(57)【要約】【課題】  オブザーバの補償ゲインおよび制御器の主要部のゲインを大きく上げることによって、外乱の影響を十分に抑制するとともに、フィードバック信号を目標指令に高速高精度に追従させることができるディジタル制御装置を提供する。【解決手段】  ディジタルオブザーバ２０を備えたディジタル制御装置において、ディジタルオブザーバ２０は、制御出力と推定出力との偏差をオブザーバ補償器１９に入力し、メイン操作量とオブザーバ補償器１９の出力をオブザーバ制御対象１８に入力し、ディジタルオブザーバ２０のループに離散系における安定な極を持たせるようにオブザーバ補償器１９を構成し、オブザーバ制御対象１８の出力を推定出力とし、推定出力より位相進みとなる信号を位置または速度のフィードバック信号とする。【選択図】  図１
2008299573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標指令とフィードバック信号との偏差を入力しメイン操作量を出力するディジタル制御器の主要部と、前記メイン操作量を入力し操作量を出力するディジタル制御器の遅れ要素部と、前記操作量を入力し制御入力を制御対象に出力するホールドと、前記制御対象の出力をサンプリング周期ごとにサンプリングするサンプラと、前記メイン操作量と前記サンプラでサンプリングした制御出力を入力し前記フィードバック信号を出力するディジタルオブザーバとを備えたディジタル制御装置において、
前記ディジタルオブザーバは、前記制御出力と推定出力との偏差をオブザーバ補償器に入力し、前記メイン操作量と前記オブザーバ補償器の出力をオブザーバ制御対象に入力し、前記オブザーバ制御対象の出力を前記推定出力とし、前記推定出力より位相進みとなる信号を前記フィードバック信号とする
ことを特徴とするディジタル制御装置。
【請求項２】
前記オブザーバ制御対象は、離散化制御対象のモデルの主要部、ディジタル制御器の遅れ要素部のモデル、および離散化制御対象のモデルの遅れ要素部を含んでおり、また、信号の流れ方向を基準として、前記離散化制御対象のモデルの主要部を前記ディジタル制御器の遅れ要素部のモデルと前記離散化制御対象のモデルの遅れ要素部との前段に配置することを特徴とする請求項１記載のディジタル制御装置。
【請求項３】
前記ディジタル制御器の遅れ要素部のモデルと前記離散化制御対象のモデルの遅れ要素部をディジタルローパスフィルタ或いは１以上のサンプリング遅れで構成することを特徴とする請求項２記載のディジタル制御装置。
【請求項４】
速度指令とフィードバック速度との偏差を入力しメイントルク指令を出力するＰＩ制御器と、前記メイントルク指令を入力しトルク指令を出力するフィルタと、前記トルク指令に基づいてモータ発生トルクを制御し負荷機械を駆動するトルク制御部と、モータの回転位置を検出し、該回転位置をディジタル微分でモータの回転速度を算出するディジタル微分器と、該ディジタル微分器の出力と前記メイントルク指令を入力し前記フィードバック速度を出力する速度オブザーバとを備えたディジタル制御装置において、
前記速度オブザーバは、前記ディジタル微分器の出力と推定速度との偏差を速度オブザーバ補償ゲインに入力し、前記メイントルク指令と前記速度オブザーバ補償ゲインの出力を速度オブザーバ制御対象に入力し、前記速度オブザーバ制御対象の出力を前記推定速度とし、前記速度オブザーバ制御対象の状態量の中から前記推定速度より位相進みとなる信号を前記フィードバック速度とする
ことを特徴とするディジタル制御装置。
【請求項５】
前記速度オブザーバ制御対象は、モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル、フィルタのモデル、トルク制御部の離散化モデル、計算時間遅れのモデルおよび検出時間遅れのモデルを含んでおり、また、信号の流れ方向を基準として、前記モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデルを前記フィルタのモデルと前記トルク制御部の離散化モデルと前記計算時間遅れのモデルと前記検出時間遅れのモデルとの前段に配置することを特徴とする請求項４記載のディジタル制御装置。
