DE112021004158T5

DE112021004158T5 - Steuerungsunterstützungsvorrichtung, Steuerungssystem und Steuerungsunterstützungsverfahren

Info

Publication number: DE112021004158T5
Application number: DE112021004158.4T
Authority: DE
Inventors: Ryoutarou TSUNEKI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2022030346A1; CN116057479A; JP7469476B2; US20230324885A1; JPWO2022030346A1

Abstract

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, Prioritätsstufen von Resonanzpunkten zu bestimmen und die Zuweisung von Filtern in der Reihenfolge ab dem Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe zu ermöglichen. Eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert eine Unterstützung, um einen Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern einzustellen, die für eine Servo-Steuerungsvorrichtung bereitgestellt werden, die einen Motor steuert. Die Steuerungsunterstützungsvorrichtung umfasst: eine Resonanz-Erkennungseinheit, die eine Vielzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken zwischen einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung erkennt, die auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen gemessen werden; und eine Resonanz-Auswerteeinheit, die die Prioritätsstufen der Vielzahl von Resonanzpunkten berechnet. Die Resonanz-Auswerteeinheit berechnet den Prioritätsstufe auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve, der aus den Frequenzcharakteristiken zwischen der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung zum Einstellen von Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern einer Servo-Steuerungsvorrichtung, die einen Motor steuert, ein Steuerungssystem, das die Steuerungsunterstützungsvorrichtung und die Servo-Steuerungsvorrichtung enthält, und ein Steuerungsunterstützungsverfahren.
Stand der Technik
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2020-57211 offenbart zum Beispiel ein Steuerungssystem, das eine Servo-Steuerungsvorrichtung, die eine Vielzahl von Resonanzpunkten durch eine Vielzahl von Filtern in einer Maschine mit einer Vielzahl von Resonanzpunkten unterdrückt, und eine maschinelle Lernvorrichtung enthält, die die Koeffizienten der Filter optimiert. Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2020-57211 offenbart das Steuerungssystem, das, wenn es eine Vielzahl von Resonanzpunkten in einer Maschine gibt, eine Vielzahl von Filtern in einer Servo-Steuereinheit (die die Servo-Steuerungsvorrichtung sein soll) bereitstellt und in Reihe schaltet, um jedem der Resonanzpunkte zu entsprechen, um alle Resonanzen zu dämpfen. Des Weiteren offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2020-57211 , dass die maschinelle Lernvorrichtung optimale Werte zur Dämpfung der Resonanzpunkte für die Koeffizienten einer Vielzahl von Filtern durch maschinelles Lernen erwirbt.
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2020-57211
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wenn es mehrere Resonanzpunkte gibt und mehrere Filter in einem Zustand eingestellt werden, in dem nicht bekannt ist, welche Resonanz für die Erhöhung der Verstärkung der Servo-Steuerungsvorrichtung am wichtigsten ist, können die Filter ineffektiv angewendet werden. Daher ist es wünschenswert, die Filter in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit einer höchsten Prioritätsstufe anzuwenden.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung gerichtet, die eine Unterstützung zum Einstellen eines Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern durchführt, die einer Servo-Steuerungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die einen Motor steuert, wobei die Steuerungsunterstützungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Resonanz-Erkennungseinheit, die eine Vielzahl von Resonanzpunkten in Frequenzcharakteristiken einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung erkennt, die auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen gemessen werden; und eine Resonanz-Auswerteeinheit, die Prioritätsstufen für die Vielzahl von Resonanzpunkten berechnet. Die Resonanz-Auswerteeinheit berechnet die Prioritätsstufen auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve, der aus den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Steuerungssystem gerichtet, das Folgendes umfasst: eine Servo-Steuerungsvorrichtung, die einen Motor steuert; und die Steuerungsunterstützungsvorrichtung gemäß (1) oben. Die Steuerungsunterstützungsvorrichtung: detektiert die Vielzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung; und berechnet die Prioritätsstufen der Vielzahl von Resonanzpunkten.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Steuerungsunterstützungsverfahren für eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung, die eine Unterstützung bei der Einstellung eines Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern durchführt, die einer Servo-Steuerungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die einen Motor steuert. Das Steuerungsunterstützungsverfahren umfasst: Erfassen einer Vielzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung, gemessen auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen und Berechnen von Prioritätsstufen der Vielzahl von Resonanzpunkten auf der Basis eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve, der aus den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird.
Auswirkungen der Erfindung
Gemäß jedem der Aspekte der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte zu erfassen. Dadurch ist es möglich, den Filter in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der höchsten Prioritätsstufe zuzuordnen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem ein Filter durch direktes Verbinden einer Vielzahl von Filtern konfiguriert wird.
3 ist ein Bode-Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das in einer komplexen Ebene eine Nyquist-Ortskurve, einen Einheitskreis und einen Kreis mit dem Mittelpunkt (k, 0) zeigt, der durch die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne verläuft.
5 ist ein erläuterndes Diagramm der Verstärkungsspanne und der Phasenspanne sowie des Kreises, dessen Mittelpunkt der Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene ist, der durch die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne verläuft.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer in 1 gezeigten Steuerungsunterstützungseinheit zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine maschinelle Lerneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Modell zur Berechnung eines Standardmodells der Eingangs-/Ausgangsverstärkung darstellt.
11 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung der Servo-Steuereinheit des Standardmodells und die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung der Servo-Steuereinheit vor und nach dem Lernen zeigt.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Modifikationsbeispiel des in 1 gezeigten Steuerungssystems zeigt.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Modifikationsbeispiel des Steuerungssystems zeigt.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Ein Steuerungssystem 10 umfasst eine Servo-Steuereinheit 100, eine Frequenz-Erzeugungseinheit 200, eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 und eine Steuerungsunterstützungseinheit 400. Die Servo-Steuereinheit 100 entspricht einer Servo-Steuerungsvorrichtung, die einen Motor steuert, die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 entspricht einer Frequenzcharakteristik-Messvorrichtung, und die Steuerungsunterstützungseinheit 400 entspricht einer Steuerungsunterstützungsvorrichtung. Es ist zu beachten, dass eine oder mehrere der Frequenz-Erzeugungseinheit 200, der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 und der Steuerungsunterstützungseinheit 400 in der Servo-Steuereinheit 100 vorhanden sein können. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 kann in der Steuerungsunterstützungseinheit 400 vorgesehen sein.
Die Servo-Steuereinheit 100 umfasst einen Subtrahierer 110, eine Geschwindigkeits-Steuereinheit 120, einen Filter 130, eine Strom-Steuereinheit 140 und einen Motor 150. Der Subtrahierer 110, die Geschwindigkeits-Steuereinheit 120, das Filter 130, die Strom-Steuereinheit 140 und der Motor 150 konfigurieren ein Servosystem mit einem Geschwindigkeitsregelkreis.
Der Motor 150 ist ein Motor oder ähnliches mit einem Linearmotor für lineare Bewegung oder einer Drehachse. Die vom Motor 150 anzutreibenden Ziele können z.B. eine Werkzeugmaschine, ein Roboter oder eine mechanische Einheit einer Industriemaschine sein. Der Motor 150 kann als Teil der Werkzeugmaschine, des Roboters, der Industriemaschine oder dergleichen vorgesehen sein. Das Steuerungssystem 10 kann als Teil der Werkzeugmaschine, des Roboters, der Industriemaschine oder dergleichen vorgesehen sein. Der Subtrahierer 110 erfasst eine Differenz zwischen einem eingegebenen Geschwindigkeitsbefehl und einer erfassten Geschwindigkeitsrückkopplung und gibt die Differenz als Geschwindigkeitsfehler an die Geschwindigkeits-Steuereinheit 120 aus.
Die Geschwindigkeits-Steuereinheit 120 führt eine PI-Regelung (Proportional-Integral-Regelung) durch, um einen integrierten Wert des Produkts aus dem Geschwindigkeitsfehler und einer Integralverstärkung K1v und einen Wert, der durch Multiplikation des Geschwindigkeitsfehlers mit einer Proportionalverstärkung K2v erhalten wird, zum Geschwindigkeitsfehler zu addieren, und gibt den Additionswert als Drehmomentbefehl an den Filter 130 aus. Die Geschwindigkeits-Steuereinheit 120 enthält die Rückkopplungsverstärkung. Es ist zu beachten, dass die Geschwindigkeits-Steuereinheit 120 nicht speziell auf die Verwendung der PI-Regelung beschränkt ist, sondern auch andere Regelungen wie z. B. die PID-Regelung (Proportional-Integral-Differential-Regelung) verwenden kann. Der mathematische Ausdruck 1 (im Folgenden als Ausdruck 1 bezeichnet) stellt eine Übertragungsfunktion Gv(s) der Geschwindigkeits-Steuereinheit 120 dar. $G_{V} (s) = \frac{K 1 v}{s} + K 2 v$
Der Filter 130 wird durch Reihenschaltung mehrerer Filter zur Dämpfung einer bestimmten Frequenzkomponente konfiguriert. Jeder der Filter ist z. B. ein Kerbfilter, ein Tiefpassfilter oder ein Bandsperrfilter. In einer Maschine, z. B. einer Werkzeugmaschine mit einer mechanischen Einheit, die vom Motor 150 angetrieben wird, können mehrere Resonanzpunkte vorhanden sein, so dass sich jede Resonanz in der Servo-Steuereinheit 100 erhöhen kann. Durch die Reihenschaltung der Filter, wie z. B. dem Kerbfilter, kann jede Resonanz an einer Vielzahl von Resonanzpunkten reduziert werden. Der Ausgang des Filters 130 wird als Drehmomentbefehl an die Strom-Steuereinheit 140 ausgegeben.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der Filter 130 durch direktes Verbinden einer Vielzahl von Filtern konfiguriert ist. Wie in 2 gezeigt, wird der Filter 130 bei n Resonanzpunkten (n steht für eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) durch Reihenschaltung von m Filtern 130-1 bis 130-m (m steht für eine natürliche Zahl von 2 oder mehr, und m≤n ist zu erfüllen) konfiguriert. Die m Filter 130-1 bis 130-m entsprechen voneinander verschiedenen Frequenzbandbreiten. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Filter 130 mit den m Filtern 130-1 bis 130-m konfiguriert ist. Der mathematische Ausdruck 2 (im Folgenden als Ausdruck 2 bezeichnet) stellt eine Übertragungsfunktion G_F (s) eines Kerbfilters dar, z. B. des Filters 130-1, der ein Filter innerhalb des Filters 130 ist. Jeder der Filter 130-2 bis 130-m kann auch mit einem Kerbfilter mit einer ähnlichen Übertragungsfunktion konfiguriert werden. Der Koeffizient δ in Ausdruck 2 ist ein Dämpfungskoeffizient, der Koeffizient ω_c ist eine zentrale Winkelfrequenz, und der Koeffizient τ ist eine spezifische Bandbreite. Unter der Annahme, dass die Mittenfrequenz durch fc und die Bandbreite durch fw dargestellt wird, wird der Koeffizient ω_c durch ω_c = 2πfc und der Koeffizient τ durch τ = fw/fc dargestellt. $G_{F} (s) = \frac{s^{2} + 2 δ τ ω_{c} s + ω_{c}^{2}}{s^{2} + 2 τ ω_{c} s + ω_{c}^{2}}$
Die Strom-Steuereinheit 140 erzeugt einen Spannungsbefehl für den Antrieb des Motors 150 auf der Grundlage des Drehmomentbefehls und gibt den Spannungsbefehl an den Motor 150 aus. Wenn der Motor 150 ein Linearmotor ist, wird die Position eines beweglichen Teils durch eine lineare Skala (nicht dargestellt) erfasst, die im Motor 150 vorgesehen ist, der Positionserfassungswert wird differenziert, um einen Geschwindigkeitserfassungswert zu erhalten, und der erhaltene Geschwindigkeitserfassungswert wird als Geschwindigkeitsrückmeldung in den Subtrahierer 110 eingegeben. Wenn der Motor 150 ein Motor mit einer Drehachse ist, wird die Drehwinkelposition durch einen Drehgeber (nicht dargestellt) erfasst, der im Motor 150 vorgesehen ist, und der Geschwindigkeitserfassungswert wird als Geschwindigkeitsrückmeldung in den Subtrahierer 110 eingegeben.
