JPH0954618A - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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JPH0954618A
JPH0954618A JP21055695A JP21055695A JPH0954618A JP H0954618 A JPH0954618 A JP H0954618A JP 21055695 A JP21055695 A JP 21055695A JP 21055695 A JP21055695 A JP 21055695A JP H0954618 A JPH0954618 A JP H0954618A
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JP
Japan
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angle
angular velocity
motor
gimbal portion
detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP21055695A
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English (en)
Inventor
Nobuo Kurokochi
伸夫 黒河内
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0954618A publication Critical patent/JPH0954618A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械共振点が存在しても高帯域な制御系を構
成できる角度制御装置を提供する。 【構成】 制御対象を支持するシンバル部、上記ジンバ
ル部を回転させるモータ、上記モータの回転トルクを増
幅し上記ジンバル部にトルクを伝達する歯車伝達機構、
上記モータの回転角を検出する角度検出器、上記ジンバ
ル部の回転角を検出する角度検出器、上記2つの角度検
出器の出力を合成する角度合成器、角度指令と上記角度
合成器の出力との誤差を演算する角度誤差演算器、上記
角度誤差演算器の出力を電力増幅し上記モータを回転さ
せる電力増幅器により構成される。 【効果】 機械共振点に影響されることなく角度信号を
フィードバックできるので高帯域な角度制御系が構成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、角度、及び角速度制御
を要求される制御対象に対して、高帯域な制御系を提供
する制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は従来技術における制御装置の構成
例を示す構成図であり、図において1は制御対象を固定
するジンバル部、2はジンバル部1を回転させるモー
タ、3はモータ2の回転トルクを増幅しジンバル部1に
トルクを伝達する歯車伝達機構、4はモータ2の回転角
を検出する角度検出器、7は角度指令と角度検出器4の
出力との誤差を演算する角度誤差演算器、8は角度誤差
演算器7の出力を電力増幅しモータ2を回転させる電力
増幅器である。また、図8はモータ2、歯車伝達機構
3、及びジンバル部1を慣性能率とバネで表わした運動
モデル概念図である。図8のおいて、JMはモータ2の
慣性能率、JLはジンバル部1の慣性能率、KLはモー
タ2とジンバル部1の間に存在するバネ定数である。
【0003】次に動作について説明する。モータ2とジ
ンバル部1の間に(1−γ):γとなる比率の位置に角
度検出器を配置するとする。図7における角度検出器4
は、図8においてγ=1の場合を示している。また、γ
=0の時はジンバル部の回転角度を検出することを意味
する。モータ2の回転角度は角度検出器4で検出された
後、角度指令との誤差を角度誤差演算部7で計算され
る。この誤差は角度誤差演算器7の内部のゲインにて増
幅された後、電力増幅器8で電力増幅され、角度誤差が
0となるまでモータを回転させる。この際、誤差が0と
なるまでの時間を決定するものが前述の角度誤差演算器
内部のゲインである。ゲインを大きくすると、この静定
に要する時間は短くなり、小さくすると時間は長くな
る。一般に、この静定時間は極力短くしたい、つまり高
帯域化したいが、以下に示す制約条件があるためむやみ
にこのゲインを大きくすることはできない。この制約条
件を説明するために、図8から運動方程式を立てる。モ
ータ2に加えられる回転トルクをT、モータ2の回転角
度をθM、ジンバル部の回転角度をθL、γの位置に配
