CN107193219B - 仿真装置、仿真方法、控制程序以及记录介质 - Google Patents

仿真装置、仿真方法、控制程序以及记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种仿真装置、仿真方法、控制程序以及记录介质。本发明容易且在短时间内适当地设定控制参数。本发明的仿真装置包括：频率响应函数计算部(53)，根据第1指令值与机械系统的测定值来算出频率响应函数；脉冲响应计算部(41)，对根据频率响应函数与控制参数获得的频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出脉冲响应；以及时间响应输出部(44)，根据第2指令值与脉冲响应来执行机械系统(7)的时间响应仿真。

Description

仿真装置、仿真方法、控制程序以及记录介质
技术领域
本发明涉及一种仿真(simulation)装置、仿真方法、控制程序以及记录介质，能够对控制驱动负载装置的马达(motor)的伺服驱动器(servo driver)的响应进行仿真。
背景技术
在伺服机构中，为了适当控制用于驱动负载装置的马达，一般要进行控制马达的伺服驱动器的控制参数(parameter)(位置增益(gain)、速度增益、滤波器(filter)的截止(cut off)频率等)的调整。
以往，在控制参数的调整方法中，有通过驱动马达来使负载装置实际运转而进行的调整方法。即，将某个控制参数设定至伺服驱动器以实际驱动马达，对此时的负载装置的响应进行测定。此处，当负载装置的响应状态不满足所需的要件时，变更控制参数并再次驱动马达，对此时的负载装置的响应进行测定。通过如此般变更控制参数并反复驱动马达来使负载装置运转，从而进行控制参数的设定(例如专利文献1)。
而且，除了实际使装置运转以进行控制参数的设定的方法以外，也有通过仿真来进行控制参数的设定的方法。即，使用伺服驱动器及负载装置的物理模型(model)，设定控制参数以反复进行仿真。并且，根据作为仿真结果而获得的响应状态是否满足所需的要件，来进行控制参数的设定(例如专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-122779号公报(2009年6月4日公开)
专利文献2：日本专利特开2006-340480号公报(2006年12月14日公开)
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，如上所述的现有技术存在以下问题。首先，在实际使装置进行动作以测定响应的情况下，每当设定控制参数时，必须实际驱动马达以测定负载装置的响应，因此调整非常耗费时间。而且，若设定了不适当的控制参数，则有可能因设想外的动作而导致设备产生损伤。
而且，在使用模型来进行仿真的情况下，能够仿真的控制对象限定于模型的形式或次数。因而，若物理模型的形式与实际装置的特性存在差异，则会导致仿真的精度下降。而且，为了使模型与实际的装置的特性一致，必须适当设定参数，对于用户要求过多的知识。
本发明是有鉴于所述问题而完成，其目的在于实现一种能够容易且在短时间适当地设定控制参数的仿真装置等。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本发明的仿真装置进行机械系统的仿真，所述机械系统具有包含马达的控制对象与控制所述马达的马达控制装置，所述仿真装置包括：频率响应函数计算部，基于用于使所述机械系统驱动的第1指令值、与由所述第1指令值所驱动的所述机械系统的响应的测定值的关系，算出包含所述控制对象的特性的频率响应函数；仿真系统，具有与所述机械系统对应的控制块(block)结构；参数设定部，设定使所述仿真系统的特性变更的控制参数；频率传递函数设定部，将基于所述频率响应函数、或者基于所述频率响应函数与所述控制参数而算出的频率传递函数，设定为仿真用频率传递函数；脉冲响应计算部，通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出脉冲响应；第2指令值生成部，生成第2指令值，所述第2指令值用于使用所述脉冲响应进行的仿真；以及时间响应输出部，基于所述第2指令值与所述脉冲响应，来执行所述机械系统相对于所述第2指令值的时间响应仿真。
根据所述构成，能够通过仿真来确认相对于对伺服驱动器的任意输入的响应，因此不再需要为了确认控制对象的响应而每次设定控制参数时都要实际使马达驱动以测定控制对象的响应。因而，能够缩短调整时间。
而且，由于使用使驱动部实际驱动而得的响应结果即频率响应函数来输出时间响应，因此能够精度良好地进行仿真。
本发明的仿真装置中，也可为，所述机械系统具有至少一个反馈(feedback)系统以作为控制块结构，所述仿真系统具有与所述反馈系统对应的至少一个模型反馈系统，所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述至少一个反馈系统的特性的所述频率响应函数，所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性且不包含所述至少一个模型反馈系统的特性的仿真用频率传递函数，所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型反馈系统而获得的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的脉冲响应，来执行所述机械系统相对于所述第2指令值的时间响应仿真。
根据所述构成，由于使用反馈系统来执行仿真，因此即使进行实际驱动而获得的频率响应函数中包含误差，也能够通过反馈来缩小所述误差。因而，能够执行更准确的仿真。
本发明的仿真装置中，也可为，所述仿真系统包含前馈(feedforward)系统，所述前馈系统输出与所述输出值相加的前馈值，所述时间响应输出部基于将所述输出值加上所述前馈值所得的加法值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的脉冲响应，来执行所述机械系统的时间响应仿真。
根据所述构成，能够准确地对进行前馈的系统进行仿真。
本发明的仿真装置中，也可为，所述机械系统具有包含速度控制器的速度反馈系统以作为控制块结构，所述仿真系统具有与所述速度反馈系统对应的模型速度反馈系统，所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述速度反馈系统的频率响应函数，所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性且不包含所述模型速度反馈系统的所述仿真用频率传递函数，所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型速度反馈系统而获得的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的脉冲响应，来执行所述机械系统的时间响应仿真。
根据所述构成，由于使用速度反馈系统，因此能够缩小用于逆傅里叶变换的频率响应函数的误差。因此，能够容易地在短时间执行高精度的仿真。
而且，由于脉冲响应收聚在短时间内，因此即使在频率响应的测定时间相对较短、即在测定数据相对较少的情况下，也能够确保频率响应函数的精度。因此，能够缩短进行频率响应测定时的测定时间。
本发明的仿真装置中，也可为，所述机械系统具有包含位置控制器的位置反馈系统、与包含配置在所述位置控制器下游侧的速度控制器的速度反馈系统，以作为控制块结构，所述仿真系统具有与所述位置反馈系统对应的模型位置反馈系统及与所述速度反馈系统对应的模型速度反馈系统，所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述位置反馈系统和所述速度反馈系统的频率响应函数，所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性与所述模型速度反馈系统且不包含所述模型位置反馈系统的所述仿真用频率传递函数，所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型位置反馈系统而获得的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的脉冲响应，来执行所述机械系统的时间响应仿真。
根据所述构成，由于使用速度反馈系统及位置反馈系统，因此能够缩小用于逆傅里叶变换的频率响应函数的误差。因此，能够容易地在短时间执行高精度的仿真。