Die Servo-Steuereinheit 100 ist wie oben beschrieben konfiguriert. Um die Servo-Steuereinheit 100 ohne Filter 130 so zu betreiben, dass sie eine Vielzahl von Resonanzpunkten erkennt und den Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe berechnet, umfasst das Steuerungssystem 10 außerdem die Frequenz-Erzeugungseinheit 200, die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 und die Steuerungsunterstützungseinheit 400. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 kann in der Steuerungsunterstützungseinheit 400 enthalten sein.
Die Frequenz-Erzeugungseinheit 200 gibt ein sinusförmiges Signal als Geschwindigkeitsbefehl an den Subtrahierer 110 der Servo-Steuereinheit 100 und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 aus, während sie die Frequenz ändert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Filter 130 in der Servo-Steuereinheit 100 nicht vorhanden.
Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 verwendet einen Geschwindigkeitsbefehl (Sinuswelle) als Eingangssignal, das von der Frequenz-Erzeugungseinheit 200 erzeugt wird, und eine Erfassungsgeschwindigkeit (Sinuswelle) als Ausgangssignal, das von einem Drehgeber (nicht dargestellt) ausgegeben wird, um ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-/Ausgangsverstärkung) zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal sowie eine Phasenverschiebung für jede durch den Geschwindigkeitsbefehl festgelegte Frequenz zu messen. Alternativ verwendet die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 einen Geschwindigkeitsbefehl (Sinuswelle) als Eingangssignal, das von der Frequenz-Erzeugungseinheit 200 erzeugt wird, und eine Differenzierung der Erfassungsposition (Sinuswelle) als Ausgangssignal, das von einer linearen Skala ausgegeben wird, um ein Amplitudenverhältnis zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal sowie eine Phasenverschiebung für jede durch den Geschwindigkeitsbefehl festgelegte Frequenz zu messen.
Die Servo-Steuereinheit 100 gibt die Erfassungsgeschwindigkeit oder die Differenzierung der Erfassungsposition an die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 weiter. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 misst die Frequenzcharakteristik des Amplitudenverhältnisses (Eingangs-/Ausgangsverstärkung) zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl, der das Eingangssignal sein soll, und dem Ausgangssignal sowie die Phasenverschiebung und gibt sie an die Steuerungsunterstützungseinheit 400 aus.
Die Steuerungsunterstützungseinheit 400 erkennt die Resonanzpunkte in den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ausgegeben werden, und berechnet die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte, um Resonanzpunkte mit höheren Prioritätsstufen zu bestimmen. Nachfolgend wird die Konfiguration der Steuerungsunterstützungseinheit 400 und Einzelheiten ihrer Funktionsweise näher beschrieben.
(Steuerungsunterstützungseinheit 400)
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Steuerungsunterstützungseinheit 400 eine Resonanz-Erkennungseinheit 401 und eine Resonanz-Auswerteeinheit 402.
Die Resonanz-Erkennungseinheit 401 erfasst die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 und erkennt die Resonanzpunkte in den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung. 3 ist ein Bode-Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung zeigt. Die Kurve mit der durchgezogenen Linie stellt die Frequenzcharakteristik einer offenen Schleife (open loop) dar, die Kurve mit der gepunkteten Linie die Frequenzcharakteristik einer geschlossenen Schleife (closed loop). In 3 gibt es fünf Resonanzpunkte P1, P2, P3, P4 und P5.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erfassung der Frequenzcharakteristik der offenen Schleife beschrieben. Der Geschwindigkeitsrückkopplungskreis ist mit dem Subtrahierer 110 und einer offenen Regelkreisschleife einer Übertragungsfunktion H konfiguriert. Die offene Regelkreisschleife ist mit der Geschwindigkeits-Steuereinheit 120, der Strom-Steuereinheit 140 und dem in 1 dargestellten Motor 150 konfiguriert. Unter der Annahme, dass die Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises c und die Phasenverschiebung θ bei einer bestimmten Frequenz wo ist, wird die Frequenzcharakteristik G(jω₀) der offenen Schleife durch c-e^jθ dargestellt. Unter Verwendung der Frequenzcharakteristik H(jω₀) der offenen Schleife wird die Frequenzcharakteristik G(jω₀) der geschlossenen Schleiche durch G(jω₀) = H(jω₀)/(1+H(jω₀)) dargestellt. Daher kann die Frequenzcharakteristik H(jω₀) der offenen Schleife bei einer bestimmten Frequenz wo durch H(jω₀) = G(jω₀)/(1-G(jω₀)) = c-e^jθ /(1-c-e^jθ) bestimmt werden.
Wenn die sich ändernde Frequenz durch ω dargestellt wird, kann die Frequenzcharakteristik H(jω) der geschlossenen Schleife wie oben beschrieben durch den relationalen Ausdruck H(jω) = G(jω)/(1-G(jω)) erfasst werden. Die Resonanz-Erkennungseinheit 401 verwendet die Frequenzcharakteristik (Regelkreisfrequenzcharakteristik) der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und die Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasst wurde, um die Frequenzcharakteristik H(jω) der offenen Schleife zu erfassen. Dann erstellt die später zu beschreibende Resonanz-Auswerteeinheit 402 eine Nyquist-Ortskurve, indem sie die Frequenzcharakteristik H(jω) der offenen Schleife in eine komplexe Ebene einzeichnet.
Die Resonanz-Erkennungseinheit 401 kann andere Antiresonanzpunkte als die Resonanzpunkte erkennen. Durch die Erkennung der Antiresonanzpunkte, wenn die Dämpfungsmittenfrequenz jedes der m Filter 130-1 bis 130-m eingestellt wird, kann diese zwischen den Frequenzen der Antiresonanzpunkte eingestellt werden. In 3 sind die Antiresonanzpunkte AP1, AP2 in der Nähe der Resonanzpunkte P1, P2 als Beispiele dargestellt.
Die Resonanz-Auswerteeinheit 402 berechnet die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte, um Resonanzpunkte mit höheren Prioritätsstufen zu bestimmen. Konkret berechnet die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Prioritätsstufe auf der Grundlage des Abstands zwischen dem Resonanzpunkt auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene. Dabei wird der Punkt auf der reellen Achse der komplexen Ebene beispielsweise unter Berücksichtigung der Verstärkungsspanne und der Phasenspanne des Regelkreises der Servo-Steuereinheit 100 bestimmt. Wie in 5 gezeigt, sind die Schnittpunkte des Kreises, der durch den Punkt auf der reellen Achse auf der komplexen Ebene zentriert ist, und des Einheitskreises, der durch (-1, 0) geht, die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne. Der Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene ist definiert als (-1, 0) oder (k, 0) (k ist ein Wert kleiner als -1). Der Wert k wird vom Benutzer unter Berücksichtigung der Verstärkungsspanne und der Phasenspanne bestimmt. 4 ist ein Diagramm, das in der komplexen Ebene eine Nyquist-Ortskurve, einen Einheitskreis und einen Kreis mit dem Mittelpunkt (k, 0) zeigt, der durch die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne verläuft. 5 ist ein erläuterndes Diagramm der Verstärkungsspanne und der Phasenspanne sowie des Kreises, dessen Mittelpunkt der Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene ist, der durch die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne geht. Die Resonanz-Auswerteeinheit 402 erhöht die Prioritätsstufe des Resonanzpunktes auf der Nyquist-Ortskurve, der näher am Punkt auf der reellen Achse der komplexen Ebene liegt. Der Abstand zwischen dem Resonanzpunkt auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der realen Achse ist ein Abstand D, der in 4 beispielsweise durch einen Pfeil angezeigt wird. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Prioritätsstufe auf der Grundlage des Abstands zwischen dem Resonanzpunkt auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene sowie der Größe der Resonanzfrequenz berechnen. Erstens berechnet die Resonanz-Auswerteeinheit 402 in einer Frequenzzone, deren Frequenz niedriger ist als eine Hochfrequenzzone, die Prioritätsstufen auf der Grundlage des Abstands zwischen jedem der Resonanzpunkte auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse auf der komplexen Ebene. Der Hochfrequenzbereich ist ein Frequenzbereich, in dem die Phasenverschiebung -180 Grad oder mehr beträgt, oder ein Frequenzbereich, in dem die Verstärkungscharakteristik z. B. kleiner als -6 dB ist. Nach der Berechnung der Prioritätsstufe in der Frequenzzone, deren Frequenz niedriger ist als die Hochfrequenzzone, berechnet die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Prioritätsstufe in der Hochfrequenzzone auf die gleiche Weise wie die der Frequenzzone, deren Frequenz niedriger ist als die Hochfrequenzzone, basierend auf dem Abstand zwischen den Resonanzpunkten auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene. Die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte werden zuerst in der Frequenzzone bestimmt, in der die Frequenz niedriger ist als die Hochfrequenzzone, da der Einfluss der Resonanz auf die Stabilität in der Hochfrequenzzone gering ist, in der die Eingangs-/Ausgangsverstärkung ausreichend klein wird.
4 zeigt die Nyquist-Ortskurve bei der ursprünglichen Geschwindigkeitsverstärkung (gestrichelt dargestellt) und die Nyquist-Ortskurve bei der 1,5-fachen Geschwindigkeitsverstärkung im Vergleich zur ursprünglichen Geschwindigkeitsverstärkung. Wenn die Geschwindigkeitsverstärkung erhöht wird, stößt der in 3 dargestellte Resonanzpunkt P1 zunächst an die in 5 dargestellte Stabilitätsgrenze, die später beschrieben wird. Die Geschwindigkeitsverstärkung kann geändert werden, indem mindestens einer der beiden Werte aus der Integralverstärkung K1v und der Proportionalverstärkung K2v des mathematischen Ausdrucks 1 geändert wird.
