促动器的控制方法及促动器的控制装置

申请号 CN201280034323.1 申请日 2012-06-21 公开(公告)号 CN103649851B 公开(公告)日 2016-06-15
申请人 五十铃自动车株式会社; 发明人 山本康;
摘要 使用最短时间控制,并且具备:算出步骤,使用预先计测的促动器的控制 力 的最大输出时的最大 加速 度(αp)和最大减速度(αm),通过从进行用于控制的计算的计算时刻(t0)起的经过时间显示,算出从加速输出向减速输出切换的切换时刻(t1)和减速输出的结束时刻(t2);以及控制输出步骤,从计算时刻(t0)直到切换时刻(t1)将促动器的控制力作为最大加速输出,从切换时刻(t1)直到结束时刻(t2)将促动器的控制力作为最大减速输出,在结束时刻(t2)结束控制力的输出;并且具备更新步骤,每预先设定的时间反复所述算出步骤,算出切换时刻(t1)和结束时刻(t2)而更新。由此,提供了将反馈控制要素引入最短时间控制的促动器的控制方法及促动器的控制装置。
权利要求

1.一种促动器的控制方法,其特征在于,
使用最短时间控制,并且具备如下步骤:
算出步骤,使用预先计测的促动器的控制的最大输出时的最大加速度αp和最大减速度αm,通过从进行用于控制的计算的计算时刻t0起的经过时间,算出从加速输出向减速输出切换的切换时刻t1、以及减速输出的结束时刻t2;以及
控制输出步骤,从所述计算时刻t0到所述切换时刻t1,将所述促动器的控制力设为最大加速输出,从所述切换时刻t1到所述结束时刻t2,将所述促动器的控制力设为最大减速输出,在所述结束时刻t2结束控制力的输出;并且
每隔预先设定的时间反复所述算出步骤,算出所述切换时刻t1和所述结束时刻t2并更新,
在所述算出步骤中,用相切的两条二次曲线的组合表示从所述计算时刻t0的位置到所述结束时刻t2的目标位置的轨道,在设初速度为V0、目标位置与控制量的偏差为X的情况下,用以下(1)式和(2)式算出所述切换时刻t1和所述结束时刻t2,
[数学式1]
   (1)式
[数学式2]
               (2)式
其中,α1是计算时刻t0~切换时刻t1的最大加速度αp或最大减速度αm,α2是切换时刻t1~结束时刻t2的最大减速度αm或最大加速度αp,
根据下述6种情况来决定所述α1和所述α2,
情况1:X>0、V0>0,V02/2αm>X,α1=αm、α2=αp;
情况2:X>0、V0>0,V02/2αm<X,α1=αp、α2=αm;
情况3:X>0、V0<0,α1=αp、α2=αm;
情况4:X<0、V0>0,α1=αm、α2=αp;
2
情况5:X<0、V0<0,V0/2αp>X,α1=αm、α2=αp;
情况6:X<0、V0<0,V02/2αp<X,α1=αp、α2=αm。
2.一种促动器的控制装置,其特征在于,
使用最短时间控制,并且具备:
算出机构,使用预先计测的促动器的控制力的最大输出时的最大加速度αp和最大减速度αm,通过从进行用于控制的计算的计算时刻t0起的经过时间,算出从加速输出向减速输出切换的切换时刻t1、以及减速输出的结束时刻t2;以及
控制输出机构,从所述计算时刻t0到所述切换时刻t1,将所述促动器的控制力设为最大加速输出,从所述切换时刻t1到所述结束时刻t2,将所述促动器的控制力设为最大减速输出,在所述结束时刻t2结束控制力的输出;并且
具备更新机构,该更新机构每隔预先设定的时间由所述算出机构反复算出所述切换时刻t1和所述结束时刻t2且更新,
所述算出机构用相切的两条二次曲线的组合表示从所述计算时刻t0的位置到所述结束时刻t2的目标位置的轨道,在设初速度为V0、目标位置与控制量的偏差为X的情况下,用以下(1)式和(2)式算出所述切换时刻t1和所述结束时刻t2,
[数学式1]
    (1)式
[数学式2]
              (2)式