而且，由于脉冲响应收聚在短时间内，因此即使在频率响应的测定时间相对较短、即在测定数据相对较少的情况下，也能够确保频率响应函数的精度。因此，能够缩短进行频率响应测定时的测定时间。
本发明的仿真装置中，也可为，所述机械系统具有包含位置控制器的位置反馈系统、与包含配置在所述位置控制器下游侧的速度控制器的速度反馈系统，以作为控制块结构，所述仿真系统具有与所述位置反馈系统对应的模型位置反馈系统及与所述速度反馈系统对应的模型速度反馈系统，所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述位置反馈系统和所述速度反馈系统的频率响应函数，所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性且不包含所述模型速度反馈系统和所述模型位置反馈系统的所述仿真用频率传递函数，所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型位置反馈系统而获得的输出值及所述模型速度反馈系统的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的脉冲响应，来执行所述机械系统的时间响应仿真。
根据所述构成，由于使用位置反馈系统及速度反馈系统来执行仿真，因此能够容易地在短时间执行高精度的仿真。
而且，用于脉冲响应的计算的频率响应函数为包含与控制对象对应的系统且不包含速度反馈系统及位置反馈系统的系统的频率响应函数，因此即使变更与位置控制器对应的参数及与速度控制器对应的参数，也不需要再次计算频率响应函数。因此，不需要再次对计算量多的逆傅里叶变换进行计算，能够削减处理量。
而且，也能够对被称作增益调度(gain schedule)的、在马达动作过程中变更控制参数(增益)的控制执行仿真。
本发明的仿真装置中，也可为，所述第1指令值为表示扭矩的扭矩指令值，所述频率响应函数计算部基于所述扭矩指令值、与由所述扭矩指令值所驱动的所述机械系统的响应即速度测定值的关系，来算出所述频率响应函数。
根据所述构成，能够使用测定用的扭矩指令即扭矩指令值来求出实际驱动马达时的控制对象的特性即频率响应函数。
本发明的仿真装置中，也可为，所述第1指令值为表示速度的速度指令值，所述频率响应函数计算部基于所述速度指令值、与由所述速度指令值所驱动的所述机械系统的响应即速度测定值的关系，来算出所述频率响应函数。
根据所述构成，能够使用测定用的速度指令即速度指令值来求出实际驱动马达时的控制对象的特性即频率响应函数。
本发明的仿真装置中，也可为，所述第1指令值为表示位置的位置指令值，所述频率响应函数计算部基于所述位置指令值、与由所述位置指令值所驱动的所述机械系统的响应即位置测定值的关系，来算出所述频率响应函数。
根据所述构成，能够使用测定用的位置指令即位置指令值来求出实际驱动马达时的控制对象的特性即频率响应函数。
本发明的仿真装置中，也可为，所述时间响应输出部执行所述机械系统的位置、速度及扭矩中的至少任一者相对于所述第2指令值的时间响应仿真。
根据所述构成，能够对相对于向伺服驱动器的任意输入的、控制对象的位置、速度及扭矩中的至少任一者进行仿真。
而且，通过使用仅控制对象的频率响应函数，也能够容易地执行追加扭矩滤波器(陷波滤波器(notch filter)、低通滤波器(low pass filter)等)时的仿真。
本发明的仿真装置中，也可为，所述参数设定部构成为，设定所述仿真系统中所含的、与所述机械系统中的控制器分别对应的系统中的至少一个系统的参数。
根据所述构成，能够针对任意的控制参数的每一者来执行时间响应仿真。
为了解决所述问题，本发明的仿真方法进行机械系统的仿真，所述机械系统具有包含马达的控制对象与控制所述马达的马达控制装置，所述仿真方法包括：频率响应函数计算步骤，基于用于使所述机械系统驱动的第1指令值、与由所述第1指令值所驱动的所述机械系统的响应的测定值的关系，算出包含所述控制对象的特性的频率响应函数；参数设定步骤，设定使具有与所述机械系统对应的控制块结构的仿真系统的特性变更的控制参数；频率传递函数设定步骤，将基于所述频率响应函数、或者基于所述频率响应函数与所述控制参数而算出的频率传递函数，设定为仿真用频率传递函数；脉冲响应计算步骤，通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出脉冲响应；第2指令值生成步骤，生成第2指令值，所述第2指令值用于使用所述脉冲响应进行的仿真；以及时间响应输出步骤，基于所述第2指令值与所述脉冲响应，来执行所述机械系统相对于所述第2指令值的时间响应仿真。
根据所述方法，能够起到与前述效果相同的效果。
本发明的各形态的仿真装置也可通过计算机(computer)来实现，此时，通过使计算机作为所述仿真装置所具备的各部(软件(software)要素)进行动作而利用计算机来实现所述仿真装置的、仿真装置的控制程序及记录有所述程序且可被计算机读取的记录介质也属于本发明的范畴。
[发明的效果]
根据本发明，能够通过仿真来确认相对于对伺服驱动器的任意输入的响应，因此不再需要为了确认控制对象的响应而每次设定控制参数时都要实际使马达驱动以测定控制对象的响应。因而，起到能够缩短调整时间的效果。
而且，由于使用使驱动部实际驱动而得的响应结果即频率响应函数来输出时间响应，因此起到能够精度良好地进行仿真的效果。
附图说明
图1是表示本实施方式的控制系统的概要的图。
图2是表示控制系统的内部结构的功能框图。
图3是表示伺服驱动器的控制结构的框图。
图4是表示控制参数的调整方法的流程的流程图。
图5是根据测定用扭矩指令来算出频率响应函数时的控制框图。
图6是根据测定用速度指令来算出频率响应函数时的控制框图。
图7是根据测定用位置指令来算出频率响应函数时的控制框图。
图8a至图8d是表示仿真系统的结构的框图，图8a是表示仿真系统的基本结构的图，图8b是表示将仿真系统的所有控制块置换为一个仿真用频率传递函数时的图，图8c是表示将仿真系统的模型速度控制器、模型电流控制器、机械模型部置换为一个仿真用频率传递函数时的图，图8d是表示将仿真系统的模型电流控制器、机械模型部置换为一个仿真用频率传递函数时的图。
图9是表示时间响应仿真结果的显示例的图。
图10是表示一般的一次延迟要素的脉冲响应的图。
图11a、图11b是用于说明仿真-1相对于仿真-2的优点的图。
图12a至图12c是用于说明具备前馈部的仿真的图，图12a是表示具备前馈器的伺服驱动器的控制结构的框图，图12b是表示具备模型前馈器的仿真系统的结构的图，图12c是用于说明具备模型前馈器的仿真的图。
图13是表示具备前馈的仿真系统的变形例的图。
图14a至图14d是用于说明速度控制的仿真的图，图14a是表示进行速度控制时的伺服驱动器的控制结构的框图，图14b是表示进行速度控制的仿真时的仿真系统的结构的图，图14c是表示将仿真系统的模型速度控制器、模型电流控制器、机械模型部置换为一个仿真用频率传递函数时的图，图14d是表示将仿真系统的模型电流控制器、机械模型部置换为一个仿真用频率传递函数时的图。
图15a至图15c是用于说明扭矩控制的仿真的图，图15a是表示进行扭矩控制时的伺服驱动器的控制结构的框图，图15b是表示进行扭矩控制的仿真时的仿真系统的结构的图，图15c是表示将仿真系统的模型电流控制器、机械模型部置换为一个仿真用频率传递函数时的图。
符号的说明：
1：设定装置(仿真装置)
2：伺服驱动器
3：马达
4：负载装置
5：用户
6：控制对象
7：机械系统
10：控制部
11：操作接收部
12：显示部
21：参数设定部
22：频率特性计算部
23：仿真部
24：动作指示部
25：获取部
31：位置控制器
31'：模型位置控制器
31a'：模型位置反馈系统
31b'：模型位置反馈环路
32：速度控制器
32'：模型速度控制器
32a'：模型速度反馈系统
32b'：模型速度反馈环路
33：电流控制器
33'：模型电流控制器
34'：机械模型部
35a'：第1频率传递函数
35b'：第2频率传递函数
35c'：第3频率传递函数
37：前馈部
38：位置反馈系统
39：速度反馈系统
40：频率传递函数设定部
41：脉冲响应计算部
42：仿真系统
43：第2指令值生成部
44：时间响应输出部
45：频率响应输出部
50：调整用软件
51：测定用扭矩指令生成部
52：测定用速度指令生成部
53：频率响应函数计算部
54：测定用位置指令生成部
100：控制系统
110：模型前馈部
110'：前馈指令生成部
ccmd：电流指令
Cp、Cv：频率传递函数/特性
Gp_measure、Gv_measure、Pmeasure：测定对象
Gp_closed：频率响应函数/频率传递函数/特性
Gv_closed：频率响应函数/频率传递函数/特性
Kpp：位置比例增益
