JPH01318103A - 繰返し制御装置 - 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］ 本発明はモータの回転むら除去装置や射出成形機の射出
速度制御装置などにおいて用いられる繰返し制御装置に
関し、特に所定の周期（Ｌ秒）で同じパターンの目標値
または外乱が与えられるフィードバック制御系に適用さ
れる繰返し制御装置に関する。

［従来の技術］ 第３図は従来のこの種の繰返し制御装置の一例を示すブ
ロック図であり、破線で囲んだ部分が繰返し制御回路で
ある。この制御装置は例えば第４図に示すように目標値
が所定の周期（Ｌ秒）を有する一定のパターンをもち、
第５図に示すように繰返し与えられるような場合に有効
なもので、目標値が繰返される毎にその目標値と制御量
との制御偏差が改善されると云う利点を持つ。

すなわち第３図に示すように、制御対象１１に対する制
御量と目標値「との差である制御偏差が減算器１にて求
められ、この制御偏差がサンプラ２により所定のサンプ
リング周期Ｔでサンプリングする。そしてこのサンプリ
ングされた制御偏差と、ローパスフィルタ５．記憶要素
６を介して得られる１周期（Ｌ秒）前の制御偏差とが加
算器３にて加算される。この加算値は上記ローパスフィ
ルタ５．記憶要素６を通ることにより、１周期（Ｌ秒）
分だけ遅延して出力される。なお、この記憶要素６はあ
る（所定）目標値周期中に取込まれたデータを次の目標
値周期まで記憶し、上記サンプラ２と同期して周期Ｔで
記憶値を出力する機能を有している。

記憶要素６から１周期（Ｌ秒）分だけ遅延して出力され
た上記加算値は、動的補償器７により動的補償を施され
、その後、Ｄ／Ａ変換器８によりアナログ信号に変換さ
れて加算器９に与えられる。

この加算器９は上記アナログ信号と前記加算器１にて求
められた制御偏差とを加算する。この加算器９で求めら
れた制御値は直列補償器１０を介して前記制御対象１１
に与えられ、当該制御対象１１をフィードバック制御す
る。尚、上記直列補償器１０は上述した繰返し制御回路
がない状態での当該フィードバック制御系の安定性を保
つ役割を果す。

以上の構成により、目標値「と制御量との制御偏差がそ
の繰返しに応じて徐々に減っていくような制御が実現さ
れる。

次に、上記繰返し制御装置による偏差改善の原理につい
て説明する。

第６図は上述した制御系を等価的に示したブロック図で
ある。同図に示すように、目標値「と偏差ｅとの関係は
次のように表わされる。

但し、Ｎ−Ｌ／Ｔ Ｇｘ−（１＋Ｇ）−１−Ｇ　−Ｇｄ　ＣＬ　；目標値が
繰返される周期 Ｆ　；ローパスフィルタ５の特性 Ｇ　；制御対象と直列補償器とを直列 結合した特性 Ｇ　ｄａ　；動的補償器の特性 Ｚ−’；Ｚ変換子で物理的にはサンプリング周期Ｔに等
しい無駄時間 ここで上述した繰返し制御回路がない場合の目標値ｒと
制御偏差ｅｏとの関係は、 で表わされる。

しかし繰返し制御回路がある場合と、ない場合との目標
値ｒに対する制御偏差のゲインを比較するべく、 Ａｄ−ｌｅｌ／１ｅｏｌ を考える。そうすると、上記Ａ　は（１）（２）式から なる関係を持つことがわかる。ここで Ｚｍｅｊ″ｌ　−ＣＯ５ω＋ｊｓｉｎωを（３）式に代
入すると、 Ａｄ２＝　（Ｆ２＋１−２ＦｃｏｓωＮ）／［１−２１
１−Ｇｘ　ｌ　＊Ｆｃｏｓ （ωＮ−θ）＋　１１−Ｇｘ２　ｌ　ｘＦ２コ・・・（
４） 但しＧｘ−α＋ｊβ θ　寓ｔａｎ−１β／（α−１） であり、かつＡｄ２−ｃｗ３にならないためには（５）
式で示す条件すなわち、繰返し制御系の安定条件を満た
す必要がある。

１ｌ−Ｇｌ＜１／Ｆ　　　　　　　　・・・（５）ここ
で、（４）式を簡単化する為に前記ローパスフィルタ５
の通過周波数域（Ｆ−１）を考慮すると、上記（４）式
は Ａｄ２　＝２　　（１−ｃｏｓ　ωＮ）／　　［１−２
Ｘ　　ｌ　　１−Ｇｘ　　ｌ　　ｘｃｏｓ　　（ωＮ−
〇）＋１ｌ−Ｇｘｌ　　２　］　　　　　　　　　−（
６）としてまとめることができる。

