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制御システム コモンズ 実績あり

国内特許コード P110004938
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2000-172796
公開番号 特開2001-325005
登録番号 特許第4331385号
出願日 平成12年6月8日(2000.6.8)
公開日 平成13年11月22日(2001.11.22)
登録日 平成21年6月26日(2009.6.26)
優先権データ
  • 特願2000-065154 (2000.3.9) JP
発明者
  • 藤本 博志
出願人
  • 国立大学法人横浜国立大学
発明の名称 制御システム コモンズ 実績あり
発明の概要 (57)【要約】 (修正有)【課題】マルチレートサンプリングを適用することにより、特性が良い制御システムを提供する。【解決手段】制御対象1出力をサンプリングする出力サンプラ2と、制御対象1へのフィードバック制御を行うフィードバック制御器3と、制御対象1への入力をマルチレートでホールドするホールダ4を備えている。この制御システムは、特定の関係式によって表現される。
従来技術、競合技術の概要
図6にハードディスク装置の一例を示す。このハードディスク装置では、ボイスコイルモータによってヘッドの位置が制御されて、ディスク上における所定のトラックにヘッドが位置するようになっている。こうしたヘッド位置を制御する方法として、例えば、連続時間(アナログ)系で設計してタスティン(Tustin)変換で離散化する方法などが用いられている。しかしながら、従来の制御方法では、振動抑圧および外乱防止の両者において十分な制御を行うことができないという問題があった。
産業上の利用分野
本発明は、制御システム、例えば回転式の情報記録装置などにおけるヘッドの位置を制御するための制御システムに関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 制御対象からの出力をサンプリングする出力サンプラと、制御対象へのフィードバック制御を行うフィードバック制御器と、制御対象への入力をマルチレートでホールドするホールダとを備え、かつ、下記式(a)によって表現される制御システムであって、下記式(b)~(d)を満たすことを特徴とする制御システム。
【数式1】
【数式2】

【請求項2】 制御対象からの出力をサンプリングする出力サンプラと、制御対象へのフィードバック制御を行うフィードバック制御器と、制御対象への入力をホールドするホールダとを備え、かつ、前記フィードバック制御器は、下記式(h)によって表現されるフィードバック制御を行う制御システムであって、下記式(h)における初期値は下記式(i)を満たすことを特徴とする制御システム。
【数式3】

