JP2954378B2 - 電動機サーボ系の制御装置 - Google Patents
電動機サーボ系の制御装置Info
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- Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、機械系を駆動する電
動機サーボ系の制御装置に関し、特に制御ゲインを自動
的に設定するオートチューニング機能を持つ制御装置に
関するものである。
動機サーボ系の制御装置に関し、特に制御ゲインを自動
的に設定するオートチューニング機能を持つ制御装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は例えば「アナログサーボからディ
ジタルサーボへ」（岩金：日本ロボット学会誌、７巻３
号、２１２〜２１７ページ、１９８９年６月）に記載さ
れた電動機サーボ系制御装置の一例を示すブロック図で
あり、図において１は電動機、２は電動機１に取付けら
れた機械系であり、電動機１と機械系２を合せたものが
制御対象である。３は制御対象１，２の位置と速度を測
定する位置速度検出器、４は電動機１に流れる電流を測
定する電流検出器、５は電流制御部、６は速度制御部、
７は位置制御部、１１は位置指令値、１２は位置検出
値、１３は速度検出値、１４は電流検出値であり、電動
機１が発生するトルクに比例する値である。１５は位置
誤差、１６は速度指令値、１７は速度誤差、１８は電流
指令値、１９は電流誤差、２０は電動機１に流れる電
流、３０ｄは電動機サーボ系コントローラである。
ジタルサーボへ」（岩金：日本ロボット学会誌、７巻３
号、２１２〜２１７ページ、１９８９年６月）に記載さ
れた電動機サーボ系制御装置の一例を示すブロック図で
あり、図において１は電動機、２は電動機１に取付けら
れた機械系であり、電動機１と機械系２を合せたものが
制御対象である。３は制御対象１，２の位置と速度を測
定する位置速度検出器、４は電動機１に流れる電流を測
定する電流検出器、５は電流制御部、６は速度制御部、
７は位置制御部、１１は位置指令値、１２は位置検出
値、１３は速度検出値、１４は電流検出値であり、電動
機１が発生するトルクに比例する値である。１５は位置
誤差、１６は速度指令値、１７は速度誤差、１８は電流
指令値、１９は電流誤差、２０は電動機１に流れる電
流、３０ｄは電動機サーボ系コントローラである。
【０００３】次に、動作について説明する。電動機サー
ボ系コントローラ３０ｄは例えば工作機械やロボットな
どに対して軌跡制御を行なうためのものであり、望まし
い軌跡指令値から位置指令値１１を生成し、制御対象
１，２を位置指令値１１に応じて動作させるためのもの
である。即ち、検出器３によって得られた位置検出値１
２と位置指令値１１との差を計算して位置誤差１５を求
め、位置制御部７において適切な演算を行なって速度指
令値１６を決定する。
ボ系コントローラ３０ｄは例えば工作機械やロボットな
どに対して軌跡制御を行なうためのものであり、望まし
い軌跡指令値から位置指令値１１を生成し、制御対象
１，２を位置指令値１１に応じて動作させるためのもの
である。即ち、検出器３によって得られた位置検出値１
２と位置指令値１１との差を計算して位置誤差１５を求
め、位置制御部７において適切な演算を行なって速度指
令値１６を決定する。
【０００４】次に、検出器３によって得られた速度検出
値１３と速度指令値１６との差を計算して速度誤差１７
を求め、速度制御部６において適切な演算を行なって電
流指令値１８を決定する。さらに、電流検出器４によっ
て得られた電流検出値１４と電流指令値１８との差を計
算して電流誤差１９を求め、電流制御部５において適切
な演算を行なって電動機電流２０を決定する。
値１３と速度指令値１６との差を計算して速度誤差１７
を求め、速度制御部６において適切な演算を行なって電
流指令値１８を決定する。さらに、電流検出器４によっ
て得られた電流検出値１４と電流指令値１８との差を計
算して電流誤差１９を求め、電流制御部５において適切
な演算を行なって電動機電流２０を決定する。
【０００５】上記した従来装置では、位置制御部７、速
度制御部６及び電流制御部５においてそれぞれＰ（比
例）演算、ＰＩ（比例・積分）演算及びＰＩ演算を行な
っており、電動機サーボ系コントローラ３０ｄを以上の
ように構成し、各制御部５〜７の各演算において制御対
象１，２に応じた適切なゲインを用いることにより、良
好な軌跡制御を実現することができる。
度制御部６及び電流制御部５においてそれぞれＰ（比
例）演算、ＰＩ（比例・積分）演算及びＰＩ演算を行な
っており、電動機サーボ系コントローラ３０ｄを以上の
ように構成し、各制御部５〜７の各演算において制御対
象１，２に応じた適切なゲインを用いることにより、良
好な軌跡制御を実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の電動機サーボ系
の制御装置は以上のように構成されており、機械系２を
初めて取付けた場合や、経年変化により機械系２の特性
が変化した場合には、機械系２の大きさや振動の状態に
応じて調整員がゲインを設定し直さなければならないと
いう課題があった。
の制御装置は以上のように構成されており、機械系２を
初めて取付けた場合や、経年変化により機械系２の特性
が変化した場合には、機械系２の大きさや振動の状態に
応じて調整員がゲインを設定し直さなければならないと
いう課題があった。
【０００７】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、電動機と機械系を含めたイナ
ーシャの大きさ又はこれと機械系の振動の大きさに適し
たゲインを自動的に設定できる電動機サーボ系の制御装
置を得ることを目的とする。
めに成されたものであり、電動機と機械系を含めたイナ
ーシャの大きさ又はこれと機械系の振動の大きさに適し
たゲインを自動的に設定できる電動機サーボ系の制御装
置を得ることを目的とする。
【０００８】この発明に係る電動機サーボ系の制御装置
は、電動機に流れる電流の時間積分値に応じて電動機と