【請求項６】
速度指令とフィードバック速度との偏差を入力しメイントルク指令を出力するＰＩ制御器と、前記メイントルク指令を入力しトルク指令を出力するフィルタと、前記トルク指令に基づいてモータ発生トルクを制御し負荷機械を駆動するトルク制御部と、モータの回転位置を検出し、該回転位置と前記メイントルク指令を入力し前記フィードバック速度を出力する位置オブザーバとを備えたディジタル制御装置において、
前記位置オブザーバは、前記モータの回転位置と推定位置との偏差を位置オブザーバ補償ゲインに入力し、前記メイントルク指令と前記位置オブザーバ補償ゲインの出力を位置オブザーバ制御対象に入力し、前記位置オブザーバ制御対象の出力を前記推定位置とし、前記位置オブザーバ制御対象の状態量の中から前記推定位置より９０度以上位相進みとなる信号を前記フィードバック速度とする
ことを特徴とするディジタル制御装置。
【請求項７】
位置指令とフィードバック位置との偏差を入力し速度指令を出力する位置制御器と、速度指令とフィードバック速度との偏差を入力しメイントルク指令を出力するＰＩ制御器と、前記メイントルク指令を入力しトルク指令を出力するフィルタと、前記トルク指令に基づいてモータ発生トルクを制御し負荷機械を駆動するトルク制御部と、モータの回転位置を検出し、該回転位置と前記メイントルク指令を入力し前記フィードバック速度および前記フィードバック位置を出力する位置オブザーバとを備えたディジタル制御装置において、
前記位置オブザーバは、前記モータの回転位置と推定位置との偏差を位置オブザーバ補償ゲインに入力し、前記メイントルク指令と前記位置オブザーバ補償ゲインの出力を位置オブザーバ制御対象に入力し、前記位置オブザーバ制御対象の出力を前記推定位置とし、前記位置オブザーバ制御対象の状態量の中から前記推定位置より位相進みとなる信号を前記フィードバック位置とし、前記フィードバック位置より９０度以上位相進みとなる信号を前記フィードバック速度とする
ことを特徴とするディジタル制御装置。
【請求項８】
前記位置オブザーバ制御対象は、モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル、ディジタル積分器、フィルタのモデル、トルク制御部の離散化モデル、計算時間遅れのモデルおよび検出時間遅れのモデルを含んでおり、また、信号の流れ方向を基準として、前記モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデルを前記ディジタル積分器の前に配置し、前記ディジタル積分器を前記フィルタのモデルと前記トルク制御部の離散化モデルと前記計算時間遅れのモデルと前記検出時間遅れのモデルとの前段に配置することを特徴とする請求項６又は請求項７記載のディジタル制御装置。
【請求項９】
前記フィルタのモデルと前記トルク制御部の離散化モデルをディジタルローパスフィルタ或いは１以上のサンプリング遅れで実現し、前記計算時間遅れのモデルと前記検出時間遅れのモデルを１以上のサンプリング遅れで実現することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のディジタル制御装置。
【請求項１０】
前記フィルタのモデルと前記トルク制御部の離散化モデルをディジタルローパスフィルタ或いは１以上のサンプリング遅れで実現し、前記計算時間遅れのモデルと前記検出時間遅れのモデルを１以上のサンプリング遅れで実現することを特徴とする請求項８記載のディジタル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル制御器で速度または位置のフィードバック制御を行うディジタル制御装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
