KR0121312B1 - Control gain modification dicating apparatus and its method - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 제어이득 조절지시장치를 제어시스템에 연결한 상태를 보인 블럭도.1 is a block diagram showing a state in which the control gain adjustment indicator of the present invention is connected to a control system.
제2도는 본 발명의 제어이득 조절지시장치 구성 블럭도.2 is a block diagram of a control gain control indicating apparatus of the present invention.
제3도는 계단파형 명령신호에 대한 제어응답특성의 평가항목 설명도.3 is an explanatory diagram of evaluation items of control response characteristics for a stepped waveform command signal.
제4도는 피아이너(PID) 제어기를 사용하는 전기 모우터의 회전각 제어시스템에 적용한 본 발명의 제어이득 조절지시장치 블럭도.4 is a block diagram of a control gain control indicating apparatus of the present invention applied to a rotation angle control system of an electric motor using a PIDner controller.
제5도는 제4도에 따른 본 발명의 외관도.5 is an external view of the present invention according to FIG.
제6도는 상태변수 궤환제어기를 사용하는 전기 모우터의 회전각 제어시스템에 적용한 본 발명의 제어이득 조절지시장치 블럭도.6 is a block diagram of a control gain control indicating apparatus of the present invention applied to a rotation angle control system of an electric motor using a state variable feedback controller.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 아날로그 제어기, 2 : 제어장치,1: analog controller, 2: controller,
3 : 제어플랜트, 4 : 센서,3: control plant, 4: sensor,
5 : 제어이득 조절지시장치, 5a : 성능평가부,5: control gain control indicating device, 5a: performance evaluation unit,
5b : 제어이득 증감판정부, 11,111,211 : 아날로그/디지탈변환기,5b: control gain increase / decrease judgment, 11,111,211: analog / digital converter,
12,112,212 : 마이크로 프로세서, 13,113,213 : 디지탈 신호 출력 회로부,12,112,212: microprocessor, 13,113,213: digital signal output circuit section,
21 : 피아이디 제어기, 22,32 : 서어보 앰프,21: PID controller, 22, 32: servo amplifier,
23,33 : 서어보 모우터, 24,34 : 감속기어,23,33: servo motor, 24,34: reduction gear,
25,36 : 회전각 센서, 31 : 상태변수 궤환제어기,25,36: rotation angle sensor, 31: state variable feedback controller,
35 : 회전속도 센서, 110 : 피아이디 제어이득 조절지시장치,35: rotation speed sensor, 110: PID control gain control indicating device,
210 : 상태변수 궤환이득 조절지시장치.210: state variable feedback gain control indicating device.
본 발명은 제어이득 자동 조절기능을 갖고 있지 않는 일반 제어기의 제어이득을 수동으로 조절할때 최적의 제어이득이 찾아질 때까지 제어이득의 조절방향을 지시하여 일반 제어기의 제어이득을 용이하게 조절할수 있도록 한 제어이득 조절지시장치 및 그 방법에 관한 것이다.According to the present invention, when the control gain of a general controller that does not have a control gain automatic adjustment function is manually adjusted, the control gain of the general controller can be easily adjusted by indicating an adjustment direction of the control gain until an optimum control gain is found. A control gain adjustment indicating device and method thereof are provided.
전기식이나 유압식, 또는 공압식 서어보 구동장치에 있어서 구동변위나 구동력과 같은 제어변수를 센서로 측정하여 궤환(feedback)제어하는 데에는 전자식 제어기가 요구된다. 이러한 전자제어기가 원하는 제어성능을 발휘하려면 최적의 제어이득이 설정되어야 한다. 일반적으로 제어이득의 최적치는 제어장치의 사용조건과 이로 인한 제어특성을 고려하여 설정되어야 하는데, 이것은 이론 해석이나 시행착오적 실험을 거쳐 많은 경험과 감각을 확보한 사람만이 가능하다. 따라서 제어기를 전체 시스템 중의 한 부품으로 받아서 사용하는수요자 입장에서 볼때 사용조건의 변경등으로 인해 제어기의 제어이득을 수정, 재조절해 주어야 할 필요가 발생하게 되는데, 이 경우 제어기에 대해 적정 수준의 전문지식과 취급 경험을 갖추고 있지 않으면 독자적인 노력에 의해 제어이득을 최적의 상태로 조절하는 것은 매우 어렵다.In the electric, hydraulic, or pneumatic servo drive, an electronic controller is required to control the feedback by measuring a control variable such as driving displacement or driving force with a sensor. In order for the electronic controller to achieve the desired control performance, an optimum control gain must be set. In general, the optimum value of the control gain should be set in consideration of the operating conditions of the control device and the resulting control characteristics. This is possible only for those who have gained a lot of experience and sense through theoretical analysis or trial and error experiments. Therefore, from the point of view of the user who receives the controller as a part of the whole system, it is necessary to modify and re-adjust the control gain of the controller due to the change in the conditions of use. Without knowledge and handling experience, it is very difficult to adjust the control gains optimally by independent efforts.
