WO2004008624A1 - サーボ制御装置のゲイン調整方法 - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、機械の場所によるバラツキを抑えるサーボ制御装置のゲイン調整方法を提供する。本発明は、サーボモータからの速度フィードバックと指令値との偏差を入力してトルク指令を出力する速度制御を持つサーボ制御装置のゲイン調整方法において、機械の可動範囲を移動して複数の場所で、速度ループゲインを上げて振動させた後、前記速度ループゲインを下げて行き振動の収まるゲインを最大値として機械に応じたゲイン設定値とするものである。

Description

明 細 書 サーボ制御装置のゲイン調整方法 く技術分野 >

本発明は、 直動テーブル、 X Yテーブルあるいはロボッ ト等の機械を駆 動するサーボモータの制御に関するもので、 （ 1 ) 機械の動作によって機 械の支持条件や姿勢などが変わった結果、 振動特性が変化する場合にも対 応できる機械においてサーボ制御装置のゲイン調整方法に関するもの、

( 2 ) サーボ制御装置におけるサーボ制御ゲインを自動設定する場合に、 制御ゲインを上げて振動の応答よ り制御ゲインを抽出する方法において、 停止時振動よ り制御ゲイ ンを抑制するゲイ ン調整方法に関する もの、

( 3 ) 同じく、 サーボ制御装置におけるサ一ボ制御ゲインを自動設定する 場合に、 特に機械等を加振手段による加振と振動を検出することによりサ ーボ制御ゲインの限界値を検出する方法において、 オブザーバ等の制御方 法を選択して最適な制御を得るゲイン調整方法に関するもの、 （4 ) サー ボ制御装置にチューニングのシーケンスを組み込んで外部からの操作と シーケンスよ り指令を発生し、 運転してその情報からゲインを上げるなど を行うゲイン調整方法に関するものである。 く背景技術〉

従来の一般的なサ一ボ制御装置は、 図 1 5に示すよ うに、 制御対象のサ ーボモータ 6 と、 そのモータ 6をべ一ス ドライブ回路 4よ り トランジスタ 5をスイ ッチングして駆動するインバータ部と、 位置制御、 速度制御を演 算する C P U 2 と、 C P U 2からの電流指令を入力してベース ドライブ回 路 4への ドライブ指令を出力する電流アンプ 3 とで構成されている。

こ う した、 サーボ制御装置におけるゲイン調整方法の 1例と しては、 例 えば、 特開平 2— 2 6 1 0 8 3号に開示の 「サーボ系の発振検出および速 度ループゲイン自動調整方式」 が挙げられる。 この場合は、 サーボモータ をスティ ックステップさせて逆方向へも回転させ、 これを繰り返し、 速度 ループゲインを順次上げて振動を起こさせ、 サーボモータの実速度変化を 微分した加速度変化を周波数分析してサーボ系の発振を検出し、 この発振 周波数と、 予め設定してある基準の周波数を比較しながら、 発振周波数が 基準周波数に一致するか、 あるいは、 その近傍値になるよ うに速度ループ ゲインを調整している。

また、 特開平 6— 2 4 2 8 3 3号に開示の 「自動調整サーボ制御装置」 では、 サーボモータに接続される負荷機械の変化に対応できるよ うに、 サ ーボモータの動作開始時に、 予め設定済みの標準負荷時の最適パラメータ を設定して動作を開始し、 動作開始時から一定時間の問観察して、 その間 の偏差カウンタ曲線と、 予め設定された標準負荷による最適パラメータを 使用した場合の偏差力ゥンタ曲線の規範モデルとの差を積分して、 実際の 負荷を推定し、 予め作成して記憶する各種負荷とこれに対応する最適制御 パラメータのテーブルを参照することで、 実際の負荷に対応する最適制御 パラメ一タに変更できる。

しかしながら、上記従来技術では、特開平 2 - 2 6 1 0 8 3号の場合は、 ゲインを上げてサーボ系を発振させ、 そのゲインを最大値と していた。 つ まり、 ゲインが上がった所でパラメータ調整を行うため調整に余裕が無く ， また、 機械のある特定の場所 （又は位置） で発振したゲインを算出してい たので、 機械の場所が変わればゲインも変わり、 機械の場所毎にバラツキ があって、 場所によっては振動を起こしてしまう という問題があった。 また、 特開平 6 - 2 4 2 8 3 3号の場合は、 一定時間観測しなければな らないので場所毎のバラツキは抑えられず、 更に、 変化するのは負荷だけ なので、 正確なパラメータの調整はできないという問題があった。