その機械系からなる制御対象の負荷イナーシャの大きさ
を同定する同定手段と、この同定値により制御対象のフ
ィードバック制御ループ内のゲインを調整するゲイン調
整手段を設けたものである。
は、電動機に流れる電流の時間積分値に応じて電動機と
その機械系からなる制御対象の負荷イナーシャの大きさ
を同定する同定手段と、この同定値により制御対象のフ
ィードバック制御ループ内のゲインを調整するゲイン調
整手段を設けたものである。
【０００９】又、この発明に係る電動機サーボ系の制御
装置は、電動機に流れる電流の時間積分値に応じて制御
対象の負荷イナーシャの大きさを同定する同定手段と、
この同定値によりフィードバック制御ループのゲインを
決定するゲイン決定手段と、制御対象を動作させた場合
の機械振動の大きさを検出し、この大きさが許容範囲か
否かを判定する機械振動判定部と、この判定結果に応じ
て上記ゲインを修正するゲイン修正手段を設けたもので
ある。又、この発明に係る電動機サーボ系の制御装置
は、機械振動の許容範囲を手動により変更する手段を設
けたものである。
装置は、電動機に流れる電流の時間積分値に応じて制御
対象の負荷イナーシャの大きさを同定する同定手段と、
この同定値によりフィードバック制御ループのゲインを
決定するゲイン決定手段と、制御対象を動作させた場合
の機械振動の大きさを検出し、この大きさが許容範囲か
否かを判定する機械振動判定部と、この判定結果に応じ
て上記ゲインを修正するゲイン修正手段を設けたもので
ある。又、この発明に係る電動機サーボ系の制御装置
は、機械振動の許容範囲を手動により変更する手段を設
けたものである。
【００１０】
【作用】この発明においては、イナーシャの大きさを直
接反映する電動機電流の時間積分値に基づいて負荷イナ
ーシャの大きさを同定し、この同定によりフィードバッ
ク制御ループのゲインを調整する。
接反映する電動機電流の時間積分値に基づいて負荷イナ
ーシャの大きさを同定し、この同定によりフィードバッ
ク制御ループのゲインを調整する。
【００１１】又、この発明においては、機械振動の大き
さを検出し、この機械振動の大きさが許容範囲内になる
ゲイン限界値を求め、イナーシャ同定値により決定され
た上記ゲインがゲイン限界値より大きい場合にはゲイン
限界値を適切なゲインとする。又、この発明において
は、機械振動の許容範囲が手動により変更可能である。
さを検出し、この機械振動の大きさが許容範囲内になる
ゲイン限界値を求め、イナーシャ同定値により決定され
た上記ゲインがゲイン限界値より大きい場合にはゲイン
限界値を適切なゲインとする。又、この発明において
は、機械振動の許容範囲が手動により変更可能である。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面とともに説明
する。図１は第１の実施例による電動機サーボ系の制御
装置の構成を示し、３０ａはオートチューニング機能付
き電動機サーボ系コントローラ、３１はサーボ系のシミ
ュレーション部であり、シミュレーション部３１は以下
のように構成されている。即ち、１ｂはシミュレーショ
ンにおける電動機・機械系モデル、５ｂはシミュレーシ
ョンにおける電流制御部、６ｂはシミュレーションにお
ける速度制御部、７ｂはシミュレーションにおける位置
制御部、１２ｂはシミュレーションにおける位置検出
値、１３ｂはシミュレーションにおける速度検出値、１
４ｂはシミュレーションにおける電流検出値、１５ｂは
シミュレーションにおける位置誤差、１６ｂはシミュレ
ーションにおける速度指令値、１７ｂはシミュレーショ
ンにおける速度誤差、１８ｂはシミュレーションにおけ
る電流指令値、１９ｂはシミュレーションにおける電流
誤差、２０ｂはシミュレーションにおける電動機電流で
ある。
する。図１は第１の実施例による電動機サーボ系の制御
装置の構成を示し、３０ａはオートチューニング機能付
き電動機サーボ系コントローラ、３１はサーボ系のシミ
ュレーション部であり、シミュレーション部３１は以下
のように構成されている。即ち、１ｂはシミュレーショ
ンにおける電動機・機械系モデル、５ｂはシミュレーシ
ョンにおける電流制御部、６ｂはシミュレーションにお
ける速度制御部、７ｂはシミュレーションにおける位置
制御部、１２ｂはシミュレーションにおける位置検出
値、１３ｂはシミュレーションにおける速度検出値、１
４ｂはシミュレーションにおける電流検出値、１５ｂは
シミュレーションにおける位置誤差、１６ｂはシミュレ
ーションにおける速度指令値、１７ｂはシミュレーショ
ンにおける速度誤差、１８ｂはシミュレーションにおけ
る電流指令値、１９ｂはシミュレーションにおける電流
誤差、２０ｂはシミュレーションにおける電動機電流で
ある。
【００１３】又、２１は実際の電流検出値１４及びシミ
ュレーションにおける電流検出値１４ｂからそれぞれの
電流面積を計算し比較する電流面積計算部、２２は電流
面積計算部２１の計算結果をもとにして電動機・機械系
モデル１ｂのイナーシャ仮定値の修正量を決定するイナ
ーシャ修正量決定部、２３は修正されたイナーシャ仮定
値に対して最適な速度制御部６，６ｂのゲインを決める
ゲイン決定部である。
ュレーションにおける電流検出値１４ｂからそれぞれの
電流面積を計算し比較する電流面積計算部、２２は電流
面積計算部２１の計算結果をもとにして電動機・機械系
モデル１ｂのイナーシャ仮定値の修正量を決定するイナ
ーシャ修正量決定部、２３は修正されたイナーシャ仮定
値に対して最適な速度制御部６，６ｂのゲインを決める
ゲイン決定部である。
【００１４】次に、動作について説明する。実際のサー
ボ系１〜７，１１〜２０の動作は従来と同様である。こ
こで、電動機１、検出器３，４の特性が予めわかってお
り、機械系２の特性のみが不明であるとすると、電流ル
ープ内のパラメータはすべてわかることになり、電流制
御部５のゲインはこれらのパラメータから予め決定でき
る。又、工作機械のように複数の電動機を同時に動作さ
せる場合、位置ループの応答周波数は一致させる必要が
あるため、位置制御部７のゲインは予め決定された値を
用いることとする。従って、この実施例では速度制御部
６の比例ゲイン及び積分ゲインの自動調整のみを行な