サーボやプロセス制御などほとんどの制御系において制御器あるいは制御対象にむだ時間やフィルタなどの遅れ要素が存在する。モータを駆動するサーボ制御装置を例として上げると、制御対象側では、電流制御の遅れや位置検出器の検出遅れなどが遅れ要素となり、制御器側では、機械共振を抑制するために入れたノッチフィルタや、ノイズなどの高周波数成分をカットするために入れたローパスフィルタや、ディジタル制御の場合には計算時間などが遅れ要素となる。一方、外乱を抑制しフィードバック信号を目標指令に高速高精度に追従させるためには、制御ゲインを大きく上げる必要がある。良く知られているように、汎用の制御系では、遅れ要素の位相が遅れるため、制御器のゲインを上げられなく十分な応答特性が得られない。ここに、位相遅れに対する補償制御が必要になってくる。
【０００３】
従来の位相進み補償は、特別なオブザーバを構成し実際の出力信号より位相が進んでいる位相進み推定信号をフィードバックしている（例えば、特許文献１参照）。
図３は従来技術を用いたフィードバック制御装置の構成を示すブロック線図である。同図において、３０２は制御器の主要部であり（例えばＰＩＤ制御器など）、制御系の制御性能を決定する。３０３は制御器の遅れ要素部であり、ノッチフィルタやローパスフィルタ等を含む。３０４は制御対象の遅れ要素部であり、制御入力の遅れやフィードバック信号の検出遅れ等を含む。また、３０５は制御対象の主要部、３０７は制御対象の主要部のモデル、３０８は制御器の遅れ要素部のモデル、３０９は制御対象の遅れ要素部のモデル、３１１はオブザーバの補償器である。
制御対象の主要部３０５、制御器の遅れ要素部３０３および制御対象の遅れ要素部３０４のモデルが正確に同定された場合に、図３の制御系を等価的に図４のように書き直すことができる。図４において、フィードバック制御ループには遅れ要素が入っていないため、制御器の主要部３０２のゲインを大きく上げられ、制御性能を向上することができる。
【特許文献１】特開２００２−１８２７０５号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の制御装置は、オブザーバがアナログで設計されており、連続系モデルをそのまま離散化するだけであったので、オブザーバ補償器のゲインをあまり大きく上げることができなかった。そのために外乱の影響を十分に抑制できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、オブザーバの補償ゲインおよび制御器の主要部のゲインを大きく上げることによって、外乱の影響を十分に抑制するとともに、フィードバック信号を目標指令に高速高精度に追従させることができるディジタル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】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
目標指令とフィードバック信号との偏差を入力しメイン操作量を出力するディジタル制御器の主要部と、前記メイン操作量を入力し操作量を出力するディジタル制御器の遅れ要素部と、前記操作量を入力し制御入力を制御対象に出力するホールドと、前記制御対象の出力をサンプリング周期ごとにサンプリングするサンプラと、前記メイン操作量と前記サンプラでサンプリングした制御出力を入力し前記フィードバック信号を出力するディジタルオブザーバとを備えたディジタル制御装置において、
前記ディジタルオブザーバは、前記制御出力と推定出力との偏差をオブザーバ補償器に入力し、前記メイン操作量と前記オブザーバ補償器の出力をオブザーバ制御対象に入力し、前記ディジタルオブザーバのループに離散系における安定な極を持たせるように前記オブザーバ補償器を構成し、前記オブザーバ制御対象の出力を前記推定出力とし、前記推定出力より位相進みとなる信号を前記フィードバック信号として出力するように構成したものである。
【発明の効果】
【０００６】
制御対象の離散化モデルに基づいて全次元のディジタルオブザーバを構成することによって、オブザーバの補償ゲインおよび制御器の主要部のゲインを大きく上げることが可能となる。その結果、外乱の影響を十分に抑制するとともに、フィードバック信号を目標指令に高速高精度に追従させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【０００８】