そこで、本発明は、機械を駆動するサーボモータ及ぴサ一ボ制御装置で、 機械の特定の場所だけではなく全可働範囲を移動してゲイン調整を行う ことにより、 場所によるバラツキを無く し確実なォー トチューニングを可 能にするサーボ制御装置のゲイン調整方法を提供することを第 1の目的 と している。

また、 特開平 2— 2 6 1 0 8 3号ではゲインを上げて発振させて、 そこ のゲインを最大値と していた。 つまりそこからマシン等を考慮してゲイン の最大値にしたり、 調整等をしていた。 更に、 特開平 6— 2 4 2 8 3 3号 公報では偏差力ゥンタから負荷の状態を推定して、 負荷の状態から制御パ ラメータを選択して制御ゲインを調整していた。 つまり負荷に応じて位置 や速度制御のゲインを決めていた。

ところが、 上記従来技術では、 ゲインを上げて発振状態になってからで ないと前兆が無いため発振が観測できないので時間がかかる問題があつ た。 すなわち、 停止中等ではゲインを上げた直後に発振するのではなく、 また運転中でも図 1 6 ( i ) に Aおよび Bで示したように発生しやすいと ころで振動し始める。 つま り機械には摩擦や負荷等があり、 そしてこれら は振動を抑えるように働くので大きなきっかけがないと発振はしない。 そ こで図 1 6 ( i i ) のように発振等しやすいように 1回 1回早い速度、 長い 送りの指令をして発振が始まる迄の時間遅れを見越して 1回の指令で 1 回ずつゲインをゆつく り上げる必要があり、 そうすると最大ゲインを検出 する迄の時間が長く なる問題がある。

図 1 7はこれを無視してゲインを早く上げた場合を示しており、 時点 t 1では既にゲインを上げ過ぎており、 そうすると図 1 7のよ うに発振を検 出した時点 t 2では、 さ らにゲインが上がり過ぎており、 ゲインを下げて も図の Cで示したよ うに容易には発振が止まらないため、 マシンが大きく 振動してしまう問題があった。 また発振はしなくても振動気味の場合でも 細かい振動や騒音等があり、 問題となっていた。

そこで本発明は、 制御ゲインを上げて振動させるが、 停止時等の振動気 味を抑えて安定させることを第 2の目的とする。

さらに、 制御ゲインを上げて振動させるが、 早めに検出して即止めるた め、 マシンを大きく振動させず、 最適な制御方法得ることを第 3の目的と する。

また、 上記従来の技術では、 コントローラが指令を発生させていたので コン ト ローラよ り発振やゲイ ンの最大値を判断してゲインの自動チュー ニングを行っていた。 コン ト ローラとサーボ間のデータ伝送遅れゃコン ト ローラの処理スキヤンの間隔はサーボより も遅いため、 即時に判断できな い、 時間がかかるという問題があった。 マシン等にばらつきがあって振動 等が発生しても即時にゲインを落とす等の動作ができなかった。

特開平 6— 2 4 2 8 3号公報記載の発明でも即時に判断できないとい う問題があつた。

そこで本発明は、 外部からの操作で起動するォー トチューニングの動作 シーケンスをサーボ内部に組込んで発振等をリ アルタイムで判断し、 サー ボゲインを自動調整することを第 4の目的とする。

<発明の開示 >

上記目的を達成するため、 請求項 1に記載の発明は、 サーボモータから の速度フィ一ドバック と指令値との偏差を入力して トルク指令を出力す る速度制御を持つサーボ制御装置のゲイン調整方法において、 機械の可動 範囲を移動して複数の場所で、 速度ループゲインを上げて振動させた後、 前記速度ループゲインを下げて行き振動の収まるゲインを最大値と して 機械に応じたゲイン設定値とすることを特徴と している。

