JPH0679242B2 - Stabilizing filter for feedback control system - Google Patents
Stabilizing filter for feedback control systemInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械を電気的に制御するフィードバック制御系
に適用される安定化フィルタに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a stabilizing filter applied to a feedback control system for electrically controlling a machine.
機械の速度が位置を制御する方法として、機械の速度や
位置を計測し、その信号と設定値との差がなくなるよう
に機械に力をかけるというフィードバック制御がある。
従来の方法の一例として速度フィードバック制御装置を
ここでは説明するが、これにかぎるものではない。As a method of controlling the position of the machine speed, there is feedback control in which the machine speed or position is measured and a force is applied to the machine so that the difference between the signal and the set value is eliminated.
A speed feedback control device will be described here as an example of a conventional method, but the present invention is not limited to this.
第８図は通常の機械の速度制御のブロック線図を示すも
のであり、７は制御対象の機械系であり、６は機械系７
に力をかけるアクチュエータであり、９は機械系７の速
度Ｖの信号をフィードバックする速度フィードバック系
であり、８は設定入力Ｕと速度フィードバック系９から
の信号Ｖとを比較する比較器である。FIG. 8 shows a block diagram of speed control of a normal machine, 7 is a machine system to be controlled, and 6 is a machine system 7.
Is a speed feedback system for feeding back the speed V signal of the mechanical system 7, and 8 is a comparator for comparing the set input U with the signal V from the speed feedback system 9.
機械系の実際の速度Ｖと設定値Ｕの差がゼロになるよう
に、アクチュエータ６に信号がはいり、機械系７に力
Ｆをかける。アクチュエータ６は油圧サーボのような機
械系７ならば以下の２次遅れ系を示す。A signal is input to the actuator 6 and a force F is applied to the mechanical system 7 so that the difference between the actual speed V of the mechanical system and the set value U becomes zero. If the actuator 6 is a mechanical system 7 such as a hydraulic servo, the following secondary delay system is shown.
ここでＳはラプラス変換で、ｆＡはアクチュエータ６の
固有振動数（Hz）で、ζＡは減衰比であり、Ｋは定数で
ある。機械系７に対する（力Ｆ）／（速度Ｖ）は(1)式
にマイナスをかけたものであり、（F/V）のゲインと位
相を第９図に示す。一方、機械系は MX″＋CX′＋KX〕Ｆ (2) と表わされる。 Here, S is the Laplace transform, f A is the natural frequency (Hz) of the actuator 6, ζ A is the damping ratio, and K is a constant. The (force F) / (speed V) for the mechanical system 7 is obtained by multiplying the equation (1) by minus, and the gain and phase of (F / V) are shown in FIG. On the other hand, the mechanical system is represented by MX ″ + CX ′ + KX] F (2).
ここで、Ｘは変位を、′は微分を、Ｍは質量、Ｃは減衰
係数、Ｋはバネ定数をそれぞれ示す。速度ＶはＸ′と同
じで、F/Vの実部、すなわち次式が減衰項となる。Here, X is displacement, 'is differential, M is mass, C is damping coefficient, and K is spring constant. The velocity V is the same as X ', and the real part of F / V, that is, the following equation is the damping term.
Ｆ＝−Acos・Ｘ′ (3) ここでＡは(1)式、第９図のゲイン、は位相を示す。
(3)式を(2)式に代入すると MX″＋（Ｃ＋Acos）・Ｘ′＋KX＝０ (4) となる。F = -Acos.X '(3) where A is the equation (1), the gain in FIG. 9 is the phase.
Substituting equation (3) into equation (2) gives MX ″ + (C + Acos) · X ′ + KX = 0 (4).
