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JP2003235280A - Motor control device - Google Patents

Motor control device

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Publication number
JP2003235280A
JP2003235280A JP2002026677A JP2002026677A JP2003235280A JP 2003235280 A JP2003235280 A JP 2003235280A JP 2002026677 A JP2002026677 A JP 2002026677A JP 2002026677 A JP2002026677 A JP 2002026677A JP 2003235280 A JP2003235280 A JP 2003235280A
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JP
Japan
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command value
adjustment
control
calculation unit
control device
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JP2002026677A
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Japanese (ja)
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JP4072350B2 (en
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Mitsuharu Ezawa
光晴 江澤
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標値フィルタによる定常オフセット時間の
制御遅れを防いで良好な制御特性を得ることができるモ
ータ制御装置を提供すること。 【構成】 PIとD(P:比例、I:積分、D:微
分)調整演算子動作を分離し、制御対象からの制御量と
この制御量の指令値から補償演算を行って得られる実効
指令値との偏差が零となるようにPI・D調整演算を行
い、得られる調整信号を操作信号として前記制御対象に
印加するモータ制御装置において、前記制御量の指令値
からPI調整演算部とD調整演算部に対する実効指令値
をそれぞれ得る補償演算部を設け、前記PI調整演算部
に対する補償演算部は制御量の指令値に、並列に指令値
の2階微分器+1次ローパスフィルタを設け、制御量の
指令値に2階微分器+1次ローパスフィルタの出力を加
算する構成とし、前記D調整演算部に対する補償演算部
は制御量の指令値を使用するように構成する。
(57) [Summary] [Object] To provide a motor control device that can obtain a good control characteristic by preventing a control delay of a steady-state offset time by a target value filter. An effective command obtained by separating PI and D (P: proportional, I: integral, D: derivative) adjustment operator operations and performing compensation calculation from a control amount from a control target and a command value of the control amount In a motor control device that performs a PI / D adjustment calculation so that a deviation from the value becomes zero and applies the obtained adjustment signal as an operation signal to the control target, a PI adjustment calculation unit and a D A compensation operation unit for obtaining an effective command value for the adjustment operation unit is provided. The compensation operation unit for the PI adjustment operation unit is provided with a second order differentiator for the command value and a first-order low-pass filter in parallel with the control value command value. The output of the second-order differentiator plus the first-order low-pass filter is added to the command value of the amount, and the compensation calculation unit for the D adjustment calculation unit is configured to use the command value of the control amount.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象を指令値
の時間的変化に追従させる制御装置(例えば、工作機械
のようなNC装置)で、特に外乱応答と追従性を良くす
るモータ制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device (for example, an NC device such as a machine tool) for making a controlled object follow a temporal change of a command value, and particularly a motor control device for improving disturbance response and followability. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、図5に示すような一般的なPID
制御で、外乱応答を重視してその応答を良くするように
PIDパラメータの設定を行った場合、追従制御の変曲
点でのオーバーシュートが大きくなってしまう。逆に指
令値rに対する追従を重視してその応答を良くするよう
にPIDパラメータの設定を行った場合、外乱応答が悪
くなってしまう。
2. Description of the Related Art Conventionally, a general PID as shown in FIG.
In the control, if the PID parameter is set so that the disturbance response is emphasized and the response is improved, the overshoot at the inflection point of the follow-up control becomes large. On the contrary, when the PID parameter is set so that the response to the command value r is emphasized and the response is improved, the disturbance response becomes worse.

【0003】一般的なPID制御の弱点を改善する制御
方式として、外乱応答を良くするPIDパラメータとオ
ーバーシュートを抑制するPIDパラメータの両方をも
って制御する2自由度PID制御方式がある。2自由度
PID制御方式の中でも、目標値フィルタ型2自由度P
ID制御は、既存の一般的なPID制御に比較的容易に
組み込み可能であるという特徴があり、実現し易い方式
である。
As a control method for improving the weaknesses of general PID control, there is a two-degree-of-freedom PID control method in which control is performed with both a PID parameter that improves the disturbance response and a PID parameter that suppresses overshoot. Among the two-degree-of-freedom PID control methods, a target value filter type two-degree-of-freedom P
The ID control has a feature that it can be incorporated into an existing general PID control relatively easily, and is an easy method to realize.