置された角度検出器の検出する回転角度をθSとする
と、数1が成り立つ。
【0004】
【数1】
【0005】以下粘性制動係数:DM,DLを無視し、
数1を行列表記にすると数2を得る。
【0006】
【数2】
【0007】数2においてSはラプラス演算子を表す。
数2をθM,θLについて解くと、数3を得る。
【0008】
【数3】
【0009】一方、角度検出器が検出する角度信号θs
は、γを用いて表すと、
【0010】
【数4】
【0011】数4に数3を代入すると、
【0012】
【数5】
【0013】数5を整理すると、数6を得る。
【0014】
【数6】
【0015】数6は、ωRなる周波数で位相は180度
遅れ、ωARなる周波数で位相は180度進む特徴があ
り、一般に、ωRは機械共振点、ωARは機械反共振点
と呼ばれている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の角
度制御装置においては、機械共振点ωRが存在するため
にωRなる周波数で不安定となってしまうため、制御系
のゲインをむやみに大きくできない、言い換えれば、高
帯域化できないとう課題があった。
【0017】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたものであり、高帯域な角度制御装置を得ることを
目的とする。また同様に高帯域な角速度制御装置を得る
ことを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明の実施例1に係
る角度制御装置は、モータの回転角度を検出する角度検
出器とジンバル部の回転角度を検出する角度検出器を用
いて角度信号を合成し、上記機械共振点の影響を相殺す
るように構成したものである。
【0019】またこの発明の実施例2では、モータとジ
ンバル部の中間点である歯車伝達機構の回転角度を検出
する角度検出器を用いて、上記機械共振点の影響を相殺
するように構成したものである。
【0020】またこの発明の実施例3では、モータの回
転角速度を検出する角速度検出器とジンバル部の回転角
速度を検出する角速度検出器を用いて角速度信号を合成
し、上記機械共振点の影響を相殺するように構成したも
のである。
【0021】またこの発明の実施例4では、モータとジ
ンバル部の中間点である歯車伝達機構の回転角速度を検
出する角速度検出器を用いて、上記機械共振点の影響を
相殺するように構成したものである。
【0022】
【作用】上記のように構成した実施例1の角度制御装置
では、数4において、γ=JM/(JM+JL)なる比
率でモータ回転角度とジンバル回転角度から角度信号を
合成すれば、ωR=ωARとすることができるので機械
共振点に影響されることなく角度信号をフィードバック
できる。その結果、高帯域な角度制御系が構成できる。
【0023】また実施例2の角度制御装置では、歯車伝
達機構の中間点のγ=JM/(JM+JL)なる比率の
位置に角度検出器を配置すれば、ωR=ωARとするこ
とができるので機械共振点に影響されることなく角度信
号をフィードバックできる。その結果、高帯域な角度制
御系が構成できる。
【0024】また実施例3の角速度制御装置では、数4
において、γ=JM/(JM+JL)なる比率でモータ
回転角速度とジンバル回転角速度から角速度信号を合成
すれば、ωR=ωARとすることができるので機械共振
点に影響されることなく角速度信号をフィードバックで
きる。その結果、高帯域な角速度制御系が構成できる。
【0025】また実施例4の角速度制御装置では、歯車
伝達機構の中間点のγ=JM/(JM+JL)なる比率
の位置に角速度検出器を配置すれば、ωR=ωARとす
ることができるので機械共振点に影響されることなく角
速度信号をフィードバックできる。その結果、高帯域な
角速度制御系が構成できる。
【0026】
【実施例】
実施例1.図1は本発明における角度制御装置の実施例
1を示す構成図である。図において1〜4、及び7〜8
は従来の角度制御装置と同じものであり、5はジンバル
部の回転角度を検出する角度検出器、6は角度検出器4
と5の検出する角度信号をγなる比率で合成する角度合
成器である。また、図5は図1の角度制御装置を伝達関
数で表現したブロック図である。図中、JM,JL,K
L,θSは図8と同一である。また、Sはラプラス演算
子を表す。
【0027】次に動作について説明する。数6において
ωR=ωARとなるγについて解くと、数7を得る。
【0028】
【数7】
【0029】数7を数4に代入すると、数8を得る。
【0030】
【数8】
【0031】γ=JM/(JM+JL)の時ωR=ωA
Rとなるので、前述の通り、位相が180度遅れてしま
う機械共振点は相殺されてしまう。従って、従来装置よ
