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JP2882863B2 - サーボ制御装置 - Google Patents
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JP2882863B2 - サーボ制御装置 - Google Patents

サーボ制御装置

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JP2882863B2
JP2882863B2 JP23889990A JP23889990A JP2882863B2 JP 2882863 B2 JP2882863 B2 JP 2882863B2 JP 23889990 A JP23889990 A JP 23889990A JP 23889990 A JP23889990 A JP 23889990A JP 2882863 B2 JP2882863 B2 JP 2882863B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば特殊車両の砲,砲塔等における旋
回,ふ仰動作を制御するサーボ制御装置に関する。
[従来の技術] 従来、特殊車両の砲,砲塔等において、旋回、ふ仰動
作に伴う位置決め制御は、サーボ制御装置により行なわ
れている。この場合、目標値は、位置指令(あるいは速
度積分)を与えられ、フィードバックループにより外乱
を補償すると共に、積分制御により目標値に対する微少
なオフセット偏差の補償を行なっている。
[発明が解決しようとする課題] 上記のように従来の特殊車両等におけるサーボ制御装
置は、フィードバックループによる制御を行なっている
ので、積分制御の影響で位相遅れが大きく、追従性が悪
いという問題があった。また、トルク外乱の影響を除去
する場合、位置・速度に関するフィードバックループで
フォローするようにしているので、抑制に時間がかか
り、摩擦や車体運動外乱等のトルク外乱に対して補償動
作が遅くなるという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、目標値に
対する追従性能を向上し得ると共に、摩擦、車体外乱を
速やかに抑制し得るサーボ制御装置を提供することを目
的とする。
[課題を解決するための手段及び作用] 本発明は、旋回、ふ仰動作機能を有する機械を駆動制
御するサーボ制御装置において、位置指令信号を微分し
て速度・加速度を求め、この速度・加速度に基づく速度
指令・トルク指令を制御系に出力してフィードフォワー
ド制御するフィードフォワード制御部を付加すると共
に、制御系の出力信号及び被制御機械の速度検出信号に
基づいてトルク外乱を推定し、この推定値を上記制御系
に加算してトルク外乱を消去する外乱オブザーバを付加
したものである。
上記の構成において、位置指令信号が入力されると、
フィードフォワード制御部において、上記位置指令信号
が微分されて速度・加速度を求められ、更にこの速度・
加速度に対して速度抵抗、イナーシャがそれぞれ乗算さ
れ、速度指令・トルク指令として制御系に加算される。
これにより被制御機械の追従性能が向上することができ
る。また、制御系の出力信号及び被制御機械の速度検出
信号が外乱オブザーバに入力され、トルク外乱がリアル
タイムで推定される。この外乱オブザーバから出力され
る外乱推定値は制御系に加算されてトルク外乱が抑制さ
れる。
また、本発明は、旋回、ふ仰動作機能を有する機械を
駆動制御するサーボ制御装置において、位置指令信号ま
たはセンサにより得られた速度外乱信号を切替えて入力
する切替手段を設け、この手段により選択された信号を
微分して速度・加速度を求め、この速度・加速度に基づ
く速度指令・トルク指令を制御系に出力してフィードフ
ォワード制御するようにしたものである。
上記の構成において、切替え手段により位置指令信号
を選択した場合には、この位置指令信号が微分されて速
度・加速度に基づく速度指令・トルク指令が制御系に出
力されてフィードフォワード制御が行なわれる。このよ
うに位置指令信号に基づく速度・トルク指令を求めて制
御系に加えた場合には、被制御機械の追従性を向上する
ことができる。
また、上記切替え手段により速度外乱信号を選択した
場合には、速度外乱信号に基づいて速度指令・トルク指
令が制御系に出力されてフィードフォワード制御が行な
われる。このように速度外乱に基づく速度・トルク指令
を求めて制御系に加えた場合には、被制御機械の速度外
乱に対する安定性を向上することができる。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
(第1実施例) 第1図は本発明の第1実施例に係るサーボ制御装置の
構成を示すブロック図である。ハンドル操作等に伴って
与えられる位置指令値θrは、減算器11の+側端子に入
力されると共に、フィードフォワード制御部12に入力さ
れる。上記減算器11の出力信号は、増幅器13により増幅
された後、減算器14の+側端子を介して積分器15に入力
される。この積分器15の出力信号は、位相補償器16及び
ノッチフィルタ17を介して加算器18に入力される。
一方、上記フィードフォワード制御部12は、第1演算
部12a,第2演算部12bにより構成される。第1演算部12a
は、位置指令値θrを微分して速度を計算し、更に速度
抵抗Kを乗じ速度制御量を求める。第2演算部12bは、
指令値θrを2回微分して加速度を計算し、更にイナー
シャJを乗じて慣性力制御量を求める。上記演算部12a,