특히 전기유압식 사출기나 프레스, 피크 앤드 플레이스(pick and place)용 로봇등과 같이 동일한 작업공정을 주기적으로 반복하는 기계에 있어서 생산계획에 따라 작업대상 품종이 변경되면 구동장치에 걸리는 부하력의 패턴이 변하게 되므로 제어기의 제어이득을 작동조건에 맞춰 재조절해 주어야 기계의 성능이 무리없이 최대로 발휘될 수 있다. 그러나 이렇게 품목이 바뀔 때마다 제어기의 제어이득들을 사용자가 일일이 조절할 수 없기 때문에 최근에는 동일한 동작을 주기적으로 반복하는 공작기계의 제어기에 제어이득 자동 조절기능이 갖춰지는 사례가 늘고 있다. 이러한 기계에 있어서는 한 싸이클의 작동 주기마다 구동제어장치의 제어특성을 분석하여 목표성능과 차이가 나면 다음 작동 싸이클에서 목표성능이 발휘되도록 제어이득을 자동으로 수정해 주게 된다. 이러한 제어이득 수정은 목표한 제어성능이 발휘될 때까지 동작 싸이클에 맞춰 반복된다.Especially in machines that repeat the same work process periodically, such as electro-hydraulic injection machines, presses, and robots for pick and place, the pattern of load applied to the driving device is changed when the work type is changed according to the production plan. Since the control gain of the controller must be readjusted according to the operating conditions, the performance of the machine can be maximized without difficulty. However, since the user cannot adjust the control gains of the controller every time the item is changed, there is an increasing number of cases in which the control gain automatic adjustment function is equipped in the controller of the machine tool which repeats the same operation periodically. In such a machine, the control gain of the drive control device is analyzed at each cycle of operation, and if the difference is between the target performance, the control gain is automatically corrected so that the target performance is achieved in the next cycle. This control gain correction is repeated for the operating cycle until the desired control performance is achieved.
상기 제어이득 자동 조절기능은 수많은 단계의 논리 및 수리적 판단을 거쳐 이루어지는 것이기 때문에 단순한 전기적인 회로로는 구현할 수 없고, 컴퓨터를 이용한 디지탈방식 제어기에서 제어 알고리즘과 더불어 소프트웨어 프로그램으로 수행됨으로써 구현되는 것이 일반적이다.Since the control gain automatic adjustment function is made through many steps of logic and mathematical judgment, it cannot be implemented by simple electric circuits, but is generally implemented by performing a software program together with a control algorithm in a digital controller using a computer. .
이러한 이유로 디지탈 회로방식 제어기보다 보편화되어 있는 아날로그 회로방식 제어기에 있어서는 제어이득의 자동 조절기능을 전기회로에 내장시키는 것이 기술적으로 타당하지 않고 경제성도 없기 때문에 거의 이루어지지 않고 있다.For this reason, in analog circuit controllers, which are more common than digital circuit controllers, it is hardly achieved because it is not technically feasible and economical to incorporate automatic gain control functions into electric circuits.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 동일한 작동 싸이클을 반복하는 공작기계류에 있어서 제어이득 자동 조절기능을 갖고 있지 않은 일반 아날로그방식 제어기의 제어이득을 조절할때 최적의 제어이득이 찾아질 때까지 제어이득의 조절방향을 램프등으로 지시해 줌으로써 전문적 경험이 없는 사용자도 제어기의 제어이득을 용이하게 조절할 수 있도록 한 것이다. 즉, 작동 싸이클이 반복되는 과정에서 제어이득을 증가시키라는 램프가 켜지면 다음 싸이클에서 이 램프가 다시 꺼질 때까지 사용자가 제어이득 조절용 가변저항을 돌려 점진적으로 제이이득을 높혀 나감으로써 최적의 제어이득이 설정되고, 반대로 제어이득을 감소시키라는 램프가 켜지면 가변저항을 반대로 돌려 이 램프가 꺼질 때까지 제어이득을 낮춰 주기만 하면 된다. 여기에서 제어이득의 증가 또는 감소를 판정하는 데에는 퍼지 로직이론을 응용할 수 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and in the case of machine tools repeating the same operating cycle, an optimum control gain can be found when adjusting the control gain of a general analog controller that does not have automatic control gain control. By directing the control gain control direction with a lamp until the user without expert experience can easily adjust the control gain of the controller. In other words, if the lamp to increase the control gain is turned on in the course of repeating the operating cycle, the user can gradually increase the gain by turning the variable resistor for controlling the control gain until the lamp is turned off again in the next cycle. When the lamp is turned on to reduce the control gain on the contrary, the variable resistor is reversed to lower the control gain until the lamp is turned off. Here, fuzzy logic theory can be applied to determine the increase or decrease of the control gain.
제1도는 본 발명의 제어이득 조절지시장치를 제어시스템에 연결한 상태를 보인 블럭도로서, 이에 도시한 바와 같이 명령신호 및 궤환(feedback)신호로부터 제어오차를 발생하는 감산기(1a) 및 그 감산기(1a)의 제어오차를 입력받아 이득을 조절하여 작동신호로 출력하는 제어이득 조절회로부(1b)로 구성된 아날로그 제어기(1)와, 상기 아날로그 제어기(1)의 작동신호에 따라 제어플랜트(3)의 구동을 제어하는 제어장치(2)와, 상기 제어플랜트(3)의 제어변수를 측정하여 상기 감산기(1a)에 궤환신호로 인가하는 센서(4)로 구성된 제어시스템에 있어서, 명령신호와 상기 센서(4)에서 측정된 제어변수신호를 입력받아 제어시스템의 응답특성이 요구되는 성능기준에서 얼마나 벗어나는지를 평가하는 성능평가부(5a)와, 상기 성능평가부(5a)의 출력신호로부터 제어기의 어떤 제어이득을 얼마나 올리거나 낮추면 성능기준이 만족되는지 산출하고, 그 증가분의 부호에 따라서 상향 조절지시램프(UK) 또는 하향 조절지시램프(DK)를 점멸시켜 주는 제어이득 증감판정부(5b)로 제어이득 조절지시장치(5)를 구성한다. 한편, 상기 조절 증감분의 크기에 비례하게 상향 조절지시램프(UK) 및 하향 조절지시램프(DK)의 점멸 주기도 변화시켜 줌으로써 작업자가 현재 설정된 제어이득의 최적에서 얼마나 벗어나 있는가에 대한 예측을 가능하게 할 수 있다.FIG. 1 is a block diagram showing a state in which the control gain adjustment indicator of the present invention is connected to a control system. As shown therein, a subtractor 1a and a subtractor for generating a control error from a command signal and a feedback signal are shown. An analog controller (1) comprising a control gain adjusting circuit section (1b) that receives the control error of (1a) and adjusts gain and outputs it as an operating signal, and a control plant (3) in accordance with the operating signal of the analog controller (1). In the control system comprising a control device (2) for controlling the driving of the sensor and a sensor (4) for measuring a control variable of the control plant (3) and applying it as a feedback signal to the subtractor (1a), the command signal and the A performance evaluation unit 5a that receives the control variable signal measured by the sensor 4 and evaluates how far the response characteristic of the control system deviates from the required performance standard, and from the output signal of the performance evaluation unit 5a,The control gain increase / decrease judging section 5b calculates how much the control gain is raised or lowered and the performance criterion is satisfied, and flashes the up-regulation indicator lamp (UK) or the down-regulation indicator lamp (DK) according to the sign of the increase. A control gain adjustment indicating device 5 is constructed. On the other hand, by changing the flashing period of the up-regulation indicator lamp (UK) and the down-regulation indicator lamp (DK) in proportion to the size of the adjustment increment, it is possible to predict how far from the optimum of the control gains currently set by the operator. Can be.
