特許ウォッチ

公開番号2024061421
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-07
出願番号2022169360
出願日2022-10-21
発明の名称制御システムおよび制御方法
出願人日本精工株式会社
代理人個人,個人
主分類G05B 11/36 20060101AFI20240425BHJP(制御;調整)
要約【課題】通信遅延および外乱が生じる場合にも安定な制御を実現する制御システムを提供すること。
【解決手段】制御システムは、通信網を介して制御対象側へと制御指令値を送り、当該制御対象における制御結果が当該通信網経由で反映されてフィードバック制御を行う第1制御部と、前記通信網の前記制御部側に設けられ、前記通信網における通信遅延を補償するスミス予測器と、前記通信網の前記制御対象側に設けられ、当該制御対象に対する外乱と当該制御対象のパラメータ誤差とを補償する外乱オブザーバと、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
通信網を介して制御対象側へと制御指令値を送り、当該制御対象における制御結果が当該通信網経由で反映されてフィードバック制御を行う第１制御部と、
前記通信網の前記制御部側に設けられ、前記通信網における通信遅延を補償するスミス予測器と、
前記通信網の前記制御対象側に設けられ、当該制御対象に対する外乱と当該制御対象のパラメータ誤差とを補償する外乱オブザーバと、
を備える制御システム。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記第１制御部は、前記制御対象の制御目標に対する前記制御結果の偏差を減らすようにフィードバック制御を行う請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記制御目標および前記制御結果として、位置、角度、力およびトルクの少なくとも１つが用いられる請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１制御部は、前記制御指令値として、トルク、力、電流および電圧の少なくとも１つを示す指令値を前記制御対象に入力する請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記通信網の前記制御対象側に設けられ、前記制御指令値に前記制御対象を追従させ、前記外乱オブザーバによる補償が反映される第２制御部を備える請求項１～４のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項６】
前記外乱オブザーバは、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）と、前記制御対象の逆モデルとを有する請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
通信網を介して制御対象側へと制御指令値を送り、当該制御対象における制御結果が当該通信網経由で反映されてフィードバック制御を行うステップと、
前記通信網における通信遅延を、前記通信網の前記制御部側に設けられたスミス予測器で補償するステップと、
前記制御対象に対する外乱と当該制御対象のパラメータ誤差とを前記通信網の当該制御対象側に設けられた外乱オブザーバで補償するステップと、
を有する制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システムおよび制御方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、種々の分野において、通信網などを介して遠隔の制御対象の動作を制御する制御システムが知られている。
例えば、超高齢化社会による労働者不足の解決策として、完全自動化や遠隔操作が提案されているが、全ての課題に対して完全自動化は難しく、自動化に不具合が生じた場合はバックアップとして遠隔操作が求められる。また、完全自動化は自動運転のように、センサ、コントローラ、アクチュエータ等を全て冗長化させないといけないので、高額になってしまう。このため、通信網などを介する動作制御が強く求められる。
通信網では通信遅延が生じるため、通信網などを介する動作制御においては、通信遅延に伴い制御が不安定化する虞がある。即ち、操作側における操作者やコントローラによる操作指令に対して遠隔側の装置などにおける動作が遅れるため、操作側で過剰な操作をしてしまうなど、意図した動作を得るための操作が困難となる。このため、通信遅延に対応する技術が求められる。
例えば特許文献１には、適応スミス予測器で通信遅延を補償する制御システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－９７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、通信遅延の正確な測定が必要であり、制御対象のモデルに実際の制御対象との誤差が生じたり、制御対象に外乱が加わったりした場合にも、制御が不安定化する虞がある。
そこで、本発明は、通信遅延および外乱が生じる場合にも安定な制御を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の１つの態様に係る制御システムは、通信網を介して制御対象側へと制御指令値を送り、当該制御対象における制御結果が当該通信網経由で反映されてフィードバック制御を行う第１制御部と、前記通信網の前記制御部側に設けられ、前記通信網における通信遅延を補償するスミス予測器と、前記通信網の前記制御対象側に設けられ、当該制御対象に対する外乱と当該制御対象のパラメータ誤差とを補償する外乱オブザーバと、を備える。
【０００６】
このような制御システムによれば、スミス予測器による補償と外乱オブザーバによる補償との協働により、通信遅延および外乱が生じる場合にも安定なフィードバック制御が実現される。さらに、制御対象のパラメータ誤差が生じた場合にも安定なフィードバック制御が実現される。
【０００７】
上記第１制御部は、上記制御対象の制御目標に対する上記制御結果の偏差を減らすようにフィードバック制御を行ってもよい。偏差を減らすフィードバック制御により、制御対象における動作などが制御目標に近づく。
上記制御目標および上記制御結果として、位置、角度、力およびトルクの少なくとも1つが用いられてもよい。位置、角度、力およびトルクは、制御対象の動作などで実用上求められる制御量であり、制御目標などに適している。
【０００８】
上記第１制御部は、上記制御指令値として、トルク、力、電流および電圧の少なくとも1つを示す指令値を上記制御対象に入力してもよい。トルク、力、電流および電圧は、位置、角度などの制御量を制御する場合も含めて制御の基本要素となるので制御指令値として適している。
【０００９】
上記制御システムは、上記通信網の上記制御対象側に設けられ、上記制御指令値に上記制御対象を追従させ、上記外乱オブザーバによる補償が反映される第２制御部を備えてもよい。通信網の制御対象側に第２制御部が備えられることで、外乱オブザーバによる補償の反映が容易となる。
上記外乱オブザーバは、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）と、上記制御対象の逆モデルとを有してもよい。
【００１０】
本発明の他の態様に係る制御方法は、通信網を介して制御対象側へと制御指令値を送り、当該制御対象における制御結果が当該通信網経由で反映されてフィードバック制御を行うステップと、上記通信網における通信遅延を、上記通信網の上記制御部側に設けられたスミス予測器で補償するステップと、上記制御対象に対する外乱と当該制御対象のパラメータ誤差とを上記通信網の当該制御対象側に設けられた外乱オブザーバで補償するステップと、を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許