JP4327880B2

JP4327880B2 - ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置

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Publication number: JP4327880B2
Application number: JP2008000133A
Authority: JP
Inventors: 平輔岩下; 肇置田; 宏之河村; 裕也上野
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2028-01-04
Also published as: CN101477330A; EP2077614A3; CN101477330B; EP2077614A2; US20090174357A1; US7956568B2; JP2009165258A

Description

本発明は、駆動対象などに応じて速度制御ゲインを自動調整可能なゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置に関する。

一般に、サーボモータ制御装置において、駆動対象に応じて速度制御ゲインを定めることは速度制御の応答性を改善する上で重要である。速度制御ゲインの最適値は、モータが駆動する駆動対象に応じて変化するため、制御対象に応じて速度制御ゲインを調整する必要がある。速度制御ゲインを調整する方法の一例としては、周波数応答法による解析を行い、入出力ゲインのゲイン余裕、位相余裕を観測し、この値を目安に演算定数に対する調整倍率を設定する方法が知られている。

しかし、ゲイン余裕を観測する方法では、例えば位相遅れが−１８０゜となる周波数での入出力ゲインが−３ｄＢ程度となるように調整が行われるが、調整前のゲイン余裕の観測値と−３ｄＢとの比率で調整倍率を設定すると、設定された調整倍率を使用した結果は、入出力ゲインが−３ｄＢを上回る結果となることが判明している。入出力ゲインが−３ｄＢを上回るのは、演算定数と速度制御の周波数特性の入出力ゲインとの関係が比例関係にないためである。また、ゲイン余裕だけを観測していたのでは、位相遅れが−１８０゜となる周波数以外の周波数での入出力ゲインが大きくなることがあった。

他の従来の一例として、ＨＤＤのヘッド位置決め制御系に適用した位置決め制御システムのゲイン調整方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１の段落番号[０００７]には、「ヘッドの現在位置と目標位置との位置誤差に対応する位置誤差信号を出力する検出手段を有し、基準測定信号と位置誤差信号の各振幅値を比較して比較結果が一致するようにシステムのゲインを調整する」と記載されています。

また、他の従来の一例として、周波数を同定可能な駆動制御装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２の段落番号[００５６]には、「位置指令値から生成した電流指令値に所定の信号（異なる周波数の正弦波が順次出力される信号や同一振幅からなる複数の周波数を重畳させた信号）を加算し、その加算結果を用いてサーボモータを制御する。一方で、サーボモータの応答（速度フィードバック値，位置フィードバック値，電流フィードバック値など）を測定し、その測定結果に対して所定の演算を施した値である特徴量（サーボモータの応答の最大値と最小値との差）と予め規定された目標値とを比較する。このとき、たとえば、特徴量が所定の範囲内に存在しない場合は、特徴量と目標値が近くなるように上記所定信号の振幅を変動させ、その後、この調整を繰り返し実行し、特徴量が所定の範囲内に入った段階で、十分な周波数特性同定精度が得られた、と判断する。これにより、最適な状態に調整された上記所定信号を用いて周波数特性を同定できるため、フィードバック制御系が変わった場合であっても、精度良く周波数特性を同定することができる」と記載されている。

特開平８−１９５０４３号公報特開２００３−３１６４０２号公報

本発明は、速度制御ゲインの調整を容易かつ正確に行うことができ、サーボモータの制御の信頼性を高めることができるゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、前記トルク指令値に所定周波数のトルク外乱を加算する外乱加算部と、前記トルク外乱を制御系の入力値とし、前記トルク指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなるトルク外乱の周波数を特定する周波数特定部と、該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率に１未満の所定の修正係数を掛けた値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、前記速度指令値に所定周波数の速度外乱を加算する外乱加算部と、前記速度外乱を制御系の入力値とし、前記速度指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなる速度外乱の周波数を特定する周波数特定部と、該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率に１未満の所定の修正係数を掛けた値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、前記トルク指令値に所定周波数のトルク外乱を加算する外乱加算部と、前記トルク外乱を制御系の入力値とし、前記トルク指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなるトルク外乱の周波数を特定する周波数特定部と、該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率から１を引いた値に１未満の所定の修正係数を掛けて、さらに１を足した値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、前記速度指令値に所定周波数の速度外乱を加算する外乱加算部と、前記速度外乱を制御系の入力値とし、前記速度指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなる速度外乱の周波数を特定する周波数特定部と、該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率から１を引いた値に１未満の所定の修正係数を掛けて、さらに１を足した値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置において、前記トルク外乱および前記速度外乱は正弦波状であることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置において、前記周波数特定部により特定された周波数は、位相遅れが−１８０゜と同程度ないしはそれより絶対値が小さい値となる周波数であり、前記入出力ゲイン目標値を０ｄＢ以下の所定の値として、該周波数での入出力ゲインが該入出力ゲイン目標値に近づく調整を行うことを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置において、前記周波数特定部により特定された周波数より低い周波数において、前記入出力ゲインの最大値を求める最大ゲイン算出部を有し、前記最大値が０ｄＢ以上の所定の値より大きい場合には、前記最大値と前記所定の値との比率で前記速度制御部の調整倍率を下げることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置において、前記周波数特定部により特定された周波数より高い周波数において、共振周波数での入出力ゲインが所定の値を超えた場合には、該入出力ゲインと前記所定の値との比率に応じて前記速度制御部の調整倍率を下げることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項１又は２に記載のサーボモータ制御装置において、前記調整倍率を再設定した後、新しい調整倍率における入出力ゲインを求め、該入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように前記調整倍率の再設定を繰り返し、前記入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値を含む所定の範囲内に入った事で再設定を終了することを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項３又は４に記載のサーボモータ制御装置において、前記調整倍率を再設定した後、新しい調整倍率における入出力ゲインを求め、該入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように前記調整倍率の再設定を繰り返し、前記入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値を含む所定の範囲内に入った事で再設定を終了することを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項９に記載のサーボモータ制御装置において、１回目の前記調整倍率の再設定に使用する前記修正係数よりも、２回目の前記調整倍率の再設定に使用する前記修正係数のほうが大きいことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、前記特定した入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように速度制御ゲインが容易かつ正確に自動調整され、サーボモータの制御の応答性を高めることができる。また、前記特定した入出力ゲインと前記所定の入出力ゲイン目標値との比率に直接修正係数をかけることにより、前記調整倍率の変化の幅を大きくし、一定時間における調整の自由度を高めることができる。

請求項２記載の発明によれば、前記特定した入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように速度制御ゲインが容易かつ正確に自動調整され、サーボモータの制御の応答性を高めることができる。また、前記特定した入出力ゲインと前記所定の入出力ゲイン目標値との比率に直接修正係数をかけることにより、前記調整倍率の変化の幅を大きくし、一定時間における調整の自由度を高めることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明による方法よりも調整倍率の変化分を和らげることができ、また、修正比率が１以上(倍率上昇)と判断したものが１未満(倍率下降)と計算されること、またはその逆に計算されることがなくなり、より安定した速度制御ゲインの調整を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の発明による方法よりも調整倍率の変化分を和らげることができ、また、修正比率が１以上(倍率上昇)と判断したものが１未満(倍率下降)と計算されること、またはその逆に計算されることがなくなり、より安定した速度制御ゲインの調整を行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、周波数応答法による解析によって、速度制御ゲインの調整を正確に行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、周波数特定部により特定する周波数は、位相遅れが−１８０゜と同程度ないしはそれより絶対値が小さい値となる周波数であるから、制御が応答できる周波数領域における速度制御ゲイン調整の必要性を満たすことができる。

請求項７記載の発明によれば、周波数特定部により特定された周波数より低い周波数領域において、制御の信頼性を高めることができる。この周波数領域は制御が応答出来る周波数領域であり、０ｄＢを多少こえても問題にはならないが、安全のため、例えば最大値が５ｄＢ〜１０ｄＢを超える場合には演算定数を下げることで、制御の安定性を高めることができる。

請求項８記載の発明によれば、共振周波数で制御が不安定になったり、制御不能になったりすることを防止することができる。調整倍率を求める周波数より高い周波数では制御は十分に応答出来ない周波数であるため、入出力ゲインを−３ｄＢ〜−１０ｄＢ以下程度に下げておく必要があるが、０ｄＢ以下の所定の値以上に大きい値が観測された場合に、演算定数を下げることで、制御の安定性を高めることができる。

請求項９記載の発明によれば、前記調整倍率を再設定した後、新しい調整倍率における入出力ゲインを求め、該入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように前記調整倍率の再設定を繰り返し、前記入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値を含む所定の範囲内に入った事で再設定を終了することにより、適切な調整倍率をより正確に求めることができる。