位相がπ/2から−π/2の間ならばフィードバック系９
は機械系７に対し安定化に働き、それ以外のときならば
不安定化に働く。よって、機械系７の固有振動数 がアクチュエータ６の固有振動数ｆＡより高ければ、フ
ィードバック系９は機械系７の不安定化する方向にあ
り、（Ｃ＋Acos）＜０となると機械系７の固有振動数
ｆＭが発散的な振動を起こし、運転ができなくなる。同
様の現象は位置や加速度信号をフィードバックするフィ
ードバック系９でも起こる。If the phase is between π / 2 and −π / 2, feedback system 9
Acts on the mechanical system 7 for stabilization, and otherwise acts on destabilization. Therefore, the natural frequency of the mechanical system 7 Is higher than the natural frequency f A of the actuator 6, the feedback system 9 tends to destabilize the mechanical system 7. When (C + Acos) <0, the natural frequency f M of the mechanical system 7 is a divergent vibration. And you cannot drive. The same phenomenon occurs in the feedback system 9 that feeds back the position and acceleration signals.
上記のように従来の速度フィードバック制御装置ではフ
ィードバック系９の位相遅れにより、機械系７が不安定
化させられ、発散的な振動を発生するという欠点をもっ
ている。As described above, the conventional speed feedback control device has a drawback that the mechanical system 7 is destabilized due to the phase delay of the feedback system 9 and divergent vibration is generated.
そこで、本発明はフィードバック系が発生する不安定化
力を安定化するようなフィードバック系にそう入できる
フィードバック制御系の安定化フィルタを提供すること
を目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a stabilizing filter for a feedback control system that can be inserted into a feedback system that stabilizes the destabilizing force generated by the feedback system.
本発明は上記目的を達成するために、機械系の固有振動
数に近傍する中心周波数を持つノッチフィルタおよびバ
ンドパスフィルタの各々に制御信号を入力し、上記ノッ
チフィルタからの出力信号から上記バンドパスフィルタ
からの出力信号を差し引いたものをフィードバック信号
として出力するものである。In order to achieve the above object, the present invention inputs a control signal to each of a notch filter and a bandpass filter having a center frequency close to the natural frequency of a mechanical system, and outputs the bandpass from the output signal from the notch filter. A signal obtained by subtracting the output signal from the filter is output as a feedback signal.
上記のように構成することにより、機械系の固有振動数
を不安定化する固有振動数成分の信号はノッチフィルタ
でしゃ断され、もう１方のバンドパスフィルタを通過
し、減算により極性反転し安定化信号としてフィードバ
ックされる。また、他の成分についてはノッチフィルタ
ではしゃ断されず通過し、バンドパスフィルタの方はし
ゃ断されるためもとのままでフィードバックされる。よ
って安定化したい固有振動数のみ位相補償を行うことが
できる。With the above configuration, the signal of the natural frequency component that destabilizes the natural frequency of the mechanical system is blocked by the notch filter, passes through the other bandpass filter, and is reversed in polarity by subtraction to stabilize. It is fed back as a conversion signal. The other components pass through without being blocked by the notch filter, and are fed back as they are because the bandpass filter is blocked. Therefore, phase compensation can be performed only for the natural frequency to be stabilized.
第１図は本発明によるフィードバックの制御系の安定化
フィルタの第１の実施例を示すブロック線図である。１
はリアクトル−コンデンサー（LC形）で代表されるノッ
チフィルタ、２はLC形で代表されるバンドパスフィル
タ、３は減算器を示すものである。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a stabilizing filter of a feedback control system according to the present invention. 1
Is a notch filter represented by a reactor-condenser (LC type), 2 is a bandpass filter represented by an LC type, and 3 is a subtractor.
第１図において、入力信号は２つの分岐され、この一方
の入力信号はノッチフィルタ１に入力され、他方の入力
信号はバンドパスフィルタ２に入力される。そして、ノ
ッチフィルタ１及びバンドパスフィルタ２の出力が減算
器３に入力され、減算器３においてノッチフィルタ１の
出力からバンドパスフィルタ２の出力が差し引かれた値
が出力される。In FIG. 1, the input signal is split into two, one of which is input to the notch filter 1 and the other of which is input to the bandpass filter 2. Then, the outputs of the notch filter 1 and the bandpass filter 2 are input to the subtractor 3, and the subtractor 3 outputs a value obtained by subtracting the output of the bandpass filter 2 from the output of the notch filter 1.
