控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种控制装置，为了使伺服控制的实际的对象装置即实际对象装置的输出追随规定的指令，执行与对应于该实际对象装置的规定的控制对象有关的模型预测控制，其中，具备：积分器，其被输入规定的指令和被反馈的该控制对象的输出的偏差；模型预测控制部，其具有以规定的状态方程式的形式划定规定的状态变量和向规定的控制对象的输入的相关关系的预测模型，以积分器的输出作为输入，在规定时间宽度的预测区间中按照规定的评价函数进行基于该预测模型的模型预测控制，预测模型包含以规定的控制对象的输出与规定的指令的偏差和规定的积分增益之积表示的规定的积分项。通过该结构，在使用模型预测控制来构建伺服系统时，能够容易地进行该伺服系统的设计的同时，得到适当的过渡响应性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制装置
本专利技术涉及对控制对象进行伺服控制的控制装置。
技术介绍
为了使控制对象追随指令轨道而动作，通常利用反馈控制。例如，在多关节机器人中，通过机器人的控制装置，以使用反馈控制使机器人的手前部的位置追随预先设定(指教)的指令轨道的方式，进行各关节轴的伺服电动机的控制。但是，在一般的反馈控制中，由于各伺服电动机都会发生响应延迟，因此存在机器人的实际的轨迹偏离指令轨道的问题。为了抑制这种相对于指令轨道的偏离，利用与模型预测控制有关的技术。在此，在通过反馈控制构成伺服系统的情况下，若存在未知的干扰，则在该控制系统中会产生常规偏差。另外，即使在利用模型预测控制的情况下，在如追随控制那样针对指令的目标轨道时刻发生变化时，也会产生常规偏差。于是，在使用模型预测控制来构成伺服系统的情况下，考虑通过将积分器串行连接到该补偿器来消除常规偏差。另外，通过将所假想的干扰视为新的状态编入到模型中，原理上能够消除。例如，在非专利文献1及非专利文献2中提出了构建干扰监视器，使用在此推定的干扰来消除常规偏差的方法。现有技术文献非专利文献非专利文献1：YutaSakuraiandToshiyukiOhtsuka:OffsetCompensationofContinuousTimeModelPredictiveControlByDisturbanceEstimation；系统控制信息学会论文杂志,Vol.25,No.7,pp.10－18(2012)非专利文献2：U.MaederandM.Morari:Linearoffset－freemodelpredictivecontrol；Automatica,Vol.45,No.10,p.2214－2222(2009)专利技术所要解决的问题如上所述，如果使用模型预测控制构成伺服系统，并将积分器串行连接到该补偿器，则控制对象的输出过冲等，其过渡响应的劣化变得显著。因此，通常在使用模型预测控制的情况下，编入积分器构建伺服系统被敬而远之。另外，在如上所述构建干扰监视器的情况下，通过将干扰视为新的状态，编入模型预测控制中的状态变量增加，与模型预测控制相关联的计算负载变大。通常在使用模型预测控制的情况下，虽然知道其计算负载较大，但如果利用干扰监视器，则其计算负载会更大，另外，用于准确地消除干扰影响的干扰监视器的设计本身也很困难，实用的伺服系统的构建变得不容易。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的问题而创建的，其目的在于，提供一种控制装置，在使用模型预测控制来构建伺服系统时，容易进行该伺服系统的设计并且获得适当的过渡响应性。用于解决问题的技术方案在本专利技术中，为了解决上述问题，采用了使用在模型预测控制的预测模型中包含将规定的积分增益乘以向控制对象的指令与其输出的偏差而得到的积分项的结构。详细而言，本专利技术提供一种控制装置，为了使伺服控制的实际的对象装置即实际对象装置的输出追随规定的指令，执行与对应于该实际对象装置的规定的控制对象有关的模型预测控制，其中，具备：积分器，其被输入所述规定的指令与所述规定的控制对象的输出的偏差；状态获取部，其获取与所述规定的控制对象有关的规定的状态变量的值；模型预测控制部，其具有以规定的状态方程式的形式划定所述规定的状态变量和向所述规定的控制对象的输入的相关关系的预测模型，以所述积分器的输出作为输入，在规定时间宽度的预测区间中按照规定的评价函数进行基于该预测模型的所述模型预测控制，至少将在该预测区间的初期时刻的所述输入的值作为向与所述规定的指令对应的该规定的控制对象的输入而输出。而且，所述预测模型包含由所述规定的控制对象的输出与所述规定的指令的偏差和规定的积分增益之积表示的规定的积分项。在本专利技术的控制装置中，进行基于积分器的积分处理，并且使用模型预测控制部具有的预测模型进行模型预测控制。在该模型预测控制中，在各控制时刻设定规定时间宽度的预测区间，在该预测区间中根据规定的评价函数进行控制，将至少在该预测区间的初期时刻的计算出的输入值作为向控制对象的输入提供。