JP2005115556A - サーボ制御装置の指令作成方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 少ないパラメータで簡単に調整でき、過渡応答を選択できる指令を作成する、サーボモータ制御装置の指令作成方法および指令作成装置を提供する。
【解決手段】 サーボモータの動作時の位置、速度、加速度の少なくとも１つを時間または同期する駆動体の位置に対する動作条件として入力し、この動作条件によって入力される位置、速度、加速度の少なくとも１つに基づいてサーボモータの指令を作成するサーボ制御方法において、指令発生器と、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値をもとに制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備え、指令発生器は、aを移動距離に依存する変数、bを移動時間を表す変数、ｋを調整パラメータとするべき乗の関数v(t)＝ａ・tｋ・(b−t)ｋ （0≦t≦b）を速度指令とし、速度指令を制御演算器へ出力する。
【選択図】 図１
【解決手段】 サーボモータの動作時の位置、速度、加速度の少なくとも１つを時間または同期する駆動体の位置に対する動作条件として入力し、この動作条件によって入力される位置、速度、加速度の少なくとも１つに基づいてサーボモータの指令を作成するサーボ制御方法において、指令発生器と、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値をもとに制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備え、指令発生器は、aを移動距離に依存する変数、bを移動時間を表す変数、ｋを調整パラメータとするべき乗の関数v(t)＝ａ・tｋ・(b−t)ｋ （0≦t≦b）を速度指令とし、速度指令を制御演算器へ出力する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、サーボモータ等を制御する制御装置に入力する指令を作成する方法および装置に関するものであり、特に制御対象のある状態量の挙動を１つから４つのパラメータで調整できる制御装置の指令作成方法およびその指令を用いた位置、速度、トルクを制御するサーボ制御装置の指令作成装置に関する。
従来の制御装置にて制御を行い所望の動作を行わせたい場合、制御装置へ入力する指令としてカム曲線などを用いて、カム曲線の各パラメータを調整して指令を作成していた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に、カム曲線は以下の計算を行うことで作成できると記述されている。
まず最初に、t0〜t7およびv0、v7、s0、s7の合計12個の値を調整、設定し、式（２）および式（３）からamm、ampを求め、最終的に式（１）を用いて指令を作成するというものである。
特開平７−２４４５１７号公報（３頁 式（１）および４頁 式（２））
特許文献１に、カム曲線は以下の計算を行うことで作成できると記述されている。
まず最初に、t0〜t7およびv0、v7、s0、s7の合計12個の値を調整、設定し、式（２）および式（３）からamm、ampを求め、最終的に式（１）を用いて指令を作成するというものである。
この方法に対し特許文献１では、従来はストローク、移動時間、モータで駆動する負荷などの動作条件を考慮して最適なカム曲線を多数のカム曲線テーブルの中から選択するか、またユニバーサルカム曲線のパラメータを調整して生成する必要があり、カム曲線の特性を熟知している人以外には、最適なカム曲線を用いることが困難であり、また、複数のカム曲線テーブルをメモリ上に持つためメモリを大量に必要とする等の問題を指摘し、以下の方法を提案している。
曲線生成のパラメータとしてtv（0≦tv≦0.5）を設定する。このtv、t0、t7から次の式（４）を用いてパラメータt1〜t6を求める。
曲線生成のパラメータとしてtv（0≦tv≦0.5）を設定する。このtv、t0、t7から次の式（４）を用いてパラメータt1〜t6を求める。
次に求めたt0〜t7及びその他のパラメータv0、v7、s0、s7を用いてamm、ampについての式（２）式（３）を解き、その値を使用して式（１）により指令を作成するという方法である。
このように、パラメータtvを設定することにより、カム曲線の特性を熟知していない人でも容易にカム曲線を用いてサーボモータを制御でき、また、少ないメモリでも動作が可能なモーション制御装置を得ることができると記述されている。
このように、パラメータtvを設定することにより、カム曲線の特性を熟知していない人でも容易にカム曲線を用いてサーボモータを制御でき、また、少ないメモリでも動作が可能なモーション制御装置を得ることができると記述されている。
しかしながら、従来の技術では、確かにt1〜t6の６つのパラメータを一つのtvというパラメータで計算できるため設定するパラメータは１２個から７個に減っているが、結局、式（４）の計算量が増えてしまい、さらに、式（３）および式（２）および式（１）の計算が必要になり，非常に計算量が多くなるといった問題があった。また、式（１）の計算で三角関数を用いるため、通常の四則演算に比べ演算時間がかかるという問題もあった。また、結果として高速処理を実現するCPUが必要になるという問題もあった。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、ある調整できるパラメータｋあるいはk1,k2あるいは、k11,k12,k21,k22を有する簡単な指令を用いることで、以下のサーボモータ制御装置の指令作成方法および指令作成装置を提供することを目的とする。
１ カム曲線等を使用する場合に比べコントローラの計算量を格段に少なくする。
２ シミュレーションしながら各パラメータを決定することができ、調整を簡単にする。