図１は、本発明のディジタル制御装置の構成を示すブロック線図である。同図において、ディジタル制御器Ｃ（ｚ）１６は主要部２および遅れ要素部３に分かれている。制御対象Ｇ（ｓ）１７も主要部６および遅れ要素部５に分かれている。また、ディジタルオブザーバ２０は、離散化制御対象のモデルの主要部９、ディジタル制御器の遅れ要素部のモデル１０および離散化制御対象のモデルの遅れ要素部１１を含むオブザーバ制御対象１８と、ディジタルオブザーバ２０の第１補償器１３および第２補償器１４を含むオブザーバ補償器１９とで構成されている。また、４はホールド、７はサンプラである。
本発明が従来技術と異なる部分は、オブザーバを含む制御器の全体をディジタルで実現していることである。
操作量ｕから制御出力ｙまでの伝達関数、すなわち、制御対象Ｇ（ｓ）１７の離散化モデルを式（１）のように表す。
Ｇ（ｚ）＝Ｆｐ（ｚ）Ｐ（ｚ）                     （１）
ただし、ｚはｚ変換因子、Ｐ（ｚ）は離散化制御対象の主要部の伝達関数である。また、Ｆｐ（ｚ）は離散化制御対象の遅れ要素部の伝達関数であり、式（２）を満たす。
Ｆｐ（０）＝１                                   （２）
式（２）は定常時Ｆｐ（ｚ）の出力がＦｐ（ｚ）の入力と一致することを意味する。良く知られているようにローパスフィルタと無駄時間要素は必ず式（２）を満たす。
【０００９】
ディジタル制御器１６の主要部Ｃｍ（ｚ）２（例えばＰＩＤ制御器）は制御性能（指令追従特性と外乱抑圧特性）を決定するものであり、一般的にゲインを上げるほど制御性能を向上することができる。一方、ディジタル制御器１６の遅れ要素部Ｆｃ（ｚ）３は、機械共振を抑制するために入れたノッチフィルタや、高周波成分の振動やノイズをカットするために入れたローパスフィルタや、ディジタル制御器１６とディジタルオブザーバ２０を含む制御器の全体の計算に掛かった時間遅れ要素を含んでおり、式（３）を満たし、安定性に影響するものである。
Ｆｃ（０）＝１                                   （３）
ディジタルオブザーバ２０はディジタル制御器１６の主要部Ｃｍ（ｚ）２の出力であるメイン操作量ｕｍと制御対象の出力をサンプリングした制御出力ｙを入力し、制御系のフィードバック信号ｙｆを出力する。オブザーバ制御対象１８は離散化制御対象のモデルの主要部Ｐｏ（ｚ）９、ディジタル制御器の遅れ要素部のモデルＦｃｏ（ｚ）１０および離散化制御対象のモデルの遅れ要素部Ｆｐｏ（ｚ）１１を含む。そして、信号の流れ方向で離散化制御対象のモデルの主要部Ｐｏ（ｚ）９が必ずディジタル制御器の遅れ要素部のモデルＦｃｏ（ｚ）１０と離散化制御対象のモデルの遅れ要素部Ｆｐｏ（ｚ）１１との前にあるように配置する。ただし、Ｆｃｏ（ｚ）とＦｐｏ（ｚ）の前後関係は決まっていない。また、Ｆｃｏ（ｚ）およびＦｐｏ（ｚ）をそれぞれ式（４）および式（５）を満たすように構成する。
Ｆｃｏ（０）＝１                                 （４）
Ｆｐｏ（０）＝１                                 （５）
また、オブザーバ補償器１９はディジタルオブザーバ２０の第１補償器１３および第２補償器１４を含むので、ディジタルオブザーバ２０を２自由度系として構成できる。
外乱がなく、制御対象が正確に同定され、しかもＰｏ（ｚ）＝Ｐ（ｚ）、Ｆｐｏ（ｚ）＝Ｆｐ（ｚ）、Ｆｃｏ（ｚ）＝Ｆｃ（ｚ）とした場合、ディジタルオブザーバ２０の推定出力ｙｏが制御出力ｙと完全に一致するようになる。そして、メイン操作量ｕｍからフィードバック信号ｙｆおよび制御出力ｙまでの伝達関数を求めると、それぞれ式（６）および式（７）となる。
【００１０】
【数１】
2008299573.tif 000003
（６）
【００１１】
【数２】
2008299573.tif 000004
（７）
【００１２】
よって、図１の制御系を等価的に図２のように書き直すことができる。図２において、フィードバック系には遅れ要素が全く入っていないため、ディジタル制御器の主要部Ｃｍ（ｚ）２のゲインを大きく上げることができる。また、ディジタル制御器の主要部Ｃｍ（ｚ）２のゲインを大きく上げることにより、フィードバック信号ｙｆを目標指令ｒに高速高精度に追従させることができる。また、図２より、制御出力ｙがフィードバック信号ｙｆと式（８）のような関係を持つ。
ｙ（ｚ）＝Ｆｃ（ｚ）Ｆｐ（ｚ）・ｙｆ（ｚ）             （８）
一般的に、Ｆｐ（ｚ）およびＦｃ（ｚ）は高周波数領域において位相遅れが大きいが、低中周波数領域において位相遅れが小さく、そして、それぞれ式（２）および式（３）を満たすので、制御出力ｙがフィードバック信号ｙｆに高速高精度に追従する。従って、制御出力ｙを目標指令ｒに高速高精度に追従させることができる。
ところが、殆どの制御系には外乱および制御対象の同定誤差が存在する。また、制御器を簡素化するため、Ｆｃ（ｚ）またはＦｐ（ｚ）が高次元であっても低次元の近似モデルＦｃｏ（ｚ）またはＦｐｏ（ｚ）を用いることもある。以下、このようなケースについて説明する。
【００１３】
オブザーバ系にはＦｃｏ（ｚ）１０とＦｐｏ（ｚ）１１の遅れ要素が入っているが、オブザーバ補償器Ｃ１（ｚ）１３およびＣ２（ｚ）１４を適切に設計することにより、オブザーバ系の極を任意の位置に配置することができる。オブザーバ系の極を原点の十分近い位置に配置することにより、外乱および制御対象の同定誤差が存在しても、推定出力ｙｏを制御出力ｙにほぼ一致させることができる。また、フィードバック信号ｙｆは推定出力ｙｏよりＦｃｏ（ｚ）１０およびＦｐｏ（ｚ）１１の位相遅れ量だけ相対的に進み位相になる。すなわち、フィードバック信号ｙｆが制御出力ｙより進み位相になるので、制御出力ｙを直接フィードバックする汎用制御系と較べ、本発明の制御系は、ディジタル制御器１６の主要部Ｃｍ（ｚ）２のゲインを大きく上げることができる。また、ディジタル制御器１６の主要部Ｃｍ（ｚ）２のゲインを大きく上げることにより、外乱やモデル同定誤差の影響を抑え、フィードバック信号ｙｆを目標指令ｒに高速高精度に追従させることができる。一般的に、Ｆｐｏ（ｚ）１１およびＦｃｏ（ｚ）１０は高周波数領域において位相遅れが大きいが、低中周波数領域において位相遅れが小さく、そして、それぞれ式（４）および式（５）を満たすので、制御出力ｙがフィードバック信号ｙｆに高速高精度に追従する。従って、制御出力ｙを目標指令ｒに高速高精度に追従させることができる。
【００１４】
また、制御系は必ずしも離散化制御対象のモデルの主要部Ｐｏ（ｚ）９の出力からフィードバックする訳ではなく、場合によっては、加算器１５の出力或いはディジタル制御器の遅れ要素部のモデルＦｃｏ（ｚ）１０と離散化制御対象のモデルの遅れ要素部Ｆｐｏ（ｚ）１１との間の信号からフィードバックすることもある。制御系のフィードバックを離散化制御対象のモデルの主要部Ｐｏ（ｚ）９の出力に近いところからした方が、制御系の位相遅れが小さいので、ディジタル制御器１６の主要部Ｃｍ（ｚ）２のゲインを大きく上げることができ、フィードバック信号ｙｆの目標指令ｒに対する追従特性が良くなる。一方、制御系のフィードバックを離散化制御対象のモデルの主要部Ｐｏ（ｚ）９の出力の離れた位置からした場合は、フィードバック信号の位相遅れが大きくなり外乱成分が多く入ってくるので、ディジタル制御器１６の主要部Ｃｍ（ｚ）２のゲインをあまり大きく上げられなくなり、フィードバック信号ｙｆの目標指令ｒに対する追従特性が悪くなる。しかし、推定出力ｙｏまたは制御出力ｙはフィードバック信号との差が小さくなるため、制御出力ｙは目標指令ｒに対する追従特性を向上できる可能性もある。
【００１５】
以下、本発明の技術を、モータを駆動制御するサーボ制御系に適用した例について説明する。
図５は速度オブザーバ５２８を用いたディジタル速度制御装置の構成を示すブロック線図である。同図において、５０２はＰＩ制御器、５０３はフィルタ、５０４はトルク制御部、５０５はモータ、５０６は負荷機械、５０７は位置検出器、５０８はディジタル積分器、５１０はモータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル、５１２はフィルタのモデル、５１４はトルク制御部の離散化モデル、５１６は計算時間遅れのモデル、５１８は検出時間遅れのモデル、５２０はディジタル微分器、また、５２１、５２２、５２３、５２４、５２５および５２６は速度オブザーバ補償ゲインである。
ここで、計算時間と検出時間は共に１サンプリング周期であり、フィルタのモデルＬｃ（ｚ）５１２およびトルク制御部の離散化モデルＬＴ（ｚ）５１４はそれぞれフィルタ５０３およびトルク制御部５０４と低周波数領域における周波数特性がほぼ一致するように１次のローパスフィルタで構成される。
そして、計算時間遅れのモデル５１６、検出時間遅れのモデル５１８、フィルタのモデル５１２およびトルク制御部の離散化モデル５１４をモータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル５１０の後に配置している。
【００１６】
また、外乱を考慮するため、ディジタル積分器５０８を追加している。５０８、５１０、５１２、５１４、５１６および５１８は全て一次系なので、それぞれの入力をオブザーバの状態量とすることができ、位置検出器５０７が検出したモータの回転位置θｍに基づいてディジタル微分器５２０で計算したモータ回転速度ωｍとオブザーバの推定速度ωｏとの推定速度偏差を適当な補償ゲイン（ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ５、ｋ６）を掛けた値をオブザーバの各状態量に加算することによって、速度オブザーバ５２８の極を任意の位置に配置することができる。
ただし、フィルタのモデルＬｃ（ｚ）５１２またはトルク制御部の離散化モデルＬＴ（ｚ）５１４は２次以上のローパスフィルタであり、また、計算時間と検出時間は２サンプリング周期以上である場合、その次数と同じ数の状態量を抽出し、全ての状態量に推定速度偏差を適当な補償ゲインだけ掛けた値を加算することが必要である。また、フィルタのモデルＬｃ（ｚ）５１２またはトルク制御部の離散化モデルＬＴ（ｚ）５１４を１サンプリング遅れで近似することもできる。
【００１７】
速度オブザーバ５２８の極を原点の十分近いところに配置することによって、外乱および制御対象の同定誤差が存在しても、推定速度ωｏをモータの回転速度ωｍにほぼ一致させることができる。また、モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル５１０と推定速度ωｏとの間の信号をフィードバック速度とすることによって、制御系の位相遅れが小さくなり、ＰＩ制御器５０２のゲインを上げられ、フィードバック速度ωｆを速度指令ω＊に高速高精度に追従させることができる。従って、モータの回転速度ωｍを速度指令ω＊に高速高精度に追従させることができる。
【００１８】
図６は位置オブザーバ６３０を用いたディジタル速度制御装置の構成を示すブロック線図であり、図５の相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図６の速度制御装置が図５の速度制御装置と異なる部分はモータの回転速度ωｍではなくモータの回転位置θｍを入力し、速度オブザーバ５２８ではなく位置オブザーバ６３０を構成していることである。モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル５１０の後（直後でなくても良い）にディジタル積分器６２０を入れ、オブザーバ制御対象６２９に位置の状態量を追加する。また、モータの回転位置θｍとオブザーバの推定位置θｏとの推定位置偏差に適当な補償ゲイン（ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｌ４、ｌ５、ｌ６、ｌ７）を掛けた値をオブザーバの各状態量に加算することによって、位置オブザーバ６３０の極を任意の位置に配置することができる。
位置オブザーバ６３０の極を原点の十分近いところに配置することによって、外乱および制御対象の同定誤差が存在しても、推定位置θｏをモータの回転位置θｍにほぼ一致させることができる。また、モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル５１０とディジタル積分器６２０との間に推定位置θｏより９０度以上位相進みとなる信号、或いはディジタル積分器６２０と推定位置θｏとの間に推定位置θｏより位相進みとなる信号をディジタル微分で計算した信号をフィードバック速度ωｆとすることで、ＰＩ制御器のゲインを上げられ、フィードバック速度ωｆを速度指令ω＊に高速高精度に追従させることができる。従って、モータの回転速度ωｍを速度指令ω＊に高速高精度に追従させることができる。
