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JP2890529B2 - セルフチューニング方法 - Google Patents

セルフチューニング方法

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JP2890529B2
JP2890529B2 JP26159989A JP26159989A JP2890529B2 JP 2890529 B2 JP2890529 B2 JP 2890529B2 JP 26159989 A JP26159989 A JP 26159989A JP 26159989 A JP26159989 A JP 26159989A JP 2890529 B2 JP2890529 B2 JP 2890529B2
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JP
Japan
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gain
motor
speed
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feedback loop
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陽一 山本
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YASUKAWA DENKI KK
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YASUKAWA DENKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体を加工する加工装置を駆動するサーボ
モータの制御方法に関し、特にその制御装置のゲイン設
定を自動的に行うセルフチューニング方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、マイクロコンピュータで位置フィードバック
ループ、速度フィードバックループを構成するサーボモ
ータ制御装置において、例えばサーボ系全体のステップ
応答波形のオーバーシュート量、立ち上がり時間を観察
しながらセルフチューニングする方法が提案されてい
る。
第2図は、その方法を適用するサーボモータ制御回路
の構成例を示すものであり、モータ10の回転位置又は機
械駆動部(図示せず)の位置フィードバックループの他
に、モータ10の回転速度を制御するための速度フィード
バックループとモータ10の電流を制御するための電流フ
ィードバックループとが設けられている。電流フィード
バックループでは速度制御部12の出力値Irのディジタル
/アナログ変換値Isと抵抗11で検出したモータ電流Id
差が零になるように制御され、速度フィードバックルー
プでは位置制御部19の出力Vrと、速度演算部21で求めら
れたモータ速度Vdとが等しくなるように制御され、最終
的には、パルスエンコーダやリニアスケール等の位置検
出器15で検出された位置ldと指令発生部16から与えられ
る指令値lsとの差Δlが零となるよう、位置フィードバ
ックループによりモータ位置が制御される。なお、第2
図中の22はゲイン変更判定部、20は位置カウンタ、12は
速度制御部、14はディジタル/アナログ変換器、17はパ
ワーアンプ、18a,18b,18cは減算部である。
また、一点鎖線で囲んだ部分がマイクロコンピュータ
で処理される部分で、太線矢印はディジタル量信号を、
細線矢印はアナログ量信号を、破線矢印は指示信号を表
す。位置制御部19では通常 Vr=kPP・Δl(kPPは定数) ・・・・(1) なる演算が行われ、速度制御部12では、I−P(積分
比例)制御を例に挙げると、 なる演算が行われる。
いま、電流フィードバックループが、定数化できる程
度に応答周波数が高く設定できており、速度フィードバ
ックループを二次式で近似できるとする。そのときのブ
ロック線図を第3図に示す。位置制御部の比例ゲインを
kPP,速度制御部の比例ゲインをkVP,積分ゲインを
kVI,速度ループのフィードバックゲインをkFB,電流フ
ィードバックループの定数化したゲイン,モータトルク
定数,モータと負荷を合計したイナーシャ,位置検出器
の分解能などを考慮に入れた制御対象のゲインを1/Jと
すると、サーボ系全体の伝達関数G1(S)は、 ただし、a1=kVP・kFB/J a2=kVI・kFB/J a3=kPP・kVI/J と書ける。
ゲイン変更判定部22は、セルフチューニングモードで
あることを指令発生器16より受けると、位置指令値ls
位置検出値ldとから現在のゲインの調整具合を判断し、
どのゲインを変更するかを決定、指示する。判断方法と
しては、ステップ入力に対し、オーバーシュート量と立
ち上がり時間を主たる評価項目とし、例えば立ち上がり
時間をもっと小さくしようと判断すれば、kPP→大とす
る手続きを行う。このような手法は、特開昭63-187904
号公報に記載されている。
また、特開昭63-704号公報には、スタートアップ時に
おいて、設定値変更部からステップ状に出力される擬似
設定値信号に基づいて作動し、最適制御処理部でその時