Kvp：速度比例增益
p：位置
P：频率响应函数/频率传递函数
pcmd：时间序列排列/位置指令
psim：时间序列排列/响应位置/位置
s：变量
S1～S4、S1-1、S2-1～S2-3、S3-1～S3-6、S4-1～S4-3：步骤
t：时间
T：时间常数
v：速度
vcmd：时间序列排列/速度指令
vff：模型前馈速度/前馈
vsim：时间序列排列/响应速度/速度响应
τcmd：扭矩指令
τff：模型前馈扭矩/前馈
具体实施方式
〔实施方式1〕
〔控制系统100的概要〕
以下，基于图1至图9来说明本发明的实施方式1。首先，参照图1来说明本实施方式的控制系统100。图1是表示控制系统100的概要的图。控制系统100使用伺服机构来控制负载装置4的动作，且如图1所示，包括设定装置(仿真装置)1、伺服驱动器(马达控制装置)2、马达(驱动部)3及负载装置4。而且，将马达3与负载装置4合起来称作控制对象6，将控制对象6与伺服驱动器2合起来称作机械系统7。
设定装置1是用于对伺服驱动器2的控制参数进行设定及调整的装置，包含调整用软件50。具体而言，设定装置1使用调整用软件50来调整伺服驱动器2的控制参数(例如位置增益、速度增益、滤波器的截止频率等)，以使伺服驱动器2的响应状态达到最佳。另外，调整用软件50具有对伺服驱动器2的响应状态进行测定的功能、与对伺服驱动器2的响应进行仿真的功能。设定装置1例如借助个人计算机(personal computer)来实现，通过执行保存在个人计算机中的程序(调整用软件50)，从而所述计算机作为设定装置1发挥功能。
用户(控制系统100的使用者、设定者等)5使用设定装置1来进行伺服驱动器2的控制参数的设定及调整。即，用户5使用在设定装置1上动作的调整用软件50来设定伺服驱动器2的控制参数，并进行调整，以使伺服驱动器2的响应状态达到最佳。换言之，使用实际的测定结果及仿真结果来确认响应状态，并进行控制参数的调整。
伺服驱动器2存储通过设定装置1来设定、调整的控制参数，并且依照所述控制参数来驱动马达3，以使负载装置4进行动作。而且，伺服驱动器2通过有线或无线而可通信地连接于设定装置1及马达3。例如，伺服驱动器2通过通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)缆线(cable)而与设定装置1连接。而且，伺服驱动器2与马达3例如通过专用缆线而连接。
并且，本实施方式中，对测定对象进行实际测定以获取频率响应函数，对根据频率响应函数与控制参数而获得的频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出脉冲响应，使用所述脉冲响应来执行仿真。
因而，不会像准备控制对象的模型来作为物理模型并使用所述模型的情况那样，能够仿真的控制对象限定于模型的形式或次数。因而，可扩大能够仿真的对象的范围，并且能够防止因实际的控制对象偏离物理模型的形式而导致仿真结果的精度下降的现象。进而，不需要具备与伺服驱动器的控制参数相关的知识便能够确认响应结果，因此也不需要对用户要求过多的知识。
〔设定装置1、伺服驱动器2的详情〕
接下来，参照图2、图3来说明设定装置1及伺服驱动器2的构成。图2是表示控制系统100中所含的、设定装置1及伺服驱动器2的主要部分构成的框图。而且，图3是表示伺服驱动器2中的控制的结构的图。
如图2所示，设定装置1包含控制部10、操作接收部11及显示部12。
操作接收部11接收对设定装置1的操作，并将所述操作的内容通知给控制部10。操作接收部11既可包含键盘(keyboard)及鼠标(mouse)之类的硬件(hardware)，也可配合后述的显示部12而包含触摸屏(touch panel)。
而且，也可利用操作接收部11来接收执行后述仿真的输入值。而且，也可并非接收输入值其自身，而是接收某些指示，根据所接收的内容在仿真部23中生成输入值(第2指令值)。此时，仿真部23成为第2指令值生成部。
显示部12显示对伺服驱动器2的控制参数进行设定的设定画面、仿真结果等。另外，显示部12也可不为设定装置1中必需的结构，而是位于设定装置1的外部。而且，显示部12也可如上所述般构成为包含操作接收部11的功能的触摸屏。
控制部10执行设定装置1中的各种处理，包括包含伺服驱动器2的机械系统7的响应的仿真、伺服驱动器2的参数的设定等，且控制部10包含参数设定部21、频率特性计算部22、仿真部23、动作指示部24及获取部25。
参数设定部21将经由操作接收部11而接收的、伺服驱动器2的控制参数设定至伺服驱动器2。而且，在仿真执行时，将从操作接收部11接收的伺服驱动器2的控制参数通知给仿真部23。
频率特性计算部22算出后述的仿真部23执行包含伺服驱动器2的机械系统7的仿真时所用的、作为包含负载装置4的控制对象6的特性的频率响应函数。并且，将算出的结果通知给仿真部23。控制对象6的频率响应函数的计算方法的详情将后述。
仿真部23使用频率特性计算部22所算出的包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数，对包含伺服驱动器2的机械系统7的响应(时间响应、位置响应)进行仿真，并将其结果显示于显示部12。由仿真部23进行的仿真的详情将后述。
动作指示部24按照经由操作接收部11而从用户接收的指示，向伺服驱动器2发送动作指示。具体而言，将经由操作接收部11而接收的位置指令(指定时刻与位置的指令)通知给伺服驱动器2，指示控制对象物在负载装置4中在指定时刻来到指定位置。
获取部25对负载装置4实际运转时的结果进行测定，并通知给频率特性计算部22或显示部12。更详细而言，当通过频率特性计算部22的指示来使负载装置4进行动作时，获取部25将其测定结果通知给频率特性计算部22。而且，当通过动作指示部24的指示来使负载装置4进行动作时，获取部25使其结果显示于显示部12。
而且，如图2所示，伺服驱动器2包含位置控制器31、速度控制器32及电流控制器33。参照图3来说明这些控制器的处理内容。图3是表示伺服驱动器2的控制结构的图。
如图3所示，位置控制器31例如进行比例控制(P(Proportion)控制)。具体而言，通过将从动作指示部24通知的位置指令与检测位置的偏差即位置偏差乘以位置比例增益，从而输出指令速度。另外，位置控制器31通过参数设定部21来进行设定，由此，预先具有位置比例增益Kpp来作为控制参数。
速度控制器32例如进行比例控制(P控制)。具体而言，通过将从位置控制器31输出的速度指令与检测速度的偏差即速度偏差乘以速度比例增益，从而输出指令扭矩。另外，速度控制器32通过参数设定部21来进行设定，由此，预先具有速度比例增益Kvp来作为控制参数。另外，速度控制器32也可进行比例积分(Proportion Integration，PI)控制而非比例控制(P控制)。此时，速度控制器32具有速度比例增益Kvp与速度积分增益Kvi来作为控制参数。
电流控制器33基于从速度控制器32输出的扭矩指令来输出电流指令，控制马达3来使负载装置4进行动作。电流控制器33包含扭矩指令滤波器(一次的低通滤波器)及多个陷波滤波器，作为控制参数，具有扭矩指令滤波器的截止频率、陷波滤波器的频率。
而且，将包含速度控制器32、电流控制器33、控制对象6且包含检测速度向速度控制器32的反馈的系统称作速度反馈系统39，将除了速度反馈系统以外还包含位置控制器31且包含检测位置向位置控制器31的反馈的系统称作位置反馈系统38。而且，在不需要区分速度反馈系统39、位置反馈系统38时，简称作反馈系统。
〔频率特性计算部22中的处理的详情〕
参照图5～图7来说明频率特性计算部22中的处理的详情。图5是根据测定用扭矩指令来算出频率响应函数时的控制框图。图6是根据测定用速度指令来算出频率响应函数时的控制框图。图7是根据测定用位置指令来算出频率响应函数时的控制框图。
如图2所示，频率特性计算部22包含测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52、频率响应函数计算部53及测定用位置指令生成部54。另外，也可为具备测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52及测定用位置指令生成部54中的任一个或它们中的两个的构成，而不需要具备全部。
测定用扭矩指令生成部51生成求出包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数时的、用于驱动马达3的测定用扭矩指令(第1指令值、扭矩指令值)。
测定用速度指令生成部52生成求出包含负载装置4的控制对象6的频率传递函数P时的、用于驱动马达3的测定用速度指令(第1指令值、速度指令值)。