其中,α1是计算时刻t0~切换时刻t1的最大加速度αp或最大减速度αm,α2是切换时刻t1~结束时刻t2的最大减速度αm或最大加速度αp,
根据下述6种情况来决定所述α1和所述α2,
情况1:X>0、V0>0,V02/2αm>X,α1=αm、α2=αp;
情况2:X>0、V0>0,V02/2αm<X,α1=αp、α2=αm;
情况3:X>0、V0<0,α1=αp、α2=αm;
情况4:X<0、V0>0,α1=αm、α2=αp;
情况5:X<0、V0<0,V02/2αp>X,α1=αm、α2=αp;
情况6:X<0、V0<0,V02/2αp<X,α1=αp、α2=αm。

说明书全文

促动器的控制方法及促动器的控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及促动器的控制方法及促动器的控制装置,更详细而言,涉及能够在最短时间控制中通过使用每预先设定的时间修正输出模式的控制规则而引入反馈要素的促动器的控制方法及促动器的控制装置。

背景技术

[0002] 在现有的控制中,一般使用PID控制的反馈控制。在该PID控制中,相对于现象必然延迟地决定控制输出,因而如果想要提高控制速度而增大PID的各控制增益,则控制跟不上现象,控制变得不稳定。特别是,如果控制对象的机械衰减显著降低,则存在控制易于变得不稳定且控制发散的情况。作为决定用于避免该控制的不稳定的PID控制的各控制增益的方法,应用能够保证控制的稳定性的H∞等控制理论。但是,在PID控制的制约下,由于负荷变动而产生超调或控制延迟。
[0003] 在PID控制中,如果使用滑动模式控制,则通过根据控制状态切换控制增益,能够在理论上排除负荷变动的影响。但是,如果控制周期推迟,则该控制保持振荡而不收敛。因此,为了完全排除负荷变动的影响,必须无限快速地切换控制增益,需要高速的控制直到可称为相对于现象无限快速的程度。再者,需要进行PID等的各控制增益的调整,该控制增益的调整的好坏决定控制的好坏,因而该控制增益的调整成为非常重要的要素。
[0004] 另外,这些控制理论弥补了PID控制的缺点,不是为了将“以最短的时间使控制对象静止在目标位置”作为控制目的而构筑的方法。因此,对于该单纯的目的,与其说PID控制,不如说最短时间控制更与目的一致。
[0005] 最单纯的最短时间控制是以下控制:到目标位置的行程的一半以最大推力加速控制对象,在剩余一半的行程以最大减速度减速,使控制对象静止在目标位置。该输出模式是在控制开始前决定的,因而该最短时间控制可以说是前馈控制。
[0006] 换言之,最短时间控制是指以促动器的最大驱动力启动且以最大制动力停止的控制方法,是在理论上能够以最短时间使控制对象静止在目标的控制。也就是说,最短时间控制是与“以最短的时间使控制对象静止在目标位置”这一控制目的完全一致的控制方法。
[0007] 例如,如日本专利申请特开2000-94371号公报中所记载的那样,作为使用该最短时间控制的控制装置,提出了以下的机器人的最短时间控制装置,该装置具备:控制机构,用于控制伺服达;对应关系存储机构,事先存储以无负荷时的值作为基准的控制量与负荷重量的关系;负荷推测计算机构;加减速常数决定机构,基于由负荷推测计算机构计算的工件信息来决定加减速常数;以及指令制作机构,使用所决定的加减速常数,制作向伺服控制机构发出的指令;在把持工件时,加速时间变长,在不把持工件时,缩短加速时间。
[0008] 然而,虽然最短时间控制是理论上能够以最短的时间进行控制的理想控制,但另一方面,是考虑初速度和最大加速度、最大减速度而决定输出模式的开放控制,没有反馈要素,因而当目标与控制量不一致时,没有修正的方法,存在着难以正确地使控制量与目标一致的问题,所以很少用于实际的控制。
[0009] 在先技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本专利申请特开2000-94371号公报

发明内容