のプロセス量の過渡応答を計測してPI演算定数を徐々に
設定、変更し、最終的に擬似設定信号が本来の設定値信
号になり、プロセス量が望ましい過渡応答を示すように
なった時点でスタートアップモードを解除し、自動制御
運転に移行する方法が提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、特開昭63-187904号公報に記載された方法
では、ただ立ち上がり時間を小さくしようとすればオー
バーシュートしやすいといった相反することが生じ、評
価する項目の重み付けが非常に難しかった。
また、特開昭63-704号公報に記載された方法では、過
渡応答の好ましいダンピング値や好ましいオーバーシュ
ート値を考慮しつつPI演算定数の計算、設定、変更を行
いながら、設定値を徐々に変えていくため、複雑な処理
と手間を必要とするという問題があった。
本発明は、以上の問題を解決することを目的とするも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明のセルフチューニン
グ方法は、モータの位置のフィードバックループの内側
にモータの速度フィードバックループが、さらにその内
側にモータのトルク又は電流フィードバックループが設
けられ、指令発生部、速度制御部、位置制御部及びモー
タの応答の周波数を求める機能を有するパラメータ変更
判定部がマイクロコンピュータで構成されているサーボ
モータ制御装置のセルフチューニング方法において、 前記サーボモータ制御装置の速度制御部をP制御とし
たときのサーボ系全体の伝達関数G2(S)を G2(S)=1/{1+(b1/b2)S+(1/b2)S2} ただし、b1=kVP・kFB/J b2=kPP・kVP/J kVPは速度制御部の比例ゲイン、 kPPは位置制御部の比例ゲイン、 kFBは速度ループのフィードバックゲイン、 1/Jは制御対象ゲイン とし、速度制御部の比例ゲインkVPに比べ、位置制御
部の比例ゲインkPPを高めに設定し、前記指令発生部か
ら発生される指令でモータを駆動させながら、発振周波
数fiを測定し、下式 fi=(1/2π)・(kPP・kVP/J)1/2 〔Hz〕 に基づいて、モータと負荷のイナーシャ等の定数を含
む制御対象のゲイン1/Jを求めた後、前記速度制御部の
積分ゲインkVIを非0の値とし、前記サーボモータ制御
装置のサーボ系全体の伝達関数G1(S)を G1(S)=1/{1+(a2/a3)S+(a1/a3)S2+(1/a3)S3} ただし、a1=kVP・kFB/J a2=kVI・kFB/J a3=kPP・kVI/J としたときに、前記速度制御部の比例ゲインkVP、積
分ゲインkVIと前記位置制御部の比例ゲインkPPの3つの
ゲイン間の関係を一定に保ちながらモータの応答周波数
成分と加工装置の固有周波数との間で共振状態になるま
で前記3つのゲインを上げていき、共振状態となった時
点で前記3つのゲインを下げていき、共振が収まった時
点のゲインを最適ゲインとすることを特徴とする。
〔作用〕
まず、本発明の原理について説明する。速度制御部12
をP制御にしたときのブロック線図を第1図に示す。こ
のときの伝達関数G2(S)は、 ただし、b1=kVP・kFB/J b2=kPP・kVP/J となる。
まず、第1ステップとして物体を加工する装置の固有
周波数が無視できる値に速度制御部のゲインkVPを固定
し、kPPを大きくしていくとサーボ系は次第に振動的に
なる。振動周波数をfiとすれば、このときのゲイン設定
値kPPとkVPを用いれば なる関係があるので、このときの振動周波数を測定し
て求まれば、 として1/Jの値が求まる。
また、速度フィードバックゲインkFBは一定値として
考えても差支えないことから、第(3)式でのa1,a2,a3
は、3つの設定ゲインkPP,kVP,kVIが既知なのですべて
既知となる。今後、kFB=1とする。次に、速度制御部
をI−P制御に戻して立ち上がり時間だけをパラメータ
σとしてモデルとする伝達関数になるように、a1,a2,a3
つまりkPP,kVP,kVIを設定する。例として、a2/a3
σ,a1/a3=ασ,1/a3=ασとすれば、第
(3)式より、 なる関係が求まる。第(7)式を変形して、 となる。
サーボモータを一定速度で往復運動させながらモータ
の応答周波数成分と加工装置の固有周波数との間で共振
状態になるまで第(7)′式の関係を保ちながらkPP,k
VP,kVIを上げていくことによりゲインを最適に調整する
ことができる。また、速度制御部をPI制御とする場合に
は第(3)式は、 ただし、C1=kVP・kPB/J C2=(kVI・kFB+kPP・kVP)/J C3=kPP・kVI/J C4=kPP・kVP/J となる。そこで、−kVI/kVPに零点をもつモデルを作
成し、立ち上がり時間σ、つまり1/kPPをパラメータと
したkVP,kVIの関係式を求め、I−P制御の場合と全く
同様にその関係を保ちながら、kPP,kVP,kVIの3つのゲ
インを上げていけば最適にゲイン調整できる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例が第2図に示した従来のものと異なる主たるとこ
ろは、ゲイン変更判定部22にF.F.T(周波数測定)機能
を付加し、ゲインの変更を判断する手順を変えたことで
