(57)【要約】【課題】制御システムに迅速応答及び微小誤差となる時に、モータ等被制御体出力信号の超越量を減少すると共に調整の時間を減少させ、これにより制御システムの強健性を達成する。【解決手段】被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムを提供する。該制御システムは主制御ユニットと第１の調整ユニットと第２の調整ユニットとを備えてなり、第１の倍率及び第２の倍率の二つの重みパラメータの調整を介して制御システムの強健性、快速応答を達成すると共に、被制御体出力信号の超越量を消失又はゼロに接近させる。制御システムは目標周波数幅、低周波数干渉への抵抗及び伝達関数への追従の技術的特徴を具備し、主制御ユニット、第１の調整ユニット及び第２の調整ユニットの設計、及び第１の倍率と第２の倍率との二つの重みパラメータの調整により、実機整調の方式で上記の技術的特徴が達成される。【選択図】図３
2009009435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムであって
前記被制御体の物理行為に基づいて設計して、前記制御システムの開回路周波数幅を一目標周波数幅に接近させると共に第１の操作信号を生ずる主制御ユニットと
前記被制御体の応答行為に基づいて設計して、前記第１の操作信号を受信することにより第１の調整信号が発生し、その中該第１の調整信号、前記出力信号及び前記第１の操作信号は演算を通して第２の操作信号を生じさせ、該出力信号を該第１の調整信号に接近させることにより該被制御体が受けた干渉信号を抹消する第１の調整ユニットと
入力信力を受信することにより第２の調整信号を生じ、その中該第２の調整信号及び該入力信号は演算を通し、第３の操作信号を生じ、それを前記主制御ユニットに提供して前記制御システムの伝達関数を所要の伝達関数に接近させる第２の調整ユニットと、
を備えてなる制御システム。
【請求項２】
前記主制御ユニットは比例積分制御器を備える請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
記主制御システムは更に
前記第２の調整信号から前記出力信号を差し引いて第３の結果信号を生ずる第４の総和器と、
前記第３の結果信号を受信することにより第４の結果信号を生ずると共に積分関数を有し、この積分関数の作用を通して前記制御システムをゼロ穏態誤差に達成させる回路安定器と、
第４の結果信号を受信すると共に第２の倍率を増幅することにより第５の結果信号を生じ、該第２の倍率を調整して前記制御システムの伝達関数を前記第２の調整ユニットの伝達関数に接近させる第２の増幅器と、
前記入力信号及び前記第５の結果信号を総和すると共に前記出力信号を差し引いて前記第３の操作信号を生ずる第５の総和器と、
を備えてなる請求項１記載の制御システム。
【請求項４】
前記被制御体はモータであり、
該被制御体の物理行為の伝達関数はＫｔ／（（Ｊｍ＋Ｊｄ）ｓ＋Ｂ）であり、その中Ｊｍはモータイナーシア、Ｊｄはロードイナーシア、Ｂはダンピング係数、Ｋ１は−比例値であり、
前記主制御ユニットの伝達関数は２πＢＷＪΣ／Ｋｔであって、その中ＢＷは目標周波数幅、ＪΣは（Ｊｍ＋Ｊｄ）の慣性見積り値であり
前記第１の調整ユニットの伝達関数はＫｔ／（ＪΣｓ）であり、及び
前記第２の調整ユニットの伝達関数は２πＢＷ／（Ｓ＋２πＢＷ）である
請求項１記載の制御システム。
【請求項５】
被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムであって
前記制御システムの開路周波数幅を目標周波数幅に接近させるとともに、第１の操作信号を生ずる主制御ユニットと
前記第１の操作信号を受信することにより第１の調整信号を生じ、その中該第１の調整信号、該出力信号及び該第１の操作信号は演算を通して第２の操作信号を発生させ、該出力信号を第１の調整信号に接近させることにより該被制御体が受けた干渉信号を抹消する第１の調整ユニットと
を備えてなる制御システム。
【請求項６】
前記主制御ユニットは前記被制御体の物理行為に基づいて設計され、
前記第１の調整ユニットは前記被制御体の応答行為に基づいて設計され、及び／又は
前記制御システムは更に、前記第２の操作信号及び前記干渉信号を総和して前記被制御体に提供する第３の総和器を備える
請求項５記載の制御システム。
【請求項７】
前記制御システムは更に
前記第１の調整信号から前記出力信号を差し引いて第１の結果信号を生ずる第１の加総器と
前記第１の結果信号を受信すると共に、第１の倍率を増幅して第２の結果信号を生じ、該第１の倍率の調整を通して前記出力を前記第１の調整信号に接近させる第１の増幅器と、
前記第１の操作信号と前記第２の結果信号とを総和して、第２の操作信号を生ずる第２の総和器と
を備えてなる請求項５記載の制御システム。
【請求項８】
前記制御システムは更に、
入力信号を受信することにより第２の調整信号を生じ、そして該第２の調整信号、前記出力信号及び前記入力信号は演算を通して第３の操作信号を生じ、それを前記主制御ユニットに提供して、該制御システムの伝達関数を第２の調整ユニットの伝達関数に接近させる第２の調整ユニットと、
