JPH0566841A - サーボモータの制御装置 - Google Patents
サーボモータの制御装置Info
- Publication number
- JPH0566841A JPH0566841A JP3225892A JP22589291A JPH0566841A JP H0566841 A JPH0566841 A JP H0566841A JP 3225892 A JP3225892 A JP 3225892A JP 22589291 A JP22589291 A JP 22589291A JP H0566841 A JPH0566841 A JP H0566841A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 サーボモータの制御において、位置偏差の値
によりファジィ推論のルールの切替えを行い、動作条件
に応じて比例ゲイン，積分ゲインを可変し、位置決め時
間と指令に対する追従性を高速にすることを目的とす
る。 【構成】 速度偏差ε2と位置偏差ε1をファジィ推論器
２８の入力とし、位置偏差ε1の値によりファジィ推論
ルールの切替を行い比例制御器２４，積分制御器２５の
入力値を決定し比例制御器２４，積分制御器２５に加算
し、動作条件に応じた可変ゲインにすることにより、高
速位置決め，高速追従性が実現できる。
によりファジィ推論のルールの切替えを行い、動作条件
に応じて比例ゲイン，積分ゲインを可変し、位置決め時
間と指令に対する追従性を高速にすることを目的とす
る。 【構成】 速度偏差ε2と位置偏差ε1をファジィ推論器
２８の入力とし、位置偏差ε1の値によりファジィ推論
ルールの切替を行い比例制御器２４，積分制御器２５の
入力値を決定し比例制御器２４，積分制御器２５に加算
し、動作条件に応じた可変ゲインにすることにより、高
速位置決め，高速追従性が実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、比例制御器と積分制御
器のゲインを動作条件に応じて擬似的に可変するファジ
ィ推論器を有し、ファジィ推論を行うルールとして、ル
ール１からルールｎを有し、位置偏差値により切換えを
行うサーボモータの制御装置に関する。
器のゲインを動作条件に応じて擬似的に可変するファジ
ィ推論器を有し、ファジィ推論を行うルールとして、ル
ール１からルールｎを有し、位置偏差値により切換えを
行うサーボモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のサーボモータの制御装置について
図４にもとづき説明する。位置フィードバックループを
もつサーボモータの制御装置はモータ１の回転位置また
は機械可動部の位置を制御するための位置フィードバッ
クループの他にモータ１の回転速度を制御するための速
度フィードバックループと、モータ電流を制御するため
の電流フィードバックループを有する。電流増幅器８は
電流フィードバックループ内で電流検出器９が検出した
モータ電流Ｉ1と比例積分制御器７からの電流指令値Ｉ0
との偏差が零になるように制御する。比例積分制御器７
は速度フィードバックループ内でエンコーダ等の速度検
出器２が検出したモータ回転数をＦ／Ｖ変換器１０によ
り電圧に変換した値Ｖ1とＤ／Ａ変換器６からの速度指
令値Ｖ0との偏差が零になるように電流指令値Ｉ0を決定
する。Ｄ／Ａは変換器６はレゾルバやエンコーダ等の位
置検出器３で検出されたモータ位置Ｌ1と指令パルス発
生回路５から与えられる位置指令値Ｌ0との差が零にな
るように速度指令値Ｖ0を決定し、位置フィードバック
ループによりサーボモータ１の位置を制御する。なお、
図中４ａ，４ｂ，４ｃは加算器である。図５は図４の速
度フィードバックループの構成を示すブロック線図であ
る。１１は比例積分制御器とサーボモータ、１２は負
荷、１３は外乱トルクＴL、１４は速度指令信号Ｖ0、１
５はサーボモータの速度Ｖ1、１６は速度偏差εであ
る。最初モータは停止すなわちＶ1＝０とする。正の値
の速度指令Ｖ0を与えると、Ｖ0とＶ1の差すなわち速度
偏差εはある正の値をとる。このため正の値のトルクが
発生し、軸が加速され速度が上がる。速度が上昇するに
つれて偏差εが零に近づいてくる。このためトルクも減
少して軸の加速が弱くなる。モータの速度が指令速度に
一致すると、トルクが零となり加速しなくなる。外乱ト
ルクＴLがこのままであればこの速度で回転を続けるこ
とになる。すなわち、モータの速度が希望どおりの値に
定速制御される。
図４にもとづき説明する。位置フィードバックループを
