KR20000041631A - Method for calculating approximated optimum ratio-integration-differential control operation value - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for calculating an approximated optimum ratio-integration-differential control operation value is provided to obtain ratio, integration and differential control operation values of a servo motor so that operators of a field is easy to use. CONSTITUTION: In a method for calculating an approximated optimum ratio-integration-differential control operation value, a ratio control operation value of a present value is shifted into a next value in a positive direction by a shifting distance, and a maximum difference between an input value and an actual value of the nest value. If the maximum difference of the next value is less than that of a present value, the next value is set as the present value, and the shifting distance is set by multiplying a magnification ratio to the shifting distance. If the maximum difference of the next value is more than that of a present value, the present value is maintained. The shifting distance is set by multiplying a magnification ratio to the shifting distance. When a difference between the maximum differences of the present and next values is very little or when the shifting distance is very small, A search into the positive direction of the ratio control operation value is ended. A search into a negative direction of is repeated the same as that into the positive direction.

Description

서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법Approximate Optimal Proportional-Integral-Derivative Control Value of Servo Motor

본 발명은 작업환경에 따라 작동제어값을 변경하여 사용할 수 있도록 하기 위한 서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating an approximate optimal proportional-integral-derivative control operation value of a servomotor for changing and using an operation control value according to a working environment.

현재 서보모터는 산업 전반에 걸쳐서 자동제어기로서 널리 이용되고 있다. 자동제어기는 목표값과 실제장치의 출력값을 비교하여 그 편차를 결정하고, 그 편차를 없애주거나 또는 적은 값으로 줄여주는 제어신호를 만들어낸다. 이와 같이 자동제어기가 제어신호를 만들어 내는 절차를 제어동작이라고 한다.Currently, servo motors are widely used as automatic controllers throughout the industry. The automatic controller compares the target value with the output of the actual device to determine the deviation, and generates a control signal that eliminates or reduces the deviation to a small value. As such, a procedure in which the automatic controller generates a control signal is called a control operation.

1축 제어시스템에서 위치와 속도에 대한 입력값은 키보드로 입력되어져 위치제어루프로 전달되고, 이때 입력신호가 서보모터로 전달되는 과정에서 위치제어루프의 특성에 따른 전송오차가 발생하게 되므로 이를 줄여줄 수 있는 방법이 요구되는 것이다.In the 1-axis control system, the input values for position and speed are inputted to the keyboard and transmitted to the position control loop. At this time, the transmission error is generated according to the characteristics of the position control loop while the input signal is transmitted to the servo motor. How to give is required.

비례제어동작은 본질적으로 이득의 조정이 가능한 증폭기라 할 수 있으나, 비례제어동작만으로는 입력값에 대한 응답속에 정상상태오차 또는 오프셋(offset)이 있게 된다.The proportional control operation is essentially an amplifier whose gain can be adjusted. However, the proportional control operation alone has a steady state error or offset in response to the input value.

이러한 오프셋은 만약 그 제어시스템에 적분동작이 포함되어 있다면 제거될 수 있다. 적분제어에서의 어떤 순간의 제어신호, 즉 제어시스템의 출력신호는 그 순간까지의 오차제어동작신호 곡선 아래의 면적이 된다. 그러나, 적분제어동작이 오프셋이나 정상상태오차를 없애주기는 하지만, 매우 느리게 진폭이 감소하는 진동응답이 되거나, 심지어는 진폭이 증가하는 진동응답을 일으킬 수도 있다.This offset can be eliminated if the control system includes an integral action. The control signal at any moment in the integral control, that is, the output signal of the control system, becomes the area under the error control operation signal curve up to that moment. However, although the integral control operation eliminates offsets or steady-state errors, it may very slowly result in a vibration response of decreasing amplitude or even a vibration response of increasing amplitude.