前記第２の調整信号から前記出力信号を差し引いて第３の結果信号生ずる第４の総和器と、
前記第３の結果信号を受信することにより第４の結果信号を生ずると共に積分関数を有し、この積分関数の作用を通して前記制御システムをゼロ穏態誤差に達せさせる回路安定器と
前記第４の結果信号を受信すると共に第２の倍率を増幅して第５の結果信号を生じ、前記第２の倍率の調整を通して前記制御システムの伝達関数を前記第２の調整ユニットの伝達関数に接近させる第２の増幅器と、
前記入力信号及び第５の結果信号を総和すると共に、前記出力信号を差し引いて、前記第３の操作信号を生ずる第５の総和器と
を備えてなる請求項５記載の制御システム。
【請求項９】
被制御体により発せされた出力信号を調整する、制御システムの調整方法であって、
（ａ）前記制御システムの一目標周波数幅を制定するステップと、
（ｂ）前記目標周波数幅に基づいて制御関数を設計し、前記制御システムの開回路周波数幅を該目標周波数幅に接近させると共に第１の操作信号を生ずるステップと、
（ｃ）前記第１の操作信号により第１の調整信号を生ずるステップと、
（ｄ）前記第１の調整信号、前記出力信号及び前記第１の操作信号を演算して第２の操作信号を生じ、該出力信号を該第１の調整信号に接近させるステップと、
を備えてなる調整方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｃ）は
（ｃ１）前記被制御体の応答行為に基づいて第１の調整関数を設計するステップと、
（ｃ２）前記第１の操作信号を前記第１の調整関数に提供して第１の調整信号を生ずるステップと、
を備えてなり、そして
前記ステップ（ｄ）は
（ｄ１）前記第１の調整信号から前記出力信号を差し引いて第１の結果信号を生ずるステップと、
（ｄ２）前記第１の結果信号の第１の倍率を増幅して第２の結果信号を生ずるステップと、
（ｄ３）前記第２の結果信号及び前記第１の操作信号を相足して第２の操作信号を生ずるステップと、
（ｄ４）第１の倍率の大きさを調整して、前記出力信号を前記第１の調整信号に接近させるステップと、
を備えてなる。
【請求項１１】
前記ステップ（ｄ）の末は更に、
（ｅ）入力信号を第２の調整関数に提供して、第２の調整信号を生ずるステップと、
（ｆ）前記第２の調整信号、前記出力信号及び前記入力信号を演算して第３の操作信号を生ずることにより、前記制御システムの伝達関数を前記第２の調整関数に接近させるステップと、
を備えてなり、そして
前記ステップ（ｆ）は
（ｆ１）前記第２の調整信号から前記出力信号を指し引いて第３の結果信号を生ずるステップと、
（ｆ２）前記第３の結果信号を受信して積分演算を執行することにより、第４の結果信号を生じるステップと、
（ｆ３）前記第４の結果信号、第２の倍率を増幅して第５の結果信号を生ずるステップと、
（ｆ４）前記第５の結果信号と前記入力信号を相足した後、前記出力信号を差し引いて第３の操作信号を生ずるステップと、
（ｆ５）前記第２の倍率の大きさを調整して、前記制御システムの伝達関数を前記第２の調整関数に接近させるステップと、
を備えてなる
請求項９記載の制御システムの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御システム及びその調整方法に関し、特に強健性（Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）を有する制御システム及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御システムは現代文明及び科学技術の発展につれて益々重要な役割を演じている。例えば家庭用電気製品、自動車及び浴室のトイレットはいずれも制御システムであり、そして制御システムは工業上の応用においてなおさら普遍である。
【０００３】
サーボ・メカニズムの応用において、通常先ずシステムの物理行為に基づいて数学モデルを建築し、数学モデル中の制御関数によりシステムの行為が容易に且つ順調に予測及び制御される。
【０００４】
システムは比例積微分（ＰＩＤ）制御器は比例（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）項、積分（ｉｎｔｅｇｒａｌ）項及び微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）項を備えてなり、比例項は誤差の大きさに基づいて制御器の出力を調整し、そして積分項は安定状態の誤差を除去し、微分項は誤差の成行を予測する作用を有する。このシステムの構造は簡単であるので、今に至るまで汎用されている。
【０００５】
図１は従来のモータ制御システムのブロック線図である。図１において被制御体１１はモータであり、モータ運転の物理行為に基づいて本制御システム１０における被制御体１１の数学モデルを建立する。モデルの伝達関数はＫｔ／（（Ｊｍ＋Ｊｄ）ｓ＋Ｂ）であって、その中Ｊｍはモータイナーシア、Ｊｄはロードイナーシア、Ｂはダンピング係数、Ｋｔは比例値である。