따라서, 상기와 같이 구성된 제어이득 조절지시장치(5)는 기존의 제어시스템에 일체의 수정을 가하지 않고 단지 명령신호와 센서(4)의 출력신호만 분기시켜 연결함으로써 사용자가 제어기의 제어이득을 어떻게 조절해야 하는지 지시, 보조하는데 즉시 이용할 수 있게 된다. 그리고 제어이득의 조절이 완료된 후에는 제어이득 조절지시장치(5)를 제어시스템으로부터 분리시킬 수 있다. 따라서, 같은 종류의 제어기를 여러개 사용하는 다축 제어시스템의 경우에 본 발명의 제어이득 조절지시장치가 한대만 있어도 각 제어기에 교대로 연결하여 제어이득을 조절해줄 수 있게 된다.Therefore, the control gain adjustment instruction device 5 configured as described above does not apply any modification to the existing control system, but only by branching and connecting the command signal and the output signal of the sensor 4, so that the user can obtain the control gain of the controller. Immediately available to indicate and assist with adjustments. After the adjustment of the control gain is completed, the control gain adjustment indicating device 5 can be separated from the control system. Therefore, in the case of a multi-axis control system using multiple controllers of the same type, even if there is only one control gain control indicating apparatus of the present invention, the control gain can be adjusted by alternately connecting to each controller.
제어이득 조절지시장치는 기존의 제어기가 피아이디(PID)제어기, 또는 상태변수궤환제어기등 여러 종류의 상이한 제어법칙을 채택하고 있기 때문에 이에 상응하게 구성되어야 한다. 즉, 피아이디 제어기의 경우 조절해야 하는 제어이득이 비례성분이득, 적분성분이득, 미분성분이득등 3가지이므로 제어이득 조절지시장치도 이를 3가지 제어이득 각각에 대하여 조절방향을 지시하도록 구성되어야 한다. 또한 상태변수 궤환제어기에 있어서는 센서로 측정되거나 관측기로 예측된 상태변수들에 대하여 궤환이득들을 독립적으로 조절하여야하므로 제어이득 조절지시장치도 각 궤환이득들에 대하여 독립적으로 조절방향을 지시할 수 있도록 구성되어야 한다.The control gain control market must be configured accordingly because the existing controller adopts several different control laws such as PID controller or state variable feedback controller. That is, in the case of the PID controller, the control gains to be adjusted are three such as proportional component gain, integral component gain, and differential component gain. Therefore, the control gain adjustment indicating device must be configured to indicate the adjustment direction for each of the three control gains. . In addition, in the state variable feedback controller, the feedback gains must be adjusted independently for the state variables measured by the sensor or predicted by the observer, so that the control gain control indicating device can also indicate the adjustment direction independently for each feedback gain. Should be.
제2도는 본 발명의 제어이득 조절지시장치 구성 블럭도로서, 이에 도시한 바와 같이 제어시스템을 구성하는 제어변수 센서로부터 신호를 입력받아 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(11)와, 명령신호를 입력받아 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(14)와, 이 아날로그/디지탈변환기(11,14)의 출력 신호를 입력받아 제어응답특성을 미리 정해진 성능기준에 따라 평가한 후 어떤 제어이득을 증가 또는 감소시켜야 성능평가기준이 만족될 것인지 판정하여 해당 제어이득을 상향 또는 하향 조절하도록 지시하는 제어 이득 지시신호를 출력하는 마이크로 프로세서(12)와, 이 마이크로 프로세서(12)의 제어이득 지시신호에 따라 그에 해당되는 상향 조절지시램프(UK1∼UKn) 및 하향 조절지시램프(DK1∼DKn)를 점멸하는 디지탈신호 출력회로부(13)로 구성된다.2 is a block diagram of a control gain control indicating device according to the present invention. As shown in FIG. 2, an analog / digital converter 11 which receives a signal from a control variable sensor constituting a control system and converts it into a digital signal and a command signal The analog / digital converter 14 converting the digital signal into a digital signal and the output signals of the analog / digital converters 11 and 14 are inputted, and the control response characteristics are evaluated according to a predetermined performance standard. The microprocessor 12 outputs a control gain instruction signal for instructing whether the performance criteria is satisfied by increasing or decreasing to adjust the control gain up or down, and the control gain instruction signal of the microprocessor 12. according to which the up-regulation indicator lamps (UK 1 ~UK n) and down-regulation indicator lamps (DK 1 ~DK n) a flash digital signal outputs of the rotating body it It consists of a part 13.
