JP2005006418A - モータ制御装置の制御パラメータ設定装置および設定方法 - Google Patents
モータ制御装置の制御パラメータ設定装置および設定方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】機械を損傷することなく、またオシロスコープ等の計測装置がなくても短時間で制御パラメータ調整を行うことを可能とする制御パラメータの設定装置と設定方法とを提供する。
【解決手段】モータ制御装置において、モータ３が発生したトルクを機械１０に伝達する力伝達機構１０１の種類と機械剛性の予想できる範囲で、予め制御パラメータを求めて作成したゲイン表５１を記憶しておく制御パラメータ格納手段５と、機械剛性値を決定する機械剛性値決定手段７と、その制御パラメータ格納手段５から決定された機械剛性値に従って制御パラメータを読み出してモータ制御装置内の各部に設定するゲイン設定手段６とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】モータ制御装置において、モータ３が発生したトルクを機械１０に伝達する力伝達機構１０１の種類と機械剛性の予想できる範囲で、予め制御パラメータを求めて作成したゲイン表５１を記憶しておく制御パラメータ格納手段５と、機械剛性値を決定する機械剛性値決定手段７と、その制御パラメータ格納手段５から決定された機械剛性値に従って制御パラメータを読み出してモータ制御装置内の各部に設定するゲイン設定手段６とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にロボットや工作機械などを駆動するモータ制御装置において、その制御装置の制御パラメータを調整するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置と設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータ制御装置では、指令入力とフィードバック信号との誤差が可能な限り小さくなるように制御することが求められている。
そのため、モータの応答を監視しながら複数の制御パラメータを同時に調整しなければならない。
従来の技術としては、等価剛体オブザーバを用い、帯域設定係数（α）の概念を使って、制御パラメータ調整の簡素化を図っている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１３６９８３号公報（第６頁、第３図）
【０００４】
図１７において、速度制御装置２０１は、モータおよびモータのトルクを制御する手段からなるトルク制御装置２１１と安定化補償器２１２とイナーシャ補償ゲイン２１３とを備えた速度制御系である。２１０は等価剛体であり当ブロック内のＪはモータと負荷機構の全イナーシャ、Ｄｏはモータと負荷機構の粘性摩擦、２１４は機械共振系である。前記安定化補償器２１２は速度指令信号と速度フィードバック信号を入力して加速度信号を出力する。加速度信号に前記イナーシャ補償ゲイン２１３をかけてトルク指令信号を出力する。
【０００５】
また、速度制御系を比例制御とする場合は、前記安定化補償器２１２は前記速度指令信号から前記速度フィードバック信号を減算する減算ブロックと比例演算要素とし、比例積分制御の時は減算ブロックと比例要素と積分要素で構成する。
積分比例制御の時も減算ブロックと比例要素と積分要素で構成できる。
前記トルク制御装置２１１はトルク指令信号を入力してモータのトルクを制御し、モータの速度信号を出力する。
【０００６】
速度オブザーバとして適用する等価剛体オブザーバ２０２は、等価剛体モデル２２１とモータのイナーシャと負荷のイナーシャを加えた全イナーシャＪで定義するイナーシャモデル２２２と、オブザーバの安定化補償器２２３とで構成する。
前記オブザーバの安定化補償器２２３は、第１の補償手段の比例演算手段２３１と、第２の補償手段の積分演算手段２３２で構成する。前記比例演算手段２３１のゲインは第１のゲインの減衰定数ζＳと、第２のゲインの周波数帯域ωＳの積を２倍したもので定義し、前記積分演算手段２３２のゲインはωＳの２乗で定義する。オブザーバの周波数帯域ωＳは帯域設定係数αと速度制御系の比例ゲインＫｖとの積で定義する。
【０００７】
ここで前記帯域設定係数αについて説明すると、図１８に示す速度制御系の原理を説明するブロック線図のように、同一次元の等価剛体オブザーバを併合した速度制御系は、速度信号の低域成分をフィードバックする外側の等価フィードバックと、高域成分をフィードバックする内側の等価フィードバックとの２つのフィードバックループに分離して考えることができる。
そして、速度制御系の安定化には高周波域の位相特性が関係し、外乱抑圧性能等の定常特性には低周波域のゲイン特性が関係すると考えられるので、図１８で、高域と低域の周波数帯域を、速度制御ループで目標としている帯域よりも低く設定する場合、速度ループの安定性は内側のループで決まり、定常特性は外側のループで決まる。
【０００８】
内側のループは機械共振要素Ｒ（ｓ）を通らないので高域の帯域をωＳにより、最適に設定することにより速度ループゲインを増加して、速度制御系の目標応答特性が改善できることがわかる。
これについて、従来はオブザーバ併合系の、このような性質を利用する考えがなかったので、漠然とオブザーバの周波数帯域を制御系の周波数帯域よりも広く取り、例えば、ωＳ＞２Ｋｖ、等としていたので、内側ループの安定化作用が殆どなくなり、外側ループのみで安定化と定常性改善を同時に図ることになり、オブザーバを利用しない場合と同じで内側ループの長所を活かしていなかった。
ここでは、前記帯域設定係数αを使って、
ωＳ＝α・Ｋｖ
により決定し、α＜１、とすることにより、オブザーバの周波数帯域が自動的に速度制御ループで目標とする速度ループゲインＫｖで決まる帯域よりも低く設定出来るので応答特性を改善出来る。
数値的には、αの値は０．０１〜１．００の範囲で設定する。
【０００９】
図１７に戻って、速度オブザーバに関して、前記等価剛体モデル２２１と前記イナーシャモデル２２２と前記オブザーバの減衰定数ζＳは予め値を設定できるので、ここでは前記帯域設定係数αだけが調整すべきパラメータとなる。すなわち、速度制御系の各制御パラメータの他には、前記帯域設定係数αのみを調整すればよいことになる。
具体的なαの調整手順は、
１、帯域設定係数αを初期設定値に取る。
２、速度制御の比例ゲインＫｖを速度制御系の発振限界（振動を始める限界）直前まで増加する。
３、αを初期設定値よりも低い値に変更する。
４、再度、比例ゲインＫｖを速度制御系の発振限界まで増加する。
以上の手順を繰り返すことによって、比例ゲインＫｖを増加させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例では、帯域設定係数α、比例ゲインＫｖなどの制御パラメータ設定中に各ゲインの上げすぎ、または下げすぎのために機械に振動やオーバーシュートが発生することがある。もし、機械に振動やオーバーシュートが発生し始めた場合は、制御パラメータ調整者がこれをすぐに音で確認したり、トルク指令モニタ信号等をオシロスコープ等の計測器で観測し、この振動やオーバーシュートが収まるような調整をしなければならない。この手順を正確にかつ短時間で行わないと、発生した振動によって機械を損傷してしまうという問題がある。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置において、機械を損傷することなくまたオシロスコープ等の計測装置がなくても短時間で制御パラメータ調整を行うことを可能とする制御パラメータの設定装置と設定方法とを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックとを入力し前記速度フィードバックが前記速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力し前記トルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置において、
前記速度制御部は比例積分制御演算または積分比例制御演算を行うことが可能で速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを制御パラメータとし、前記フィルタはトルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を制御パラメータとし、前記モータは力伝達機構を介して機械を駆動し、少なくとも前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして、前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに応じて前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態と毎に少なくとも前記機械の慣性モーメントおよび前記機械を構成する構造物の弾性係数から決まる機械剛性を予め予想できる範囲で複数のランクに分けた機械剛性値毎に予め制御パラメータを求めて作成したゲイン表を記憶しておく制御パラメータ格納手段と、前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とが決まったら前記制御パラメータ格納手段からその力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに対応した前記ゲイン表を選択して読み出し前記ゲイン表から前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択して読み出し前記モータ制御装置内の前記速度制御部には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を設定し前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定するゲイン設定手段と、前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定して前記ゲイン設定手段を介して前記制御パラメータを設定して前記モータを駆動して前記仮定した機械剛性値が許容範囲以内か高過ぎるかまたは低過ぎるかを前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかに基づいて判断し前記機械剛性値を決定する機械剛性値決定手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、位置指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された位置フィードバックとを入力し前記位置フィードバックが前記位置指令に一致するよう位置ループゲイン（Ｋｐ）を制御パラメータとして位置制御を行い前記請求項１記載の前記速度制御部に前記速度指令を出力する位置制御部を備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置において、
前記請求項１記載の前記制御パラメータグループに前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を加え、前記請求項１記載の前記ゲイン設定手段は前記請求項１記載の動作に加えて前記モータ制御装置内の前記位置制御部に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、