ある。構成は、従来回路と同一であることから説明を省
略する。指令発生部16はセルフチューニングモードであ
ることをゲイン変更判定部に知らせた後、サーボモータ
を一定速度の往復運動をさせるべき位置指令を発生す
る。ゲイン変更判定部22は、指令発生部16よりセルフチ
ューニングモードになったことを受け付けると、位置制
御部19と速度制御部12にそれを指示する。これを受け、
速度制御部12では加工装置の固有周波数を無視できるゲ
インをkVPに設定し、 に処理を変更し、位置制御部19は、kPPを段々と大き
くしていく。ゲイン変更判定部は追加されたF.F.T機能
により、位置検出器で検出された位置ldの周波数成分を
観察し、発振現象が生じるとその測定された周波数値fi
と位置制御部19、速度制御部12からそれぞれkPP,kVP
値を受け取り、それらを使って第(6)式により制御対
象ゲイン1/Jを演算すると共に速度制御部12の演算を第
(2)′式から第(2)式に変更することでP制御から
I−P制御に変更し、第(7)′式に従いkPP,kVP,kVI
を連動させて再びkPPを小さいところから段々と大きく
設定していく。再びゲイン変更判定部22は検出位置ld
周波数成分を観察し、発振現象が生じると、今度は逆に
発振現象が収まるまでゆっくりと(7)′式に従いゲイ
ンkPP,kVP,kVIを下げていく。以上の手順によりゲイン
は最適に調整され、セルフチューニングモードと終了信
号を指令発生部16に送ることで完了する。また、速度制
御部をPI制御とする場合にもkPP,kVP,kVIの関係式を求
め、全く同様に適用できる。
〔発明の効果〕
以上、述べたように本発明においては今までの物体を
加工する加工装置とサーボモータの制御装置のセットア
ップ時のゲイン調整や制御対象が変えられた場合のゲイ
ン再調整に要する時間を無くすことができ、しかもゲイ
ン調整を最適に行うことができる。従って、本発明をサ
ーボモータの制御装置に適用すれば、セットアップ時に
要するコストを下げると共に、最適調整できることから
加工装置の加工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を説明するためのブロック図、第
2図は従来と本発明の制御系の構成を示すブロック図、
第3図は本発明の原理を説明するためのブロック図であ
る。 10:モータ、11:抵抗、12:速度制御 14:D/A変換器、15:位置検出器 16:指令発生部、17:パワーアンプ 18a,18b,18c:減算部、19:位置制御部 20:位置カウンタ、21:速度演算部 22:パラメータ変更判定部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータの位置のフィードバックループの内
    側にモータの速度フィードバックループが、さらにその
    内側にモータのトルク又は電流フィードバックループが
    設けられ、指令発生部、速度制御部、位置制御部及びモ
    ータの応答の周波数を求める機能を有するパラメータ変
    更判定部がマイクロコンピュータで構成されているサー
    ボモータ制御装置のセルフチューニング方法において、 前記サーボモータ制御装置の速度制御部をP制御とした
    ときのサーボ系全体の伝達関数G2(S)を G2(S)=1/{1+(b1/b2)S+(1/b2)S2} ただし、b1=kVP・kFB/J b2=kPP・kVP/J kVPは速度制御部の比例ゲイン、 kPPは位置制御部の比例ゲイン、 kFBは速度ループのフィードバックゲイン、 1/Jは制御対象ゲイン とし、速度制御部の比例ゲインkVPに比べ、位置制御部
    の比例ゲインkPPを高めに設定し、前記指令発生部から
    発生される指令でモータを駆動させながら、発振周波数
    fiを測定し、下式 fi=(1/2π)・(kPP・kVP/J)1/2 〔Hz〕 に基づいて、モータと負荷のイナーシャ等の定数を含む
    制御対象のゲイン1/Jを求めた後、前記速度制御部の積
    分ゲインkVIを非0の値とし、前記サーボモータ制御装
    置のサーボ系全体の伝達関数G1(S)を G1(S)=1/{1+(a2/a3)S+(a1/a3)S2+(1/a3)S3} ただし、a1=kVP・kFB/J a2=kVI・kFB/J a3=kPP・kVI/J としたときに、前記速度制御部の比例ゲインkVP、積分
    ゲインkVIと前記位置制御部の比例ゲインkPPの3つのゲ
    イン間の関係を一定に保ちながらモータの応答周波数成
    分と加工装置の固有周波数との間で共振状態になるまで
    前記3つのゲインを上げていき、共振状態となった時点
    で前記3つのゲインを下げていき、共振が収まった時点
    のゲインを最適ゲインとすることを特徴とするセルフチ
    ューニング方法。
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KR101541464B1 (ko) 2014-04-25 2015-08-03 알에스오토메이션주식회사 제어 장치
JP2016035676A (ja) * 2014-08-04 2016-03-17 日本電産サンキョー株式会社 モータシステム

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