따라서, 상기 마이크로 프로세서(12)는 소프트웨어적인 프로그램에 의해 명령신호와 센서출력신호를 비교하여 여러 특정한 성능평가 항목에 따라서 제어시스템의 응답특성을 판정할 수 있게 된다. 예를 들어 제어 시스템이 항상 계단파형의 명령신호를 받아서 작동된다고 가정하면, 제어시스템의 제어변수가 나타내는 응답특성은 일반적으로 제3도와 같이 되고, 이 경우 일반적으로 적용되는 평가항목은 상승(rising)시간(tr), 최대 오버슈트(maximum overshoot, MP), 피크(peak)시간(tp), 세틀링(settling)시간(ts), 고유진동수(ωn)및 진동 감쇠계수, 정적인 제어오차등이 있다.Accordingly, the microprocessor 12 can compare the command signal and the sensor output signal by a software program and determine the response characteristics of the control system according to various specific performance evaluation items. For example, assuming that the control system is always operated by receiving a command signal with a staircase waveform, the response characteristic indicated by the control variable of the control system is generally as shown in FIG. 3, and in this case, the generally applied evaluation item is rising. Time (t r ), maximum overshoot (MP), peak time (t p ), settling time (ts), natural frequency (ω n ) and vibration damping coefficient, static control There are errors.
피아이디 제어기의 경우 비례성분이득, 적분성분이득, 미분성분이득을 적절히 조절, 조합함으로써 각 성능평가항목의 일부 혹은 전부를 만족할 수 있는데, 이들 제어이득의 조절법칙은 이론해석이나 실험을 통해 미리 정할 수 있고, 이 법칙은 퍼지로직이론을 이용하여 용이하게 전산 프로그램화함으로써 마이크로 프로세서(12)가 수행하도록 할 수 있다. 즉, 제어시스템을 구성하는 제어변수 센서로부터 출력되는 센서신호와 명령신호가 각각 아날로그/디지탈변환기를(11,4)에 의해 디지탈신호로 변환되어 마이크로 프로세서(12)에 입력되면, 그 마이크로 프로세서(12)는 그 입력신호들로부터 제어응답특성을 미리 정해진 성능기준에 따라 평가한 후 어떤 제어이득을 증가 또는 감소시켜야 성능평가기준이 만족될 것인지 판정하여 해당 제어이득을 상향 또는 하향 조절하도록 지시하는 상향 조절지시램프(UK1∼UKn) 또는 하향 조절지시램프(DK1∼DKn)에 디지탈신호 출력회로부(13)를 통해 점멸신호를 발생시켜 주게 된다.In the case of the PID controller, some or all of the performance evaluation items can be satisfied by appropriately adjusting and combining the proportional component gain, the integral component gain, and the derivative component gain.The control law of the control gain can be determined in advance through theoretical analysis or experiment. This law can be easily programmed into the computer by using the fuzzy logic theory to allow the microprocessor 12 to perform. That is, when the sensor signal and the command signal output from the control variable sensor constituting the control system are converted into digital signals by the analog / digital converters 11 and 4 and input to the microprocessor 12, the microprocessor ( 12) evaluates the control response characteristics from the input signals according to a predetermined performance criterion, and then decides which control gain should be increased or decreased to satisfy the performance evaluation criterion, thereby instructing the control gain to be adjusted upward or downward. The flashing signal is generated through the digital signal output circuit unit 13 to the control command lamps UK 1 to UK n or the downward control command lamps DK 1 to DK n .
제어기의 종류, 제어입력신호의 형태에 따라서 어떠한 성능평가기준을 적용하고, 성능평가결과에 따라서 어떤 제어이득을 조절해야 하는지에 대한 일반적인 이론은 관련 전공문헌에 소상하고 광범위하게 밝혀져 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 실제에 있어서는 이러한 제어이론을 바탕으로 제각기 상이한 제어시스템의 고유특성을 고려하여 이에 상응하는 제어이득 조절법칙을 케이스별로 도출하여야 한다.Since the general theory of what performance evaluation criteria apply according to the type of controller and type of control input signal, and what control gain should be adjusted according to the performance evaluation results is detailed in the relevant major literature, Omit. In practice, the control gain adjustment law should be derived on a case-by-case basis in consideration of the inherent characteristics of different control systems based on such control theory.
이상에서 설명한 본 발명을 피아이디 제어기를 사용하는 전기모우터의 회전각 제어시스템 및 상태변수 궤환제어기를 사용하는 전기모우터의 회전각 제어시스템에 적용한 실시예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The present invention described above will be described in detail with reference to an embodiment applied to the rotation angle control system of the electric motor using the PID controller and the rotation angle control system of the electric motor using the state variable feedback controller.
