CN108398896A - 控制装置、控制方法以及控制程序 - Google Patents

控制装置、控制方法以及控制程序 Download PDF

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Abstract

本发明控制装置、控制方法以及控制程序无须使控制对象的驱动器进行动作便可调整控制参数。控制装置(10)具备模型鉴定部(12)、参数决定部(132)、数据评价部(131)及动作数据计算部(133)。模型鉴定部(12)鉴定控制对象的动作的物理模型。动作数据计算部(133)使用物理模型与控制参数来算出动作数据。数据评价部(131)使用控制对象的动作的标准数据与动作数据来算出评价值。参数决定部(132)使用评价值来决定控制参数。

Description

控制装置、控制方法以及控制程序
技术领域
本发明涉及一种进行电动机的控制参数(pararneter)设定的控制装置、控制方法以及控制程序(program)。
背景技术
创作出各种电动机等的控制参数的调整方法。例如，在专利文献1中，记载了一种定位控制装置的控制参数调整装置。
所述控制参数调整装置向伺服驱动器(servo driver)发送控制参数，并从伺服驱动器获取实际位置数据。控制参数调整装置从标准位置数据与实际位置数据中提取出稳定特征量，并使用容许值来评价稳定特征量。控制参数调整装置使用所述评价结果来进行控制参数的调整。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2009-122778号公报
发明内容
但是，专利文献1所记载的结构及方法中，若不使用使驱动器进行动作而获得的实际数据，便无法调整控制参数。
因此，本发明的目的在于提供一种技术，无须使控制对象的驱动器连续动作便可调整控制参数。
本发明的控制装置具备模型(model)鉴定部、动作数据计算部、数据评价部、及参数决定部。模型鉴定部鉴定控制对象的动作的物理模型。动作数据计算部使用对控制对象给予的控制参数与物理模型来算出动作数据。数据评价部使用控制对象的动作的标准数据与动作数据来算出评价值。参数决定部使用评价值来决定控制参数。
所述结构中，只要通过控制装置内的数据处理，便可决定控制参数。
根据本发明，无须使控制对象的驱动器连续动作便可调整控制参数。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
图2是表示控制参数的示例的表。
图3是表示评价值的概念的图。
图4是表示本发明的第1实施方式的控制方法的流程图。
图5是表示评价值的计算方法的流程图。
图6是表示本申请发明的实施方式与以往实施方式中的动作数据与标准数据之差的图表。
图7是表示本发明的第1实施方式的另一控制方法的流程图。
图8A表示使用各参数区域时的动作数据的波形，图8B是表示各参数区域的关系的图。
图9是表示本发明的第2实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
图10A是表示控制参数值与可设定范围的关系的图，图10B是表示评价值的因更新次数引起的变化的图。
图11是表示本发明的第3实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
图12是表示本发明的第3实施方式的控制装置的显示图像例的图。
图13是表示本发明的第4实施方式的控制系统的结构的框图。
图14A是表示服务器中的标准数据的存储处理的流程图，图14B是表示服务器中的标准数据的发送处理的流程图。
图15是表示根据多个控制装置的动作数据设定最佳的标准数据，并发送至多个控制装置的处理的流程图。
[符号的说明]
1、1A、1B、1C：控制系统
10、10A、10B、101、102、103：控制装置
11：目标设定部
12：模型鉴定部
13：控制参数设定部
14、83：接口部(IF)
15：显示部
80：服务器
81：控制部
82：标准数据存储部
90、91、92、93：驱动器
100：操作受理部
112：标准数据设定部
113：容许值设定部
114：初始控制参数设定部
115：指令数据设定部
131：数据评价部