第２図は中心周波数f0をもつノッチフィルタ１の代表的
な位相およびゲイン特性図を示すものであり、第３図は
ノッチフィルタ１と同じ中心周波数f0をもつ上記バンド
パスフィルタ２の代表的な位相およびゲイン特性図を示
すものである。Figure 2 is shows a typical phase and gain characteristic diagram of a notch filter 1 having a center frequency f 0, FIG. 3 is representative of the band-pass filter 2 having the same center frequency f 0 and the notch filter 1 7 is a diagram showing a typical phase and gain characteristic diagram.
第４図は第２図，第３図の特性をもつノッチフィルタ１
及びバンドパスフィルタ２で構成した安定化フィルタの
位相・ゲイン特性図である。第４図から明らかなよう
に、安定化フィルタ特性はゲイン特性が一定で、f0を中
心に位相のみが変化するようになっている。これは中心
周波数f0で考えると、安定化したい固有振動数のみ位相
補償を行うことができる。FIG. 4 is a notch filter 1 having the characteristics shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 3 is a phase / gain characteristic diagram of a stabilizing filter configured by a bandpass filter 2 and a bandpass filter 2. As is clear from FIG. 4, the stabilizing filter characteristic is such that the gain characteristic is constant and only the phase changes around f 0 . Considering this at the center frequency f 0 , phase compensation can be performed only for the natural frequency to be stabilized.
第５図は第１図と等価な特性をもつ本発明によるフィー
ドバック制御系の安定化フィルタの第２の実施例を示す
ブロック線図であり、第１図と異る点はノッチフィルタ
１の代りにバンドパスフィルタ２およびリアクトル(L)
とコンデンサ(C)と抵抗(R)とアンプから構成された特性
反転回路４によって構成したものである。この実施例も
上記第１の実施例と同様な効果が得られる。FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of a feedback control system stabilizing filter according to the present invention having characteristics equivalent to those of FIG. 1. The difference from FIG. 1 is that notch filter 1 is used. Bandpass filter 2 and reactor (L)
The characteristic inverting circuit 4 includes a capacitor, a capacitor (C), a resistor (R), and an amplifier. In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
第６図は上記した本発明の第１の実施例（第１図）の安
定化フィルタを、従来の機械系の速度フィードバック制
御装置に適用した例である。すなわち、第１図に示す安
定化フィルタ５を、速度フィードバック系９にそう入し
たものである。この場合、安定化フィルタ５のノッチフ
ィルタ１及びバンドパスフィルタ２の中心周波数f0を機
械系の安定化したい固有振動数ｆMCより少し低い所に合
わしたときの（力Ｆ）／（速度Ｖ）の位相・ゲイン特性
が第７図である。FIG. 6 shows an example in which the stabilizing filter of the first embodiment (FIG. 1) of the present invention described above is applied to a speed feedback control device of a conventional mechanical system. That is, the stabilizing filter 5 shown in FIG. 1 is inserted in the velocity feedback system 9. In this case, when the center frequency f 0 of the notch filter 1 and the bandpass filter 2 of the stabilizing filter 5 is adjusted to a position slightly lower than the natural frequency f MC of the mechanical system to be stabilized, (force F) / (speed V 7) shows the phase / gain characteristic of FIG.
第７図から明らかなように固有振動数ｆMCではゲイン|F
/V|は従来と全く同じで、位相は正になっている。した
がって、(3)式におけるAcosは正となり、機械系７に
対し安定化される。As is clear from Fig. 7, at natural frequency f MC , gain | F
/ V | is exactly the same as before, and the phase is positive. Therefore, Acos in the equation (3) becomes positive and is stabilized with respect to the mechanical system 7.