３ 調整パラメータが１つから最大でも４つだけなので、調整を簡単にする。
４ 高速処理を実現するCPUを不要とする。
５ 指令払い出し時間は固定で、過渡応答を選択できるようにする。
６ 一定速度動作が必要な場合や、最高速度の制限がある場合なども、加速区間や減速区間の過渡応答を自由に選択できるようにする。
７ 指令関数を積分することにより位置制御時と速度制御時ともに本発明を共通して使用できるようにする。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、ある調整できるパラメータｋあるいはk1,k2あるいは、k11,k12,k21,k22を有する簡単な指令を用いることで、以下のサーボモータ制御装置の指令作成方法および指令作成装置を提供することを目的とする。
１ カム曲線等を使用する場合に比べコントローラの計算量を格段に少なくする。
２ シミュレーションしながら各パラメータを決定することができ、調整を簡単にする。
３ 調整パラメータが１つから最大でも４つだけなので、調整を簡単にする。
４ 高速処理を実現するCPUを不要とする。
５ 指令払い出し時間は固定で、過渡応答を選択できるようにする。
６ 一定速度動作が必要な場合や、最高速度の制限がある場合なども、加速区間や減速区間の過渡応答を自由に選択できるようにする。
７ 指令関数を積分することにより位置制御時と速度制御時ともに本発明を共通して使用できるようにする。
上記問題を解決するため、本発明は、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の移動時間、移動距離、速度、加速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
aを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする関数v(t)
aを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする関数v(t)
を速度指令とすることを特徴とするものである。
このようになっているため、移動時間を変更せずに、指令の次数までも設定パラメータにより変更できるため、指令の自由度が大幅に増え、所望の動作を実現しやすくなる。また、この関数のみを計算するだけなので、指令作成のための計算量が非常に少なくなる。
また、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の移動時間、移動距離、速度、加速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
aを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、k1、k2を調整パラメータとする関数v(t)
aを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、k1、k2を調整パラメータとする関数v(t)
を速度指令とすることを特徴とするものである。
このようになっているため、加速時と減速時の各状態量の波形を変化させることが可能になり、さらに、指令の自由度が増大する。また、この関数のみを計算するだけなので、指令作成のための計算量が非常に少なくなる。
このようになっているため、加速時と減速時の各状態量の波形を変化させることが可能になり、さらに、指令の自由度が増大する。また、この関数のみを計算するだけなので、指令作成のための計算量が非常に少なくなる。
また、前記関数v(t)を積分し、積分された関数を位置指令とすることを特徴とするものである。このようになっているため、位置制御時も、速度制御時も本発明を使用できる。
また、前記パラメータｋあるいは、k1,k2の決定方法として、予め指令関数v(t)を用意しておき、移動距離distと移動時間bを移動条件として設定し、パラメータｋあるいはk1,k2の値を適当な値に設定し、移動距離distと移動時間bと設定されたｋあるいはk1,k2の値を用いて変数aの値を計算で求め、設定されたパラメータｋあるいはk1,k2を用いた指令に基づいてシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいてｋあるいはk1,k2の値を調整しながらシミュレーションを繰り返し行い、最終的な値を決定することを特徴とするものである。このようになっているため、簡単な手順で所望の動作を実現する指令を作成することができる。
また、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の移動時間、移動距離、速度、加速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成装置において、
移動距離distと移動時間bを設定する移動条件設定手段と、
調整できるパラメータｋあるいはk1,k2を有する前記指令関数v(t)を用意しておき、移動距離と移動時間とパラメータｋあるいはk1,k2の値を用いて指令を演算する指令演算手段と、前記調整できるパラメータｋあるいはk1,k2の値を入力するパラメータ入力手段と、指令演算手段で作成された指令を用いてシミュレーションを行うシミュレーション演算手段と、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有することを特徴とするものである。このようになっているため、画面をみながら視覚的、感覚的にパラメータｋあるいはk1,k2を調整できるので、簡単に所望の動作を実現できる指令を作成することができる。
移動距離distと移動時間bを設定する移動条件設定手段と、