132：参数决定部
133：动作数据计算部
900、901、902、903：电动机
910、911、912、913：对象装置
920：计测器
Δv：速度差
NW1、NW90：网络
Re1、Re2、Re3：参数区域
S101～S107、S141～S143、S201、S206、S301～S303、S311～S313、S401～S404：步骤
t1～tn：时刻
Xc：标准数据
Xr：动作数据
具体实施方式
参照图来说明本发明的第1实施方式的控制装置、控制方法及控制程序。图1是表示本发明的第1实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。图2是表示控制参数的示例的表。图3是表示评价值的概念的图。
如图1所示，控制系统1具备控制装置10、驱动器90、电动机900及对象装置910。控制装置10具备目标设定部11、模型鉴定部12、控制参数设定部13、接口(interface，IF)部14及操作受理部100。控制参数设定部13具备数据评价部131、参数决定部132、及动作数据计算部133。
目标设定部11、模型鉴定部12及控制参数设定部13由中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、微处理器(Micro Processing Unit，MPU)等信息处理装置与由所述信息处理装置所执行的程序构成。
控制装置10经由接口部14而连接于驱动器90。驱动器90是被给予由控制装置10所设定的控制参数的设备(device)。驱动器90连接于作为控制对象的电动机900，电动机900连接于对象装置910。
驱动器90根据从控制装置10所给予的控制参数来进行电动机900的控制。例如，若电动机900为伺服马达，则驱动器90为伺服驱动器。通过所述电动机900的动作，执行对象装置910中的规定节拍(tact)。
操作受理部100包含键盘(keyboard)、鼠标(mouse)或触摸屏(touch panel)等，受理来自操作员(operator)的操作。例如，操作受理部100从操作员受理控制参数的设定操作。操作受理部100基于所述操作的受理，指示目标设定部11、模型鉴定部12、及控制参数设定部13执行控制参数的最佳化处理。另外，操作受理部100也可不内置于控制装置10中而位于外部。
目标设定部11具备标准数据设定部112、容许值设定部113、初始控制参数设定部114、及指令数据设定部115。标准数据设定部112通过操作员的操作输入，来设定成为电动机900的动作标准的标准数据。标准数据是与后述的动作数据同样地，将电动机900的动作数值化而成，表示速度、扭矩(torque)、位置等。
另外，标准数据也可对应于电动机900的每个种类而预先存储，根据操作受理部100对电动机900的选择，目标设定部11读出所存储的标准数据。而且，目标设定部11也可通过操作员利用操作受理部100来手动输入，而设定标准数据。标准数据例如是表示图3的虚线的数据。标准数据设定部112将标准数据输出至数据评价部131。
容许值设定部113通过操作员的操作输入，来设定在后述的参数决定时所利用的评价值的容许值。容许值是根据电动机900的动作精度、响应速度等来适当设定。容许值设定部113将容许值输出至参数决定部132。
初始控制参数设定部114设定参数决定部132的初始值。此时，初始控制参数设定部114设定对电动机900所设定的所有参数。
指令数据设定部115设定指令数据，并输出至动作数据计算部133。所谓指令数据，是指成为动作数据的基础的数据，根据直至某时间点为止的动作数据与指令数据的差，来算出下个时刻的动作数据。
模型鉴定部12鉴定驱动器的物理模型与装置的物理模型。例如，模型鉴定部12经由接口部14而获取驱动器90、电动机900、对象装置910的规格等信息，根据这些信息来鉴定驱动器的物理模型与装置的物理模型。所谓驱动器的物理模型，是指如下所述的数据，即，表示将从控制装置10向驱动器90的标准数据作为输入，将从电动机900作用于对象装置910的外力作为输出时的输入/输出关系的数据。而且，所谓装置的物理模型，是指如下所述的数据，即，表示将从电动机900向装置的外力作为输入，将电动机900的规定输出(例如计测值)作为输出时的输入/输出关系的数据。物理模型既可使电动机900预先进行一次动作而获取，也可基于可另行输入输出的规格等而预先适当获取。
