御対象のゲインaSIに対するフィードバン
クゲイン及びオブザーバゲインを節単に算出し、所望の
応答特性を持ったディジタルサーボ制御系を容易に実現
することが出来る。
By doing the above, any sampling period T
It is possible to simply calculate the feed bank gain and observer gain for sI and the gain aSI of the controlled object, and easily realize a digital servo control system having desired response characteristics.

〔第1の実施例〕 本発明の第1の実施例を、第7図を参照して説明する。[First embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第7図は、本発明の第1の実施例の構成をブロック図で
示したものである。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention.

第1の実施例は、先に第4図〜第6図で説明したディジ
タルサーボ制御装置のゲイン設定方式を具体化したもの
である。
The first embodiment embodies the gain setting method of the digital servo control device described above with reference to FIGS. 4 to 6.

第7図において、ディジタルサーボ制iB 装置10、
最適レギュレータ11、オブザーバ12、ゲイン設定装
置13、フィードバンクゲインテーブル131、オブザ
ーバゲインテーブル132、ゲイン設定部133、制御
対象15については、第1図及び第4図で説明した通り
である。
In FIG. 7, a digital servo control iB device 10,
The optimal regulator 11, observer 12, gain setting device 13, feed bank gain table 131, observer gain table 132, gain setting section 133, and controlled object 15 are as described in FIGS. 1 and 4.

ゲイン設定装置13は、内部に第2図及び第3図に示す
様なフィードバックゲインK及びオブザーバゲインFの
テーブル131及び132を備えている。ゲイン設定部
133は、フィードバックゲイン演算回路134を備え
ている。
The gain setting device 13 is internally equipped with tables 131 and 132 for feedback gain K and observer gain F as shown in FIGS. 2 and 3. The gain setting section 133 includes a feedback gain calculation circuit 134.

いま、サンプリング周期TI、制御対象15のゲインG
1、最適レギュレータ11の評価関数Jの係数Rs((
7)式参照、Qは固定)、オブザーバ12の評価関数J
dの係数Rds  ((2)式参照、Qdは固定)が与
えられると、ゲイン設定部133は、係数Rからフィー
ドバックゲインテーブル131中のフィードバックゲイ
ンKを表引きする。
Now, the sampling period TI, the gain G of the controlled object 15
1. Coefficient Rs ((
7) Refer to formula, Q is fixed), evaluation function J of observer 12
When the coefficient Rds of d (see equation (2), Qd is fixed) is given, the gain setting unit 133 looks up the feedback gain K in the feedback gain table 131 from the coefficient R.

次いで、フィードバックゲイン演算回路134により、
最適レギュレータ11のフィードバックゲ又、ゲイン設
定部133は、係数RdからオブザーバゲインFを表引
きし、このFをオブザーバ12のオブザーバゲインFと
する。
Next, the feedback gain calculation circuit 134 calculates
The feedback gain setting unit 133 of the optimal regulator 11 looks up the observer gain F from the coefficient Rd, and sets this F as the observer gain F of the observer 12.

即ち、従来のゲイン設定方式の様に複雑で時間の掛る(
a)式及び03)弐を解く必要はなく、次の(24)弐
に示す簡単な演算により直ちにフィードバックゲイン及
びオブザーバゲインを設定することが出来る。
In other words, it is complicated and time-consuming like the conventional gain setting method (
There is no need to solve equations a) and 03) 2, and the feedback gain and observer gain can be immediately set by the simple calculation shown in (24) 2 below.

F=F 又、このときのディジタルサーボ制御装置10の制御式
は、前述の(23)式及び第4図〜第6図で説明した事
項に基づいて、次の(25)式で表現される。
F=F Also, the control equation for the digital servo control device 10 at this time is expressed by the following equation (25) based on the above equation (23) and the matters explained in FIGS. 4 to 6. .