【0004】図6に従来からある目標値フィルタ型2自
由度PID制御の構造例を示す(特開平6−30472
6号公報参照)。同図に示す制御装置において、操作量
Uを制御対象8に出力するPID演算部23の前段に目
標値フィルタ20が設けられている。目標値フィルタ2
0は、指令値rに追従させるのに最適な状態になるよう
に制御定数が設定されている。指令値rが入力される
と、この目標値フィルタ20によって補償されたリファ
レンスRが出力される。
FIG. 6 shows an example of the structure of a conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID control (JP-A-6-30472).
No. 6 publication). In the control device shown in the figure, a target value filter 20 is provided in front of the PID calculator 23 that outputs the manipulated variable U to the controlled object 8. Target value filter 2
For 0, the control constant is set so as to be in an optimum state to follow the command value r. When the command value r is input, the reference R compensated by the target value filter 20 is output.

【0005】PID演算部23は、外乱応答に最適な状
態になるように制御定数が設定されている。PID演算
部23には、リファレンスRと制御対象8の出力の差で
ある偏差が入力され、操作量Uが出力される。
In the PID calculator 23, the control constants are set so as to be in the optimum state for the disturbance response. The deviation that is the difference between the output of the reference R and the output of the controlled object 8 is input to the PID calculator 23, and the manipulated variable U is output.

【0006】制御対象8には、PID演算部23からの
操作量Uが入力されるとともに、外乱Dが入力される。
目標値フィルタ20としては、種々の演算方式が提案さ
れているが、目標値フィルタ20の演算式F(s)の例
を以下の(1)に示す。
A manipulated variable U from the PID calculator 23 and a disturbance D are input to the controlled object 8.
Although various calculation methods have been proposed as the target value filter 20, an example of the calculation formula F (s) of the target value filter 20 is shown in (1) below.

【0007】 F(s)=(1+α・Ti・s)/(1+Ti・s) +(−β/(1+Ti・s)+γ・Ti・s/(1η・Ti・s) ×(Ti・s/(1+Ti・s) …(1) この制御装置において、目標値フィルタ20は、比例相
当要素16と積分相当要素17と微分相当要素18と微
積共通項相当要素19とによって構成される。
F (s) = (1 + α · Ti · s) / (1 + Ti · s) + (− β / (1 + Ti · s) + γ · Ti · s / (1η · Ti · s) × (Ti · s / (1 + Ti · s) (1) In this control device, the target value filter 20 is composed of a proportional equivalent element 16, an integral equivalent element 17, a differential equivalent element 18, and a micro product common term equivalent element 19.

【0008】指令値rは、先ず、比例相当要素16と積
分相当要素17と微分相当要素18に入力され、積分相
当要素17及び微分相当要素18からの出力が微積共通
項相当要素19に入力される。そして、比例相当要素1
6と微積共通項相当要素19との出力が加算され、リフ
ァレンスRとして出力される。
The command value r is first input to the proportional equivalent element 16, the integral equivalent element 17, and the differential equivalent element 18, and the outputs from the integral equivalent element 17 and the differential equivalent element 18 are input to the micro product common term equivalent element 19. To be done. And proportional equivalent element 1
The outputs of 6 and the element corresponding to the microscopic product common term 19 are added and output as the reference R.

【0009】一方、制御対象8からの出力がPID演算
部の微分要素22に入力されている。又、制御対象8か
らの出力と目標値フィルタ20からリファレンスRとの
差が比例積分要素21に入力されている。
On the other hand, the output from the controlled object 8 is input to the differentiating element 22 of the PID calculator. Further, the difference between the output from the controlled object 8 and the reference R from the target value filter 20 is input to the proportional integration element 21.

【0010】そして、比例積分要素21と微分要素22
との差が操作量Uとして制御対象8に出力される。この
ように構成され動作する従来の目標値フィルタ型2自由
度PID制御方式のパラメータとしては、PID演算部
23に或るPIDパラメータ及び目標値フィルタ20の
比例相当要素16と積分相当要素17と微分相当要素1
8とにそれぞれ設けられた目標値パラメータα,β,γ
がある。目標値フィルタ型2自由度PID制御方式で
は、PIDパラメータと目標値パラメータを調整して、
プロセスに対して最適の応答を求めるようにしている。
Then, the proportional-integral element 21 and the derivative element 22
Is output to the controlled object 8 as a manipulated variable U. As parameters of the conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID control system configured and operated as described above, a PID parameter in the PID calculator 23 and a proportional equivalent element 16, an integral equivalent element 17, and a derivative of the target value filter 20 are differentiated. Corresponding element 1
8 and target value parameters α, β, γ
There is. In the target value filter type two-degree-of-freedom PID control method, the PID parameter and the target value parameter are adjusted,
We try to find the best response for the process.

