JPH01130201A - 制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は条件付安定な制御回路の制御方法に関し、特に
電源投入時、又は異常に大きい外乱等のショック時にも
発振を防止する手段を備えた制御回路の制御方法に関す
る。

尚、「制御工学」　（電気学会出版、執筆委員加藤一部
、第５章第７ｆｆｉｌ）によれば、ある制御系がボード
線図上でω（角周波数）がＯから応答周波数（ループゲ
イン＝ＯｄＢに対応する角周波数）までの間に一３次、
−４次、乃至それ以上の負の傾斜の範囲を有するとき、
この制御系はループゲインを下げると応答周波数での位
相が−πを超えて不安定となる。従って、この制御系に
含まれるアンプの動作範囲、または他の構成要素の正常
動作範囲をこえるようなショックが加わると、ループゲ
インが下がるのと同様な状態になって発振し、−度この
発振状態になるとショックを取除いても発振は止まらな
くなる。しかし、何等かの方法でこの発振を止めてやる
と、以後正常に動作することが可能となる。この様な制
御系の状態を条件付安定と称している。

（従来の技術） 応答周波数より十分低い周波数領域では、外乱圧縮率と
ループゲインは等しくなる。従って、ループゲインを高
くして外乱圧縮効果を大きくし、且つ制御系が前記条件
付安定となることを避けるためには、応答周波数を高く
する必要があった。

（発明が解決しようとする問題点） 自動制御系の最高応答周波数は、駆動モータからポテン
シオメータ等の制御状態検出手段までの機械的な伝達関
数により制限を受けることが多い。

従って、この応答周波数を高くするためには、駆動モー
タル被制御体〜制御状態検出手段間の結合を軽量、且つ
堅固に作成する必要があり、これには経済的、又は技術
的な限界があった。

本発明は、応答周波数が低いにも拘らず、ループゲイン
を高くする為に、ボード線図上で一３次、−４次、乃至
それ以上の負の傾斜の範囲を有する条件付安定の制御系
であっても、無条件で安定に動作する制御方法を提供す
るものである。

（問題点を解決するための手段） 制御系を構成する各構成要素のうち、少なくとも１つの
積分要素を有する構成要素の伝達関数をＧ２で、またそ
の他の構成要素の伝達関数を総括してＧ１でそれぞれ表
わしたとき、該制御系の一巡伝達関数Ｇが Ｇ＝Ｇ１・　（１＋Ｇ２） で示されるように構成し、且つ伝達関数０１で表わされ
る構成要素の飽和レベルに対して、伝達関数０２で表わ
される構成要素の飽和レベルを低く設定する。

（作用） 外乱等により、制御系内に所定レベル以上の信号が発生
する異常時には、各構成要素が飽和状態となり、ループ
ゲインが低下するのと同じ状態となる。そこでこの異常
時において、伝達関数Ｇ工で表わされる構成要素が飽和
状態となるまえに、伝達関数０２で表わされる構成要素
を飽和させ。

伝達関数０１が飽和状態となる時点で伝達関数Ｇ２を１
）Ｇ２とし、−巡伝達関数Ｇのボード線図におけるマイ
ナスの次数を減らすように作用する。

（実施例） 第１図は、本発明の制御方法を位置制御に用いた場合の
一実施例を示す回路図である。

同図中、オペアンプ１のプラス入力端子は位置電圧信号
ｓ１を入力し、マイナス入力端子は抵抗Ｒ１を介してそ
の出力端子に接続されると共に。

抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１を介してグランドに接続され
ている。これ等オペアンプ１．抵抗Ｒ１、Ｒ２、及びコ
ンデンサＣ１は、微分回路７を形成している。オペアン
プ１の出力端子は抵抗Ｒ３を介し、ダイオードＤ１のカ
ソードとダイオードＤ２のアノードにそれぞれ接続され
ると共に、更に抵抗Ｒ４を介してオペアンプ２のマイナ
ス入力端子に接続されている。オペアンプ２のマイナス
入力端子と出力端子間には、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ５
が並列接続され、ダイオードＤ１のアノード、ダイオー
ドＤ２のカソード、及びオペアンプ２のプラス入力端子
は、それぞれグランドに接続されている。これ等のうち
抵抗Ｒ３とダイオードＤ１、Ｄ２は、リミッタ回路１１
を形成し、抵抗Ｒ４、Ｒ５，コンデンサＣ２，及びオペ
アンプ２は、積分口ＭＩ８を形成している。オペアンプ
３のプラス入力端子は、抵抗Ｒ６を介してオペアンプ１
の出力端子に接続されると共に抵抗Ｒ７を介してグラン
ドに接続され、一方マイナス入力端子は、抵抗Ｒ９を介
してその出力端子に接続されると共に抵抗Ｒ８を介して
オペアンプ２の出力端子に接続されている。これ等オペ
アンプ３、及び抵抗Ｒ６〜Ｒ９は、積分回路８が反転型
であることから実質的に加算回路９を形成している。オ
ペアンプ４の入力端子はオペアンプ３の出力端子に直接
接続されると共に、その出力端子は直流モータ５の内部
コイル５１の一方の端子であるモータ端子５□に接続さ
れ、更にそのマイナス入力端子は抵抗Ｒ１０を介してグ
ランドに接続されると共に内部コイル５□の他方の端子
であるモータ端子５．に接続されている。これ等オペア
ンプ４と抵抗ＲＩＯは、内部コイル５１に接続されるこ
とにより電流駆動回路１ｏを形成している。直流モータ
５は内部コイル５□を有し、φは駆動力定数にニートン
／アンペア）で表され、磁石で形成される磁界を。