う。ただし、位置制御部７のゲインについての速度ルー
プ応答周波数に応じた自動設定は、この実施例の簡単な
拡張により実現できる。
ボ系１〜７，１１〜２０の動作は従来と同様である。こ
こで、電動機１、検出器３，４の特性が予めわかってお
り、機械系２の特性のみが不明であるとすると、電流ル
ープ内のパラメータはすべてわかることになり、電流制
御部５のゲインはこれらのパラメータから予め決定でき
る。又、工作機械のように複数の電動機を同時に動作さ
せる場合、位置ループの応答周波数は一致させる必要が
あるため、位置制御部７のゲインは予め決定された値を
用いることとする。従って、この実施例では速度制御部
６の比例ゲイン及び積分ゲインの自動調整のみを行な
う。ただし、位置制御部７のゲインについての速度ルー
プ応答周波数に応じた自動設定は、この実施例の簡単な
拡張により実現できる。
【００１５】一方、サーボ系のシミュレーション部３１
について、その電流制御部５ｂ、速度制御部６ｂ及び位
置制御部７ｂは、それぞれ実際のサーボ系における電流
制御部５、速度制御部６及び位置制御部７と同じもので
ある。電動機・機械系モデル１ｂは制御対象１，２及び
検出器３，４をモデル化したものであり、このモデルに
おいて機械系２は機械振動などを考慮せずに単純なイナ
ーシャと仮定している。前述したように電動機１及び検
出器３，４の特性パラメータは明らかなため、電動機・
機械系モデル１ｂにおいては電動機１と機械系２を含め
たイナーシャの大きさのみが未知パラメータとなり、こ
のイナーシャの仮定値をＪとする。
について、その電流制御部５ｂ、速度制御部６ｂ及び位
置制御部７ｂは、それぞれ実際のサーボ系における電流
制御部５、速度制御部６及び位置制御部７と同じもので
ある。電動機・機械系モデル１ｂは制御対象１，２及び
検出器３，４をモデル化したものであり、このモデルに
おいて機械系２は機械振動などを考慮せずに単純なイナ
ーシャと仮定している。前述したように電動機１及び検
出器３，４の特性パラメータは明らかなため、電動機・
機械系モデル１ｂにおいては電動機１と機械系２を含め
たイナーシャの大きさのみが未知パラメータとなり、こ
のイナーシャの仮定値をＪとする。
【００１６】この実施例においては、実際のサーボ系と
そのシミュレーション部３１に同じ位置指令値１１を加
えた場合の電流検出値１４，１４ｂを比較し、比較結果
に応じてイナーシャ仮定値Ｊを修正してゆき、最終的に
イナーシャの固定値とそれに最適な速度ループゲインを
求めるものである。
そのシミュレーション部３１に同じ位置指令値１１を加
えた場合の電流検出値１４，１４ｂを比較し、比較結果
に応じてイナーシャ仮定値Ｊを修正してゆき、最終的に
イナーシャの固定値とそれに最適な速度ループゲインを
求めるものである。
【００１７】オートチューニング中の電流信号の例を図
２に示す。図２において、（ａ）は１回目、（ｂ）は２
回目、（ｃ）は３回目の電流信号を示し、４１ａ〜４１
ｃは実際のサーボ系の電流信号１４の時系列データ、４
２ａ〜４２ｃはサーボ系シミュレーション部３１の電流
信号１４ｂの時系列データであり、図２に基づいてチュ
ーニングの様子を以下に説明する。
２に示す。図２において、（ａ）は１回目、（ｂ）は２
回目、（ｃ）は３回目の電流信号を示し、４１ａ〜４１
ｃは実際のサーボ系の電流信号１４の時系列データ、４
２ａ〜４２ｃはサーボ系シミュレーション部３１の電流
信号１４ｂの時系列データであり、図２に基づいてチュ
ーニングの様子を以下に説明する。
【００１８】まず、イナーシャ仮定値Ｊの初期値を決定
する。図２（ａ）はイナーシャ仮定値Ｊの初期値のもと
で実際のサーボ系とそのシミュレーション部３１に同じ
位置指令値１１を加えた場合の電流検出値データであ
る。電流面積計算部２１では、実際のサーボ系の電流検
出値１４の時系列データ４１ａとシミュレーション部３
１の電流検出値１４ｂの時系列データ４２ａから、１山
目の電流の時間積分値を計算する。この値は図２（ａ）
の斜線部の面積に相当する。イナーシャ修正量決定部２
２では、電流面積計算部２１で求めた２つの面積を比較
し、その結果をもとに電動機・機械系モデル１ｂのイナ
ーシャ仮定値Ｊを修正する。修正量はファジイ推論を用
いて決定する。ゲイン決定部２３では、修正したイナー
シャ仮定値Ｊに対して、速度制御部６，６ｂの最適なゲ
インを決定する。イナーシャ仮定値Ｊに対する最適なゲ
インの決定は、制御対象１，２及び制御系の他の特性が
明らかであるので可能である。
する。図２（ａ）はイナーシャ仮定値Ｊの初期値のもと
で実際のサーボ系とそのシミュレーション部３１に同じ
位置指令値１１を加えた場合の電流検出値データであ
る。電流面積計算部２１では、実際のサーボ系の電流検
出値１４の時系列データ４１ａとシミュレーション部３
１の電流検出値１４ｂの時系列データ４２ａから、１山
目の電流の時間積分値を計算する。この値は図２（ａ）
の斜線部の面積に相当する。イナーシャ修正量決定部２
２では、電流面積計算部２１で求めた２つの面積を比較
し、その結果をもとに電動機・機械系モデル１ｂのイナ
ーシャ仮定値Ｊを修正する。修正量はファジイ推論を用
いて決定する。ゲイン決定部２３では、修正したイナー
シャ仮定値Ｊに対して、速度制御部６，６ｂの最適なゲ
インを決定する。イナーシャ仮定値Ｊに対する最適なゲ
インの決定は、制御対象１，２及び制御系の他の特性が
明らかであるので可能である。
【００１９】図２（ａ）のデータを基にして修正された
イナーシャ仮定値Ｊのもとにおいて、再び実際のサーボ
系とシミュレーション部３１とに同じ位置指令値１１を
加えた場合の電流検出値データが図２（ｂ）のデータで
ある。この図２（ｂ）のデータをもとにして再び電流面
積計算部２１で２つの面積を求めると、その面積の差は
図２（ａ）の場合の面積の差より小さくなっている。こ
れは、イナーシャ仮定値Ｊが修正により実際のイナーシ
ャ値に近づいたためである。イナーシャ修正量決定部２
２では電流面積計算部２１で求めた面積に基づいてイナ
ーシャ仮定値Ｊを修正し、ゲイン決定部２３により修正
したイナーシャ仮定値Ｊに対して速度制御部６，６ｂの
最適なゲインを決定する。
イナーシャ仮定値Ｊのもとにおいて、再び実際のサーボ