【0011】目標値フィルタ型2自由度PID制御は、
制御対象を或る一定値に瞬間的に位置決めするステップ
応答の場合には有効な制御手法である。図7に従来から
ある目標値フィルタ型2自由度PID制御のステップ応
答例を示す。ステップ状の指令値を24(破線)のよう
に入力したとき、図5に示すような一般的なPID制御
のステップ応答は25(点線)のようになり、オーバー
シュートが大きく、位置決め時間も長い。目標値フィル
タ型2自由度PID制御のステップ応答は26(実線)
のようになり、オーバーシュートが小さく、位置決め時
間も短い。通常、目標値フィルタ型2自由度PID制御
は、外乱をPID制御部で抑制し、目標値フィルタで追
従性を上げることができるため、外乱応答及び追従性に
優れたサーボ系の制御システムを構成することができ
る。
The target value filter type two-degree-of-freedom PID control is
This is an effective control method in the case of a step response in which the controlled object is instantaneously positioned at a certain fixed value. FIG. 7 shows an example of step response of a conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID control. When the stepped command value is input as shown by 24 (broken line), the step response of the general PID control as shown in FIG. 5 becomes as shown by 25 (dotted line), the overshoot is large, and the positioning time is long. . The step response of the target value filter type two-degree-of-freedom PID control is 26 (solid line).
The overshoot is small and the positioning time is short. Normally, in the target value filter type two-degree-of-freedom PID control, disturbance can be suppressed by the PID control unit and followability can be improved by the target value filter, so a servo system control system excellent in disturbance response and followability can do.

【0012】しかし、上記に述べた目標値フィルタ型2
自由度PID制御は指令値rが或る勾配をもって時間と
共に変化するランプ応答の場合には必ずしも有効とは言
えない。
However, the target value filter type 2 described above is used.
The degree of freedom PID control is not always effective in the case of a ramp response in which the command value r changes with time with a certain gradient.

【0013】図8に従来からある目標値フィルタ型2自
由度PID制御のランプ応答例を示す。ランプ状の指令
値rを27(破線)のように入力したとき、目標値フィ
ルタ型2自由度PID制御のランプ応答は28(実線)
のようになり、或る一定の勾配をもって立ち上がるラン
プ区間では指令値より29のような時間遅れが発生す
る。
FIG. 8 shows an example of a ramp response of the conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID control. When the ramp-shaped command value r is input as shown by 27 (broken line), the ramp response of the target value filter type two-degree-of-freedom PID control is 28 (solid line).
Thus, a time delay such as 29 occurs from the command value in the ramp section which rises with a certain gradient.

【0014】目標値フィルタ型2自由度PID制御のこ
のような定常オフセットを持つ弱点を改善する制御装置
として、PV切換式2自由度PID制御装置がある(特
開平7−104807号公報参照)。図9にPV切換式
2自由度PID制御装置の構造例を示す。目標値フィル
タ型2自由度PID制御に対しソフトウエア手段として
の切換部33と、この切換部33によって駆動される切
換スイッチ30が新設されている。そして、切換部33
は切換点算出部32並びにこの切換点算出部32の出力
と制御対象出力を比較して切換スイッチ30を切換える
比較器31を備えている。
A PV switching type two-degree-of-freedom PID control device is known as a control device for improving the weakness of the target value filter type two-degree-of-freedom PID control having such a steady offset (see Japanese Patent Laid-Open No. 7-104807). FIG. 9 shows a structural example of a PV switching type two-degree-of-freedom PID control device. For the target value filter type two-degree-of-freedom PID control, a changeover unit 33 as software means and a changeover switch 30 driven by this changeover unit 33 are newly provided. Then, the switching unit 33
Is provided with a switching point calculating section 32 and a comparator 31 for comparing the output of the switching point calculating section 32 with the output of the controlled object to switch the changeover switch 30.

【0015】PV切換式2自由度PID制御装置は、一
定の勾配を持つランプ区間は一般的なPID制御を行
い、ランプ区間から勾配が零となるソーク区間に切換え
時点より定常オフセット時間分だけ手前の時点を越える
と目標値フィルタ型2自由度PID制御を行うように切
換スイッチ30を切換える。
The PV switching type two-degree-of-freedom PID control device performs general PID control on a ramp section having a constant gradient, and a steady offset time is provided before the switching from the ramp section to a soak section where the gradient becomes zero. When the time point of is exceeded, the changeover switch 30 is switched so as to perform the target value filter type two degrees of freedom PID control.