而且，根据该输入的结果，由状态获取部获取表示所得到的控制对象的状态的变量的值，供接着的模型预测控制。因此，在该模型预测控制中，预测区间随着控制时间的流逝而移动，执行所谓的滚动优化(RecedingHorizon)控制。在此，在上述控制装置中，以在预测模型中包含由控制对象的输出与指令的偏差和规定的积分增益之积表示的规定积分项的方式，形成模型预测控制部。通过采用这样的结构，进行基于偏差的模型预测控制，且该模型预测控制对模型预测控制部外部的运算处理、即积分器中的积分处理并行进行。因此，在伺服控制中，可以有效地消除稳定偏差，而不会使过渡响应徒劳劣化。另外，上述控制装置通过使预测模型包含规定的积分项来实现常规偏差的消除，不采用如现有技术那样推定成为常规偏差因素的干扰的监视器等的计算负载相对较大的处理。这样的干扰监视器在目标轨迹时刻变化的情况下需要扩展该监视器所具有的干扰模型，另外，考虑到控制系统的稳定性，需要进行干扰监视器的增益设计，根据实用状况的干扰监视器的设计变得不容易。因此，在本专利技术的控制装置中，能够大幅减轻控制系统的设计所需的负载，能够进行规定的控制对象的适当的伺服控制。在此，作为示例，对于上述控制设备，可以举出以下两个具体实施方式。在第一实施方式中，所述规定的控制对象也可以是所述实际对象装置自身。在该情况下，所述控制装置具有反馈所述实际对象装置的输出的反馈系统，向所述积分器输入所述规定的指令与由所述反馈系统反馈的所述实际对象装置的输出的偏差，所述状态获取部获取与所述实际对象装置有关的所述规定的状态变量的值，所述预测模型为划定所述规定的状态变量和向所述实际对象装置的输入的相关关系的模型，该预测模型所包含的所述规定的积分项由所述实际对象装置的输出与所述规定的指令的偏差和所述规定的积分增益之积表示。即，在第一方式中，使用与实际对象装置相关联的状态变量，进行利用了包含所述规定的积分项的预测模型的模型预测控制。在该情况下，以包含实际对象装置的反馈系统进行模型预测控制，使实际对象装置的输出追随性适当。另外，在第二实施方式中，所述规定的控制对象也可以将所述实际对象装置模型化的实际对象模型。该情况下，还具备实际对象模型控制部，该实际对象模型控制部具有将所述实际对象装置模型化的模型即作为所述规定的控制对象的实际对象模型，使用该实际对象模型对该实际对象装置的输出进行模拟并输出，所述实际对象模型控制部的输出以向所述实际对象装置侧供给的方式构成，向所述积分器输入所述规定的指令与所述实际对象模型控制部的输出的偏差，所述状态获取部获取与所述实际对象模型控制部所具有的所述实际对象模型有关的所述规定的状态变量的值，所述预测模型为划定所述规定的状态变量和向所述实际对象模型控制部的输入的相关关系的模型，该预测模型所包含的所述规定的积分项由所述实际对象控制模型的输出与所述规定的指令的偏差和所述规定的积分增益之积表示。即，在第二方式中，使用与将实际对象装置模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制装置，为了使伺服控制的实际的对象即实际对象装置的输出追随规定的指令，执行与对应于该实际对象装置的规定的控制对象有关的模型预测控制，其中，具备：/n积分器，其被输入所述规定的指令与所述规定的控制对象的输出的偏差；/n状态获取部，其获取与所述规定的控制对象有关的规定的状态变量的值；/n模型预测控制部，其具有以规定的状态方程式的形式划定所述规定的状态变量和向所述规定的控制对象的输入的相关关系的预测模型，以所述积分器的输出作为输入，在规定时间宽度的预测区间中按照规定的评价函数进行基于该预测模型的所述模型预测控制，至少将在该预测区间的初期时刻的所述输入的值作为向与所述规定的指令对应的该规定的控制对象的输入而输出，/n所述预测模型包含由所述规定的控制对象的输出与所述规定的指令的偏差和规定的积分增益之积表示的规定的积分项。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 JP 2017-2407711.一种控制装置，为了使伺服控制的实际的对象即实际对象装置的输出追随规定的指令，执行与对应于该实际对象装置的规定的控制对象有关的模型预测控制，其中，具备：
积分器，其被输入所述规定的指令与所述规定的控制对象的输出的偏差；
状态获取部，其获取与所述规定的控制对象有关的规定的状态变量的值；
模型预测控制部，其具有以规定的状态方程式的形式划定所述规定的状态变量和向所述规定的控制对象的输入的相关关系的预测模型，以所述积分器的输出作为输入，在规定时间宽度的预测区间中按照规定的评价函数进行基于该预测模型的所述模型预测控制，至少将在该预测区间的初期时刻的所述输入的值作为向与所述规定的指令对应的该规定的控制对象的输入而输出，
所述预测模型包含由所述规定的控制对象的输出与所述规定的指令的偏差和规定的积分增益之积表示的规定的积分项。