【０００６】
被制御体１１が駆動信号ＰＶを受信することにより出力信号ＰＹが発生する。この場合の信号ＰＹは回転速度である。そしてモータは運転の過程において外来からの干渉、例えば電磁又は機械からの干渉を受けることがある。ここでは第３の総和器（ｓｕｍｍｅｒ）１１１で干渉を制御システムの考慮因子に入れ、つまり第３の総和器１１１は前端からの主制御器により発生された第３の操作信号ＰＵ３及び干渉信号ＰＷを総和して、駆動モータの駆動信号を発生させる。図１の慣用モータの実施例において簡化した図示を示したが、比較的具体的に言えば、第３の操作信号ＰＵ３は高周波数幅の電流回路を経過した後、再度干渉信号ＰＷと結合する。この時、第３の操作信号ＰＵ３は等価なアーマチュア電流であり、干渉信号ＰＷは干渉回転モーメントである。
【０００７】
図１における主制御器１２は比例積分（ＰＩ）制御器であり、そして制御器１２の伝達関数はＫＰ＋ＫＩ＊１／ｓである。その中、ＫＰは比例関数、ＫＩ＊１／ｓは積分関数である。比例関数は又−比例係数であり、制御システム１０の開回路増益周波数幅を向上して、制御システムを素早く応答させ得るようにする。ＫＩは積分係数であり、制御システム１０の穏態追随誤差を降下するためにある。制御システム１０の目標周波数幅ＢＷが広ければ広いほどその応答速度も益々早いので、通常比例係数ＫＰを２πＢ（Ｊｍ＋Ｊｄ）Ｋと設定して開回路増益が目標周波数幅ＢＷを有するよう保証する。主制御器１２は誤差信号ＰＥを受信し、誤差信号ＰＥは比例関数ＫＰを通して処理して、第１の操作信号ＰＵ１を生ずる。誤差信号ＰＥは積分関数ＫＩ＊１／ｓを通して処理して第２の操作信号ＰＵ２を生ずる。第１の操作信号ＰＵ１及び第２の操作信号ＰＵ２は第２の総和器１２１の総和により第３の操作信号ＰＵ３が発生される。
【０００８】
制御システム１０は第１の総和器１４１を有する閉回路制御システムであり、この第１の総和器１４１は設定値命令を包含した入力信号ＰＲから被制御体１１の出力信号ＰＹを差し引いて誤差信号ＰＥを生じて主制御器１２に供与する。
全体閉回路制御システム１０の目的は干渉信号ＰＷの影響を受けないようになるべく出力信号ＰＹの大きさを入力信号ＰＲの設定値と一致するのを維持することにある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２は慣用の制御システムのステップ応答図である。図２にはステップ関数命令入力信号曲線Ａ１と図１の第３の操作信号Ａ２と図１の出力信号曲線Ａ３とを含有する。図２に示すように入力信号ＰＲをステップ関数命令と設定し、主制御器１２を通して第３の操作信号ＰＵ３を生じさせ、これを被制御体１１に提供する。図１の制御システム１０が迅速応答及び微小誤差を要求した時、被制御体１０の出力信号ＰＹが比較的大きな超越量を有してしまうことがある。
【００１０】
他方、大部分の工業製造プロセスの応答が非常に緩慢なために、比例係数と積分係数と微分関数中の微分係数とを利用して制御システム出力信号の応答を調整すると困難が発生する。使用者は数分間、甚だしくは数時間も待機して調整により生じた応答を観察し、錯誤の試みにより制御器を調整しなければならないので、人はいやがり、且つ時間消耗の結果となり、甚だしくはシステムの需要が満足されるようには調整できない。
【００１１】
要するに如何に制御システムを迅速応答及び微小誤差の時に、被制御体出力信号の超越量を減少すると共に調整の時間を減少し、これにより制御システムの強健性を達成するのが、本発明の主たる目的である。
本発明は上記従来技術の欠点にかんがみ、鋭意試験及び研究を重ねた結果、ついに本発明の「制御システム及びその調整方法」を案出した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１のアイデアは制御システムを提出することにあり、当該系統は被制御システムにより生じた出力信号を制御する制御システムであって、該被制御体の物理行為に基づいて設計して、該制御システムの開回路周波数幅を一目標周波数幅に接近させると共に第１の操作信号を生ずる主制御ユニットと、
該被制御体の応答行為に基づいて設計して、該第１の操作信号を受信することにより第１の調整信号が発生し、その中、該第１の調整信号、該出力信号及び該第１の操作信号は演算を通して第２の操作信号を生じさせ、該出力信号を該第１の調整信号に接近させることにより、該被制御体が受けた干渉信号を抹消する第１の調整ユニットと、
入力信号を受信することにより第２の調整信号を生じ、その中該第２の調整信号、該出力信号及び該入力信号は演算を通して第３の操作信号を生じ、それを該主制御ユニットに提供して該制御システムの伝達関数を所要の伝達関数に接近させる第２の調整ユニットと、
を備えてなりこれによりシステムの強健性及び迅速応答を達成し、被制御体の出力信号の超越量を消失又はゼロに近づけさせる。
【００１３】