【0016】PV切換式2自由度PID制御装置を利用
することで、ランプ区間での制御遅れを取り除き、且
つ、オーバーシュートが少なく、外乱に強い制御が可能
となる。
By using the PV switching type two-degree-of-freedom PID control device, it is possible to eliminate the control delay in the ramp section, reduce overshoot, and perform strong control against disturbance.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
述べたPV切換式2自由度PID制御装置であっても、
指令値rが任意の勾配で時間と共に変化する曲線応答の
場合には有効とは言えない。図8に示すランプ区間とソ
ーク区間の切換え時点のようにスイッチの切換点がはっ
きりとしない曲線状の指令値rを入力したとき、スイッ
チの切換えが不可能である。
However, even with the above-mentioned PV switching type two-degree-of-freedom PID control device,
It cannot be said to be effective in the case of a curve response in which the command value r changes with time at an arbitrary gradient. When a curved command value r in which the switching point of the switch is not clear, such as when switching between the ramp section and the soak section shown in FIG. 8, is input, the switch cannot be switched.

【0018】更に、曲線応答の場合、常に追従エラー
(オーバーシュート)が起き易い状態になるため、常に
目標値フィルタをONにしなければならず、制御遅れを
取り除くことができない。時間と共に変化する曲線を指
令値として入力する加工機には、従来の目標値フィルタ
型2自由度PID制御、PV切換式自由度PID制御は
適用できず、制御遅れが原因で形状精度が悪化する。
Further, in the case of a curve response, since a tracking error (overshoot) is always likely to occur, the target value filter must always be turned on, and the control delay cannot be eliminated. The conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID control and PV switching type degree-of-freedom PID control cannot be applied to a processing machine that inputs a curve that changes with time as a command value, and the shape accuracy deteriorates due to control delay. .

【0019】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、目標値フィルタによる定常オ
フセット時間の制御遅れを防いで良好な制御特性を得る
ことができるモータ制御装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor control device capable of preventing a control delay of a steady offset time by a target value filter and obtaining good control characteristics. To do.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、PIとD(P:比例、I:積分、D:微
分)調整演算子動作を分離し、制御対象からの制御量と
この制御量の指令値から補償演算を行って得られる実効
指令値との偏差が零となるようにPI・D調整演算を行
い、得られる調整信号を操作信号として前記制御対象に
印加するモータ制御装置において、前記制御量の指令値
からPI調整演算部とD調整演算部に対する実効指令値
をそれぞれ得る補償演算部を設け、前記PI調整演算部
に対する補償演算部は制御量の指令値に、並列に指令値
の2階微分器+1次ローパスフィルタを設け、制御量の
指令値に2階微分器+1次ローパスフィルタの出力を加
算する構成とし、前記D調整演算部に対する補償演算部
は制御量の指令値を使用するように構成することを特徴
とする。
In order to achieve the above object, the present invention separates the PI and D (P: proportional, I: integral, D: derivative) adjustment operator operations and controls from the controlled object. A motor for performing PI / D adjustment calculation so that the deviation from the effective command value obtained by performing compensation calculation from the command value of this control amount becomes zero, and applying the obtained adjustment signal to the control target as an operation signal. The control device is provided with a compensation calculation unit that obtains an effective command value for the PI adjustment calculation unit and the D adjustment calculation unit from the control value command value, and the compensation calculation unit for the PI adjustment calculation unit sets the control value command value to the control value command value. A second order differentiator + 1 order low pass filter for the command value is provided in parallel, and the output of the second order differentiator + 1 order low pass filter is added to the command value for the control amount. The compensation calculation unit for the D adjustment calculation unit is a control amount. Command value Characterized by configured to use.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0022】図1に本発明に基づくモータ制御のブロッ
ク図を示す。
FIG. 1 shows a block diagram of motor control according to the present invention.

【0023】指令値rに追従させたい制御対象8と、制
御対象8の出力をフィードバック制御するPID演算部
7(比例成分4、積分成分5、微分成分6から成る)
と、指令値を補償して追従性を向上させるための目標値
フィルタ3によって構成されている。
A controlled object 8 desired to follow the command value r, and a PID calculation section 7 for feedback controlling the output of the controlled object 8 (comprising a proportional component 4, an integral component 5, and a differential component 6)
And a target value filter 3 for compensating the command value and improving the followability.