[0012] 发明要解决的问题
[0013] 本发明是鉴于上述状况做出的,其目的在于,提供一种将反馈控制要素引入最短时间控制的促动器的控制方法及促动器的控制装置。
[0014] 用于解决问题的技术手段
[0015] 用于达成如上所述的目的的本发明的促动器的控制方法是以下方法,其特征在于,使用最短时间控制,并且具备:算出机构,使用预先计测的促动器的控制力的最大输出时的最大加速度αp和最大减速度αm,通过从进行用于控制的计算的计算时刻t0起的经过时间显示,算出从加速输出向减速输出切换的切换时刻t1、以及减速输出的结束时刻t2;以及控制输出机构,从前述计算时刻t0到前述切换时刻t1,将前述促动器的控制力设为最大加速输出,从前述切换时刻t1到前述结束时刻t2,将前述促动器的控制力设为最大减速输出,在前述结束时刻t2结束控制力的输出;并且具备更新机构,每隔预先设定的时间由前述算出机构反复算出前述切换时刻t1和前述结束时刻t2且更新。
[0016] 也就是说,每隔预先设定的时间、即每隔一定周期或每隔不定期考虑偏差和速度而再次计算从计算时刻t0的控制对象物的位置到目标位置的控制的目标轨迹,更新切换时刻t1和结束时刻t2。该切换时刻t1和结束时刻t2成为从再次计算的计算时刻t0起的经过时间。
[0017] 此外,该最大加速度αp或最大减速度αm是控制值的2阶时间微分值或者控制值的2阶差分值,控制值可以使用不伴随运动的温度那样的值。
[0018] 依照该方法,由于是最短时间控制,因而控制速度成为高速,能够通过计测来设定最大加速度αp和最大减速度αm,除此以外没有调整项,因而不需要调整控制增益。另外,由于是开/关控制,因而不需要产生中间的输出,能够简化控制器驱动器
[0019] 而且,由于每隔预先设定的时间引入反馈要素,即使外力变化,或者控制的时间间隔不是高速,也能够始终获得稳定的控制结果。结果,能够兼顾在现有的控制规则中相反的重大课题——“控制的速度”和“稳定性”,该反馈要素指的是,加入控制的各时刻的目标量与控制量的偏差X重新计算,并更新从再次计算的计算时刻t0起的经过时间显示、即切换时刻t1和结束时刻t2。
[0020] 另外,在上述促动器的控制方法中,在前述算出步骤中,用相切的两条二次曲线的组合表示从前述计算时刻t0的位置到前述结束时刻t2的目标位置的轨道,并设初速度为V0、目标位置与控制量的偏差为X的情况下,用以下(1)式和(2)式算出前述切换时刻t1和前述结束时刻t2,
[0021] [数学式1]
[0022]       (1)式
[0023] [数学式2]
[0024]                (2)式
[0025] 能够容易地算出切换时刻t1和结束时刻t2。此外,α1是计算时刻t0~切换时刻t1的最大加速度αp或最大减速度αm,α2是切换时刻t1~结束时刻t2的最大减速度αm或最大加速度αp。
[0026] 此外,,用于达成上述目的的本发明的促动器的控制装置,使用最短时间控制,并且具备:使用最短时间控制,并且具备:算出机构,使用预先计测的促动器的控制力的最大输出时的最大加速度αp和最大减速度αm,通过从进行用于控制的计算的计算时刻t0起的经过时间显示,算出从加速输出向减速输出切换的切换时刻t1、以及减速输出的结束时刻t2;以及控制输出机构,从前述计算时刻t0到前述切换时刻t1,将前述促动器的控制力设为最大加速输出,从前述切换时刻t1到前述结束时刻t2,将前述促动器的控制力设为最大减速输出,在前述结束时刻t2结束控制力的输出;并且具备更新机构,每隔预先设定的时间由前述算出机构反复算出前述切换时刻t1和前述结束时刻t2且更新。
[0027] 另外,在上述促动器的控制装置中,前述算出机构用相切的两条二次曲线的组合表示从前述计算时刻t0的位置到前述结束时刻t2的目标位置的轨道,在设初速度为V0、目标位置与控制量的偏差为X的情况下,用以下(1)式和(2)式算出前述切换时刻t1和前述结束时刻t2,