このサーボ制御装置のゲイン調整方法では、 機械の可動範囲を移動し、 可動範囲の中の複数の調整ボイント毎に、 速度ループゲインを上げて振動 させた後、 振動が収まるゲインを最大値と してゲインの調整を行うので、 そして振動が収まった点を使用することから振動に対しても余裕があり、 また、 機械の場所によるバラツキも抑えることができる。 また、 請求項 2に記載の発明は、 前記ゲイン設定値は、 前記複数の場所 における各ゲイン値の中の最小値とすることを特徴と している。 このサーボ制御装置のゲイン調整方法では、 機械の可動範囲の中の各調 整ポイント毎にループゲインの調整を行い、 各調整点でのループゲインの 中の最小値を全体のループゲインと して決定するので、 振動に対して安定 で、 機械の場所などによるバラツキが解消できる。 また、 請求項 3記載の制御ゲイ ンの調整方法の発明は、 サーボモータを 駆動するサーボ制御装置において、 制御系の振動を検出する振動検出手段 を備え、 制御ゲインを上げたと ころで、 加減速等の運転を行い停止時、 前 記振動検出手段で振動を検出すると制御ゲインを下げる等を行い、

請求項 4記載の発明は、 請求項 3記載の制御ゲインの調整方法において. 通常運転でトルク より停止時の振動を検出して前記振動検出手段で振動 を検出すると、 制御ゲインを下げる等を行い、

請求項 5記載の発明は、 請求項 3記載の制御ゲインの調整方法において. 通常運転での停止時の振動を検出して前記振動検出手段で制御ゲインを 上げて振動を検出すると、 そこを最大ゲインとするものである。

上記手段により、 通常運転を行い制御ゲイン調整で停止時振動や騒音等 を発生するのを、 抑えることができる。 また、 請求項 6記載の最適制御法を得る方法の発明は、 サーボモータを 駆動するサーボ制御装置において、 制御系の振動を検出する振動検出手段 を備え、 制御ゲインをあげたところであるレベルの振動を与えるような模 擬外乱トルクを、 トルク指令に加える加振手段を持ち、 加振の大きさを調 整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、 あるレベルの振動を検出 する迄前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をく り返し、 前記振動検出手段がある レベルを超えた振動を検出した時の制御ゲイン を限界ゲインとする限界ゲイン抽出法で、 オブザーバ等の制御方法を選択 して最適な制御法を得るものである。

請求項 7記載の発明は、 請求項 6記載の制御ゲインの調整方法において、 前記オブザーバ等の制御方法を選択して最適制御法を得る方法において、 限界ゲインの高い制御方法を最適な制御方法と して選択するものである。 請求項 8記載の発明は、 請求項 6記載の制御ゲインの調整方法において. 前記オブザーバ等の制御方法を選択して最適制御法を得る方法において、 限界ゲインの高い制御方法を最適な制御方法とする場合で、 限界ゲインが 同じ場合模擬外乱トルクを増すことにより、 あるレベルの振動を検出する 制御ゲインの余裕を検出し、 余裕が大きい制御方法を選択するものである _t 上記手段により、 確実に機械に合った制御ゲインでマシンを振動させて 早く最大ゲインを得られ、 自動的に最適な制御方法を選択、 調整ができる よ うになる。 請求項 9記載の制御ゲインの調整方法の発明は、 サーボモータからの速 度フィー ドバック と指令値との偏差を入力して トルク指令を出力する速 度制御を持つサーボ制御装置のゲイン調整方法において、 サーボモータを 駆動するサーボ制御装置にチューユングのシーケンスを組み込んで、 操作 器による外部からの操作とシーケンスよ り指令を発生し、 運転してその情 報からゲインを調整するチューニング法を用いたものである。

上記手段によ り、 外部からの操作によるシーケンスをサーボ内部で組み 込んでいるので、 リアルタイムで判断することができ、 また何かあつた時 に即時に情報等より判断することができる。 さ らに、 マシン等のばらつき 等で振動等が発生しても、 即対応することができるようになる。

<図面の簡単な説明 >

図 1 は、 本発明の各実施の形態に共通して関係するサーボ制御装置の構 成図である。

図 2は、 図 1に示すサーボ制御装置の制御プロック図である。

図 3は、 ゲインを上げて振動し、 ゲインを下げた時のゲインと トルク波 形のタイ ミングを示す図である。 図 4は、 図 1 に示すサーボ制御装置で駆動する機械の可動範囲を示す図 である。

図 5は、 第 2および第 3の実施の形態に係る制御プロック図である。 図 6は通常運転した時の速度指令、 速度、 トルクの波形と振動レベルの 測定タイ ミング図である。