りもゲインは大きく、つまり高帯域化が図れる。詳細な
動作は従来の角度制御装置と全く同じである。
【0032】実施例2.図2は本発明における角度制御
装置の実施例2を示す構成図である。図において1〜
3、及び7〜8は従来の角度制御装置と同じものであ
り、9は歯車伝達機構の回転角度を検出する角度検出器
である。数7の条件を満足する位置に、つまりγ=JM
/(JM+JL)の位置に角度検出器9を配置すれば、
ωR=ωARとなるので、前述の通り、位相が180度
遅れてしまう機械共振点は相殺されてしまう。従って、
従来装置よりもゲインは大きく、つまり高帯域化が図れ
る。詳細な動作は従来の角度制御装置と全く同じであ
る。
【0033】実施例3.図3は本発明における角速度制
御装置の実施例3を示す構成図である。図において1〜
3、及び8は従来の角速度制御装置と同じものであり、
10はモータの回転角速度を検出する角速度検出器、1
1はジンバル部の回転角速度を検出する角速度検出器、
12は角速度検出器10と11の検出する角速度信号を
γなる比率で合成する角速度合成器、13は角速度誤差
演算器である。また、図6は図3の角速度制御装置を伝
達関数で表現したブロック図である。図中、JM,J
L,KL,θSは図8と同一である。また、Sはラプラ
ス演算子を表す。
【0034】次に動作について説明する。数6,4の両
辺を微分すると、数9,数10を得る。
【0035】
【数9】
【0036】
【数10】
【0037】数9においてωR=ωARとなるγについ
て解くと、同様に数7と同じ結果を得る。
【0038】数7を数10に代入すると、数11を得
る。
【0039】
【数11】
【0040】γ=JM/(JM+JL)の時ωR=ωA
Rとなるので、前述の通り、位相が180度遅れてしま
う機械共振点は相殺されてしまう。従って、従来装置よ
りもゲインは大きく、つまり高帯域化が図れる。詳細な
動作は従来の角速度制御装置と全く同じである。
【0041】実施例4.図4は本発明における角速度制
御装置の実施例4を示す構成図である。図において1〜
3,8、及び13は従来の角速度制御装置と同じもので
あり、14は歯車伝達機構の回転角速度を検出する角速
度検出器である。数7の条件を満足する位置に、つまり
γ=JM/(JM+JL)の位置に角速度検出器14を
配置すれば、ωR=ωARとなるので、前述の通り、位
相が180度遅れてしまう機械共振点は相殺されてしま
う。従って、従来装置よりもゲインは大きく、つまり高
帯域化が図れる。詳細な動作は従来の角速度制御装置と
全く同じである。
【0042】
【発明の効果】この発明の実施例1に係わる角度制御装
置は、モータの回転角度を検出する角度検出器とジンバ
ル部の回転角度を検出する角度検出器を用いて角度信号
を合成すれば上記機械共振点の影響を相殺することがで
きるため、従来装置よりもゲインを大きく、つまり高帯
域化が図れるという効果がある。
【0043】またこの発明の実施例2では、モータとジ
ンバル部の中間点である歯車伝達機構の回転角度を検出
する角度検出器を用いれば上記機械共振点の影響を相殺
することができるため、従来装置よりもゲインを大き
く、つまり高帯域化が図れるという効果がある。
【0044】またこの発明の実施例3では、モータの回
転角速度を検出する角速度検出器とジンバル部の回転角
速度を検出する角速度検出器を用いて角速度信号を合成
すれば上記機械共振点の影響を相殺することができるた
め、従来装置よりもゲインを大きく、つまり高帯域化が
図れるという効果がある。
【0045】またこの発明の実施例4では、モータとジ
ンバル部の中間点である歯車伝達機構の回転角速度を検
出する角速度検出器を用いれば上記機械共振点の影響を
相殺することができるため、従来装置よりもゲインを大
きく、つまり高帯域化が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における角度制御装置の実施例1を示
す構成図である。
【図2】 本発明における角度制御装置の実施例2を示
す構成図である。
【図3】 本発明における角速度制御装置の実施例3を
示す構成図である。
【図4】 本発明における角速度制御装置の実施例4を
示す構成図である。
【図5】 本発明における角度制御装置の実施例1を示
すブロック図である。
【図6】 本発明における角速度制御装置の実施例3を
示すブロック図である。
【図7】 従来装置における角度制御装置を示す構成図
である。
【図8】 モータ、歯車伝達機構、及びジンバル部の運
動モデル概念図である。
【符号の説明】
1 ジンバル部、2 モータ、3 歯車伝達機構、4
角度検出器、5 角度検出器、6 角度合成器、7 角
度誤差演算器、8 電力増幅器、9 角度検出器、10
角速度検出器、11 角速度検出器、12 角速度合