e (1)= )’ (il −r (1)     
    =−−−−−・・(25a)Zfl)= Z(
i)+ F  (e(1)−)’(i))  −−−−
(256)w(1)=w(i−1)+e(11・・・・
・・・・・ (25c)ufll=−に、z  IZ(
+l]  −に、  w(j)  −(25d)B u
 (i)      −−(25e)八     ゞ なお、(25f)式は、1時刻で考えたy(+1−cT
Z (11と等価であるが、(25a) 〜(25f)
の順に変数計算が可能となるように、i+1時刻で考え
ている。
e (1)= )' (il −r (1)
=------...(25a)Zfl)=Z(
i) + F (e(1)-)'(i)) -----
(256)w(1)=w(i-1)+e(11...
... (25c) ufll=-, z IZ(
+l] −, w(j) −(25d)B u
(i) --(25e)8 Equation (25f) is y(+1-cT
Z (equivalent to 11, but (25a) ~ (25f)
The time i+1 is considered so that the variables can be calculated in the order of .

第7図は、この(25)式で表現されるディジタルサー
ボ制御系を具体化したものである。その構成は第4図の
構成と共通するので、同じ構成部分には同じ符号を付し
、対応する構成部分には数字符号の後にサフィックスA
を付して説明する。
FIG. 7 shows a concrete example of the digital servo control system expressed by equation (25). Since its configuration is the same as that shown in Figure 4, the same components are given the same reference numerals, and corresponding components have the suffix A after the numerical code.
I will explain it by attaching it.

制御対象15は、ゲインGsの伝達関数(Gs/S2)
で表現される特性を有し、操作量(入力)u (1)を
受けて制御N(出力)y(1)を発生する。151はO
次ホールド回路、152Aは制御対象15の伝達関数を
指示する特性指示部、153Aは周期T、でサンプリン
グを行うサンプラである。
The controlled object 15 is a transfer function of gain Gs (Gs/S2)
It has the characteristics expressed as , and generates the control N (output) y (1) in response to the manipulated variable (input) u (1). 151 is O
The next hold circuit, 152A, is a characteristic instruction unit that indicates the transfer function of the controlled object 15, and 153A is a sampler that performs sampling at a period T.

ディジタルサーボ制御装置工0において、加算器141
は、目標値r (1)と出力)F (ilの誤差e(1
)を発生する( (25a)式参照)。
In the digital servo control device 0, the adder 141
is the error e(1) between the target value r(1) and the output)F(il
) is generated (see equation (25a)).

積分器142は、誤差e (11に1サンプル周期前の
積分値W (i−1)を加えた積分出力W(1)を発生
して最適レギュレータ11に加える( (25c)式2
.1Aは、入力u (i)即ち最適レギュレータ11の
演算部122は、推定状態量[Z (11Fに行列[A
](il1)を出力する((25e)式参照)。
The integrator 142 generates an integral output W(1) obtained by adding the integral value W (i-1) of one sample period before to the error e (11) and adds it to the optimal regulator 11 ((25c) Equation 2
.. 1A, the input u (i), that is, the calculation unit 122 of the optimal regulator 11 inputs the estimated state quantity [Z (11F has a matrix [A
](il1) (see equation (25e)).

遅延演算部124は、加算器123からの入力されたz
 (il1)を1サンプリング周期だけ遅延させてZ 
(i)を出力する。CT演算部125は、遅延演算部1
24より入力されたZ (i)にベクトルを出力推定値
y (++1)として出力する((25f)式参照)。
The delay calculation unit 124 receives the input z from the adder 123.
(il1) by one sampling period and Z
Output (i). The CT calculation unit 125 includes the delay calculation unit 1
The vector is output to Z (i) input from 24 as the output estimated value y (++1) (see equation (25f)).

加算器126は、CT演算部125から入力されたy(
1)と加算器141から入力されたe filO差を出
力する。F演算部127Aは、加算器126から入力さ
れた( e (i) −Y (11)にオブザーバゲイ
ンFを乗算する。加算器128は、遅延演算部124か
ら入力されたZ (i−1)と演算部127最適レギユ
レータ11に加える( (25b)式参照)。
The adder 126 receives y(
1) and the e_filO input from the adder 141. The F calculation section 127A multiplies (e (i) - Y (11) input from the adder 126 by the observer gain F. The adder 128 multiplies Z (i-1) input from the delay calculation section 124. is added to the calculation unit 127 and the optimal regulator 11 (see equation (25b)).