Während sich die obige Beschreibung auf den Kreis bezieht, der in dem Punkt auf der reellen Achse der komplexen Ebene zentriert ist, ist sie nicht speziell auf einen Kreis beschränkt, sondern kann auch eine andere geschlossene Kurve als ein Kreis sein, wie z.B. eine Ellipse oder ähnliches. Während sich die obige Beschreibung auf den Fall bezieht, dass die Servo-Steuereinheit 100 ohne den darin vorgesehene Filter 130 betrieben wird, um die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung zu erfassen und die Resonanzpunkte zu detektieren, können die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung, wenn kein Filter 130 vorhanden ist, auch durch andere Methoden erfasst werden. Zum Beispiel werden die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung unter Verwendung der Koeffizienten ω_c, , τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130 berechnet. Dann wird die Servo-Steuereinheit 100 mit dem darin vorgesehenen Filter 130 betrieben, um die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung zu erfassen, und von der Frequenzcharakteristik werden die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung des Filters 130 subtrahiert. Durch die Subtraktionsverarbeitung ist es möglich, die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung in dem Fall zu erfassen, wenn kein Filter 130 vorhanden ist.
Die im Steuerungssystem 10 enthaltenen Funktionsblöcke wurden oben beschrieben. Um diese Funktionsblöcke zu implementieren, enthält das Steuerungssystem 10, die Servo-Steuereinheit 100 oder die Steuerungsunterstützungseinheit 400 eine Betriebsverarbeitungsvorrichtung wie eine CPU (Central Processing Unit). Darüber hinaus umfasst das Steuerungssystem 10, die Servo-Steuereinheit 100 oder die Steuerungsunterstützungseinheit 400 eine Hilfsspeichereinrichtung wie HDD (Hard Disk Drive), in der verschiedene Steuerprogramme wie Anwendungssoftware und OS (Operating System) gespeichert sind, und eine Hauptspeichereinrichtung wie RAM (Random Access Memory) zum Speichern von Daten, die vorübergehend für die Betriebsverarbeitungseinrichtung zur Ausführung eines Programms erforderlich sind.
Ferner liest die Betriebsverarbeitungsvorrichtung in dem Steuerungssystem 10, der Servo-Steuereinheit 100 oder der Steuerungsunterstützungseinheit 400 die Anwendungssoftware oder das Betriebssystem aus der Hilfsspeichereinrichtung aus und führt eine Betriebsverarbeitung auf der Grundlage der Anwendungssoftware oder des Betriebssystems durch, während die ausgelesene Anwendungssoftware oder das Betriebssystem auf der Hauptspeichereinrichtung bereitgestellt wird. Die Betriebsverarbeitungsvorrichtung steuert verschiedene Arten von Hardware, die in entsprechenden Geräten angeordnet sind, basierend auf dem Betriebsergebnis. Auf diese Weise werden die Funktionsblöcke der vorliegenden Ausführungsform implementiert. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform kann durch die Zusammenarbeit von Hardware und Software implementiert werden.
Wenn die Steuerungsunterstützungseinheit 400 eine große Anzahl von Operationen ausführt, kann beispielsweise ein Personalcomputer mit GPU (Graphics Processing Units) ausgestattet werden, so dass es möglich ist, eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung durchzuführen, indem GPU für die Operationsverarbeitung durch eine Technik namens GPGPU (General-Purpose computing on Graphics Processing Units) verwendet wird. Um eine noch höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erreichen, kann ein Computer-Cluster mit mehreren solchen Computern, die mit GPUs ausgestattet sind, aufgebaut werden, um eine parallele Verarbeitung durch eine Vielzahl von Computern in dem Computer-Cluster durchzuführen.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Steuerungsunterstützungseinheit 400 anhand eines Flussdiagramms beschrieben. 6 ist das Flussdiagramm, das die Funktionsweise der Steuerungsunterstützungseinheit zeigt.
In Schritt S11 erfasst die Resonanz-Erkennungseinheit 401 die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300. In Schritt S12 detektiert die Resonanz-Erkennungseinheit 401 die Resonanzpunkte in den Frequenzcharakteristikn der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ausgegeben werden.
In Schritt S13 berechnet die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte auf der Grundlage des Abstands zwischen den Resonanzpunkten auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene und der Größe der Resonanzfrequenz. Erstens berechnet die Resonanz-Auswerteeinheit 402 in einer Frequenzzone, deren Frequenz niedriger ist als eine Hochfrequenzzone, die Prioritätsstufen auf der Grundlage des Abstands zwischen den Resonanzpunkten auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse auf der komplexen Ebene. Der Hochfrequenzbereich ist ein Frequenzbereich, in dem die Phasenverschiebung -180 Grad oder mehr beträgt, oder ein Frequenzbereich, in dem die Verstärkungscharakteristik z. B. kleiner als -6 dB ist. Der Prioritätsstufe des Resonanzpunktes auf der Nyquist-Ortskurve, der näher am Punkt auf der reellen Achse der komplexen Ebene liegt, wird erhöht. Der Punkt auf der reellen Achse der komplexen Ebene wird unter Berücksichtigung der Verstärkungsspanne und der Phasenspanne bestimmt. Insbesondere wird der Mittelpunkt eines Kreises, der durch die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne verläuft, als Punkt auf der reellen Achse in der komplexen Ebene definiert, und beispielsweise wird der Mittelpunkt des Kreises, der durch die Verstärkungsspanne und die Phasenspanne verläuft, als (-1, 0) oder (k, 0) definiert (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist). Der Wert k wird vom Benutzer unter Berücksichtigung der Verstärkungsspanne und der Phasenspanne bestimmt.
In Schritt S14, nach der Berechnung der Prioritätsstufen in der Frequenzzone, deren Frequenz niedriger ist als die Hochfrequenzzone, berechnet die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Prioritätsstufen auf der Grundlage des Abstands zwischen den Resonanzpunkten auf der Nyquist-Ortskurve und dem Punkt auf der reellen Achse auf der komplexen Ebene in der Hochfrequenzzone und der Zone mit höherer Frequenz. In Schritt S15 bestimmt die Steuerungsunterstützungseinheit 400, ob die Verarbeitung zur Berechnung der Prioritätsstufe des Resonanzpunkts fortgesetzt werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird die Verarbeitung zu Schritt S11 zurückgeführt. Wenn festgestellt wird, dass die Verarbeitung nicht fortgesetzt werden soll, wird der Betrieb der Steuerungsunterstützungseinheit beendet.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, die Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten zu berechnen. Die Resonanz-Auswerteeinheit 402 kann den in 1 gezeigte Filter 130 (Filter 130-1 bis 130-m) konfigurieren, indem sie die Filter nacheinander einer Vielzahl von Resonanzpunkten in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der berechneten höchsten Prioritätsstufe zuordnet. Beispielsweise kann die Resonanz-Auswerteeinheit 402 den in 1 gezeigten Filter 130 konfigurieren, indem sie die Filter nacheinander einer Vielzahl von Resonanzpunkten in der Reihenfolge des Resonanzpunkts mit der höchsten berechneten Prioritätsstufe zuordnet. Wenn die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Filter zuweist, indem sie die Antiresonanzpunkte durch die Resonanz-Erkennungseinheit 401 erkennt, kann die Resonanz-Auswerteeinheit 402 den Bereich der Dämpfungsmittenfrequenz der zuzuweisenden Filter zwischen den Frequenzen der Antiresonanzpunkte festlegen, wenn sie den Bereich festlegt. Darüber hinaus kann eine Zuweisungseinheit, die die Filter einzeln einer Vielzahl von Resonanzpunkten in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der berechneten höchsten Prioritätsstufe zuweist, separat von der Resonanz-Auswerteeinheit 402 vorgesehen sein. Selbst wenn die Anzahl der Filter begrenzt ist und es mehr Resonanzpunkte als Anzahl der Filter gibt, kann die Resonanz-Auswerteeinheit 402 die Filter in der Reihenfolge ab dem Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe anwenden. Daher können die Filter nicht auf die Resonanzpunkte mit niedriger Prioritätsstufe angewendet werden, was ineffektiv wäre.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform, wenn die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 berechnet werden, berechnet die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 die Frequenzcharakteristik aus dem Geschwindigkeitsbefehl, der ein Sinuswellensignal mit variierenden Frequenzen ist, und der Geschwindigkeitsrückführung. In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Frequenz-Erzeugungseinheit 200 ein Sinussignal in die Vorstufe der Strom-Steuereinheit 140 ein, während sie die Frequenz ändert. Wenn dann die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 gemessen wird, berechnet die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 die Frequenzcharakteristik aus dem Sinuswellensignal, das in die Vorstufe der Strom-Steuereinheit 140 eingegeben wird, und dem Ausgang der Geschwindigkeits-Steuereinheit 120.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In 7 werden dieselben Referenznummern für dieselben Konfigurationselemente verwendet wie bei dem in 1 gezeigten Steuerungssystem 10, und ihre Beschreibung wird weggelassen. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ist der Filter 130 nicht vorgesehen, wenn eine Prioritätsstufe einer Vielzahl von Resonanzpunkten zu bestimmen ist. Wie in 7 gezeigt, enthält ein Steuerungssystem 10A einen Addierer 160, der in einer Vorstufe eines Subtrahierers 170 vorgesehen ist, und ein sinusförmiges Signal mit variierenden Frequenzen, das von der Frequenz-Erzeugungseinheit 200 ausgegeben wird, wird in den Addierer 160 eingegeben. Der Addierer 160 ist mit dem Subtrahierer 170 verbunden, und die Strom-Steuereinheit 140 ist mit einem Verstärker 180 verbunden. Der Verstärker 180 enthält einen Stromdetektor, und der vom Stromdetektor erfasste Strom wird in den Subtrahierer 170 eingegeben. Der Subtrahierer 170, die Strom-Steuereinheit 140 und der Verstärker 180 bilden eine Stromrückkopplungsschleife, und die Stromrückkopplungsschleife ist in die Geschwindigkeitsrückkopplungsschleife integriert. Das sinusförmige Signal entspricht einem ersten Signal mit variierenden Frequenzen, und der Ausgang des Filters 130 entspricht einem zweiten Signal, das in die Stromrückkopplungsschleife in der Geschwindigkeitsrückkopplungsschleife eingegeben wird.
Die Induktivität des Motors 150 wird durch den im Motor 150 fließenden Strom aufgrund des Einflusses der magnetischen Sättigung oder Ähnlichem nichtlinear verändert. Wenn der Servoparameter vor der Einstellung in den Servoparameter nach der Einstellung geändert wird, ändert sich ein Drehmomentbefehl, der in die Strom-Steuereinheit 140 eingegeben wird, und wenn die Stromverstärkung der Strom-Steuereinheit 140 konstant ist, ändert sich auch der im Motor 150 fließende Strom. Wenn sich der im Motor 150 fließende Strom ändert und die Induktivität eine nichtlineare Form annimmt, ändert sich auch die Charakteristik der Stromrückkopplungsschleife in eine nichtlineare Form.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Pegel des in den Subtrahierer 110 eingegebenen Eingangssignals auf Null gesetzt, die Frequenz-Erzeugungseinheit 200 gibt ein sinusförmiges Signal in die Vorstufe der Strom-Steuereinheit 140 ein, während sie die Frequenz ändert, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 misst die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und die Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 aus dem sinusförmigen Signal und dem Ausgang der Geschwindigkeits-Steuereinheit 120. Auf diese Weise wird der Eingang in die Stromrückkopplungsschleife konstant. Daher ist es möglich, die Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten durch die Steuerungsunterstützungseinheit 400 zu bestimmen, während die Linearität der Kennlinie der Stromrückkopplungsschleife erhalten bleibt.