本発明の第２のアイデアは、主制御ユニット及び第１の調整ユニットを備えてなる制御システムを提供することにあり、その中、主制御ユニットは制御システムの目標周波数幅に符合するように設計され、そして第１の調整ユニットは被制御体の出力信号を第１の調整ユニットにより発生された第１の調整信号に接近するように設計され、これにより被制御体が受けた干渉信号を抹消する。このようにすれば高効率を達成し、及び不確定因子の調整効果が除去される。
【００１４】
本発明の第３のアイデアは制御システムの調整方法を提供することにある。このアイデアを要約すれば；
（１）制御システムの目標周波数幅により制御関数を設計する；
（２）次に制御関数により発生された第１の操作信号により第１の調整信号を生ずる；及び
（３）演算及び帰還を通して、被制御体により発生された出力信号を第１の調整信号に接近させる。
【００１５】
上記方法において、更に一歩進んだ安定効果が必要な場合は第２の調整関数の作用により、制御システムの伝達関数を第２の調整関数に接近させる。このようにすれば直覚式、容易性及び融和の調整効果が達成される。
サーボ・メカニズムの応用において、モータは慣用の被制御体であり、この被制御体の物理行為の伝達関数はＫｔ／（（Ｊｍ＋Ｊｄ）ｓ＋Ｂ）であって、Ｊｍはモータイナーシア、Ｊｄはロードイナーシア、Ｂはダンピング係数、Ｋ１は−比例値である。
【００１６】
第１のアイデアにより提出される好適な実施例において、被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムは、被制御対の物理行為に基づいて設計され、制御システムの開回路周波数幅を目標周波数幅に接近させると共に第１の操作信号を発生させる主制御ユニットと；被制御体の応答行為に基づいて設計され、第１の操作信号を受信することにより第１の調整信号を生じ、その中第１の調整信号、出力信号及び第１の操作信号は演算を通して第２の操作信号を生じて、出力信号を第１の調整信号に接近させることにより被制御体が受ける干渉信号を抹消する第１の調整ユニットと；入力信号を受信することにより第２の調整信号を生じ、その中第２の調整信号、出力信号及び演算を通して第３の操作信号を発生させ、これを主制御ユニットに提供して制御システムの伝達関数を第２の調整ユニットの伝達関数に接近させる第２の調整ユニットとを備えてなる。
【００１７】
第２のアイデアにより提出される好適な実施例において、被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムは制御システムの開回路周波数幅を目標周波数幅に接近させ、第１の操作信号を生ずる主制御ユニットと；第１の操作信号を受信することにより第１の調整信号を発生させ、第１の調整信号、出力信号及び第１の操作信号は演算を通して第２の操作信号を発生して出力信号を第１の調整信号に接近させることにより、被制御体が受けた干渉信号を抹消する第１の調整ユニットとを備えてなる。
【００１８】
第３のアイデアにより提出される好適な実施例において、被制御体により発生された出力信号を調整する制御システムの調整方法は先ず制御システムの目標周波数幅を制定するステップと、目標周波数幅に基づいて制御関数を設計し、制御システムの開回路周波数幅を目標周波数幅に接近させると共に、第１の操作信号を生ずるステップと；該第１の調整信号、該出力信号及び該第１の操作信号を演算して第２の操作信号を生じさせ、これにより該出力信号を該第１の調整信号に接近させるステップとを備えてなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の特徴は被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムを案出したことにあり、この制御システムは主制御ユニット、第１の調整ユニット及び第２の調整ユニットを備え、そして第１の倍率及び第２の倍率の二つの重みパラメータの調整を介して制御システムの強健性、迅速応答を達成したのみならず、被制御体出力信号の超越量を消失又はゼロに近づけさせることが可能となる。
【００２０】
そして制御システムは目標周波数幅、低周波干渉の抵抗及び伝達関数の追従等の技術特徴を有する。主制御ユニット、第１の調整ユニット及び第２の調整ユニットの設計、及び第１の倍率及び第２の倍率の重みパラメータの調整により、実機整調の方式で上記技術的特長が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図３は本発明による制御システムのブロック線図である。図３による第１の実施例において、制御システム３０は被制御体３１により発生された出力信号Ｙを制御する系統であり主制御ユニット３２、第１の調整ユニット３３及び第２の調整ユニット３４を備えてなる。その中、主制御ユニット３２は制御システム３０の核心部分であり第１の調整ユニット３３及び第２の調整ユニット３４が制御システム３０の運転に加入していず、且つ制御システムが開回路状態にある場合、被制御体３１の物理行為に基づいて、主制御ユニット３２を設計して制御システム３０の開回路周波数幅を目標周波数幅ＢＷに接近させると共に第１の操作信号Ｕ１が発生する。上記説明において、第１の調整ユニット３３を制御システム３０に加入しなかった所以は、第１の調整ユニット３３が経過する回路中の第１の増幅器３３２の第１の倍率ｈをゼロに設定したことにより達成され得るからである。第２の調整ユニット３４を制御システム３０に加入したかった所以は、第２の調整ユニット３４が経過する回路中の第２の増幅器３４４の第２の倍率ｍをゼロに設定したことにより達成され得るからである。上記、主制御ユニット３２は通常比例積分制御器を備える。