12bの演算結果、つまり、フィードフォワード制御部12
の出力信号は、加算器19により加算されてフィードフォ
ワード量となり、加算器18に入力される。
この加算器18から出力されるトルク指令Tは、被制御
機械21に入力されると共に、外乱オブザーバ22に入力さ
れる。上記被制御機械21は、加算器18からのトルク指令
Tによって駆動装置が制御される。このとき被制御機械
21における移動体の位置及び移動速度が検出され、その
位置検出信号θは減算器11の−側端子に入力され、速度
検出信号θ′は外乱オブザーバ22及び減算器14の−側端
子に入力される。この場合、上記位置検出信号θ、速度
検出信号θ′は、動力モード安定モードによって切換え
られる。
上記外乱オブザーバ22は、ローパスフィルタ22a,演算
部22b,減算器22cからなり、加算器18からのトルク指令
Tがローパスフィルタ22aに入力され、被制御機械21か
らの速度検出信号θ′が演算部22bに入力される。上記
ローパスフィルタ22aの出力信号は減算器22cの+側端子
に入力され、演算部22bの出力信号は減算器22cの−側端
子に入力される。そして、この減算器22cの出力信号が
加算器18に入力される。上記外乱オブザーバ22は、摩擦
・車体運動外乱等のトルク外乱をリアルタイムで推定
し、その外乱推定値dを加算器18によりトルク指令値に
加算してトルク外乱の影響を除去する。
次に上記実施例の動作を説明する。
まず、フィードフォワード制御部12の動作について説
明する。運動方程式は、 Jθ″=T−d−Kθ′ …(1) 但し、Jはイナーシャ、Tはトルク(入力側)、dは
外乱トルク、Kは速度抵抗である。
で与えられる。外乱dは、外乱オブザーバ22により打ち
消されるので、ここでは無視するものとすると、上記
(1)式は、 Jθ″=T−Kθ′ …(2) となる。目標位置を示す指令値θrとすると、フィード
フォワード制御量Tは、(2)式より =Kθ′r+Jθ″r …(3) が得られる。
フィードフォワード制御部12では、第1演算部12aに
より指令値θrを微分して速度θ′を求め、これに速度
抵抗Kを乗じて速度制御量Kθ′rを求める。また同時
に第2演算部12bにより指令値θrを2回微分して加速
度θ″を求め、これにイナーシャJを乗じて慣性力制御
量Jθ″rを求める。そして、上記演算部12a,12bから
出力される速度制御量Kθ′rと慣性力制御量Jθ″r
とを加算器19により加算してフィードフォワード制御量
を求め、この制御量を加算器18を介して制御系に入
力する。これにより被制御機械の追従動作を加速度まで
制御することができる。
一方、外乱オブザーバ22では、次のような動作を行な
っている。外乱dは上記(1)式から d=T−Jθ″−Kθ′ …(4) により求めることができる。この(4)式において、加
速度θ″は、被制御機械21からフィードバックされる速
度検出信号θ′を近似微分して求める。ラプラス変換し
て示すと、 但し、sはラプラス演算子、TOBはフィルタ時定数で
ある。
となる。従って、外乱推定値dは、 によって求めることができる。
すなわち、外乱オブザーバ22は、被制御機械21からの
速度検出信号θ′を演算部22bにおいて近似微分して加
速度θ″を求め、これにイナーシャJを乗じて慣性力J
θ″(近似値)を計算する。また、演算部22bは、上記
速度検出信号θ′に速度抵抗Kを乗じてKθ′を得る。
そして、外乱オブザーバ22は、ローパスフィルタ22aを
介して得たトルクTから上記慣性力Jθ″及びKθ′を
減算器23で減算することにより、(6)式が実行され、
外乱推定値が求められる。この外乱推定値は、加算
器18に入力されてトルク指令に加算される。これにより
外乱消去が行なわれる。
なお、上記フィードフォワード制御部12及び外乱オブ
ザーバ22における設定イナーシャJは、動力モード、安
定モードによって異なる値に設定される。
(第2実施例) 次に本発明の第2実施例について説明する。
この第2実施例に示すサーボ制御装置は、第1図の回
路に対し、外乱オブザーバ22を削除すると共に、フィー
ドフォワード制御部12とは異なる構成のフィードフォワ
ード制御部30を設けたもので、第1図の実施例と同一部
分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
上記フィードフォワード制御部30は、第1演算部31、
第2演算部32、モード切替えスイッチ33により構成され
る。第1演算部31は、位置指令値θrを微分して速度を
求め、その速度信号をモード切替えスイッチ33の第1の
固定接点aに入力する。また、このモード切替えスイッ
チ33の第2の固定接点bには、センサ(図示せず)から
得られる速度外乱信号θd′が入力される。上記指令値
θrと速度外乱信号θd′は、モード切替えスイッチ33
により一方が選択され、第2演算部32に入力されると共
に減算器14の+端子に入力される。第2演算部32は、モ
ード切替えスイッチ33により選択された信号を微分して
加速度を計算し、更にイナーシャJを乗じて慣性力制御
量を求める。この第2演算部32の演算結果は、フィード
フォワード量としてフィードフォワード制御部30より
取り出され、加算器18に入力される。この加算器18は、
上記フィードフォワード量Tとノッチフィルタ17の出力
信号とを加算し、トルク指令として被制御機械21に出力
する。
上記の構成において、モード切替えスイッチ33は、指
令値θrを入力とする動力モードと、センサにより得ら
れた速度外乱信号θd′を入力とする安定モードとを切
り替える。上記モード切替えスイッチ33の切替えは、使
用目的に合わせて行なわれる。