Dritte Ausführungsform
In der ersten und zweiten Ausführungsform bestimmt die Steuerungsunterstützungseinheit 400 die Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Steuerungssystem beschrieben, bei dem: eine Steuerungsunterstützungseinheit die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte bestimmt; und eine maschinelle Lerneinheit Filter einzeln auf der Grundlage der Prioritätsstufen zuordnet und optimale Werte der Koeffizienten der zugeordneten Filter durch maschinelles Lernen bestimmt, um die Filter 130-1 bis 130-m zu konfigurieren. In der folgenden Beschreibung wird das Hinzufügen einer maschinellen Lerneinheit zu dem in 1 dargestellten Steuerungssystem 10 beschrieben. Die maschinelle Lerneinheit kann jedoch auch zu dem in 7 gezeigten Steuerungssystem 10A hinzugefügt werden. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die maschinelle Lerneinheit die Filter einen nach dem anderen auf der Grundlage der Prioritätsstufe einer Vielzahl von Resonanzpunkten zuordnet und optimale Werte der Koeffizienten der zugeordneten Filter bestimmt, um die Filter 130-1 bis 130-m des Filters 130 der Servo-Steuereinheit 100 zu konfigurieren. Wie jedoch in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann die Steuerungsunterstützungseinheit 400 die Filter einzeln in der Reihenfolge von dem Resonanzpunkt mit der berechneten höchsten Prioritätsstufe zuweisen und optimale Werte der Koeffizienten der von der maschinellen Lerneinheit zugewiesenen Filter bestimmen, um die Filter 130-1 bis 130-m des Filters 130 der Servo-Steuereinheit 100 zu konfigurieren.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In 8 werden dieselben Referenznummern auf dieselben Konfigurationselemente angewandt wie in 1 gezeigt, und die Beschreibung derselben entfällt. Wie in 8 gezeigt, befindet sich ein Steuerungssystem 10B in einer Konfiguration, in der eine maschinelle Lerneinheit 500, die eine maschinelle Lernvorrichtung sein soll, zu dem in 1 gezeigten Steuerungssystem 10 hinzugefügt wird. Die maschinelle Lerneinheit 500 erwirbt die Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten und Frequenzen an jedem der Resonanzpunkte von der Steuerungsunterstützungseinheit 400. Die maschinelle Lerneinheit 500 erfasst die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ausgegeben werden. Dann ordnet die maschinelle Lerneinheit 500 die Filter in der Reihenfolge von dem Resonanzpunkt mit dem höchsten Prioritätsstufe zu, der von der Steuerungsunterstützungseinheit 400 ausgegeben wird, um eine Vielzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 zu unterdrücken, und führt maschinelles Lernen (im Folgenden wird „maschinelles Lernen“ als „Lernen“ bezeichnet) der optimalen Werte jedes der Koeffizienten ω_c, , τ und δ der Übertragungsfunktionen der zugeordneten Filter durch. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass der erste zugewiesene Filter der Filter 130-1 ist, und die Filter 130-2 bis 130-m werden danach in der Reihenfolge zugewiesen. Dann setzt die maschinelle Lerneinheit 500 jeden der Koeffizienten ω_c, , τ und δ jeder der Übertragungsfunktionen der Filter 130-1 bis 130-m der Servo-Steuereinheit 100 auf die optimalen Werte. Während das Lernen durch die maschinelle Lerneinheit 500 vor der Auslieferung durchgeführt wird, kann das erneute Lernen auch nach der Auslieferung durchgeführt werden. Als Lernverfahren, das von der maschinellen Lerneinheit 500 durchgeführt wird, kann Verstärkungslernen verwendet werden. Das Lernen ist jedoch nicht speziell auf das Verstärkungslernen beschränkt, sondern es kann beispielsweise auch überwachtes Lernen durchgeführt werden.
Wenn die maschinelle Lerneinheit 500 die Filter in der Reihenfolge der höchsten Frequenz zuordnen und die optimalen Werte jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Filter lernen soll, wenn sie jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ jeder der Übertragungsfunktionen der Filter 130-1 bis 130-m lernt, können die Filter auf unwirksame Weise angewendet werden, da jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Filter angepasst wird, ohne zu wissen, welche Resonanz am wichtigsten ist. In der vorliegenden Ausführungsform weist die maschinelle Lerneinheit 500 die Filter auf der Grundlage der Prioritätsstufen der Resonanzpunkte zu, die von der Steuerungsunterstützungseinheit 400 erfasst wurden, und lernt die optimalen Werte jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktionen der zugewiesenen Filter, um die Resonanz in der Reihenfolge ab dem Resonanzpunkt mit dem höchsten Prioritätsstufe zu unterdrücken. Daher ist es möglich, das Erlernen der optimalen Werte der einzelnen Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktionen der Filter zu vermeiden, indem die Filter ineffektiv eingesetzt werden.
Nachfolgend wird das maschinelle Lernen beschrieben, das in der maschinellen Lerneinheit 500 als maschinelle Lernvorrichtung durchgeführt wird.
(maschinelle Lerneinheit 500)
In der folgenden Beschreibung wird ein Fall beschrieben, in dem die maschinelle Lerneinheit 500 ein Verstärkungslernen durchführt. Die maschinelle Lerneinheit 500 führt Q-Learning durch, wobei sie als Zustand S die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung hat, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ausgegeben werden, und wobei sie als Aktion A die Einstellung der Werte jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der zugeordneten Filter des Filters 130 der Servo-Steuereinheit 100 in Bezug auf den Zustand S hat. Wie dem Fachmann bekannt ist, besteht ein Ziel des Q-Learnings darin, eine Aktion A mit dem höchsten Wert Q(S, A) als optimale Aktion unter den Aktionen A auszuwählen, die in einem bestimmten Zustand S ausgeführt werden können.
Konkret wählt ein Ermittler (die maschinelle Lernvorrichtung) verschiedene Aktionen A unter einem bestimmten Zustand S aus und wählt eine bessere Aktion auf der Grundlage der für die ausgewählten Aktionen A gegebenen Belohnungen aus, um einen korrekten Wert Q(S, A) zu lernen.
Da die Summe der in der Zukunft zu erwerbenden Belohnungen maximiert werden soll, wird schließlich Q(S, A) = E[Σ(γ^t)r_t] angestrebt. Dabei steht E[] für einen Erwartungswert, t für die Zeit, γ für einen später zu beschreibenden Parameter, der als Diskontsatz bezeichnet wird, rt für eine Belohnung zum Zeitpunkt t und Σ für die Summe zum Zeitpunkt t. In diesem Ausdruck ist der Erwartungswert ein Erwartungswert, wenn der Zustand entsprechend einer optimalen Handlung verändert wird. Ein solcher Aktualisierungsausdruck für den Wert Q(S, A) kann beispielsweise durch den folgenden mathematischen Ausdruck 3 dargestellt werden (im Folgenden als Ausdruck 3 dargestellt). $Q (S_{t + 1}, A_{t + 1}) \leftarrow Q (S_{t}, A_{t}) + α (r_{t + 1} + \underset{A}{γ m a x Q} (S_{t + 1}, A) - Q (S_{t}, A_{t}))$
Im obigen Ausdruck 3 steht St für den Zustand der Umgebung zum Zeitpunkt t und A_t für eine Aktion zum Zeitpunkt t. Durch die Aktion A_t ändert sich der Zustand zu S_t+1 . Zu beachten ist, dass r_t+1 eine Belohnung bezeichnet, die durch die Änderung des Zustands erzielt wird. Außerdem ist ein Term mit max eine Multiplikation des Wertes Q mit γ, wenn eine Aktion A mit dem höchsten zu diesem Zeitpunkt bekannten Wert Q im Zustand S_t+1 gewählt wird. γ ist ein Parameter von 0<γ≤1 und wird als Diskontierungsrate bezeichnet. Außerdem ist α ein Lernkoeffizient, der im Bereich von 0<α≤1 definiert ist.
Der obige Ausdruck 3 zeigt ein Verfahren zur Aktualisierung eines Wertes Q(St, A_t) einer Aktion A_t in einem Zustand St auf der Grundlage einer Belohnung r_t+1, die als Ergebnis eines Versuchs A_t zurückgegeben wird.
Die maschinelle Lerneinheit 500 beobachtet die Zustandsinformationen S, die die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und die Phasenverschiebung für jede von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ausgegebene Frequenz enthalten, und bestimmt die Aktion A. Die maschinelle Lerneinheit 500 erhält jedes Mal eine Belohnung, wenn die Aktion A ausgeführt wird. Die Belohnung wird später beschrieben. Beim Q-Learning sucht die maschinelle Lerneinheit 500 zum Beispiel durch Versuch und Irrtum nach einer optimalen Aktion A, so dass die Summe der Belohnungen in der Zukunft maximiert wird. Dadurch kann die maschinelle Lerneinheit 500 die optimale Aktion A (d. h. den optimalen Servoparameterwert) für den Zustand S auswählen.
9 ist ein Blockdiagramm, das die maschinelle Lerneinheit 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Um das oben beschriebene Verstärkungslernen durchzuführen, wie in 9 gezeigt, umfasst die maschinelle Lerneinheit 500 eine Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 501, eine Lerneinheit 502, eine Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 503, eine Wertfunktionsspeichereinheit 504 und eine Optimierungs-Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 505.
Die Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 501 erfasst die Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten und die Frequenz an jedem der Resonanzpunkte von der Steuerungsunterstützungseinheit 400 und gibt diese an die Lerneinheit 502 aus. Ferner ordnet die Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 501 die Filter in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der höchsten Prioritätsstufe auf der Grundlage der Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten zu und gibt Informationen aus, die die zugeordneten Filter an die Lerneinheit 502 spezifizieren. Wie bereits beschrieben, ist der zuerst zugewiesene Filter als der Filter 130-1 definiert, und die Filter 130-2 bis 130-m werden danach in der Reihenfolge zugewiesen. Ferner erfasst die Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 501 von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 den Zustand S, der die Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und die Phasenverschiebung enthält, die durch Ansteuerung der Servo-Steuereinheit 100 unter Verwendung des Geschwindigkeitsbefehls (Sinuswelle) auf der Grundlage jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 erfasst werden, und gibt sie an die Lerneinheit 502 aus. Die Zustandsinformation S entspricht einem Umgebungszustand S im Q-Learning.