제4도는 피아이디 제어기를 사용하는 전기모우터의 회전각 제어시스템에 적용한 본 발명의 제어이득 조절지시장치 블럭도로서, 이에 도시한 바와 같이 명령신호 및 궤환신호로부터 제어오차를 발생하는 감산기(21a), 이 감산기(21a)의 제어오차를 적분하는 적분기(21b), 상기 감산기(21a)의 제어오차를 미분하는 미분기(21c), 상기 감산기(21a)의 제어오차를 입력받아 비례성분이득을 조절하는 비례성분이득조절부(21d), 상기 적분기(21b) 및 미분기(21c)의 출력신호를 각각 입력받아 적분성분이득 및 미분성분이득을 조절하는 적분성분이득조절부(21e) 및 미분성분이득조절부(21f), 상기 비례성분이득조절부(21d), 적분성분이득조절부(21e) 및 미분성분이득조절부(21f)의 출력신호를 가산하여 작동신호로 출력하는 가산기(21g)로 구성된 피아이디 제어기(21)와, 상기 피아이디 제어기(21)의 작동신호에 따라 서어보 모우터(23)를 구동시키는 서어보 앰프(22)와, 상기 서어보 모우터(23)의 회전에 따른 감속기어(24)의 회전각을 측정하여 상기 감산기(21a)에 궤환신호로 인가하는 회전각 센서(25)로 구성된 전기모우터의 회전각 제어시스템에 있어서, 상기 회전각 센서(25)로부터 출력되는 궤환신호를 입력받아 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(111)와, 명령신호를 입력받아 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(114)와, 이 아날로그/디지탈변환기를(111,114)의 출력신호를 입력받아 제어응답특성을 미리 정해진 성능 기준에 따라 평가한 후 상기 비례, 적분, 미분제어이득중 어떤 제어이득을 증가 또는 감소시켜야 성능평가기준이 만족될 것인지 판정하여, 해당 제어이득을 상향 또는 하향 지시하도록 지시하는 제어이득 지시신호를 출력하는 마이크로 프로세서(112)와, 이 마이크로 프로세서(112)의 제어이득 지시신호에 따라 그에 해당되는 비례성분, 적분성분, 미분성분의 상향 조절지시램프(UKp), (UK1), (UKD) 및 하향 조절지시램프(DKp),(DK1),(DKD)를 점멸하는 디지탈신호 출력회로부(113)로 피아이디 제어이득 조절지시장치(110)를 구성한다.4 is a block diagram of a control gain control indicating apparatus of the present invention applied to a rotation angle control system of an electric motor using a PID controller. As shown therein, a subtractor 21a which generates a control error from a command signal and a feedback signal. ), An integrator 21b for integrating the control error of the subtractor 21a, a differentiator 21c for differentiating the control error of the subtractor 21a, and a control error of the subtractor 21a are adjusted to adjust the proportional component gain. Integral component gain control unit 21e and differential component gain control unit for receiving integral signal gain and differential component gain by receiving output signals of the proportional component gain control unit 21d, the integrator 21b and the differentiator 21c, respectively A part 21f, an adder 21g which adds the output signals of the proportional component gain control unit 21d, the integral component gain control unit 21e and the differential component gain control unit 21f and outputs them as operating signals. ID controller 21 and the pia The rotation angle of the servo amplifier 22 which drives the servo motor 23 according to the operation signal of the controller 21 and the reduction gear 24 according to the rotation of the servo motor 23 is measured. In the rotation angle control system of the electric motor consisting of a rotation angle sensor 25 to be applied as a feedback signal to the subtractor 21a, the feedback signal output from the rotation angle sensor 25 is received and converted into a digital signal. The analog / digital converter 111 to input the command signal and convert it into a digital signal, and the analog / digital converter 114 and the output signal of the analog / digital converter 111 and 114 to receive a predetermined control response characteristic. After evaluating according to the performance criterion, it is determined whether to increase or decrease the control gain among the proportional, integral, and derivative control gains to satisfy the performance evaluation criteria, and instructs to direct the control gains up or down. And a microprocessor (112) for outputting a gain instruction signal, up-regulated in response to a control gain indicative signal of the microprocessor 112 that the proportional component thereof, an integral component, a differential component indicator lamps (UK p), (UK 1 The PD control gain control indicating device 110 is configured by the digital signal output circuit 113 flashing), (UK D ), and the downward adjustment instruction lamps DK p , DK 1 , and DK D.
상기에서 명령신호는 특정한 위치를 기준으로 서어보 모우터(23)의 구동축을 360도 범위 이내에서 몇도까지 회전시키라는 신호이고, 상기 서어보 모우터(23)의 회전에 따른 감속기어(24)의 회전각 실제치가 회전각 센서(25)에서 측정되어 피아이디 제어기(21)의 감산기(21a)에 궤환된다. 따라서 그 감산기(21a)에서는 명령신호값에서 벗어난 제어오차가 검출되고, 그 제어오차는 비례성분이득조절부(21d)에서 증폭됨과 아울러 적분기(21b) 및 미분기(21c)를 각기 통해 적분성분이득조절부(21e) 및 미분성분이득조절부(21f)에서 증폭된후 가산기(21g)에서 가산되어 서어보 모우터(23)를 구동시키는 서어보 앰프(22)에 작동신호로 입력된다. 여기서, 일반적으로 요구되는 제어특성은 상승시간이 짧고, 오버슈트와 진동이 없으면서 출력치가 신속히 명령치로 수렴하여야 하고 정적인 제어오차가 없어야 한다.The command signal is a signal for rotating the drive shaft of the servo motor 23 to several degrees within a 360 degree range based on a specific position, and the reduction gear 24 according to the rotation of the servo motor 23. The actual rotation angle value of) is measured by the rotation angle sensor 25 and fed back to the subtractor 21a of the PID controller 21. Therefore, the subtractor 21a detects a control error that deviates from the command signal value, and the control error is amplified by the proportional component gain control unit 21d, and the integral component gain control through the integrator 21b and the differentiator 21c, respectively. It is amplified by the part 21e and the differential component gain control unit 21f and then added by the adder 21g and input to the servo amplifier 22 driving the servo motor 23 as an operation signal. In general, the required control characteristics should be short rise time, no overshoot and vibration, and the output value should converge to the command value quickly and there should be no static control error.