調整できるパラメータｋあるいはk1,k2を有する前記指令関数v(t)を用意しておき、移動距離と移動時間とパラメータｋあるいはk1,k2の値を用いて指令を演算する指令演算手段と、前記調整できるパラメータｋあるいはk1,k2の値を入力するパラメータ入力手段と、指令演算手段で作成された指令を用いてシミュレーションを行うシミュレーション演算手段と、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有することを特徴とするものである。このようになっているため、画面をみながら視覚的、感覚的にパラメータｋあるいはk1,k2を調整できるので、簡単に所望の動作を実現できる指令を作成することができる。
また、サーボモータの加速時間、一定速度時間、減速時間、移動距離、移動速度等の移動条件に基づいてサーボモータの指令を作成し、該指令に追従するように制御対象を制御するサーボ制御方法において、
指令発生器と、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値をもとに制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備え、前記指令発生器は、a1とa2を移動距離に依存する変数、b1を加速時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、cを一定速度時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする、加速区間、一定速度区間、減速区間で場合分けされた関数α(t)
指令発生器と、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値をもとに制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備え、前記指令発生器は、a1とa2を移動距離に依存する変数、b1を加速時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、cを一定速度時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする、加速区間、一定速度区間、減速区間で場合分けされた関数α(t)
を加速度指令とし、前記加速度指令を制御演算器へ出力することを特徴とするものである。
このようになっているため、最高速度に制限がある場合や、一定速度動作を行いたい場合も本発明が使用できる。
このようになっているため、最高速度に制限がある場合や、一定速度動作を行いたい場合も本発明が使用できる。
また、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の加速時間、一定速度時間、減速時間、移動距離、移動速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
a1とa2を移動距離distに依存する変数、b1を加速時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、cを一定速度時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする、加速区間、一定速度区間、減速区間で場合分けされた関数α(t)
a1とa2を移動距離distに依存する変数、b1を加速時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、cを一定速度時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする、加速区間、一定速度区間、減速区間で場合分けされた関数α(t)
を加速度指令とすることを特徴とするものである。このようになっているため、各状態量の波形を、さらに細かく変化させることが可能になり、さらに、指令の自由度が増大する。
また、前記関数α(t)を積分し、積分された関数を速度指令とすることを特徴とするものである。このようになっているため、このようになっているため、速度制御時も本発明を使用できる。
また、前記関数α(t)を２回積分し、２回積分された関数を位置指令とすることを特徴とする請求項６または７記載のサーボ制御装置の指令作成方法。このようになっているため、位置制御時も本発明を使用できる。
また、前記パラメータｋあるいは、k11,k12,k21,k22の決定方法として、予め指令関数α(t)を用意しておき、移動距離distあるいは移動速度V、加速時間b1、減速時間b2、一定速度時間ｃを移動条件として設定し、パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を設定し、移動距離distあるいは移動速度V、加速時間b1、減速時間b2、一定速度時間ｃ、設定されたパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を用いて変数a1とa2の値を計算で求め、設定されたパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22を用いた指令に基づいてシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいてｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を調整しながらシミュレーションを繰り返し行い、最終的な値を決定することを特徴とするものである。このようになっているため、簡単な手順で所望の動作を実現する指令を作成することができる。
また、制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の加速時間、一定速度時間、減速時間、移動距離、移動速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成装置において、