請求項１０記載の発明によれば、前記調整倍率を再設定した後、新しい調整倍率における入出力ゲインを求め、該入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように前記調整倍率の再設定を繰り返し、前記入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値を含む所定の範囲内に入った事で再設定を終了することにより、適切な調整倍率をより正確に求めることができる。

請求項１１記載の発明によれば、例えば、１回目の調整倍率を求める際に使用する修正係数は０．６倍程度の小さめの値が使用され、２回目の調整倍率を求める際には、１に近い修正係数が使用される事で、調整を繰り返す毎に入出力ゲインの目標値に近い結果を得ることができる。調整倍率を求めるには、一般には位相遅れ量が−１８０°となる周波数で行われるが、制御的に応答性が求められる周波数の限界値と解釈して、−９０°〜−１８０°程度の範囲で任意に設定する事が可能であり、周波数を高い値に設定する事で、検出誤差が小さくなり、より安定に調整倍率を求めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。本発明に係るサーボモータ制御装置１は、駆動源としてのサーボモータ２を制御することで、例えば産業用ロボットの関節や工作機械のテーブルなどの駆動対象を動作させるものである。

図１には、サーボモータ制御装置１を介して上流側に位置する図示しない上位制御装置からサーボモータ２への制御指令の流れを示すブロック図が示されている。図示されるように、サーボモータ制御装置１は、速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に速度制御ゲインを乗じることでトルク指令値を出力する速度制御部３と、トルク指令値にトルク外乱６が加算された値が入力されて電流指令値を出力する電流制御部５と、速度制御部３の速度制御ゲインを自動調整するゲイン調整部４と、を備えている。サーボモータ２には、図示しないサーボアンプを介して電流制御部５からの電流指令値が提供され、ロボットや工作機械などの駆動対象を動作させるようになっている。

図２を用いて速度制御部３をさらに詳しく説明すると、速度制御部３は、速度指令値と速度検出値の差分である速度偏差に速度比例ゲイン（演算定数）７を乗じて得られた値に、速度偏差の積分値に速度積分ゲイン（演算定数）８を乗じて得られた値を加算し、これに所定の調整倍率ｍａｇを乗じることでトルク指令を出力する。ここで、本明細書では、速度比例ゲイン７及び速度積分ゲイン８に調整倍率ｍａｇが乗じられることにより得られた総合的なゲインを速度制御ゲインと定めることとする。

図３に示すように、ゲイン調整部４は、トルク外乱６を制御系の入力値とし、トルク指令値を制御系の出力値として、入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部１１と、トルク外乱６の周波数を変えながら所定の位相遅れとなるトルク外乱６の周波数を特定する周波数特定部１２と、周波数特定部１２で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部１３と、特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率に所定の修正係数αを掛けた値を調整倍率ｍａｇに掛けることにより調整倍率ｍａｇを設定する倍率再設定部１４と、を備えている。このようなゲイン調整部４により、調整倍率ｍａｇが自動で設定されるようになっている。

次に、図４〜７を参照しながら、倍率再設定部１４における修正係数αの決定方法について説明する。
図４に示すように、入出力ゲインＡに比率Ｘをかけて入出力ゲインＢ(所定のゲイン目標値)に近づける調整を行うとき、
「ｄＢ値＝20log入出力倍率」であるから、
入出力ゲインＡ＝20log入出力倍率Ａ、入出力倍率Ａ＝１０^{入出力ゲインA/20}となり、
入出力ゲインＢ＝20log入出力倍率Ｂ、入出力倍率Ｂ＝１０^{入出力ゲインB/20}となる。
そして、入出力ゲインＢを入出力ゲインＡからみた比率Ｘは、
比率Ｘ＝入出力倍率Ｂ／入出力倍率Ａ＝１０^{入出力ゲインB/20}／１０^{入出力ゲインA/20}
＝１０^{(入出力ゲインB-入出力ゲインA)/20}として求まる。

図５には、入出力ゲインＡを５倍した値が入出力ゲインＢであることが示されている。しかし、機械の非線形性から、比率Ｘ(この例では５倍)をそのまま速度制御部３の調整倍率ｍａｇにかけても入出力ゲインＢの特性は得られず、図６に示すように、入出力ゲインＢをこえる、入出力ゲインＣという結果になる。超える幅は、機械構成、負荷など、環境によって異なる（サーボモータ特性の差異と考える)。

