JP2004320897A - サーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ゲインを上げて振動させるが、早めに振動検出して即止めるためマシンを大きく振動させず、更に模擬外乱トルクを増やしゲインの余裕を検出し余裕を得ることを目的とする。
【解決手段】制御系の振動を検出する振動検出手段を備え、制御ゲインをあげたところであるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを、トルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、あるレベルの振動を検出する迄前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をくり返し、前記振動検出手段があるレベルを超えた振動を検出した時の制御ゲインを限界ゲインとする。更に、模擬外乱トルクを増すことにより制御ゲインの余裕を検出し余裕を得る。
【選択図】 図１
【解決手段】制御系の振動を検出する振動検出手段を備え、制御ゲインをあげたところであるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを、トルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、あるレベルの振動を検出する迄前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をくり返し、前記振動検出手段があるレベルを超えた振動を検出した時の制御ゲインを限界ゲインとする。更に、模擬外乱トルクを増すことにより制御ゲインの余裕を検出し余裕を得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサーボモータを駆動するサーボ制御装置におけるサーボの制御ゲインを自動設定する方法に関し、特に、加振手段により機械等を加振して、振動を検出することによりサーボの制御ゲインの限界値を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ゲインを上げて発振させて、そこのゲインを最大値としていた。
つまり発振を検出して、マシン等を考慮してゲインの最大値にしたり、調整等をしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平２―２６１０８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術では、ゲインを上げて発振状態になってからでないと前兆が無いため発振が観測できないので時間がかかる問題があった。すなわち、停止中等ではゲインを上げた直後に発振するのではなく、また運転中でも図７（ｉ）のように発生しやすいところで振動し始める。つまり機械には摩擦や負荷等があり、そしてこれらは振動を抑えるように働くので大きなきっかけがないと発振はしない。そこで図７（ｉｉ）のように発振等しやすいように１回１回早い速度、長い送りの指令をして発振が始まる迄の時間遅れを見越して１回の指令で１回ずつゲインをゆっくり上げる必要があり、そうすると最大ゲインを検出する迄の時間が長くなる問題がある。これを無視して図８のようにゲインを早く上げると、発振を検出した時点では、ゲインが上がり過ぎており、ゲインを下げても容易には発振が止まらないため、マシンが大きく振動してしまう問題があった。また位置ループ等を組む時、ゲインに余裕がないと振動する問題もあった。
そこで本案は、ゲインを上げて振動させるが、早めに振動検出して即止めるためマシンを大きく振動させず、更に模擬外乱トルクを増やしゲインの余裕を検出し余裕を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の限界ゲイン抽出法では、サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、制御系の振動を検出する振動検出手段を備え、制御ゲインをあげたところであるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを、トルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、あるレベルの振動を検出する迄前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をくり返し、前記振動検出手段があるレベルを超えた振動を検出したときの制御ゲインを限界ゲインとする。更にステップ状の模擬外乱トルクを増すことにより、あるレベルの振動を検出する制御ゲインの余裕を得る。
上記手段にて、トルク指令にあるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを加えることより、制御ゲインが高い場合振動が誘発されるので、確実に振動を発生させ振動検出手段により振動検出することができるので、通常運転で制御ゲインを上げる時のように制御ゲインを上げ過ぎることなく、確実に限界ゲインを抽出することができ、振動を検出するとすぐに制御ゲインを下げることができるので、振動が発振に至ることも防止できる。更に模擬外乱トルクを増すことにより制御ゲインに余裕を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図１に示して説明する。