目標値ｒは、周期りなる周期を持った信号であり、（７
）式で示される。

ｒ　（ｔ）−ｒｏ　　（ｔ）　　　　（０≦ｔ＜Ｌ）ｒ
　（ｔ）　−ｒ　（ｔ−Ｌ）　　　（Ｌ≦ｔ）・・・（
７） 上記（７）式を２変換することにより ｒ　（ｚ）＝　（１−Ｚ−Ｎ）−’Ｒｏ　　（ｚ）−（
８）としてまとめることができる。上記（８）式によれ
ば、目標値ｒは（９）式で示す周波数成分からなること
がわかる。

ω−２ｎｙｒ／Ｎ　　　（ｎ＝１．２．３．−）・・・
（９） ここで上記（９）式を前記（６）式に代入すると、Ａｄ
２−０になるので、目標値「に対するＡ　は零、すなわ
ち偏差が零となる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した繰返し制御装置は、設計時の繰返し周期と異な
る周期の目標値が与えられた場合、偏差修正を行なう能
力がなく、逆に偏差を増幅してしまうという問題がある
。この問題点について以下説明する。

繰返し制御装置に対して、設計した繰返し周期りとは異
なる周期Ｌ′を持つ目標値ｒ′が与えられた場合、ｒ′
は ｒ’　、（ｔ）　−ｒ’　ｏ　　（ｔ）　、　　　（０
≦ｔ＜Ｌ）ｒ’　　（ｔ）−ｒ’　　（ｔ−Ｌ’）　　
（Ｌ’≦ｔ）・・・（１０） と表わされる。この式を２変換すると、ｒ’　　（ｚ）
＝　（１−Ｚ　　”　）　　’ＲＯ−’（ｚ）。

・・・（１１） （旦し　Ｎ’　−Ｌ’　／Ｔ となる。上式によれば、目標値ｒ′は（１２）式に示す
周波数成分からなることが分る。

ω−２ｎπ／Ｎ’　　　（ｎ＝１．２，３．−）・・・
（１２） 例えば１１標値ｒ′の周期Ｌ′が設計時の目標値の周期
りの整数倍とは異なる場合、上記（１２）式で表わされ
る何れかの周波数成分は、前記（６）式においてＡｄ＞
１となる。

Ａｄは繰返し制御囲路がある場合と、ない場合との目標
値「に対する制御偏差の比であるあるから、Ａｄ＞１で
あると云うことは、繰返し制御回路が有る方が制御偏差
が大きくなることを示している。

そこで本発明は、目標値の繰返し周期が使用条件によっ
て変化するような場合、設計時の目標値周期と異なる周
期の目標値が与えられた場合でも、その制御系の安定性
を充分に確保することができる繰返し制御装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決し目的を達成するためにサンプ
ラのサンプリング周期Ｔを、目標値または外乱の繰返し
周期に対応して設定するようにした。具体的には前記（
６）、（９）式で示される周波数２　ｎ　ｙｒ　／　Ｎ
　　（ｎ　−０、１、２、−）以外の周波数成分をもつ
目標値が繰返し制御装置に対して与えられた時、Ａｄ−
０を実現させるべく、当該繰返し制御装置に対して与え
られる目標値の周波数と記憶要素のレジスタの段数とか
らサンプラのサンプリング周期を変化させるサンプリン
グ周期制御回路を備えるようにした。

［作用コ 上記手段を講じたことにより次のような作用を奏する。

すなわち、繰返し周期Ｌ′をもつ目標値ｒ′の周波数成
分も （Ｌ）　−２ｎ　ｙｒ　／　Ｎ　　（ｎ　−０、１、２
・＝　）・・・（１３） で表わされるようになる。これを（６）式に代入すれば
、Ａｄ−０が得られるので、繰返し周期Ｌ′をもつ目標
値に対しても繰返し制御装置の偏差改善の効果が保たれ
る。

［第１実施例］ 第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図で
ある。第１図中、第３図と同一部分には同一符号を付し
、詳細な説明は省略する。

記ｔａ要素６のレジスタ段数を４９４段、ローパスフィ
ルタ（安定化フィルタ）５の段数を１３段とし、さらに
直列補償器１０と制御対象１１の全体の伝達特性を例え
ば（１３）式のようにした場合について説明する。

第１図において、制御量と目標値とを減算器１に入力し
て制御偏差を算出し、この制御偏差をサンプラ２により
サンプリングする。加算器３は上記サンプラ２の出力と
記憶要素６の出力とを加算する。上記加算器３の出力は
ローパスフィルタ５で高周波成分をカットされる。本例
では、前記（５）式が必ず満たされるようにローパスフ
ィルタ５を１３段のＦＩＲ形フィルタ（Ｆｉｎｉｔｅｉ
ｍｐｌｕｌｓｃ　ｒｃｓｐｏｎｓＱ　Ｉ’１ｌｔｅｒ）
で溝成し、その特性Ｆを次のように設計した。