そこで、修正係数αを定義して、比率Ｘに掛け、その値を調整倍率ｍａｇに掛けることによって、入出力ゲインＣが上昇しすぎないようにすることを試みる。このとき、比率Ｘが１以上であったものが１未満になる(入出力ゲインを上昇させるべきところが下降してしまう)ことも考えられるが、変化の幅が大きいため、一定時間における調整の自由度が高まる。

修正係数αの決定方法としては、Ｘαを調整倍率に掛けて得た入出力ゲインをＤとした場合、ＤがＡよりＢに近くなる、つまり、｜Ｄ−Ｂ｜＜｜Ｂ−Ａ｜となる範囲にαを決定するようにしたい。そのためには、
Ｂ≦Ｄの時、αを１／Ｘより少し大きな値（＝β⁺とする)にすることで実現する(αの下限)。また、Ｄ−Ｂ＝Ｂ−Ａとなるαをγとすると、αはβ⁺＜α＜γの範囲で任意に決定することができる。β＜α＜γの範囲内で、入出力ゲインが所定の入出力ゲインＢとなるαを特定できることが理想的であるが、β⁺＜α＜γの範囲で任意に決定しても所定の入出力ゲインＢに必ず近づくため、定義上問題ない。

Ｂ＞Ｄの時、αを１／Ｘより少し小さな値(=β^-とする)にすることで実現することができる(αの上限)。また、Ｂ−Ｄ＝Ａ−Ｂとなるαをγとすると、αはγ＜α＜β^-の範囲で任意に決定できる。γ＜α＜β^-の範囲内で、入出力ゲインが所定の入出力ゲインＢとなるαを特定できることが理想的であるが、γ＜α＜β^-の範囲で任意に決定しても所定の入出力ゲインＢに必ず近づくため、定義上問題ない。

以上のようにして、１未満の修正係数αが決定され、図７に示すように、入出力ゲインＢに近い入出力ゲインＤを求めることができる。

次に、図８を参照しながら、他の方法で修正係数αを決定する方法を説明する。
この方法では、１未満の修正係数αを定義し、直接比率Ｘに掛けるのではなく、式（１）に示すように、Ｂ−Ａ(Ａの変化分)にαを掛けて変化分を和らげることによって、Ｂに近づける方法である。
｛Ａ＋(Ｂ−Ａ)×α｝／Ａ＝１＋(Ｘ−１)×α ・・・（１）
つまり、式（１）を調整倍率ｍａｇに掛けて得た入出力ゲインがＤとして求まることになる。αの決定方法としては、ＤがＡよりＢに近くなる、つまり、｜Ｄ−Ｂ｜＜｜Ｂ−Ａ｜となる範囲にαを決定する必要がある。図８に示すように、α＝０の時、Ｄ=Ａであることから、αを０に近い正の値に設定すれば、必ず条件｜Ｄ−Ｂ｜＜｜Ｂ−Ａ｜を満たすことができる。αを大きくしていくと、Ｄは単調増加(または単調減少)し、｜Ｄ−Ｂ｜が０に限りなく近くなる点が存在する。αが更に大きくなるとやがて条件を満たさなくなり(｜Ｄ−Ｂ｜＞｜Ｂ−Ａ｜となる)、調整後の方が調整前より所定の入出力ゲインＢから遠ざかることとなる。まとめると、Ｄ−Ｂ＝Ｂ−Ａとなるαをγとすると、αは０＜α＜γの範囲で任意に決定される。

この方法では、最適なαを一度に決めること難しいが、確実に所定の入出力ゲインＢに近づけることができる。これらの一連の動作は、手動による情報の入力等が必要ないため、自動調整であるということができる。

この方法は倍率の変化分を和らげる特徴を持つため、倍率に大きな変化が必要である時に回数がかかるものの、比率Ｘが１以上(倍率上昇)であったものが１未満(倍率下降)になってしまう事がなく、より安定した調整を行うことができる。

図９〜１１には、調整前と調整後のボード線図が示されている。
図９は、調整前の倍率１００％でのボード線図である。図において、位相遅れが−１８０゜になる周波数での入出力ゲインは−１６．７ｄＢとなっている。入出力ゲインの目標値を−３ｄＢとした場合、入出力ゲインの目標値と実測値（解析値）との比率Ｘは、
１０^(-3+16.7)/20＝４．８４（倍）となる。この比率Ｘを倍率１００％に掛けることにより、調整倍率が４８４％として求まる。