Zu beachten ist, dass jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 zu dem Zeitpunkt, an dem das Q-Learning zum ersten Mal gestartet wird, vom Benutzer im Voraus erzeugt wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden die anfänglichen Einstellungswerte jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1, die vom Benutzer erzeugt wurden, so angepasst, dass sie durch Verstärkungslernen optimal sind. Was die Koeffizienten ω_c, τ und δ betrifft, so kann, wenn die Werkzeugmaschine im Voraus von einem Bediener eingestellt wird, maschinelles Lernen durchgeführt werden, indem die eingestellten Werte als Anfangswerte verwendet werden.
Die Lerneinheit 502 ist eine Einheit zum Lernen eines Wertes Q(S, A) bei der Auswahl einer bestimmten Aktion A unter einem bestimmten Umgebungszustand S. Die Lerneinheit 502 umfasst eine Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021, eine Wertfunktions-Aktualisierungseinheit 5022 und eine Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023.
Die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 ist eine Einheit zur Berechnung einer Belohnung, wenn eine Aktion A unter einem bestimmten Zustand S ausgewählt wird. Wenn jeder der Koeffizienten ω_c, τ, δ der Anfangswerte des Filters 130-1 angepasst wird, vergleicht die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 eine Eingangs-/Ausgangsverstärkung gs für jede Frequenz der Bandbreite, die den gemäß der Prioritätsstufe ausgewählten Resonanzpunkt zentriert, mit einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung gb für jede Frequenz eines im Voraus festgelegten Standardmodells. Wenn die Eingangs-/Ausgangsverstärkung gs größer ist als der Wert gb der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells, gibt die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 eine negative Belohnung aus. Andererseits, wenn die Eingangs-/Ausgangsverstärkung gs gleich oder kleiner als der Wert gb der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells ist, gibt die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 bei einer Änderung des Zustands S in einen Zustand S' eine positive Belohnung, wenn die Phasenverschiebung abnimmt, eine negative Belohnung, wenn die Phasenverschiebung zunimmt, und eine NullBelohnung, wenn es keine Änderung der Phasenverschiebung gibt.
Zunächst wird ein Vorgang der Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 zur Ausgabe einer negativen Belohnung beschrieben, wenn die Eingangs-/Ausgangsverstärkung gs größer ist als der Wert gb der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells, und zwar unter Bezugnahme auf 10 und 11. Die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 speichert das Standardmodell der Eingangs-/Ausgangsverstärkung. Das Standardmodell ist ein Modell einer Servo-Steuereinheit mit idealer Charakteristik und ohne Resonanz. Das Standardmodell kann beispielsweise aus einer Trägheit J_a, einer Drehmomentkonstante K_t, einer Proportionalverstärkung K_p, einer Integralverstärkung K_I und einer Differenzialverstärkung K_D des in 10 dargestellten Modells berechnet werden. Das Trägheitsmoment J_a ist die Summe aus einem Motorträgheitsmoment und einem Maschinenträgheitsmoment.
11 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung der Servo-Steuereinheit des Standardmodells und die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung der Servo-Steuereinheit 100 vor und nach dem Lernen zeigt. Wie im Kennliniendiagramm von 11 gezeigt, enthält das Standardmodell eine Zone A, die eine Frequenzzone mit einer idealen Eingangs-/Ausgangsverstärkung von einer konstanten Ausgangs/Eingangsverstärkung oder mehr, z.B. -20 dB oder mehr, ist, und eine Zone B, die eine Frequenzzone ist, deren Eingangs-/Ausgangsverstärkung kleiner als die konstante Eingangs-/Ausgangsverstärkung ist. In der Zone A von 11 wird die ideale Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells durch eine Kurve MC₁ (fette Linie) dargestellt. In der Zone B von 11 wird eine ideale virtuelle Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells durch eine Kurve MC₁₁ (fette gestrichelte Linie) dargestellt, und die Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells wird durch eine gerade Linie MC₁₂ (fette Linie) als konstanter Wert dargestellt. In den Bereichen A und B von 11 werden die Kurven der Eingangs-/Ausgangsverstärkungen der Servo-Steuereinheit vor und nach dem Lernen durch die Kurven RC₁ bzw. RC₂ dargestellt.
In der ZoneA gibt die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 eine erste negative Belohnung, wenn die Kurve RC₁ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung vor dem Lernen die Kurve MC₁ der idealen Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells in der Bandbreite überschreitet, die auf den gemäß der Prioritätsstufe ausgewählten Resonanzpunkt zentriert ist. Im Bereich B, der eine Frequenz überschreitet, bei der die Eingangs-/Ausgangsverstärkung ausreichend klein wird, ist der Einfluss auf die Stabilität gering, selbst wenn die Kurve RC₁ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung vor dem Lernen die Kurve MC₁₁ der idealen virtuellen Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells übersteigt. Daher wird im Bereich B, wie oben beschrieben, nicht die Kurve MC₁₁ der idealen Verstärkungskennlinie, sondern die Gerade MC₁₂ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung eines konstanten Wertes (z. B. -20 dB) als Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells verwendet. Wenn jedoch die Kurve RC₁ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung vor dem Lernen die Gerade MC₁₂ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung eines konstanten Wertes in der Bandbreite, die auf den gemäß der Prioritätsstufe ausgewählten Resonanzpunkt zentriert ist, überschreitet, kann dies zu Instabilität führen, so dass ein erster negativer Wert als Belohnung gegeben wird.
Als nächstes wird eine Operation der Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 zur Bestimmung einer Belohnung auf der Grundlage der Phasenverschiebung beschrieben, die durchgeführt wird, wenn die Eingangs-/Ausgangsverstärkung gs gleich oder kleiner als der Wert gb der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Standardmodells ist. In der folgenden Beschreibung wird eine Phasenverschiebung, die eine Zustandsvariablenzahl ist, die sich auf die Zustandsinformation S bezieht, durch D(S) dargestellt, und eine Phasenverschiebung, die eine Zustandsvariablenzahl ist, die sich auf den Zustand S' bezieht, der aufgrund der Aktionsinformation A (Anpassung der Servoparameterwerte) vom Zustand S geändert wurde, wird durch D(S') dargestellt. Da die Phasenverschiebung zu dem Zeitpunkt, zu dem das Q-Learning zum ersten Mal gestartet wird, nicht erfasst wird, werden die folgenden Belohnungen bestimmt, indem als die Phasenverschiebung D(S) die Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 verwendet wird, die durch Betreiben der Servo-Steuereinheit 100 mit den Servoparametern der Anfangswerte erfasst wird, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasst werden.
Als Verfahren zur Bestimmung einer Belohnung auf der Grundlage der Phasenverschiebung durch die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 gibt es zum Beispiel folgende Verfahren. Die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 kann die Belohnung abhängig davon bestimmen, ob die Frequenz, bei der die Phasenverschiebung gleich 180 Grad ist, zunimmt, abnimmt oder sich nicht ändert, wenn der Zustand S in den Zustand S' geändert wird. Obwohl hier der Fall behandelt wird, dass die Phasenverschiebung 180 Grad beträgt, ist die Phasenverschiebung nicht speziell auf 180 Grad beschränkt, sondern kann auch andere Werte annehmen. Angenommen, die Phasenverschiebung ist in dem in 8 gezeigten Phasendiagramm angegeben. Wenn sich die Kurve so ändert, dass die Frequenz, bei der die Phasenverschiebung gleich 180 Grad ist, beim Wechsel des Zustands S in den Zustand S' abnimmt (in X₂ Richtung von 3), nimmt die Phasenverschiebung zu. Andererseits nimmt die Phasenverschiebung ab, wenn sich die Kurve so ändert, dass die Frequenz, bei der die Phasenverschiebung gleich 180 Grad ist, beim Wechsel vom Zustand S zum Zustand S' zunimmt (in Richtung X₁ von 3).
Daher ist es definiert als die Phasenverschiebung D(S) < die Phasenverschiebung D(S'), wenn die Frequenz, bei der die Phasenverschiebung gleich 180 Grad ist, beim Wechsel des Zustands S in den Zustand S' abnimmt, und die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 bestimmt den Wert der Belohnung als einen zweiten negativen Wert. Es ist zu beachten, dass der Absolutwert des zweiten negativen Wertes kleiner als der erste negative Wert eingestellt ist. Andererseits ist es definiert als die Phasenverschiebung D(S) > die Phasenverschiebung D(S'), wenn die Frequenz, bei der die Phasenverschiebung gleich 180 Grad ist, beim Wechsel des Zustands S zum Zustand S' zunimmt, und die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 bestimmt den Wert der Belohnung als einen positiven Wert. Außerdem ist sie definiert als die Phasenverschiebung D(S) = die Phasenverschiebung D(S'), wenn die Frequenz, bei der die Phasenverschiebung gleich 180 Grad ist, beim Wechsel des Zustands S in den Zustand S' nicht ändert, und die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 den Wert der Belohnung als Nullwert bestimmt.
Die Methode zur Bestimmung der Belohnung auf der Grundlage der Phasenverschiebung ist nicht auf die obige Methode beschränkt. Es ist auch möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem beim Wechsel des Zustands S in den Zustand S' eine Belohnung des zweiten negativen Werts gegeben werden kann, wenn die Phasenspanne abnimmt, eine Belohnung des positiven Werts gegeben werden kann, wenn die Phasenspanne zunimmt, und eine Nullbelohnung gegeben werden kann, wenn es keine Änderung gibt.
Die Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 wurde oben beschrieben.
Die Wertfunktions-Aktualisierungseinheit 5022 führt Q-Learning auf der Grundlage des Zustands S, der Aktion A, des Zustands S', in dem die Aktion A auf den Zustand S angewendet wird, und der Belohnung durch, die auf die oben beschriebene Weise ermittelt wurde, um eine in der Wertfunktions-Speichereinheit 504 gespeicherte Wertfunktion Q zu aktualisieren. Die Wertfunktion Q kann durch Online-Lernen, Batch-Lernen oder Mini-Batch-Lernen aktualisiert werden. Online-Lernen ist ein Lernverfahren zur sofortigen Aktualisierung der Wertfunktion Q, wenn der aktuelle Zustand S in den neuen Zustand S' übergeht, indem eine bestimmte Aktion A auf den aktuellen Zustand S angewandt wird. Ferner ist Stapel-Lernen ein Lernverfahren zur Wiederholung des Übergangs des Zustands S in den neuen Zustand S', indem eine bestimmte Aktion A auf den aktuellen Zustand S angewandt wird, um Daten zum Lernen zu sammeln, und die Wertfunktion Q unter Verwendung aller gesammelten Lerndaten aktualisiert wird. Darüber hinaus ist das Mini-Batch-Lernen eine Lernmethode, die zwischen dem Online-Lernen und dem Batch-Lernen liegt und bei der die Wertfunktion Q immer dann aktualisiert wird, wenn eine bestimmte Menge von Lerndaten gesammelt wurde.