モード切替えスイッチ33を固定接点a側に切替えて動
力モードを指定した状態では、指令値θrが与えられる
と、フィードフォワード制御部30の第1演算部31により
指令値θrが微分され、速度信号が求められる。この速
度信号は、モード切替えスイッチ33により選択されて第
2演算部32に入力される。第2演算部32では、上記速度
信号を微分して加速度信号を求め、更に、この加速度信
号にイナーシャJを乗じて速度・トルク指令を求め、制
御系に加えて位相の遅れを補償する。
上記のようにフィードフォワード制御部30により、指
令値θrに基づく速度・トルク指令を求めて制御系に加
えた場合には、被制御機械21の追従性を向上することが
できる。
また、モード切替えスイッチ33を固定接点b側に切替
えて安定モードを指定した場合には、センサにより得ら
れた速度外乱信号θd′が入力されると、この速度外乱
信号θd′は、モード切替えスイッチ33により選択され
て第2演算部32に送られる。この第2演算部32は、上記
速度外乱信号θd′を微分して加速度信号を求め、更
に、この加速度信号にイナーシャJを乗じて速度・トル
ク指令を求め、制御系に加える。
上記のようにフィードフォワード制御部30により、速
度外乱信号θd′に基づく速度・トルク指令を求めて制
御系に加えた場合には、被制御機械21の速度外乱に対す
る安定性を向上することができる。従って、使用目的に
応じてモード切替えスイッチ33により位置指令値θrあ
るいは速度外乱信号θd′を選択することにより、条件
に応じた最適の制御を行なわせることができる。
[発明の効果] 以上詳記したように本発明によれば、位置指令信号を
微分し、速度・加速度を計算して速度・トルク指令を出
力するフィードフォワード制御部を付加することによ
り、加速度まで合わせることができ、追従性能を向上す
ることができる。また、外乱オブザーバを設け、トルク
外乱をリアルタイムで推定し、この推定値をトルク指令
値に加算して影響を打ち消すことにより、トルク外乱を
抑制することができる。
また、本発明は、位置指令信号を微分し、速度・加速
度を計算して速度・トルク指令を出力する動力モード
と、センサにより得られた速度外乱信号に基づいて速度
・トルク指令を出力する安定モードとを任意に選択し得
るフィードフォワード制御部を付加することにより、動
力モードでの追従性の向上、安定モードでの安定性の向
上を1つのフィードフォワード系で実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係るサーボ制御装置の回
路構成を示すブロック図、第2図は本発明の第2実施例
に係るサーボ制御装置の回路構成を示すブロック図であ
る。 11,14…減算器、12…フィードフォワード制御部、13…
増幅器、15…積分器、16…位相補償器、17…ノッチフィ
ルタ、18,19…加算器、21…被制御機械、22…外乱オブ
ザーバ、30…フィードフォワード制御部、31…第1演算
部、32…第2演算部、33…モード切替えスイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩野 賢二 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重 工業株式会社相模原製作所内 (72)発明者 大野 喜美雄 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重 工業株式会社相模原製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−109795(JP,A) 特開 昭62−277084(JP,A) 特開 昭61−122720(JP,A) 特開 昭63−303402(JP,A) 実公 昭63−11510(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F41G 5/24 G05D 3/12 305 G05B 11/32 G05B 13/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】旋回、ふ仰動作機能を有する機械を駆動制
    御するサーボ制御装置において、移動目標位置に対する
    位置指令信号を積分して被制御機械を目標位置まで駆動
    制御する制御系と、上記位置指令信号を微分して速度・
    加速度を求め、この速度・加速度に基づく速度指令・ト
    ルク指令を上記制御系に出力してフィードフォワード制
    御するフィードフォワード制御部と、上記制御系の出力
    信号及び被制御機械の速度検出信号に基づいてトルク外
    乱を推定し、この推定値を上記制御系に加算してトルク
    外乱を消去する外乱オブザーバとを具備したことを特徴
    とするサーボ制御装置。
  2. 【請求項2】旋回、ふ仰動作機能を有する機械を駆動制
    御するサーボ制御装置において、移動目標位置に対する
    位置指令信号を積分して被制御機械を目標位置まで駆動
    制御する制御系と、上記位置指令信号またはセンサによ
    り得られた速度外乱信号を切替えて入力する切替え手段
    と、この手段により選択された信号を微分して速度・加
    速度を求め、この速度・加速度に基づく速度指令・トル
    ク指令を上記制御系に出力してフィードフォワード制御
    するフィードフォワード制御部とを具備したことを特徴
    とするサーボ制御装置。
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