【請求項3】 請求項1記載の制御システムにおいて、M=N/nに設定されていることを特徴とする制御システム。
ここで、
M:1サンプル点間に外乱から制御対象の状態変数への影響を零にする回数
N:出力サンプラにおけるフレーム間隔内において、入力サンプラからの入力が切り替わる回数
n:制御対象における次数
である。
【請求項4】 請求項1記載の制御システムにおいて、M>N/nに設定されていることを特徴とする制御システム。
ここで、
M:1サンプル点間で制御対象の状態変数を評価する回数
N:出力サンプラにおけるフレーム間隔内において、入力サンプラからの入力が切り替わる回数
n:制御対象における次数
である。
【請求項5】 請求項記載の制御システムにおいて、さらに、N/nは非整数の値に設定されていることを特徴とする制御システム。
ここで、
M:1サンプル点間で制御対象の状態変数を評価する回数
N:出力サンプラにおけるフレーム間隔内において、入力サンプラからの入力が切り替わる回数
n:制御対象における次数
である。
【請求項6】 制御対象と、
前記制御対象への入力(u)を周期Tuでホールドするホールダと、
前記制御対象の出力(y)をサンプリング周期Tyでサンプリングする出力サンプラと、
前記制御対象への入力(u)及び前記出力サンプラの出力(y)を受けて前記制御対象及び予め定められた外乱モデルの状態変数の推定値(xハット)を出力するオブザーバと、
前記制御対象の状態を望ましい極配置により安定化し外乱を抑圧するように、前記オブザーバの出力を受けてフィードバック信号を生成して前記ホールダの入力にフィードバックするレギュレータと、を備え、
前記出力サンプラのサンプリング周期Tyは、前記ホールダの動作周期Tuよりも長く(Ty>Tu)、
Nを前記サンプリング周期Tyの間における前記ホールダの動作回数、nを前記制御対象の次数とするとき、前記オブザーバが前記出力サンプラの1サンプル点間において前記制御対象の状態変数xを評価する回数MをM=N/nに従い決定し、
前記オブザーバと前記レギュレータは、周期Tyの間でN回制御対象への入力(u)を出力し、
離散時間マルチレート制御系における前記レギュレータのフィードバック係数(F)を、あるサンプル点から所定の時間間隔(ν)離れた次のサンプル点への制御対象の状態変数の遷移行列が理想的な連続時間制御系に一致するように決定し、かつ、外乱の影響が外乱の状態変数の推定値に係る係数により相殺されるように定め、
前記オブザーバの係数を前記オブザーバの推定誤差を生じないように定めることにより、サンプル点上だけでなくM個のサンプル点間の点で理想的な連続時間制御系と応答の一致を実現することを特徴とするマルチレートサンプリング制御による制御システム。
【請求項7】 前記オブザーバの状態変数の初期値を、前記制御対象の状態変数の初期値と前記制御対象の出力の初期値の差から定めることにより初期値補償を行うことにより前記オブザーバの係数を前記オブザーバの推定誤差を生じないように定め、前記制御対象の状態を前記レギュレータのモードで減衰させてオーバシュートを防止することを特徴とする請求項記載の制御システム。
【請求項8】 制御対象と、
前記制御対象への入力(u)を周期Tuでホールドするホールダと、
前記制御対象の出力(y)をサンプリング周期Tyでサンプリングする出力サンプラと、
前記制御対象への入力(u)及び前記出力サンプラの出力(y)を受けて前記制御対象及び予め定められた外乱モデルの状態変数の推定値(xハット)を出力するオブザーバと、
前記制御対象の状態を望ましい極配置により安定化し外乱を抑圧するように、前記オブザーバの出力を受けてフィードフォワード信号を生成して前記ホールダの入力にフィードフォワードする制御器と、
前記オブザーバの出力を所定のタイミングで前記制御器に伝達するスイッチとを備え、
前記出力サンプラのサンプリング周期Tyは、前記ホールダの動作周期Tuよりも長く(Ty>Tu)、
Nを前記サンプリング周期Tyの間における前記ホールダの動作回数、nを前記制御対象の次数とするとき、前記オブザーバが前記出力サンプラの1サンプル点間において前記制御対象の状態変数xを評価する回数MをM=N/nに従い決定し、
前記オブザーバと前記制御器は、周期Tyの間でN回制御対象への入力(u)を出力し、
前記オブザーバはオープンループの推定を行うことにより周期外乱の各周波数成分の振幅と位相情報に相当する外乱モデルの状態変数を推定し、
前記スイッチは前記オブザーバによる状態変数の推定が定常状態に収束したときにその推定値を前記制御器に伝達し、
前記制御器は前記オブザーバからの状態変数の推定値を用いて周期外乱を計算し、
前記制御器の外乱モデルのフィードフォワード係数(F)を、前記周期外乱に基づき、フィードフォワード信号に含まれる外乱の影響が前記制御対象の状態方程式の外乱に係る係数により相殺されるように定めることにより、周期的な外乱の影響をサンプル点間にM回抑圧することを特徴とするマルチレートサンプリング制御による制御システム。
【請求項9】 さらに、前記制御対象の出力をフィードバックするフィードバック補償器を備え、
前記フィードバック補償器は内部モデルをもたず、
前記フィードバック補償器の初期値を、前記制御対象及び外乱モデルの状態変数の初期値と前記制御対象の初期値の差から定めることにより初期値補償を行うことにより前記オブザーバの係数を前記オブザーバの推定誤差を生じないように定め、前記制御対象の出力のオーバシュートを防止することを特徴とする請求項記載の制御システム。
【請求項10】 制御対象と、
前記制御対象への入力(u)を周期Tuでホールドするホールダと、
前記制御対象の出力(y)をサンプリング周期Tyでサンプリングする出力サンプラと、
前記制御対象への入力(u)及び前記出力サンプラの出力(y)を受けて前記制御対象及び予め定められた外乱モデルの状態変数の推定値(xハット)を出力するオブザーバと、
前記制御対象の状態を望ましい極配置により安定化し外乱を抑圧するように、前記オブザーバの出力を受けてフィードバック信号を生成して前記ホールダの入力にフィードバックするレギュレータと、を備え、
前記出力サンプラのサンプリング周期Tyは、前記ホールダの動作周期Tuよりも長く(Ty>Tu)、
Nを前記サンプリング周期Tyの間における前記ホールダの動作回数、nを前記制御対象の次数とするとき、前記オブザーバが前記出力サンプラの1サンプル点間において前記制御対象の状態変数xを評価する回数MをM>N/nに従い決定し、
前記オブザーバと前記レギュレータは、周期Tyの間でN回制御対象への入力(u)を出力し、
出力サンプラの動作時において外乱の影響が外乱の状態変数の推定値に係る係数により相殺されるとともに、サンプル点間応答において前記外乱から前記制御対象の状態方程式への影響が最小になるように定めることにより、前記制御対象の状態変数の評価点を増加させてサンプル点間における外乱抑制特性を向上させる制御システム。
産業区分
  • 制御調整
  • 電子応用機器
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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