図１において１は振動検出手段、２はマイクロコンピュータ、３は電流アンプ、４はベースドライブ回路、５はパワートランジスタモジュール、６はモータである。
以上のように構成された回路において、その動作を図２の制御ブロック図、図４のタイミング図及び図６のフローチャートを用いて説明する。
まずマイクロコンピュータ２は位置や速度といった指令を外部のコントローラ等から受取る。そして例えば速度指令の場合は速度制御を行いその出力の電流指令や電流制御の出力でベースドライブ駆動回路４を通してパワートランジスタ５を駆動してモータを制御する。ここで振動検出手段１は、トルク指令あるいはモータの速度信号中に含まれる振動成分が、あらかじめ定めたレベルを超えた場合に、振動を検出する。検出レベルは例えば図３のように通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動振幅レベルを検出する。この図では通常運転でのトルクの振動振幅の最大値を検出している。この通常時の振動レベルの例えば３倍程度を振動の検出レベルとすれば良い。
本発明の基本的な考え方を説明するために、制御系が発振する状況を考察する。
機械の摩擦等の負荷がない状態で、機械共振等で制御系に振動が発生すると、制御ループゲインの働きで振動が急速に増大して発振状態に移行してしまい振動を止めることが困難となる。摩擦等の機械の負荷は、エネルギーを消費することで、振動を押さえる働きがある。機械負荷があるもののゲインが高くて、振動しやすい不安定な状態では、負荷を変動させることで、振動を誘発することもできるし、また誘発した振動を止めることもできる。不安定な状態をつくり出すため、本発明では、図２の制御ブロック図のようにステップ状の模擬外乱トルクを加えることで、摩擦等の機械負荷に打ち勝って安定状態を壊し振動を誘発する。模擬外乱トルクを加える時間を短く設定することで、振動検出手段にて振動を検出した直後に振動を止めることができる。
限界ゲインの具体的な検出手順は、以下のようになる。最初に図６の１のように位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、図３のように通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動レベルを検出する。この図では通常運転でのトルクの振動振幅の最大値を検出している。
次に図６の２のように位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、図２の制御ブロック図のトルク指令τｒｅｆに模擬外乱トルクをステップ状に加えて、図６の３のように位置偏差或いは速度等の応答をあるレベル以上あることを確認する。ここで、あるレベル以上の応答がなければ、加えた模擬外乱トルクが機械負荷を超えられなかったと考え、模擬外乱トルクを大きくする。あらかじめ定めたレベルまで、応答が大きくなるように模擬外乱トルクを大きくする。この応答のレベルは前記図６の１のように例えば通常の運転中の振動振幅の最大値を２倍等にする。そして模擬外乱トルクがあるレベルまで大きくしても応答が大きくならない場合、応答の検出レベルを下げる。このようにして模擬外乱トルクの大きさとその応答の検出レベルを調整する。
模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、次に図４に示すような時間タイミングで段階的にゲインを上げる。
図６の４〜６の処理のようにゲインを上げたところで、トルク指令に模擬外乱トルクを加え振動検出手段１にて、振動を確認する。振動検出手段１は例えばトルク又は速度等の振幅を振動検出レベルと比較し、大きい場合振動として検出する。振動レベルは前に調整した応答レベルの例えば１．５倍等する。
模擬外乱トルクを加えた後に図６の６ようにあるレベルを超えて振動を検出したら、図４のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えるのは停止し、図６の７のように制御ゲインを振動しないレベル迄下げる（例えば、振動したゲインの半分あるいは、最初に設定した低いゲイン等）。あるいは、確実に振動を止めるため、トルク指令を絞るか、位置偏差を一瞬ゼロ等にする。そして振動した時のゲインの１つ前のゲインをマイクロコンピュータ内等の記憶手段内に限界ゲインとして記憶しておく。記憶したゲインが検出すべき限界ゲインである。
ここで模擬外乱トルクと振動が発生するゲインの関係を考えてみる。模擬外乱トルクを大きくしていくと機械への衝撃も大きくなり、振動が発生しないような制御ゲインは小さくなる。機械の加減速やフィルタを入れて滑らかにすると衝撃が減り制御ゲインが上げられるのは、こういう理由である。図５は実機での模擬外乱トルクと振動が発生するゲインの関係例である。これも模擬外乱トルクを大きくしていくと振動検出手段１により振動が検出されないような制御ゲインは小さくなることが分かる。この原理を使いゲインの余裕を得るために模擬外乱トルクを少し大きくして検出する。
次に図６の８のように模擬外乱トルクを少し大きくして、同様に図６の９〜１２で限界ゲインの抽出を行う。
このように模擬外乱トルクを少し大きくして限界ゲインの抽出を行うと、制御ゲインは下がりその分が制御ゲインの余裕となる。そして用途等に応じて余裕を変えることができる。或いはゲインを一定率下げるという方法もあるが、この場合逆にゲインを上げられなくなるという問題があった。
なお、トルク指令に加える模擬外乱トルクは、負荷のイナーシャに応じて大きくする必要がある。
また本実施例では、模擬外乱トルクをトルク指令に直接入力しているが、微少距離を移動することでも、トルクが発生するので、同等のことが行える。また振動検出手段１はマイクロコンピュータ２で行っても良く、ゲインに伴い積分ゲインやトルクフィルタ等を連動させても良い。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、マシンに合わせた模擬外乱トルクで確実に振動させて最大ゲインを得られ、しかも振動後、即ゲインを下げて振動を抑えることができるので、大きくゲインを上げることもなく、振動が発振に至る危険を防止することができる効果がある。更にゲインの余裕を得ることができる。
またそこからゲインを上げていき余裕分を減らす等することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の具体的実施例の構成図である。
【図２】図２は制御ブロック図である。
【図３】図３は通常運転した時の速度指令、速度、トルクの波形と振動レベルの測定タイミング図である。
【図４】図４はゲインを上げて振動を発生及び振動発生時のゲイン低下、限界ゲイン抽出タイミング図である。
【図５】図５は振動が発生するゲインと加振する模擬外乱トルクの関係図の例である。
【図６】図６は本案の限界ゲインを抽出する概略フローチャートである。
【図７】図７（ｉ）通常運転で振動する場合のタイミング図、（ｉｉ）は通常運転でゲインを上げて行くタイミング図である。
【図８】図８は通常運転で調整する場合でゲインを早く上げて、大きく発振した例の図である。
【図９】図９は、従来の実施例の構成図である。
【符号の説明】
１ 振動検出手段
２ マイクロコンピュータ
３ 電流アンプ
４ ベースドライブ回路
５ パワートランジスタモジュール
６ モータ
【発明の属する技術分野】
本発明はサーボモータを駆動するサーボ制御装置におけるサーボの制御ゲインを自動設定する方法に関し、特に、加振手段により機械等を加振して、振動を検出することによりサーボの制御ゲインの限界値を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ゲインを上げて発振させて、そこのゲインを最大値としていた。
つまり発振を検出して、マシン等を考慮してゲインの最大値にしたり、調整等をしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平２―２６１０８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術では、ゲインを上げて発振状態になってからでないと前兆が無いため発振が観測できないので時間がかかる問題があった。すなわち、停止中等ではゲインを上げた直後に発振するのではなく、また運転中でも図７（ｉ）のように発生しやすいところで振動し始める。つまり機械には摩擦や負荷等があり、そしてこれらは振動を抑えるように働くので大きなきっかけがないと発振はしない。そこで図７（ｉｉ）のように発振等しやすいように１回１回早い速度、長い送りの指令をして発振が始まる迄の時間遅れを見越して１回の指令で１回ずつゲインをゆっくり上げる必要があり、そうすると最大ゲインを検出する迄の時間が長くなる問題がある。これを無視して図８のようにゲインを早く上げると、発振を検出した時点では、ゲインが上がり過ぎており、ゲインを下げても容易には発振が止まらないため、マシンが大きく振動してしまう問題があった。また位置ループ等を組む時、ゲインに余裕がないと振動する問題もあった。
そこで本案は、ゲインを上げて振動させるが、早めに振動検出して即止めるためマシンを大きく振動させず、更に模擬外乱トルクを増やしゲインの余裕を検出し余裕を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の限界ゲイン抽出法では、サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、制御系の振動を検出する振動検出手段を備え、制御ゲインをあげたところであるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを、トルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、あるレベルの振動を検出する迄前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をくり返し、前記振動検出手段があるレベルを超えた振動を検出したときの制御ゲインを限界ゲインとする。更にステップ状の模擬外乱トルクを増すことにより、あるレベルの振動を検出する制御ゲインの余裕を得る。
上記手段にて、トルク指令にあるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを加えることより、制御ゲインが高い場合振動が誘発されるので、確実に振動を発生させ振動検出手段により振動検出することができるので、通常運転で制御ゲインを上げる時のように制御ゲインを上げ過ぎることなく、確実に限界ゲインを抽出することができ、振動を検出するとすぐに制御ゲインを下げることができるので、振動が発振に至ることも防止できる。更に模擬外乱トルクを増すことにより制御ゲインに余裕を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図１に示して説明する。