Die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 wählt die Aktion A im Prozess des Q-Learnings für den aktuellen Zustand S aus. Im Prozess des Q-Learnings erzeugt die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 Aktionsinformationen A und gibt die erzeugten Aktionsinformationen A an die Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 503 aus, um eine Operation zur Anpassung jedes der Koeffizienten ω_c und τ der Übertragungsfunktion des zugeordneten Filters 130-1 (entsprechend der Aktion A im Q-Learning) durchzuführen. Genauer gesagt kann die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 beispielsweise die jeweiligen Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1, die in der Aktion A enthalten sind, inkrementell zu dem angepassten Filter 130-1, der im Zustand S enthalten ist, addieren oder davon subtrahieren.
Die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 kann alle entsprechenden Koeffizienten ω_c, τ, δ des Filters 130-1 oder einige der Koeffizienten modifizieren. Wenn die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 jeden der Koeffizienten ω_c, τ, δ des Filters 130-1 anpasst, kann beispielsweise die Mittenfrequenz fc, bei der Resonanz auftritt, leicht gefunden werden, und die Mittenfrequenz fc kann leicht angegeben werden. Daher kann die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 die Aktionsinformationen A erzeugen und die erzeugten Aktionsinformationen A an die Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 503 ausgeben, um eine Operation zur vorübergehenden Festlegung der Mittenfrequenz fc und zur Änderung der Bandbreite fw und des Dämpfungskoeffizienten δ durchzuführen, d. h. zur Festlegung des Koeffizienten ω_c (= 2πfc) und zur Änderung des Koeffizienten τ(= fw/fc) und des Dämpfungskoeffizienten δ.
Darüber hinaus kann die Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 eine Maßnahme zur Auswahl einer Aktion A' durch eine bekannte Methode anwenden, wie z. B. eine Greedy-Methode, die eine Aktion A' mit dem höchsten Wert Q(S, A) unter den Werten der aktuell geschätzten Aktionen A auswählt, oder eine ε- Greedy-Methode, die eine Aktion A' mit einer kleinen Wahrscheinlichkeit ε zufällig auswählt und in den anderen Fällen eine Aktion A' mit dem höchsten Wert Q(S, A) auswählt.
Die Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 503 ist eine Einheit zum Übertragen der von der Lerneinheit 502 ausgegebenen Aktionsinformationen A an die Servo-Steuereinheit 100. Wie oben beschrieben, geht der aktuelle Zustand S durch Anpassen des aktuellen Zustands S, d.h. der aktuell eingestellten jeweiligen Koeffizienten ω_c, τ und δ des Filters 130-1 auf der Grundlage der Aktionsinformationen, in den nächsten Zustand S' über (d.h. die angepassten jeweiligen Koeffizienten ω_c, τ und δ des Filters 130-1).
Die Wertfunktionsspeichereinheit 504 ist eine Speichereinrichtung zum Speichern der Wertfunktion Q. Die Wertfunktion Q kann z. B. für jeden Zustand S und jede Aktion Aals Tabelle (im Folgenden als Aktionswerttabelle bezeichnet) gespeichert werden. Die in der Wertfunktionsspeichereinheit 504 gespeicherte Wertfunktion Q wird von der Wertfunktions-Aktualisierungseinheit 5022 aktualisiert. Ferner kann die in der Wertfunktionsspeichereinheit 504 gespeicherte Wertfunktion Q mit einer anderen maschinellen Lerneinheit 500 geteilt werden. Durch die gemeinsame Nutzung der Wertfunktion Q durch eine Vielzahl von maschinellen Lerneinheiten 500 kann jede der maschinellen Lerneinheiten 500 Verstärkungslernen in einer verteilenden Weise durchführen, so dass die Effizienz des Verstärkungslernens verbessert werden kann.
Die Optimierungs-Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 505 erzeugt die Aktionsinformation A (im Folgenden als „Optimierungsaktionsinformation“ bezeichnet), um den Filter 130-1, der gemäß den Prioritätsstufen der Resonanzpunkte zugeordnet ist, zu veranlassen, eine Operation zur Maximierung des Wertes Q(S, A) auf der Grundlage der Wertfunktion Q durchzuführen, die durch Ausführen des Q-Learnings durch die Wertfunktions-Aktualisierungseinheit 5022 aktualisiert wurde. Genauer gesagt, die Optimierungs-Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 505 erfasst die Wertfunktion Q, die in der Wertfunktionsspeichereinheit 504 gespeichert ist. Diese Wertfunktion Q wird durch Ausführen des Q-Learnings durch die Wertfunktions-Aktualisierungseinheit 5022 wie oben beschrieben aktualisiert. Dann erzeugt die Optimierungs-Aktionsinformations-Ausgabeeinheit 505 Aktionsinformationen basierend auf der Wertfunktion Q und gibt die erzeugten Aktionsinformationen an den Filter 130-1 der Servo-Steuereinheit 100 aus. Diese Optimierungsaktionsinformationen enthalten Informationen zum Ändern jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 des Filters 130 der Servo-Steuereinheit 100.
Im Filter 130-1 des Filters 130 wird jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion auf der Grundlage der Aktionsinformationen geändert. Die maschinelle Lerneinheit 500 kann so betrieben werden, dass sie eine weitere Optimierung der jeweiligen Koeffizienten ω_c, τ und δ der jeweiligen Übertragungsfunktionen der Filter 130-2 bis 130-m nacheinander durchführt, um die Resonanz durch die Filter 130-1 bis 130-m zu unterdrücken. Die Verwendung der maschinellen Lerneinheit 500 ermöglicht es, die Einstellung jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der jeweiligen Übertragungsfunktionen der Filter 130-1 bis 130-m zu vereinfachen.
Wie oben beschrieben, weist die maschinelle Lerneinheit 500 die Filter auf der Grundlage der Prioritätsstufen einer Vielzahl von Resonanzpunkten zu und lernt die optimalen Werte jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktionen der zugewiesenen Filter, um die Resonanz in der Reihenfolge vom Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe zu unterdrücken. Doch selbst wenn die maschinelle Lerneinheit 500 die optimalen Werte jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktionen der zugewiesenen Filter lernt, um die Resonanz in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der höchsten Prioritätsstufe zu unterdrücken, kann eine Bewertungsfunktion der Grenzfrequenz oder dergleichen nicht verbessert werden.
Daher kann die maschinelle Lerneinheit 500 selbst für den Resonanzpunkt mit der hohen Prioritätsstufe den Filter nicht anwenden, wenn die Bewertungsfunktion nicht verbessert werden soll. Wenn die Bewertungsfunktion die Grenzfrequenz ist, wird der Filter nicht angewendet, wenn die Grenzfrequenz nicht ansteigt. Die Grenzfrequenz ist zum Beispiel eine Frequenz, bei der die Verstärkungskennlinie des Bode-Diagramms gleich -3 dB ist, oder eine Frequenz, bei der die Phasenkennlinie gleich -180 Grad ist. Mit zunehmender Grenzfrequenz nimmt die Rückkopplungsverstärkung zu und die Ansprechgeschwindigkeit steigt. Ob die Grenzfrequenz verbessert wird, wird von der Belohnungs-Ausgabeeinheit 5021 oder der Aktionsinformations-Erzeugungseinheit 5023 der maschinellen Lerneinheit 500 unter Verwendung des Bode-Diagramms bestimmt, das durch Messen der Frequenzcharakteristik, die aus der Eingangs-/Ausgangsverstärkung der Servo-Steuerungsvorrichtung berechnet wird, gewonnen wird.
Als Bewertungsfunktion kann neben der Grenzfrequenz auch |1-(Verstärkungskennlinie des geschlossenen Regelkreises)|², |1-(Übertragungsfunktion des geschlossenen Regelkreises)|² o. ä. verwendet werden. Die Übertragungsfunktion des geschlossenen Regelkreises kann mit G(jω) = A(ω)e-^jθ(ω) aus der Verstärkung A(ω) und der Phasenverschiebung θ(ω) des Bode-Diagramms berechnet werden. Indem man die Filter auch für den Resonanzpunkt mit der hohen Prioritätsstufe nicht einsetzt, wenn die Bewertungsfunktion nicht verbessert werden soll, kann das System auf sehr verantwortungsvolle Weise stabil betrieben werden, ohne dass unwirksame Filter eingesetzt werden.
Beispiel für eine Modifizierung
In den Steuerungssystemen nach der ersten bis dritten Ausführungsform wird bei der Einstellung der Koeffizienten der zugeordneten Filter der Servo-Steuereinheit 100 die Servo-Steuereinheit bei jeder Einstellung der Koeffizienten des Filters zur Messung der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung betrieben.
Nachfolgend wird als Modifikationsbeispiel ein Steuerungssystem beschrieben, das in der Lage ist, die Zeit für die Messung der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung zu verkürzen. Das nachfolgend beschriebene Änderungsbeispiel ist ein Beispiel, bei dem eine Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit zum Erfassen eines Schätzwertes der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung in das Steuerungssystem der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform eingefügt wird.
12 ist ein Blockdiagramm, das das Modifikationsbeispiel des in 1 gezeigten Steuerungssystems zeigt. In einem Steuerungssystem 10C des vorliegenden Modifikationsbeispiels ist eine Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 zum Erfassen eines Schätzwertes der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung in einer Nachstufe der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 vorgesehen. Die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 gewinnt die Schätzwerte der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung nach der Einstellung, indem sie die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung verwendet, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 durch einen Betrieb der Servo-Steuereinheit 100 mit den Koeffizienten des Filters vor der Einstellung ausgegeben werden (im Folgenden wird angenommen, dass das zugeordnete Filter der Filter 130-1 ist). Das Steuerungssystem 10C verwendet die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600, um die Servo-Steuereinheit jedes Mal zu betreiben, wenn die Koeffizienten des Filters 130-1 angepasst werden, so dass es nicht notwendig ist, die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung zu messen. Infolgedessen kann die Zeit für die Messung der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung verkürzt werden.
Die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 speichert eine Frequenzcharakteristik P der Eingangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 durch einen Betrieb der Servo-Steuereinheit 100 mit dem Filter 130 mit den Koeffizienten vor der Anpassung ausgegeben wird. Die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 verwendet jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 vor der Anpassung (als zweite Information), um eine Frequenzcharakteristik C₂ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung des Filters 130-1 zu berechnen.
Ferner verwendet die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 vor der Anpassung (als erste Information), um eine Frequenzcharakteristik C₁ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung des Filters 130-1 zu berechnen.
Dann ermittelt die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 einen Schätzwert E der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 auf der Grundlage der Frequenzcharakteristik C₁ , der Frequenzcharakteristik C₂ und der Frequenzcharakteristik P. Insbesondere wird der Schätzwert E der Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 unter Verwendung des folgenden mathematischen Ausdrucks 4 (im Folgenden als Ausdruck 4 bezeichnet) ermittelt. $E = C_{1} - C_{2} + P$
Während der Schätzwert E der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 unter Verwendung des oben beschriebenen mathematischen Ausdrucks 4 erfasst werden kann, d.h. E = C₁ -C₂ +P, kann jeder der Ausdrücke E=(C₁-C₂)+P, E=(P-C₂)+C₁ oder E=(P+C₁)-C₂ für die von der Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 durchgeführte Berechnung zum Erfassen des Schätzwerts E verwendet werden.