系とシミュレーション部３１とに同じ位置指令値１１を
加えた場合の電流検出値データが図２（ｂ）のデータで
ある。この図２（ｂ）のデータをもとにして再び電流面
積計算部２１で２つの面積を求めると、その面積の差は
図２（ａ）の場合の面積の差より小さくなっている。こ
れは、イナーシャ仮定値Ｊが修正により実際のイナーシ
ャ値に近づいたためである。イナーシャ修正量決定部２
２では電流面積計算部２１で求めた面積に基づいてイナ
ーシャ仮定値Ｊを修正し、ゲイン決定部２３により修正
したイナーシャ仮定値Ｊに対して速度制御部６，６ｂの
最適なゲインを決定する。
【００２０】図２（ｂ）のデータをもとに修正されたイ
ナーシャ仮定値Ｊと速度制御部６，６ｂのゲインにおい
て、再び実際のサーボ系とシミュレーション部３１に同
じ位置指令値１１を加えた場合の電流検出値データを図
２（ｃ）に示す。この図２（ｃ）のデータを基にして電
流面積計算部２１で２つの面積を求めると、２つの面積
の差がほとんどないため、イナーシャ仮定値Ｊが実際の
イナーシャ値とほぼ一致したと判断し、チューニングを
終了する。図２（ｃ）のデータで使用した速度制御部
６，６ｂのゲインは実際のイナーシャ値に最適なゲイン
であり、イナーシャの同定とチューニングが同時に終了
している。
ナーシャ仮定値Ｊと速度制御部６，６ｂのゲインにおい
て、再び実際のサーボ系とシミュレーション部３１に同
じ位置指令値１１を加えた場合の電流検出値データを図
２（ｃ）に示す。この図２（ｃ）のデータを基にして電
流面積計算部２１で２つの面積を求めると、２つの面積
の差がほとんどないため、イナーシャ仮定値Ｊが実際の
イナーシャ値とほぼ一致したと判断し、チューニングを
終了する。図２（ｃ）のデータで使用した速度制御部
６，６ｂのゲインは実際のイナーシャ値に最適なゲイン
であり、イナーシャの同定とチューニングが同時に終了
している。
【００２１】この実施例によると、ゲインのチューニン
グの結果として制御対象１，２のイナーシャ値も得られ
るため、このイナーシャ値を他のパラメータ、例えば位
置指令値１１の加速度の制限などにも利用することがで
きる。又、シミュレーションによるデータと実際のデー
タを比較しているため、様々な位置指令値１１のパター
ンに対応でき、汎用的なオートチューニング機能付きコ
ントローラが得られる。
グの結果として制御対象１，２のイナーシャ値も得られ
るため、このイナーシャ値を他のパラメータ、例えば位
置指令値１１の加速度の制限などにも利用することがで
きる。又、シミュレーションによるデータと実際のデー
タを比較しているため、様々な位置指令値１１のパター
ンに対応でき、汎用的なオートチューニング機能付きコ
ントローラが得られる。
【００２２】なお、上記実施例においては、電流面積計
算部２１では電流検出値１４，１４ｂを用いたが、機械
振動などの高周波ノイズを取り除くために電流検出値１
４，１４ｂをローパスフィルタに通した信号や、電流ル
ープの応答が十分速いと仮定して電流指令値１８，１８
ｂを用いてもよい。又、電流面積計算部２１において求
める電流面積としては、１山目の時間積分値としたが、
複数個の山の電流値の絶対値の時間積分や電流値の二乗
値の時間積分などのように、実際のサーボ系とシミュレ
ーションによるサーボ系の差が現れる値であればよい。
さらに、イナーシャ修正量決定部２２ではファジイ推論
により電流面積の差からイナーシャ仮定値Ｊの修正量を
求めたが、これらの要素を関係付ける方法であればどの
ような方法でもよい。
算部２１では電流検出値１４，１４ｂを用いたが、機械
振動などの高周波ノイズを取り除くために電流検出値１
４，１４ｂをローパスフィルタに通した信号や、電流ル
ープの応答が十分速いと仮定して電流指令値１８，１８
ｂを用いてもよい。又、電流面積計算部２１において求
める電流面積としては、１山目の時間積分値としたが、
複数個の山の電流値の絶対値の時間積分や電流値の二乗
値の時間積分などのように、実際のサーボ系とシミュレ
ーションによるサーボ系の差が現れる値であればよい。
さらに、イナーシャ修正量決定部２２ではファジイ推論
により電流面積の差からイナーシャ仮定値Ｊの修正量を
求めたが、これらの要素を関係付ける方法であればどの
ような方法でもよい。
【００２３】図３はこの発明の第２の実施例を示し、３
０ｂは機械振動を考慮したオートチューニング機能付き
電動機サーボ系コントローラ、２４は同定・設計部、２
５は機械振動判定部、２６はゲイン決定部、５１は同定
・設計部２４により求められたゲイン候補値、５２は機
械振動判定部２５により求められた機械振動によるゲイ
ン制限値、５３はゲイン決定部２６により決められたゲ
イン、５４は振動限界値である。他の部分は前述と同様
である。
０ｂは機械振動を考慮したオートチューニング機能付き
電動機サーボ系コントローラ、２４は同定・設計部、２
５は機械振動判定部、２６はゲイン決定部、５１は同定
・設計部２４により求められたゲイン候補値、５２は機
械振動判定部２５により求められた機械振動によるゲイ
ン制限値、５３はゲイン決定部２６により決められたゲ
イン、５４は振動限界値である。他の部分は前述と同様
である。
【００２４】次に、動作について説明する。同定・設計
部２４は電流面積計算部２１、イナーシャ修正量決定部
２２、ゲイン決定部２３及びサーボ系シミュレーション
部３１を含み、あるパターンの位置指令値１１に対する
電流データよりイナーシャ仮定値を修正しながらその仮
定値に最適なゲイン候補値５１を決定する。一方、機械
振動判定部２５では、まず上記と同じ位置指令値１１に
対する電流データをハイパスフィルタに通し、その２乗
値を時間積分することによって振動評価値を求め、予め
設定された振動限界値５４と比較する。又、機械振動判
定部２５には、同じ位置指令値１１に対して過去に試行
した速度ループ比例ゲインのうち、振動評価値が振動限
界値５４以下であった最大の速度ループ比例ゲインＫ
VOK と、振動評価値が振動限界値５４より大きかった最
小の速度ループ比例ゲインＫVng とが記憶されている。
部２４は電流面積計算部２１、イナーシャ修正量決定部
２２、ゲイン決定部２３及びサーボ系シミュレーション