测定用位置指令生成部54生成求出包含负载装置4的控制对象6的频率传递函数P时的、用于驱动马达3的测定用位置指令(第1指令值、位置指令值)。
另外，本实施方式中记载了下述构成，即，设定装置1具有测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52、测定用位置指令生成部54，以作为生成用于测定频率响应的指令值的功能。但是，用于测定频率响应的指令值的生成方法并不限于此。例如，测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52、测定用位置指令生成部54也可分别设定用于生成指令值的条件，且通过将所述设定的条件通知给伺服驱动器2而由伺服驱动器2进行指令值的生成。作为用于生成指令值的条件，例如，当使用扫描正弦波来作为指令值时，可列举所述指令值的初始振幅、振幅的放大率。而且，能够将决定指令值频率的最大值的值设定为条件。作为决定指令值频率的最大值的值，例如可列举测定的取样(sampling)周期。指令值的生成条件是由用户经由操作接收部11来设定。
频率响应函数计算部53使用测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52或测定用位置指令生成部54所生成的测定用扭矩指令、测定用速度指令或测定用位置指令，算出包含负载装置4的控制对象6的特性即频率响应函数。以下说明详细的计算方法。
〔计算方法-1〕
首先，参照图5来说明计算方法-1。如图5所示，在计算方法-1中，首先，测定用扭矩指令生成部51生成包含多个频率成分的测定用扭矩指令，并通知给电流控制器33及频率响应函数计算部53。接下来，电流控制器33基于所通知的测定用扭矩指令来使马达3驱动以使负载装置4进行动作。
然后，频率响应函数计算部53根据从测定用扭矩指令生成部51通知的测定用扭矩指令、与测定出的包含负载装置4的控制对象6中的响应速度(检测速度(速度测定值、测定值))，算出包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数。即，频率响应函数的测定对象Pmeasure是包含电流控制器33及控制对象6的块。
具体而言，频率特性计算部22如下所述般算出频率响应函数。首先，如以下所示，对测定用扭矩指令与测定出的响应速度的数据(取样间隔Δt、数据个数N的时间序列排列)分别进行频率分析(傅里叶变换)而取其比，由此来算出频率响应函数P(复数排列)。
Tref[N]：对测定用扭矩指令进行傅里叶变换所得的复数排列
Ωact[N]：对响应速度进行傅里叶变换所得的复数排列
P[N]＝Ωact[N]/Tref[N]
f[N]＝0、1/(Δt·N)、2/(Δt·N)、3/(Δt·N)、…、(N-1)/(Δt·N)f：频率
根据以上，求出包含电流控制器33及控制对象6的测定对象Pmeasure的频率响应函数P。
〔计算方法-2〕
接下来，参照图6来说明计算方法-2。如图6所示，在计算方法-2中，首先，测定用速度指令生成部52生成包含多个频率成分的测定用速度指令，并通知给速度控制器32及频率响应函数计算部53。接下来，速度控制器32如上所述，根据测定用速度指令与检测速度的偏差即速度偏差来输出指令扭矩。电流控制器33基于所通知的指令扭矩来使负载装置4进行动作。
然后，频率响应函数计算部53根据从测定用速度指令生成部52通知的测定用速度指令、与测定出的负载装置4中的响应速度(检测速度)，算出测定对象Gv_measure的频率响应函数。测定对象Gv_measure是包含速度控制器32、电流控制器33及控制对象6的块。
具体而言，频率特性计算部22如以下所示，首先，对测定用速度指令与测定出的响应速度的数据(取样间隔Δt、数据个数N的时间序列排列)分别进行频率分析(傅里叶变换)而取其比，由此来算出速度闭环的频率响应函数Gv_closed(复数排列)。
Ωref[N]：对测定用速度指令进行傅里叶变换所得的复数排列
Ωact[N]：对响应速度进行傅里叶变换所得的复数排列
Gv_closed[N]＝(Ωact[N])/(Ωref[N])
f[N]＝0、1/(Δt·N)、2/(Δt·N)、3/(Δt·N)、…、(N-1)/(Δt·N)f：频率
接下来，如下所示，根据速度闭环的特性Gv_closed，对测定时的伺服驱动器2的速度控制器32的特性(Cv)进行除法运算，从而求出测定对象Gv_measure的频率响应函数P。
Gv_open[N]＝(Gv_closed[N])/(1-Gv_closed[N])
P[N]＝(Gv_open[N])/Cv[N]
通过以上所述，求出测定对象Gv_measure的频率响应函数P。
〔计算方法-3〕
接下来，参照图7来说明计算方法-3。如图7所示，在计算方法-3中，首先，测定用位置指令生成部54生成包含多个频率成分的测定用位置指令，并通知给位置控制器31及频率响应函数计算部53。接下来，位置控制器31根据测定用位置指令与检测位置的偏差即位置偏差来输出指令速度。速度控制器32根据指令速度与检测速度的偏差即速度偏差来输出指令扭矩。电流控制器33基于所通知的指令扭矩来使负载装置4进行动作。
然后，频率响应函数计算部53根据从测定用位置指令生成部54通知的测定用位置指令、与测定出的负载装置4中的响应位置(检测位置(位置测定值、测定值))，算出测定对象Gp_measure的频率响应函数。测定对象Gp_measure是包含位置控制器31、速度控制器32、电流控制器33及控制对象6的块。
具体而言，频率特性计算部22如以下所示，首先，对测定用位置指令与测定出的响应位置的数据(取样间隔Δt、数据个数N的时间序列排列)分别进行频率分析(傅里叶变换)而取其比，由此来算出位置闭环的频率响应函数Gp_closed(复数排列)。
Θref[N]：对测定用位置指令进行傅里叶变换所得的复数排列
Θact[N]：对响应位置进行傅里叶变换所得的复数排列
Gp_closed[N]＝(Θact[N])/(Θref[N])
f[N]＝0、1/(Δt·N)、2/(Δt·N)、3/(Δt·N)、…、(N-1)/(Δt·N)f：频率
接下来，如下所示，根据位置闭环的特性Gp_closed来求出位置开环的特性Gp_open。
Gp_open[N]＝(Gp_closed[N])/(1-Gp_closed[N])
接下来，根据测定时的控制参数的值，求出测定时的位置控制器31的特性Cp。
并且，根据位置开环特性Gp_open，对位置控制器31的特性与积分的项(1/s)进行除法运算，求出速度闭环的特性。
Gv_closed[N]＝(Gp_open[N])/(Cp/s)
接下来，如下所示，根据速度闭环的特性Gv_closed，对测定时的伺服驱动器2的速度控制器32的特性(Cv)进行除法运算，从而求出测定对象Gv_measure的频率响应函数P。
Gv_open[N]＝(Gv_closed[N])/(1-Gv_closed[N])
P[N]＝(Gv_open[N])/Cv[N]
通过以上所述，求出测定对象Gpv_measure的频率响应函数P。
如此，本实施方式中，使用使负载装置4进行动作而获得的测定结果来求出包含负载装置4的测定对象的频率响应函数。并且，使用所述频率响应函数来执行以下所示的仿真，因此能够执行高精度的仿真。而且，包含负载装置4的测定对象的特性(频率响应函数)能够根据测定结果而求出，因此，即使用户5不具备用于求出负载装置4的特性的特别知识也能够执行仿真。
〔仿真部23中的处理的详情〕
接下来，参照图8a至图8d来说明仿真部23中的处理的详情。图8a至图8d是用于说明本实施方式的设定装置1中的仿真内容的图。
如图2所示，仿真部23包含频率传递函数设定部40、脉冲响应计算部41、仿真系统42、第2指令值生成部43、时间响应输出部44及频率响应输出部45。
频率传递函数设定部40根据频率响应函数计算部53所算出的频率响应函数，或者基于所述频率响应函数与仿真用的控制参数，来设定用于仿真的频率传递函数即仿真用频率传递函数。
脉冲响应计算部41算出频率传递函数设定部40所设定的仿真用频率传递函数的脉冲响应。
仿真系统42是包含仿真对象的模型结构的系统。仿真系统42的详情将后述。
第2指令值生成部43生成仿真用的指令值即第2指令值。
时间响应输出部44执行时间响应仿真，并输出作为仿真结果的时间响应。
频率响应输出部45输出作为仿真结果的频率响应。
〔仿真系统的基本结构〕
首先，参照图8a来说明仿真系统的基本结构(控制块结构)。如图8a所示，仿真系统的基本结构对应于机械系统7，包含模型位置控制器31'、模型速度控制器32'、模型电流控制器33'及机械模型部34'。
模型位置控制器31'对应于伺服驱动器2的位置控制器31，模型速度控制器32'对应于伺服驱动器2的速度控制器32，模型电流控制器33'对应于伺服驱动器2的电流控制器33，机械模型部34'对应于控制对象6。
仿真系统的基本结构中，与伺服驱动器2同样地，对模型位置控制器31'输入位置指令(pcmd)而输出速度指令(vcmd)，对模型速度控制器32'输入速度指令而输出扭矩指令(τcmd)，对模型电流控制器33'输入扭矩指令而输出电流指令(ccmd)。并且，对机械模型部34'输入电流指令，并输出速度(vsim)与位置(psim)作为仿真结果。
〔仿真-0〕
在仿真-0中，如图8b所示，将图8a所示的基本结构的整体(模型位置控制器31'、模型速度控制器32'、模型电流控制器33'及机械模型部34')作为逆傅里叶变换的对象(第1频率传递函数)来进行仿真。具体如下。
首先，通过所述频率特性计算部22的处理，求出包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数P。接下来，将作为控制器特性的频率传递函数(Cp、Cv)乘以控制对象6的频率响应函数P，从而求出速度开环的频率传递函数Gv_open及速度闭环的频率传递函数Gv_closed。此处，频率传递函数(Cp、Cv)是通过仿真用的控制参数来表达。即，频率传递函数Cp是表示仿真系统的模型位置控制部31'的特性的频率传递函数，设定有作为仿真用控制参数的仿真用位置比例增益Kpp_sim。即，频率传递函数Cp是成为常数的函数。而且，频率传递函数Cv是表示仿真系统的模型速度控制部32'的特性的频率传递函数，设定有作为仿真用控制参数的仿真用速度比例增益Kvp_sim。而且，当模型速度控制部32'进行PI控制时，在模型速度控制部32'中，频率传递函数Cv除了通过仿真用速度比例增益Kvp_sim以外，还通过仿真用速度积分增益Kvi_sim来表达。此时，频率传递函数Cv表示为Kvp_sim×(1+Kvi_sim/2)(拉普拉斯(Laplace)算子s的函数)。进而，求出位置开环的频率传递函数Gp_open及位置闭环的频率传递函数Gp_closed。
Gv_open＝Cv·P
Gv_closed＝(Gv_open)/(1+Gv_open)
Gp_open＝Cp·Gv_closed·1/s(s为传递函数的变量)
Gp_closed＝(Gp_open)/(1+Gp_open)
接下来，对位置闭环的频率传递函数Gp_closed进行逆傅里叶变换而求出脉冲响应gimp。这表示相对于位置脉冲指令的位置响应。
gimp＝IFFT(Gp_closed)
接下来，通过以下的计算而求出相对于位置指令(时间序列排列pcmd)的位置响应(时间序列排列psim)。另外，这是进行脉冲响应gimp的卷积。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
FOR仅反复n＝0～gimp的长度量(N)DO
psim[m+n]＝psim[m+n]+pcmd[m]·gimp[n]
END FOR
END FOR
通过以上所述，能够将图8a所示的基本结构整体置换为频率传递函数来进行仿真。
由此，能够一边变更控制参数一边通过仿真来获得机械系统7的响应(位置响应、时间响应)，从而不再需要每次变更控制参数时都要实际驱动马达3来使负载装置4进行动作以确认响应。
〔仿真-1〕
在仿真-1中，相比于所述仿真-0，以下方面更优异。
在频率特性计算部22根据检测出的结果而求出的包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数中，并未充分包含低频的信息。因此，使用所述计算结果来进行逆傅里叶变换而求出的时间序列数据将在低频成分中包含较多误差。尤其，直流成分作为恒定偏差而显现，因此会成为明显的误差。另外，通过使测定时间变长，能够获得较多的低频信息，但易用性变差，在使用案例(use case)上不理想。
而且，在仿真-0中，未出现速度指令vcmd，无法对将速度指令vcmd加上速度前馈的构成进行仿真。
因此，在仿真-1中，反馈响应位置以算出指令位置与响应位置的位置偏差，并使用所述位置偏差，对将频率传递函数进行逆傅里叶变换所获得的脉冲响应进行卷积，算出响应速度，并对所算出的响应速度进行积分而算出响应位置，由此来执行仿真。由此，由于反馈响应位置以算出位置偏差，因此低频成分的误差得到修正，能够执行高精度的仿真。
更详细而言，参照图8c来进行说明。图8c是用于说明仿真-1的内容的图。如图8c所示，在仿真-1中，将仿真系统的基本结构中的模型速度控制器32'、模型电流控制器33'及机械模型部34'作为逆傅里叶变换的对象来进行仿真。并且，模型位置控制器31'根据位置指令pcmd与对应于位置指令pcmd的响应位置psim的位置偏差来算出速度指令vcmd，并根据所算出的速度指令vcmd，使用第2频率传递函数来算出响应速度vsim，并根据所算出的响应速度vsim来算出响应位置psim。另外，此处，所算出的速度指令vcmd对应于将位置指令pcmd(第2指令值)输入至仿真系统而输出的输出值。
具体而言，以下述方式进行计算。另外，将输入欲仿真的参数后的模型速度控制器32'的特性设为Cv。
首先，频率传递函数设定部40将Cv乘以频率特性计算部22所算出的、包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数P，求出速度开环的频率传递函数Gv_open及速度闭环的频率传递函数Gv_closed。
Gv_open[N]＝Cv[N]·P[N]
Gv_closed[N]＝(Gv_open[N])/(1+Gv_open[N])
接下来，脉冲响应计算部41将速度闭环的频率传递函数Gv_closed以下述方式进行逆傅里叶变换，求出脉冲响应gimp。这表示相对于速度脉冲指令的速度响应。
gimp[N]＝IFFT(Gv_closed[N])
接下来，仿真部23通过以下的计算而求出相对于位置指令(时间序列排列pcmd)的位置响应(时间序列排列psim)及速度响应(时间序列排列vsim)。这是进行脉冲响应gimp的卷积。另外，vcmd是从模型位置控制器31'输出。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
perr＝pcmd[m]-psim[m-1]…算出位置偏差perr
vcmd＝Kpp·perr
FOR仅反复n＝0～gv_imp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝vcmd·gimp[n]…卷积
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt…对速度进行积分以算出位置
ENDFOR
此处，Kpp为位置比例增益(控制参数)，Δt为频率响应测定时的取样间隔。
如上所述，在仿真-1中，将图8a所示的基本结构中的模型速度控制器32'、模型电流控制器33'及机械模型部34'作为逆傅里叶变换的对象，使用位置偏差来执行仿真。
并且，通过使用位置偏差，能够减少包含负载装置4的控制对象6的频率响应函数中所含的低频成分的误差，因此，与仿真-0相比较，能够执行更准确的仿真。
而且，将速度开环的频率传递函数(Gv_open)、速度闭环的频率传递函数(Gv_closed)直接作为伯德(Bode)线图而输出，由此，能够对速度开环或速度闭环的频率响应进行仿真。
〔变形例〕
在不变更模型速度控制器32'的参数而反复进行仿真时，速度闭环的特性(频率传递函数)Gv_closed为固定。因此，通过前述的计算方法-2，求出速度闭环的特性(频率传递函数)Gv_closed，并使用所求出的速度闭环的特性(频率传递函数)Gv_closed来求出gimp，以执行仿真。这在例如仅变更位置控制器31的参数时、仅变更位置指令时有用。
〔在设定装置1中设定控制参数的处理流程〕
接下来，参照图4来说明在设定装置1中调整(设定)控制参数的处理流程。图4是表示设定装置1中的处理流程的流程图。
如图4所示，在控制参数的调整处理中，作为大的流程，在初始设定步骤中进行初始设定(S1)，在频率响应函数计算步骤中算出频率响应函数(S2)，在时间响应仿真执行步骤中执行时间响应仿真(S3)，在实机响应确认步骤中确认实机的响应(S4)。
在步骤S1的初始设定步骤中，参数设定部21将频率响应测定用的控制参数设定至伺服驱动器2(S1-1)。
在步骤S2的频率响应函数计算步骤中，首先，频率特性计算部22的测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52及测定用位置指令生成部54中的至少任一者生成频率响应测定用的指令值(第1指令值)(S2-1)。
接下来，频率特性计算部22经由获取部25来测定频率响应(S2-2)。
接下来，频率特性计算部22算出包含控制对象6的特性的、测定对象的频率响应函数(S2-3)。
在步骤S3的时间响应仿真执行步骤中，首先，参数设定部21设定仿真用的控制参数(S3-1)。
接下来，频率传递函数设定部40将基于在步骤S2-3中算出的频率响应函数、或者基于所述频率响应函数与仿真用的控制参数而算出的频率传递函数，设定为仿真用频率传递函数(S3-2)。
接下来，脉冲响应计算部41算出在步骤S3-2中设定的仿真用频率传递函数的脉冲响应(S3-3)。
接下来，第2指令值生成部43生成仿真用的指令值(第2指令值)(S3-4)。
接下来，时间响应输出部44使用在步骤S3-4中生成的第2指令值与在步骤S3-3中算出的脉冲响应来执行时间响应仿真，并输出结果(S3-5)。
仿真的执行结果例如以图9所示的形式而显示于显示部12上。图9是表示仿真结果的显示例的图。图9所示的示例中，利用横轴为时间(t)、纵轴为位置(p)或速度(v)的图表，将指令(位置指令、速度指令)与仿真的响应结果重叠绘制(plot)而加以显示。由此，能够容易地认识到所述控制参数下的指令与响应结果的对应关系。
并且，若所输出的时间响应仿真的结果为良好(S3-6中为是(YES))，则前进至步骤S4，若并非良好(S3-6中为否(NO))，则返回步骤S3-1，重复步骤S3。
在步骤S4的实际机械响应确认步骤中，首先，将在步骤S3-6中判定响应状态为良好时的控制参数设定至伺服驱动器2(S4-1)。
接下来，以所设定的控制参数来使机械系统7进行动作，以测定响应(S4-2)。
然后，若测定出的响应为良好(S4-3中为是)，则结束控制参数的调整。另一方面，若测定出的响应并非良好(S4-3中为否)，则返回步骤S2-2。
如上所述，本实施方式中，为了对伺服驱动器2的控制参数(位置增益、速度增益及滤波器的截止频率等)进行调整，能够对速度控制或位置控制的时间响应进行仿真并展示给用户。由此，用户5能够通过仿真来随时确认使用所设定的控制参数时的时间响应，无须实际使负载装置4反复动作便能够在短时间内安全地进行调整。
另外，在所述控制参数的设定处理中，设有初始响应步骤S1、频率响应函数计算步骤S2、时间响应仿真执行步骤S3、实机响应确认步骤S4这四个步骤，但即使不进行实际机械响应确认步骤S4，仍能够进行控制参数的设定处理。即，通过使用对马达3及负载装置4的频率响应进行测定所得的结果的仿真，能够实现精确反映出控制对象6的特性的仿真，因此即使不执行实际机械响应确认步骤S4，仍可完成控制参数的设定。
〔实施方式2〕
〔仿真-2〕
对于本发明的另一实施方式，基于图8d作出说明如下。另外，为了便于说明，对于与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件，标注相同的符号并省略其说明。
如图8d所示，本实施方式中，将仿真的基本结构中的模型电流控制器33'及机械模型部34'置换为一个仿真用频率传递函数(第3频率传递函数)来执行仿真。
即，在仿真-2中，将响应位置通过模型位置反馈环路31b'来反馈给模型位置控制器31'，以算出位置指令(pcmd)与模型响应位置(psim)的位置偏差，模型位置控制器31'使用所述位置偏差来生成速度指令(vcmd)。然后，模型速度控制器32'根据速度指令与由模型速度反馈环路32b'所反馈的模型速度响应(vsim)的速度偏差，来生成扭矩指令(τcmd)。然后，根据扭矩指令与第3频率传递函数来算出响应速度，对所算出的响应速度进行积分而算出响应位置，由此来执行仿真。由此，反馈响应速度、响应位置以算出速度偏差、位置偏差，因此低频成分的误差得以修正，能够执行高精度的仿真。
另外，将包含模型速度控制器32'、第3频率传递函数P(35c')及模型速度反馈环路32b'的系统称作模型速度反馈系统(模型反馈系统)32a'。而且，将包含模型速度反馈系统32a'与模型速度控制器32'、模型位置反馈环路31b'的系统称作模型位置反馈系统(模型反馈系统)31a'。
具体而言，仿真的执行方法如下。仿真部23以下述方式对频率传递函数P进行逆傅里叶变换而求出脉冲响应gimp。这表示相对于扭矩脉冲指令的速度响应。
gimp[N]＝IFFT(P[N])
接下来，仿真部23通过以下的计算而求出相对于位置指令(时间序列排列pcmd)的位置响应(时间序列排列psim)及速度响应(时间序列排列vsim)。这是进行脉冲响应gimp的卷积。另外，vcmd是从模型位置控制器31'输出，τcmd是从模型速度控制器32'输出。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
perr＝pcmd[m]-psim[m-1]…算出位置偏差perr
vcmd＝Kpp·perr
verr＝vcmd-vsim[m-1]…算出速度偏差verr
τcmd＝Kvp·verr
FOR仅反复n＝0～gv_imp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝τcmd·gimp[n]…卷积
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt…对速度进行积分以算出位置
ENDFOR
此处，与实施方式1相同，Kpp为位置比例增益(控制参数)，Δt为频率响应测定时的取样间隔，Kvp为速度比例增益(控制参数)。
如上所述，本实施方式中，将仿真系统的基本结构中的模型电流控制器33'及机械模型部34'的频率传递函数(P)作为逆傅里叶变换的对象，使用位置偏差及速度偏差来执行仿真。
并且，通过使用位置偏差及速度偏差，能够减少频率传递函数P中所含的低频成分的误差，因此，与仿真-0相比较，能够执行更准确的仿真。
进而，与仿真-1相比较，也起到以下效果。能够对包含扭矩前馈(对于模型电流控制器33'，将使扭矩指令加上前馈而得者作为输入)的构成执行仿真。这是因为，在仿真-1中，未出现扭矩指令τcmd，因而无法将扭矩指令τcmd加上扭矩前馈。另外，关于前馈的构成，作为实施方式3而在下文记载。
而且，当执行不变更模型电流控制器33'的控制参数而仅变更模型位置控制器31'及模型速度控制器32'的控制参数的仿真时，由于P(包含模型电流控制器33'与机械模型部34'的系统的频率传递函数)不发生变化，因此能够减轻处理量。这是因为，不需要对计算量多的逆傅里叶变换进行重新计算。
〔仿真-1相对于仿真-2的优点〕
此处，参照图10、图11a及图11b来说明仿真-1相对于仿真-2的优点。图10与图11a及图11b是用于说明仿真-1的优点的图。
图10是表示一般的一次延迟要素的脉冲响应的图。在图10中，T为时间常数。如图10所示，脉冲响应随着时间经过而收聚。
此处，若简单地设为P＝1/(Js+D)(惯量J、粘性摩擦系数D的单惯性)，则
仿真-2：P＝1/(Js+D)→时间常数J/D
仿真-1：Gv_closed＝Cv·P/(1+Cv·P)＝Kvp/(Js+D+Kvp)→时间常数J/(D+Kvp)。
因此，仿真-2的时间常数较大。因此，直至脉冲响应的收聚为止的时间将变长。因此，可能引起下述情况，即：在数据个数N的时刻，在仿真-1的情况下，脉冲响应收聚(参照图11a)，但在仿真-2的情况下，脉冲响应未收聚(参照图11b)。此时，在仿真-2中，成为无视数据个数N以后的脉冲响应的结果，从而导致误差变大(参照图11b)。
因此，脉冲响应在短时间收聚为0(零)者即仿真-1能够以较短的测定数据来执行仿真。另外，摩擦D越小的控制对象，时间常数的差越大，测定数据的个数的差越显著。
〔实施方式3〕
〔仿真-3〕
对于本发明的又一实施方式，基于图12a至图12c作出说明如下。另外，为了便于说明，对于与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件，标注相同的符号并省略其说明。图12a至图12c是用于说明本实施方式中的仿真-3的内容的图。如图12a至图12c所示，本实施方式是对仿真-2的构成追加有前馈的构成。
首先，参照图12a来说明设有前馈器的伺服驱动器2的控制结构。如图12a所示，在伺服驱动器2的控制结构中设置前馈部37的情况下，前馈部37接收位置指令的输入，并将前馈速度以追加至位置控制器31的速度指令的方式而输出，并且能够将前馈扭矩以追加至作为速度控制器32的输出的扭矩指令的方式而输出。
因而，执行包含前馈的伺服驱动器2的仿真的仿真系统的结构如图12b所示，设有与前馈部37对应的模型前馈部110，模型前馈部110接收位置指令(pcmd)的输入，并输出模型前馈速度vff及模型前馈扭矩τff。另外，将包含模型前馈部110的系统称作前馈系统。
参照图12c来说明包含模型前馈部110时的仿真。另外，直至求出脉冲响应gimp为止均与实施方式2的仿真-1相同。
求出脉冲响应gimp后，通过以下的计算来求出相对于位置指令(时间序列排列pcmd)的位置响应(时间序列排列psim)及速度响应(时间序列排列vsim)。这是进行脉冲响应gimp的卷积。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
perr＝pcmd[m]-psim[m-1]…算出位置偏差perr
根据pcmd求出vff
vcmd＝Kpp·perr+vff
verr＝vcmd-vsim[m-1]…算出速度偏差verr
根据pcmd及vcmd求出τff
τcmd＝Kvp·verr+τff
FOR仅反复n＝0～gv_imp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝τcmd·gimp[n]…卷积
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt…对速度进行积分以算出位置
ENDFOR
由此，能够使用前馈来执行仿真。而且，也能够对一般被称作增益调度的、在马达动作过程中变更增益(位置增益、速度增益：控制参数)的情况进行仿真。
另外，若为仅将速度指令vcmd加上前馈的构成，则也可为对所述实施方式1的仿真-1的构成追加前馈的构成而成者。
〔变形例〕
另外，也可为不设置前述的模型前馈部110，而如图13所示，由独立的块(前馈指令生成部110')生成前馈值的构成。此时的计算方法如下。
首先，在前馈指令生成部110'中，预先准备前馈值来作为时间序列排列vff[m]、τff[m]。并且，进行以下的计算。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
perr＝pcmd[m]-psim[m-1]
vcmd＝Kpp·perr+vff将速度指令vcmd加上前馈vff
verr＝vcmd-vsim[m-1]
τcmd＝Kvp·verr+τff将扭矩指令τcmd加上前馈τff
FOR仅反复n＝0～gimp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝vsim[m+n]+τcmd·gimp[n]
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt
ENDFOR
〔实施方式4〕
接下来，参照图14a至图14d来说明速度控制仿真。图14a至图14d是用于说明仿真内容的图。
图14a表示进行速度控制时的机械系统7的控制结构。如图14a所示，在速度控制中，成为下述结构，即，包含伺服驱动器2中的速度控制器32、电流控制器33及机械系统7的控制对象6，速度指令与检测速度的速度偏差被输入至速度控制器32。
接下来，参照图14b来说明进行速度控制的仿真时的仿真系统的结构。如图14b所示，在仿真系统中，对应于图14a所示的机械系统7的控制结构，而成为包含模型速度控制器32'、模型电流控制器33'、机械模型部34'的结构。
〔仿真-4〕
首先，参照图14c来说明仿真-4。在仿真-4中，将仿真系统的模型速度控制器32'、模型电流控制器33'及机械模型部34'置换为一个仿真用频率传递函数(第2频率传递函数Gv_closed)来执行仿真。
具体的计算方法如下。
与前述的仿真-1同样地，对频率传递函数Gv_closed进行逆傅里叶变换，而求出脉冲响应gimp。这表示相对于速度脉冲指令的速度响应。
gimp[N]＝IFFT(Gv_closed[N])
并且，通过以下的计算来求出相对于速度指令(时间序列排列vcmd)的位置响应(时间序列排列psim)及速度响应(时间序列排列vsim)。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
FOR仅反复n＝0～gv_imp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝vsim[m+n]+vcmd·gimp[n]…卷积
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt…对速度进行积分以算出位置
ENDFOR
〔仿真-5〕
接下来，参照图14d来说明仿真-5。在仿真-5中，将仿真系统的模型电流控制器33'及机械模型部34'置换为一个仿真用频率传递函数(第3频率传递函数P)来执行仿真。
具体的计算方法如下。
与前述的仿真-2同样地，对频率传递函数P进行逆傅里叶变换，而求出脉冲响应gimp。这代表相对于扭矩脉冲指令的速度响应。
gimp[N]＝IFFT(P[N])
并且，通过以下的计算来求出相对于速度指令(时间序列排列vcmd)的位置响应(时间序列排列psim)及速度响应(时间序列排列vsim)。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
verr＝vcmd[m]-vsim[m-1]…算出速度偏差verr
τcmd＝Kpp·verr
FOR仅反复n＝0～gimp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝vsim[m+n]+vcmd·gimp[n]…卷积
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt…对速度进行积分以算出位置
ENDFOR
〔实施方式5〕
〔仿真-6〕
接下来，参照图15a至图15c来说明扭矩控制仿真。图15a至图15c是用于说明扭矩控制仿真的内容的图。
参照图15a来说明进行扭矩控制时的、机械系统7的控制结构。如图15a所示，在进行扭矩控制的情况下，成为包含电流控制器33及控制对象6的控制结构，扭矩指令被输入至电流控制器33，并将电流指令输出至控制对象6。
接下来，参照图15b来说明进行扭矩控制的仿真时的仿真系统的结构。如图15b所示，在仿真系统中，对应于图15a所示的机械系统7的控制结构而成为包含模型速度控制器32'、模型电流控制器33'、机械模型部34'的结构。
参照图15c来说明仿真-6。在仿真-6中，将仿真系统的模型电流控制器33'及机械模型部34'置换为一个仿真用频率传递函数(第3频率传递函数P)来执行仿真。
具体的计算方法如下。
与前述的仿真-2同样地，对频率传递函数P进行逆傅里叶变换，而求出脉冲响应gimp。这代表相对于扭矩脉冲指令的速度响应。
gimp[N]＝IFFT(P[N])
并且，通过以下的计算来求出相对于速度指令(时间序列排列vcmd)的位置响应(时间序列排列psim)及速度响应(时间序列排列vsim)。
FOR反复m＝0～欲仿真的长度量DO
FOR仅反复n＝0～gv_imp的长度量(N)DO
vsim[m+n]＝vsim[m+n]+τcmd·gimp[n]…卷积
ENDFOR
psim[m]＝psim[m-1]+vsim[m]·Δt…对速度进行积分以算出位置
ENDFOR
〔借助软件实现的例子〕
设定装置1的控制块(尤其是控制部10(参数设定部21、频率特性计算部22(测定用扭矩指令生成部51、测定用速度指令生成部52、频率响应函数计算部53、测定用位置指令生成部54))、仿真部23(频率传递函数设定部40、脉冲响应计算部41、仿真系统42、第2指令值生成部43、时间响应输出部44、频率响应输出部45)、动作指示部24及获取部25)既可通过形成于集成电路(IC芯片(chip))等上的逻辑电路(硬件)实现，也可使用中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)而通过软件来实现。
在后者的情况下，设定装置1具备：CPU，执行作为实现各功能的软件的程序的命令；只读存储器(Read Only Memory，ROM)或存储装置(将它们称作“记录介质”)，可由计算机(或CPU)读取地记录有所述程序及各种数据；以及展开所述程序的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。并且，通过计算机(或CPU)从所述记录介质中读取并执行所述程序来达成本发明的目的。作为所述记录介质，可使用“并非临时的有形介质”，例如可使用带(tape)、盘(disk)、卡(card)、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。而且，所述程序也可经由可传输所述程序的任意传输介质(通信网络或广播波等)而提供给所述计算机。另外，本发明也能以通过电子传输来将所述程序具现化的、被嵌入载波中的数据信号的形态来实现。