[0028] [数学式1]
[0029]        (1)式
[0030] [数学式2]
[0031]              (2)式
[0032] 此外,α1是计算时刻t0~切换时刻t1的最大加速度αp或最大减速度αm,α2是切换时刻t1~结束时刻t2的最大减速度αm或最大加速度αp。
[0033] 另外,在上述促动器的控制装置中,根据表1决定从计算时刻t0到切换时刻t1之间的加速度αp和从切换时刻t1到结束时刻t2之间的加速度αm。
[0034] [表1]
[0035]
[0036] 依照这些构成的促动器的控制装置,能够实施上述促动器的控制方法,能够起到同样的效果。
[0037] 发明的效果
[0038] 依照本发明的促动器的控制方法及促动器的控制装置,由于是最短时间控制,因而控制速度成为高速,能够通过计测来设定最大加速度和最大减速度,除此以外没有调整项,因而不需要调整控制增益。另外,由于是开/关控制,因而不需要产生中间的输出,能够简化控制器和驱动器。
[0039] 而且,由于每隔预先设定的时间引入反馈要素,因而即使外力变化,或者控制的时间间隔不是高速,也能够始终获得稳定的控制结果,该反馈要素指的是加入控制的各时刻的目标量与控制量的偏差而更新切换时刻和结束时刻。结果,能够兼顾在现有的控制规则中相反的重大课题——“控制的速度”和“稳定性”。附图说明
[0040] 图1是表示用于说明在本发明的实施方式的促动器的控制方法中使用的最短时间控制的最短时间控制模型的图。
[0041] 图2是用于说明控制轨迹的计算条件的图。
[0042] 图3是用于说明再次计算中的控制轨迹的变化的图。
[0043] 图4是表示f(t)、g(t)所获得的目标轨迹的图。
[0044] 图5是表示本发明的实施方式的促动器的控制方法的控制流程的一例的图。
[0045] 图6是表示本发明的实施方式的促动器的控制方法的反馈最短时间控制的、没有机械系统的衰减力的情况下的控制结果的图。
[0046] 图7是表示本发明的实施方式的促动器的控制方法的反馈最短时间控制的、具有机械系统的衰减力的情况下的控制结果的图。
[0047] 图8是表示实施例的模拟结果的图。
[0048] 图9是表示比较例的模拟结果的图。
[0049] 图10是表示现有技术的最短时间控制的、没有机械系统的衰减力的情况下的控制结果的图。
[0050] 图11是表示现有技术的最短时间控制的、具有机械系统的衰减力的情况下的控制结果的图。
[0051] 图12是表示用于说明PID控制的PID控制模型的图。

具体实施方式

[0052] 以下,参照附图同时说明本发明的实施方式的促动器的控制方法及促动器的控制装置。此外,在此为了明确本发明的最短时间控制,一边与PID控制进行比较一边说明。
[0053] 本发明的实施方式的促动器的控制装置使用最短时间控制并且具备算出机构、控制力输出机构及更新机构而构成。
[0054] 该算出机构使用预先计测的促动器的控制力的最大输出时的最大加速度αp和最大减速度αm,通过显示从进行用于控制的计算的计算时刻t0起的经过时间,算出从加速输出向减速输出切换的切换时刻t1、以及减速输出的结束时刻t2。
[0055] 另外,控制输出机构在计算时刻t0~切换时刻t1将促动器的控制力设为最大加速输出,在切换时刻t1~结束时刻t2将促动器的控制力设为最大减速输出,在结束时刻t2结束控制力的输出。
[0056] 再者,更新机构构成为:每隔一定周期或每隔不定期的预先设定的时间,由算出机构反复算出切换时刻t1和结束时刻t2并更新。该算出机构用相切的两条二次曲线的组合表示从再次计算的计算时刻t0的位置到目标位置的轨道,在设初速度为V0、设目标量与控制量的偏差为X的情况下,用以下的(1)式和(2)式算出切换时刻t1和结束时刻t2:
[0057] [数学式1]
[0058]      (1)式
[0059] [数学式2]