移動距離distあるいは移動速度Vと加速時間b1と減速時間b2と一定速度時間ｃを設定する移動条件設定手段と、調整パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22を有する前記指令関数α(t)を用意しておき、移動距離distあるいは移動速度Vと加速時間b1と減速時間b2と一定速度時間ｃとパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を用いて指令を演算する指令演算手段と、前記調整パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を入力するパラメータ入力手段と、指令演算手段で作成された指令を用いてシミュレーションを行うシミュレーション演算手段と、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１、２、５、６、７記載のサーボ制御装置の指令作成方法において、前記状態量検出器をサーボモータの位置検出器としたものである。
また、請求項１１記載のサーボ制御装置の指令作成装置において、前記状態量検出器をサーボモータの位置検出器としたものである。
移動距離distあるいは移動速度Vと加速時間b1と減速時間b2と一定速度時間ｃを設定する移動条件設定手段と、調整パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22を有する前記指令関数α(t)を用意しておき、移動距離distあるいは移動速度Vと加速時間b1と減速時間b2と一定速度時間ｃとパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を用いて指令を演算する指令演算手段と、前記調整パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を入力するパラメータ入力手段と、指令演算手段で作成された指令を用いてシミュレーションを行うシミュレーション演算手段と、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１、２、５、６、７記載のサーボ制御装置の指令作成方法において、前記状態量検出器をサーボモータの位置検出器としたものである。
また、請求項１１記載のサーボ制御装置の指令作成装置において、前記状態量検出器をサーボモータの位置検出器としたものである。
本発明によれば、予め調整できるパラメータを持つ簡単な指令関数を用意しておき、移動距離と、移動時間を設定し、あとはパラメータｋの値を変化させながらシミュレーションを行い、所望の動作を実現するｋを決定することで指令を作成することで、指令払い出し時間は固定で、過渡応答を選択することが可能になるという効果がある。また、カム曲線などを使用する場合に比べ、格段にコントローラの計算量が少なくなるという効果がある。また、様々な波形の指令をテーブルに保存しておいて選択するといった方法ではなく、簡単な指令関数を逐次計算するだけなのでコントローラのメモリ容量も少なくて済むという効果がある。また、画面を見ながらの感覚的で簡単な調整で、所望の動作を得られるので、調整時間の短縮につながるという効果もある。また、指令払い出し時間を変更せずに、指令の次数までも設定パラメータにより変更できるため、指令の自由度が大幅に増え、所望の動作を実現しやすくなるという効果もある。
また、本発明の第二の方法によれば一定速度区間を有する指令を作成できるので、一定速度動作が必要な場合や、最高速度の制限がある場合なども、加速区間や減速区間の過渡応答を自由に選択することが出来るという効果がある。
また、設定パラメータk11,k12,k21,k22を用いれば、加速時と減速時の各状態量の波形を変化させることが可能になり、さらに、指令の自由度が増大するという効果がある。また、指令関数を積分することにより位置制御時も、速度制御時も本発明を使用できるという効果がある。
また、本発明の第二の方法によれば一定速度区間を有する指令を作成できるので、一定速度動作が必要な場合や、最高速度の制限がある場合なども、加速区間や減速区間の過渡応答を自由に選択することが出来るという効果がある。
また、設定パラメータk11,k12,k21,k22を用いれば、加速時と減速時の各状態量の波形を変化させることが可能になり、さらに、指令の自由度が増大するという効果がある。また、指令関数を積分することにより位置制御時も、速度制御時も本発明を使用できるという効果がある。
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
図４は、本発明の方法を実施する制御装置の構成図である。図において６は位置または速度指令を制御演算器へ出力する指令発生器６である。通常は位置指令、速度指令を出力するＮＣ制御装置等の上位制御装置がこの指令発生器６に相当する。７は制御演算器、８は状態量検出器、１０は電動機（サーボモータ）、１１は負荷機械である、１２は電動機１０を駆動するためのいわゆるサーボアンプである。電動機１０と負荷機械１１を合わせたものが制御対象９である。
そして指令発生器６により出力された位置指令XREFと、状態量検出器で検出された電動機回転位置XMとを制御演算器７に入力し、制御演算器７では、比例積分制御などを行うことにより、電動機トルク指令TREFをサーボアンプ１２へ出力し電動機１０を制御する。図中電動機と負荷機械は二重線で結合されているが、二重線は電動機と負荷機械がばね要素で結合されていることを表している。この図では制御対象を２慣性系としているが、当然、剛体系やその他の構成の機械でも、本発明を実施する上で全く問題は無い。
図２は前記指令発生器６において所望の指令を作成する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップ1で、基になる指令関数v(t)を用意する。本実施例ではaを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、k1,k2を調整できるパラメータとする関数として式（５）となるようなべき乗の指令関数を用いる。