例如，在电动机900为伺服马达的情况下，此信息中包含马达的额定值、有无马达制动器(motor brake)、编码器(encoder)的分辨率、惯性(inertia)比等。而且，此信息中包含图2所示的对伺服驱动器设定的所有控制参数(初始设定参数)。图2中仅记载了控制参数的一部分，例如包含位置环增益(gain)、速度环增益、速度环积分时间常数、速度反馈滤波器时间常数、扭矩前馈增益等与位置、速度、扭矩的控制相关的各种控制参数。
模型鉴定部12将驱动器的物理模型与装置的物理模型输出至动作数据计算部133。
动作数据计算部133使用由参数决定部132所决定的控制参数、驱动器的物理模型及装置的物理模型与指令数据，输出动作数据。所谓动作数据，是指将电动机900的动作数值化而成者，表示速度、扭矩、位置等。动作数据例如是表示图3的实线的数据。动作数据计算部133将动作数据输出至数据评价部131。
另外，从参数决定部132输入的控制参数为对电动机900的动作性能(精度、收敛速度(稳定时间))造成影响的参数，例如在电动机900为伺服马达的情况下，所述控制参数为位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数等。
数据评价部131使用动作数据与标准数据来算出评价值。具体而言，如图3所示，数据评价部131在时间轴上对动作数据与标准数据进行离散采样，获取各时刻tm(m＝1～n)的动作数据Xr(tn)与标准数据Xc(tn)。数据评价部131算出各时刻tm时的动作数据Xr(tn)与标准数据Xc(tn)的差值(将标准数据Xc(tn)作为基准的差值)。数据评价部131根据所述差值来算出范数(norm)，以作为评价值。数据评价部131将评价值输出至参数决定部132。
作为范数，可采用L1范数、L2范数、L∞范数(动作数据与标准数据之差的最大值)等。L1范数是动作数据与标准数据之差的总和，L2范数是动作数据与标准数据之差的平方和，L∞范数是动作数据与标准数据之差的最大值。这些范数只要根据目的来适当选择即可。在使用L1范数的情况下，能够缩短稳定时间。在使用L∞范数的情况下，能够减小过冲(overshot)量。在使用L2范数的情况下，能够适当调整稳定时间与过冲量。
参数决定部132对评价值与容许值进行比较，决定适合于驱动器90的控制参数。此时，所决定的控制参数未必需要是所有初始设定参数，例如只要是位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数即可。由所述参数决定部132所决定的控制参数可由操作员适当设定。若评价值小于容许值，则参数决定部132采用在此时间点对动作数据计算部133所设定的控制参数。
另一方面，若评价值为容许值以上，则参数决定部132使用已知的最佳化算法(algorithm)来变更控制参数，并输出至动作数据计算部133。参数决定部132将所采用的控制参数经由接口部14而输出至驱动器90。
通过实现此种结构，控制装置10无须使驱动器90及电动机900连续地动作(无须设为通常的运转状态)，便可设定适合于驱动器90的控制参数。即，最多只要获取初始的动作参数，便能够设定适合于驱动器90的控制参数。
所述说明中，表示了分为多个功能部来进行控制参数的设定的实施方式，但也可如上所述通过信息处理装置与程序来执行图4、图5所示的处理。另外，以下的各步骤的具体处理已述，因此省略具体说明。图4是表示本发明的第1实施方式的控制方法的流程图。图5是表示评价值的计算方法的流程图。
信息处理装置设定标准数据与容许值(S101)。信息处理装置鉴定物理模型(S102)。信息处理装置使用物理模型、控制参数与指令数据来算出动作数据(S103)。
信息处理装置使用标准数据、指令数据、初始控制参数及容许值来算出评价值(S104)。更具体而言，信息处理装置对标准数据与动作数据进行离散采样(S141)。信息处理装置在各采样时刻，将标准数据作为基准来算出动作数据与标准数据的差值(S142)。信息处理装置根据各采样时刻的差值来算出范数，以作为评价值(S143)。