図１０は、修正倍率が４８４％でのボード線図である。図において、位相遅れが−１８０゜になる周波数での入出力ゲインは２．９ｄＢとなっている。これは、得られた入出力ゲインが入出力ゲインの目標値の−３ｄＢより５．９ｄＢ高いことを示している。ここで、修正係数αは、(-3+16.7)/(2.9+16.7)=0.699として求まる。そして、式（１）より、(4.84-1)×0.699+1=3.68が求まり、調整倍率が３６８％として求まる。

図１１には、修正倍率が３６８％でのボード線図である。図において、位相遅れが−１８０゜になる周波数での入出力ゲインは−１．８ｄＢとなり、入出力ゲインの目標値の−３ｄＢに非常に近い結果が得られる。

次に、図１２を参照しながら、入出力ゲインのゲイン閾値について説明する。位相遅れが−１８０°と同程度ないしはそれより絶対値が小さい周波数領域では、入出力ゲインの最大値を、０ｄＢ以上の所定の値(例えば５ｄＢ〜１０ｄＢ程度)を超えないように調整倍率を設定することによって、制御が応答できる周波数領域における安定性を確保することができる。位相遅れ−１８０゜より絶対値が大きい周波数領域では、入出力ゲインを−３ｄＢ〜−１０ｄＢ以下に抑えるように、倍率が調整される。この周波数領域は制御が十分に応答できないため、ゲインを抑えることによって、共振周波数で制御が不安定になることを回避することができる。

また、位相遅れ−１８０゜付近では制御による出力トルクの反映が入力トルクと同じ方向になってしまうため、０ｄＢ(つまり１倍)をこえると発散してしまうことになる。従って、一般的に、制御系が安定した状態で最大まで速度制御ゲインを上げようとすると、位相遅れが−１８０゜付近の所定の位相遅れにおける入出力ゲインが０ｄＢ以下の所定の値をこえないように、倍率が調整される。また、位相遅れ−１８０゜より絶対値が小さい周波数領域では、０ｄＢを多少超えても問題はないが、ゲインの最大値が５ｄＢ〜１０ｄＢを超えないように、倍率が調整される。入出力ゲインの最大値は最大ゲイン算出部により求められ、最大値が５ｄＢ〜１０ｄＢより大きい場合には、最大値と所定の閾値の差による比率で調整倍率が下がるように調整される。

図１３は、倍率の初期値と修正係数αの最適値との関係を示したものである。ここで、「倍率の初期値」とは、制御装置を製造した者、または使用している者が、制御装置を使用する前に設定した倍率の値をいい、「αの最適値」とは、横軸の倍率の初期値において、入出力ゲインの比率を求め、そこにαを掛けた値を倍率の初期値に掛け、新たな倍率で求めた入出力ゲインが所定の入出力ゲイン目標値となった時のαの値をいう。倍率の初期値が小さいほど、αの最適値が小さい結果となっている。一例として、図９〜１１の結果より判るように、倍率の初期値が１００％の場合は、修正係数αが０．６８として求まる。倍率の初期値とαの最適値との関係は、全ての制御に一義的に定まるものではないが、全ての制御に共通する傾向を示すものとして、利用することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態では、図１に示すように、トルク指令値にトルク外乱６が加算されているが、図１４に示すように、速度指令値に速度外乱９を加算して、調整倍率を再設定することも可能である。(請求項２、４)

本発明に係るサーボモータ制御装置を介して、上流側に位置する図示しない上位制御装置からサーボモータへの制御指令の流れを示すブロック部である。図１に示す速度制御部の拡大図である。ゲイン調整部の構成図である。修正係数αを決定する方法を説明するために使用するゲインのボード線図である。図４のゲインのボード線図において、比率Ｘを示す説明図である。調整された入出力ゲインＣを示す説明図である。調整された入出力ゲインＤを示す説明図である。修正係数αを決定する他の方法を説明するために使用するボード線図である。倍率１００％の調整前のボード線図である。調整倍率４８４％の調整後のボード線図である。調整倍率３６８％の調整後のボード線図である。調整後のゲインの閾値を説明する説明図である。倍率の初期値とαの最適値との関係を示す説明図である。図１に示すブロック図の変形を示し、速度指令値に速度外乱が加算されている、請求項２、４に対応するブロック図である。

