CN105573256A - 增益自动调整支援装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的增益自动调整支援装置对控制伺服电动机的伺服电动机控制装置中的控制环的控制增益的自动调整进行支援，其特征为具备：频率特性测定部，其测定伺服电动机控制装置的控制环的频率特性；显示部，其通过伯德图显示控制环的频率特性；条件设定部，其设定预定的频率下的增益目标值；增益自动调整部，其对控制环的控制增益进行自动调整使其与条件设定部设定的预定的频率下的增益目标值一致；以及参数设定部，其对伺服电动机控制装置设定控制增益。

Description

增益自动调整支援装置
技术领域
本发明涉及一种对控制伺服电动机的伺服电动机控制装置的控制增益进行自动调整的增益自动调整支援装置。
背景技术
在控制伺服电动机的伺服电动机控制装置中，重要的是与驱动对象对应地决定控制增益，改善控制环的响应性。作为调整方法，一般已知以下的方法，即进行基于频率响应法的分析，观测增益特性的增益余裕、相位余裕，以该值作为大体的基准来调整控制增益。
另外，在现有的增益自动调整装置中，使用了以下的方法，即调整控制增益使得相位交叉频率下的增益余裕成为预先设定的增益值的方法、进行调整使得增益交叉频率下的相位余裕成为预先设定的值的方法。
例如，已知一种具备增益自动调整功能的伺服电动机控制装置，其根据通过频率响应法分析控制环时的输入输出增益与增益目标值的比，计算控制增益的调整倍率，把对调整倍率乘以修正系数所得到的新的调整倍率应用于伺服电动机控制装置，由此能够得到与增益目标值接近的频率特性(日本专利公开公报日本特开2009-165258号(JP2009-165258A)，以下称为“专利文献1”)。
在专利文献1中，记载了控制增益的调整倍率的调整方法。但是，在专利文献1中，没有记载操作者设定增益目标值，进行自动调整这一点。因此，在驱动对象的刚性低的情况或不将增益设定得高也可以的情况等，可能设定了高的值，有可能成为振动的原因。
另外，还已知与预定的基准值(增益交叉频率下的相位余裕相位交叉频率下的增益余裕)一致地进行自动调整的方法(日本专利第5220475号(JP5220475B)。以下称为“专利文献2”)。在该专利文献2记载的现有技术的情况下，在适合的频率以外的频率区域中无法取得充分的增益余裕有可能进行振动。
说明以往为了提高控制环的响应性而进行的控制增益的自动调整。在图1中表示现有的速度控制装置的框图。速度控制装置200将速度指令值和速度检测值之间的差分即速度偏差乘以速度比例增益(Kp)201得到的值与速度偏差的积分值乘以速度积分增益(Ki)202得到的值相加，将其乘以预定的调整倍率(D)203，由此输出转矩指令。根据传递特性(1/(J×S))204将转矩指令变换为伺服电动机的实际速度。在图1所示的速度环中，速度比例增益Kp、速度积分增益Ki、调整倍率D是控制增益，通过调整各控制增益，能够改善速度环(控制环)的响应性。
在自动调整中，输入具有预定的频率的干扰作为输入信号(速度指令)，根据输入信号(速度指令)和输出信号(实际速度)计算控制环(速度环)的频率特性(伯德图Bodediagram)，自动调整控制增益使得与预先给出的条件相符的频率的增益与预先给出的增益目标值相等。
例如，图2A和图2B是自动调整前的增益(增益(db))和相位(相位(deg))的伯德图，图2C和图2D是自动调整后的增益和相位的伯德图。作为一个例子，调整控制增益使得相位交叉频率下的增益余裕为－3db。
在现有的自动调整中，难以与驱动对象的刚性、用途对应地细致地设定增益目标值，另外难以确认增益目标值被设定为怎样的值。
因此，在将自动调整后的控制增益应用于伺服电动机控制装置的情况下，当刚性低时存在进行振动的情况，另外在不需要高的响应性的情况下也设定高的值，因此存在相反变得不稳定的情况。
现有的增益自动调整装置与预先设定的增益目标值一致地调整控制增益，存在以下的问题：如果驱动对象的刚性低则存在进行振动的情况。
发明内容
本发明的一实施方式的增益自动调整支援装置是对控制伺服电动机的伺服电动机控制装置的控制环的控制增益的自动调整进行支援的增益自动调整支援装置，其特征在于，具备：频率特性测定部，其测定伺服电动机控制装置的控制环的频率特性；显示部，其用伯德图显示由频率特性测定部测定出的控制环的频率特性；条件设定部，其在显示部中显示的控制环的频率特性的伯德图上设定预定的频率下的增益目标值；增益自动调整部，其对控制环的控制增益进行自动调整使其与条件设定部设定的预定的频率下的增益目标值一致；以及参数设定部，其对伺服电动机控制装置设定由增益自动调整部调整后的控制增益。
附图说明
通过与附图相关联地说明以下的实施方式，本发明的目的、特征以及优点会更加明确。在这些附图中：