最適レギュレータ11において、k3演算部111Aは
、積分器142より入力されたw (11にに、を乗算
する。Kl!演算部112Aは、オブザーバより入力さ
れたZ (1)にKI!を乗算する。加算器113は、
k、演算部111A及びKI2演算部112Aからの各
入力の負値を加算して入力u (1) =K + t 
Z (i)  k 3 W (1)を生成し、制御対象
15に入力する( (25d)式参照)。
In the optimal regulator 11, the k3 calculation unit 111A multiplies w (11) input from the integrator 142 by . The Kl! calculation unit 112A multiplies Z (1) input from the observer by KI! .The adder 113 is
k, the negative values of each input from the arithmetic unit 111A and the KI2 arithmetic unit 112A are added to obtain an input u (1) = K + t
Z (i) k 3 W (1) is generated and input to the controlled object 15 (see equation (25d)).

以上の様にして、与えられた各評価関数J及びJdの係
数Rs及びRdsに対応する最適レギュレータのフィー
ドバックゲインK及びオブザーバゲインFを簡単な演算
により直ちに求めることが出来る。係数Rs及びRds
を変化させてそれに対応するフィードバックゲインK及
びオブザーバゲインFを求め、それぞれの場合の制御系
の応答特性を観測して、所望の応答特性に合致するフィ
ードバックゲインK及びオブザーバゲインFを選出する
As described above, the feedback gain K and observer gain F of the optimal regulator corresponding to the coefficients Rs and Rds of the given evaluation functions J and Jd can be immediately obtained by simple calculation. Coefficients Rs and Rds
is changed to find the corresponding feedback gain K and observer gain F, the response characteristics of the control system in each case are observed, and the feedback gain K and observer gain F that match the desired response characteristics are selected.

〔第2の実施例〕 第2の実施例は、第1の実施例のオブザーバの構成を簡
単化すると共に、関数発生器により制御量(出力)y(
1)の目標軌道とその2階微分である加速度a (11
を発生させ、この加速度a (りによる〕によるフィー
ドフォワード環Ts Gs a(i)を付加して制御系
の応答特性を改善したものである。
[Second Embodiment] The second embodiment simplifies the configuration of the observer in the first embodiment, and also uses a function generator to generate the control amount (output) y(
1) target trajectory and its second derivative acceleration a (11
The response characteristics of the control system are improved by adding a feedforward ring Ts Gs a(i) based on this acceleration a (due to R).

第1の実施例の制御式である(25)式の[A] 。[A] in equation (25), which is the control equation of the first embodiment.

と、次のく26)式で表現される制御式が得られる。Then, the control equation expressed by the following equation (26) is obtained.

e (1)= y (1) −r (i)      
−・・・(26a)z(1)= [Ar1 Z (i−
1)+i3 f u (i −1) +F e(11・
・・(26b)  (26)w(i)= w (i −
1) +(1)     −(26c)u(i)=  
 K+zZ(il  ks  w(i)  −−(26
d)なお、(26b)式は、i+1時刻で考えたZ(i
+1)= [Ar1 Z(ll+B f u(i)+F
e (i +l)と等価であるが、(26a)〜(26
d)の順に変数計算が可能となるように、1時刻で考え
ている。
e (1)= y (1) −r (i)
−...(26a)z(1)=[Ar1 Z (i−
1)+i3 f u (i −1) +F e(11・
...(26b) (26)w(i)=w(i-
1) +(1) −(26c)u(i)=
K+zZ(il ks w(i) --(26
d) Furthermore, equation (26b) is calculated as Z(i
+1)=[Ar1 Z(ll+B f u(i)+F
e (i + l), but (26a) to (26
We are considering one time so that the variables can be calculated in the order of d).

ここで である。here It is.

第8図は、この(26)及び(27)式で表現されるデ
ィジタルサーボ制御系を具体化したものである。
FIG. 8 shows a concrete example of the digital servo control system expressed by equations (26) and (27).

その構成中で第1の実施例と同じ構成部分には同じ符号
を付し、対応する構成部分には数字符号の後にサフィッ
クスBを付して説明する。
In the configuration, the same components as in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and corresponding components are described with a suffix B added after the numerical symbol.