Ｆ　（ｚ　）　＝　０．０１２＋０．０２１ｚ−’＋０
．０４７ｚ　−２＋０．０８２ｚ−３＋０．１１７ｚ−
’＋０．１４３ｚ−’＋０．１５３ｚ−６＋０．１４３
ｚ−’＋０．１１７ｚ−８＋０．０ｇ２ｚ−９＋０．０
４２ｚ−’°＋０．０２１−”＋０．０１２ｚ””　　
　　　　・（１５）ローパスフィルタ５の出力は、シフ
トレジスタで実現された記憶要素６に入力される。この
シフトレジスタは取込んだデータを上記サンプラス２と
同期して順に先送りする働きをする。記憶要素６のデジ
タル出力信号はＤ／Ａ変換器８によってアナログ信号に
変換された後、動的補償器７に入力する。この動的補償
器７は前記（５）式を満たす用にその特性が選ばれるが
、前記（１４）式で与えられるＧ　（ｓ）であれば、Ｇ
ｄｃ−１でも充分に満たされるので、本実施例ではＧｄ
ｃ−１とし、動的補償器７として特に回路は設けない。

次に動的補償器７の出力と、減算器１の出力とは加算器
９で加算され、直列補償器１０を経て制御対象１１の入
力となる。

サンプラス２のサンプリング周期Ｔは、サンプリング周
期制御回路１２によって制御される。このサンプリング
周期制御回路１２の動作は、まず目標値ｒの周期りの変
化を検出または推定し、周期りの変化が確認された場合
、新しい周期りと記憶要素６の段数Ｎとを（１６）式に
導入して、サンプリング周期Ｔを算出して、決定し、た
だちに。

サンプリング周期の変更を行なう。

Ｔ口し／Ｎ請Ｌ１５００　　　　　　・・・（１６）た
だしＮ　（−５００）は、ローパスフィルタ５の段数「
１３段」と記憶要素６のレジスタ段数「４９４段」の和
である。これは、前記（１５）式のように設計されたロ
ーパスフィルタ５が６ＸＴの無駄時間をもつもので、ロ
ーパスフィルタ５と記憶要素６との総計で（４９４＋６
）ＸＴ−５００ＸＴの無駄時間となるためである。

前記（１６）式の計算は、マイクロコンピュータ等によ
りその都度行なうか、予め使用する可能性のある目標値
のパターン情報をメモリに保存しておき、そのメモリを
参照してサンプリング周期の変更を行なう。

［第２実施例］ 第２図は本発明の第２実施例の構成を示すブロック図で
ある。本実施例が第１図に示す第１実施例と異なる点は
、次の点である。第１実施例では、減算器１からの信号
をサンプラ２によりサンプリングした出力と記憶要素６
の出力との加算を加算器３で行ない、その出力をローパ
スフィルタ５に送出しているが、第２実施例では減算器
１からの信号とＤ／Ａ変換器８の出力との加算を加算器
３で行ない、その出力をサンプラ２にてサンプリングを
行なったのち、その出力をローパスフィルタ５に送出す
るようにしている。このような構成であっても第１実施
例と同様な作用効果を奏し得る。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能
であるのは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば繰返し制御回路に制御偏差データを取込
むためのサンプラのサンプリング周期を、与えられる目
標値の繰返し周期に比例して変えるようにしたので、色
々な周期の目標値に対して偏差低減効果のある繰返し制
御装置を提供できる。

また、１１標値が一定または外乱の繰返し周期に比べて
極めて緩慢に変化する場合において、外乱抑制を狙った
繰返し制御装置にも適用できる。この場合には目標値の
繰返し周期の代わりに外乱の繰返し周期を用いてサンプ
リング周期を決定すれば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図で
あり、第２図は本発明の第２実施例の構成を示すブロッ
ク図である。第３図〜第６図は従来技術を示す図で、第
３図は従来の繰返し制御装置の構成を示すブロック図、
第４図および第５図は繰返し人力される目標値の例を示
す図、第６図は繰返し制御装置の等価回路図である。 １・・・減算器、２・・・サンプラ、３，９・・・加算
器、４・・・演算装置、５・・・ローパスフィルタ、６
・・・記憶要素、７・・・動的補償器、８・・・Ｄ／Ａ
変換器、１０・・・直列補償器、１１・・・制御対象、
１２・・・サンプリング周期制御回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （移ン 第５図 （Ｊ差ｅ〕 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目標値または外乱の繰返し周期に対応してサンプリング
   周期を設定するサンプリング周期制御回路を設けたこと
   を特徴とする繰返し制御装置。