前記速度制御部が比例積分制御を行う場合は以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
で示される関係を常に保つ様に計算する制御パラメータ計算手段を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、前記制御パラメータ計算手段が、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様に計算する制御パラメータ計算手段を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックを入力し前記速度フィードバックが前記速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力し前記トルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置、またはこのモータ制御装置に更に位置指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された位置フィードバックを入力し前記位置フィードバックが前記位置指令に一致するよう位置制御を行い前記速度指令を出力する位置制御部を備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置の制御パラメータを設定する方法であって、
少なくとも前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）と、前記モータ制御装置が位置制御を行う場合は更に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）とを制御パラメータグループとして、前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに応じて前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態と毎に少なくとも前記機械の慣性モーメントおよび前記機械を構成する構造物の弾性係数から決まる機械剛性を予め予想できる範囲で複数のランクに分けた機械剛性値毎に予め制御パラメータを求めて作成した前記ゲイン表を前記制御パラメータ格納手段に格納するステップと、
前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定して前記ゲイン設定手段を介して前記制御パラメータを仮に設定して前記モータを駆動して前記仮定した前記機械剛性値が許容範囲以内か高過ぎるかまたは低過ぎるかを前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかに基づいて判断し前記機械剛性値を決定するステップと、
前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とが決まったら前記制御パラメータ格納手段からその力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするか積分比例制御演算をするかという形態とに対応した前記ゲイン表を選択して読み出し前記ゲイン表から前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択して読み出し前記モータ制御装置内の前記速度制御部には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を設定し前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定し、前記モータ制御装置が位置制御を行う場合は更に前記位置制御部に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定するステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、
前記速度制御部が比例積分制御を行う場合は、以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
で示される関係を常に保つ様に計算することを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様に計算することを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、前記機械剛性値決定手段は、前記速度フィードバック、前記モータ駆動電流、または前記トルク指令のいずれかの振動成分の振幅値を事前に設定した振動成分の上下限値と比較し、前記振動成分の振幅値が上限値より大きい場合は前記機械剛性値が高過ぎると判断し、前記振動成分の振幅値が下限値より小さい場合は前記機械剛性値が低過ぎると判断し、前記振動成分の振幅値が上下限値の範囲内であれば、前記機械剛性値が最適とみなすことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、前記機械剛性値決定手段は、前記速度制御部にステップ状の速度指令を与えて前記速度フィードバックのオーバーシュート回数が２以上の場合は前記機械剛性値が高過ぎると判断し、オーバーシュートしない場合は低過ぎると判断し、１度だけオーバーシュートし０に近づく場合は最適とみなすことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明を適用する第１の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図でありモータ制御装置は速度制御を行う。
図１において、１は速度制御部、２はトルク制御部、２１はフィルタ、３はモータ、４は検出器、１１はモータ速度作成部、５は制御パラメータ格納手段、５１はゲイン表、６はゲイン設定手段、７は機械剛性値決定手段、１０１は力伝達機構、１０は機械である。以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
【００２１】
前記速度制御部１は速度指令と速度フィードバックとを入力して速度制御を行い前記トルク制御部２へトルク指令を出力する。更に機械剛性値決定手段７へ出力することもある。前記トルク制御部２は前記フィルタ２１を備え、前記トルク指令を入力して、前記モータ３へモータ駆動電流を出力する。更に前記機械剛性値決定手段７へ出力することもある。
前記モータ３には前記検出器４が装着されており、前記検出器４はモータ速度またはモータ位置を前記モータ速度作成部１１へ出力する。
前記モータ速度作成部１１は前記モータ速度またはモータ位置を入力し前記速度フィードバックを作成して前記速度制御部１へ出力する。更に前記機械剛性値決定手段７へ出力することもある。
【００２２】
前記モータ３は前記モータ駆動電流によって駆動され、トルクを発生する。その発生されたトルクは前記力伝達機構１０１を介して前記機械１０を駆動する。
前記機械剛性値決定手段７は前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかを入力し機械剛性値を判定して決定し機械剛性値を前記ゲイン設定手段６へ出力する。
前記ゲイン設定手段６は前記機械剛性値を入力し、前記パラメータ格納手段５から前記ゲイン表５１を読み出し、前記パラメータ表５１から前記機械剛性値に基づいた前記制御パラメータグループを読み出して、前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を前記速度制御部１に、トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を前記フィルタ２１に設定する。
【００２３】
前記速度制御部１は前記速度指令と前記速度フィードバックとが一致するよう速度制御を行う。前記速度制御を行うための演算は、比例積分制御演算または積分比例制御演算を行い、どちらも速度ループゲイン（Ｋｖ）および速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を制御パラメータとしている。図３（ａ）に前記速度制御部１が比例積分制御演算を行うことを可能にする具体的な構成を、図３（ｂ）に前記速度制御部１が積分比例制御演算を行うことを可能にする具体的な構成を示している。図３中、ｓは積分演算子である。この技術は公知である。（例えば、特許文献１参照）
【００２４】
前記モータ速度作成部１１は、前記モータの位置または速度に基づいて前記速度フィードバックを作成する。
前記フィルタ２１は前記トルク指令のノイズ成分を除去する機能を有しトルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を制御パラメータとしている。
前記トルク制御部２は前記トルク指令に基づいて前記モータ３のトルク制御を行う。前記力伝達機構１０１は、前記モータ３で発生したトルクを前記機械１０に伝える。図４は前記力伝達機構１０１の具体的な構成の例である。前記力伝達機構１０１はボールネジ、ベルト、ギアなど力を伝達することのできる機械要素またはそれらの組み合わせで構成される。図４では４種類の力伝達機構の例を示しているが、力伝達機構の種類はこの限りではない。図４において、１００はステージであり、直線的に動く前記機械１０の最も簡略化された例である。１０２はボールネジであり、回転運動を直線運動に変換する。１０３はベルトａであり、回転運動を他の回転運動に伝達する。１０４はベルトｂであり、回転運動を直線運動に変換する要素として機能している。１０５はプーリであり、前記ベルトａ１０３の回転運動を前記ベルトｂ１０４へ伝達するための中継を行い直径を任意に選択することで前記ベルトａ１０３の回転運動を前記ベルトｂ１０４へ伝達する伝達率を変えることが可能である。１０６はギアであり、回転運動の伝達率を変えることが可能である。
【００２５】
図４（ａ）は前記モータ３の回転力が前記ボールネジ１０２に直結されそのボールネジ１０２で前記ステージ１００を直線的に駆動している例である。図４（ｂ）は前記機械と前記モータ３とが一つまたは複数のベルトとボールネジで構成された力伝達機構で接続された例であり、前記モータ３の回転力を前記ベルトａ１０３を介して前記ボールネジ１０２に伝達し、前記ボールネジ１０２で前記ステージ１００を直線的に駆動する。図４（ｃ）は前記機械と前記モータ３とが複数のベルトで構成された力伝達機構で接続された例であり、前記モータ３の回転力は前記ベルトａ１０３を介して前記プーリ１０５に伝達され、前記プーリ１０５は前記ベルトｂ１０４を駆動し、前記ベルトｂ１０４は前記ステージ１００を直線的に駆動する。図４（ｄ）は前記機械と前記モータ３とが一つまたは複数のベルトと一つまたは複数のギアで構成された力伝達機構で接続された例であり、前記モータ３の回転力は前記ギア１０６を介して前記ベルトａに伝達され、さらに前記ベルトａ１０３を介して前記プーリ１０５に伝達され、前記プーリ１０５は前記ベルトｂ１０４を駆動し、前記ベルトｂ１０４は前記ステージ１００を直線的に駆動する。
【００２６】