図 6 ( i ) は停止時振動レベル検出タイ ミング、

図 6 ( i i ) は停止時振動レベルの拡大、

図 6 ( i i i) は制御ゲインの調整タイ ミングである。

図 7は速度ループゲインと停止時の トルクの振幅の関係図の例である。 図 8は本案の制御ゲイン調整する概略フローチャー トである。

図 9は通常運転した時の速度指令、 速度、 トルクの波形と振動レベルの 測定タイミング図である。

図 1 0は制御ゲインを上げて振動を発生及び振動発生時のゲイン低下、 最大ゲイン抽出タイ ミング図である。

図 1 1は本案の最大ゲインを抽出する概略フローチヤ一トである。

図 1 2は第 4の実施の形態に係る動作を説明するサーボ制御装置の構 成図である。

図 1 3は、 シーケンス例である。

図 1 4は、 ゲインと トルク又は速度等の波形のタイ ミング図である。 図 1 5は、 従来のサーボ制御装置を示す図である。

図 1 6 ( i ) は通常運転で振動する場合のタイ ミング図である。

図 1 6 ( i i ) は通常運転でゲインを上げて行く タイ ミング図である。 図 1 7は通常運転で調整する場合でゲインを早く上げて、 大き く発振し た例の図である。

なお、 図中の符号は以下のとおりである。

1 振動検出手段、

2 マイクロコンピュータ、

3 電流アンプ、 4 ： へ スドライブ回路、

5 ： ノ、。ワー ト ランジスタモジュール、

6 ： モータ

1 1 ： 速度制御プロック

1 2 : 1 / J S

2 1 ： テーブル

2 2 ： ボー/レネジ

5 1 ： 位置ループゲイン、

5 2 ： 速度制御、

5 3 : モータ及び負荷に相当する 1 / J S

5 4 : 積分

6 1 ： 操作器

<発明を実施するための最良の形態〉

以下、 本発明の第 1の実施の形態について図を参照して説明する。 図 1 は本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の構成図である。 図 2は図 1に示すサ一ボ制御装置の制御ブロック図である。

図 3はゲインを上げて振動し、 ゲインを下げた時のゲインと トルク波形 のタイ ミ ングを示す図である。

図 4は図 1に示すサーボ制御装置の機械の可動範囲を示す図である。 図 1 において、 1は振動検出回路、 2は C P U、 3は電流アンプ、 4は ベース ドライブ回路、 5はパワー トランジスタモジュール、 6 はモータで ある。

図 2は速度制御のブロック図であり、 1 1 は速度制御を表し、 例えば速 度制御の場合、 速度指令を入力して、 速度ループゲイン K、 積分時定数 Τ i 、 といった調整ゲインを有して トルク指令を出力し、 モータ及び負荷に 相当する 1 Z J S ( 1 2 ) を駆動して、 速度フィ一ドバック ω と速度指令 を減算器に入力して速度偏差をなくすように速度制御を行う。 図 3はループゲインと トルク波形のタイ ミ ングを示す図であり、 ゲイン を G 0→G 1に上げた時に、 同図下に示すトルク又は速度が発振し、 そこ でゲインを G 2に下げて定常状態に調整する手順を示している。

この場合の振動検出については、 従来技術の特開平 2— 2 6 1 0 8 3号 のよ うに、 サーボモータをスティ ックステップ （正転、 反転の繰り返し） 状態にしてパラメータのゲインを上げて行き、 C P Uにより F F Tなどを 用いて振幅と周波数分析を行って振動を検出する方式や、 その他、 C P U のサンプリ ング周期毎に トルク指令値 T ( i ) と、 T ( i - 1 ) の差分を 求めて、 所定期間内の符号の反転回数を統計演算して推定する等の方法で もよい。 また、 ゲインに伴い積分ゲインやトルクフィルタ等を連動するよ うにしてもよレ、。

更に、 ゲインが上がらない場所ではフィルタ等で機械の振動を抑えて、 再度ゲインを上げて調整するようにしてもよい。 つぎに動作について説明する。

マイクロコンピュータ 2は位置や速度といった指令を外部のコン ト 口 ーラ等から受取る。 そして、 例えば、 速度指令の場合は図 2のブロ ック図 の速度制御 1 1のよ うに速度制御を行い、 その出力の電流指令や電流制御 の出力で、 図 1 に示すようなベース ドライブ回路 4を通してパワー トラン ジスタ 5をスィ ツチングしてモータ 6を制御し、 例えば図 4に示すよ うな ボールネジ 2 2やテーブル 2 1等の機械を駆動する。