[0060]         (2)式
[0061] 在此,α1为计算时刻t0~切换时刻t1的最大加速度αp或最大减速度αm,α2为切换时刻t1~结束时刻t2的最大减速度αm或最大加速度αp。
[0062] 另外,在本发明的实施方式的促动器的控制方法中使用的最短时间控制与图1所示的重物m沿斜面滑下又上升的机械模型等价。如图1那样,如果相对于斜面拿起重物并放开,则重物由于重力而以一定的加速度滑下斜面,接着以一定的减速度在相反侧的斜面上升。如果没有摩擦等能量损失,则重物m在爬到与开始位置相同的高度时速度变为零,并在一瞬间内停止。此时,如果没有重力,则重物m继续静止在该位置。
[0063] 若将其替换为用促动器使控制对象移动的控制系统,如果以促动器的最大推力推重物,接着用促动器的最大推力拉回重物,则在推动时输入的作功量与拉回时输入的作功量平衡时,控制对象静止。这样,如果控制对象静止的位置为目标位置,则控制结束。
[0064] 即,在最短时间控制中,以促动器的最大推力使控制对象加减速而控制到目标位置,因而在理论上能够以最短的时间进行控制。另外,由于此时的控制输出模式在控制开始前决定,因而最短时间控制为前馈控制。
[0065] 与此相对,现有技术的PID控制以图12所示的基本质量m、弹簧、阻尼系统的衰减振荡模型为基础,弹簧发挥P项的作用,阻尼器发挥D项的作用。此外,零点的补正项为I项,但在此I项几乎没有物理意义。
[0066] 如果以能量变换考虑该控制,如图12的中段所示,通过输入目标位置,作为目标位移使弹簧挠曲,将弹簧的弹性势能输入控制系统,则重物(质量m)被弹簧力牵引而开始运动。此时,进行从弹性势能向动能的变换。重物m开始运动后,由阻尼器将动能变换为热能,能量向系统外排出。如果初始输入的弹簧的弹性势能全部变换为热能,则如图12的下段所示,作为控制对象的重物m在目标位置静止。此外,在PID控制中,由于根据控制对象的运动状态决定控制输出,所以是反馈控制。
[0067] 这样,最短时间控制和PID控制可以说是完全不同的控制,但另一方面,如果使PID控制的P增益、D增益非常大,并且用促动器的最大输出截断输出的上限,则PID控制的控制输出波形接近最短时间控制的控制输出波形,因而最短时间控制也能够视为将PID控制的PD增益增大到极限的控制。但是,在PID控制中,由于计算或控制的延迟,如果过度增大PD增益,则控制通常变得发散。这是因为,由于PID控制为反馈控制而始终相对于现象延迟地决定控制输出,因而如果该延迟过大,则控制发散。
[0068] 与此相对,最短时间控制为前馈控制,考虑了从开始运动到停止的控制输出始终比现象更早决定,因而控制是稳定的,即使以最短时间控制输出与将PD增益增大到极限的PID控制同等的控制输出,控制也不发散。
[0069] 图10和图11示出该最短时间控制的最简单的示例。图10表示没有机械系统的衰减力的情况,图11表示有机械系统的衰减力的情况。在图10和图11中,从计算时刻t0起以最大推力使促动器朝向目标工作,在切换时刻t1以最大减速度使促动器工作,接着在结束时刻t2使促动器推力为零。这样,在最短时间控制中,只要决定切换时刻t1和结束时刻t2,就能够进行控制。切换时刻t1和结束时刻t2能够基于以下计算条件来决定。
[0070] 在该计算条件中,假定控制对象在相切的两条二次曲线上通过而到达目标。而且,设促动器能够产生的最大加速度αp、促动器能够产生的最大减速度αm、计算时刻t0处的目标量Tx与控制量x的偏差X(=目标量-控制量:目标位置与控制时的位置之差)、计算时刻t0处的控制对象的速度V0为已知值,将在切换时刻t1两条二次曲线相切、在结束时刻t2使控制对象的速度为零(V=0)、在结束时刻t2使偏差X为零(X=0)作为约束条件,求得切换时刻t1和结束时刻t2。