制御パラメータ格納手段５は、前記力伝達機構１０１の種類、モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）、および速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分比例制御か）毎に求めた前記ゲイン表５１を格納している。
図７は前記制御パラメータ格納手段５の具体的な構成例である。例は前記ゲイン表５１がＮ種類まで対応していると仮定したものである。
前記ゲイン表５１は、前記モータ３が駆動する機械の機械剛性値に対応した前期速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして構成する。
前記制御パラメータグループはラウスフルビッツの定理など従来から知られている安定性理論に基づいて算出してもよいし、過去に同様のモータ制御装置を調整して得られた値を参考にして求めてもよい。
【００２７】
図８は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を比例積分制御とした場合のゲイン表の例である。
図９は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を積分比例制御とした場合のゲイン表の例である。
【００２８】
図１４は前記制御パラメータ格納手段５に前記ゲイン表５１を格納する動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１１では前記力伝達機構１０１の構成を決定し、ステップＳ１２では本モータ制御装置で適用されるモータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）を決定し、ステップＳ１３で速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分比例制御か）を決定し、ステップＳ１４で前記ゲイン表５１を作成し、ステップＳ１５では前記ゲイン表５１を前記制御パラメータ格納手段５に格納し、ステップＳ１６では速度制御部１のすべての形態（比例積分制御か、または積分比例制御か）に対して作業が完了したか否かを判断し、完了していればステップＳ１７に進み、完了していなければステップ１３に戻る。ステップＳ１７ではモータ制御装置のすべての形態（速度制御か、または位置制御か）に対して作業が完了したか否かを判断し、完了していればステップＳ１８に進み、完了していなければステップ１２に戻る。ステップＳ１８では本モータ制御装置で適用されると思われる前記力伝達機構１０１の全ての種類に対して作業が完了したか否を判断し、完了していれば終了し、完了していなければ再度前記ステップＳ１１以降を繰り返す。
【００２９】
図１５は前記ゲイン設定手段６の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ３１では前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とを入力し、ステップＳ３２で前記制御パラメータ格納手段５から前記力伝達機構１０１および前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）および前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）に対応した前記ゲイン表５１を選択し、ステップＳ３３では前記制御パラメータ格納手段５から前記ゲイン表５１を読み出し、ステップＳ３４では前記機械剛性値を入力し、ステップＳ３５では前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択し、ステップＳ３６ではモータ制御装置の各部にそれぞれ設定する。すなわち、前記速度制御部１には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定する。
【００３０】
ステップＳ３１において前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とを入力する方法を説明する。
一般的なモータ制御装置には、簡易な操作パネルの機能を備えたオペレータと呼ばれるものが装備されていたり、装着が可能になっていたりする。前記モータ制御装置のメモリ内に前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）を記憶しておくエリアを設け、このオペレータを使用して事前に書き込んでおく。ステップＳ３１では前記メモリから前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とを読み出す。
また、別の方法として、前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とに対応した複数のスイッチとインターフェース回路を備え、ステップＳ３１ではそのスイッチの状態を入力するという方法がある。
【００３１】
図１６は前記機械剛性値決定手段７の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ２１では前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定し、ステップＳ２２では前記制御パラメータグループを選択し前記ゲイン設定手段６を介して前記モータ制御装置内の各部にそれぞれ設定し、ステップＳ２３では前記モータ３を駆動し、ステップＳ２４では前記仮定した機械剛性値が許容範囲以内か、高過ぎるか、または低過ぎるかを判断し、前記機械剛性値が許容範囲以内と判断したらステップＳ２７にすすみ機械剛性値をその時選択されていた機械剛性値に決定して終わる。前記機械剛性値が高過ぎると判断したらステップＳ２５に進み前記機械剛性値を低く設定し、前記機械剛性値が低過ぎると判断したらステップＳ２６に進み前記機械剛性値を高く設定して、再度前記ステップＳ２２に戻り前記制御パラメータグループを選択し前記ゲイン設定手段６を介して前記モータ制御装置内の各部にそれぞれ設定し、再度前記ステップＳ２３で前記モータを駆動し、再度前記ステップＳ２４を実行し、前記機械剛性値が許容範囲以内になるまで繰り返す。
【００３２】
前記ステップＳ２４において機械剛性値を判断する方法としては、例えば、前記モータ３を予め設定した一定速度で駆動したときの前記モータ駆動電流または前記速度フィードバックまたは前記トルク指令の振動成分を予め設定した閾値と比較する方法がある。
いま、前記モータ駆動電流より判断する方法を説明する。
前記モータ駆動電流の振動成分振幅の最大値をＩＰ−Ｐ、許容範囲以内の振動成分振幅の上限の閾値をＨＩＭＡＸ、許容範囲以内の振動成分振幅の下限の閾値をＨＩＭＩＮとすると、
▲１▼ＩＰ−Ｐ ＞ ＨＩＭＡＸ の場合は、高過ぎる。
▲２▼ＨＩＭＡＸ ≧ ＩＰ−Ｐ ≧ ＨＩＭＩＮ の場合は、許容範囲以内。
▲３▼ＨＩＭＩＮ ＞ ＩＰ−Ｐ の場合は、低過ぎる。
と判断する。前記閾値ＨＩＭＡＸおよびＨＩＭＩＮは過去に調整したときの経験値から求めてもよい。
また、前記速度フィードバックより判断する場合も、前記モータ駆動電流より判断する方法と同様である。
前記速度フィードバックの振動成分振幅の最大値をＶＰ−Ｐ、許容範囲以内の振動成分振幅の上限の閾値をＨＶＭＡＸ、許容範囲以内の振動成分振幅の下限の閾値をＨＶＭＩＮとすると、
▲１▼ＶＰ−Ｐ ＞ ＨＶＭＡＸ の場合は、高過ぎる。
▲２▼ＨＶＭＡＸ ≧ ＶＰ−Ｐ ≧ ＨＶＭＩＮ の場合は、許容範囲以内。
▲３▼ＨＶＭＩＮ ＞ ＶＰ−Ｐ の場合は、低過ぎる。
と判断する。前記閾値ＨＶＭＡＸおよびＨＶＭＩＮは過去に調整したときの経験値から求めてもよい。
また、前記トルク指令より判断する場合も、前記モータ駆動電流より判断する方法と同様である。
前記トルク指令の振動成分振幅の最大値をＴＰ−Ｐ、許容範囲以内の振動成分振幅の上限の閾値をＨＴＭＡＸ、許容範囲以内の振動成分振幅の下限の閾値をＨＴＭＩＮとすると、
▲１▼ＴＰ−Ｐ ＞ ＨＴＭＡＸ の場合は、高過ぎる。
▲２▼ＨＴＭＡＸ ≧ ＴＰ−Ｐ ≧ ＨＴＭＩＮ の場合は、許容範囲以内。
▲３▼ＨＴＭＩＮ ＞ ＴＰ−Ｐ の場合は、低過ぎる。
と判断する。前記閾値ＨＴＭＡＸおよびＨＴＭＩＮは過去に調整したときの経験値から求めてもよい。
【００３３】
また、機械剛性値を判断する別の方法として、前記速度制御部１の出力信号であるトルク指令から判断する方法がある。
前記速度制御部１にステップ状の速度指令を与えると、前記トルク指令は非常に大きな値となる。速度フィードバックが前記速度指令に追いついてくると、前記トルク指令はだんだん小さくなってくる。そして最後には０近傍に落ち着く。その０近傍に落ち着く直前の挙動から判断するのである。
前記機械剛性値が高すぎると、前記トルク指令が大きな値から０近傍に近づき反対の極性になることがある。一般的にこれをオーバーシュートと呼んでいるが、このオーバーシュートの回数を観測することで機械剛性値の判断が可能となる。
判断基準の一例として、
▲１▼オーバーシュートの回数が２以上の場合は、高過ぎる。
▲２▼一度だけオーバーシュートし０に近づく場合は、許容範囲以内。
▲３▼オーバーシュートしない場合は、低過ぎる。
とすることができる。
【００３４】
図１２は前記機械剛性値を決定する動作を説明する概念図である。
図は機械剛性値を５に仮定して前記機械剛性値を決定する動作を行ったときの例であり、図中、▲１▼は仮定した機械剛性値が高過ぎたと判断された場合に機械剛性値を下げる動作を示し、▲２▼は仮定した機械剛性値が低過ぎたと判断された場合に機械剛性値を上げる動作を示している。
前記機械剛性値を決定する動作をさせる際、できる限り機械の負担とならないようにするには、最初は機械剛性値を低い値に仮定してスタートするとよい。
【００３５】
図２は本発明を適用する第２の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図であり、モータ制御装置は位置制御を行う。
図２において、８は位置制御部であり、８１はモータ位置作成部である。他は前記第１の実施例と同じである。
前記位置制御部８は位置指令と位置フィードバックとを入力し前記速度制御部１に前記速度指令を出力する。
前記検出器４は前記モータ速度またはモータ位置を前記モータ速度作成部１１へ出力するとともに前記モータ位置作成部８１へ出力する。更に前記機械剛性値決定手段７へ出力することもある。
前記モータ位置作成部８１は前記モータ速度またはモータ位置を入力し前記位置フィードバックを前記位置制御部８へ出力する。
【００３６】
前記位置制御部８は前記位置指令と前記位置フィードバックとが一致するよう位置制御を行い、比例制御演算を行うことが可能で位置ループゲイン（Ｋｐ）を制御パラメータとしている。
前記モータ位置作成部８１は前記モータ位置またはモータ速度に基づいて前記位置フィードバックを作成する。
【００３７】
図１０は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を比例積分制御とした場合のゲイン表の例である。
図１１は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を積分比例制御とした場合のゲイン表の例である。
第２の実施例では前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして構成する。すなわち、前記第１の実施例の制御パラメータグループに位置ループゲイン（Ｋｐ）を追加している。
【００３８】
前記ゲイン設定手段６は、第１の実施例では前記ステップＳ３６で前記速度制御部１に前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、前記フィルタに前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定するが、第２の実施例では更に前記位置制御部８に位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定する。
【００３９】
図５は本発明を適用する第３の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図であり、モータ制御装置は速度制御を行う。
図５において、５２は制御パラメータ計算手段である。他は前記第１の実施例と同じである。
前記制御パラメータ計算手段５２は計算結果を前記制御パラメータ格納手段５へ出力する。
前記制御パラメータ格納手段５はこの計算結果を前記パラメータ表５１に反映する。
【００４０】
前記制御パラメータ計算手段５２は以下の方法で前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ時定数（Ｔｉ）を計算する。
前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ時定数（Ｔｉ）とを、
前記速度制御部１が比例積分制御を行う場合は、以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部１が積分比例制御を行う場合は、以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
ただし、πは円周率である。
で示される関係が常に保たれる様にする。
そうすることで、ＫｖあるいはＴｉのいずれか１つの制御パラメータを設定すると残りのもう一つの制御パラメータが計算できる。
【００４１】
図６は本発明を適用する第４の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図であり、モータ制御装置は位置制御を行う。
第４の実施例は前記第２の実施例に前記制御パラメータ計算手段５２を追加したものである。
また、前記制御パラメータ計算手段５２は前記第３の実施例で説明した機能に加えて、以下の方法で前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ時定数（Ｔｉ）とを計算する。
前記速度制御部１が積分比例制御を行う場合において、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様にする。
そうすることで、Ｋｐ、Ｋｖ，あるいはＴｉのいずれか１つの制御パラメータを設定すると残りの二つの制御パラメータが計算できる。
【００４２】
図１３は本発明を適用する第５の実施例であり、モータ制御装置において制御パラメータを設定する方法を説明するフローチャートである。
ステップＳ１では前記ゲイン表５１を作成し前記制御パラメータ格納手段に格納し、ステップＳ２では前記機械剛性値を判定して決定し、ステップＳ３では前記モータ制御装置の各部に前記制御パラメータを設定する。前記ステップＳ１は、前記モータ制御装置が実際に前記機械と接続される前でも実行が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、モータのトルクを機械に伝達する力伝達機構や機械剛性の範囲に対応して予め計算した制御パラメータグループをゲイン表として作成して事前に格納しており、モータ制御装置が機械に組み込まれた後に機械剛性値に従って、制御パラメータを選択して読み出して設定するので、制御パラメータを設定する際に試行錯誤することがなく、機械にとって負担となるようなことも機械を損傷することもない。
また、機械剛性値を判定する際においても、わずかの試行錯誤を必要とするものの、モータの駆動速度をできる限り低速に抑えて、モータの駆動時間をできる限り短時間で、行うことができるので、機械にとって負担となるようなことがなく、機械を損傷することはない。
しかも、機械剛性値を決定するのみで制御パラメータグループを選択できるので、オシロスコープ等の計測装置がなくても制御パラメータを設定でき、制御パラメータの設定を行う時間も大幅に短縮できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例（モータ制御装置を速度制御とした場合）
【図２】本発明の第２の実施例（モータ制御装置を位置制御とした場合）
【図３】速度制御部の詳細な構造を示すブロック図
【図４】力伝達機構の具体的な構成例
【図５】本発明の第３の実施例（モータ制御装置を速度制御とした場合）
【図６】本発明の第４の実施例（モータ制御装置を位置制御とした場合）
【図７】制御パラメータ格納手段の構成例
【図８】パラメータ表の例１
【図９】パラメータ表の例２
【図１０】パラメータ表の例３
【図１１】パラメータ表の例４
【図１２】機械剛性値を選択する方法を説明する概念図
【図１３】本発明の第５の実施例を説明するフローチャート
【図１４】ゲイン表を作成して格納する動作を説明するフローチャート
【図１５】ゲイン設定手段の動作を説明するフローチャート
【図１６】機械剛性値決定手段の動作を説明するフローチャート
【図１７】従来のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図
【図１８】速度制御系の原理を説明するブロック線図
【符号の説明】
１ 速度制御部
２ トルク制御部
３ モータ
４ 検出器
５ 制御パラメータ格納手段
６ ゲイン設定手段
７ 機械剛性値決定手段
８ 位置制御部
１０ 機械
１１ モータ速度作成部
２１ フィルタ
５１ ゲイン表
５２ 制御パラメータ計算手段
８１ モータ位置作成部
１００ ステージ
１０１ 力伝達機構
１０２ ボールネジ
１０３ ベルトａ
１０４ ベルトｂ
１０５ プーリ
１０６ ギア
２０１ 速度制御装置
２０２ 等価剛体オブザーバ
２１０ 等価剛体
２１１ トルク制御装置
２１２ 安定化補償器
２１３ イナーシャ補償ゲイン
２１４ 機械共振系
２２１ 等価剛体モデル
２２２ イナーシャモデル
２２３ オブザーバの安定化補償器
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にロボットや工作機械などを駆動するモータ制御装置において、その制御装置の制御パラメータを調整するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置と設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータ制御装置では、指令入力とフィードバック信号との誤差が可能な限り小さくなるように制御することが求められている。
そのため、モータの応答を監視しながら複数の制御パラメータを同時に調整しなければならない。
従来の技術としては、等価剛体オブザーバを用い、帯域設定係数（α）の概念を使って、制御パラメータ調整の簡素化を図っている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１３６９８３号公報（第６頁、第３図）
【０００４】
図１７において、速度制御装置２０１は、モータおよびモータのトルクを制御する手段からなるトルク制御装置２１１と安定化補償器２１２とイナーシャ補償ゲイン２１３とを備えた速度制御系である。２１０は等価剛体であり当ブロック内のＪはモータと負荷機構の全イナーシャ、Ｄｏはモータと負荷機構の粘性摩擦、２１４は機械共振系である。前記安定化補償器２１２は速度指令信号と速度フィードバック信号を入力して加速度信号を出力する。加速度信号に前記イナーシャ補償ゲイン２１３をかけてトルク指令信号を出力する。
【０００５】
また、速度制御系を比例制御とする場合は、前記安定化補償器２１２は前記速度指令信号から前記速度フィードバック信号を減算する減算ブロックと比例演算要素とし、比例積分制御の時は減算ブロックと比例要素と積分要素で構成する。
積分比例制御の時も減算ブロックと比例要素と積分要素で構成できる。
前記トルク制御装置２１１はトルク指令信号を入力してモータのトルクを制御し、モータの速度信号を出力する。
【０００６】
速度オブザーバとして適用する等価剛体オブザーバ２０２は、等価剛体モデル２２１とモータのイナーシャと負荷のイナーシャを加えた全イナーシャＪで定義するイナーシャモデル２２２と、オブザーバの安定化補償器２２３とで構成する。
前記オブザーバの安定化補償器２２３は、第１の補償手段の比例演算手段２３１と、第２の補償手段の積分演算手段２３２で構成する。前記比例演算手段２３１のゲインは第１のゲインの減衰定数ζＳと、第２のゲインの周波数帯域ωＳの積を２倍したもので定義し、前記積分演算手段２３２のゲインはωＳの２乗で定義する。オブザーバの周波数帯域ωＳは帯域設定係数αと速度制御系の比例ゲインＫｖとの積で定義する。
【０００７】
ここで前記帯域設定係数αについて説明すると、図１８に示す速度制御系の原理を説明するブロック線図のように、同一次元の等価剛体オブザーバを併合した速度制御系は、速度信号の低域成分をフィードバックする外側の等価フィードバックと、高域成分をフィードバックする内側の等価フィードバックとの２つのフィードバックループに分離して考えることができる。
そして、速度制御系の安定化には高周波域の位相特性が関係し、外乱抑圧性能等の定常特性には低周波域のゲイン特性が関係すると考えられるので、図１８で、高域と低域の周波数帯域を、速度制御ループで目標としている帯域よりも低く設定する場合、速度ループの安定性は内側のループで決まり、定常特性は外側のループで決まる。
【０００８】
内側のループは機械共振要素Ｒ（ｓ）を通らないので高域の帯域をωＳにより、最適に設定することにより速度ループゲインを増加して、速度制御系の目標応答特性が改善できることがわかる。
これについて、従来はオブザーバ併合系の、このような性質を利用する考えがなかったので、漠然とオブザーバの周波数帯域を制御系の周波数帯域よりも広く取り、例えば、ωＳ＞２Ｋｖ、等としていたので、内側ループの安定化作用が殆どなくなり、外側ループのみで安定化と定常性改善を同時に図ることになり、オブザーバを利用しない場合と同じで内側ループの長所を活かしていなかった。
ここでは、前記帯域設定係数αを使って、
ωＳ＝α・Ｋｖ
により決定し、α＜１、とすることにより、オブザーバの周波数帯域が自動的に速度制御ループで目標とする速度ループゲインＫｖで決まる帯域よりも低く設定出来るので応答特性を改善出来る。
数値的には、αの値は０．０１〜１．００の範囲で設定する。
【０００９】
図１７に戻って、速度オブザーバに関して、前記等価剛体モデル２２１と前記イナーシャモデル２２２と前記オブザーバの減衰定数ζＳは予め値を設定できるので、ここでは前記帯域設定係数αだけが調整すべきパラメータとなる。すなわち、速度制御系の各制御パラメータの他には、前記帯域設定係数αのみを調整すればよいことになる。
具体的なαの調整手順は、
１、帯域設定係数αを初期設定値に取る。
２、速度制御の比例ゲインＫｖを速度制御系の発振限界（振動を始める限界）直前まで増加する。
３、αを初期設定値よりも低い値に変更する。
４、再度、比例ゲインＫｖを速度制御系の発振限界まで増加する。
以上の手順を繰り返すことによって、比例ゲインＫｖを増加させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例では、帯域設定係数α、比例ゲインＫｖなどの制御パラメータ設定中に各ゲインの上げすぎ、または下げすぎのために機械に振動やオーバーシュートが発生することがある。もし、機械に振動やオーバーシュートが発生し始めた場合は、制御パラメータ調整者がこれをすぐに音で確認したり、トルク指令モニタ信号等をオシロスコープ等の計測器で観測し、この振動やオーバーシュートが収まるような調整をしなければならない。この手順を正確にかつ短時間で行わないと、発生した振動によって機械を損傷してしまうという問題がある。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置において、機械を損傷することなくまたオシロスコープ等の計測装置がなくても短時間で制御パラメータ調整を行うことを可能とする制御パラメータの設定装置と設定方法とを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックとを入力し前記速度フィードバックが前記速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力し前記トルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置において、
前記速度制御部は比例積分制御演算または積分比例制御演算を行うことが可能で速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを制御パラメータとし、前記フィルタはトルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を制御パラメータとし、前記モータは力伝達機構を介して機械を駆動し、少なくとも前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして、前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに応じて前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態と毎に少なくとも前記機械の慣性モーメントおよび前記機械を構成する構造物の弾性係数から決まる機械剛性を予め予想できる範囲で複数のランクに分けた機械剛性値毎に予め制御パラメータを求めて作成したゲイン表を記憶しておく制御パラメータ格納手段と、前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とが決まったら前記制御パラメータ格納手段からその力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに対応した前記ゲイン表を選択して読み出し前記ゲイン表から前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択して読み出し前記モータ制御装置内の前記速度制御部には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を設定し前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定するゲイン設定手段と、前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定して前記ゲイン設定手段を介して前記制御パラメータを設定して前記モータを駆動して前記仮定した機械剛性値が許容範囲以内か高過ぎるかまたは低過ぎるかを前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかに基づいて判断し前記機械剛性値を決定する機械剛性値決定手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、位置指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された位置フィードバックとを入力し前記位置フィードバックが前記位置指令に一致するよう位置ループゲイン（Ｋｐ）を制御パラメータとして位置制御を行い前記請求項１記載の前記速度制御部に前記速度指令を出力する位置制御部を備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置において、
前記請求項１記載の前記制御パラメータグループに前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を加え、前記請求項１記載の前記ゲイン設定手段は前記請求項１記載の動作に加えて前記モータ制御装置内の前記位置制御部に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、
前記速度制御部が比例積分制御を行う場合は以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
で示される関係を常に保つ様に計算する制御パラメータ計算手段を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、前記制御パラメータ計算手段が、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様に計算する制御パラメータ計算手段を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックを入力し前記速度フィードバックが前記速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力し前記トルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置、またはこのモータ制御装置に更に位置指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された位置フィードバックを入力し前記位置フィードバックが前記位置指令に一致するよう位置制御を行い前記速度指令を出力する位置制御部を備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置の制御パラメータを設定する方法であって、
少なくとも前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）と、前記モータ制御装置が位置制御を行う場合は更に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）とを制御パラメータグループとして、前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに応じて前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態と毎に少なくとも前記機械の慣性モーメントおよび前記機械を構成する構造物の弾性係数から決まる機械剛性を予め予想できる範囲で複数のランクに分けた機械剛性値毎に予め制御パラメータを求めて作成した前記ゲイン表を前記制御パラメータ格納手段に格納するステップと、
前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定して前記ゲイン設定手段を介して前記制御パラメータを仮に設定して前記モータを駆動して前記仮定した前記機械剛性値が許容範囲以内か高過ぎるかまたは低過ぎるかを前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかに基づいて判断し前記機械剛性値を決定するステップと、
前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とが決まったら前記制御パラメータ格納手段からその力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするか積分比例制御演算をするかという形態とに対応した前記ゲイン表を選択して読み出し前記ゲイン表から前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択して読み出し前記モータ制御装置内の前記速度制御部には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を設定し前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定し、前記モータ制御装置が位置制御を行う場合は更に前記位置制御部に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定するステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、
前記速度制御部が比例積分制御を行う場合は、以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
で示される関係を常に保つ様に計算することを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様に計算することを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、前記機械剛性値決定手段は、前記速度フィードバック、前記モータ駆動電流、または前記トルク指令のいずれかの振動成分の振幅値を事前に設定した振動成分の上下限値と比較し、前記振動成分の振幅値が上限値より大きい場合は前記機械剛性値が高過ぎると判断し、前記振動成分の振幅値が下限値より小さい場合は前記機械剛性値が低過ぎると判断し、前記振動成分の振幅値が上下限値の範囲内であれば、前記機械剛性値が最適とみなすことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、前記機械剛性値決定手段は、前記速度制御部にステップ状の速度指令を与えて前記速度フィードバックのオーバーシュート回数が２以上の場合は前記機械剛性値が高過ぎると判断し、オーバーシュートしない場合は低過ぎると判断し、１度だけオーバーシュートし０に近づく場合は最適とみなすことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明を適用する第１の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図でありモータ制御装置は速度制御を行う。
図１において、１は速度制御部、２はトルク制御部、２１はフィルタ、３はモータ、４は検出器、１１はモータ速度作成部、５は制御パラメータ格納手段、５１はゲイン表、６はゲイン設定手段、７は機械剛性値決定手段、１０１は力伝達機構、１０は機械である。以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
【００２１】
前記速度制御部１は速度指令と速度フィードバックとを入力して速度制御を行い前記トルク制御部２へトルク指令を出力する。更に機械剛性値決定手段７へ出力することもある。前記トルク制御部２は前記フィルタ２１を備え、前記トルク指令を入力して、前記モータ３へモータ駆動電流を出力する。更に前記機械剛性値決定手段７へ出力することもある。
前記モータ３には前記検出器４が装着されており、前記検出器４はモータ速度またはモータ位置を前記モータ速度作成部１１へ出力する。
前記モータ速度作成部１１は前記モータ速度またはモータ位置を入力し前記速度フィードバックを作成して前記速度制御部１へ出力する。更に前記機械剛性値決定手段７へ出力することもある。
【００２２】
前記モータ３は前記モータ駆動電流によって駆動され、トルクを発生する。その発生されたトルクは前記力伝達機構１０１を介して前記機械１０を駆動する。
前記機械剛性値決定手段７は前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかを入力し機械剛性値を判定して決定し機械剛性値を前記ゲイン設定手段６へ出力する。
前記ゲイン設定手段６は前記機械剛性値を入力し、前記パラメータ格納手段５から前記ゲイン表５１を読み出し、前記パラメータ表５１から前記機械剛性値に基づいた前記制御パラメータグループを読み出して、前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を前記速度制御部１に、トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を前記フィルタ２１に設定する。
【００２３】
前記速度制御部１は前記速度指令と前記速度フィードバックとが一致するよう速度制御を行う。前記速度制御を行うための演算は、比例積分制御演算または積分比例制御演算を行い、どちらも速度ループゲイン（Ｋｖ）および速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を制御パラメータとしている。図３（ａ）に前記速度制御部１が比例積分制御演算を行うことを可能にする具体的な構成を、図３（ｂ）に前記速度制御部１が積分比例制御演算を行うことを可能にする具体的な構成を示している。図３中、ｓは積分演算子である。この技術は公知である。（例えば、特許文献１参照）
【００２４】
前記モータ速度作成部１１は、前記モータの位置または速度に基づいて前記速度フィードバックを作成する。
前記フィルタ２１は前記トルク指令のノイズ成分を除去する機能を有しトルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を制御パラメータとしている。
前記トルク制御部２は前記トルク指令に基づいて前記モータ３のトルク制御を行う。前記力伝達機構１０１は、前記モータ３で発生したトルクを前記機械１０に伝える。図４は前記力伝達機構１０１の具体的な構成の例である。前記力伝達機構１０１はボールネジ、ベルト、ギアなど力を伝達することのできる機械要素またはそれらの組み合わせで構成される。図４では４種類の力伝達機構の例を示しているが、力伝達機構の種類はこの限りではない。図４において、１００はステージであり、直線的に動く前記機械１０の最も簡略化された例である。１０２はボールネジであり、回転運動を直線運動に変換する。１０３はベルトａであり、回転運動を他の回転運動に伝達する。１０４はベルトｂであり、回転運動を直線運動に変換する要素として機能している。１０５はプーリであり、前記ベルトａ１０３の回転運動を前記ベルトｂ１０４へ伝達するための中継を行い直径を任意に選択することで前記ベルトａ１０３の回転運動を前記ベルトｂ１０４へ伝達する伝達率を変えることが可能である。１０６はギアであり、回転運動の伝達率を変えることが可能である。
【００２５】
図４（ａ）は前記モータ３の回転力が前記ボールネジ１０２に直結されそのボールネジ１０２で前記ステージ１００を直線的に駆動している例である。図４（ｂ）は前記機械と前記モータ３とが一つまたは複数のベルトとボールネジで構成された力伝達機構で接続された例であり、前記モータ３の回転力を前記ベルトａ１０３を介して前記ボールネジ１０２に伝達し、前記ボールネジ１０２で前記ステージ１００を直線的に駆動する。図４（ｃ）は前記機械と前記モータ３とが複数のベルトで構成された力伝達機構で接続された例であり、前記モータ３の回転力は前記ベルトａ１０３を介して前記プーリ１０５に伝達され、前記プーリ１０５は前記ベルトｂ１０４を駆動し、前記ベルトｂ１０４は前記ステージ１００を直線的に駆動する。図４（ｄ）は前記機械と前記モータ３とが一つまたは複数のベルトと一つまたは複数のギアで構成された力伝達機構で接続された例であり、前記モータ３の回転力は前記ギア１０６を介して前記ベルトａに伝達され、さらに前記ベルトａ１０３を介して前記プーリ１０５に伝達され、前記プーリ１０５は前記ベルトｂ１０４を駆動し、前記ベルトｂ１０４は前記ステージ１００を直線的に駆動する。
【００２６】
制御パラメータ格納手段５は、前記力伝達機構１０１の種類、モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）、および速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分比例制御か）毎に求めた前記ゲイン表５１を格納している。
図７は前記制御パラメータ格納手段５の具体的な構成例である。例は前記ゲイン表５１がＮ種類まで対応していると仮定したものである。
前記ゲイン表５１は、前記モータ３が駆動する機械の機械剛性値に対応した前期速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして構成する。
前記制御パラメータグループはラウスフルビッツの定理など従来から知られている安定性理論に基づいて算出してもよいし、過去に同様のモータ制御装置を調整して得られた値を参考にして求めてもよい。
【００２７】
図８は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を比例積分制御とした場合のゲイン表の例である。
図９は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を積分比例制御とした場合のゲイン表の例である。
【００２８】
図１４は前記制御パラメータ格納手段５に前記ゲイン表５１を格納する動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１１では前記力伝達機構１０１の構成を決定し、ステップＳ１２では本モータ制御装置で適用されるモータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）を決定し、ステップＳ１３で速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分比例制御か）を決定し、ステップＳ１４で前記ゲイン表５１を作成し、ステップＳ１５では前記ゲイン表５１を前記制御パラメータ格納手段５に格納し、ステップＳ１６では速度制御部１のすべての形態（比例積分制御か、または積分比例制御か）に対して作業が完了したか否かを判断し、完了していればステップＳ１７に進み、完了していなければステップ１３に戻る。ステップＳ１７ではモータ制御装置のすべての形態（速度制御か、または位置制御か）に対して作業が完了したか否かを判断し、完了していればステップＳ１８に進み、完了していなければステップ１２に戻る。ステップＳ１８では本モータ制御装置で適用されると思われる前記力伝達機構１０１の全ての種類に対して作業が完了したか否を判断し、完了していれば終了し、完了していなければ再度前記ステップＳ１１以降を繰り返す。
【００２９】
図１５は前記ゲイン設定手段６の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ３１では前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とを入力し、ステップＳ３２で前記制御パラメータ格納手段５から前記力伝達機構１０１および前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）および前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）に対応した前記ゲイン表５１を選択し、ステップＳ３３では前記制御パラメータ格納手段５から前記ゲイン表５１を読み出し、ステップＳ３４では前記機械剛性値を入力し、ステップＳ３５では前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択し、ステップＳ３６ではモータ制御装置の各部にそれぞれ設定する。すなわち、前記速度制御部１には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定する。
【００３０】
ステップＳ３１において前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とを入力する方法を説明する。
一般的なモータ制御装置には、簡易な操作パネルの機能を備えたオペレータと呼ばれるものが装備されていたり、装着が可能になっていたりする。前記モータ制御装置のメモリ内に前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）を記憶しておくエリアを設け、このオペレータを使用して事前に書き込んでおく。ステップＳ３１では前記メモリから前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とを読み出す。
また、別の方法として、前記力伝達機構１０１の種類と前記モータ制御装置の形態（位置制御か、または速度制御か）と前記速度制御部１の形態（比例積分制御か、または積分制御か）とに対応した複数のスイッチとインターフェース回路を備え、ステップＳ３１ではそのスイッチの状態を入力するという方法がある。
【００３１】
図１６は前記機械剛性値決定手段７の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ２１では前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定し、ステップＳ２２では前記制御パラメータグループを選択し前記ゲイン設定手段６を介して前記モータ制御装置内の各部にそれぞれ設定し、ステップＳ２３では前記モータ３を駆動し、ステップＳ２４では前記仮定した機械剛性値が許容範囲以内か、高過ぎるか、または低過ぎるかを判断し、前記機械剛性値が許容範囲以内と判断したらステップＳ２７にすすみ機械剛性値をその時選択されていた機械剛性値に決定して終わる。前記機械剛性値が高過ぎると判断したらステップＳ２５に進み前記機械剛性値を低く設定し、前記機械剛性値が低過ぎると判断したらステップＳ２６に進み前記機械剛性値を高く設定して、再度前記ステップＳ２２に戻り前記制御パラメータグループを選択し前記ゲイン設定手段６を介して前記モータ制御装置内の各部にそれぞれ設定し、再度前記ステップＳ２３で前記モータを駆動し、再度前記ステップＳ２４を実行し、前記機械剛性値が許容範囲以内になるまで繰り返す。
【００３２】
前記ステップＳ２４において機械剛性値を判断する方法としては、例えば、前記モータ３を予め設定した一定速度で駆動したときの前記モータ駆動電流または前記速度フィードバックまたは前記トルク指令の振動成分を予め設定した閾値と比較する方法がある。
いま、前記モータ駆動電流より判断する方法を説明する。
前記モータ駆動電流の振動成分振幅の最大値をＩＰ−Ｐ、許容範囲以内の振動成分振幅の上限の閾値をＨＩＭＡＸ、許容範囲以内の振動成分振幅の下限の閾値をＨＩＭＩＮとすると、
▲１▼ＩＰ−Ｐ ＞ ＨＩＭＡＸ の場合は、高過ぎる。
▲２▼ＨＩＭＡＸ ≧ ＩＰ−Ｐ ≧ ＨＩＭＩＮ の場合は、許容範囲以内。
▲３▼ＨＩＭＩＮ ＞ ＩＰ−Ｐ の場合は、低過ぎる。
と判断する。前記閾値ＨＩＭＡＸおよびＨＩＭＩＮは過去に調整したときの経験値から求めてもよい。
また、前記速度フィードバックより判断する場合も、前記モータ駆動電流より判断する方法と同様である。
前記速度フィードバックの振動成分振幅の最大値をＶＰ−Ｐ、許容範囲以内の振動成分振幅の上限の閾値をＨＶＭＡＸ、許容範囲以内の振動成分振幅の下限の閾値をＨＶＭＩＮとすると、
▲１▼ＶＰ−Ｐ ＞ ＨＶＭＡＸ の場合は、高過ぎる。
▲２▼ＨＶＭＡＸ ≧ ＶＰ−Ｐ ≧ ＨＶＭＩＮ の場合は、許容範囲以内。
▲３▼ＨＶＭＩＮ ＞ ＶＰ−Ｐ の場合は、低過ぎる。
と判断する。前記閾値ＨＶＭＡＸおよびＨＶＭＩＮは過去に調整したときの経験値から求めてもよい。
また、前記トルク指令より判断する場合も、前記モータ駆動電流より判断する方法と同様である。
前記トルク指令の振動成分振幅の最大値をＴＰ−Ｐ、許容範囲以内の振動成分振幅の上限の閾値をＨＴＭＡＸ、許容範囲以内の振動成分振幅の下限の閾値をＨＴＭＩＮとすると、
▲１▼ＴＰ−Ｐ ＞ ＨＴＭＡＸ の場合は、高過ぎる。
▲２▼ＨＴＭＡＸ ≧ ＴＰ−Ｐ ≧ ＨＴＭＩＮ の場合は、許容範囲以内。
▲３▼ＨＴＭＩＮ ＞ ＴＰ−Ｐ の場合は、低過ぎる。
と判断する。前記閾値ＨＴＭＡＸおよびＨＴＭＩＮは過去に調整したときの経験値から求めてもよい。
【００３３】
また、機械剛性値を判断する別の方法として、前記速度制御部１の出力信号であるトルク指令から判断する方法がある。
前記速度制御部１にステップ状の速度指令を与えると、前記トルク指令は非常に大きな値となる。速度フィードバックが前記速度指令に追いついてくると、前記トルク指令はだんだん小さくなってくる。そして最後には０近傍に落ち着く。その０近傍に落ち着く直前の挙動から判断するのである。
前記機械剛性値が高すぎると、前記トルク指令が大きな値から０近傍に近づき反対の極性になることがある。一般的にこれをオーバーシュートと呼んでいるが、このオーバーシュートの回数を観測することで機械剛性値の判断が可能となる。
判断基準の一例として、
▲１▼オーバーシュートの回数が２以上の場合は、高過ぎる。
▲２▼一度だけオーバーシュートし０に近づく場合は、許容範囲以内。
▲３▼オーバーシュートしない場合は、低過ぎる。
とすることができる。
【００３４】
図１２は前記機械剛性値を決定する動作を説明する概念図である。
図は機械剛性値を５に仮定して前記機械剛性値を決定する動作を行ったときの例であり、図中、▲１▼は仮定した機械剛性値が高過ぎたと判断された場合に機械剛性値を下げる動作を示し、▲２▼は仮定した機械剛性値が低過ぎたと判断された場合に機械剛性値を上げる動作を示している。
前記機械剛性値を決定する動作をさせる際、できる限り機械の負担とならないようにするには、最初は機械剛性値を低い値に仮定してスタートするとよい。
【００３５】
図２は本発明を適用する第２の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図であり、モータ制御装置は位置制御を行う。
図２において、８は位置制御部であり、８１はモータ位置作成部である。他は前記第１の実施例と同じである。
前記位置制御部８は位置指令と位置フィードバックとを入力し前記速度制御部１に前記速度指令を出力する。
前記検出器４は前記モータ速度またはモータ位置を前記モータ速度作成部１１へ出力するとともに前記モータ位置作成部８１へ出力する。更に前記機械剛性値決定手段７へ出力することもある。
前記モータ位置作成部８１は前記モータ速度またはモータ位置を入力し前記位置フィードバックを前記位置制御部８へ出力する。
【００３６】
前記位置制御部８は前記位置指令と前記位置フィードバックとが一致するよう位置制御を行い、比例制御演算を行うことが可能で位置ループゲイン（Ｋｐ）を制御パラメータとしている。
前記モータ位置作成部８１は前記モータ位置またはモータ速度に基づいて前記位置フィードバックを作成する。
【００３７】
図１０は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を比例積分制御とした場合のゲイン表の例である。
図１１は前記力伝達機構１０１を図４（ａ）で示した機構とし、速度制御部１を積分比例制御とした場合のゲイン表の例である。
第２の実施例では前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして構成する。すなわち、前記第１の実施例の制御パラメータグループに位置ループゲイン（Ｋｐ）を追加している。
【００３８】
前記ゲイン設定手段６は、第１の実施例では前記ステップＳ３６で前記速度制御部１に前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、前記フィルタに前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定するが、第２の実施例では更に前記位置制御部８に位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定する。
【００３９】
図５は本発明を適用する第３の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図であり、モータ制御装置は速度制御を行う。
図５において、５２は制御パラメータ計算手段である。他は前記第１の実施例と同じである。
前記制御パラメータ計算手段５２は計算結果を前記制御パラメータ格納手段５へ出力する。
前記制御パラメータ格納手段５はこの計算結果を前記パラメータ表５１に反映する。
【００４０】
前記制御パラメータ計算手段５２は以下の方法で前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ時定数（Ｔｉ）を計算する。
前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ時定数（Ｔｉ）とを、
前記速度制御部１が比例積分制御を行う場合は、以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部１が積分比例制御を行う場合は、以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
ただし、πは円周率である。
で示される関係が常に保たれる様にする。
そうすることで、ＫｖあるいはＴｉのいずれか１つの制御パラメータを設定すると残りのもう一つの制御パラメータが計算できる。
【００４１】
図６は本発明を適用する第４の実施例を説明するモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図であり、モータ制御装置は位置制御を行う。
第４の実施例は前記第２の実施例に前記制御パラメータ計算手段５２を追加したものである。
また、前記制御パラメータ計算手段５２は前記第３の実施例で説明した機能に加えて、以下の方法で前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ時定数（Ｔｉ）とを計算する。
前記速度制御部１が積分比例制御を行う場合において、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様にする。
そうすることで、Ｋｐ、Ｋｖ，あるいはＴｉのいずれか１つの制御パラメータを設定すると残りの二つの制御パラメータが計算できる。
【００４２】
図１３は本発明を適用する第５の実施例であり、モータ制御装置において制御パラメータを設定する方法を説明するフローチャートである。
ステップＳ１では前記ゲイン表５１を作成し前記制御パラメータ格納手段に格納し、ステップＳ２では前記機械剛性値を判定して決定し、ステップＳ３では前記モータ制御装置の各部に前記制御パラメータを設定する。前記ステップＳ１は、前記モータ制御装置が実際に前記機械と接続される前でも実行が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、モータのトルクを機械に伝達する力伝達機構や機械剛性の範囲に対応して予め計算した制御パラメータグループをゲイン表として作成して事前に格納しており、モータ制御装置が機械に組み込まれた後に機械剛性値に従って、制御パラメータを選択して読み出して設定するので、制御パラメータを設定する際に試行錯誤することがなく、機械にとって負担となるようなことも機械を損傷することもない。
また、機械剛性値を判定する際においても、わずかの試行錯誤を必要とするものの、モータの駆動速度をできる限り低速に抑えて、モータの駆動時間をできる限り短時間で、行うことができるので、機械にとって負担となるようなことがなく、機械を損傷することはない。
しかも、機械剛性値を決定するのみで制御パラメータグループを選択できるので、オシロスコープ等の計測装置がなくても制御パラメータを設定でき、制御パラメータの設定を行う時間も大幅に短縮できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例（モータ制御装置を速度制御とした場合）
【図２】本発明の第２の実施例（モータ制御装置を位置制御とした場合）
【図３】速度制御部の詳細な構造を示すブロック図
【図４】力伝達機構の具体的な構成例
【図５】本発明の第３の実施例（モータ制御装置を速度制御とした場合）
【図６】本発明の第４の実施例（モータ制御装置を位置制御とした場合）
【図７】制御パラメータ格納手段の構成例
【図８】パラメータ表の例１
【図９】パラメータ表の例２
【図１０】パラメータ表の例３
【図１１】パラメータ表の例４
【図１２】機械剛性値を選択する方法を説明する概念図
【図１３】本発明の第５の実施例を説明するフローチャート
【図１４】ゲイン表を作成して格納する動作を説明するフローチャート
【図１５】ゲイン設定手段の動作を説明するフローチャート
【図１６】機械剛性値決定手段の動作を説明するフローチャート
【図１７】従来のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置のブロック線図
【図１８】速度制御系の原理を説明するブロック線図
【符号の説明】
１ 速度制御部
２ トルク制御部
３ モータ
４ 検出器
５ 制御パラメータ格納手段
６ ゲイン設定手段
７ 機械剛性値決定手段
８ 位置制御部
１０ 機械
１１ モータ速度作成部
２１ フィルタ
５１ ゲイン表
５２ 制御パラメータ計算手段
８１ モータ位置作成部
１００ ステージ
１０１ 力伝達機構
１０２ ボールネジ
１０３ ベルトａ
１０４ ベルトｂ
１０５ プーリ
１０６ ギア
２０１ 速度制御装置
２０２ 等価剛体オブザーバ
２１０ 等価剛体
２１１ トルク制御装置
２１２ 安定化補償器