ここで、 振動検出回路 1は、 所定レベルを超えた場合に振動を検出する が、 図 4のよ うな機械の可動範囲中に複数の調整ボイントを移動して調整 を実施する。 先ず、 各測定ポイン トで、 図 3に示すよ うに、 ゲイン G O→ G 1へ上げる過程で振動を検出したら、 ゲインを下げて振動が収まるゲイ ン G 2を最大値とする調整を行う。 このゲイン調整を移動した調整ポイン ト毎に機械の可動範囲全体に亙って実施する。

そして可動範囲全域でゲイン調整を行って、 各調整ボイントの調整ゲイ ンの中の最小値を全体の調整ゲインとする。 そして機械の特性等も考量し 又は再確認して速度制御系のゲイン設定を行う よ うにすれば、 よ り実際的 である。

なお、 速度制御 1 1は単純な比例積分制御 （P I制御） ではゲインは、

/ ( 1 + T i S ) ( 1 )

但し、 K ： 速度ループゲイン

T i ： 積分時定数

となるが、 比例積分 （P I ) 制御以外の I P制御、 P I D制御などの制 御方法でも同様に行うことができる。 以上説明したよう に、 第 1の実施の形態によれば、 機械の可動範囲を移 動して各ポイントで速度ループゲインを上げて振動を検出し、 その振動が 収まるゲインを最大値と して検出し、 これら各調整値の中の最小値を調整 ゲインとする調整を実施することによって、 振動に対して余裕がある安定 な調整が可能になり、 機械の場所等によるバラツキも抑えることができる という効果がある。

また、 機械自体の調整にも適用できるという効果がある。 次に、 図 1の回路における第 2の実施の形態に係る動作を図 5の制御ブ ロック図、 図 6のタイミング図、 図 7の最大ゲイン抽出タイ ミング図、 及 び図 8のフローチャートを用いて説明する。

まず、 図 1 の C P U (マイクロコンピュータ） 2は位置や速度といった 指令を外部のコントローラ等から受取る。 そして例えば速度指令の場合は 速度制御を行いその出力の電流指令や電流制御の出力でベース ドライブ 駆動回路 4を通してパワー トランジスタ 5を駆動してモータ 6 を制御す る。 ここで振動検出手段 1は、停止時トルク指令中に含まれる振動成分が、 あらかじめ定めたレベルを超えた場合に、 振動を検出する。 検出レベルは 例えば図 6 ( i ) のように低ゲインで運転して、 通常運転時の停止時の ト ルク振動振幅レベルを図 6 ( i i ) のように検出する。 この低ゲイン時の振 動レベルの例えば 5倍程度を振動の検出レベルとすれば良い。

制御ゲイ ンの検出は最初に図 6 ( i ) のよ う に、 低ゲイ ンで停止時に ト ルクの振幅を観測する。 次に図 6 ( i i i ) のよ うにゲインを上げて通常運 転を行い、 その停止時に トルクの振幅を測定して低ゲイン時の例えば 5倍 程度以上の場合、 その制御ゲインを最大ゲインとする。 ゲインを上げてい く と大きな発振はしないが停止時に微小な振動をすることがある。 この振 動を抑えることができるよ うに、 自動ゲイン調整を行う。

停止時に振動が発生している時の速度ループゲインと トルクの振動の 振幅の関係は図 7のよ うになり、 ある速度ループゲイン以上になると急峻 に トルクの振動の振幅は大きくなる。 そこで急峻に大きく なるところを最 大ゲインと決めることができる。

一連の動作を説明すると以下のよ うになる。

まず図 8のフロー 1で低ゲインにて加減速等の運転を行い、 停止時の ト ルクの振動レベルを検出する。 次に図 8のフロー 2で制御ゲインが限界か どうかを判断する。 この限界値は機械の特性等で判断しても良いし測定等 しても良い。 限界値であれば最大値と して調整を終了し、 限界値でなけれ ば以下のゲインの調整を継続する。 図 8のフロー 3では加減速等の運転を 行い、 図 8のフロー 4で停止時の トルクの振動がレベルを超えているか判 断する。 越えていれば図 8のフロー 5で制御ゲインを下げ、 それ迄のゲイ ンを最大ゲインと して調整を終了する。 越えていなければ制御ゲインを上 げて、 図 8のフロー 2〜 4の動作を繰り返す。 このようにして制御ゲイン の調整を行う。