[0071] 如图2所示,假设控制轨迹由两条曲线f(t)、g(t)构成,并基于以下条件求得切换控制输出的切换时刻t1和结束控制输出的结束时刻t2。另外,根据表1决定加速度α1、α2。另外,V0是在控制中获得的控制量的1阶微分值(或差分值)。
[0072] 计算条件为以下的(1)至(7)。
[0073] (1)在促动器的最大输出时能够产生的最大加速度αp、最大减速度αm为已知,即从预先测定的加速度获得。
[0074] (2)计算时刻t0处的速度V0为已知,即从测定值的1阶微分(或差分)获得。
[0075] (3)在计算时刻t0,第1二次曲线f(t0)的值为零。
[0076] (4)在计算时刻t0,第1二次曲线f(t0)的1阶微分值为时刻t0处的速度(初速度)。
[0077] (5)在切换时刻t1,第2二次曲线g(t)与第1二次曲线f(t)相切。
[0078] (6)在结束时刻t2,第2二次曲线g(t2)的值为目标值。
[0079] (7)在结束时刻t2,第2二次曲线g(t)的1阶微分值为零。
[0080] 根据以上条件获得下述(3)式至(13)式。使它们联立而求得输出的切换时刻t1和结束时刻t2,求得加速度α1、α2。在此,α1是从计算时刻t0到切换时刻t1的加速度,α2是从切换时刻t1到结束时刻t2的加速度,当α1=αp时,α2=αm,当α1=αm时,α2=αp。
[0081] [数学式3]
[0082] f(t)=αt2+βt+γ          (3)式
[0083] g(t)=δt2+εt+ζ      (4)式
[0084] f(0)=0                     (5)式
[0085]              (6)式
[0086]               (7)式
[0087] f(t1)=g(t1)              (8)式
[0088]              (9)式
[0089] g(t2)=X              (11)式
[0090]                 (12)式
[0091]              (13)式
[0092] 根据(3)式和(5)式,
[0093] [数学式4]
[0094] γ=0                        (13a)式
[0095] 根据(3)式、(6)式和(13a)式,
[0096] [数学式5]
[0097]    (14)式
[0098] 根据(3)式和(7)式,
[0099] [数学式6]
[0100]
[0101]              (15)式
[0102] 根据(4)式和(12)式,
[0103] [数学式7]
[0104]               (16)式
[0105] 根据(4)式、(11)式和(16)式,
[0106] [数学式8]
[0107]
[0108] 6=-α2·t2               (17)式
[0109] 根据(4)式、(10)式、(16)式和(17)式,
[0110] [数学式9]
[0111]       (18)式
[0112] 将(18)式变形
[0113] [数学式10]
[0114]       (19)式
[0115] 根据(3)式、(5)式、(9)式、(15)式、(16)式、(17)式及(19)式,[0116] [数学式11]
[0117]
[0118] α1·t1+V0=α2·t1-α2·t2
[0119]       (20)式
[0120] 根据(3)式、(5)式、(8)式、(15)式、(16)式、(17)式、(19)式及(20)式,[0121] [数学式12]
[0122]
[0123] 将(21)式变形,
[0124] [数学式13]
[0125] (α1-α2)α1·t12+2(α1-α2)V0·t1+V02+2X·α2=0    (22)式
[0126] 在(22)适用2次方程式的解的公式,
[0127] [数学式14]
[0128]  (23)式