２１３ イナーシャ補償ゲイン
２１４ 機械共振系
２２１ 等価剛体モデル
２２２ イナーシャモデル
２２３ オブザーバの安定化補償器
Claims (9)
- 速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックとを入力し前記速度フィードバックが前記速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力し前記トルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置において、前記速度制御部は比例積分制御演算または積分比例制御演算を行うことが可能で速度ループゲイン（Ｋｖ）と速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを制御パラメータとし、前記フィルタはトルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を制御パラメータとし、前記モータは力伝達機構を介して機械を駆動し、少なくとも前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）とを制御パラメータグループとして、前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに応じて前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態と毎に少なくとも前記機械の慣性モーメントおよび前記機械を構成する構造物の弾性係数から決まる機械剛性を予め予想できる範囲で複数のランクに分けた機械剛性値毎に予め制御パラメータを求めて作成したゲイン表を記憶しておく制御パラメータ格納手段と、前記力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とが決まったら前記制御パラメータ格納手段からその力伝達機構の種類と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに対応した前記ゲイン表を選択して読み出し前記ゲイン表から前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択して読み出し前記モータ制御装置内の前記速度制御部には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を設定し前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定するゲイン設定手段と、前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定して前記ゲイン設定手段を介して前記制御パラメータを設定して前記モータを駆動して前記仮定した機械剛性値が許容範囲以内か高過ぎるかまたは低過ぎるかを前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかに基づいて判断し前記機械剛性値を決定する機械剛性値決定手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置の制御パラメータ設定装置。
- 位置指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された位置フィードバックとを入力し前記位置フィードバックが前記位置指令に一致するよう位置ループゲイン（Ｋｐ）を制御パラメータとして位置制御を行い前記請求項１記載の前記速度制御部に前記速度指令を出力する位置制御部を備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置において、
前記請求項１記載の前記制御パラメータグループに前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を加え、前記請求項１記載の前記ゲイン設定手段は前記請求項１記載の動作に加えて前記モータ制御装置内の前記位置制御部に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置。 - 前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、
前記速度制御部が比例積分制御を行う場合は以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
で示される関係を常に保つ様に計算する制御パラメータ計算手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置。 - 前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、前記制御パラメータ計算手段が、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様に計算する制御パラメータ計算手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置。 - 速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックを入力し前記速度フィードバックが前記速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力し前記トルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置、またはこのモータ制御装置に更に位置指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された位置フィードバックを入力し前記位置フィードバックが前記位置指令に一致するよう位置制御を行い前記速度指令を出力する位置制御部を備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置の制御パラメータを設定する方法であって、
少なくとも前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）と前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）と、前記モータ制御装置が位置制御を行う場合は更に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）とを制御パラメータグループとして、前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とに応じて前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態と毎に少なくとも前記機械の慣性モーメントおよび前記機械を構成する構造物の弾性係数から決まる機械剛性を予め予想できる範囲で複数のランクに分けた機械剛性値毎に予め制御パラメータを求めて作成した前記ゲイン表を前記制御パラメータ格納手段に格納するステップと、
前記機械剛性値を予め設定したある値に仮定して前記ゲイン設定手段を介して前記制御パラメータを仮に設定して前記モータを駆動して前記仮定した前記機械剛性値が許容範囲以内か高過ぎるかまたは低過ぎるかを前記速度フィードバックまたは前記モータ駆動電流または前記トルク指令のいずれかに基づいて判断し前記機械剛性値を決定するステップと、
前記力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするかまたは積分比例制御演算をするかという形態とが決まったら前記制御パラメータ格納手段からその力伝達機構の種類と前記モータ制御装置が位置制御をするかまたは速度制御をするかという形態と前記速度制御部が比例積分制御演算をするか積分比例制御演算をするかという形態とに対応した前記ゲイン表を選択して読み出し前記ゲイン表から前記機械剛性値に応じた前記制御パラメータグループを選択して読み出し前記モータ制御装置内の前記速度制御部には前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を設定し前記フィルタには前記トルク指令フィルタ時定数（Ｔｆ）を設定し、前記モータ制御装置が位置制御を行う場合は更に前記位置制御部に前記位置ループゲイン（Ｋｐ）を設定するステップとを備えることを特徴とするモータ制御装置の制御パラメータ設定装置の制御パラメータ設定方法。 - 前記速度ループゲイン（Ｋｖ）および前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）を、
前記速度制御部が比例積分制御を行う場合は、以下の（１）かつ（２）式、前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、以下の（３）かつ（４）式、
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｐｉ ・・・（１）
ただしＺｐｉは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐｉ≧４ ・・・（２）
２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｚｉｐ ・・・（３）
ただしＺｉｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｉｐ≧２ ・・・（４）
で示される関係を常に保つ様に計算することを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定方法。 - 前記速度制御部が積分比例制御を行う場合は、前記位置ループゲイン（Ｋｐ）と前記速度ループゲイン（Ｋｖ）と前記速度ループ積分時定数（Ｔｉ）とを、
前記（３）かつ（４）式、および以下の（５）かつ（６）式、
Ｋｐ×Ｔｉ≦Ｚｐ ・・・（５）
ただしＺｐは以下の条件で設定可能な定数
Ｚｐ≦０．３２ ・・・（６）
で示される関係を常に保つ様に計算することを特徴とする請求項５または６記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定方法。 - 前記機械剛性値決定手段は、前記速度フィードバック、前記モータ駆動電流、または前記トルク指令のいずれかの振動成分の振幅値を事前に設定した振動成分の上下限値と比較し、前記振動成分の振幅値が上限値より大きい場合は前記機械剛性値が高過ぎると判断し、前記振動成分の振幅値が下限値より小さい場合は前記機械剛性値が低過ぎると判断し、前記振動成分の振幅値が上下限値の範囲内であれば、前記機械剛性値が最適とみなすものである請求項１記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置。
- 前記機械剛性値決定手段は、前記速度制御部にステップ状の速度指令を与えて前記速度フィードバックのオーバーシュート回数が２以上の場合は前記機械剛性値が高過ぎると判断し、オーバーシュートしない場合は低過ぎると判断し、１度だけオーバーシュートし０に近づく場合は最適とみなすものである請求項１記載のモータ制御装置の制御パラメータ設定装置。
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