미분제어동작은 어떤 의미의 예견특성이 있으나, 이 미분제어동작이 아직 일어나지 않은 어떠한 동작을 예견할 예견할 수 있다는 의미는 아니다. 이와 같은 미분제어동작이 예견할 수 있는 유리한 점을 가진 반면에 오차신호를 증폭시켜 제어시스템에 포화효과를 야기시킬지도 모르는 불리한 점도 동시에 가지고 있다.The differential control operation has some predictive characteristics, but it does not mean that the differential control operation can predict any operation that has not yet occurred. While this differential control operation has the advantage of being predictable, it also has the disadvantage of amplifying the error signal, which may cause a saturation effect on the control system.

서보모터는 이와 같은 제어동작값들을 정하고 제어시스템을 운영하여야 하는데, 보통 서보모터 공급자가 제어동작값들을 초기에 인스톨할 때 일정한 값으로 설정한 후에 계속하여 그대로 사용하게 된다.The servo motor sets these control operation values and operates the control system. Usually, when the servo motor supplier installs the control operation values at the initial stage, it sets them to a constant value and continues to use them.

그러나, 서보모터의 제어환경이 변하게 되었을 경우에는 이와 같은 제어동작값을 변경하여 사용할 필요가 있다.However, when the control environment of the servomotor changes, it is necessary to change and use such control operation value.

이 경우에는 서보모터의 공급자에 의뢰할 수도 있지만, 작업환경이 수시로 변화할 때 계속적으로 의뢰할 수만은 없는 것이다.In this case, you can ask the supplier of the servomotor, but you can't request it continuously when the working environment changes from time to time.

또한, 서보모터의 사양 및 제반 실험을 통하여 수식들을 이용하여 제어동작값들을 정하여 사용할 수도 있으나, 산업 현장의 작업자가 이용하기에는 적용이 어렵다는 현실적인 문제점이 있다.In addition, although the control operation values may be determined by using equations through specifications and various experiments of the servomotor, there is a practical problem in that it is difficult to apply them to workers in an industrial site.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 산업 현장의 작업자들이 용이하게 이용할 수 있도록 서보모터의 비례, 적분, 미분제어동작값들을 구하도록 한 서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the conventional problems as described above, the approximate optimal proportional-integral of the servo motor to obtain the proportional, integral, and derivative control operation values of the servo motor for easy use by workers in the industrial field. -It aims to provide a method for calculating differential control operation values.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법은, 서보모터의 비례-적분-미분제어동작값을 변경 설정함에 있어서, 이미 설정되어 있는 비례제어동작값, 적분제어동작값 및 미분제어동작값을 각각의 현재값으로 하여 그 현재값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 구하고, 양의 방향 및 음의 방향으로 이동거리만큼 이동한 후의 다음값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 구하여 현재값에서의 입력값과 실제값의 최대차와 다음값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 비교하고, 다음값에서의 최대차가 크면 현재값을 그대로 유지하고 상기 이동거리에 축소비율을 곱하여 이동거리로 하여 이동하고, 다음값에서의 최대차가 작으면 다음값을 현재값으로 설정하고 상기 이동거리에 확대비율을 곱하여 이동거리로 하여 이동하는 과정을 최대차의 차이가 아주 작을 때 또는 이동거리가 아주 작을 때까지 반복하여 양의 방향 및 음의 방향으로의 근사최적값을 구한 후, 상기 각각의 근사최적값 중에서 작은 것을 근사최적 동작제어값으로 함을 특징으로 한다.In the method for calculating an approximate optimally proportional-integral-derived control operation value of the servomotor of the present invention for achieving the above object, the proportional control which is already set in changing the proportional-integral-derived control operation value of the servomotor is set. After the operation value, the integral control operation value and the differential control operation value are the respective present values, the maximum difference between the input value and the actual value at the present value is obtained, and the next value after moving by the moving distance in the positive direction and the negative direction Obtain the maximum difference between the input value and the actual value in the value, and compare the maximum difference between the input value and the actual value at the current value and the maximum difference between the input value and the actual value at the next value. The value is kept as it is and the moving distance is multiplied by the reduction ratio to move to the moving distance. If the maximum difference from the next value is small, the next value is set to the present value and the moving distance is multiplied by the enlargement ratio. The process of moving to a distance is repeated until the difference of the maximum difference is very small or until the moving distance is very small, and the approximate optimal values in the positive and negative directions are obtained, and the smaller of the respective approximated optimal values is obtained. It is characterized by the approximate optimal operation control value.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for calculating an approximate optimal proportional-integral- derivative control operation value of the servomotor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선, 기존의 설정된 비례-적분-미분제어동작값을 시작값으로 설정하고, 1축 제어시스템을 구동하여 이 시작값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 구한다. 입력값은 제어시스템에 명령한 값이고, 실제값은 엔코더(encoder)를 통하여 실제 모터가 회전한 값이다.First, the existing proportional-integral-differential control operation value is set as the start value, and the single-axis control system is driven to find the maximum difference between the input value and the actual value at this start value. The input value is the value commanded to the control system, and the actual value is the value rotated by the actual motor through the encoder.