Nachfolgend werden Einzelheiten der Konfiguration und des Betriebs der Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 näher beschrieben.
(Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600)
Wie in 12 gezeigt, umfasst die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 eine Servo-Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 601, eine Voreinstellungszustands-Speichereinheit 602, eine Frequenzcharakteristiken-Berechnungseinheit 603 und eine Zustands-Schätzungseinheit 604.
Die Servo-Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 601 erfasst jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 nach der Anpassung (im Folgenden als erste Informationen bezeichnet) und gibt sie an die Frequenzcharakteristiken-Berechnungseinheit 603 aus.
Zu beachten ist, dass jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 vor der Anpassung im Voraus vom Benutzer erzeugt wird.
Wie oben beschrieben, speichert die Voreinstellungszustandsspeichereinheit 602 die Frequenzcharakteristik P der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und die Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ausgegeben wird. Ferner speichert die Voreinstellungszustands-Speichereinheit 602 jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Übertragungsfunktion des Filters 130-1 vor der Einstellung (im Folgenden als zweite Information bezeichnet), die vom Filter 130 ausgegeben wird.
Die Frequenzcharakteristik-Berechnungseinheit 603 erhält die erste Information von der Servo-Zustandsinformations-Beschaffungseinheit 601 und liest die zweite Information aus der Voreinstellungszustands-Speichereinheit 602 aus. Dann verwendet die Frequenzcharakteristiken-Berechnungseinheit 603 die in den ersten Informationen enthaltene Übertragungsfunktion G_F (jω) des Filters 130-1, um die Frequenzcharakteristik C₁ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung des Filters 130-1 zu berechnen. Ferner verwendet die Frequenzcharakteristiken-Berechnungseinheit 603 die in der zweiten Information enthaltene Übertragungsfunktion G_F (jω) des Filters 130-1, um die Frequenzcharakteristik C₂ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und die Phasenverschiebung des Filters 130-1 zu berechnen.
Anschließend gibt die Frequenzcharakteristiken-Berechnungseinheit 603 die berechnete Frequenzcharakteristik C₁ und die Frequenzcharakteristik C₂ an die Zustandsschätzungseinheit 604 aus.
Die Zustands-Schätzungseinheit 604 verwendet den mathematischen Ausdruck 4 (E=(C₁- C₂)+P), um den Schätzwert E der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 auf der Grundlage der Frequenzcharakteristik C₁ , der Frequenzcharakteristik C₂ und der Frequenzcharakteristik P zu ermitteln. Der ermittelte Schätzwert E wird in die Steuerungsunterstützungseinheit 400 eingegeben, und die Steuerungsunterstützungseinheit 400 kann den Schätzwert E verwenden, um das Prioritätsstufe des Resonanzpunktes zu ermitteln, wenn jeder der Koeffizienten des zugeordneten Filters eingestellt wird. Während der Fall des Filters 130-1 oben beschrieben wurde, ist dies auch für die Filter 130-2 bis 130-m der Fall.
Im vorliegenden Änderungsbeispiel können die Schätzwerte der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit mit jedem der Koeffizienten des zugeordneten Filters nach der Anpassung von der Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 berechnet werden. Daher ist es möglich, die Schätzwerte in kürzerer Zeit zu erfassen, verglichen mit dem Fall, in dem die Servo-Steuereinheit 100 mit jedem der Koeffizienten des zugeordneten Filters nach der Einstellung betrieben wird, um den Geschwindigkeitsbefehl und die Erfassungsgeschwindigkeit tatsächlich zu erfassen, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung misst.
Während das oben beschriebene Änderungsbeispiel ein Beispiel ist, bei dem die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit zur Erfassung von Schätzwerten der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung (Amplitudenverhältnis) und der Phasenverschiebung in das Steuerungssystem der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform eingefügt ist, kann die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit in das Steuerungssystem der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform oder das Steuerungssystem der in 8 gezeigten dritten Ausführungsform eingefügt werden.
In einem Fall, in dem die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 in das in 8 gezeigte Steuerungssystem der dritten Ausführungsform eingefügt ist, führt die maschinelle Lerneinheit 500, wenn jeder der Koeffizienten des zugewiesenen Filters angepasst wird, ein Lernen unter Verwendung der geschätzten Werte der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 durch, die von der Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 erfasst wurden. In der dritten Ausführungsform wird beschrieben, dass die maschinelle Lerneinheit 500 den Filter nicht einmal auf den Resonanzpunkt mit der hohen Prioritätsstufe anwendet, wenn die Grenzfrequenz, die die Bewertungsfunktion sein soll, nicht verbessert werden soll. Ob die Grenzfrequenz verbessert wird, kann auch durch Einfügen der Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 in das Steuerungssystem 10B und unter Verwendung des Bode-Diagramms bestimmt werden, das unter Verwendung der Schätzwerte der Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Phasenverschiebung der Servo-Steuereinheit 100 erstellt wird, die von der Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 erfasst werden.
Ein weiteres Beispiel für eine Modifizierung
Ein Beispiel für eine Modifikation des Steuerungssystems ist die folgende Konfiguration, die sich von der Konfiguration in 12 unterscheidet.
(Beispiel für eine Modifikation, bei der die Steuerungsunterstützungseinheit über ein Netzwerk mit der Servo-Steuereinheit verbunden ist)
13 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Modifikationsbeispiel des Steuerungssystems zeigt. Das in 13 gezeigte Steuerungssystem 10D kann auf die Steuerungssysteme 10 und 10A der in 1 und 7 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsform angewendet werden. Der Unterschied des Steuerungssystems 10D zum Steuerungssystem 10 und zum Steuerungssystem 10A besteht darin, dass n (n steht für eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n mit n Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n über ein Netzwerk 700 verbunden sind, und jede der Servo-Steuereinheiten eine Frequenz-Erzeugungseinheit 200 und eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 umfasst. Die Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n haben den gleichen Aufbau wie die in 1 gezeigte Steuerungsunterstützungseinheit 400. Jede der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n entspricht der Servo-Steuerungsvorrichtung, und jede der Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n entspricht der Steuerungsunterstützungsvorrichtung. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass eine oder beide Frequenz-Erzeugungseinheiten 200 und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 außerhalb der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n vorgesehen sein können.
Die in 13 gezeigte Konfiguration kann auf das Steuerungssystem 10B von 8 angewendet werden. In diesem Fall enthält jede der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n eine maschinelle Lerneinheit 500. Es ist auch unnötig zu sagen, dass die maschinelle Lerneinheit 500 außerhalb der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n vorgesehen sein kann. Ferner kann die in 13 gezeigte Konfiguration auf das Steuerungssystem 10C von 12 angewendet werden. In diesem Fall enthält jede der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600. Es ist auch unnötig zu erwähnen, dass die Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit 600 außerhalb der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n vorgesehen sein kann.
Hier ist zu beachten, dass die Servo-Steuereinheit 100-1 und die Steuerungsunterstützungseinheit 400-1 ein Eins-zu-Eins-Paar bilden und miteinander verbunden sind, um miteinander kommunizieren zu können. Die Servo-Steuereinheiten 100-2 bis 100-n und die Steuerungsunterstützungseinheiten 400-2 bis 400-n sind ebenfalls auf die gleiche Weise verbunden wie die Servo-Steuereinheit 100-1 und die Steuerungsunterstützungseinheit 400-1. In 13 sind die n Paare der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n und der Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n über das Netzwerk 700 verbunden. Die Servo-Steuereinheit und die Steuerungsunterstützungseinheit in jedem der n Paare der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n und der Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n können auch direkt über eine Verbindungsschnittstelle miteinander verbunden sein. Was die n Paare der Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n und der Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n betrifft, so können beispielsweise mehrere der Paare in derselben Fabrik installiert sein, oder die n Paare können in verschiedenen Fabriken installiert sein.
Das Netzwerk 700 ist zum Beispiel ein LAN (Local Area Network), das in einer Fabrik aufgebaut wurde, das Internet, ein öffentliches Telefonnetz oder eine Kombination davon. Für das Netzwerk 700 gibt es keine spezifischen Beschränkungen hinsichtlich der Art der Kommunikation, ob es sich um eine drahtgebundene oder eine drahtlose Verbindung handelt und dergleichen.
(Freiheitsgrad der Systemkonfiguration)
In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n und die Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n zu Eins-zu-Eins-Paaren zusammengefasst, um miteinander kommunizieren zu können. Eine einzelne Steuerungsunterstützungseinheit kann beispielsweise auch mit einer Vielzahl von Servo-Steuereinheiten über das Netzwerk 700 verbunden sein, um miteinander zu kommunizieren und eine Steuerhilfe für jede der Servo-Steuereinheiten durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt kann jede der Funktionen einer einzelnen Steuerungsunterstützungseinheit in geeigneter Weise auf eine Vielzahl von Servern als verteiltes Verarbeitungssystem verteilt werden. Darüber hinaus kann jede der Funktionen einer einzelnen Steuerungsunterstützungseinheit durch Verwendung einer virtuellen Serverfunktion oder Ähnlichem in der Cloud implementiert werden.
Wenn es n Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n gibt, die den Servo-Steuereinheiten 100-1 bis 100-n mit dem gleichen Modellnamen, den gleichen Spezifikationen oder der gleichen Serie entsprechen, können die Schätzergebnisse in jeder der Steuerungsunterstützungseinheiten 400-1 bis 400-n gemeinsam genutzt werden. Auf diese Weise wird es möglich, ein optimaleres Modell zu erstellen.
Die erste, zweite und dritte Ausführungsform sowie die beiden Modifikationsbeispiele sind oben beschrieben. Jede Komponente, die in den Steuerungssystemen jeder der Ausführungsformen und jedes der Modifikationsbeispiele enthalten ist, kann durch Hardware, Software oder eine Kombination davon implementiert werden. Darüber hinaus kann das Servosteuerungsverfahren, das durch das Zusammenwirken der jeweiligen Komponenten in den oben genannten Steuerungssystemen durchgeführt wird, auch durch Hardware, Software oder eine Kombination davon implementiert werden. Hier bedeutet „durch Software implementiert“, dass es implementiert wird, wenn ein Computer ein Programm liest und ausführt.
Das Programm kann auf verschiedenen Arten von nicht-übertragbaren, computerlesbaren Medien gespeichert und einem Computer zugeführt werden. Zu den nicht flüchtigen, computerlesbaren Medien gehören verschiedene Arten von materiellen Speichermedien. Beispiele für nicht transitorische computerlesbare Medien können ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (z. B. ein Festplattenlaufwerk), ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (z. B. eine magnetooptische Platte), eine CD-ROM (Read Only Memory), eine CD-R, eine CD-R/W und ein Halbleiterspeicher (z. B. ein Mask-ROM, ein PROM (Programmable ROM), ein EPROM (Erasable PROM), ein Flash-ROM und ein RAM (Random Access Memory)) sein.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Allerdings ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Modifikationen ohne Abweichung von dem Geist der vorliegenden Erfindung verkörpert werden.