またＭはモータ質量（ｋ　ｇ）をそれぞれ示している。

６は、直流モータ５の作用により位置変位する移動体（
図示せず）の変位状態を検出する位置検出器で、その位
置変位Ｘに対応する変位電圧信号Ｓ１をオペアンプ１の
プラス入力端子に出力する。

第２図は、リミッタ回路１１を除いて上記の構成をブロ
ック化した簡略図であり、図中、Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｊ、Ｇ
ｍ、Ｇ、ｓは、各ブロックの伝達関数を示している。

ｓ＝ｊω（ωは角周波数）とすると、上記した微分回路
７の伝達関数Ｇａは。

Ｇ　ａ　＝（１＋ｓ　ｊ　ｆａ　）／（１＋ｓ　＠　ｔ
ａ／Ａａ）・・・・・−■となり、（τａ、Ａａは、抵
抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣ１の各数値で決まる定数） 積分回路８の伝達関数ａｂは、 Ｇｂ＝　　Ａｂ／（１＋ｓ・τｂ）　　・・・・・・・
・・・・・■となる。　　（Ａｂ、τｂは、抵抗Ｒ４，
Ｒ５、コンデンサＣ２の各数値で決まる定数） 更に、電流駆動回路１０の伝達関数Ｇｊ、モータ５の駆
動電流ｉと移動体の位置変位Ｘの関係を示す伝達関数Ｇ
ｍ、及びこの位置変位Ｘと位置検出器６から出力される
変位電圧信号ｓ１の関係を示す伝達関数Ｇｓは、 Ｇｊ−Ｇｍ−Ｇｓ＝：に／ｓ”　　　　　　−・−−−
−−■で表される。（定数には、電流駆動回路１０の抵
抗ＲＩＯの数値、モータの特性等で決る定数）従って、
第２図に示す制御系の一巡伝達関数ＧＯは。

Ｇｏ＝Ｇｊ−Ｇｍ−Ｇａ・Ｇａ（１＋Ｇｂ）となる。（
定数に’＝Ｋ　（１＋Ｇｂ））この−巡伝達関数ＧＯを
有する制御系を負帰還ループに構成することにより、こ
の制御回路は微分回路７に入力する変位電圧信号ｓ１が
Ｏｖに集束するように動作する。従って、変位電圧・信
号ｓ１のＯｖに対応する移動体の位置変位Ｘの位置を予
め考慮して設定することにより、移動体を所望位置に位
置制御することができる。

尚、変位電圧信号Ｓ、に所望位置調整用のバイアス電圧
を印加するように構成しても、所望位置に位置制御でき
ることは明らかである。

ここで、第２図に示す制御系の一巡伝達関数Ｇｏ（上式
■）の周波数ゲイン曲線を第３図にｇｏで示す。（同図
中、縦軸はゲインをデシベルで示し、横軸は角周波数ω
を対数スケールで示している。） 尚、各ブロックを構成する抵抗、コンデンサの数値で定
まる各折点角周波数１７τｂ１．　（１＋Ａｂ）／τｂ
、１／τａ、　Ａａ／τａ、及びゲインは、同図の関係
ｌこ成るように設定される。即ち、１／τｂ　＜　（１
＋Ａｂ）／ｌｂ　＜　１／ｌａ　＜　Ａａ／ｌａであり
、１／ｌａとＡａｌτａの略中央（対数スケール）でゲ
インが０ｃｌＢとなるように設定される。