图1是现有的速度控制装置的框图。
图2A是现有的伺服电动机控制装置的滤波调整前的增益的伯德图。
图2B是现有的伺服电动机控制装置的滤波调整前的相位的伯德图。
图2C是现有的伺服电动机控制装置的滤波调整后的增益的伯德图。
图2D是现有的伺服电动机控制装置的滤波调整后的相位的伯德图。
图3是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的框图。
图4是用于说明本发明的实施例的增益自动调整支援装置的动作步骤的流程图。
图5A是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的滤波调整前的增益的伯德图。
图5B是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的滤波调整前的相位的伯德图。
图5C是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的滤波调整后的增益的伯德图。
图5D是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的滤波调整后的相位的伯德图。
图6A是在本发明的实施例的增益自动调整支援装置中选择了增益目标值时的增益的伯德图。
图6B是在本发明的实施例的增益自动调整支援装置中选择了增益目标值时的相位的伯德图。
图7A是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的调整前后的增益的伯德图。
图7B是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的调整前后的相位的伯德图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的增益自动调整支援装置。但是，要注意本发明的技术范围并不限于这些实施方式，而是涉及权利要求所记载的发明及其等价物。
首先，使用附图说明本发明的实施例的增益自动调整支援装置的结构。图3是本发明的实施例的增益自动调整支援装置的结构图。本发明的实施例的增益自动调整支援装置10是对控制伺服电动机30的伺服电动机控制装置20的控制环23的控制增益的自动调整进行支援的增益自动调整支援装置，具备频率特性测定部1、显示部2、条件设定部3、增益自动调整部4和参数设定部5。
频率特性测定部1测定伺服电动机控制装置20的控制环23的频率特性。通过频率特性测定部1，对控制环23的速度指令施加具有预定的频率的干扰(正弦波等)，同时测定速度指令和反馈的速度。然后，对测定出的速度指令和速度反馈进行FFT变换，计算表示传递函数的频率特性的增益和相位。
显示部2从频率特性测定部1取得由频率特性测定部1测定到的控制环23的频率特性数据，用伯德图显示控制环23的频率特性。可以使用能够显示伯德图的显示装置作为显示部2，例如可以使用液晶显示装置、有机EL显示装置等。并且，在显示部2中也可以具备触摸屏，以便在显示了伯德图的状态下能够从外部输入数据。通过显示部2从外部输入的数据被发送到条件设定部3。
条件设定部3在显示部2中显示的控制环23的频率特性的伯德图上设定预定的频率下的增益目标值。具体地说，如果使用触摸屏、鼠标等输入装置(未图示)，在显示部2中显示的伯德图上选择了预定频率下的增益目标值，则将选择的目标值从显示部2发送到条件设定部3。这样，设定增益自动调整部4所执行的自动调整的增益目标值。或者，也可以具备用于设定预定的频率下的增益目标值的键盘等输入装置(未图示)。另外，条件设定部3也可以将在伯德图上选择出的预定的频率下的增益值设定为增益目标值。
增益自动调整部4自动调整控制环23的控制增益使其与通过条件设定部3设定的预定的频率下的增益目标值一致。在将控制增益乘以调整倍率所得到的值作为新的控制增益的情况下，增益自动调整部4可以自动调整控制环的调整倍率，从而使新的控制增益与预定的频率下的增益目标值一致。将在后面说明控制环的控制增益的自动调整方法。
参数设定部5向伺服电动机控制装置20设定通过增益自动调整部4调整后的控制增益。
伺服电动机控制装置20具备干扰输入部21、减法器22、控制环23。干扰输入部21对速度指令值相加预定频率的干扰。控制环23对速度指令值与设置在伺服电动机30中的编码器31检测出的速度检测值之间的差分即速度偏差乘以速度比例增益所得到的值相加速度偏差的积分值乘以速度积分增益得到的值，将相加得到的值乘以预定的调整倍率，由此输出转矩指令。
接着，说明本发明的实施例的增益自动调整支援装置的动作步骤。在以下的说明中，为了简化，将控制环内的计算常数、乘以调整倍率后的运算常数称为控制增益。另外，在此作为控制环的例子，涉及了输入信号是速度指令，输出信号是实际速度的速度环，但也能够同样应用于输入信号是电流指令，输出信号是实际电流的电流环的情况、输入信号是位置指令，输出信号是实际位置的位置环的情况。