【0024】一般的に制御対象は指令値rの速度変化が
激しい部分において、追従エラー(オーバーシュート)
が起き易くなる。そこで、追従エラーが起きないように
目標値フィルタ3で指令値rを補償する。指令値rの速
度変化が激しい部分とは加速度が大きな部分であるの
で、二階微分器1で指令値の加速度を求める。1次フィ
ルタ2のKによって補償する大きさを決定し、Tによっ
て補償量の減衰時間を決定する。
Generally, the controlled object has a tracking error (overshoot) in a portion where the speed of the command value r is drastically changed.
Is more likely to occur. Therefore, the target value filter 3 compensates the command value r so that a tracking error does not occur. The part where the speed change of the command value r is large is the part where the acceleration is large, so the second order differentiator 1 calculates the acceleration of the command value. The compensation amount is determined by K of the primary filter 2, and the attenuation time of the compensation amount is determined by T.

【0025】二階微分器1と1次フィルタ2による補償
量を指令値rに加算して制御対象の出力との偏差を計算
しPID制御の比例(P)成分4及び積分(I)成分5
に入力する。二階微分器1と1次フィルタ2による補償
量は指令値rに対して並列に設けられているので、1次
フィルタ2のKを零とすることで、図5に示すような一
般的なPID制御と同じ構成にすることもできる。
The deviation from the output of the controlled object is calculated by adding the compensation amount by the second-order differentiator 1 and the primary filter 2 to the command value r, and the proportional (P) component 4 and integral (I) component 5 of the PID control are calculated.
To enter. Since the compensation amount by the second-order differentiator 1 and the primary filter 2 is provided in parallel with the command value r, by setting K of the primary filter 2 to zero, a general PID as shown in FIG. It can also have the same configuration as the control.

【0026】ステップ状や時間と共に鋭角に変化する指
令値rを二階微分器1に通すと補償量には鋭いパルス状
の信号が含まれる。補償量に含まれるパルス状の信号に
合わせて制御対象を動かすことは制御対象8を振動させ
ることになるので望ましくない。そこで、PID制御の
微分(D)成分6には補償していない指令値rと制御対
象8の出力の偏差を、微分(D)成分6にそのまま直接
入力している。こうすることによって、目標値フィルタ
3によってパルス状に補償されたとしても制御対象8は
過度に反応することなく指令値rに追従することができ
る。
When the command value r which changes stepwise or sharply with time is passed through the second differentiator 1, the compensation amount includes a sharp pulse signal. It is not desirable to move the controlled object in accordance with the pulse-shaped signal included in the compensation amount, as this causes the controlled object 8 to vibrate. Therefore, the deviation between the command value r and the output of the controlled object 8 that is not compensated for in the differential (D) component 6 of the PID control is directly input to the differential (D) component 6 as it is. By doing so, even if the target value filter 3 compensates for the pulse shape, the controlled object 8 can follow the command value r without excessively reacting.

【0027】本発明の目標値フィルタは指令値rの速度
変化が激しい部分にのみ作用するので、指令値rがある
勾配のランプ区間や曲線区間を含んでいても、追従特性
に制御遅れは発生しない。
Since the target value filter of the present invention acts only on a portion where the speed of the command value r changes drastically, a control delay occurs in the follow-up characteristic even if the command value r includes a ramp section or a curve section with a certain gradient. do not do.

【0028】例えば、NC装置において、スピンドル軸
を3800rpmで回転させ、周波数20Hzの正弦波
状の曲線加工する場合を考える。NC装置は1軸のスピ
ンドル軸と多くの位置決め制御軸から構成される。スピ
ンドル軸が3800rpm回転すると、その影響により
位置決め軸には63.3Hz(3800rpm)の周期
外乱が発生する。
For example, consider a case where a spindle shaft is rotated at 3800 rpm and a sinusoidal curve having a frequency of 20 Hz is machined in an NC device. The NC device is composed of one spindle shaft and many positioning control shafts. When the spindle shaft rotates 3800 rpm, a periodic disturbance of 63.3 Hz (3800 rpm) occurs on the positioning shaft due to the influence of the rotation.