成器、13 角速度誤差演算器、14 角速度検出器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御対象を支持するジンバル部と、上記
    ジンバル部を回転させるモータと、上記モータの回転ト
    ルクを増幅し上記ジンバル部にトルクを伝達する歯車伝
    達機構と、上記モータの回転角を検出する角度検出器
    と、上記ジンバル部の回転角を検出する角度検出器と、
    上記2つの角度検出器の出力を合成する角度合成器と、
    角度指令と上記角度合成器の出力との誤差を演算する角
    度誤差演算器と、上記角度誤差演算器の出力を電力増幅
    し上記モータを回転させる電力増幅器を備えたことを特
    徴とする制御装置。
  2. 【請求項2】 制御対象を支持するジンバル部と、上記
    ジンバル部を回転させるモータと、上記モータの回転ト
    ルクを増幅し上記ジンバル部にトルクを伝達する歯車伝
    達機構と、上記歯車伝達機構の回転角を検出する角度検
    出器と、角度指令と上記角度検出器の出力との誤差を演
    算する角度誤差演算器と、上記角度誤差演算器の出力を
    電力増幅し上記モータを回転させる電力増幅器を備えた
    ことを特徴とする制御装置。
  3. 【請求項3】 制御対象を支持するジンバル部と、上記
    ジンバル部を回転させるモータと、上記モータの回転ト
    ルクを増幅し上記ジンバル部にトルクを伝達する歯車伝
    達機構と、上記モータの回転速度を検出する角速度検出
    器と、上記ジンバル部の回転角速度を検出する角速度検
    出器と、上記2つの角速度検出器の出力を合成する角速
    度合成器と、角速度指令と上記角速度合成器の出力との
    誤差を演算する角速度誤差演算器と、上記角速度誤差演
    算器の出力を電力増幅し上記モータを回転させる電力増
    幅器を備えたことを特徴とする制御装置。
  4. 【請求項4】 制御対象を支持するジンバル部と、上記
    ジンバル部を回転させるモータと、上記モータの回転ト
    ルクを増幅し上記ジンバル部にトルクを伝達する歯車伝
    達機構と、上記歯車伝達機構の回転速度を検出する角速
    度検出器と、角速度指令と上記角速度検出器の出力との
    誤差を演算する角速度誤差演算器と、上記角速度誤差演
    算器の出力を電力増幅し上記モータを回転させる電力増
    幅器を備えたことを特徴とする制御装置。
JP21055695A 1995-08-18 1995-08-18 制御装置 Pending JPH0954618A (ja)

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JP21055695A JPH0954618A (ja) 1995-08-18 1995-08-18 制御装置

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JP21055695A JPH0954618A (ja) 1995-08-18 1995-08-18 制御装置

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ID=16591282

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JP21055695A Pending JPH0954618A (ja) 1995-08-18 1995-08-18 制御装置

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JP (1) JPH0954618A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009140391A (ja) * 2007-12-10 2009-06-25 Tamagawa Seiki Co Ltd 空間安定装置の制御ループ
JP2009165299A (ja) * 2008-01-09 2009-07-23 Tamagawa Seiki Co Ltd ジンバル装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009140391A (ja) * 2007-12-10 2009-06-25 Tamagawa Seiki Co Ltd 空間安定装置の制御ループ
JP2009165299A (ja) * 2008-01-09 2009-07-23 Tamagawa Seiki Co Ltd ジンバル装置

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