上記実施例では、ノッチフィルタ１とバンドパスフィル
タ２の中心同波数を同じにしたが、これに限らず少しぐ
らいずらてよく、又ゲインもかえても良い。これにより
減衰量を調節することができる。また次数の高いノッチ
フィルタ１とバンドパスフィルタ２を用いると360゜を
複数回位相を変化させることも可能である。In the above-described embodiment, the notch filter 1 and the band-pass filter 2 have the same center frequency, but the present invention is not limited to this, and may be slightly shifted, and the gain may be changed. This makes it possible to adjust the amount of attenuation. It is also possible to change the phase 360 ° multiple times by using the notch filter 1 and the bandpass filter 2 having a high order.
以上述べた本発明によれば、入力を２つに分岐し、１つ
はノッチフィルタを通過させ、他方をバンドパスフィル
タを通過させ、ノッチフィルタの出力からバンドパスフ
ィルタの出力を引くという安定化フィルタをフィードバ
ック系にいれることにより、機械系に対し安定化作用を
もたすことができ、かつ、フィードバックゲインもあま
りかわらないのでノイズに対しても良好なフィードバッ
ク制御系の安定化フィルタを提供できる。According to the present invention described above, stabilization is achieved by branching the input into two, passing one through the notch filter and passing the other through the bandpass filter, and subtracting the output of the bandpass filter from the output of the notch filter. By putting the filter in the feedback system, it is possible to have a stabilizing effect on the mechanical system, and since the feedback gain does not change much, it is possible to provide a stable feedback control system stabilizing filter against noise. .
第１図は本発明によるフィードバック制御系の安定化フ
ィルタの第１の実施例を示すブロック線図、 第２図は第１図のノッチフィルタの位相およびゲイン特
性図、 第３図は第１図のバンドパスフィルタの位相およびゲイ
ン特性図、 第４図は第１図の安定化フィルタの伝達特性図、 第５図は本発明によるフィードバック制御系の安定化フ
ィルタの第２の実施例を示すブロック線図、 第６図は従来の機械系への速度フィードバック制御装置
に本発明の第１の実施例である第１図の安定化フィルタ
を適用した例を示すブロック線図、 第７図は第６図のフィードバック系の伝達特性を示す
図、 第８図は従来の機械系の速度制御ブロック線図、 第９図は第８図の速度フィードバック系の伝達特性を示
す図である。 １……ノッチフィルタ、２……バンドパスフィルタ、３
……減算器、４……特性反転回路、５……安定化フィル
タ、６……アクチュエータ、７……機械系、８……比較
器、９……速度フィードバック系。1 is a block diagram showing a first embodiment of a stabilizing filter of a feedback control system according to the present invention, FIG. 2 is a phase and gain characteristic diagram of the notch filter of FIG. 1, and FIG. 3 is FIG. FIG. 4 is a phase and gain characteristic diagram of the bandpass filter of FIG. 4, FIG. 4 is a transfer characteristic diagram of the stabilizing filter of FIG. 1, and FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the stabilizing filter of the feedback control system according to the present invention. 6 is a block diagram showing an example in which the stabilizing filter of FIG. 1 which is the first embodiment of the present invention is applied to a conventional velocity feedback control device for a mechanical system, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing the transfer characteristic of the feedback system, FIG. 8 is a speed control block diagram of a conventional mechanical system, and FIG. 9 is a diagram showing the transfer characteristic of the speed feedback system of FIG. 1 ... Notch filter, 2 ... Band pass filter, 3
…… Subtractor, 4 …… Characteristic inversion circuit, 5 …… Stabilizing filter, 6 …… Actuator, 7 …… Mechanical system, 8 …… Comparator, 9 …… Speed feedback system.
Claims (1)
を持つノッチフィルタおよびバンドパスフィルタの各各
に制御信号を入力し、上記ノッチフィルタからの出力信
号から上記バンドパスフィルタからの出力信号を差し引
いたものをフィードバック信号として出力するフィード
バック制御系の安定化フィルタ。1. A control signal is input to each of a notch filter and a bandpass filter having a center frequency close to the natural frequency of a mechanical system, and an output signal from the bandpass filter is output from an output signal from the notch filter. A stabilizing filter for a feedback control system that outputs a value obtained by subtracting as a feedback signal.
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