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JPH0378802A - Sliding mode control system - Google Patents

Sliding mode control system

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Publication number
JPH0378802A
JPH0378802A JP21703089A JP21703089A JPH0378802A JP H0378802 A JPH0378802 A JP H0378802A JP 21703089 A JP21703089 A JP 21703089A JP 21703089 A JP21703089 A JP 21703089A JP H0378802 A JPH0378802 A JP H0378802A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current command
sliding mode
current
control
component
Prior art date
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Granted
Application number
JP21703089A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2841527B2 (en
Inventor
Ryuichi Oguro
龍一 小黒
Toshio Matsumoto
敏雄 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication of JPH0378802A publication Critical patent/JPH0378802A/en
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Abstract

PURPOSE:To attain the control of a sliding mode without inducing the resonance of a machine system by applying a filter processing to eliminate the resonance frequency component of the machine system out of the current command component consisting of a current switching item and then adding the current command component to that obtained from the linear control to obtain a current command. CONSTITUTION:The current command component obtained from the linear control, e.g., the proportion control is separated from the current command component consisting of a switching item which generates a sliding mode. Then a filter processing is supplied to only the current command component consisting of the switching item via an LPF, a notch filter, etc. Thus the resonance frequency component of a machine system is eliminated. Thus the resonance frequency component of a machine system is eliminated Then the current command component consisting of the switching item is added to the current component obtained from the linear control. Thus a current command is generated and outputted. As a result, the sliding mode control is attained without deteriorating the positioning performance due to the LPF or the notch filter nor inducing the resonance of the machine system.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、可変構造系(Variable Struc
tureSystem)  におけるスライディングモ
ード制御方式〔従来の技術〕 制御系の一つに、可変構造系というものがある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a variable structure system.
Sliding mode control system in ture system (prior art) One of the control systems is a variable structure system.

これは、制御入力を決定する複数のパラメータの係数、
すなわちゲインの大きさを、制御の段階に応じて切り換
えるようにした系である。このなかで、状態平面の中に
予め設定されたすべり面に沿って被制御対象が動作する
ように制御入力のゲインを制御の段階に応じて切り換え
る制御方法がスライディングモード制御である。
This includes the coefficients of multiple parameters that determine the control input,
In other words, this is a system in which the magnitude of the gain is switched depending on the stage of control. Among these, sliding mode control is a control method in which the gain of the control input is switched according to the control stage so that the controlled object moves along a slip plane preset in a state plane.

従来は、スライディングモード制御により得た制御入力
をそのまま使用するか、フィルタを介して使用していた
Conventionally, the control input obtained by sliding mode control was used as is or through a filter.

前者の場合、スライディングモード発生のための電流の
切り換え周波数はサンプリング時間が短くなるほど高く
なる傾向があり、このため、その切り換えに起因して発
生する電流の高周波数成分により、制御対象の機械系の
共振を透発することがある。特に、その切換周波数が機
械系の固有振動数に近いときにはその傾向が強くなる。
In the former case, the switching frequency of the current for generating sliding mode tends to increase as the sampling time becomes shorter, and therefore, the high frequency component of the current generated due to the switching causes damage to the mechanical system to be controlled. May transmit resonance. This tendency becomes particularly strong when the switching frequency is close to the natural frequency of the mechanical system.

このことを緩和するために通常、後者のように電流出力
指令の後段にローパスフィルタやノツチフィルタを設け
て、それを介して電流出力を発生させている。この場合
、機械系の共振は緩和されるが、フィルタを設けたこと
により、制御性能に悪影響を及ぼし、位置決め制御にお
いては、高速位置決め性能を阻害したり、オーバーシュ
ート発生などの要因となる。
In order to alleviate this problem, a low-pass filter or a notch filter is usually provided after the current output command as in the latter case, and the current output is generated through the low-pass filter or notch filter. In this case, although the resonance of the mechanical system is alleviated, the provision of the filter has an adverse effect on control performance, and in positioning control, this may impede high-speed positioning performance or cause overshoot.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

そこで本発明が解決しようとする課題は、ローパスフィ
ルタやノツチフィルタによる位置決め性能を劣化させる
ことなく、かつ機械系の共振を誘発することなくスライ
ディングモード制御を実現することにある。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize sliding mode control without deteriorating the positioning performance of the low-pass filter or notch filter and without inducing resonance in the mechanical system.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、スライディングモード制御による電流指令を
線形制御による電流指令成分と電流切換項からなる電流
指令成分とにより構成し、前記電流切換項からなる電流
指令成分に機械系の共振周波数成分を除去するフィルタ
処理を行い、その後に前記線形制御による電流指令成分
と加算して電流指令を得ることを特徴とする。
The present invention configures a current command by sliding mode control into a current command component by linear control and a current command component consisting of a current switching term, and removes a mechanical system resonance frequency component from the current command component consisting of the current switching term. The present invention is characterized in that filter processing is performed and then added to the current command component obtained by the linear control to obtain the current command.