2.如权利要求1所述的控制装置，其中，
所述规定的控制对象为所述实际对象装置自身，
所述控制装置具有反馈所述实际对象装置的输出的反馈系统，
向所述积分器输入所述规定的指令与由所述反馈系统反馈的所述实际对象装置的输出的偏差，
所述状态获取部获取与所述实际对象装置有关的所述规定的状态变量的值，
所述预测模型为划定所述规定的状态变量和向所述实际对象装置的输入的相关关系的模型，该预测模型所包含的所述规定的积分项由所述实际对象装置的输出与所述规定的指令的偏差和所述规定的积分增益之积表示。


3.如权利要求1所述的控制装置，其中，
还具备实际对象模型控制部，该实际对象模型控制部具有将所述实际对象装置模型化的模型即作为所述规定的控制对象的实际对象模型，使用该实际对象模型对该实际对象装置的输出进行模拟并输出，
所述实际对象模型控制部的输出以向所述实际对象装置侧供给的方式构成，
向所述积分器输入所述规定的指令与所述实际对象模型控制部的输出的偏差，
所述状态获取部获取与所述实际对象模型控制部所具有的所述实际对象模型有关的所述规定的状态变量的值，
所述预测模型为划定所述规定的状态变量和向所述实际对象模型控制部的输入的相关关系的模型，该预测模型所包含的所述规定的积分项由所述实际对象控制模型的输出与所述规定的指令的偏差和所述规定的积分增益之积表示。


4.如权利要求1～3中任一项所述的控制装置，其中，
还具备增益调整部，该增益调整部调整该规定的积分增益，以使所述规定的积分增益随着所述偏差的大小减小而增大。


5.如权利要求4所述的控制装置，其中，
所述增益调整部在所述偏差的值属于包含零的规定的第一范围内时，随着该偏差的大小减小而大幅地调整所述规定的积分增益，在该偏差的值不属于该规定的第一范围时，将所述规定的积分增益设为零。


6.如权利要求5所述的控制装置，其中，
所述规定的控制对象具有二维的输出，
所述规...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠木守，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP