预测控制设备制造技术

本发明专利技术提出了高重复精度的控制设备，当被控对象受前馈控制时它的预测精度不会因ＦＦ信号而恶化。预测控制设备有前馈信号命令滤波器２来产生将来命令增量，这是从现采样时间到将来多采样的目标命令信号从一个采样周期到下一个采样周期的增量，并从将来目标命令信号产生前馈信号。预测控制器３接收将来命令增量，前馈信号，在过去采样时间到零采样的被控对象输出，用前馈信号和控制输入到被控对象输出的传递函数模型确定将来误差预测值，确定控制输入以使误差预测值的执行函数和控制输入最小化，控制输入给予被控对象９。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

Predictive control equipment

The invention provides a control device with high repetition precision, and when the controlled object is controlled by feedforward, the prediction accuracy of the object is not deteriorated by the FF signal. Predictive control device has a feedforward signal command filter 2 to generate future command increment, this is the command signal from the target to the future is the sampling time of multi sampling from a sampling period to the next sampling period and incremental feedforward signal from the future target command signal. Predictive controller 3 receives the future command increment, the feedforward signal in the past, the sampling time to zero sampling object output, with feedforward signal and control input to the controlled output transfer function model to determine the future error prediction value, determine the implementation function and control input minimization control input to the predictive value of the error, the control input given object 9.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器、工具、和机器人等的控制设备。图6中，i是现在时间，i+x(x是正整数)是在采样时间Ts从现在采样时间i到将来x时间采样，i-x(x是正整数)是在采样时间Ts由时间i采样x所过去的时间。r(y)(y是整数)是时间y的目标命令，y(y)是时间y被控对象(未示出)的输出，u(y)在是时间y对被控对象(未示出)的输入(下文称“控制输入”)。图6所示的现有控制设备80是一种使所给的目标命令与被控对象(未示出)的输出相符合的控制设备。参考图6，控制设备80向被控对象(未示出)输入控制输入u(i)，因此被控对象的输出y(i)与目标命令r(i)符合，用给定的将来目标命令r(i+M)和来自对象的输出y(I-K)作为输入。控制设备80包括存储器81，82，83，84，可运算单元85和减法器86。存储器81存储从过去的K采样到以后的M采样目标命令，存储器82存储控制常数，存储器83存储从被控对象从K+Na过去采样(Na是自然数)到K过去采样的输出。减法器86获得目标命令r(i-K)和被控对象的输出y(i-K)之间的误差。运算单元85是如下所示的确定控制输入u(i)的计算元件，因此有关用传递函数模型从控制输入u(i)到被控对象的输出y(i)获得的将来误差预测值的执行函数和控制输入成为最小u(i)=Σm=1Mqmr(i+m)-Σn=0Napny(i-K-n)+Ee(i-K)-Σn=1Nb+Kgnu(i-n)]]>根据现有技术的控制设备80，因为确定了控制输入，因此将来误差预测值被最小化，高重复精度的控制可用于被控对象。然而，如示于图6的现有技术控制设备80，如果把任何前馈作用于被控对象，控制设备80预测具有前馈信号的将来误差时不考虑前馈信号(下文中称为“FF”信号)，其中，将来的预测误差值中产生预测误差，结果，产生高重复精度恶化的问题。为了解决上述的问题，本专利技术的预测控制设备对被控对象输出控制输入和前馈信号，因此被控对象的输出与目标命令相符，预测控制设备有接收目标命令信号的前馈信号产生命令滤波器，此目标命令信号是作为输入的将来目标命令的信息，输出从现在采样时间到将来多个采样的目标命令信号的从一个采样周期到下一个采样周期的将来命令增量，和从将来目标命令信号的前馈信号，预测控制设备有接收将来命令增量的预测控制器，在过去采样时间为零采样作为输入时的前馈信号和被控对象输出，从前馈信号和控制输入到被控对象的输出用传递函数模型获得将来误差的预测值，确定控制输入因此误差预测值的执行函数和控制输入最小化，控制输入应用于被控对象。