【００２２】
被制御体３１は操作の過程において不確定因子の干渉を受ける場合がある。その大きさは干渉信号Ｗであり、ここでは第３の総和器３１１を利用して干渉信号Ｗを制御システム３０の制御範囲に納入する。干渉信号Ｗは制御システム３０の強健性に影響して、制御システム３０をして安定に操作させることができない。
そこで第１の調整ユニット３３を加入して、制御システム３０を迅速に応答させ、被制御体３１が受けた干渉信号Ｗを抹消するようにしたので、制御システム３０の強健性を増加した。第１の調整ユニット３３は被制御体３１の応答行為に基づいて設計され、つまり第１の調整ユニット３３の伝達関数は模擬被制御体３１の伝達関数により設計される。第１の調整ユニット３３は第１の操作信号Ｕ１を受信することにより第１の調整信号Ｑ１を生じ、その中第１の調整信号Ｑ１、出力信号Ｙ及び第１の操作信号Ｕ１は演算を通して第２の操作信号Ｕ２を生ずる。第３の総和器３１１は第２の操作信号Ｕ２及び干渉信号Ｗを総和して駆動信号Ｖを生じ、これにより被制御体３１を駆動して出力信号Ｙを生ずる。帰還の作用を介して出力信号Ｙを第１の調整信号Ｑ１に接近させることにより被制御体３１が受けた干渉信号Ｗを抹消する。そして第１の調整ユニット３３は低周波干渉の抵抗に適用される。
【００２３】
次に第１の調整信号Ｑ１、出力信号Ｙ及び第１の操作信号Ｕ１を演算して第２の操作信号Ｕ２を生ずる状況を説明する。制御システム３０は更に第１の総和器３３１と第１の増幅器３３２と第２の総和器３３３を備えてなる。その中、第１の総加器３３１は調整信号Ｑ１から出力信号を差し引いて第１の結果信号Ｔ１を生ずる。第１の増幅器３３２は第１の結果信号Ｔ１を受信し、且つ第１の倍率ｈを増幅して第２の結果信号Ｔ２を発生させ、第１の倍率ｈを調整して出力信号Ｙを第１の調整信号Ｑ１に接近させる。第２の総和器３３３は第１の操作信号Ｕ１と第２の結果信号Ｔ２とを総和して第２の操作信号Ｕ２を生ずる。
【００２４】
制御システム３０の目標周波数幅ＢＷが増大すると、制御システム３０が要求する応答速度も加速が要求され、更に一歩進んで誤差の減少、被制御体出力信号Ｙの超越量の減少及び盛業系統３０の安定性の補強が要望されることから第２の調整ユニット３４を加入した。第２の調整ユニット３４は入力信号Ｒを受信して第２の調整信号Ｑ２を生ずる。その中、第２の調整信号Ｑ２出力信号Ｙ及び入力信号Ｒは演算を通して主制御ユニット３２に提供される第３の操作信号Ｕ３を生ずる。そして制御システム３０の作用を介して制御システム３０の伝達関数を第２の調整ユニット３４の伝達関数に接近させる。
【００２５】
次に第２の調整信号Ｑ２出力信号Ｙ及び入力信号Ｒを演算して第３の操作信号Ｕ３を生ずる状況を説明する。制御システム３０は更に第４の総和器３４２と回路安定器３４３と第２の増幅器３４４と第５の総和器３４１とを備えてなる。その中、第４の総和器３４２は第２の調整信号Ｑ２出力信号Ｙを差し引いて第３の結果信号Ｔ３を生ずる。回路安定器３４３は第３の結果信号Ｔ３を受信して第４の結果信号Ｔ４を生ずる。この回路安定器３４３は含積分の関数Ｆを有し、含積分の関数Ｆの作用を通して制御システム３０にゼロ安定誤差を達成させる。第２の増幅器３４４は第４の結果信号Ｔ４を受信し、且つ第２の倍率ｍを増幅して第５の結果信号Ｔ５を発生させ、第２の倍率ｍを調整して制御システム３０の伝達関数を第２の調整ユニット３４の伝達関数に接近させる。第５の総和器３４１は入力信号Ｒと第５の結果信号Ｔ５とを総和し、同時に出力信号Ｙを差し引いて第３の操作信号Ｕ３を生ずる。
【００２６】
次に図３に基づいて実現される第２の実施例を説明する。被制御体３１により発生された出力信号Ｙを制御する制御システム３０は主制御ユニット３２と第１の調整ユニット３３とを備えてなる。その中、主制御ユニット３２は制御システム３０の核心部分であり第１の調整ユニット３３がまだ制御システム３０の運転に加入していず、且つ制御システム３０が開回路状態にある場合、制御システム３０の目標周波数幅ＢＷに基づいて主制御ユニット３１を設計して、制御システム３０の開回路周波数幅を目標周波数幅ＢＷに接近させると共に第１の操作信号Ｕ１を発生する。上記の説明において、第１の調整ユニット３３を制御システム３０に加入しなかった所以は第１の調整ユニット３３が経過する回路中の第１の増幅器３３２の第１の倍率ｈをゼロに設定したことにより達せされ得るからである。上記の主制御ユニット３０は通常比例積分制御器を包含する。そして被制御体３１の物理行為により主制御ユニット３２が設計されるので容易に制御システム３０の開回路周波数幅を目標周波数幅ＢＷに接近させることができる。この場合、制御システム３０は更に第５の総和器３４１を備え、第５の総和器３４１は入力信号Ｒから出力信号Ｙを差し引いて第３の操作信号Ｕ３を発生し、これを主制御ユニット３２に提供する。