第8図において、ディジタルサーボ制御装置101最適
レギユレータ11、k3演算部111A、Lx演算部1
12A、加算器113、ゲイン設定装置13、フィード
バックゲインテーブル131、オブザーバゲインテーブ
ル132、フィードバックゲイン演算回路134、加算
器141、積分器142、制御対象15.0次ホールド
回路151、特性指示部152A、サンプラ153Aは
、第7図に示した第1の実施例の構成と共通する。
In FIG. 8, a digital servo control device 101, an optimal regulator 11, a k3 calculation unit 111A, an Lx calculation unit 1
12A, adder 113, gain setting device 13, feedback gain table 131, observer gain table 132, feedback gain calculation circuit 134, adder 141, integrator 142, controlled object 15.0-order hold circuit 151, characteristic instruction section 152A, The sampler 153A has a configuration common to that of the first embodiment shown in FIG.

ゲイン設定装置13のゲイン設定部133Bににおいて
、フィードバックゲイン演算回路134算する((27
a)式参照)、135はAtBt演算回路で、オブザー
バゲインテーブル132から読み出したFのf、及びf
z  ((27b)式参照)より、(27c)及び(2
7d)式に示す[、+l]及びBfを算出する。
In the gain setting unit 133B of the gain setting device 13, the feedback gain calculation circuit 134 calculates ((27
a)), 135 is an AtBt arithmetic circuit, and f of F read out from the observer gain table 132, and f
z (see formula (27b)), (27c) and (2
7d) Calculate [, +l] and Bf shown in the formula.

ディジタルサーボ制御装置10において、144は関数
発生器で、制御対象15を操作する目標軌道r (i)
及びこのr (1)の2階微分である加速度a(i)を
発生する。145はフィードフォワード部で、関数発生
器144より入力された加速度a(1)にT2C,を乗
算する。146は加算器で、最適レギュレータ11より
入力されたu(1)とフィードフォワード部より入力さ
れたTs Gi  −a (1)を加算して、制御対象
15に入力する。
In the digital servo control device 10, 144 is a function generator that generates a target trajectory r(i) for operating the controlled object 15.
And an acceleration a(i) which is the second derivative of this r (1) is generated. 145 is a feedforward unit which multiplies the acceleration a(1) inputted from the function generator 144 by T2C. 146 is an adder that adds u(1) inputted from the optimal regulator 11 and Ts Gi −a (1) inputted from the feedforward section, and inputs the result to the controlled object 15.

オブザーバ121Bにおいて、12BはBf演算部で、
最適レギュレータ11の出力u(1)にA。
In the observer 121B, 12B is a Bf calculation unit,
A to the output u(1) of the optimal regulator 11.

B、演算回路135よりセントされたベクトルB、を乗
算するeAf演算部122Bは、状態推定値Z (i)
にAfBf演算回路135よりセットされた行列[At
コを乗算する。加算器123は、B、演算部121とA
t演算部122Bの演算出力を加算してz(i+1)を
出力する。
The eAf calculation unit 122B, which multiplies the vector B sent by the calculation circuit 135, calculates the estimated state value Z (i)
The matrix [At
Multiply by The adder 123 includes B, arithmetic unit 121 and A.
The calculation outputs of the t calculation unit 122B are added to output z(i+1).

遅延演算部124は、加算器123からの入力”z(i
+1)を1サンプリング周期だけ遅延させる。F演算部
127Bは、加算器141から入力されたe(11(=
 )’fl) −r(i)、(26a)式参照)にオブ
ザーバゲインFを乗算する。加算器128は、遅延演算
部124及びF演算部127Bからの入力を加算してZ
(il= [At ] Z (+  1)+3゜u (
t  1) +Fe(1)を出力し、最適レギュレータ
11に加える( (26b)式参照)。
The delay calculation unit 124 receives the input “z(i
+1) by one sampling period. The F calculation unit 127B receives e(11(=
)'fl) -r(i), see equation (26a)) is multiplied by the observer gain F. The adder 128 adds the inputs from the delay calculation unit 124 and the F calculation unit 127B to calculate Z.
(il= [At] Z (+ 1) + 3゜u (
t1) +Fe(1) is output and added to the optimal regulator 11 (see equation (26b)).