図１において１は振動検出手段、２はマイクロコンピュータ、３は電流アンプ、４はベースドライブ回路、５はパワートランジスタモジュール、６はモータである。
以上のように構成された回路において、その動作を図２の制御ブロック図、図４のタイミング図及び図６のフローチャートを用いて説明する。
まずマイクロコンピュータ２は位置や速度といった指令を外部のコントローラ等から受取る。そして例えば速度指令の場合は速度制御を行いその出力の電流指令や電流制御の出力でベースドライブ駆動回路４を通してパワートランジスタ５を駆動してモータを制御する。ここで振動検出手段１は、トルク指令あるいはモータの速度信号中に含まれる振動成分が、あらかじめ定めたレベルを超えた場合に、振動を検出する。検出レベルは例えば図３のように通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動振幅レベルを検出する。この図では通常運転でのトルクの振動振幅の最大値を検出している。この通常時の振動レベルの例えば３倍程度を振動の検出レベルとすれば良い。
本発明の基本的な考え方を説明するために、制御系が発振する状況を考察する。
機械の摩擦等の負荷がない状態で、機械共振等で制御系に振動が発生すると、制御ループゲインの働きで振動が急速に増大して発振状態に移行してしまい振動を止めることが困難となる。摩擦等の機械の負荷は、エネルギーを消費することで、振動を押さえる働きがある。機械負荷があるもののゲインが高くて、振動しやすい不安定な状態では、負荷を変動させることで、振動を誘発することもできるし、また誘発した振動を止めることもできる。不安定な状態をつくり出すため、本発明では、図２の制御ブロック図のようにステップ状の模擬外乱トルクを加えることで、摩擦等の機械負荷に打ち勝って安定状態を壊し振動を誘発する。模擬外乱トルクを加える時間を短く設定することで、振動検出手段にて振動を検出した直後に振動を止めることができる。
限界ゲインの具体的な検出手順は、以下のようになる。最初に図６の１のように位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、図３のように通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動レベルを検出する。この図では通常運転でのトルクの振動振幅の最大値を検出している。
次に図６の２のように位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、図２の制御ブロック図のトルク指令τｒｅｆに模擬外乱トルクをステップ状に加えて、図６の３のように位置偏差或いは速度等の応答をあるレベル以上あることを確認する。ここで、あるレベル以上の応答がなければ、加えた模擬外乱トルクが機械負荷を超えられなかったと考え、模擬外乱トルクを大きくする。あらかじめ定めたレベルまで、応答が大きくなるように模擬外乱トルクを大きくする。この応答のレベルは前記図６の１のように例えば通常の運転中の振動振幅の最大値を２倍等にする。そして模擬外乱トルクがあるレベルまで大きくしても応答が大きくならない場合、応答の検出レベルを下げる。このようにして模擬外乱トルクの大きさとその応答の検出レベルを調整する。
模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、次に図４に示すような時間タイミングで段階的にゲインを上げる。
図６の４〜６の処理のようにゲインを上げたところで、トルク指令に模擬外乱トルクを加え振動検出手段１にて、振動を確認する。振動検出手段１は例えばトルク又は速度等の振幅を振動検出レベルと比較し、大きい場合振動として検出する。振動レベルは前に調整した応答レベルの例えば１．５倍等する。
模擬外乱トルクを加えた後に図６の６ようにあるレベルを超えて振動を検出したら、図４のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えるのは停止し、図６の７のように制御ゲインを振動しないレベル迄下げる（例えば、振動したゲインの半分あるいは、最初に設定した低いゲイン等）。あるいは、確実に振動を止めるため、トルク指令を絞るか、位置偏差を一瞬ゼロ等にする。そして振動した時のゲインの１つ前のゲインをマイクロコンピュータ内等の記憶手段内に限界ゲインとして記憶しておく。記憶したゲインが検出すべき限界ゲインである。
ここで模擬外乱トルクと振動が発生するゲインの関係を考えてみる。模擬外乱トルクを大きくしていくと機械への衝撃も大きくなり、振動が発生しないような制御ゲインは小さくなる。機械の加減速やフィルタを入れて滑らかにすると衝撃が減り制御ゲインが上げられるのは、こういう理由である。図５は実機での模擬外乱トルクと振動が発生するゲインの関係例である。これも模擬外乱トルクを大きくしていくと振動検出手段１により振動が検出されないような制御ゲインは小さくなることが分かる。この原理を使いゲインの余裕を得るために模擬外乱トルクを少し大きくして検出する。
次に図６の８のように模擬外乱トルクを少し大きくして、同様に図６の９〜１２で限界ゲインの抽出を行う。