【００２７】
第１の調整ユニット３３は第１の操作信号Ｕ１を受信して第１の調整信号Ｑ１を発生する。その中、第１の調整信号Ｑ１、出力信号Ｙ及び操作信号Ｕ１は演算を通して第２の操作信号Ｕ２を生ずる。第３の総和器３１１は第２の操作信号Ｕ２と干渉信号Ｗを総和して被制御体３１を駆動する駆動信号Ｖを発生し、出力信号Ｙを生ずる。帰還の作用を通して出力信号Ｙを第１の調整信号Ｑ１に接近させることにより被制御体３１が受けた干渉信号Ｗを抹消する。上記に説明した第１の調整ユニット３３は通常被制御体３１の応答行為に基づいて設計され、つまり第１の調整ユニット３３の伝達関数は模擬被制御体３１の伝達関数により設計される。この第１調整ユニット３３は低周波干渉の抵抗に適用される。
【００２８】
第１の調整信号Ｑ１、出力信号Ｙ及び第１の操作信号Ｕ１を演算して第２の操作信号Ｕ２を生ずる状況は第１の実施例に説明したものと同一である。
【００２９】
第２の実施例の制御システム３０は入力信号Ｒを受信して第２の調整信号Ｑ２を発生する第２の調整ユニット３４を更に備えてなる。第２の調整信号Ｑ２、出力信号Ｙ及び入力信号Ｒは演算を通して主制御ユニットに提供する第３の操作信号Ｕ３を生ずる。制御システム３０の作用により、制御システム３０の伝達関数を第２の調整ユニット３４の伝達関数に接近させる。
そして第２の調整信号Ｑ２出力信号Ｙ及び入力信号Ｒを演算して第３の操作信号Ｕ３を発生する状況は第１の実施例に説明したものと同一である。
【００３０】
サーボメカニズムの応用において、モータは慣用の被制御体３１である。図４は本発明により提出される制御システムにおいてその被制御体がモータである場合のブロック線図である。図４の制御システム４０中の符号は図３の制御システム３０中の符号と同一の名称及び機能を有している。
【００３１】
図４において、被制御体３１の物理行為の伝達関数はＫｔ／（（Ｊｍ＋Ｊｄ）ｓ＋Ｂ）であり、その中、Ｊｍはモータイナーシア、Ｊｄはロードイナーシア、Ｂはダンピング係数、Ｋ１は比例値である。被制御体３１の物理行為に基づいて主制御ユニット３２を設計し、且つ被制御体３１の応答行為に基づいて第１の調整ユニット３３を設計するために、ここではモータとロード全イナーシア（Ｊｍ＋Ｊｄ）の慣用見積値ＪΣを導入し、且つ予めＪΣ＝Ｊｍ＋Ｊｄと仮設している。したがって主制御ユニット３２の伝達関数を２πＢＷＪΣ／Ｋｔに設計する。式中、ＢＷは制御システム４０の目標周波数幅、ＪΣは（Ｊｍ＋Ｊｄ）の慣性見積り値であり、これにより制御システム４０の開回路周波数幅を目標周波数幅ＢＷに接近させる。そして被制御体３１の応答行為に基づいて第１の調整ユニット３３の伝達関数をＫｔ／（ＪΣｓ）に設計し、演算及び帰還作用を通して被制御体３１により発生される出力信号Ｙを第１の調整ユニット３３により発生される第１の調整信号Ｑ１に接近させる。更には第２の調整ユニット３４の伝達関数を２πＢＷ／（Ｓ＋２πＢＷ）に設計し、演算及び帰還作用を通して制御システム４０の伝達関数を第２の調整ユニット３４の伝達関数に接近させる。
【００３２】
次に図４において、目標周波数幅ＢＷ＝５０Ｈｚ、第１の倍率ｈ＝１、第２の倍率ｍ＝１を設定して実際のデータを発生させ、図４と図１との両制御システムを比較する。図１の制御システム１０は従来の比例−積分−微分（Ｐ−Ｉ−Ｄ）制御架構である（その中、比例積分（ＰＩ）制御器を例として目標周波数幅ＢＷ＝５０Ｈｚを設定する）。得られた結果は図５に表示され、即ち図５は図４の制御システムの第１のステップ応答図である。図５にはステップ関数命令入力信号曲線Ａ１、図１の第３の操作信号曲線Ａ２、図１の出力信号曲線Ａ３、図４の第２の操作信号曲線Ｂ１及び図４の出力信号曲線Ｂ２が図示されている。この時、第１の調整ユニット３３は一段階５０Ｈｚ周波数幅の状態下において、その発生された第１の調整信号Ｑ１は第１の調整信号曲線（図に表示していない）に対応する。図５に示すように本発明の制御システムにより発生された出力信号曲線Ｂ２は超越量がなく、容易にダンピング係数Ｂの影響を克服でき、非常に第１の調整信号曲線に接近している。
【００３３】
続いて第２の倍率ｍの制御システム４０に対する影響を探討する。ここでは、慣性見積り値ＪΣをＪΣ＝（Ｊｍ＋Ｊｄ）／２、つまり慣性見積り値ＪΣを実際の慣性（Ｊｍ＋Ｊｄ）の半分しかないと仮設する。先ず、目標周波数幅ＢＷ＝５０Ｈｚ、第１の倍率をｈ＝１と設定し、次に順に第２の倍率ｍを増加する。得られた結果を図６に示す。図６は図４の制御システムの第２のステップ応答図である。図６にはステップ関数命令入力信号曲線Ａ１と図１の出力信号曲線ＰＩＤと図４第２倍率が１の出力信号曲線ｍ＝１と、図４第２倍率が２の出力信号曲線Ｍ＝２と、図４第２倍率が３の出力信号曲線ｍ＝３と、図４第２倍率が４の出力信号曲線ｍ＝４とを含んでなる。図６に示すように従来の図１に示すような比例積分微分（ＰＩＤ）制御システム１０により運転されてなる出力信号曲線Ａ３は非常に大きな超越量を有する。これに対し、本発明制御システム４０における第２の倍率ｍが増大すると、それに対応する超越量が益々小さくなり、且つ上昇の時間も益々２０ｍｓに接近する。