【００１９】
図７は位置オブザーバ６３０を用いたディジタル位置制御装置の構成を示すブロック線図であり、図６の相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図７の位置制御装置は図６の速度制御装置をマイナーループとし、ディジタル積分器６２０の後にある推定位置θｏより位相進みとなる位置進み推定信号をフィードバックし、位置指令θ＊と位置フィードバック信号θｆとの位置偏差を入力し速度指令ω＊を出力する位置制御器７０２を備えたものである。位置フィードバック信号θｆが推定位置θｏあるいはモータの回転位置θｍより位相進みになるので、位置制御器７０２のゲインを上げられ、位置フィードバック信号θｆあるいはモータの回転位置θｍを位置指令θ＊に高速高精度に追従させることができる。
上述した本発明の各ディジタル制御装置は、半導体露光装置、チップマウンタ、プリント基板穴明け機など、高速高精度の位置決め制御が要求される用途、その他一般産業機械の速度制御や位置制御が必要な応用分野に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のディジタル制御装置の構成を示すブロック線図
【図２】外乱および制御対象の同定誤差がない場合の図１の等価ブロック線図
【図３】従来技術を用いたフィードバック制御装置の構成を示すブロック線図
【図４】図３の等価ブロック線図
【図５】速度オブザーバを用いたディジタル速度制御装置の構成を示すブロック線図
【図６】位置オブザーバを用いたディジタル速度制御装置の構成を示すブロック線図
【図７】位置オブザーバを用いたディジタル位置制御装置の構成を示すブロック線図
【符号の説明】
【００２１】
１、１２、３０１、３１０、５０１、５１９、７０１  減算器
２  ディジタル制御器の主要部
３  ディジタル制御器の遅れ要素部
４  ホールド
５、３０４  制御対象の遅れ要素部
６、３０５  制御対象の主要部
７  サンプラ
８、１５、３０６、５０９、５１１、５１３、５１５、５１７、６２８  加算器
９  離散化制御対象のモデルの主要部
１０  ディジタル制御器の遅れ要素部のモデル
１１  離散化制御対象のモデルの遅れ要素部
１３  ディジタルオブザーバの第１補償器
１４  ディジタルオブザーバの第２補償器
１６  ディジタル制御器
１７  制御対象
１８、５２７、６２９  オブザーバ制御対象
１９  オブザーバ補償器
２０  ディジタルオブザーバ
３０２  制御器の主要部
３０３  制御器の遅れ要素部
３０４  制御対象の遅れ要素部
３０５  制御対象の主要部
３０７  制御対象の主要部のモデル
３０８  制御器の遅れ要素部のモデル
３０９  制御対象の遅れ要素部のモデル
３１１  オブザーバの補償器
３１２  制御器
３１３  制御対象
３１４  オブザーバ
５０２  ＰＩ制御器
５０３  フィルタ
５０４  トルク制御部
５０５  モータ
５０６  負荷機械
５０７  位置検出器
５０８、６２０  ディジタル積分器
５１０  モータ発生トルクからモータ回転速度までの離散化モデル
５１２  フィルタのモデル
５１４  トルク制御部の離散化モデル
５１６  計算時間遅れのモデル
５１８  検出時間遅れのモデル
５２０  ディジタル微分器
５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６  速度オブザーバ補償ゲイン
５２８  速度オブザーバ
６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６、６２７  位置オブザーバ補償ゲイン
６３０  位置オブザーバ
７０２  位置制御器
【図１】
2008299573.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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