若评价值为容许值以上(S105：否(NO))，则信息处理装置变更控制参数(S106)，并返回步骤S103。若评价值小于容许值(S105：是(YES))，则信息处理装置将成为所述评价值的基础的控制参数发送至驱动器90(S107)。
图6是表示本申请发明的实施方式与以往实施方式中的动作数据与标准数据之差的图表。优选所述差为小。在图6中，实线表示采用了本申请发明的实施方式的情况，虚线表示采用了以往的实施方式的情况。在图6中，横轴为时间，纵轴为速度差Δv。另外，关于扭矩也获得同样的结果，因此省略与扭矩相关的记载。
如图6所示，通过使用本申请发明的实施方式，局部性地产生的差变小。即，能够实现更接近标准数据的控制。另外，所述局部性地产生差的部位是使速度急剧变化的部位，通过使用本申请发明的实施方式，即使在此种部位，也能够实现更准确地追随于标准数据的控制。即，能够根据驱动器90、电动机900、对象装置910而实现更适合的控制。此时，如上所述，无须使驱动器90及电动机900连续动作(无须设为通常的运转状态)，便可设定控制参数。即，最多只要获取初始的动作参数，便能够设定适合的控制参数。
另外，所述说明中，表示了针对一个控制参数的评价值的计算方法，而针对多个控制参数的评价值能够利用下述方法来算出。
(1)将多个评价值加权相加。
(2)限制1个评价值，将其它评价值最小化(容许值内)。
在(1)的情况下，能够设定更适当的控制参数，在(2)的情况下，能够缩短稳定时间。
而且，也可对所述控制装置、控制方法及控制程序进行如下处理。图7是表示本发明的第1实施方式的另一控制方法的流程图。图8A及图8B是用于说明参数的设定区域的限制的图，图8A表示使用各参数区域时的动作数据的波形，图8B是表示各参数区域的关系的图。另外，图8A及图8B中，表示两种控制参数(参数A及参数B)的情况，但即使是一种或三种以上，也能够适用同样的概念。
在所述控制装置、控制方法及控制程序中，对控制参数的可设定区域进行规定。其它处理则与第1实施方式的控制装置、控制方法及控制参数相同，省略相同部位的说明。
如图7所示，控制装置(信息处理装置)进行参数区域的设定(S201)。所谓参数区域，是指在控制参数的最佳化算法中，对控制参数的可设定值的范围进行规定者。并且，若评价值为容许值以上(S105：否)，则控制装置(信息处理装置)在通过所述参数区域而设定为可利用的控制参数的范围内，进行控制参数的变更(S206)。
具体而言，如图8A、图8B所示，设定参数区域Re1、参数区域Re2、参数区域Re3。参数区域Re1是使用下述控制参数的情况，即，动作数据的波形的上升平缓且对标准数据的初始的追随性低，动作数据须耗费时间而与标准数据一致。参数区域Re2是使用下述控制参数的情况，即，尽管动作数据的波形的上升比标准数据迟缓，但对标准数据有一定程度的追随性，在稍许过冲后，动作数据一致于标准数据。参数区域Re3是使用下述控制参数的情况，即，初始时的动作数据对标准数据的追随性高，但会反复振动。
此时，例如不利用参数区域Re3。将参数区域Re1用于最佳化算法的执行中，但不用于最终决定的控制参数。将参数区域Re2用于最佳化算法的执行中、及最终决定的控制参数。
通过进行此种控制参数的限制，能够更切实地设定适合的控制参数。
接下来，参照图来说明本发明的第2实施方式的控制装置、控制方法及控制程序。图9是表示本发明的第2实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
如图9所示，第2实施方式的控制系统1A的控制装置10A与第1实施方式的控制装置10的不同之处在于，具备显示部15。控制装置10A的其它基本结构与控制装置10同样，省略同样部位的说明。
显示部15显示与控制装置10A所执行的控制参数的设定相关的数据。例如，显示部15如所述的图3所示，显示基于通过所述最佳化算法而设定的控制参数的、动作数据与标准数据的波形。由此，操作员能够以标准数据为基准来容易地认识到电动机900会根据所设定的控制参数而如何动作。而且，显示部15显示所述的参数区域，从而能够容易地认识到，通过最佳化算法的执行，对于各区域在哪个位置设定控制参数。另外，显示部15也可不内置于控制装置10A中，而位于外部。