【００３４】
同様に第１の倍率ｈの制御システム４０に対する影響を探討する。先ず目標周波数幅ＢＷ＝５０Ｈｚ、第２の倍率ｍ＝１と設定し、次に順に第１の倍率ｈを増加する。得られた結果を図７に示す。図７は図４の制御システムの第３のステップ応答図である。図７にはステップ関数命令入力信号曲線Ａ１と、第１の倍率が１の出力曲線ｈ＝１と、第１の倍率が２の出力信号曲線ｈ＝２と、第１の倍率が４の出力信号曲線ｈ＝４と、第１の倍率が６の出力信号曲線ｈ＝６と、第１の倍率が８の出力信号曲線ｈ＝８を含んでなる。図７に示すように第１の倍率ｈが増大すると、それが対応する超越量も益々小さくなり、上昇時間も益々２０ｍｓに接近する。
【００３５】
制御システム４０の要求する規格が目標周波数幅ＢＷが５０Ｈｚ、ステップ応答の上昇時間が２０ｍｓであり、且つ超越量が許容されない場合、上記の説明から分かるように規格を満足する最適な設定は目標周波数幅ＢＷ＝５０Ｈｚ、第１の倍率ｈ＝１及び第２の倍率ｈ＝４である。
次に慣性見積り値の変改による制御システム４０に対する影響を説明する。ロードイナーシアＪｄと、モータイナーシアＪｍとの関係がＪｄ＝１０Ｊｍである場合、それぞれ慣性見積り値ＪΣがＪΣ＝６Ｊｍ、ＪΣ＝１１Ｊｍ及びＪΣ＝１６Ｊｍであると設定することにより被制御体３１、出力信号Ｙの変化を観察する。得られた結果は図８に示され、この図８は図４の制御システムの第４のステップ応答図である。図８にはステップ関数命令入力信号曲線Ａ１と、慣性見積り値ＪΣ＝６Ｊｍによる第３の操作信号曲線Ｃ１と慣性見積り値ＪΣ＝１１Ｊｍによる第３の操作信号曲線Ｃ２と、慣性見積もり値ＪΣ＝１６Ｊｍによる第３の操作信号曲線Ｃ３と慣性見積り値ＪΣ＝６Ｊｍによる出力信号曲線Ｄ１と慣性見積り値ＪΣ＝１１Ｊｍによる出力信号曲線Ｄ２と、慣性見積もり値ＪΣ＝１６Ｊｍによる出力信号曲線Ｄ３とが含まれている。図８における３本の第３の操作信号曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ主制御ユニット３２、第１の調整ユニット３３及び第２の調整ユニット３４であり、第１の倍率ｈ及び第２の倍率ｍを通して異なる重みの加成作用により獲得される。そして図８に示すように本発明の制御システム４０は慣性見積り値ＪΣの変改に対して良好な強健性を有する。
【００３６】
同様にロードイナーシアＪｄの変改による制御システム４０に対する影響を説明する。慣性見積り値ＪΣとモータイナーシアＪｍとの関係がＪΣ＝１１Ｊｍである場合、それぞれロードイナーシアＪｄがＪｄ＝５Ｊｍ、Ｊｄ＝１０Ｊｍ及びＪｄ＝１５Ｊｍであると設定することにより被制御体３１、出力信号Ｙの変化を観察する。得られた結果は図９に示され、この図９は図４の制御システムの第５のステップ応答図である。図９にはステップ関数命令入力信号曲線Ａ１とロードイナーシアＪｄ＝５Ｊｍによる第３の操作信号曲線Ｇ１と、ロードイナーシアＪｄ＝１０Ｊｍによる第３の操作信号曲線Ｇ２と、ロードイナーシアＪｄ＝１５Ｊｍによる第３の操作信号曲線Ｇ３と、ロードイナーシアＪｄ＝５Ｊｍによる出力信号曲線Ｈ１と、ロードイナーシアＪｄ＝１０Ｊｍによる出力信号曲線Ｈ２と、ロードイナーシアＪｄ＝１５Ｊｍによる出力信号曲線Ｈ３とが含まれている。図９に示すように本発明の制御システム４０はロードイナーシアＪｄの変改に対して良好な強健性を有する。
【００３７】
次に被制御体３１により発生された出力信号Ｙを調整する本発明の制御システム３０の調整方法は
（ａ）制御システム３０の目標周波数幅ＢＷを制定するステップと、
（ｂ）目標周波数幅ＢＷに基づいて主制御ユニット３２の伝達関数である制御関数を設計し制御システム３０の開回路周波数幅を目標周波数幅ＢＷに接近させると共に第１の操作信号Ｕ１を生ずるステップと
（ｃ）第１の操作信号Ｕ１により第１の調整信号Ｑ１を生ずるステップと
（ｄ）第１の調整信号Ｑ１、出力信号Ｙ及び第１の操作信号Ｕ１を演算して第２の操作信号Ｕ２を生じ、出力信号Ｙを第１の調整信号Ｑ１に接近させるステップと
を備えてなる。
【００３８】
上記の方法のステップ（ｃ）は
（ｃ１）被制御体３１の応答行為に基づいて第１の調整ユニット３３の伝達関数である第１の調整関数を設計するステップと、
（ｃ２）第１の調整関数に第１の操作信号Ｕ１を提供して第１の調整信号Ｑ１を生ずるステップと、
を備えてなる。
【００３９】
上記方法のステップ（ｄ）は
（ｄ１）第１の調整信号Ｑ１から出力信号Ｙを差し引いて第１の結果信号Ｔ１を生ずるステップと、
（ｄ２）第１の結果信号Ｔ１の第１の倍率  ｈを増幅して第２の結果信号Ｔ２を生ずるステップと、
（ｄ３）第２の結果信号Ｔ２及び第１の操作信号Ｕ１を相足して第２の操作信号Ｕ２を生ずるステップと、
（ｄ４）第１の倍率  ｈの大きさを調整して出力信号Ｙを第１の調整信号Ｑ１に接近させるステップと、