振動検出回路 1 (図 1 ) はマイクロコンピュータ 2で行っても良い。 ま た制御ゲインに伴い積分ゲインゃ トルクフィルタ等を連動させても良い。 第 2の実施の形態によれば、 通常運転を行い制御ゲイン調整で停止時振 動や騒音等を発生するのを抑えることができ、 制御ゲインを安定させるこ とができるという効果がある。 次に、 図 1の回路における第 3の実施の形態に係る動作を図 5の制御ブ ロ ック図、 図 9のタイ ミング図、 図 1 0の最大ゲイン抽出タイ ミング図、 及び図 1 1のフローチャートを用いて説明する。

図 5の制御のブロ ックは図 1の C P U 2が行う位置制御演算を示すも ので、図において、位置指令に負荷からの位置フィードバックを差し引き、 位置ループゲイン 5 1 で K p倍し位置制御を行い、 これと速度フィ一ドバ ック ωとの差を速度制御 5 2に入力して トルク指令を出力し、 モータ及び 負荷に相当する 1 Z J S 5 3で駆動される。 その速度 ωを積分 5 4で積分 して位置となる。

そこで、 図 1の C P U 2は位置や速度といった指令を外部のコン トロー ラ等から受取と、 そして例えば速度指令の場合は速度制御演算を行いその 出力の電流指令や電流制御の出力でベース ドライブ駆動回路 4を通して パワートランジスタ 5を駆動してモータ 6を制御する。 ここで振動検出手 段 1は、 トルク指令あるいはモータの速度信号中に含まれる振動成分が、 あらかじめ定めたレベルを超えた場合に、 振動を検出する。 検出レベルは 例えば図 9のよ う に通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動振 幅レベルを検出する。 この図では通常運転での トルクの振動振幅の最大値 を検出している。 この通常時の振動レベルの例えば 3倍程度を振動の検出 レベルとすれば良レ、。

制御ゲインの検出はまず最初に低ゲイ ンで トルク指令に模擬外乱 トル クを加えて、 応答を確認する。 ここで応答がなければ模擬外乱トルクを大 きくする。 ある程度大きく応答が大きく なるまで模擬外乱トルクを大きく するか、 応答のレベルを下げる等する。

そして次に徐々に制御ゲインを上げては図 5の トルク指令に模擬外乱 トルクを加えて、 振動を確認する。 振動の確認は停止しているので、 例え ば速度やトルクの振幅より得る。 振動を検出したら制御ゲインを振動しな いゲイン又はトルクを絞る等して振動を停止させる。 最終的に振動した制 御ゲインを算出する。 その制御ゲインを最大ゲインとする。

ゲイン調整方法の具体的な検出手順は、 以下のようになる。 最初に図 1 1のステップ 1のよ うに位置ループや速度ループといつた制御系のゲイ ンを低ゲインと しておき、 図 9のよ うに通常運転或いは運転して機械特有 の運転時の振動レベルを検出する。 この図では通常運転での トルクの振動 振幅の最大値を検出している。

次に図 1 1のステップ 2のよ うに位置ループや速度ループといった制 御系のゲインを低ゲインと しておき、 図 5の制御ブロック図の トルク指令 τ ref に模擬外乱トルクをステップで加えて、 図 1 1のステップ 3のよう に位置偏差或いは速度等の応答をあるレベル以上あることを確認する。 こ こで、 あるレベル以上の応答がなければ、 加えた模擬外乱トルクが機械負 荷を超えられなかったと考え、 模擬外乱トルクを大きくする。 あらかじめ 定めたレベルまで、 応答が大きくなるように模擬外乱トルクを大きくする _c この応答のレベルは前記図 1 1のステップ 1 のよ うに例えば通常の運転 中の振動振幅の最大値を 2倍等にする。 そして模擬外乱トルクがあるレべ ルまで大きく しても応答が大きく ならない場合、 応答の検出レベルを下げ る。 このようにして模擬外乱トルクの大きさとその応答の検出レベルを調 整する。