そして指令発生器６により出力された位置指令XREFと、状態量検出器で検出された電動機回転位置XMとを制御演算器７に入力し、制御演算器７では、比例積分制御などを行うことにより、電動機トルク指令TREFをサーボアンプ１２へ出力し電動機１０を制御する。図中電動機と負荷機械は二重線で結合されているが、二重線は電動機と負荷機械がばね要素で結合されていることを表している。この図では制御対象を２慣性系としているが、当然、剛体系やその他の構成の機械でも、本発明を実施する上で全く問題は無い。
図２は前記指令発生器６において所望の指令を作成する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップ1で、基になる指令関数v(t)を用意する。本実施例ではaを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、k1,k2を調整できるパラメータとする関数として式（５）となるようなべき乗の指令関数を用いる。
ステップ２で移動距離distと移動時間bを設定する。これらは普通、機械の動作仕様から決定できる値である。
ステップ３では式（５）で表される関数v(t)のパラメータk1,k2を入力する。
ステップ４で移動距離dist、移動時間b、パラメータk1,k2の値を用いてaの値を計算で求める。例えば以下の式（６）のように媒介変数Dを使用し計算すればよい。
ステップ３では式（５）で表される関数v(t)のパラメータk1,k2を入力する。
ステップ４で移動距離dist、移動時間b、パラメータk1,k2の値を用いてaの値を計算で求める。例えば以下の式（６）のように媒介変数Dを使用し計算すればよい。
ステップ５で変数a,b,distそしてパラメータk1,k2を用いて、指令周期ごとの指令を作成し、実際に制御で使用する制御と制御対象のモデルまで含めたシミュレーションを行い、結果を画面上に表示する。
ステップ６でシミュレーション結果の表示を確認しながら、入力したパラメータk1,k2使用時の合否を判定する。否の場合はパラメータk1,k2の値を調整しながら、所望の動作が得られるまでステップ3からステップ５を繰り返し、最終のパラメータk1,k2を決定する。ここで、合否の判定は、どのように行っても良いが、例えば、負荷機械やモータの位置、速度、加速度など、ある状態量に現れる振動の振幅が、予め設定した設定値以内なら合、設定値より大きい場合は否、というようにしても良いし、例えば、モータの速度やトルク指令値、負荷機械の速度や加速度など、ある状態量のピーク値が最小になる時を合、それ以外を否というようにしてもよい。
このように、ある調整できるパラメータk1,k2を有する指令を用い、シミュレーションしながらそれらのパラメータを決定することができるので、簡単で感覚的に、所望の指令を作成することができる指令作成方法およびその装置を提供することができるのである。
ここで、当然、k1とk2は同じ値にしてもよい。以上が実施例１の説明である。
ステップ６でシミュレーション結果の表示を確認しながら、入力したパラメータk1,k2使用時の合否を判定する。否の場合はパラメータk1,k2の値を調整しながら、所望の動作が得られるまでステップ3からステップ５を繰り返し、最終のパラメータk1,k2を決定する。ここで、合否の判定は、どのように行っても良いが、例えば、負荷機械やモータの位置、速度、加速度など、ある状態量に現れる振動の振幅が、予め設定した設定値以内なら合、設定値より大きい場合は否、というようにしても良いし、例えば、モータの速度やトルク指令値、負荷機械の速度や加速度など、ある状態量のピーク値が最小になる時を合、それ以外を否というようにしてもよい。
このように、ある調整できるパラメータk1,k2を有する指令を用い、シミュレーションしながらそれらのパラメータを決定することができるので、簡単で感覚的に、所望の指令を作成することができる指令作成方法およびその装置を提供することができるのである。
ここで、当然、k1とk2は同じ値にしてもよい。以上が実施例１の説明である。
次に本発明の第二の実施例について説明する。
ここでは、指令として、加速区間、一定速度区間、減速区間に場合分けされる指令を用いる場合の方法を説明する。
図３は前記指令発生器において所望の指令を作成する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップ1で、基になる指令関数α(t)を用意する。本実施例ではa1,a2を移動距離に依存する変数、b1を加速時間を表す変数、ｃを一定速度時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、ｋ11,k12,k21,k22を調整できるパラメータとする関数として式（７）になるようなべき乗の指令関数を用いる。
ここでは、指令として、加速区間、一定速度区間、減速区間に場合分けされる指令を用いる場合の方法を説明する。
図３は前記指令発生器において所望の指令を作成する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップ1で、基になる指令関数α(t)を用意する。本実施例ではa1,a2を移動距離に依存する変数、b1を加速時間を表す変数、ｃを一定速度時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、ｋ11,k12,k21,k22を調整できるパラメータとする関数として式（７）になるようなべき乗の指令関数を用いる。
ステップ２で移動距離distと加速時間b1、一定速度時間ｃ、減速時間b2を設定する。これらは普通、機械の動作仕様から決定できる値である。
ステップ３では式（７）で表される関数α(t)のパラメータk11,k12,k21,k22を入力する。
ステップ４で移動距離distと加速時間b1、一定速度時間ｃ、減速時間b2、パラメータk11,k12,k21,k22の値を用いてa1,a2の値を計算で求める。例えば以下の式（８）ように媒介変数D1,D2を使用し計算すればよい。
ステップ３では式（７）で表される関数α(t)のパラメータk11,k12,k21,k22を入力する。
ステップ４で移動距離distと加速時間b1、一定速度時間ｃ、減速時間b2、パラメータk11,k12,k21,k22の値を用いてa1,a2の値を計算で求める。例えば以下の式（８）ように媒介変数D1,D2を使用し計算すればよい。
ステップ５で変数a1,a2,b1,b2,c,distそしてパラメータk11,k12,k21,k22を用いて、指令周期ごとの指令を作成し、実際に制御で使用する制御と制御対象のモデルまで含めたシミュレーションを行い、結果を画面上に表示する。
ステップ６でシミュレーション結果の表示を確認しながら、入力したパラメータｋ1,k2使用時の合否を判定する。否の場合はパラメータk11,k12,k21,k22の値を調整しながら、所望の動作が得られるまでステップ3からステップ５を繰り返し、最終のパラメータk11,k12,k21,k22を決定する。ここで、合否の判定は、どのように行っても良いが、例えば、負荷機械やモータの位置、速度、加速度など、ある状態量に現れる振動の振幅が、予め設定した設定値以内なら合、設定値より大きい場合は否、というようにしても良いし、例えば、モータの速度やトルク指令値、負荷機械の速度や加速度など、ある状態量のピーク値が最小になる時を合、それ以外を否というようにしてもよい。
ここで、当然、k11,k12,k21,k22の値は同じ値でもよい。
以上が実施例２の説明である。
尚、シミュレーションし、表示する状態量としては、モータ位置、モータ速度、モータ加速度、モータ躍度、モータトルク指令、負荷位置、負荷速度、負荷加速度、負荷躍度、負荷トルク、機台変位、機台加速度などが考えられるが、その他どのような状態量をシミュレーションし表示しても良い。また当然、これらの状態量の複数の組み合わせを用いてもよい。
また、調整できるパラメータk1,k2,k11,k12,k21,k22は、整数だけに限らず、小数を使用することも可能である。ここで、調整パラメータを小数にした場合、計算機によっては、小数点のべき乗計算の関数を持っていない場合があるが、その場合は、式（９）の関係により、べき乗計算と等価な指数関数expと自然対数lnで計算できる式を用いて計算すればよい。
ステップ６でシミュレーション結果の表示を確認しながら、入力したパラメータｋ1,k2使用時の合否を判定する。否の場合はパラメータk11,k12,k21,k22の値を調整しながら、所望の動作が得られるまでステップ3からステップ５を繰り返し、最終のパラメータk11,k12,k21,k22を決定する。ここで、合否の判定は、どのように行っても良いが、例えば、負荷機械やモータの位置、速度、加速度など、ある状態量に現れる振動の振幅が、予め設定した設定値以内なら合、設定値より大きい場合は否、というようにしても良いし、例えば、モータの速度やトルク指令値、負荷機械の速度や加速度など、ある状態量のピーク値が最小になる時を合、それ以外を否というようにしてもよい。
ここで、当然、k11,k12,k21,k22の値は同じ値でもよい。
以上が実施例２の説明である。
尚、シミュレーションし、表示する状態量としては、モータ位置、モータ速度、モータ加速度、モータ躍度、モータトルク指令、負荷位置、負荷速度、負荷加速度、負荷躍度、負荷トルク、機台変位、機台加速度などが考えられるが、その他どのような状態量をシミュレーションし表示しても良い。また当然、これらの状態量の複数の組み合わせを用いてもよい。
また、調整できるパラメータk1,k2,k11,k12,k21,k22は、整数だけに限らず、小数を使用することも可能である。ここで、調整パラメータを小数にした場合、計算機によっては、小数点のべき乗計算の関数を持っていない場合があるが、その場合は、式（９）の関係により、べき乗計算と等価な指数関数expと自然対数lnで計算できる式を用いて計算すればよい。
以下に、上の手法を実現するための装置について図に基づいて説明する。
図１は本発明の方法を実現する装置の構成図である。図中、１は移動距離distと移動時間ｂあるいは実施例２の場合は加速時間b1,減速時間b2、一定速度時間ｃを設定する移動条件設定手段を表す。これは図２あるいは図３のステップ２の処理に対応する。５はパラメータ入力手段を表し、設定パラメータk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22の値を入力する手段である。これは、図２あるいは図３のステップ３に対応するところである。２は指令演算手段を表す。ここでは、移動条件と設定パラメータk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22に基づいて、変数aあるいはa1,a2を計算し、各指令周期毎の指令を演算する手段である。これは、図２あるいは図３のステップ４に対応するところである。３はシミュレーション演算手段を表し、指令からユーザが確認したい各状態量までのシミュレーションを行うところである。また、４は３のシミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を表す。構成要素３と４は、ステップ５に対応する部分である。そして、４のシミュレーション結果表示手段を確認しながら、５のパラメータ入力手段で設定パラメータk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22を変更し、繰り返しシミュレーションを行うことで、最終的に所望の動作を実現できるk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22の値を決定する。
図１は本発明の方法を実現する装置の構成図である。図中、１は移動距離distと移動時間ｂあるいは実施例２の場合は加速時間b1,減速時間b2、一定速度時間ｃを設定する移動条件設定手段を表す。これは図２あるいは図３のステップ２の処理に対応する。５はパラメータ入力手段を表し、設定パラメータk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22の値を入力する手段である。これは、図２あるいは図３のステップ３に対応するところである。２は指令演算手段を表す。ここでは、移動条件と設定パラメータk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22に基づいて、変数aあるいはa1,a2を計算し、各指令周期毎の指令を演算する手段である。これは、図２あるいは図３のステップ４に対応するところである。３はシミュレーション演算手段を表し、指令からユーザが確認したい各状態量までのシミュレーションを行うところである。また、４は３のシミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を表す。構成要素３と４は、ステップ５に対応する部分である。そして、４のシミュレーション結果表示手段を確認しながら、５のパラメータ入力手段で設定パラメータk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22を変更し、繰り返しシミュレーションを行うことで、最終的に所望の動作を実現できるk1,k2あるいはk11,k12,k21,k22の値を決定する。
本発明はコントローラのメモリ容量を小さくでき、シミュレーションしながら指令の各パラメータを決定することができるため、サーボシステム制御に慣れていないユーザでも容易に制御指令を作成することができる。また、液晶製造装置や半導体製造装置等の超精密位置決め駆動制御装置の位置決めにも適用することができる。また、本指令作成方法で作成した指令を用い、パラメータｋを調整するだけで、機械の振動を抑制することが可能なため、振動が問題となる、産業用ロボットや剛性の低い工作機等の位置決め用途にも適用することができる。
１ 移動条件設定手段
２ 指令演算手段
３ シミュレーション演算手段
４ シミュレーション結果表示手段
５ パラメータ入力手段
６ 指令発生器
７ 制御演算器
８ 状態量検出器
９ 制御対象
１０ 電動機
１１ 負荷機械
１２ サーボアンプ
２ 指令演算手段
３ シミュレーション演算手段
４ シミュレーション結果表示手段
５ パラメータ入力手段
６ 指令発生器
７ 制御演算器
８ 状態量検出器
９ 制御対象
１０ 電動機
１１ 負荷機械
１２ サーボアンプ
Claims (13)
- 制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の移動時間、移動距離、速度、加速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
aを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする関数v(t)
を速度指令とすることを特徴とするサーボ制御装置の指令作成方法。 - 制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の移動時間、移動距離、速度、加速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
aを移動距離distに依存する変数、bを移動時間を表す変数、k1、k2を調整パラメータとする関数v(t)
を速度指令とすることを特徴とするサーボ制御装置の指令作成方法。 - 前記関数v(t)を積分し、積分された関数を位置指令とすることを特徴とする請求項１または２記載のサーボ制御装置の指令作成方法。
- 前記パラメータｋあるいは、k1,k2の決定方法として、
予め指令関数v(t)を用意しておき、移動距離distと移動時間bを移動条件として設定し、パラメータｋあるいはk1,k2の値を適当な値に設定し、移動距離distと移動時間bと設定されたｋあるいはk1,k2の値を用いて変数aの値を計算で求め、設定されたパラメータｋあるいはk1,k2を用いた指令に基づいてシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいてｋあるいはk1,k2の値を調整しながらシミュレーションを繰り返し行い、最終的な値を決定することを特徴とする請求項１乃至３記載のサーボ制御装置の指令作成方法。 - 制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の移動時間、移動距離、速度、加速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成装置において、
移動距離distと移動時間bを設定する移動条件設定手段と、
調整できるパラメータｋあるいはk1,k2を有する前記指令関数v(t)を用意しておき、移動距離と移動時間とパラメータｋあるいはk1,k2の値を用いて指令を演算する指令演算手段と、前記調整できるパラメータｋあるいはk1,k2の値を入力するパラメータ入力手段と、指令演算手段で作成された指令を用いてシミュレーションを行うシミュレーション演算手段と、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有することを特徴とするサーボ制御装置の指令作成装置。 - 制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の加速時間、一定速度時間、減速時間、移動距離、移動速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
a1とa2を移動距離distに依存する変数、b1を加速時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、cを一定速度時間を表す変数、ｋを調整パラメータとする、加速区間、一定速度区間、減速区間で場合分けされた関数α(t)