图10A及图10B是表示第2实施方式的控制装置中的显示画面例的图。图10A是表示控制参数值与可设定范围的关系的图，横轴为更新次数(使用最佳化算法的控制参数的设定变更次数)，纵轴为控制参数值。图10B是表示评价值的因更新次数引起的变化的图，横轴为更新次数，纵轴为评价值。在图10A的情况下，操作员能够容易地认识到控制参数是否处于规定的参数区域内。在图10B的情况下，操作员能够容易地认识到评价值已收敛为小的值。
由此，操作员能够容易地认识到控制参数是否已设定为最佳。
接下来，参照图来说明本发明的第3实施方式的控制装置、控制方法及控制程序。图11是表示本发明的第3实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
如图11所示，第3实施方式的控制系统1B相对于第2实施方式的控制系统1A，不同之处在于具备网络(network)NW1、计测器920。控制系统1B的其它基本结构与控制系统1A同样，省略同样部位的说明。
控制装置10B中，显示部15连接于接口部14。而且，接口部14经由网络NW1而连接于驱动器90及计测器920。控制系统1B中，控制装置10B经由网络NW1而将控制参数输出至驱动器90。
计测器920对成为电动机900的动作数据的基础的动作值进行计测。计测器920经由网络而将动作值输出至控制装置10B。动作值被输出至显示部15，显示部15使用动作值来生成实际动作数据。显示部15将所述实际动作数据替换为第2实施方式的显示部15所处理的动作数据并予以显示。另外，此处，计测器920是将电动机900作为计测对象，但也可将对象装置910作为直接的计测对象。
此种结构中，在显示部15上，可显示图12所示的图表。图12是表示本发明的第3实施方式的控制装置的显示图像例的图。图12是表示标准数据、动作数据及实际动作数据的时间特性的图表。
如图12所示，在显示部15上，在一个画面中显示标准数据、动作数据及实际动作数据。由此，操作员可在一个画面中对标准数据、动作数据及实际动作数据进行比较。
因此，操作员能够容易且切实地对实际动作数据与标准数据进行比较，从而能够确认控制参数的妥当性。而且，操作员能够容易且切实地对实际动作数据与动作数据进行比较，从而能够确认物理模型的鉴定结果的妥当性。
接下来，参照图来说明本发明的第4实施方式的控制系统。图13是表示本发明的第4实施方式的控制系统的结构的框图。另外，以下，表示了控制装置、驱动器、电动机及对象装置分别为三个的情况，但无论是两个还是四个以上，均能够适用本实施方式的结构。
如图13所示，控制系统1C具备服务器80、控制装置101、控制装置102、控制装置103、驱动器91、驱动器92、驱动器93、电动机901、电动机902、电动机903及对象装置911、对象装置912、对象装置913。
控制装置101、控制装置102、控制装置103是与所述的控制装置10、控制装置10A、控制装置10B同样，驱动器91、驱动器92、驱动器93是与所述的驱动器90同样。电动机901、电动机902、电动机903是与所述的电动机900同样，对象装置911、对象装置912、对象装置913是与所述的对象装置910同样。控制装置101连接于驱动器91，驱动器91连接于电动机901，电动机901连接于对象装置911。控制装置102连接于驱动器92，驱动器92连接于电动机902，电动机902连接于对象装置912。控制装置103连接于驱动器93，驱动器93连接于电动机903，电动机903连接于对象装置913。
服务器80具备控制部81、标准数据存储部82及接口(interface，IF)部83。服务器80经由接口部83而连接于网络NW90，并经由所述网络NW90而连接于控制装置101、控制装置102、控制装置103。
控制部81执行后述的各处理。标准数据存储部82存储标准数据。
(与使用条件相应的标准数据的选择、存储)
图14A是表示服务器中的标准数据的存储处理的流程图。
如图14A所示，服务器80的控制部81从控制装置101、控制装置102、控制装置103获取使用条件与动作数据(S301)。所谓使用条件，是指驱动器、电动机、对象装置使用下的温度等。控制部81从所获取的多个动作数据中，选择与使用条件相应的最佳动作数据(S302)。控制部81将最佳动作数据作为标准数据而存储于标准数据存储部82中(S303)。此时，控制部81关联于使用条件来存储标准数据。