模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、 次に図 1 0に示すよ うな時間タ ィ ミングで段階的に制御ゲインを上げる。 図 1 1 のステップ 4〜 6の処理 のように制御ゲインを上げたところで、 トルク指令に模擬外乱トルクを加 え振動検出手段 1 (図 1 ) にて、 振動を確認する。 振動検出手段 1は例え ばトルク又は速度等の振幅を振動検出レベルと比較し、 大きい場合振動と して検出する。 振動レベルは前に調整した応答レベルの 1 . 5倍等する。 模擬外乱トルクを加えた後に図 1 1のステップ 6 よ うにある レベルを 超えて振動を検出したら、 図 1 0のよ うなタイ ミングで模擬外乱トルクを 加えるのは停止し、 図 1 1のステップ 7のよ うに制御ゲインを振動しない レベル迄下げる （例えば、 振動したゲイ ンの半分あるいは、 最初に設定し た低いゲイン等）。 あるいは、 確実に振動を止めるため、 トルク指令を絞 る力 、 位置偏差を一瞬ゼ口等する。 そして図 1 1のステップ 8のよ うに振 動した時の制御ゲインの 1つ前の制御ゲインと制御方式をマイ ク 口 コン ピュータ内等の記憶手段内に最大ゲインと して記憶しておく。 記憶した制 御ゲインがその制御方式での最大ゲインである。 次に図 1 1のステップ 9 のよ うに制御方式を一通り行つたかを確認する。 ここでやるべき制御方式 がまだある場合には図 1 1のステップ 1 0のよ うに制御方式を変えて、 図 1 1のステップ 4からの最大ゲインの検出を行う。 そして図 1 1 のステツ プ 9で制御方式を一通り行った場合には、 図 1 1 のステップ 1 1 で制御ゲ ィンの上がった制御方式を最適な制御方式と して選択する。

振動検出回路 1はマイク ロ コンピュータ 2で行っても良い。 また制御ゲ ィンに伴い積分ゲインゃトルクフィルタ等を連動させても良い。 第 3の実施の形態によれば、 マシンに合わせた模擬外乱トルクで確実に 振動させて最大ゲインを得られ、 しかも振動後即ゲインを落と して抑える ことができるので、 大きくゲインを上げなくて済む。 そして振動すること による危険を防止することができるという効果がある。 更に自動的に最適 な制御方法を選択、 調整ができるという効果がある。 次に、 図 1 2の回路における第 4の実施の形態に係る動作を、 図 1 3の シーケンス例、 及び図 1 4のタイ ミング図を用いて説明する。

まず、 図 1 2の C P U (マイク ロコンピュータ） 2は通常、 位置や速度 といった指令を外部のコン トローラ等から受取る。 そして例えば速度指令 の場合は速度制御を行い、 その出力の電流指令や電流制御の出力でベース ドライブ駆動回路 4を通してパワー トランジスタ 5を駆動する。

ここで調整操作の為に操作器 6 1 を抜いて人が調整操作を行う。 その場 合、 例えば図 1 3のシーケンス例のように行う。 シーケンスはマイク ロコ ンピュータ 2で行う。

シーケンスは、 まず、 例えば図 4のような可動範囲を分割して移動する (ステップ 1 ) か、 途中ゲインを上げて （ステップ 2 )、 振動等の様子を 見る等する （ステ ップ 3 )。 次に、 ゲインが決定されると可動範囲を早送 り （ステップ 4 ) で振動等が発生しないことを確認する。 そこで振動等が 発生すると振動等を検出してゲインを下げる等する （ステップ 3 )。 その 後、 通常の速度で位置決めを確認する （ステ ップ 5 )。 このシーケンスは あらかじめ決めておいても良く、 また自由に組み替えることができる形で も良い。 指令はシーケンスで自動で作成しても良く、 外部から指令される 形でも良い。 このようにして一連の調整動作を行う。 以上のように、 第 4の実施の形態によれば、 サーボモータを駆動するサ ーボ制御装置でサーボ制御装置にチューニングのシーケンスを組み込ん で操作器による外部からの操作とシーケンスより指令を発生し、 運転して その情報からゲインを上げ下げするので、 リアルタイムで判断することが でき、 即時に振動情報等より判断することができる。 また、 マシン等のば らつき等で振動等が発生しても、 即ゲインを落と したり停止したりの対応 をすることができる効果もある。 以上、 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発 明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることがで きることは当業者にとって明らかである。 ぐ産業上の利用可能性〉