このスライディングモード制御方式において、電流切換
項による電流指令成分に基づく位置決め軌跡が位相面上
に指定した領域から外れた場合にはその部分については
フィルタ処理を行わないことによりロバスト性の劣化を
極力抑制することができる。
In this sliding mode control method, if the positioning trajectory based on the current command component by the current switching term deviates from the region specified on the phase plane, filter processing is not performed for that part to minimize the degradation of robustness. can do.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、スライディングモード制御を、線形
制御(例えば比例制御)による電流指令成分とスライデ
ィングモードを発生させるための切換項からなる電流指
令成分とを分離して構成し、切換項からなる電流指令成
分のみをローパスフィルタやノツチフィルタ等によりフ
ィルタ処理して機械系の共振周波数成分を除去する。そ
の後に線形制御による電流成分と加算して電流指令を構
成し、出力する。
In the present invention, sliding mode control is constructed by separating a current command component caused by linear control (for example, proportional control) and a current command component made up of a switching term for generating the sliding mode, and a current command component made of a switching term is configured. Only the components are filtered using a low-pass filter, a notch filter, etc. to remove the resonance frequency component of the mechanical system. Thereafter, it is added to the current component by linear control to form a current command and output.

ここで、切換項からなる電流指令成分をフィルタ処理す
ると、スライディングモード制御が本来有しているロバ
スト性が劣化するが、これを極力抑えるため、位相面上
における位置決め軌跡が指定した領域から外れた場合は
、フィルタ処理を行わずに切換項による電流指令成分を
出力することが望ましい。
Here, filtering the current command component consisting of the switching term degrades the inherent robustness of sliding mode control, but in order to suppress this as much as possible, we In this case, it is desirable to output the current command component based on the switching term without performing filter processing.

以上により、ローパスフィルタやノツチフィルタにより
位置決め性能を劣化させることなく、しかも機械系の共
振を誘発することなく、スライディングモード制御を構
成することができる。
As described above, sliding mode control can be configured without deteriorating positioning performance due to a low-pass filter or notch filter, and without inducing resonance in the mechanical system.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明をDCサーボモータの位置決め制御に適用
した場合の実施例について説明する。
Embodiments in which the present invention is applied to positioning control of a DC servo motor will be described below.

線形制御を比例制御とした場合、スライディングモード
制御による電流指令Uは(1)式のようになる。
When the linear control is proportional control, the current command U by sliding mode control is as shown in equation (1).

U = k、・SR+ ks X+   ・・・・・・
・・・・・・・・(1)但し、Sl= k p X+ 
十X2、X+ =  χ「−χ1、ん2文。
U = k, SR+ ks X+ ・・・・・・
・・・・・・・・・(1) However, Sl= k p X+
10X2, X+ = χ"-χ1, 2 sentences.

・χr:位置指令、xl:位置 に、、 k、、  k、 :比例ゲイン  である。・χr: Position command, xl: Position , , k, , k, : proportional gain.

(1)式の右辺第1項が比例制御による電流指令成分、
第2項が切換項による電流指令成分である。
The first term on the right side of equation (1) is the current command component due to proportional control,
The second term is the current command component due to the switching term.

スライディングモード発生条件を満足するためには、下
式を満たす必要がある。
In order to satisfy the sliding mode generation conditions, it is necessary to satisfy the following formula.

」− に2≧   k、  ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(3)k丁 但し、J:モータの慣性モーメント、 k7:トルク定数 このように、5IXIの符号が変化することにより(1
)式の右辺第2項のks X+のksが(4)式と(5
)式に示すように切り換わるため、電流出力にチャタリ
ングが発生することになる。
”− 2≧k, ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(3) kd However, J: Moment of inertia of the motor, k7: Torque constant In this way, by changing the sign of 5IXI, (1
) ks of the second term on the right side of the equation (4) and (5
), chattering occurs in the current output.

本発明は、この切換項による電流指令成分のみをフィル
タを介して出力するものである。
The present invention outputs only the current command component based on this switching term via a filter.

Si X+ > Oのときのksをksp 、  SI
 X+ < Oのときのに、をksN  とすると、k
sPとA’SNは位相面上では第1図のようになる。ま
た、斜線部δ内に軌跡があるときは、電流切換項はフィ
ルタを介して出力し、δの外に軌跡が出たときはフィル
タを介さずに出力する。本発明を図に示すと第2図のよ
うになる。
ks when Si X+ > O is ksp, SI
When X+ < O, let be ksN, then k
sP and A'SN are as shown in FIG. 1 on the phase plane. Further, when the trajectory is within the shaded area δ, the current switching term is outputted through the filter, and when the trajectory appears outside of δ, it is outputted without passing through the filter. The present invention is illustrated in FIG. 2.

電流指令はシグナルプロセッサなどを用い、ソフトウェ
アによって算出するが、フィルタ回路はプログラム実行
時間などを考慮して、ハードウェアで構成することもで
きる。
The current command is calculated by software using a signal processor or the like, but the filter circuit can also be configured by hardware in consideration of program execution time and the like.

第3図は、フィルタ回路まで含めてソフトウェアで実行
するときのフローチャートを示すものである。同図にお
いて、ステップ100〜140.150までは、前記の
(3)〜(5)式の計算を実行している。ステップ16
0及び170では、切換項のフィルタ処理を行うか否か
の判断をし、YESであればステップ180においてフ
ィルタ処理を行う。ステップ160及び170の判断が
NOであればス°テップ180 のフィルタ処理を行わ
ないで、瞬時にスライディングモードを発生させる。ス
テップ190では、先にステップ120で計算したに、
・Slと切換項を加算し、ステップ200ではその演算
結果をD/A変換器より電流アンプに出力する。
FIG. 3 shows a flowchart when the process is executed by software including the filter circuit. In the figure, in steps 100 to 140 and 150, the calculations of equations (3) to (5) described above are executed. Step 16
0 and 170, it is determined whether or not to perform filter processing on the switching term. If YES, filter processing is performed in step 180. If the determinations in steps 160 and 170 are NO, the filtering process in step 180 is not performed and the sliding mode is instantaneously generated. In step 190, as previously calculated in step 120,
- Add Sl and the switching term, and in step 200 output the calculation result from the D/A converter to the current amplifier.

第4図は、フィルタ処理をハードウェア(フィルタ回路
10)で構成するときのフローチャートを示す。同図に
おいて、ステップ300〜370の処理は第3図のステ
ップ100−170の処理と同じである。
FIG. 4 shows a flowchart when filter processing is configured by hardware (filter circuit 10). In the figure, the processing in steps 300-370 is the same as the processing in steps 100-170 in FIG.

D/A変換器1からはステップ320 の計算結果であ
るに@・Slがアナログ出力され(ステップ500)、
D/A変換器2及び3からは切換項がアナログ出力され
る。D/A変換器2はアナログのフィルタ回路10につ
ながっており、D/A変換器3はフィルタ回路10には
つながっていない。フィルタ回路10を通すときは、D
/A変換器3の出力を0にしてD/A変換器2から切換
項を出力する(ステップ380.390)。フィルタ回
路10を通さないときは、D/A変換器2の出力をOに
し、D/A変換器3より切換項を出力する。これらの出
力は加算器20により、ステップ500 で得られたD
/A変換器1からのに、・Sl出力と加算され、電流ア
ンプに入力される。
The D/A converter 1 outputs @.Sl as an analog result of the calculation in step 320 (step 500).
The D/A converters 2 and 3 output analog switching terms. The D/A converter 2 is connected to an analog filter circuit 10, and the D/A converter 3 is not connected to the filter circuit 10. When passing through the filter circuit 10, D
The output of the /A converter 3 is set to 0, and the switching term is output from the D/A converter 2 (steps 380 and 390). When the signal is not passed through the filter circuit 10, the output of the D/A converter 2 is set to O, and the D/A converter 3 outputs a switching term. These outputs are added by the adder 20 to the D obtained in step 500.
The output from the /A converter 1 is added to the .Sl output and input to the current amplifier.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上の構成であるため、次の効果を奏する。 Since the present invention has the above configuration, it has the following effects.

■ 制御人力を比例制御部分と切換頂部分とに分け、切
換項のみにフィルタを入れるため、通常の比例制御の特
性を損なわない。
■ The control human power is divided into the proportional control part and the switching top part, and a filter is applied only to the switching term, so the characteristics of normal proportional control are not impaired.

■ スライディングモード制御の特徴を持つため、パラ
メータの変動に対してロバスト性が大きい。
■ Features sliding mode control, making it highly robust against parameter fluctuations.

■ 切換項のフィルタ効果により、電流のチャタリング
を抑えることができる。
■ Current chattering can be suppressed by the filter effect of the switching term.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は位相面軌跡と切換項を示した説明図、第2図は
本発明の制御ブロック図、第3図はフィルタ回路をソフ
トウェアで構成した場合の制御方式のフローチャート、
第4図はフィルタ回路をハードウェアで構成した場合の
制御方式のフローチャートである。 第1図 ×2
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the phase plane locus and switching terms, FIG. 2 is a control block diagram of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart of the control method when the filter circuit is configured by software.
FIG. 4 is a flowchart of a control method when the filter circuit is configured by hardware. Figure 1 x 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、スライディングモード制御による電流指令を線形制
御による電流指令成分と電流切換項からなる電流指令成
分とにより構成し、前記電流切換項からなる電流指令成
分に機械系の共振周波数成分を除去するフィルタ処理を
行い、その後に前記線形制御による電流指令成分と加算
して電流指令を得ることを特徴とするスライディングモ
ード制御方式。 2、電流切換項による電流指令成分に基づく位置決め軌
跡が位相面上に指定した領域から外れた場合にはその部
分についてはフィルタ処理を行わないことを特徴とする
請求項1記載のスライディングモード制御方式。
[Scope of Claims] 1. A current command by sliding mode control is composed of a current command component by linear control and a current command component consisting of a current switching term, and the current command component consisting of the current switching term has a resonance frequency of the mechanical system. A sliding mode control method characterized in that a filter process is performed to remove the component, and then a current command is obtained by adding it to the current command component obtained by the linear control. 2. The sliding mode control method according to claim 1, wherein if the positioning locus based on the current command component by the current switching term deviates from a region designated on the phase plane, filter processing is not performed for that portion. .
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