もつサーボモータの制御装置はモータ１の回転位置また
は機械可動部の位置を制御するための位置フィードバッ
クループの他にモータ１の回転速度を制御するための速
度フィードバックループと、モータ電流を制御するため
の電流フィードバックループを有する。電流増幅器８は
電流フィードバックループ内で電流検出器９が検出した
モータ電流Ｉ1と比例積分制御器７からの電流指令値Ｉ0
との偏差が零になるように制御する。比例積分制御器７
は速度フィードバックループ内でエンコーダ等の速度検
出器２が検出したモータ回転数をＦ／Ｖ変換器１０によ
り電圧に変換した値Ｖ1とＤ／Ａ変換器６からの速度指
令値Ｖ0との偏差が零になるように電流指令値Ｉ0を決定
する。Ｄ／Ａは変換器６はレゾルバやエンコーダ等の位
置検出器３で検出されたモータ位置Ｌ1と指令パルス発
生回路５から与えられる位置指令値Ｌ0との差が零にな
るように速度指令値Ｖ0を決定し、位置フィードバック
ループによりサーボモータ１の位置を制御する。なお、
図中４ａ，４ｂ，４ｃは加算器である。図５は図４の速
度フィードバックループの構成を示すブロック線図であ
る。１１は比例積分制御器とサーボモータ、１２は負
荷、１３は外乱トルクＴL、１４は速度指令信号Ｖ0、１
５はサーボモータの速度Ｖ1、１６は速度偏差εであ
る。最初モータは停止すなわちＶ1＝０とする。正の値
の速度指令Ｖ0を与えると、Ｖ0とＶ1の差すなわち速度
偏差εはある正の値をとる。このため正の値のトルクが
発生し、軸が加速され速度が上がる。速度が上昇するに
つれて偏差εが零に近づいてくる。このためトルクも減
少して軸の加速が弱くなる。モータの速度が指令速度に
一致すると、トルクが零となり加速しなくなる。外乱ト
ルクＴLがこのままであればこの速度で回転を続けるこ
とになる。すなわち、モータの速度が希望どおりの値に
定速制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】比例積分制御における
比例ゲイン，積分ゲインは実機の動作条件に応じて調整
され、固定される。しかし入力信号の急変に速応する。
すなわち、モータの起動，停止時においては速応性をよ
くするために比例ゲインが大きく、積分ゲインが小さい
ほうがよく、外乱トルクによる定常偏差が大きいときは
積分ゲインが大きい方がよい。したがって、従来の方法
で比例ゲイン，積分ゲインを固定する方法は最適である
とはいえない。
比例ゲイン，積分ゲインは実機の動作条件に応じて調整
され、固定される。しかし入力信号の急変に速応する。
すなわち、モータの起動，停止時においては速応性をよ
くするために比例ゲインが大きく、積分ゲインが小さい
ほうがよく、外乱トルクによる定常偏差が大きいときは
積分ゲインが大きい方がよい。したがって、従来の方法
で比例ゲイン，積分ゲインを固定する方法は最適である
とはいえない。
【０００４】本発明はモータの起動，停止時、あるいは
外乱の大小により、比例ゲイン，積分ゲインを適切な値
に設定するために、位置偏差値が零に近くなり位置決め
が必要なモードの場合のファジィルールと、位置偏差値
が大きいモードの場合のファジィルールのいずれかを選
択してファジィ推論を実行し比例制御および積分制御の
入力値を制御するサーボモータの制御装置を提供するこ
とを目的とする。
外乱の大小により、比例ゲイン，積分ゲインを適切な値
に設定するために、位置偏差値が零に近くなり位置決め
が必要なモードの場合のファジィルールと、位置偏差値
が大きいモードの場合のファジィルールのいずれかを選
択してファジィ推論を実行し比例制御および積分制御の
入力値を制御するサーボモータの制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のサーボモータの制御装置は、適切なサーボ動
作を行うために、位置偏差ε1，速度偏差ε2を前件部の
入力変数として、その出力ｆ1，ｆ2を比例制御器と積分
制御器の入力に加算するファジィ推論器を備え、位置偏
差ε1の値によりファジィ推論を行うためのルールの切
換えを行う。
に本発明のサーボモータの制御装置は、適切なサーボ動
作を行うために、位置偏差ε1，速度偏差ε2を前件部の
入力変数として、その出力ｆ1，ｆ2を比例制御器と積分
制御器の入力に加算するファジィ推論器を備え、位置偏
差ε1の値によりファジィ推論を行うためのルールの切
換えを行う。
【０００６】
【作用】上記の構成により、位置指令入力，速度指令入
力，負荷トルクが変化したときの追従性と位置決め精度
が向上する。
力，負荷トルクが変化したときの追従性と位置決め精度
が向上する。
【０００７】
【実施例】図１は本発明のサーボモータの制御装置の一
実施例を示すブロック図である。１７はサーボモータ、
１８は速度検出器、１９は位置検出器、２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは加算器、２１は位置指令
器、２２はＤ／Ａ変換器、２３はＦ／Ｖ変換器、２４は
比例制御器、２５は積分制御器、２６は電流アンプ、２
７は電流検出器、２８は本発明の骨子であるファジィ推
論器である。なお、ε 1は位置偏差、ε2は速度偏差、ε
3は電流偏差である。
実施例を示すブロック図である。１７はサーボモータ、
１８は速度検出器、１９は位置検出器、２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは加算器、２１は位置指令
器、２２はＤ／Ａ変換器、２３はＦ／Ｖ変換器、２４は
比例制御器、２５は積分制御器、２６は電流アンプ、２
７は電流検出器、２８は本発明の骨子であるファジィ推
論器である。なお、ε 1は位置偏差、ε2は速度偏差、ε
3は電流偏差である。
【０００８】まず、ファジィ推論の手段を説明する。周
知のようにファジィ推論とは、言語的に記述された制御
ルールに従って出力を決定する推論方法であり、人間の
経験や勘，熟練オペレータのノウハウに基づく知識をル
ールに反映することによって、要求に見合った制御系を
設計することができる。ファジィ推論器２８は位置検出
器１９の出力である位置情報Ｌ1と位置指令Ｌ0との位置
偏差ε1（ε1＝Ｌ0−Ｌ1）を前件部の第１の変数とす
る。同様にＦ／Ｖ変換器２３の出力であるＶ1とＤ／Ａ
変換器２２の出力Ｖ0との速度偏差ε2（ε2＝Ｖ0−
Ｖ1）を前件部の第２の変数とする。また位置偏差ε1の
大小によりファジィルールを切換え、ファジィ演算して
得られる出力結果ｆ1，ｆ2を比例制御器２４と積分制御
器２５の入力に加算してＰＩ制御を行うが、位置偏差ε
1が大きいときと小さいとき（ε1大：ε1小）、速度偏
差ε2，出力結果ｆ1，ｆ2は小さいとか非常に大きいな
どのあいまいな表現であるファジィ変数で表され、それ
ぞれのファジィ変数は図２に示すようにメンバシップ関
数で定義される。
知のようにファジィ推論とは、言語的に記述された制御
ルールに従って出力を決定する推論方法であり、人間の
経験や勘，熟練オペレータのノウハウに基づく知識をル
ールに反映することによって、要求に見合った制御系を
設計することができる。ファジィ推論器２８は位置検出
器１９の出力である位置情報Ｌ1と位置指令Ｌ0との位置
偏差ε1（ε1＝Ｌ0−Ｌ1）を前件部の第１の変数とす
る。同様にＦ／Ｖ変換器２３の出力であるＶ1とＤ／Ａ
変換器２２の出力Ｖ0との速度偏差ε2（ε2＝Ｖ0−
Ｖ1）を前件部の第２の変数とする。また位置偏差ε1の
大小によりファジィルールを切換え、ファジィ演算して
得られる出力結果ｆ1，ｆ2を比例制御器２４と積分制御
器２５の入力に加算してＰＩ制御を行うが、位置偏差ε
1が大きいときと小さいとき（ε1大：ε1小）、速度偏
差ε2，出力結果ｆ1，ｆ2は小さいとか非常に大きいな
どのあいまいな表現であるファジィ変数で表され、それ
ぞれのファジィ変数は図２に示すようにメンバシップ関
数で定義される。
【０００９】位置偏差情報ε1大は図２（ａ）のように
［−１〜１］の区間に正規化され、ＮＬ（負に非常に大
きい。すなわち目的の位置より負の方向に非常に離れて
いることを表す）からＰＬ（正に非常に大きい。すなわ
ち目的の位置より正の方向に非常に離れていることを表
す）までの７つのファジィ変数で定義される。同様に位
置偏差情報ε1小は図２（ｂ）のように速度偏差情報ε2
は図２（ｃ）のように比例制御器２４への入力情報ｆ1
は図２（ｄ）のように、積分制御器２５への入力情報ｆ
2は図２（ｅ）のようにそれぞれ７つのラベルを持つフ
ァジィ変数で定義される。これらのファジィ変数を用い
た制御ルールとしては、例えば次のようなものが考えら
れる。
［−１〜１］の区間に正規化され、ＮＬ（負に非常に大
きい。すなわち目的の位置より負の方向に非常に離れて
いることを表す）からＰＬ（正に非常に大きい。すなわ
ち目的の位置より正の方向に非常に離れていることを表
す）までの７つのファジィ変数で定義される。同様に位
置偏差情報ε1小は図２（ｂ）のように速度偏差情報ε2
は図２（ｃ）のように比例制御器２４への入力情報ｆ1
は図２（ｄ）のように、積分制御器２５への入力情報ｆ
2は図２（ｅ）のようにそれぞれ７つのラベルを持つフ
ァジィ変数で定義される。これらのファジィ変数を用い
た制御ルールとしては、例えば次のようなものが考えら
れる。
【００１０】比例制御器入力値ｆ1の制御ルールの場
合、 （１）もし位置偏差情報ε1小が適正（ＺＲ）で速度偏
差情報ε2が適正（ＺＲ）ならば比例制御器への入力値
ｆ1をゼロ（ＺＲ）にせよ。
合、 （１）もし位置偏差情報ε1小が適正（ＺＲ）で速度偏
差情報ε2が適正（ＺＲ）ならば比例制御器への入力値
ｆ1をゼロ（ＺＲ）にせよ。
【００１１】（２）もしε1小が正に非常に大きく（Ｐ
Ｌ）、ε2が正に非常に大きい（ＰＬ）ならば、ｆ1は正
方向に非常に大きく（ＰＬ）せよ。
Ｌ）、ε2が正に非常に大きい（ＰＬ）ならば、ｆ1は正
方向に非常に大きく（ＰＬ）せよ。
【００１２】（３）もしε1小が正に中位大きく（Ｐ
Ｍ）、ε2が正に中位大きい（ＰＭ）ならば、ｆ1は正方
向に中位大きく（ＰＭ）せよ。
Ｍ）、ε2が正に中位大きい（ＰＭ）ならば、ｆ1は正方
向に中位大きく（ＰＭ）せよ。
【００１３】（４）もしε1小が正に少し大きく（Ｐ
Ｓ）、ε2が正に少し大きい（ＰＳ）ならば、ｆ1は正方
向に少し大きく（ＰＳ）せよ。
Ｓ）、ε2が正に少し大きい（ＰＳ）ならば、ｆ1は正方
向に少し大きく（ＰＳ）せよ。
【００１４】（５）もしε1小が負に少し大きく（Ｎ
Ｓ）、ε2が負に少し大きい（ＮＳ）ならば、ｆ1は正に
少し大きく（ＰＳ）せよ。
Ｓ）、ε2が負に少し大きい（ＮＳ）ならば、ｆ1は正に
少し大きく（ＰＳ）せよ。
【００１５】（６）もしε1小が負に中位大きく（Ｎ
Ｍ）、ε2が負に中位大きい（ＮＭ）ならば、ｆ1は正に
中位大きく（ＰＭ）せよ。
Ｍ）、ε2が負に中位大きい（ＮＭ）ならば、ｆ1は正に
中位大きく（ＰＭ）せよ。
【００１６】（７）もしε1小が負に非常に大きく（Ｎ
Ｌ）、ε2が負に非常に大きい（ＮＬ）ならば、ｆ1は正
に非常に大きく（ＰＬ）せよ。
Ｌ）、ε2が負に非常に大きい（ＮＬ）ならば、ｆ1は正
に非常に大きく（ＰＬ）せよ。
【００１７】積分制御器２５の入力値ｆ2の制御ルール
の場合も動作条件に応じて同様に考えられる。またε1
大のときの比例制御器の入力情報ｆ1と、積分制御器の
入力情報ｆ2の制御ルールの場合も動作条件に応じて同
様に考えられる。次にファジィ推論の過程を図３を用い
て説明する。本実施例でのファジィ推論では、ＭＩＮ−
ＭＡＸ−重心法（頭切り法とも呼ばれる）を用いる。重
心法の他に面積法，高さ法などを用いる場合もある。ま
ず、それぞれのルールごとの結論を求める。例えば、ル
ール１（ｉｆ ε1小＝ＰＬ，ａｎｄ ε2＝ＰＭ，ｔｈ
ｅｎ ｆ1＝ＰＭ）に対しては、図３に示すように前
件部の各変数の入力値に対するグレードをとり、それら
の最小（ＭＩＮ）をとることにより前件部の適合度を求
め、図３に示すように後件部変数の頭を前件部の適合
度でカット（斜線部分）したものをこのルールの結論と
する。同じステップを各ルールに適用し、各ルール毎の
結論を求めた後に図３に示すように、全結論の最大
（ＭＡＸ）をとり、図３に示すように、そのメンバー
シップ関数の重心に対応する値を結論結果として決定す
る。このような推論の実行は汎用のマイクロコンピュー
タやディジタル・シグナル・プロセッサを利用すること
によって、また専用のファジィ演算チップを用いても可
能である。
の場合も動作条件に応じて同様に考えられる。またε1
大のときの比例制御器の入力情報ｆ1と、積分制御器の
入力情報ｆ2の制御ルールの場合も動作条件に応じて同
様に考えられる。次にファジィ推論の過程を図３を用い
て説明する。本実施例でのファジィ推論では、ＭＩＮ−
ＭＡＸ−重心法（頭切り法とも呼ばれる）を用いる。重
心法の他に面積法，高さ法などを用いる場合もある。ま
ず、それぞれのルールごとの結論を求める。例えば、ル
ール１（ｉｆ ε1小＝ＰＬ，ａｎｄ ε2＝ＰＭ，ｔｈ
ｅｎ ｆ1＝ＰＭ）に対しては、図３に示すように前
件部の各変数の入力値に対するグレードをとり、それら
の最小（ＭＩＮ）をとることにより前件部の適合度を求
め、図３に示すように後件部変数の頭を前件部の適合
度でカット（斜線部分）したものをこのルールの結論と
する。同じステップを各ルールに適用し、各ルール毎の
結論を求めた後に図３に示すように、全結論の最大
（ＭＡＸ）をとり、図３に示すように、そのメンバー
シップ関数の重心に対応する値を結論結果として決定す
る。このような推論の実行は汎用のマイクロコンピュー
タやディジタル・シグナル・プロセッサを利用すること
によって、また専用のファジィ演算チップを用いても可
能である。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
り、位置偏差情報と速度偏差情報を加味して比例制御器
の入力値および積分制御器の入力値をファジィ推論によ
って制御すると、比例ゲインおよび積分ゲインを固定し
ているときに比べサーボモータの速応性，位置決め時間
は、いろいろの動作条件下において大幅に向上し、その
実用効果は大きい。
り、位置偏差情報と速度偏差情報を加味して比例制御器
の入力値および積分制御器の入力値をファジィ推論によ
って制御すると、比例ゲインおよび積分ゲインを固定し
ているときに比べサーボモータの速応性，位置決め時間
は、いろいろの動作条件下において大幅に向上し、その
実用効果は大きい。
【図１】本発明の一実施例のサーボモータの制御装置の
ブロック図
ブロック図
【図２】ファジィ変数の定義を示すメンバーシップ関数
の模式図
の模式図
【図３】ファジィ推論の定義を示す模式図
【図４】従来のサーボモータの制御装置のブロック図
【図５】従来の速度フィードバックループのブロック図
２４ 比例制御器 ２５ 積分制御器 ２８ ファジィ推論器 ε1 位置偏差 ｆ1，ｆ2 加算器
Claims (1)
- 【請求項１】 位置フィードバックループと速度フィー
ドバックループと、比例制御器と積分制御器と、ファジ
ィ推論器とを備え、ファジィ推論器は位置偏差値と速度
偏差値とを前件部の変数入力とし、位置偏差値の値によ
りファジィ推論を行うためのファジィルールの切換えを
行いその出力を比例制御器と積分制御器の入力に加算す
ることを特徴とするサーボモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225892A JPH0566841A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | サーボモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225892A JPH0566841A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | サーボモータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566841A true JPH0566841A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16836515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3225892A Pending JPH0566841A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | サーボモータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0566841A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065019A (ja) * | 1992-04-08 | 1994-01-14 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | デイスク・ドライブ制御システム及び読み取り／書き込みヘツドの位置設定方法 |
| JPH09225917A (ja) * | 1996-02-23 | 1997-09-02 | Sato Kagaku Kogyo Kk | タイル素地の成形方法 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3225892A patent/JPH0566841A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065019A (ja) * | 1992-04-08 | 1994-01-14 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | デイスク・ドライブ制御システム及び読み取り／書き込みヘツドの位置設定方法 |
| JPH09225917A (ja) * | 1996-02-23 | 1997-09-02 | Sato Kagaku Kogyo Kk | タイル素地の成形方法 |
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