本发明并不限定于所述各实施方式，可在权利要求书所示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式中分别揭示的技术手段适当组合而获得的实施方式也包含于本发明的技术范围内。

Claims (13)

1.一种仿真装置，进行机械系统的仿真，所述机械系统具有包含马达的控制对象与控制所述马达的马达控制装置，所述仿真装置的特征在于包括：
频率响应函数计算部，基于用于使所述机械系统驱动的第1指令值、与由所述第1指令值所驱动的所述机械系统的响应的测定值的关系，算出包含所述控制对象的特性的频率响应函数；
仿真系统，具有与所述机械系统对应的控制块结构；
参数设定部，设定使所述仿真系统的特性变更的控制参数；
频率传递函数设定部，将基于所述频率响应函数、或者基于所述频率响应函数与所述控制参数而算出的频率传递函数，设定为仿真用频率传递函数；
脉冲响应计算部，通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出脉冲响应；
第2指令值生成部，生成第2指令值，所述第2指令值用于使用所述脉冲响应进行的仿真；以及
时间响应输出部，基于所述第2指令值与所述脉冲响应，来执行所述机械系统相对于所述第2指令值的时间响应仿真。
2.根据权利要求1所述的仿真装置，其特征在于，
所述机械系统具有至少一个反馈系统以作为控制块结构，
所述仿真系统具有与所述反馈系统对应的至少一个模型反馈系统，
所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述至少一个反馈系统的特性的所述频率响应函数，
所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性且不包含所述至少一个模型反馈系统的特性的仿真用频率传递函数，
所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型反馈系统而获得的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的所述脉冲响应，来执行所述机械系统相对于所述第2指令值的所述时间响应仿真。
3.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，
所述仿真系统包含前馈系统，所述前馈系统输出与所述输出值相加的前馈值，
所述时间响应输出部基于将所述输出值加上所述前馈值所得的加法值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的所述脉冲响应，来执行所述机械系统的所述时间响应仿真。
4.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，
所述机械系统具有包含速度控制器的速度反馈系统以作为控制块结构，
所述仿真系统具有与所述速度反馈系统对应的模型速度反馈系统，
所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述速度反馈系统的所述频率响应函数，
所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性且不包含所述模型速度反馈系统的所述仿真用频率传递函数，
所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型速度反馈系统而获得的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的所述脉冲响应，来执行所述机械系统的所述时间响应仿真。
5.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，
所述机械系统具有包含位置控制器的位置反馈系统、与包含配置在所述位置控制器下游侧的速度控制器的速度反馈系统，以作为控制块结构，
所述仿真系统具有与所述位置反馈系统对应的模型位置反馈系统及与所述速度反馈系统对应的模型速度反馈系统，
所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述位置反馈系统和所述速度反馈系统的所述频率响应函数，
所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性与所述模型速度反馈系统且不包含所述模型位置反馈系统的所述仿真用频率传递函数，
所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型位置反馈系统而获得的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的所述脉冲响应，来执行所述机械系统的所述时间响应仿真。
6.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，
所述机械系统具有包含位置控制器的位置反馈系统、与包含配置在所述位置控制器下游侧的速度控制器的速度反馈系统，以作为控制块结构，
所述仿真系统具有与所述位置反馈系统对应的模型位置反馈系统及与所述速度反馈系统对应的模型速度反馈系统，
所述频率响应函数计算部算出包含所述控制对象的特性且不包含所述位置反馈系统和所述速度反馈系统的所述频率响应函数，
所述频率传递函数设定部设定包含所述控制对象的特性且不包含所述模型速度反馈系统和所述模型位置反馈系统的所述仿真用频率传递函数，
所述时间响应输出部基于将所述第2指令值输入至所述模型位置反馈系统而获得的输出值及所述模型速度反馈系统的输出值、与通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出的所述脉冲响应，来执行所述机械系统的所述时间响应仿真。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的仿真装置，其特征在于，
所述第1指令值为表示扭矩的扭矩指令值，
所述频率响应函数计算部基于所述扭矩指令值、与由所述扭矩指令值所驱动的所述机械系统的响应即速度测定值的关系，来算出所述频率响应函数。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的仿真装置，其特征在于，
所述第1指令值为表示速度的速度指令值，
所述频率响应函数计算部基于所述速度指令值、与由所述速度指令值所驱动的所述机械系统的响应即速度测定值的关系，来算出所述频率响应函数。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的仿真装置，其特征在于，
所述第1指令值为表示位置的位置指令值，
所述频率响应函数计算部基于所述位置指令值、与由所述位置指令值所驱动的所述机械系统的响应即位置测定值的关系，来算出所述频率响应函数。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的仿真装置，其特征在于，
所述时间响应输出部执行所述机械系统的位置、速度及扭矩中的至少任一者相对于所述第2指令值的所述时间响应仿真。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的仿真装置，其特征在于，
所述参数设定部构成为，设定所述仿真系统中所含的、与所述机械系统中的控制器分别对应的系统中的至少一个系统的参数。
12.一种仿真方法，进行机械系统的仿真，所述机械系统具有包含马达的控制对象与控制所述马达的马达控制装置，所述仿真方法的特征在于包括：
频率响应函数计算步骤，基于用于使所述机械系统驱动的第1指令值、与由所述第1指令值所驱动的所述机械系统的响应的测定值的关系，算出包含所述控制对象的特性的频率响应函数；
参数设定步骤，设定使具有与所述机械系统对应的控制块结构的仿真系统的特性变更的控制参数；
频率传递函数设定步骤，将基于所述频率响应函数、或者基于所述频率响应函数与所述控制参数而算出的频率传递函数，设定为仿真用频率传递函数；
脉冲响应计算步骤，通过对所述仿真用频率传递函数进行逆傅里叶变换而算出脉冲响应；
第2指令值生成步骤，生成第2指令值，所述第2指令值用于使用所述脉冲响应进行的仿真；以及
时间响应输出步骤，基于所述第2指令值与所述脉冲响应，来执行所述机械系统相对于所述第2指令值的时间响应仿真。
13.一种记录介质，其特征在于，其记录有控制程序且能被计算机读取，所述控制程序被所述计算机执行时实现权利要求1所述的仿真装置发挥功能。
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