積分器142は、加算器141から入力された誤差e 
(itに1サンプリング周期前の積分値w(i−1)を
加えた積分出力w (1)を発生して最適レギュレータ
11に加える( (26c)式参照)。
The integrator 142 receives the error e input from the adder 141.
(It generates an integral output w (1) obtained by adding the integral value w (i-1) of one sampling period before and applies it to the optimal regulator 11 (see equation (26c)).

最適レギュレータ11において、k3演算部111Aは
、積分器142より入力されたW(1)にに、を乗算す
る。K V I !演算部112Aは、オブザーバより
入力されたZ (1)にKI!を乗算する。加算器11
3は、kコ演算部111A及びに、□演算部112Aか
らの各入力の負値を加算してu (il = −KIZ
Z(1)  ks w(1)を発生する( (26d)
式参照)。
In the optimal regulator 11, the k3 calculation unit 111A multiplies W(1) input from the integrator 142 by . KVI! The calculation unit 112A performs KI! on Z (1) input from the observer! Multiply by Adder 11
3 adds the negative value of each input from the □ calculation unit 112A to the k calculation units 111A and 112A to obtain u (il = −KIZ
Generate Z(1) ks w(1) ((26d)
(see formula).

加算器146は、フィードフォワード部145及び加算
器113から入力を加算して、制御対象15に入力する
The adder 146 adds the inputs from the feedforward unit 145 and the adder 113 and inputs the result to the controlled object 15 .

以上の様にすることにより、第2の実施例のオブザーバ
12Bは、第7図に示す第1の実施例のオブザーバ12
に比べてC7演算部125及び加算器126が不要とな
るので、オブザーバの構成を簡単化することが出来る。
By doing the above, the observer 12B of the second embodiment can be replaced with the observer 12B of the first embodiment shown in FIG.
Since the C7 arithmetic unit 125 and the adder 126 are not required compared to the above, the configuration of the observer can be simplified.

又、加速度a (1)を制御量に含ませる様にしたので
、応答特性の安定性や連応性を向上させることが出来る
Furthermore, since the acceleration a (1) is included in the control amount, the stability and coordination of response characteristics can be improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に、本発明によれば次の諸効果が得られ
る。
As explained above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

(イ)テーブルに格納されている基となるフィードバッ
クゲイン及びオブザーバゲインを換算するだけの簡単な
演算により所望のフィードバックゲイン及びオブザーバ
ゲインを求めることが出来る。
(a) A desired feedback gain and observer gain can be obtained by a simple calculation of converting the basic feedback gain and observer gain stored in the table.

(ロ)フィードバックゲイン及びオブザーバゲインの演
算が容易であるので、制御対象の特性に対応して所望の
応答特性を持ったディジタルサーボ制御系を容易に実現
することが出来る。
(b) Since it is easy to calculate the feedback gain and observer gain, it is possible to easily realize a digital servo control system having desired response characteristics corresponding to the characteristics of the controlled object.