【0029】図2に追従性と外乱応答における本発明の
効果の例を示す。このような加工を一般的なPID制御
を用いて行うと、位置決め追従偏差は10(破線)のよ
うになり、外乱の影響により63.3Hz(3800r
pm)の周期で大きな加工エラーが発生する。又、20
Hzの指令値の影響による加工エラーも11(点線)の
ように発生する。
FIG. 2 shows an example of the effect of the present invention on the followability and the disturbance response. When such processing is performed using general PID control, the positioning tracking deviation becomes 10 (broken line), and due to the influence of disturbance, it is 63.3 Hz (3800 r).
A large processing error occurs in the cycle (pm). Also, 20
A machining error due to the influence of the command value of Hz also occurs as indicated by 11 (dotted line).

【0030】本発明の制御手法を用いてこのような加工
を行うと、位置決め追従偏差は9(実線)のようにな
り、外乱の影響による63.3Hz(3800rpm)
の加工エラーと、20Hzの指令値の影響による加工エ
ラーは共に従来の一般的なPID制御の約半分にするこ
とができる。
When such processing is performed using the control method of the present invention, the positioning follow-up deviation becomes 9 (solid line), which is 63.3 Hz (3800 rpm) due to the influence of disturbance.
Both the machining error of 1 and the machining error due to the influence of the command value of 20 Hz can be reduced to about half of those of the conventional general PID control.

【0031】図5に示すような一般的なPID制御はそ
れだけで追従性と外乱応答性を上げなければならない
が、本発明の制御手法は図6に示すような従来の目標値
フィルタ型2自由度PID制御のように、外乱応答性は
PID制御によって上げ、追従性は目標値フィルタによ
って上げることができる。
The general PID control as shown in FIG. 5 must improve the followability and the disturbance response by itself, but the control method of the present invention is the conventional target value filter type 2 free type as shown in FIG. As in the case of the degree PID control, the disturbance responsiveness can be increased by the PID control, and the followability can be increased by the target value filter.

【0032】図3にPID設定値による外乱抑制の効果
の例を示す。例えば一般的なPID制御における外乱抑
制特性は12(破線)のようになり、特に35Hz付近
の周期外乱に弱い場合を考える。本発明の制御手法適用
時では従来の目標値フィルタ型2自由度PID制御のよ
うに外乱応答重視のPIDパラメータを設定することが
できる。そのときの外乱抑制特性は13(実線)のよう
になり、従来のPIDでは弱い35Hz付近の周期外乱
を抑制することができる。この場合、10Hz〜113
Hzの周期外乱においては抑制することができるが、そ
の他の周波数に関しては従来のPID設定値用いた外乱
抑制特性12(破線)の方が良い。
FIG. 3 shows an example of the effect of disturbance suppression by the PID set value. For example, the disturbance suppression characteristic in general PID control is as shown by 12 (broken line), and a case where it is particularly vulnerable to a periodic disturbance near 35 Hz is considered. When the control method of the present invention is applied, it is possible to set the PID parameter with emphasis on the disturbance response as in the conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID control. The disturbance suppression characteristic at that time is as shown by 13 (solid line), and it is possible to suppress the periodic disturbance near 35 Hz, which is weak in the conventional PID. In this case, 10 Hz to 113
Although it is possible to suppress the periodic disturbance of Hz, the disturbance suppression characteristic 12 (broken line) using the conventional PID set value is better for other frequencies.

【0033】本発明の目標値フィルタは後段のPID制
御系と完全に独立であるため、周期外乱の周波数によっ
てPID設定値を切り替えて使用することが可能であ
る。例えば、周期外乱の周波数によって外乱応答重視の
PIDパラメータ設定に切り替えた後、目標値フィルタ
のパラメータK,Tで追従誤差が小さくなるように設定
することができる。図4に追従性における本発明の効果
の例を示す。例えば、正弦波状の指令値を入力し、制御
対象を追従させたとき、一般的なPID制御を用いた時
の追従エラーは高周波になるに従って14(破線)のよ
うに非常に大きく増加する。
Since the target value filter of the present invention is completely independent of the PID control system in the subsequent stage, it is possible to switch and use the PID set value depending on the frequency of the periodic disturbance. For example, after switching to PID parameter setting that emphasizes the disturbance response depending on the frequency of the periodic disturbance, the tracking error can be set to be small with the parameters K and T of the target value filter. FIG. 4 shows an example of the effect of the present invention on the followability. For example, when a sine wave command value is input and the controlled object is made to follow, the tracking error when using general PID control increases significantly as shown by 14 (broken line) as the frequency becomes higher.