Die Steuerungsunterstützungsvorrichtung, das Steuerungssystem und das Steuerungsunterstützungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können verschiedene Ausführungsformen mit den folgenden Konfigurationen annehmen, einschließlich der oben beschriebenen Ausführungsformen.

(1) Eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung (zum Beispiel die Steuerungsunterstützungseinheit 400), die eine Unterstützung zum Einstellen eines Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern (zum Beispiel die Filter 130-1 bis 130-m) durchführt, die einer Servo-Steuerungsvorrichtung (zum Beispiel der Servo-Steuereinheit 100) zur Verfügung gestellt werden, die einen Motor (zum Beispiel den Motor 150) steuert, wobei die Steuerungsunterstützungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Resonanz-Erkennungseinheit (zum Beispiel die Resonanz-Erkennungseinheit 401), die eine Vielzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung erkennt, die auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen gemessen werden; und eine Resonanz-Auswerteeinheit (z.B. die Resonanz-Auswerteeinheit 402), die Prioritätsstufe der Vielzahl von Resonanzpunkten berechnet, wobei die Resonanz-Auswerteeinheit die Prioritätsstufe auf der Basis eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve, der aus den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird, berechnet.

Mit der Steuerungsunterstützungsvorrichtung können die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte bestimmt werden. Dadurch ist es möglich, die Filter in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der höchsten Prioritätsstufe zuzuordnen.

(2) Die im vorstehenden Absatz (1) beschriebene Steuerungsunterstützungsvorrichtung, wobei die Resonanz-Auswerteeinheit die Prioritätsstufen auf der Grundlage des Abstands und einer Größe einer Resonanzfrequenz berechnet.
(3) Die in den vorstehenden Punkten (1) oder (2) beschriebene Steuerungsunterstützungsvorrichtung, wobei die Resonanz-Auswerteeinheit die Filter nacheinander vom Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe aus zuordnet.
(4) Ein Steuerungssystem (z.B. das Steuerungssystem 10, 10A, 10B, 10C oder 10D) mit: einer Servo-Steuerungsvorrichtung (z.B. die Servo-Steuereinheit 100), die einen Motor steuert; und der Steuerungsunterstützungsvorrichtung (z.B. die Steuerungsunterstützungseinheit 400), die in einem der vorangehenden (1) bis (3) beschrieben ist, wobei die Steuerungsunterstützungsvorrichtung Folgendes umfasst: Erfassen der Mehrzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung; und Berechnen der Prioritätsstufe der Mehrzahl von Resonanzpunkten.

Mit dem Steuerungssystem ist es möglich, die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, die Filter in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der höchsten Prioritätsstufe zuzuordnen.

(5) Das oben (4) beschriebene Steuerungssystem, das eine maschinelle Lernvorrichtung (z.B. die maschinelle Lerneinheit 500) enthält, die den Koeffizienten der Filter optimiert, die in der Reihenfolge vom Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe auf der Grundlage der Prioritätsstufen der mehreren Resonanzpunkte zugewiesen werden. Mit dem Steuerungssystem kann die Einstellung des Koeffizienten der Filter vereinfacht und in kurzer Zeit durchgeführt werden.
(6) Das in (5) beschriebene Steuerungssystem, wobei die maschinelle Lernvorrichtung auch für den Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe den Filter nicht anwendet, wenn eine Bewertungsfunktion nicht verbessert werden soll. Mit dem Steuerungssystem ist es möglich, das Erlernen des optimalen Wertes des Koeffizienten der Filter zu vermeiden, indem die Filter in einer unwirksamen Weise angewendet werden.

(7) Das in einem der vorstehenden Punkte (4) bis (6) beschriebene Steuerungssystem, das Folgendes umfasst: eine Frequenz-Erzeugungsvorrichtung (z.B. die Frequenz-Erzeugungseinheit 200), die ein Signal mit variierenden Frequenzen erzeugt und das Signal in die Servo-Steuerungsvorrichtung eingibt; und eine Frequenzcharakteristik-Messvorrichtung (z.B. die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300), die die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung auf der Grundlage des Signals und eines Ausgangssignals der Servo-Steuerungsvorrichtung misst.
(8) Das in einem der vorstehenden Punkte (4) bis (6) beschriebene Steuerungssystem, wobei die Servo-Steuerungsvorrichtung eine Stromrückkopplungsschleife, die einen in dem Motor fließenden Strom steuert, und eine Rückkopplungsschleife, die die Stromrückkopplungsschleife und die Filter enthält, umfasst, wobei das Steuerungssystem Folgendes umfasst eine Frequenz-Erzeugungsvorrichtung (z.B. die Frequenz-Erzeugungseinheit 200), die ein erstes Signal mit variierenden Frequenzen erzeugt und das erste Signal in die Stromrückkopplungsschleife eingibt; und eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit (z.B. die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300), die die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung auf der Grundlage des ersten Signals und eines zweiten Signals misst, das in die Stromrückkopplungsschleife in der Rückkopplungsschleife eingegeben wird.
(9) Ein Steuerungsunterstützungsverfahren (zum Beispiel die Steuerungsunterstützungseinheit 400) für eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung, die eine Unterstützung zum Einstellen eines Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern durchführt, die einer Servo-Steuerungsvorrichtung (zum Beispiel der Servo-Steuereinheit 100) bereitgestellt werden, die einen Motor (zum Beispiel den Motor 150) steuert, wobei das Steuerungsunterstützungsverfahren Folgendes umfasst: Erfassen einer Vielzahl von Resonanzpunkten in Frequenzcharakteristiken einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung, gemessen auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen; und Berechnen von Prioritätsstufen der Vielzahl von Resonanzpunkten auf der Basis eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve, der aus den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird.

Mit der Methode der Steuerungsunterstützungsverfahren ist es möglich, die Prioritätsstufen der Resonanzpunkte zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, die Filter in der Reihenfolge des Resonanzpunktes mit der höchsten Prioritätsstufe zuzuordnen.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B, 10C, 10D: Steuerungssystem
100, 100-1 bis 100-n: Servo-Steuereinheit
110: Subtrahierer
120: Geschwindigkeits-Steuereinheit
130, 130-1 bis 130-m: Filter
140: Strom-Steuereinheit
150: Motor
200: Frequenz-Erzeugungseinheit
300: Frequenzcharakteristik-Messeinheit
400, 400-1 bis 400-n: Steuerungsunterstützungseinheit
401: Resonanz-Erkennungseinheit
402: Resonanz-Auswerteeinheit
500: maschinelle Lerneinheit
501: Zustandsinformations-Beschaffungseinheit
502: Lerneinheit
503: Aktionsinformations-Ausgabeeinheit
504: Wertfunktionsspeichereinheit
505: Optimierungs-Aktionsinformations-Ausgabeeinheit
600: Frequenzcharakteristik-Schätzeinheit
700: Netzwerk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 202057211 [0002, 0003]

Claims

Steuerungsunterstützungsvorrichtung, die eine Unterstützung zum Einstellen eines Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern durchführt, die einer Servo-Steuerungsvorrichtung bereitgestellt werden, die einen Motor steuert, wobei die Steuerungsunterstützungsvorrichtung umfasst: eine Resonanz-Erkennungseinheit, die eine Vielzahl von Resonanzpunkten in Frequenzcharakteristiken einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung erkennt, die auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen gemessen werden; und eine Resonanz-Auswerteeinheit, die Prioritätsstufen der mehreren Resonanzpunkte berechnet, wobei die Resonanz-Auswerteeinheit die Prioritätsstufen auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als - 1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve berechnet, der aus den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird.
Steuerungsunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Resonanz-Auswerteeinheit die Prioritätsstufen auf der Grundlage des Abstands und einer Größe einer Resonanzfrequenz berechnet.
Steuerungsunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Resonanz-Auswerteeinheit die Filter ausgehend von dem Resonanzpunkt mit einer höchsten Prioritätsstufe einzeln zuordnet.
Steuerungssystem umfassend: eine Servo-Steuerungsvorrichtung, die einen Motor steuert; und die Steuerungsunterstützungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die Steuerungsunterstützungsvorrichtung umfassen: Erfassen der Vielzahl von Resonanzpunkten in den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung; und die Berechnung der Prioritätsstufen der mehreren Resonanzpunkte.
Steuerungssystem nach Anspruch 4, das eine maschinelle Lernvorrichtung umfasst, die den Koeffizienten der Filter optimiert, die in der Reihenfolge ab dem Resonanzpunkt mit einer höchsten Prioritätsstufe auf der Grundlage der Prioritätsstufen der mehreren Resonanzpunkte zugeordnet sind.
Steuerungssystem nach Anspruch 5, wobei die maschinelle Lernvorrichtung auch für den Resonanzpunkt mit der höchsten Prioritätsstufe den Filter nicht anwendet, wenn eine Bewertungsfunktion nicht verbessert werden soll.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, umfassend: eine Frequenz-Erzeugungsvorrichtung, die ein Signal mit variierenden Frequenzen erzeugt und das Signal in die Servo-Steuerungsvorrichtung eingibt; und eine Frequenzcharakteristik-Messvorrichtung, die die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung auf der Grundlage des Signals und eines Ausgangssignals der Servo-Steuerungsvorrichtung misst.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Servo-Steuerungsvorrichtung eine Stromrückkopplungsschleife, die einen im Motor fließenden Strom regelt, und eine Rückkopplungsschleife mit der Stromrückkopplungsschleife und den Filtern umfasst, das Steuerungssystem umfasst: eine Frequenz-Erzeugungsvorrichtung, die ein erstes Signal mit variierenden Frequenzen erzeugt und das erste Signal in die Stromrückkopplungsschleife eingibt; und eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit, die die Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung auf der Grundlage des ersten Signals und eines zweiten Signals misst, das in die Stromrückkopplungsschleife in der Rückkopplungsschleife eingegeben wird.
Steuerungsunterstützungsverfahren für eine Steuerungsunterstützungsvorrichtung, die eine Unterstützung zum Einstellen eines Koeffizienten für eine Vielzahl von Filtern durchführt, die einer Servo-Steuerungsvorrichtung bereitgestellt werden, die einen Motor steuert, wobei das Steuerungsunterstützungsverfahren umfasst: Erfassen einer Vielzahl von Resonanzpunkten in Frequenzcharakteristiken einer Eingangs-/Ausgangsverstärkung und einer Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung der Servo-Steuerungsvorrichtung, gemessen auf der Grundlage eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals mit variierenden Frequenzen; und Berechnen von Prioritätsstufen der mehreren Resonanzpunkte auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Punkt (-1, 0) oder einem Punkt (k, 0) (wobei k ein Wert kleiner als -1 ist) auf einer reellen Achse auf einer komplexen Ebene und einem Resonanzpunkt auf einer Nyquist-Ortskurve, der aus den Frequenzcharakteristiken der Eingangs-/Ausgangsverstärkung und der Eingangs-/Ausgangsphasenverschiebung berechnet wird.