部３１を含み、あるパターンの位置指令値１１に対する
電流データよりイナーシャ仮定値を修正しながらその仮
定値に最適なゲイン候補値５１を決定する。一方、機械
振動判定部２５では、まず上記と同じ位置指令値１１に
対する電流データをハイパスフィルタに通し、その２乗
値を時間積分することによって振動評価値を求め、予め
設定された振動限界値５４と比較する。又、機械振動判
定部２５には、同じ位置指令値１１に対して過去に試行
した速度ループ比例ゲインのうち、振動評価値が振動限
界値５４以下であった最大の速度ループ比例ゲインＫ
VOK と、振動評価値が振動限界値５４より大きかった最
小の速度ループ比例ゲインＫVng とが記憶されている。
【００２５】そこで、今回の試行による速度ループ比例
ゲインと振動評価値とにより、必要があればＫVOK とＫ
Vng を修正する。即ち、（今回の振動評価値＞振動限界
値）かつ（今回の速度ループ比例ゲイン＜ＫVng ）なら
ばＫVng ＝今回の速度ループ比例ゲイン、（今回の振動
評価値＜振動限界値）かつ（今回の速度ループ比例ゲイ
ン＞ＫVOK ）ならばＫVOK ＝今回の速度ループ比例ゲイ
ンとなる。機械振動判定部２５の出力であるゲイン制限
値５２は次式で決定する。
ゲインと振動評価値とにより、必要があればＫVOK とＫ
Vng を修正する。即ち、（今回の振動評価値＞振動限界
値）かつ（今回の速度ループ比例ゲイン＜ＫVng ）なら
ばＫVng ＝今回の速度ループ比例ゲイン、（今回の振動
評価値＜振動限界値）かつ（今回の速度ループ比例ゲイ
ン＞ＫVOK ）ならばＫVOK ＝今回の速度ループ比例ゲイ
ンとなる。機械振動判定部２５の出力であるゲイン制限
値５２は次式で決定する。
【数１】
【００２６】又、ゲイン決定部２６では、同定・設計部
２４で得たゲイン候補値５１の比例ゲインと機械振動判
定部２５で得たゲイン制限値５２を比較し、ゲイン制限
値５２の方が大きければ、ゲイン候補値５１を速度制御
部６で用いるゲイン５３とする。一方、ゲイン制限値５
２の方が小さければ、速度制御部６で用いるゲイン５３
の比例ゲインをゲイン制限値５２とし、積分ゲインは比
例ゲインに適した値とする。
２４で得たゲイン候補値５１の比例ゲインと機械振動判
定部２５で得たゲイン制限値５２を比較し、ゲイン制限
値５２の方が大きければ、ゲイン候補値５１を速度制御
部６で用いるゲイン５３とする。一方、ゲイン制限値５
２の方が小さければ、速度制御部６で用いるゲイン５３
の比例ゲインをゲイン制限値５２とし、積分ゲインは比
例ゲインに適した値とする。
【００２７】以上の手順を図４のフローチャートにより
説明する。まず、ステップＳ１では、イナーシャ仮定値
Ｊの初期値を決定し、それに最適なゲインを決定する。
次に、ステップＳ２では振動限界値５４を決め、ステッ
プＳ３では制御対象１，２を動作させる。その後、ステ
ップＳ４では同定・設計部２４においてイナーシャ仮定
値Ｊの修正とゲイン候補値５１の決定を行なう。ステッ
プＳ５では、機械振動判定部２５において機械振動評価
値を計算し、ステップＳ６でゲイン制御値５２を求め
る。
説明する。まず、ステップＳ１では、イナーシャ仮定値
Ｊの初期値を決定し、それに最適なゲインを決定する。
次に、ステップＳ２では振動限界値５４を決め、ステッ
プＳ３では制御対象１，２を動作させる。その後、ステ
ップＳ４では同定・設計部２４においてイナーシャ仮定
値Ｊの修正とゲイン候補値５１の決定を行なう。ステッ
プＳ５では、機械振動判定部２５において機械振動評価
値を計算し、ステップＳ６でゲイン制御値５２を求め
る。
【００２８】ステップＳ７では、ゲイン候補値５１及び
ゲイン制限値５２から速度制御部６で用いるゲイン５３
を決定し、ステップＳ８ではゲイン５３を用いて制御対
象１，２を動作させる。ステップＳ９では、新しいゲイ
ンによる動作のデータから、イナーシャの同定が終了し
ていること、及び振動制限によるゲイン制限結果が終了
条件を満足していることを確認し、チューニングを終了
する。もし終了条件を満足していなければ、ステップＳ
８での動作データを基にしてステップＳ４〜Ｓ８を繰り
返す。
ゲイン制限値５２から速度制御部６で用いるゲイン５３
を決定し、ステップＳ８ではゲイン５３を用いて制御対
象１，２を動作させる。ステップＳ９では、新しいゲイ
ンによる動作のデータから、イナーシャの同定が終了し
ていること、及び振動制限によるゲイン制限結果が終了
条件を満足していることを確認し、チューニングを終了
する。もし終了条件を満足していなければ、ステップＳ
８での動作データを基にしてステップＳ４〜Ｓ８を繰り
返す。
【００２９】なお、同定・設計部２４は図１の構成と同
じ構成とするとしたが、同様の機能が得られるものであ
れば他の構成でもよい。又、機械振動判定部２５におい
ては機械振動の評価値を電流データから求めたが、例え
ば機械系２に取り付けた加速度計からの信号や、速度検
出器からの信号などの機械振動の大きさを測定できるデ
ータを基にした値から振動評価値を求めてもよい。さら
に、この第２の実施例はノッチフィルタなどの機械振動
の抑制装置とも容易に組み合せることができる。
じ構成とするとしたが、同様の機能が得られるものであ
れば他の構成でもよい。又、機械振動判定部２５におい
ては機械振動の評価値を電流データから求めたが、例え
ば機械系２に取り付けた加速度計からの信号や、速度検
出器からの信号などの機械振動の大きさを測定できるデ
ータを基にした値から振動評価値を求めてもよい。さら
に、この第２の実施例はノッチフィルタなどの機械振動
の抑制装置とも容易に組み合せることができる。
【００３０】図５はこの発明の第３の実施例を示し、３
０ｃは振動限界値の変更が可能なオートチューニング機
能付き電動機サーボ系のコントローラ、６１はコントロ
ーラ３０ｃに設けられ、機械振動が大き過ぎる場合に押
すボタン、６２は同じく機械振動が十分小さく余裕があ
る場合に押すボタンである。
０ｃは振動限界値の変更が可能なオートチューニング機
能付き電動機サーボ系のコントローラ、６１はコントロ
ーラ３０ｃに設けられ、機械振動が大き過ぎる場合に押
すボタン、６２は同じく機械振動が十分小さく余裕があ