【0034】しかし、本発明の制御手法を適用すると、
追従エラーは15(実線)のようになり、特に高周波追
従において一般的なPID制御の時と比べて非常に小さ
くすることができる。本発明の制御手法を用いること
で、大幅に追従エラーを小さくすることができ、高周波
の正弦波追従における耐久性も大幅に向上させることが
できる。
However, when the control method of the present invention is applied,
The tracking error is as shown by 15 (solid line), and can be made very small compared with the case of general PID control especially in high frequency tracking. By using the control method of the present invention, the tracking error can be significantly reduced, and the durability in high frequency sinusoidal tracking can be significantly improved.

【0035】本発明の目標値フィルタおよびPI・D調
整演算器はソフトウエアで構成し,CPUでも演算処理
可能である。本発明の目標値フィルタ3及びPI・D調
整演算器7による操作量Uの演算式の例を以下の式
(2)に示す。
The target value filter and the PI / D adjustment calculator of the present invention are composed of software, and can be processed by a CPU. An example of an arithmetic expression of the manipulated variable U by the target value filter 3 and the PI / D adjustment arithmetic unit 7 of the present invention is shown in the following equation (2).

【0036】 U=[{1+s ・K/(1/T+s)}−X]・(P+I/s) +(r−X)・D・s …(2) 式(2)をCPUで演算した操作量Uを制御対象に入力
することで、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
U = [{1 + s 2 · K / (1 / T + s)} − X] · (P + I / s) + (r−X) · D · s (2) Equation (2) is calculated by the CPU. By inputting the operation amount U to the control target, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、PIとD(P:比例、I:積分、D:微分)調
整演算子動作を分離し、制御対象からの制御量とこの制
御量の指令値から補償演算を行って得られる実効指令値
との偏差が零となるようにPI・D調整演算を行い、得
られる調整信号を操作信号として前記制御対象に印加す
るモータ制御装置において、前記制御量の指令値からP
I調整演算部とD調整演算部に対する実効指令値をそれ
ぞれ得る補償演算部を設け、前記PI調整演算部に対す
る補償演算部は制御量の指令値に、並列に指令値の2階
微分器+1次ローパスフィルタを設け、制御量の指令値
に2階微分器+1次ローパスフィルタの出力を加算する
構成とし、前記D調整演算部に対する補償演算部は制御
量の指令値を使用するように構成したため、目標値フィ
ルタによる定常オフセット時間の制御遅れを防いで良好
な制御特性を得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the PI and D (P: proportional, I: integral, D: derivative) adjustment operator operations are separated and the control amount from the controlled object is separated. A motor for performing PI / D adjustment calculation so that the deviation from the effective command value obtained by performing compensation calculation from the command value of this control amount becomes zero, and applying the obtained adjustment signal to the control target as an operation signal. In the control device, from the command value of the control amount, P
A compensation calculation unit for obtaining an effective command value for each of the I adjustment calculation unit and the D adjustment calculation unit is provided, and the compensation calculation unit for the PI adjustment calculation unit parallels the command value of the control amount to the second-order differentiator of the command value + 1 order. Since a low-pass filter is provided and the output of the second-order differentiator + first-order low-pass filter is added to the command value of the control amount, and the compensation calculation unit for the D adjustment calculation unit is configured to use the command value of the control amount, Good control characteristics can be obtained by preventing the control delay of the steady offset time by the target value filter.

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

【図1】本発明に基づくモータ制御のブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram of motor control according to the present invention.

【図2】追従性と外乱応答における本発明の効果の例を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the effect of the present invention on the followability and the disturbance response.

【図3】PID設定値による外乱抑制の効果の例を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an effect of disturbance suppression by a PID set value.

【図4】追従性における本発明の効果の例を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the effect of the present invention on the followability.

【図5】一般的なPID制御の構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a structure of general PID control.

【図6】従来からある目標値フィルタ型2自由度PID
制御の構造例を示す図である。
FIG. 6 is a conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID.
It is a figure which shows the structural example of control.

【図7】従来からある目標値フィルタ型2自由度PID
制御のステップ応答例を示す図である。
FIG. 7 is a conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID.
It is a figure which shows the example of a step response of control.

【図8】従来からある目標値フィルタ型2自由度PID
制御のランプ応答例を示す図である。
FIG. 8 is a conventional target value filter type two-degree-of-freedom PID.
It is a figure which shows the ramp response example of control.