[0129] 将(23)式代入(20)式而获得t2。
[0130] 在此,f(t)、g(t)所获得的轨迹为图4所示的A1~A6这六组。将这六组分情况讨论。
[0131] A1是在X>0、V0>0时即使以促动器发生最大减速度αm减速也超过目标的状态。如果设以最大减速度αm减速时速度变成零为止的时间为t3,则t3=V0/αm,在时刻t3超调的条件为V0×t3/2=V02/2αm>X。
[0132] A2是在X>0、V0>0时,如果以促动器发生最大减速度αm减速则不超过目标的状态。与A1同样地计算,在时刻t3不超调的条件为V02/2αm<X。
[0133] A3是X>0、V0<0的条件,A4是X<0、V0>0的条件。另外,A5是在X<0、V0<0时,如果以促动器发生最大减速度αp减速则不超过目标的状态。与A1同样地计算,在时刻t3不超2
调的条件为V0/2αp>X。
[0134] A6是在X<0、V0<0时,即使以促动器发生最大减速度αp减速也超过目标的状态。与A1同样地计算,在时刻t3超调的条件为V02/2αp<X。
[0135] A1、A2、A3是从上凸向下凸的变化,α1=αm<0、α2=αp>0,A4、A5、A6是从下凸向上凸的变化,α1=αp>0、α2=αm<0。由此,决定α1和α2。
[0136] 表1中示出该各种情况。
[0137] [表1]
[0138]
[0139] 对这样求得的α1、α2乘以假想质量m,求得促动器推力。即,计算时刻t0~切换时刻t1之间为促动器推力1(=α1×假想质量),切换时刻t1~结束时刻t2之间为促动器推力2(=α2×假想质量)。
[0140] 在本发明的实施方式的促动器的控制方法中使用的最短时间控制能够通过如图5所示的控制流程进行。该控制流程开始后,在步骤S11中,读入最大加速度αp和最大减速度αm的数据。在下一步骤S12中,读入目标量(目标值)Tx和控制量(控制值)x的数据。与此同时,开始经过时间t和再次计算用经过时间tc的计数。
[0141] 在步骤S13中,判定是否成为轨道再次计算周期,即判定从轨道计算起的再次计算用经过时间tc是否为轨道再次计算周期tcr以上。在步骤S13中成为轨道再次计算周期tcr的情况下(是),在步骤S14中重新进行轨道计算,然后前往步骤S15,在步骤S13中不成为起动再次计算周期的情况下(否),绕过步骤S14的轨道计算而前往步骤S15。此外,轨道再次计算周期tcr优选为控制周期的1/10左右的周期,但即便使轨道再次计算周期tcr与控制周期相同,也不会产生问题。
[0142] 在步骤S14的轨道计算中,用“V0=(x-x-1)/tcr”(x-1是计算周期前的控制量)算出初速度V0,用“E=V02/2”算出动能E,根据表1决定α1和α2,根据(23)式和(20)式计算切换时刻t1和结束时刻t2。另外,将再次计算用经过时间tc重设为零(Tc=0)。
[0143] 在步骤S15中,判定经过时间t是否比切换时刻t1小,在经过时间t比切换时刻t1小的情况下(是),前往步骤S16,将输出加速度设为α1,然后前往步骤S20。在步骤S15中,经过时间t不比切换时刻t1小的情况下(否),前往步骤S17,判定经过时间t是否比结束时刻t2小,在经过时间t比结束时刻t2小的情况下(是),前往步骤S18,将输出加速度设为α2,然后前往步骤S20。另外,在步骤S17中经过时间t不比结束时刻t2小的情况下(否),前往步骤S19,将输出加速度设为“零”,然后前往步骤S20。
[0144] 在步骤S20中,在预先设定的时间(与各种判定的间隔有关的时间)的期间产生与输出加速度相当的促动器推力,控制控制对象。另外,对经过时间t和再次计算用经过时间tc计数。此后,返回步骤S12,反复步骤S12~步骤S20。由此,再次计算用经过时间tc能够每隔轨道再次计算周期tcr重新计算步骤S14的轨道计算,同时控制促动器的推力。