を備えてなる。
【００４０】
上記方法はステップ（ｄ）の末に更に
（ｅ）入力信号Ｒを第２の調整ユニット３４の伝達関数である第２の調整関数に提供して第２の調整信号Ｑ２を生ずるステップと、
（ｆ）第２の調整信号Ｑ２、出力信号Ｙ及び入力信号Ｒを演算して第３の操作信号Ｕ３を生ずることにより制御システム３０の伝達関数を第２の調整関数に接近させるステップと、
を備えてなる。
【００４１】
上記方法のステップ（ｆ）は
（ｆ１）第２の調整信号Ｑ２から出力信号Ｙを差し引いて第３の結果信号Ｔ３を生ずるステップと、
（ｆ２）第３の結果信号Ｔ３を受信して開回路安定器３４３中の積分関数Ｆにより処理される積分演算を執行して第４の結果信号Ｔ４を生ずるステップと、
（ｆ３）第４の結果信号Ｔ４、第２の倍率  ｍを増幅して第５の結果信号Ｔ５を生ずるステップと、
（ｆ４）第５の結果信号Ｔ５と入力信号Ｒを相足した後、出力信号を差し引いて第３の操作信号Ｕ３を生ずるステップと、
（ｆ５）第２の倍率  ｍの大きさを調整して、制御システム３０の伝達関数を第２の調整関数に接近させるステップと、
を備えてなる。
【００４２】
本発明の特徴は被制御体により発生された出力信号を制御する制御システムを案出したことにあり、この制御システムは主制御ユニット、第１の調整ユニット及び第２の調整ユニットを備え、そして第１の倍率及び第２の倍率の二つの重みパラメータの調整を介して制御システムの強健性、迅速応答を達成したのみならず、被制御体出力信号の超越量を消失又はゼロに近づけさせた。
【００４３】
そして制御システムは目標周波数幅、低周波干渉の抵抗及び伝達関数の追従等の技術的特徴を有する。主制御ユニット、第１の調整ユニット及び第２の調整ユニットの設計、及び第１の倍率及び第２の倍率の重みパラメータの調整により、実機整調の方式で上記技術的特長が達成される。
【００４４】
要するに本発明の制御システム及び調整方法は確実に発明のアイデアにより設定された効果を達成できる。しかしながら上記に説明したのは本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の技術的思想は決してこれに限定されず、添付のクレームの範囲を逸脱しない限り当業者による単純な設計変更、付加、修飾、置換はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来のモータ制御システムのブロック線図である。
【図２】従来の制御システムのステップ応答図である。
【図３】本発明により提出された制御システムのブロック線図である。
【図４】本発明により提出された制御システムにおいての被制御体がモータである場合のブロック線図である。
【図５】図４の制御システムの第１のステップ応答図である。
【図６】図４の制御システムの第２のステップ応答図である。
【図７】図４の制御システムの第３のステップ応答図である。
【図８】図４の制御システムの第４のステップ応答図である。
【図９】図４の制御システムの第５のステップ応答図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０，３０，４０      制御システム
１１，３１            被制御体
１２，３２            主制御器
３３                  第１の調整ユニット
３４                  第２の調整ユニット
３３２                第１の増幅器
３４４                第２の増幅器
３４３                回路安定器
１４１，３３１        第１の総和器
１２１，３３３        第２の総和器
１１１，３１１        第３の総和器
３４２                第４の総和器
３４１                第５の総和器
ＰＹ，Ｙ              出力信号
ＰＶ，Ｖ              駆動信号
ＰＷ，Ｗ              干渉信号
ＰＲ，Ｒ              入力信号
ＰＥ                  誤差信号
Ｑ１                    第１の調整信号
Ｑ２                    第２の調整信号
ＰＵ１，Ｕ１            第１の操作信号
ＰＵ２，Ｕ２            第２の操作信号
ＰＵ３，Ｕ３            第３の操作信号
Ｔ１                    第１の結果信号
Ｔ２                    第２の結果信号
Ｔ３                  第３の結果信号
Ｔ４                  第４の結果信号
Ｔ５                  第５の結果信号
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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