이 시작값을 현재값으로 설정한다.Set this start value to the current value.

먼저, 현재값의 비례제어동작값만을 양의 방향으로 다음값으로 이동거리만큼 이동한 후, 1축 제어시스템을 구동하여 그 다음값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 구한다. 이동거리는 초기 비례제어동작값의 1/10으로 한다(예를 들면 초기 비례제어동작값이 1이면 0.1로 한다).First, only the proportional control operation value of the present value is moved to the next value in the positive direction by the moving distance, and then the one-axis control system is driven to obtain the maximum difference between the input value and the actual value at the next value. The moving distance is set to 1/10 of the initial proportional control operation value (for example, 0.1 if the initial proportional control operation value is 1).

다음 상기 다음값에서의 최대차가 현재값에서의 최대차보다 적으면, 다음값을 현재값으로 설정하고, 상기 이동거리에 확대비율을 곱하여 이동거리를 설정하여(예를 들어 확대비율을 5라고 하면 이동거리는 초기의 이동거리 0.1 × 5 = 0.5) 이동하고, 반대로 다음값에서의 최대차가 현재값에서의 최대차보다 크면, 현재값을 그대로 현재값으로 설정하고, 상기 이동거리에 축소비율을 곱하여 이동거리를 설정하여(예를 들어 축소비율이 0.9라고 하면 이동거리는 초기의 이동거리 0.1 × 0.9 = 0.09) 이동한다.Next, if the maximum difference at the next value is less than the maximum difference at the present value, the next value is set to the present value, and the moving distance is set by multiplying the moving distance by the enlargement ratio (for example, when the enlargement ratio is 5). The movement distance moves from the initial movement distance 0.1 × 5 = 0.5), and conversely, if the maximum difference at the next value is greater than the maximum difference at the current value, the current value is set as it is and the movement distance is multiplied by the reduction ratio. The distance is set (for example, if the reduction ratio is 0.9, the movement distance is 0.1 × 0.9 = 0.09 at the initial movement distance).

상기 현재값에서의 최대차와 다음값에서의 최대차의 차이가 아주 작을 때(예를 들어 0.00000001) 또는 이동거리가 아주 작게 되면(예를 들어 0.00000001) 비례제어동작값의 양에 대한 방향으로의 탐색을 종료하고, 아닐 경우에는 위의 과정을 계속하여 반복한다.When the difference between the maximum difference at the present value and the maximum difference at the next value is very small (e.g. 0.00000001) or the moving distance is very small (e.g. 0.00000001), the direction of the amount of the proportional control operation value is decreased. End the search, if not, repeat the above process.