る場合に押すボタンである。
【００３１】次に、動作について説明する。図３に示し
たコントローラ３０ｂの場合には、予め設定された振動
限界値５４に応じて適切なゲインチューニングが行なわ
れるが、機械振動に対する許容範囲は工作機械やロボッ
トに要求される精度等の条件によって異なる。そこで、
この実施例によるコントローラ３０ｃは、振動限界値５
４を変更できるようにしたものである。
たコントローラ３０ｂの場合には、予め設定された振動
限界値５４に応じて適切なゲインチューニングが行なわ
れるが、機械振動に対する許容範囲は工作機械やロボッ
トに要求される精度等の条件によって異なる。そこで、
この実施例によるコントローラ３０ｃは、振動限界値５
４を変更できるようにしたものである。
【００３２】機械振動が大きすぎる場合に押すボタン６
１は、ある振動限界値５４によるチューニング終了後の
制御対象１，２の動作において、作業者が振動が大きす
ぎると判断した場合に押すボタンであり、このボタン６
１を押すことにより振動限界値５４が７０％減少する。
ボタン６１を押した後再びオートチューニングを行なう
ことにより、より機械振動が少ないゲインが得られる。
機械振動が十分小さく余裕がある場合に押すボタン６２
は、機械振動が十分小さい場合に押すボタンであり、振
動限界値５４を１３０％に増加させる働きがある。
１は、ある振動限界値５４によるチューニング終了後の
制御対象１，２の動作において、作業者が振動が大きす
ぎると判断した場合に押すボタンであり、このボタン６
１を押すことにより振動限界値５４が７０％減少する。
ボタン６１を押した後再びオートチューニングを行なう
ことにより、より機械振動が少ないゲインが得られる。
機械振動が十分小さく余裕がある場合に押すボタン６２
は、機械振動が十分小さい場合に押すボタンであり、振
動限界値５４を１３０％に増加させる働きがある。
【００３３】なお、上記した第３の実施例においては、
ボタン６１，６２を押すことにより変更する振動限界値
５４の割合を±３０％としたが、仕様によっては異なる
値にしてもよいし、増減量を数値で入力できるようにし
てもよい。又、現状の振動評価値をコントローラ３０ｃ
上に表示し、これを参考にして振動限界値５４を数値と
して入力できるような構成としても同様な効果が得られ
る。
ボタン６１，６２を押すことにより変更する振動限界値
５４の割合を±３０％としたが、仕様によっては異なる
値にしてもよいし、増減量を数値で入力できるようにし
てもよい。又、現状の振動評価値をコントローラ３０ｃ
上に表示し、これを参考にして振動限界値５４を数値と
して入力できるような構成としても同様な効果が得られ
る。
【００３４】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電動機
と電動機に取付けられた機械系からなる制御対象を指令
値を入力としてフィードバック制御する電動機サーボ系
の制御装置において、電動機に流れる電流を検出する電
流検出手段と、この電流検出値を時間積分する第１の時
間積分値計算手段と、該電動機サーボ系への指令値を入
力として負荷イナーシャの仮定値をパラメータとし該電
流検出値に相当する信号を持つ該電動機サーボ系のシミ
ュレーション手段と、該シミュレーション手段における
該電流検出値に相当する信号を時間積分する第２の時間
積分値計算手段と、第１の時間積分値と第２の時間積分
値との比較結果により該負荷イナーシャの仮定値の大き
さを修正して制御対象の負荷イナーシャの大きさを同定
する同定手段と、この同定値によりフィードバック制御
ループ内のゲインを調整するゲイン調整手段を備えたこ
とにより特定の入力にこだわらないもので、ノイズの影
響を受けることなく、様々な位置指令値のパターンに対
応でき、汎用的なオートチューニング機能付きコントロ
ーラが得られる。又、この発明によれば、電動機と電動
機に取付けられた機械系からなる制御対象を指令値を入
力としてフィードバック制御する電動機サーボ系の制御
装置において、電動機に流れる電流を検出する電流検出
手段と、この電流検出値を時間積分する第１の時間積分
値計算手段と、該電動機サーボ系への指令値を入力とし
負荷イナーシャの仮定値をパラメータとし該電流検出値
に相当する信号を持つ該電動機サーボ系のシミュレーシ
ョン手段と、該シミュレーション手段における該電流検
出値に相当する信号を時間積分する第２の時間積分値計
算手段と、第１の時間積分値と第２の時間積分値との比
較結果により該負荷イナーシャの仮定値の大きさを修正
して制御対象の負荷イナーシャの大きさを同定する同定
手段と、この同定値によりフィードバック制御ループ内
のゲインを決定するゲイン決定手段と、制御対象を動作
させた場合の機械振動の大きさを検出し、この大きさが
許容範囲か否かを判定する機械振動判定部と、機械振動
判定部での判定結果が許容範囲外であれば上記ゲインを
修正するゲイン修正手段を備えたことにより最適なゲイ
ンに自動的に調整することができ、調整員の作業を軽減
でき、上記効果に加えて機械振動が生じる場合にも対応
できる電動機サーボ系の制御装置が得られる。さらに、
機械振動の大きさの許容範囲を手動により変更する手段
を備えたことにより機械振動の許容範囲が手動により変
更可能であるので、工作機械の種類などによって許容範
囲を最適なものに設定することができる。
と電動機に取付けられた機械系からなる制御対象を指令
値を入力としてフィードバック制御する電動機サーボ系
の制御装置において、電動機に流れる電流を検出する電
流検出手段と、この電流検出値を時間積分する第１の時
間積分値計算手段と、該電動機サーボ系への指令値を入
力として負荷イナーシャの仮定値をパラメータとし該電
流検出値に相当する信号を持つ該電動機サーボ系のシミ
ュレーション手段と、該シミュレーション手段における
該電流検出値に相当する信号を時間積分する第２の時間
積分値計算手段と、第１の時間積分値と第２の時間積分
値との比較結果により該負荷イナーシャの仮定値の大き
さを修正して制御対象の負荷イナーシャの大きさを同定
する同定手段と、この同定値によりフィードバック制御
ループ内のゲインを調整するゲイン調整手段を備えたこ