符号の説明

１，１Ａサーボモータ制御装置
３速度制御部
４ゲイン調整部
６トルク外乱
７速度比例ゲイン
８速度積分ゲイン
９速度外乱
１０外乱加算部
１１入出力特性推定処理部
１２周波数特定部
１３入出力ゲイン特定部
１４倍率再設定部

Claims

速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、
速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、
前記トルク指令値に所定周波数のトルク外乱を加算する外乱加算部と、
前記トルク外乱を制御系の入力値とし、前記トルク指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、
周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなるトルク外乱の周波数を特定する周波数特定部と、
該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、
特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率に１未満の所定の修正係数を掛けた値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、
を備えたことを特徴とするサーボモータ制御装置。
速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、
速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、
前記速度指令値に所定周波数の速度外乱を加算する外乱加算部と、
前記速度外乱を制御系の入力値とし、前記速度指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、
周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなる速度外乱の周波数を特定する周波数特定部と、
該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、
特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率に１未満の所定の修正係数を掛けた値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、
を備えたことを特徴とするサーボモータ制御装置。
速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、
速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、
前記トルク指令値に所定周波数のトルク外乱を加算する外乱加算部と、
前記トルク外乱を制御系の入力値とし、前記トルク指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、
周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなるトルク外乱の周波数を特定する周波数特定部と、
該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、
特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率から１を引いた値に１未満の所定の修正係数を掛けて、さらに１を足した値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、
を備えたことを特徴とするサーボモータ制御装置。
速度制御ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置であって、
速度指令値と速度検出値との差分である速度偏差に、演算定数と該演算定数を調整するために予め設定された調整倍率との積である前記速度制御ゲインを掛けることによりトルク指令値を算出する速度制御部と、
前記速度指令値に所定周波数の速度外乱を加算する外乱加算部と、
前記速度外乱を制御系の入力値とし、前記速度指令値を制御系の出力値としたときの入出力ゲインと位相遅れを推定する入出力特性推定処理部と、
周波数応答法による解析を行い、所定の位相遅れとなる速度外乱の周波数を特定する周波数特定部と、
該周波数特定部で特定した周波数での入出力ゲインを特定する入出力ゲイン特定部と、
特定した入出力ゲインと所定の入出力ゲイン目標値との比率から１を引いた値に１未満の所定の修正係数を掛けて、さらに１を足した値を前記調整倍率に掛けることにより前記調整倍率を再設定する倍率再設定部と、
を備えたことを特徴とするサーボモータ制御装置。
前記トルク外乱および前記速度外乱は正弦波状であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置。
前記周波数特定部により特定された周波数は、位相遅れが−１８０゜と同程度ないしはそれより絶対値が小さい値となる周波数であり、前記入出力ゲイン目標値を０ｄＢ以下の所定の値として、該周波数での入出力ゲインが該入出力ゲイン目標値に近づく調整を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置。
前記周波数特定部により特定された周波数より低い周波数において、前記入出力ゲインの最大値を求める最大ゲイン算出部を有し、前記最大値が０ｄＢ以上の所定の値より大きい場合には、前記最大値と前記所定の値との比率で前記速度制御部の前記調整倍率を下げることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置。
前記周波数特定部により特定された周波数より高い周波数において、共振周波数での入出力ゲインが所定の値を超えた場合には、該入出力ゲインと前記所定の値との比率に応じて前記速度制御部の前記調整倍率を下げることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のサーボモータ制御装置。
前記調整倍率を再設定した後、新しい調整倍率における入出力ゲインを求め、該入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように前記調整倍率の再設定を繰り返し、前記入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値を含む所定の範囲内に入った事で再設定を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーボモータ制御装置。
前記調整倍率を再設定した後、新しい調整倍率における入出力ゲインを求め、該入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値に近づくように前記調整倍率の再設定を繰り返し、前記入出力ゲインが前記所定の入出力ゲイン目標値を含む所定の範囲内に入った事で再設定を終了することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のサーボモータ制御装置。
１回目の前記調整倍率の再設定に使用する前記修正係数よりも、２回目の前記調整倍率の再設定に使用する前記修正係数のほうが大きいことを特徴とする請求項９に記載のサーボモータ制御装置。