이론적으로, 비례성분 제어이득을 높게 설정할 수록 상승시간이 짧아지고 제어응답 고유진동수도 높아지며, 정적인 제어오차가 줄어드나, 오버슈트가 커지고 진동감쇠계수가 현저히 낮아져 구동축이 진동하는 등 시스템이 불안정해진다. 또한 적분성분 제어이득을 높게 설정하면 정적인 제어오차가 제거되나 오버슈트가 커지고 진동감쇠계수와 고유진동수를 낮추게 된다. 반면에 미분성분 제어이득을 높혀주면 상승시간이 길어지나 진동감쇠계수가 증가하게 된다. 따라서 이를 제어이득이 제어특성에 미치는 영향은 복합적이고 상반되며, 작동조건에 따라서도 변하기 때문에 비전문가가 이들을 최적의 상태로 조절하는 것은 매우 어렵게 된다.Theoretically, the higher proportional control gain is set, the shorter the rise time, the higher the control response natural frequency, the lower the static control error, but the greater the overshoot and the significantly lower vibration damping coefficient, resulting in system instability. . In addition, if the integral control gain is set high, the static control error is eliminated, but the overshoot increases and the vibration damping coefficient and natural frequency are lowered. On the other hand, if the control gain of the differential component is increased, the rise time is long but the vibration damping coefficient is increased. Therefore, the effect of the control gain on the control characteristics is complex and contradictory, and also varies depending on the operating conditions, making it very difficult for the non-expert to control them optimally.
그러나, 상기 본 발명의 피아이디 제어이득 조절지시장치(110)는 제어시스템의 작동싸이클이 반복될 때마다 주기적으로 모우터 구동축의 회전각 센서(25)로부터 신호를 입력받아 명령신호와 비교하여 상승시간, 오버슈트, 진동감쇠계수, 세틀링시간 및 정적인 제어오차등을 계산한 후, 전문가의 경험을 퍼지논리에 의해 체계화한 조절법칙에 따라서 각 제어이득을 얼마만큼 증가, 또는 감소시켜야 하는지 계산하고, 이에 따른 제어 이득의 조절방향을 사용자에게 지시해 주게 되며, 이 과정은 성능기준이 만족될 때까지 반복된다.However, the PID control gain adjustment indicating device 110 of the present invention periodically receives a signal from the rotation angle sensor 25 of the motor drive shaft and ascends the command signal every time the operation cycle of the control system is repeated. After calculating time, overshoot, vibration damping coefficient, settling time and static control error, calculate how much control gains should be increased or decreased according to the control law, which the expert's experience is organized by fuzzy logic. Then, the direction of control gain adjustment is instructed to the user, and this process is repeated until the performance criterion is satisfied.
퍼지로직이론을 응용하여 제어이득 조절지시 알고리즘을 작성함에 있어서 갖추어야 할 논리 추론단계는 퍼지화단계, 지식기초단계, 의사결정단계 및 비퍼지화단계로 이루어진다. 상기 퍼지화단계에서는 제어특성의 상승시간, 오버슈트, 진동감쇠계수, 세틀링시간, 정적인 제어오차등 퍼지화 입력변수의 절대량이 너무 큼, 약간 큼, 적절함, 약간 작음, 너무 작음등의 등급으로 정의된 논리변수에 귀속되는 정도를 각각 결정한다. 지식기초단계에서는 각 제어이득이 위의 각 입력변수 즉, 성능평가항목에 미치는 영향의 모든 경우들에 대한 실험적 경험을 바탕으로 하여, 상기 퍼지화단계에서 정의된 입력변수의 논리변수등을 서로 조합하였을때 각 제어이득의 조절량이 크게 증가, 조금 증가, 현상 유지, 조금 감소, 크게 감소등으로 정의된 퍼지함수중 어느곳에 귀속되는지를 결정한다. 의사결정단계에서는 상기 지식기초단계에서 추론된 퍼지함수에 대한 귀속도를 각 제어이득에 대해 실제로 계산하여 제어이득의 조절량과 이들에 대한 귀속도를 결정한다. 비퍼지화단계에서는 상기 의사결정단계에서 추론된 퍼지함수별 귀속도를 산술적인 처리에 의해 종합함으로써 각 제어이득들의 최종 조절량을 실제 물리적으로 조절 가능한 범위내에서 산출한다. 결과적으로 지식기초단계와 의사결정단계에서 전문가의 경험이 체계적으로 반영된다. 비퍼지화단계에서 구해진 각 제어이득의 조절량에 대한 증감부호를 고려하여 해당하는 지시램프에 점멸신호를 발생시키되, 조절량의 절대치에 비례하는 주기로 램프가 깜박이도록 점멸신호를 발생시키면 현재 설정된 각 제어이득이 최적의 제어 이득치로부터 얼마나 벗어나 있는지를 사용자가 쉽게 예측할 수 있게 된다.The logic reasoning step to be prepared in applying the control gain control instruction algorithm by applying the fuzzy logic theory consists of the fuzzy, the knowledge base, the decision-making and the non-fuzzy. In the purge step, the absolute amount of fuzzy input variables such as rise time, overshoot, vibration damping coefficient, settling time, and static control error of the control characteristic is too large, slightly larger, appropriate, slightly smaller, too small, etc. Each determines the degree of attribution to the logical variable defined by the class. In the knowledge base stage, based on experimental experience in all cases of the effect of each control gain on each of the above input variables, that is, the performance evaluation items, the logical variables of the input variables defined in the fuzzy step are combined with each other. It determines whether the control amount of each control gain belongs to the fuzzy function defined as a large increase, a slight increase, a phenomenon maintenance, a slight decrease, and a large decrease. In the decision-making step, the ear speed for the fuzzy function deduced in the knowledge base step is actually calculated for each control gain to determine the adjustment amount of the control gain and the ear speed for them. In the non-fuzzy step, the final velocity of each control gain is calculated within the physically controllable range by combining the ear velocities for each fuzzy function deduced in the decision step by arithmetic processing. As a result, expert experience is systematically reflected in the knowledge-based and decision-making stages. In consideration of the increase / decrease code for the control gain of each control gain obtained in the non-fuzzy stage, a flashing signal is generated in a corresponding indicator lamp, and a flashing signal is generated so that the lamp flashes at a period proportional to the absolute value of the control amount. The user can easily predict how far from this optimum control gain value.
제5도는 상기 설명한 피아이디 제어이득 조절지시장치(110)의 외관을 도시한 것이다. 사용자는 제어시스템의 제어변수를 측정하는 센서에서 출력되는 센서신호와 제어시스템의 명령신호가 제어이득 조절지시장치(110)의 입력단자(IP1,IP2)에 각각 입력되게 연결한 후 동일한 작업싸이클로 제어시스템이 반복, 작동되도록 한다. 이때 예를 들어 비례성분의 상향 조절지시램프(UKp) 및 미분성분의 상향 조절지시램프(UKD)가 동시에 켜지면, 그 점멸주기에 비례하는 크기만큼 적절히 피아이디 제어기(21)의 해당되는 제어이득을 조절하고 즉, 해당되는 비례성분이득조절부(21d) 및 미분성분이득조절부(21f)의 제어이득 조절레버들을 돌려 비례성분 제어이득(Kp) 및 미분성분 제어이득(KD)을 높여 주고, 한 싸이클 기다렸다가 상기 비례성분의 상향 조절지시램프(UKp) 및 미분성분의 상향 조절지시램프(UKp)가 계속 커지되 그 점멸주기가 길어지면, 이들 비례성분 제어이득(Kp) 및 미분성분 제어이득(KD)을 전단계에서 보다 조금 적게 높여 준다. 이러한 과정을 반복하다가 그 비례성분의 상향 조절지시램프(UKp) 및 미분성분의 상향 조절지시램프(UKD)가 더이상 켜지지 않으면 그 제어이득이 최적의 상태로 조절된 것으로, 이때 제어이득의 조절작업을 마치면 된다.5 shows the appearance of the PID control gain adjustment indicating device 110 described above. The user connects the sensor signal output from the sensor measuring the control variable of the control system and the command signal of the control system to the input terminals IP1 and IP2 of the control gain control indicating device 110, respectively, and then control the same work cycle. Allow the system to repeat and operate. At this time, for example, when the up-regulation indication lamp (UK p ) of the proportional component and the up-regulation indication lamp (UK D ) of the differential component are turned on at the same time, corresponding to the PID controller 21 as appropriate in proportion to the flashing period. Adjust the control gain, i.e., turn the control gain control levers of the corresponding proportional component gain control unit 21d and the derivative component gain control unit 21f to control the proportional component control gain K p and the differential component control gain K D. It increased giving, one cycle wait upregulation indicator lamps of the proportional component (UK p) and up-regulation of the fine powder component indicator lamps (UK p) is ground continued increase being larger the the flashing period, these proportional component control gain (K p the ) And differential control gain (K D ) slightly less than in the previous step. After repeating this process, if the up-regulation indicator lamp (UK p ) of the proportional component and the up-regulation indicator lamp (UK D ) of the derivative component are no longer turned on, the control gain is adjusted to an optimal state. You're done
제6도는 상태변수 궤환제어기를 사용하는 전기모우터의 회전각 제어시스템에 적용한 본 발명의 제어이득 조절지시장치 블럭도로서, 이에 도시한 바와 같이 명령신호 및 궤환신호로부터 제어오차를 발생하는 감산기(31a), 이 감산기(31a)의 제어오차를 입력받아 비례성분이득을 조절하는 비례성분이득조절부(31b), 궤환되는 회전속도를 입력받아 그의 이득을 조절하는 속도신호이득조절부(31e), 상기 비례성분이득조절부(31b)의 출력신호에 상기 속도신호이득조절부(31e)의 출력신호를 감산시키는 감산기(31c), 궤환되는 서어보 모우터(33)의 구동전류신호를 입력받아 그의 이득을 조절하는 전류신호이득조절부(31f), 상기 감산기(31c)의 출력신호에 상기 전류신호이득조절부(31f)의 출력신호를 감산하여 작동신호로 출력하는 감산기(31d)로 구성된 상태변수 궤환제어기(31)와, 상기 상태변수 궤환제어기(31)의 작동신호에 따라 서어보 모우터(33)를 작동시키는 서어보 모우터(33)와, 장기 서어보 모우터(33)의 회전속도를 측정하여 상기 속도신호이득조절부(31e)에 회전속도신호로 궤환시키는 회전속도 센서(35)와, 상기 서어보 모우터(33)의 회전에 따른 회전각을 감속기어(34)의 측정하여 상기 감산기(31a)에 궤환신호로 인가하는 회전각 센서(36)로 구성된 전기모우터의 회전각 제어시스템에 있어서, 상기 회전각 센서(36)로부터 출력되는 궤환신호를 입력받아 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(211)와, 명령신호를 입력받아 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈변환기(214)와, 아날로그/디지탈변환기들(211,214)의 출력신호를 입력받아 제어응답특성을 미리 정해진 성능기준에 따라 평가한 후 상기 비례성분 제어이득, 전류신호 궤환 제어이득, 속도신호 궤환 제어이득중 어떤 제어이득을 증가 또는 감소시켜야 성능평가기준이 만족될 것인지 판정하여, 해당 제어이득을 상향 또는 하향 지시하도록 지시하는 제어이득 지시신호를 출력하는 마이크로 프로세서(212)와, 이 마이크로 프로세서(212)의 제어이득 지시신호에 따라 그에 해당되는 비례성분, 속도신호성분, 전류신호성분의 상향 조절지시램프(UK),(UH1),(UH2) 및 하향 조절지시램프(DK),(DH1),(DH2)를 점멸하는 디지탈신호 출력회로부(213)로 상태변수 궤환이득 조절지시장치(210)를 구성한 것으로, 이 상태변수 궤환이득 조절지시장치(210)도 상기에서 설명한 피아이디 제어이득 조절지시장치(110)와 동일방식으로 동작된다.FIG. 6 is a block diagram of a control gain control indicating apparatus of the present invention applied to a rotation angle control system of an electric motor using a state variable feedback controller, and as shown therein, a subtractor for generating a control error from a command signal and a feedback signal. 31a), the proportional component gain adjusting unit 31b for receiving the control error of the subtractor 31a to adjust the proportional component gain, the speed signal gain adjusting unit 31e for receiving the feedback rotational speed and adjusting the gain thereof; A subtractor 31c which subtracts the output signal of the speed signal gain control unit 31e to the output signal of the proportional component gain control unit 31b, receives a drive current signal of the servo motor 33 being fed back A state variable consisting of a current signal gain control unit 31f for adjusting gain and a subtractor 31d for subtracting the output signal of the current signal gain control unit 31f from the output signal of the subtractor 31c and outputting it as an operation signal. Feedback agent Rotation speed of the servo motor 33 for operating the servo motor 33 and the long-term servo motor 33 according to the operation signal of the state variable feedback controller 31. By measuring the rotational angle according to the rotation of the rotation speed sensor 35 and the servo motor 33 to the speed signal gain control unit 31e as a rotation speed signal to measure the speed of the reduction gear 34 In the rotation angle control system of an electric motor composed of a rotation angle sensor 36 which is applied as a feedback signal to the subtractor 31a, an analog for receiving a feedback signal output from the rotation angle sensor 36 and converting it into a digital signal. The control response characteristics of the digital converter 211, the analog / digital converter 214 for receiving a command signal and converting it into a digital signal, and the output signals of the analog / digital converters 211 and 214 are input to a predetermined performance criterion. According to the proportional component control A control gain indication signal for instructing whether to increase or decrease the control gain among the gains, current signal feedback control gains, and speed signal feedback control gains to satisfy the evaluation criteria is output, and instructs the control gains to be directed upward or downward. The microprocessor 212 and the up-regulation instruction lamps UK, UH 1 , UH 2 of proportional components, speed signal components, and current signal components corresponding to the control gain instruction signals of the microprocessor 212. ) And the state variable feedback gain control indicating device 210 is composed of a digital signal output circuit unit 213 that flashes) and the downward adjustment command lamps DK, DH 1 , and DH 2 . The indicating device 210 is also operated in the same manner as the ID control gain adjustment indicating device 110 described above.
즉, 제어시스템의 작동 싸이클이 반복될 때마다 주기적으로 모우터 구동축의 회전각 센서(25)로부터 신호를 입력받아 명령신호와 비교하여 상승시간, 오버슈트, 진동감쇠계수, 세틀링시간 및 정적인 제어오차등을 계산한 후, 전문가의 경험을 퍼지논리에 의해 체계화한 조절법칙에 따라서 전류신호 궤환이득과 속도신호 궤환이득, 비례성분 제어이득을 얼마만큼 증가 또는 감소시켜야 하는지 계산하고, 이에 따른 이득조절레버의 조절방향을 사용자에게 지시해 주게 된다. 이 과정도 성능기준이 만족될 때까지 반복된다.That is, whenever the operating cycle of the control system is repeated, the signal is periodically received from the rotation angle sensor 25 of the motor drive shaft, and compared with the command signal, and the rise time, overshoot, vibration damping coefficient, settling time and static After calculating the control error, calculate how much the current signal feedback gain, speed signal feedback gain, and proportional component control gain should be increased or decreased according to the regulation law that the expert's experience is organized by fuzzy logic. The direction of adjustment of the control lever is instructed to the user. This process is repeated until the performance criteria are met.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전문가의 지식과 경험을 바탕으로 구축된 제어장치의 제어이득 최적조절 프로그램을 수행하는 마이크로 프로세서의 지식에 따라 최적의 제어이득이 찾아질 때까지 제어이득의 조절방향을 램프등으로 지시해 주게 되므로 전문적 경험이 없는 사용자도 제어기의 제어이득을 최적의 상태로 조절할 수 있는 효과가 있게 된다.As described in detail above, the present invention provides a control gain control direction of the control gain until the optimum control gain is found according to the knowledge of the microprocessor that executes the control gain optimal control program of the control device constructed based on the knowledge and experience of the expert. Since it is indicated by a lamp, even an inexperienced user can adjust the control gain of the controller to an optimal state.
Claims (8)
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| KR1019950011461A KR0121312B1 (en) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | Control gain modification dicating apparatus and its method |
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| KR1019950011461A KR0121312B1 (en) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | Control gain modification dicating apparatus and its method |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101143326B1 (en) * | 2010-08-19 | 2012-05-09 | 화인기계전자(주) | A method for controlling lamp output in a weft straightener |
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1995
- 1995-05-10 KR KR1019950011461A patent/KR0121312B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101143326B1 (en) * | 2010-08-19 | 2012-05-09 | 화인기계전자(주) | A method for controlling lamp output in a weft straightener |
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| KR960042276A (en) | 1996-12-21 |
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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