とにより特定の入力にこだわらないもので、ノイズの影
響を受けることなく、様々な位置指令値のパターンに対
応でき、汎用的なオートチューニング機能付きコントロ
ーラが得られる。又、この発明によれば、電動機と電動
機に取付けられた機械系からなる制御対象を指令値を入
力としてフィードバック制御する電動機サーボ系の制御
装置において、電動機に流れる電流を検出する電流検出
手段と、この電流検出値を時間積分する第１の時間積分
値計算手段と、該電動機サーボ系への指令値を入力とし
負荷イナーシャの仮定値をパラメータとし該電流検出値
に相当する信号を持つ該電動機サーボ系のシミュレーシ
ョン手段と、該シミュレーション手段における該電流検
出値に相当する信号を時間積分する第２の時間積分値計
算手段と、第１の時間積分値と第２の時間積分値との比
較結果により該負荷イナーシャの仮定値の大きさを修正
して制御対象の負荷イナーシャの大きさを同定する同定
手段と、この同定値によりフィードバック制御ループ内
のゲインを決定するゲイン決定手段と、制御対象を動作
させた場合の機械振動の大きさを検出し、この大きさが
許容範囲か否かを判定する機械振動判定部と、機械振動
判定部での判定結果が許容範囲外であれば上記ゲインを
修正するゲイン修正手段を備えたことにより最適なゲイ
ンに自動的に調整することができ、調整員の作業を軽減
でき、上記効果に加えて機械振動が生じる場合にも対応
できる電動機サーボ系の制御装置が得られる。さらに、
機械振動の大きさの許容範囲を手動により変更する手段
を備えたことにより機械振動の許容範囲が手動により変
更可能であるので、工作機械の種類などによって許容範
囲を最適なものに設定することができる。
【図１】この発明装置の第１の実施例による構成図であ
る。
る。
【図２】この発明装置の第１の実施例によるゲイン調整
動作中の電流信号波形図である。
動作中の電流信号波形図である。
【図３】この発明装置の第２の実施例による構成図であ
る。
る。
【図４】この発明装置の第２の実施例による動作を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図５】この発明装置の第３の実施例による外観図であ
る。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はその拡大図であ
る。
る。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はその拡大図であ
る。
【図６】従来装置の構成図である。
１ 電動機 １ｂ 電動機・機械系モデル ２ 機械系 ３ 位置速度検出器 ４ 電流検出器 ５，５ｂ 電流制御部 ６，６ｂ 速度制御部 ７，７ｂ 位置制御部 ２１ 電流面積計算部 ２２ イナーシャ修正量決定部 ２３，２６ ゲイン決定部 ２４ 同定・設計部 ２５ 機械振動判定部 ３０ａ〜３０ｃ 電動機サーボ系コントローラ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 5/00 G05B 13/04
Claims (3)
- 【請求項１】 電動機と電動機に取付けられた機械系か
らなる制御対象を指令値を入力としてフィードバック制
御する電動機サーボ系の制御装置において、電動機に流
れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出値を
時間積分する第１の時間積分値計算手段と、該電動機サ
ーボ系への指令値を入力として負荷イナーシャの仮定値
をパラメータとし該電流検出値に相当する信号を持つ該
電動機サーボ系のシミュレーション手段と、該シミュレ
ーション手段における該電流検出値に相当する信号を時
間積分する第２の時間積分値計算手段と、第１の時間積
分値と第２の時間積分値との比較結果により該負荷イナ
ーシャの仮定値の大きさを修正して制御対象の負荷イナ
ーシャの大きさを同定する同定手段と、この同定値によ
りフィードバック制御ループ内のゲインを調整するゲイ
ン調整手段を備えたことを特徴とする電動機サーボ系の
制御装置。 - 【請求項２】 電動機と電動機に取付けられた機械系か
らなる制御対象を指令値を入力としてフィードバック制
御する電動機サーボ系の制御装置において、電動機に流
れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出値を
時間積分する第１の時間積分値計算手段と、該電動機サ
ーボ系への指令値を入力とし負荷イナーシャの仮定値を
パラメータとし該電流検出値に相当する信号を持つ該電
動機サーボ系のシミュレーション手段と、該シミュレー
ション手段における該電流検出値に相当する信号を時間
積分する第２の時間積分値計算手段と、第１の時間積分
値と第２の時間積分値との比較結果により該負荷イナー
シャの仮定値の大きさを修正して制御対象の負荷イナー
シャの大きさを同定する同定手段と、この同定値により
フィードバック制御ループ内のゲインを決定するゲイン
決定手段と、制御対象を動作させた場合の機械振動の大
きさを検出し、この大きさが許容範囲か否かを判定する
機械振動判定部と、機械振動判定部での判定結果が許容
範囲外であれば上記ゲインを修正するゲイン修正手段を
備えたことを特徴とする電動機サーボ系の制御装置。 - 【請求項３】 機械振動の大きさの許容範囲を手動によ
り変更する手段を備えたことを特徴とする請求項２記載
の電動機サーボ系の制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3095126A JP2954378B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 電動機サーボ系の制御装置 |
| US07/874,262 US5304905A (en) | 1991-04-25 | 1992-04-24 | Motor servo-system controller having comparison of detected current with model current integrations |