従って、第２図に示す制御系は、−３次の負の傾斜範囲
を有する条件付安定の制御回路となり。

前記した諸条件により発振状態となる。

次に、本発明の一実施例である第１図の如く。

制御系の積分回路８の前段にリミッタ回路１１を挿入し
たときの回路動作について説明する。

先ず、第２図の制御系から積分回路８を除いた場合の制
御系について考えると、その−巡伝達関数Ｇｏｏは。

Ｇｏｏ＝Ｇａ−Ｇｊ−Ｇｍ−Ｇｓ ｓ”　　　１＋ｓ・ｔａ／Ａａ となり、この周波数ゲイン曲線が第３図のｇｏ。

破線の様になることは明らかである。

この場合、−３次の負の傾斜範囲が存在しないため、少
なくとも理論上制御系が発振することはない。

一方、第１図において、リミッタ回路１１は、積分回路
８が他の回路より十分低い信号レベルで等測的に飽和状
態になるようにその飽和レベルが設定されている。従っ
て、信号ｓ２のレベルがこの飽和レベルをこえて増大す
るにつれ、信号ｓ２に対する信号ｓ３の割合が減少する
。このことは、相対的に積分回路８の影響が徐々に薄れ
ることであり、この時の周波数ゲイン曲線は、信号ｓ２
の増大に伴って、第３図の破線で示す如く、伝達関数Ｇ
Ｏから伝達関数Ｇｏｏのゲイン曲線に接近する。

従って１以上の如く設定された本発明制御方法によれば
、電源投入時のショックや外乱などにより制御系内にお
いて過大信号が発生すると、リミッタ回路１１の働きに
より、先ず積分回路８が等測的に飽和状態となり、その
周波数ゲイン曲線は伝達関数ＧＯから伝達関数Ｇｏｏの
ゲイン曲線に接近する。そして更に積分回路８以外の回
路が飽和状態になると相対的にＯｄＢラインが上方に移
動し、応答周波数ωｐが２次の減衰曲線領域に向かって
移動する。しかしこの時点ではすでに、周波数ゲイン曲
線が伝達関数Ｇｏｏのゲイン曲線に限りなく接近してい
るため、この移動が進むにつれて位相マージンは減少す
るも、−πを超えることはなく、少なくとも理論上制御
系が発振する可能性はなくなる。

尚、本発明は、移動体の位置を制御する上記実施例に限
定されるものではなく、積分回路を用いた制御系であれ
ば適用できるものである。

また積分回路の飽和方法も、リミッタ回路を用いた上記
実施例に限定されるものではなく、例えば積分回路８の
出力信号Ｓ、が所望レベルで飽和するように積分回路自
体を構成してもよいなど、種々の態様が考えられる。

（発明の効果） 以上の如く１本発明制御方法によれば、通常の制御状態
時には制御系内の積分回路が動作するのでループゲイン
が高くなり、電源投入時のショックや外乱などにより制
御系内において過大信号が発生したときには、この積分
回路の働きが実質的に無視できるように動作するので、
この過大信号発生時にも発振することなく、常に安定し
た制御が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明制御方法の一実施例を示す回路図、第２
図、第３図は、本発明の説明に供する図をそれぞれ示す
。 １〜４・・・オペアンプ、５・・・直流モータ、６・−
・位置検出器、Ｒ１〜ＲＩＯ・・・抵抗、Ｃ１，Ｃ２・
・・コンデンサ、Ｄｌ、Ｄ２・・・ダイオード、７・・
・微分回路、８・・・積分回路、９・・・加算回路、１
０・・・電流駆動回路、１１・・・リミッタ回路、 手続補正書（自発） 昭和６３年９月５日 特許庁長官　殿　　　　　　　　　　１．２１、事件の
表示 昭和６２年　　　　　特許願第２８８６６１号２、発明
の名称 制御方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都小平市鈴木町１丁目１５３番地〒１８７　
　　　　　　（０４２３）４２−１１１１「定数に′＝
Ｋ（１＋Ｇｂ）」の記載を「定数に’＝Ｋ　（１＋Ａｂ
）Ｊに補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 制御系を構成する各構成要素のうち、少なくとも１つの
   積分要素を有する構成要素の伝達関数をＧ＿２で、また
   その他の構成要素の伝達関数を総括してＧ＿１でそれぞ
   れ表わしたとき、該制御系の一巡伝達関数Ｇが Ｇ＝Ｇ＿１・（１＋Ｇ＿２） で示されるように構成し、且つ伝達関数Ｇ＿１で表わさ
   れる構成要素の飽和レベルに対して、伝達関数Ｇ＿２で
   表わされる構成要素の飽和レベルを低く設定したことを
   特徴とする制御方法。