为了解决上述现有技术的问题点，设为能够在显示部2中显示的伯德图上由条件设定部3与驱动对象的频率特性一致地灵活设定自动调整中的增益目标值。具体地说，依照图4所示的流程图按照以下的流程进行调整。
首先，在步骤S101中，开始自动调整，按照初始设定的控制增益测定控制环23的频率特性(伯德图)。由频率特性测定部1进行频率特性的测定，为了使控制环23振动，指示伺服电动机控制装置20的干扰输入部21输入具有预定的频率的干扰(正弦波等)。然后，根据控制环23的输入信号和输出信号之间的关系计算频率特性(伯德图)。在图5A和图5B中表示计算出的伯德图的一个例子。图5A是滤波调整前的增益的频率特性，图5B是滤波调整前的相位的频率特性。
接着，在步骤S102中，在显示部2中用伯德图显示控制环23的频率特性。操作者观察在显示部2中显示的伯德图，确认图5A所示的增益特性的上涨(机械共振等)，确认预定的频率f下的增益相对于0db偏离怎样的程度(图5B)。这时，如图5C所示，如果对于增益特性的上涨(机械共振等)进行滤波调整(陷波滤波器、低通滤波器的调整)，则在后面能够将输出增益设定得高。
接着，在步骤S103中，确认在显示部2中显示的伯德图，由条件设定部3设定自动调整的增益目标值。如图6A所示，操作者使用触摸屏、鼠标(未图示)，在显示部2中显示的伯德图上选择预定的频率下的增益目标值。将选择出的目标值从显示部2发送到条件设定部3。这样，条件设定部3设定增益自动调整部4所执行的自动调整的增益目标值。也可以使用键盘等输入装置输入增益目标值来进行设定。
接着，在步骤S104中，增益自动调整部4与条件设定部3设定的增益目标值一致地自动调整控制环23的控制增益。作为自动调整的具体方法，以下表示2个方法。
第一方法为一边以预定的值为步长改变控制增益一边使控制环23振动，调整控制增益使其与条件设定部3设定的预定的频率f下的增益目标值相等。在该情况下，也可以对设定值进行设定使其具有一些余量。
第二方法为根据控制增益的初始设定值的增益特性和增益特性的目标值之间的比计算控制增益的增减率，将控制增益乘以增减率所得到的值设定为控制增益。
接着，在步骤S105中，显示部2可对比地显示自动调整前后的伯德图。例如，如图2A～图2D所示，并列排列地显示调整前后的伯德图，由此能够比较自动调整前后的频率特性。或者，如图7A和图7B所示，例如用实线表示自动调整前的数据，用点划线表示自动调整后的数据，重叠地显示自动调整前后的伯德图，由此能够容易地掌握调整后的效果。
接着，在步骤S106中，增益自动调整部4确认自动调整后的控制增益，判断调整是否完成。在没有问题而能够判断为调整完成的情况下，在步骤S107中，在参数设定部5中向伺服电动机控制装置20设定控制增益来完成自动调整。另一方面，在有问题而无法判断为调整完成的情况下，返回到步骤S103，再次进行步骤S103～S105的处理。
如以上那样，根据本发明的实施例的增益自动调整支援装置，并不是预先赋予成为自动调整的目标的增益目标值，而是具备用于使操作者能够一边观察伯德图一边灵活地进行设定的显示部和条件设定部，由此能够不进行振动地自动进行与驱动对象对应的最优的增益调整。
根据本发明的一实施方式的增益自动调整支援装置，能够不振动地自动进行与驱动对象对应的最优的增益调整。

Claims (4)

1.一种增益自动调整支援装置，其对控制伺服电动机的伺服电动机控制装置中的控制环的控制增益的自动调整进行支援，其特征在于，具备：
频率特性测定部，其测定上述伺服电动机控制装置的上述控制环的频率特性；
显示部，其通过伯德图显示由上述频率特性测定部测定出的上述控制环的频率特性；
条件设定部，其在上述显示部中显示的上述控制环的频率特性的伯德图上设定预定的频率下的增益目标值；
增益自动调整部，其对上述控制环的上述控制增益进行自动调整使其与上述条件设定部设定的上述预定的频率下的增益目标值一致；以及
参数设定部，其对上述伺服电动机控制装置设定由上述增益自动调整部调整后的上述控制增益。
2.根据权利要求1所述的增益自动调整支援装置，其特征在于，
上述条件设定部将在上述伯德图上选择出的预定的频率下的增益值设定为增益目标值。
3.根据权利要求1所述的增益自动调整支援装置，其特征在于，
上述显示部可对比地显示自动调整前后的伯德图。
4.根据权利要求1所述的增益自动调整支援装置，其特征在于，
在将上述控制增益乘以调整倍率所得到的值作为新的上述控制增益的情况下，上述增益自动调整部自动调整上述控制环的上述调整倍率以使新的上述控制增益与上述预定的频率下的增益目标值一致。
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