このように模擬外乱トルクを少し大きくして限界ゲインの抽出を行うと、制御ゲインは下がりその分が制御ゲインの余裕となる。そして用途等に応じて余裕を変えることができる。或いはゲインを一定率下げるという方法もあるが、この場合逆にゲインを上げられなくなるという問題があった。
なお、トルク指令に加える模擬外乱トルクは、負荷のイナーシャに応じて大きくする必要がある。
また本実施例では、模擬外乱トルクをトルク指令に直接入力しているが、微少距離を移動することでも、トルクが発生するので、同等のことが行える。また振動検出手段１はマイクロコンピュータ２で行っても良く、ゲインに伴い積分ゲインやトルクフィルタ等を連動させても良い。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、マシンに合わせた模擬外乱トルクで確実に振動させて最大ゲインを得られ、しかも振動後、即ゲインを下げて振動を抑えることができるので、大きくゲインを上げることもなく、振動が発振に至る危険を防止することができる効果がある。更にゲインの余裕を得ることができる。
またそこからゲインを上げていき余裕分を減らす等することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の具体的実施例の構成図である。
【図２】図２は制御ブロック図である。
【図３】図３は通常運転した時の速度指令、速度、トルクの波形と振動レベルの測定タイミング図である。
【図４】図４はゲインを上げて振動を発生及び振動発生時のゲイン低下、限界ゲイン抽出タイミング図である。
【図５】図５は振動が発生するゲインと加振する模擬外乱トルクの関係図の例である。
【図６】図６は本案の限界ゲインを抽出する概略フローチャートである。
【図７】図７（ｉ）通常運転で振動する場合のタイミング図、（ｉｉ）は通常運転でゲインを上げて行くタイミング図である。
【図８】図８は通常運転で調整する場合でゲインを早く上げて、大きく発振した例の図である。
【図９】図９は、従来の実施例の構成図である。
【符号の説明】
１ 振動検出手段
２ マイクロコンピュータ
３ 電流アンプ
４ ベースドライブ回路
５ パワートランジスタモジュール
６ モータ
Claims (3)
- サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、
制御系の振動を検出する振動検出手段を備え、制御ゲインをあげたところであるレベルの振動を与えるようなステップ状の模擬外乱トルクを、トルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、あるレベルの振動を検出する迄前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をくり返し、前記振動検出手段があるレベルを超えた振動を検出した時の制御ゲインを限界ゲインとする限界ゲイン抽出法。 - 前記ステップ状の模擬外乱トルクを増すことにより、あるレベルの振動を検出する制御ゲインの余裕を検出し余裕を得る方法。
- 前記限界ゲイン抽出法において、
前記振動検出手段が振動を検出した時に機械の振動を抑えるため制御ゲインを下げる等することを特徴とする限界ゲイン抽出法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003111490A JP4224776B2 (ja) | 2003-04-16 | 2003-04-16 | サーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003111490A JP4224776B2 (ja) | 2003-04-16 | 2003-04-16 | サーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004320897A true JP2004320897A (ja) | 2004-11-11 |
| JP4224776B2 JP4224776B2 (ja) | 2009-02-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP4224776B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013034375A (ja) * | 2007-02-13 | 2013-02-14 | Yaskawa Electric Corp | フィードバック制御系の振動検出装置及び振動検出装置を備えたモータ制御装置 |
-
2003
- 2003-04-16 JP JP2003111490A patent/JP4224776B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013034375A (ja) * | 2007-02-13 | 2013-02-14 | Yaskawa Electric Corp | フィードバック制御系の振動検出装置及び振動検出装置を備えたモータ制御装置 |
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|---|---|
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