在预测控制器的运算中，因为将来预测误差值是由考虑了前馈信号的传递函数模型获得的，确定了控制输入，因此将来预测值的执行函数和控制输入最小化，另外预测精度不会由于加入了前馈控制而降级。根据本专利技术的实施例，上述的前馈信号产生命令滤波器在现采样时间接收上述目标命令信号作为输入，并输出相应的目标命令信号或由采样相应的目标命令信号获得的各自信号采样周期间的增量作为上述的目标增量。根据本专利技术的实施例，上述前馈信号产生命令滤波器计算和输出上述前馈信号，这是FF1(i)＝Gain1·Δr(i+m1)FF2(i)＝Gain2·{Δr(i+m2)-Δr(i+m2-1)}其中i是现采样时间，Gain1和Gain2是常数，m1和m2是满足0≤m1≤m2的整数，Δr(i+m1)是上述m1采样将来命令增量，FF1(i)和FF2(i)是前馈信号。根据本专利技术的实施例，上述的被控对象是电动机和它的速度控制器，控制输入是速度命令，被控对象输出是电动机的位置，前馈信号是对速度控制的前馈信号和对转矩控制的前馈信号。根据本专利技术的实施例，上述的预测控制器包括接收将来命令增量为输入和计算从现采样时间到将来多个采样的目标命令的集成器；存储部分事先存储用于预测控制的常数和接收集成器计算的目标命令、两个前馈信号、被控对象输出、控制输入为输入并存储过去的目标命令、过去的前馈信号、过去的被控对象输出、过去的控制输入；从过去的目标命令减去被控对象输出并获得过去误差的减法器；接收上述的集成器获得的目标命令、存储在存储部分的过去的前馈信号、过去的被控对象输出、过去的控制输入和预测控制的常数作为输入由减法器获得的误差、从前馈信号和控制输入到被控对象输出用时间—离散传递函数模型获得的将来误差预测值的运算单元，这是Y(z)＝{(b1z-1+…+bNbz-Nb)U(z)+(d1z-1+…+dNdz-Nd)FF1(z)+(c1z-1+…+cNcz-Nc)FF2(z)}/(1-a1z-1-…-aNaz-Na)，从前馈信号和控制输入到被控对象输出，其中，FF1(z)和FF2(z)是两个前馈信号的z—变换，U(z)是以上控制输入的z—变换，Y(z)是以上被控对象输出的z—变换，Na，Nb，Nc，和Nd是自然数，a1，a2，…，ana，b1，b2，…，bnb，c1，c2，…，和d1，d2，…，dnd是规定的系数，确定和输出控制输入，因此，相应将来误差预测值的执行函数和控制输入最小化。根据本专利技术的实施例，上述的运算单元计算和输出上述的控制输入，这是u(i)=Σm=1Mqmr(i+m)-Σn=0Napny(i-K-n)+Ee(i-K)-Σn=1Nb+Kgnu(i-n)]]>-Σn=0Nd+KxnFF1(i-n)-Σn=0Nc+KtnFF2(i-n)]]>这里x是表示采样时间的整数，FF1(x)和FF2(x)是两个前馈信号，u(x)是控制输入，y(x)是被控对象输出，r(x)是目标命令，M，Na，Nb，Nc，Nd是自然数，K是K≥0的整数，qm，pn，E，gn，xn，和tn是上述的预测控制常数，i是现采样时间。根据本专利技术的实施例，预测控制设备包括第一差动单元，它接收两个前馈信号为输入，获得相应前馈信号的各自采样周期的增量为前馈信号增量；第二差动单元，它接收过去被控对象输出为输入，获得相应被控对象输出的各自采样周期的增量为过去的输出增量；存储部分预先存储预测控制的常数，接收命令增量、第一差动单元获得的两个前馈信号增量、第二差动单元获得的输出增量、控制输入、控制输入增量为输入，并存储过去命令增量、过去前馈信号增量、过去输出增量、过去控制输入、过去控制输入增量；从过去命令增量减去过去输出增量并获得过去误差增量的减法器；第一集成器集成由减法器获得的误差增量并获得上述的误差；运算单元接收将来命令增量、过去命令增量、过去前馈信号增量、过去输出增量、过去控制输入、过去控制输入增量、存储在存储部分的预测控制的常数、从第一集成器获得的误差、用时间一离散传递函数模型从前馈信号和控制输入到被控对象的输出获得的将来误差预测值为输入，这是Y(z)＝{(b1z-1+…+bNbz-Nb)U(z)+(d1z-1+…+dNdz-Nd)FF1(z)+(c1z-1+…+cNcz-Nc)FF2(z)}/(1-a1z-1-…-aNaz-Na)这里FF1(z)和FF2(z)是两个前馈信号的z—变换，U(z)是控制输入的z—变换，Y(z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对被控对象输出控制输入和前馈信号预测的控制设备，以使被控对象的输出与目标命令相符，包括： 前馈信号产生命令滤波器，它接收将来自目标命令信息的目标命令信号为输入，输出将来命令增量，这是从现采样时间到将来多采样的目标命令信号从一个采样周期到下一个采样周期的增量，和来自将来目标命令信号的前馈信号； 预测控制器，它接收将来命令增量、前馈信号和在过去采样时间到零采样的被控对象输出为输入、用从前馈信号和控制输入到被控对象输出的传递函数模型获得误差预测值、确定控制输入以使误差预测值的执行函数和控制输入最小化、控制输入应用到被控对象。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中村裕司，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]