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

第1図・・・本発明の基本構成の説明図、第2図・・・
本発明に用いられるフィードバックゲインテーブルの説
明図、 第3図・・・本発明に用いられるオブザーバゲインテー
ブルの説明図、 第4図・・・制御対象のゲインが1の場合の本発明の原
理説明図、 第5図・・・制御対象のゲインが1でない場合の本発明
の原理説明図、 第6図・・・第5図を等価変換した制御系の説明図、第
7図・・・本発明の第1の実施例の説明図、第8図・・
・本発明の第2の実施例の説明図、第9図・・・従来の
ディジタルサーボ制御系の説明図、 第1図〜第8図において、 10・・・ディジタルサーボ制御装置、11,11A・
・・最適レギュレータ、12.12B・・・オブザーバ
、13・・・ゲイン設定装置、131・・・フィードバ
ックゲインテーブル、132・・・オブザーバゲインテ
ーブル、133,133B・・・ゲイン設定部、15・
・・制御対象。 特許出願人    冨 士 通 株式会社f−党 タ月
 /)k  、f−石j或第1図
Fig. 1...Explanatory diagram of the basic configuration of the present invention, Fig. 2...
An explanatory diagram of the feedback gain table used in the present invention. Figure 3: An explanatory diagram of the observer gain table used in the present invention. Figure 4: Explanation of the principle of the present invention when the gain of the controlled object is 1. Figure 5: An explanatory diagram of the principle of the present invention when the gain of the controlled object is not 1, Figure 6: An explanatory diagram of a control system obtained by equivalently converting Figure 5, Figure 7: This figure Explanatory diagram of the first embodiment of the invention, Fig. 8...
・Explanatory diagram of the second embodiment of the present invention, FIG. 9...Explanatory diagram of a conventional digital servo control system, In FIGS. 1 to 8, 10...Digital servo control device, 11, 11A・
...Optimum regulator, 12. 12B... Observer, 13... Gain setting device, 131... Feedback gain table, 132... Observer gain table, 133, 133B... Gain setting section, 15.
...Controlled object. Patent applicant: Fujitsu F-Party Co., Ltd./)k, f-ishi j or Figure 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)操作量と制御量が2階の積分特性を有する対象を
制御対象(15)とし、目標値と制御量との差を零にす
る様に働く最適レギュレータ(11)と制御対象(15
)の内部状態を推定するオブザーバ(12)を備えたデ
ィジタルサーボ制御装置(10)のゲイン設定方式にお
いて、(a)ディジタルサーボ制御装置(10)のサン
プリング周期がT_s_oで、制御対象(15)のゲイ
ンG_s_oのときの最適レギュレータ11のフィード
バックゲインK_oが少くとも1組格納されているフィ
ードバックゲインテーブル(131)と、 (b)ディジタルサーボ制御装置(10)のサンプリン
グ周期がT_s_oで、制御対象(15)のゲインがG
_s_oのときのオブザーバ(12)のオブザーバゲイ
ンF_oが少くとも1組格納されているオブザーバゲイ
ンテーブル(132)と、 (c)ディジタルサーボ制御装置(10)のサンプリン
グ周期がT_s_lで、制御対象(15)のゲインがG
_g_lであるときの最適レギュレータ(11)のフィ
ードバックゲインに、及びオブザーバゲインF_lを、
フィードバックゲインテーブル131及びオブザーバゲ
インテーブル132の各ゲインK_o及びF_oに基づ
いて演算し、最適レギュレータ(11)及びオブザーバ
(12)に設定するゲイン設定部(133)、 を備えたことを特徴とするディジタルサーボ制御装置の
ゲイン設定方式。
(1) The controlled object (15) is an object in which the manipulated variable and the controlled amount have second-order integral characteristics, and the optimal regulator (11) that works to zero the difference between the target value and the controlled amount and the controlled object (15)
) In the gain setting method of a digital servo control device (10) equipped with an observer (12) that estimates the internal state of the control object (15), (a) the sampling period of the digital servo control device (10) is T_s_o, (b) A feedback gain table (131) in which at least one set of feedback gains K_o of the optimal regulator 11 when the gain G_s_o is stored; ) gain is G
(c) an observer gain table (132) storing at least one set of observer gains F_o of the observer (12) when _s_o; ) gain is G
The feedback gain of the optimal regulator (11) when __g_l, and the observer gain F_l,
A digital device comprising: a gain setting unit (133) that calculates based on each gain K_o and F_o of the feedback gain table 131 and the observer gain table 132 and sets it to the optimal regulator (11) and observer (12). Gain setting method for servo control equipment.
(2)ゲイン設定部(133)が、 K_l=K_o×(T_g_o/T_g_l)^2 ×
(G_s_o/G_s_l)F_l=F_o によりフィードバックゲインK_l及びF_lを演算す
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
載のディジタルサーボ制御装置のゲイン設定方式。
(2) The gain setting section (133) K_l=K_o×(T_g_o/T_g_l)^2×
A gain setting method for a digital servo control device according to claim 1, wherein the feedback gains K_l and F_l are calculated by (G_s_o/G_s_l)F_l=F_o.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5519835A (en) * 1990-12-20 1996-05-21 Fujitsu Limited Method and apparatus for controlling the flow of data transmissions by generating a succession of ready signals to a high-performance parallel interface(HIPPI) terminal connected to a broadband integrated services digital network (B-ISDN)
JP2005174011A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Ricoh Co Ltd Torsional vibration system controller

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