【図9】PV切換式2自由度PID制御装置の構造例を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a structural example of a PV switching type two-degree-of-freedom PID control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 二階微分器 2 1次フィルタ 3 目標値フィルタ 4 PID制御の比例成分 5 PID制御の積分成分 6 PID制御の微分成分 7 PID演算部 8 制御対象 9 位置決め追従偏差 10 一般的なPID制御を適用したときの位置決め
追従偏差 11 指令値の影響による加工エラー 12 一般的なPID制御における外乱抑制特性 13 PIDパラメータを設定したときの外乱抑制特
性 14 一般的なPID制御を用いた時の追従エラー 15 本発明の制御手法を適用したときの追従エラー 16 比例相当要素 17 積分相当要素 18 微分相当要素 19 微積共通項相当要素
1 Second-order Differentiator 2 Primary Filter 3 Target Value Filter 4 Proportional Component 5 of PID Control 5 Integral Component of PID Control 6 Differential Component of PID Control 7 PID Calculator 8 Control Target 9 Positioning Tracking Deviation 10 General PID Control Applied Positioning tracking deviation 11 Machining error due to influence of command value 12 Disturbance suppression characteristic in general PID control 13 Disturbance suppression characteristic when PID parameter is set 14 Tracking error when general PID control is used 15 Present invention Error when applying the control method of 16 16 Proportional equivalent element 17 Integral equivalent element 18 Differential equivalent element 19 Small product common term equivalent element

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 PIとD(P:比例、I:積分、D:微
分)調整演算子動作を分離し、制御対象からの制御量と
この制御量の指令値から補償演算を行って得られる実効
指令値との偏差が零となるようにPI・D調整演算を行
い、得られる調整信号を操作信号として前記制御対象に
印加するモータ制御装置において、 前記制御量の指令値からPI調整演算部とD調整演算部
に対する実効指令値をそれぞれ得る補償演算部を設け、
前記PI調整演算部に対する補償演算部は制御量の指令
値に、並列に指令値の2階微分器+1次ローパスフィル
タを設け、制御量の指令値に2階微分器+1次ローパス
フィルタの出力を加算する構成とし、前記D調整演算部
に対する補償演算部は制御量の指令値を使用するように
構成することを特徴とするモータ制御装置。
1. PI and D (P: Proportional, I: Integral, D: Derivative) adjustment operator operations are separated and obtained by performing a compensation operation from a controlled variable from a controlled object and a command value of this controlled variable. In a motor control device that performs a PI / D adjustment calculation so that a deviation from an effective command value becomes zero and applies the obtained adjustment signal as an operation signal to the control target, a PI adjustment calculation unit from the command value of the control amount. And a compensation calculation unit for obtaining effective command values for the D adjustment calculation unit,
The compensation calculation unit for the PI adjustment calculation unit is provided with a second-order differentiator + first-order low-pass filter of the command value in parallel for the command value of the control amount, and outputs the output of the second-order differentiator + first-order low-pass filter to the command value of the control amount. The motor control device is configured to perform addition, and the compensation calculation unit for the D adjustment calculation unit is configured to use the command value of the control amount.
【請求項2】 前記PI調整演算部の2階微分器+1次
ローパスフィルタの出力を切り離すことで、補償演算を
行わない一般的なPID調整演算部としても使用可能で
あることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
2. By separating the output of the second-order differentiator + first-order low-pass filter of the PI adjustment operation unit, it can be used as a general PID adjustment operation unit that does not perform compensation operation. The motor control device according to item 1.
【請求項3】 周期的な外乱がある場合は、外乱周波数
によってPIDパラメータを前もって決定された値に切
り替えることが可能であり、そのPIDパラメータに合
わせて2階微分器+1次ローパスフィルタのパラメータ
を切り替えることもできることを特徴とする請求項1記
載のモータ制御装置。
3. When there is a periodic disturbance, the PID parameter can be switched to a value determined in advance by the disturbance frequency, and the parameter of the second-order differentiator + first-order low-pass filter can be adjusted according to the PID parameter. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device can be switched.
【請求項4】 2階微分器+1次ローパスフィルタ及び
PI・D調整演算をソフトウエアで構成し、CPUでも
演算処理できることを特徴とする請求項1記載のモータ
制御装置。
4. The motor control device according to claim 1, wherein the second-order differentiator + first-order low-pass filter and the PI / D adjustment calculation are configured by software and can be processed by a CPU.
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