以上説明したよ うに、 本発明によれば、 機械の可動範囲を移動して各ポ イントで速度ループゲインを上げて振動を検出し、 その振動が収まるゲイ ンを最大値と して検出し、 これら各調整値の中の最小値を調整ゲインとす る調整を実施することによって、 振動に対して余裕がある安定な調整が可 能になり、 機械の場所等によるバラツキも抑えることができるという効果 がある。

また、 機械自体の調整にも適用できるという効果がある。

さらに、 通常運転を行い制御ゲイン調整で停止時振動や騒音等を発生す るのを抑えることができ、 制御ゲインを安定させることができる。

また、 マシンに合わせた模擬外乱トルクで確実に振動させて最大ゲイン を得られ、 しかも振動後即ゲインを落と して抑えることができるので、 大 きくゲインを上げなくて済む。 そして振動することによる危険を防止する ことができる効果がある。 更に自動的に最適な制御方法を選択、 調整がで さる。

そして、 外部からの操作によりシーケンスを内部で組み込んでいるので. リアルタイムで判断することができる。 即時に振動情報等よ り判断するこ とができる。 マシン等のばらつき等で振動等が発生しても、 即ゲインを落 とす、 停止する等対応することができる効果もある。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . サーボモータからの速度フィードバック と指令値との偏差を入 力して トルク指令を出力する速度制御を持つサーボ制御装置のゲイン調 整方法において、

機械の可動範囲を移動して複数の場所で、 速度ループゲインを上げて振 動させた後、 前記速度ループゲインを下げて行き振動の収まるゲインを最 大値と して機械に応じたゲイン設定値とすることを特徴とするサーボ制 御装置のゲイン調整方法。

2 . 前記ゲイン設定値は、 前記複数の場所における各ゲイン値の中 の最小値とすることを特徴とする請求項 1記載のサ一ボ制御装置のゲイ ン調整方法。

3 . サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、 制御系の停 止時の振動を検出する振動検出手段を備え、 制御ゲインを上げたところで 加減速等の運転を行い停止時、 前記振動検出手段で振動を検出すると制御 ゲインを下げる等することを特徴とする制御ゲインの調整方法。

4 . 前記制御ゲインの調整方法において、 通常運転でトルクよ り停 止時の振動を検出して前記振動検出手段で振動を検出すると、 制御ゲイン を下げる等することを特徴とする請求項 3記載の制御ゲインの調整方法。

5 . 前記制御ゲインの調整方法において、 通常運転での停止時の振 動を検出して前記振動検出手段で制御ゲインを上げて振動を検出すると、 そこを最大ゲインとすることを特徴とする請求項 3記載の制御ゲインの 調整方法。

6 . サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、 制御系の振 動を検出する振動検出手段と、 制御ゲインをあげたところであるレベルの 振動を与えるよ うな模擬外乱 トルクを トルク指令に加える加振手段とを 備え、 加振の大きさを調整して該加振手段により加振し、 前記振動検出手 段で振動検出を行い、 あるレベルの振動を検出する迄前記制御ゲインをぁ げ模擬外乱トルクを加える処理をく り返し、 前記振動検出手段があるレべ ルを超えた振動を検出した時の制御ゲインを限界ゲインとする限界ゲイ ン抽出法で、 オブザーバ等の制御方法を選択することを特徴とする制御ゲ ィンの調整方法。

7 . 前記限界ゲイン抽出法でオブザーバ等の制御方法を選択するに 際し、 前記限界ゲインの高い制御方法を最適な制御方法と して選択するこ とを特徴とする請求項 6記載の制御ゲインの調整方法。

8 . 前記限界ゲインの高い制御方法を最適な制御方法とする場合で、 限界ゲインが同じ場合模擬外乱トルクを増すことにより、 あるレベルの振 動を検出する制御ゲインの余裕を検出し、 余裕が大きい制御方法を選択す ることを特徴とする請求項 7記載の制御ゲインの調整方法。

9 . サーボモータからの速度フィ一ドバックと指令値との偏差を入 力して トルク指令を出力する速度制御を持つサーボ制御装置のゲイン調 整方法において、 サーボモータを駆動するサーポ制御装置にチューニング のシーケンスを組み込んで、 操作器による外部からの操作とシーケンスよ り指令を発生し、 運転してその情報からゲインを調整するチューニング法 を用いたことを特徴とする制御ゲインの調整方法。