| DE4213795A DE4213795C2 (de) | 1991-04-25 | 1992-04-27 | Motor-Servosystem-Regelung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3095126A JP2954378B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 電動機サーボ系の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04325886A JPH04325886A (ja) | 1992-11-16 |
| JP2954378B2 true JP2954378B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=14129136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3095126A Expired - Lifetime JP2954378B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 電動機サーボ系の制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5304905A (ja) |
| JP (1) | JP2954378B2 (ja) |
| DE (1) | DE4213795C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0646587A (ja) * | 1992-03-27 | 1994-02-18 | Sanyo Electric Co Ltd | モータサーボ装置 |
| JP3084928B2 (ja) * | 1992-05-29 | 2000-09-04 | 三菱電機株式会社 | 電動機の位置制御装置 |
| US5475291A (en) * | 1992-12-10 | 1995-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Adjustment device for adjusting control parameters of a servo motor and an adjustment method therefor |
| JP2654354B2 (ja) * | 1994-09-27 | 1997-09-17 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | モータの速度制御装置及びモータの速度制御方法 |
| KR100374052B1 (ko) * | 1995-05-17 | 2003-05-16 | 가부시키가이샤 야스가와덴끼 | 제어상수동정장치 |
| JP3625901B2 (ja) * | 1995-06-30 | 2005-03-02 | 三菱電機株式会社 | サーボ制御システムの自動適正化方法および装置 |
| JP3509413B2 (ja) * | 1995-10-30 | 2004-03-22 | 株式会社デンソー | モータ制御装置 |
| US5777444A (en) * | 1995-12-27 | 1998-07-07 | Nikon Corporation | Drive device for a vibration actuator which prevents the cogging phenomenon |
| JP3185857B2 (ja) * | 1996-12-20 | 2001-07-11 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置 |
| DE19734208A1 (de) * | 1997-08-07 | 1999-02-11 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung optimaler Reglerparamter für eine Drehzahlregelung |
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| JP2000092881A (ja) * | 1998-09-18 | 2000-03-31 | Yaskawa Electric Corp | 電動機制御装置 |
| JP4609684B2 (ja) * | 1999-04-05 | 2011-01-12 | ソニー株式会社 | ロボット、サーボ回路、アクチュエータ、ロボットの制御方法及びアクチュエータの制御方法 |
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| JP3462819B2 (ja) | 1999-12-07 | 2003-11-05 | 株式会社日立ハイテクインスツルメンツ | 電子部品供給装置及び電子部品供給方法 |
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| JP4664576B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2011-04-06 | 三菱電機株式会社 | サーボ制御装置 |
| US6949905B2 (en) * | 2001-07-04 | 2005-09-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Servo control system and method of setting |
| DE10135220B4 (de) * | 2001-07-24 | 2007-06-14 | Fisw Steuerungstechnik Gmbh | Antriebssystem sowie Verfahren zur Bestimmung der Bandbreite eines solchen Antriebssystems |
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