비례제어동작값의 양에 대한 방향으로의 탐색이 끝나면 음의 방향으로의 탐색을 위의 과정과 동일하게 진행한다.After the search in the direction of the positive proportional control operation value is completed, the search in the negative direction is performed in the same manner as the above process.

위에서 구해진 양의 방향으로의 근사최적값과 음의 방향으로의 근사최적값에서의 입력값과 실제값의 최대차가 작은 근사최적값을 시작값에서의 비례제어동작값으로 설정한다.The approximate optimal value obtained by the above approximation in the positive direction and the approximate optimal value in the negative direction with a small maximum difference between the input value and the actual value is set as the proportional control operation value at the start value.

위에서 비례제어동작값을 구하는 방법과 마찬가지의 방법으로 적분제어동작값과 미분제어동작값에 대해서도 양의 방향의 탐색과 음의 방향의 탐색을 진행하여 근사최적값을 구하여 각각 시작값에서의 적분제어동작값 및 미분제어동작값으로 설정한다.In the same way as in the above method of obtaining the proportional control operation value, the integral control operation value and the derivative control operation value are searched in the positive direction and the negative direction to obtain an approximate optimum value, and the integral control at the start value is obtained. Set the operation value and differential control operation value.

이와 같은 탐색방법을 사용하여 구한 근사최적 비례-적분-미분제어동작값을 제어동작값으로 설정한 후 제어시스템을 운영하면 된다.The control system can be operated after setting the approximate optimal proportional-integral-derived control operation value obtained using the search method as the control operation value.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법을 사용하면, 산업 현장의 작업자가 작업환경의 변화에 따라 용이하게 제어작동값을 변경설정하여 사용하는 것이 가능하기 때문에 서보모터에 의한 정밀한 제어가 가능해 진다.As described above, when the approximate optimally proportional-integral-derived control operation value calculation method of the present invention servomotor is used, it is possible for an industrial site operator to easily change and use the control operation value according to the change of working environment. Therefore, precise control by the servomotor is possible.

Claims (1)

서보모터의 비례-적분-미분제어동작값을 변경 설정함에 있어서, 이미 설정되어 있는 비례제어동작값, 적분제어동작값 및 미분제어동작값을 각각의 현재값으로 하여 그 현재값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 구하고, 양의 방향 및 음의 방향으로 이동거리만큼 이동한 후의 다음값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 구하여 현재값에서의 입력값과 실제값의 최대차와 다음값에서의 입력값과 실제값의 최대차를 비교하고, 다음값에서의 최대차가 크면 현재값을 그대로 유지하고 상기 이동거리에 축소비율을 곱하여 이동거리로 하여 이동하고, 다음값에서의 최대차가 작으면 다음값을 현재값으로 설정하고 상기 이동거리에 확대비율을 곱하여 이동거리로 하여 이동하는 과정을 최대차의 차이가 아주 작을 때 또는 이동거리가 아주 작을 때까지 반복하여 양의 방향 및 음의 방향으로의 근사최적값을 구한 후, 상기 각각의 근사최적값 중에서 작은 것을 근사최적 동작제어값으로 함을 특징으로 하는 서보모터의 근사최적 비례-적분-미분제어동작값 계산방법.In changing and setting the proportional-integral-differential control operation value of the servomotor, the preset proportional control operation value, integral control operation value and derivative control operation value are set as their respective current values, Find the maximum difference between the actual value and the maximum difference between the input value and the actual value at the next value after moving by the moving distance in the positive and negative direction Compare the maximum difference between the input value and the actual value in the value, and if the maximum difference in the next value is large, keep the current value and multiply it by the reduction ratio and move it as the movement distance, and the maximum difference in the next value is small. Set the next value to the current value and multiply the moving distance by the enlargement ratio to repeat the process until the difference between the maximum difference is very small or the movement distance is very small. After approximating the optimum values in the positive and negative directions, the smallest of each of the approximated optimal values is an approximate optimal control value for the servomotor. Calculation method.
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