[0145] 此外,如果发生经过时间t超过预先设定的时间或输入了结束控制的开关信号等应当结束该图5的控制的事件,则无论实施该控制流程的哪个步骤,都产生中断并前往回程,返回上位的控制流程,上位的控制流程结束时,也结束图5的控制流程。
[0146] 通过在如上述那样求得的切换时刻t1和结束时刻t2切换促动器的动作,得到图10所示的理想的控制结果。但是,该结果是在没有摩擦或衰减、误差等的理想状况下的结果。如果在控制对象中存在机械性的衰减力,则控制结果如图11所示变得不与目标一致。
[0147] 为了解决该问题,在本发明的促动器的控制方法中,每隔一定周期或不定期的预先设定的时间修正目标轨迹。该一定周期等的修正用的重设期间相对于容许误差内的变动周期T,需要使重设信号周期为T/2以下。图3中示出该再次计算引起的控制轨迹的变化的状况。在该图3中,在最初计算的控制轨道(点线)中预计成为X1而实际上为X2的情况下,通过再次计算而计算新的控制轨道(实线),切换时刻t1和结束时刻t2也成为新的值,基于该新的切换时刻t1和结束时刻t2来控制控制力。
[0148] 图6和图7中示出每隔一定周期重新计算切换时刻t1和结束时刻t2时的控制结果。在信号脉冲的上升的定时实施再次计算。为了将该最短时间控制方法与现有技术的最短时间控制方法相区别,在此称为反馈(FB)最短时间控制方法。图6中示出没有机械系统的衰减力的情况,图7中示出有机械系统的衰减力的情况,作为结果了解到:即使在如图7所示的机械性的衰减力存在于控制对象的情况下,也能够以几乎理想的轨迹使控制对象与目标位置一致。
[0149] 图8中示出反馈最短时间控制的实施例的模拟结果,图9中示出PID控制的比较例的模拟结果。比较该结果,在图9所示的PID控制的比较例中,相对于控制系统的负荷变动,控制结果大大变化,与此相对,在图8所示的反馈最短时间控制的实施例中,控制结果没有紊乱,始终获得稳定的控制结果。即,在图9的比较例中,相对于控制系统的负荷变动,控制结果大大地变化,与此相对,在图8的实施例中,控制结果没有紊乱,始终获得稳定的控制结果。
[0150] 所以,依照上述的促动器的控制方法及促动器的控制装置,由于是最短时间控制,因而控制速度为高速,能够通过计测来设定最大加速度和最大减速度,除此以外没有调整项,因而不必调整控制增益。另外,由于是开/关控制,因而不必产生中间的输出,能够简化控制器、驱动器。
[0151] 而且,由于每隔预先设定的时间引入反馈要素,因而即使外力变化,或者控制周期不是高速,也能够始终获得稳定的控制结果,该反馈要素指的是,加入控制的各时刻的目标量与控制量的偏差X而更新切换时刻t1和结束时刻t2。结果,能够兼顾现有的控制规则中相反的重大课题——“控制的速度”和“稳定性”。
[0153] 依照本发明的促动器的控制方法及促动器的控制装置,控制速度为高速,而且不必调整控制增益,为开/关控制,因而不需要产生中间的输出,能够简化控制器、驱动器,而且,由于每隔预先设定的时间引入反馈要素,因而即使外力变化,或者控制周期不是高速,也能够始终获得稳定的控制结果,该反馈要素指的是,加入控制的各时刻的目标量与控制量的偏差X而更新切换时刻t1和结束时刻t2,所以能够用作搭载于汽车等的机器等例如适用使用电动、油压、空压的位置控制或其它PID控制的控制对象等数量多的促动器的控制方法及促动器的控制装置。
[0154] 另外,在2自由度的情况下,通过相对于X方向、Y方向中的每一个独立应用本发明的控制,从而能够进行2自由度的控制,因而不仅1自由度的控制,还能够应用于多自由度的控制。
[0155] 符号说明
[0156] t0 计算时刻
[0157] t1 切换时刻
[0158] t2 结束时刻
[0159] V0 初速度
[0160] X 目标量与控制量的偏差
[0161] αp 最大加速度
[0162] αm 最大减速度
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