通过进行此种处理，从而能够选择与使用条件相应的标准数据并预先存储于服务器80中。由此，如以下所示，在多个控制装置中，能够利用与使用条件相应的标准数据。
(与使用条件相应的标准数据的选择、发送)
图14B是表示服务器中的标准数据的发送处理的流程图。
如图14B所示，服务器80的控制部81从控制装置101、控制装置102、控制装置103中有标准数据获取请求的控制装置，获取使用条件(S311)。控制部81选择与使用条件相应的标准数据，并从标准数据存储部82中予以读出(S312)。控制部81将所选择的标准数据，发送至有标准数据获取请求的控制装置(S313)。
通过进行此种处理，控制装置101、控制装置102、控制装置103能够使用与使用条件相应的标准数据来执行控制参数的最佳化。
(根据多个控制装置的动作数据设定最佳的标准数据)
图15是表示根据多个控制装置的动作数据设定最佳的标准数据，并发送至多个控制装置的处理的流程图。
如图15所示，服务器80的控制部81将初始控制参数发送至多个控制装置101、102、103(S401)。控制部81从多个控制装置101、102、103，获取基于初始控制参数而获得的动作数据(S402)。控制部81使用从多个控制装置101、102、103获取的动作数据来算出标准数据(S403)。具体而言，控制部81算出多个动作数据的平均值，并根据所述平均值来算出标准数据。控制部81将标准数据发送至多个控制装置101、102、103(S404)。
通过进行此种处理，能够在多个控制装置101、102、103间设定控制性能之差少的标准数据。并且，多个控制装置101、102、103使用所述标准数据来设定控制参数，由此，能够抑制控制装置101、102、103间的控制性能之差。

Claims (8)

1.一种控制装置，其特征在于包括：
模型鉴定部，鉴定控制对象的动作的物理模型；
动作数据计算部，使用对所述控制对象给予的控制参数与所述物理模型，来算出所述控制对象的动作数据；
数据评价部，使用所述控制对象的动作的标准数据与所述动作数据来算出评价值；以及
参数决定部，使用所述评价值来决定所述控制参数。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
设定有相对于所述评价值的容许值，
若所述评价值处于所述容许值的范围外，则所述参数决定部变更所述控制参数，
所述动作数据计算部使用经变更的所述控制参数来算出所述动作数据。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
若所述评价值处于所述容许值的范围内，则所述参数决定部输出成为所述评价值的基础的所述控制参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述数据评价部在时间轴上对所述动作数据与所述标准数据进行离散采样，以及使用所述离散采样的各时刻的所述动作数据与所述标准数据之差来算出所述评价值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于包括：
显示部，显示基于所述动作数据及所述控制参数的评价图像。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述标准数据是对应于每个使用条件而设定。
7.一种控制方法，其特征在于包括下述工序：
设定相对于控制对象的动作的标准数据；
设定决定控制参数的容许值；
鉴定所述控制对象的动作的物理模型；
使用所述物理模型与所述控制参数来算出动作数据；
使用所述动作数据与所述标准数据来算出评价值；以及
使用所述评价值与所述容许值来决定所述控制参数。
8.一种控制程序，其特征在于，使信息处理装置执行下述处理：
鉴定控制对象的动作的物理模型；
使用所述物理模型与控制参数来算出动作数据；
使用所述动作数据与标准数据来算出评价值；以及
使用所述评价值与容许值来决定所述控制参数。
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