- 制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の加速時間、一定速度時間、減速時間、移動距離、移動速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成方法において、
a1とa2を移動距離distに依存する変数、b1を加速時間を表す変数、b2を減速時間を表す変数、cを一定速度時間を表す変数、k11,k12,k21,k22を調整パラメータとする、加速区間、一定速度区間、減速区間で場合分けされた関数α(t)
- 前記関数α(t)を積分し、積分された関数を速度指令とすることを特徴とする、請求項６または７記載の制御装置の指令作成方法。
- 前記関数α(t)を２回積分し、２回積分された関数を位置指令とすることを特徴とする請求項６または７記載のサーボ制御装置の指令作成方法。
- 前記パラメータｋあるいは、k11,k12,k21,k22の決定方法として、
予め指令関数α(t)を用意しておき、移動距離distあるいは移動速度V、加速時間b1、減速時間b2、一定速度時間ｃを移動条件として設定し、パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を設定し、移動距離distあるいは移動速度V、加速時間b1、減速時間b2、一定速度時間ｃ、設定されたパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を用いて変数a1とa2の値を計算で求め、設定されたパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22を用いた指令に基づいてシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいてｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を調整しながらシミュレーションを繰り返し行い、最終的な値を決定することを特徴とする請求項６乃至９記載のサーボ制御装置の指令作成方法。 - 制御対象の状態量を検出する状態量検出器と、指令と検出値に基づいて制御対象を駆動する信号を計算し出力する制御演算器を備えたサーボ制御装置へ入力する指令を、制御対象の加速時間、一定速度時間、減速時間、移動距離、移動速度等の移動条件に基づいて作成するサーボ制御装置の指令作成装置において、
移動距離distあるいは移動速度Vと加速時間b1と減速時間b2と一定速度時間ｃを設定する移動条件設定手段と、調整パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22を有する前記指令関数α(t)を用意しておき、移動距離distあるいは移動速度Vと加速時間b1と減速時間b2と一定速度時間ｃとパラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を用いて指令を演算する指令演算手段と、前記調整パラメータｋあるいはk11,k12,k21,k22の値を入力するパラメータ入力手段と、指令演算手段で作成された指令を用いてシミュレーションを行うシミュレーション演算手段と、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有することを特徴とするサーボ制御装置の指令作成装置。 - 前記状態量検出器がサーボモータの位置検出器である請求項１、２、５、６、７記載のサーボ制御装置の指令作成方法。
- 前記状態量検出器がサーボモータの位置検出器である請求項１１記載のサーボ制御装置の指令作成装置。
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| US8337475B2 (en) | 2004-10-12 | 2012-12-25 | C. R. Bard, Inc. | Corporeal drainage system |
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-
2003
- 2003-10-06 JP JP2003347373A patent/JP4210921B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| US8636721B2 (en) | 2003-11-20 | 2014-01-28 | Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Portable hand pump for evacuation of fluids |
| US9393353B2 (en) | 2003-11-20 | 2016-07-19 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Portable hand pump for evacuation of fluids |
| US9907887B2 (en) | 2003-11-20 | 2018-03-06 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Portable hand pump for evacuation of fluids |
| US10213532B2 (en) | 2003-11-20 | 2019-02-26 | The Henry M. Jackson Foundation For The Advancement Of Military Medicine, Inc. | Portable hand pump for evacuation of fluids |
| US8337475B2 (en) | 2004-10-12 | 2012-12-25 | C. R. Bard, Inc. | Corporeal drainage system |
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