JP2006236035A - Drive control system design support device, drive control system design support program, drive mechanism design support device, drive mechanism design support program and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム、駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及び記録媒体に関し、詳細には、アクチュエータやセンサを有し、3次元的な動作を行う機構を制御する駆動制御系、当該駆動機構の開発支援を行う駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム、駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及び記録媒体に関する。 The present invention relates to a drive control system design support apparatus, a drive control system design support program, a drive mechanism design support apparatus, a drive mechanism design support program, and a recording medium. The present invention relates to a drive control system that controls a mechanism that performs the above, a drive control system design support device that supports development of the drive mechanism, a drive control system design support program, a drive mechanism design support device, a drive mechanism design support program, and a recording medium.
一般的に、アクチュエータ(モータ)やセンサ等を有する機構の設計開発においては、3次元的な動作を行う機構から、部品の組み立てを行って、実機を試作し、試作した実機を動作させて、その評価を行う。そして、実機の動作評価の結果に応じて、設計変更を行い、設計変更後の実機を試作して、再び試作した実機の動作評価を行うという処理を繰り返し行い、評価の結果が良好であれば、設計を完了する。 In general, in the design and development of mechanisms that have actuators (motors), sensors, etc., from a mechanism that performs three-dimensional operations, assemble parts, prototype the actual machine, operate the prototyped actual machine, Perform the evaluation. Then, according to the result of the operation evaluation of the actual machine, make a design change, prototype the actual machine after the design change, repeat the process of evaluating the operation of the actual machine again, and if the evaluation result is good Complete the design.
そして、このような機構を動作させるためには、機構の動作を制御する制御プログラムを開発し、その制御プログラムを制御対象の機構内に組み込まれるマイコンで実行させるようにしている。この制御プログラムを開発する際には、従来、制御すべき機構の試作品が完成している必要がある。すなわち、試作が完了してはじめてメカを具体的に動かすことができ、それを使って制御プログラム(組み込みソフトウェア)の開発を開始することができるわけである。この組み込みソフトウェアの開発は、試作品の完成後、その試作品を実際に動作させながら、開発を進める。 In order to operate such a mechanism, a control program for controlling the operation of the mechanism is developed, and the control program is executed by a microcomputer incorporated in the mechanism to be controlled. In developing this control program, a prototype of the mechanism to be controlled needs to be completed. That is, the mechanism can be specifically moved only after the prototype is completed, and the development of the control program (embedded software) can be started using the mechanism. Development of this embedded software proceeds after the prototype is completed, while the prototype is actually operated.
このように、駆動機構システムの開発を行う際には、制御対象の機構の試作品が必要であるため、試作品が完成するまでは、組み込みソフトウェアの開発を行うことができず、駆動機構システムの開発に時間やコストがかかり、非効率的であった。 In this way, when developing a drive mechanism system, a prototype of the mechanism to be controlled is required. Therefore, embedded software cannot be developed until the prototype is completed. It took time and cost to develop and was inefficient.
そして、アクチュエータ(モータ)やセンサを有する駆動機構を制御するための制御プログラムを開発する際には、一般的に、制御プログラムを机上(オフライン)で設計・検証を行った後、制御すべき駆動機構の試作品を用いて、制御プログラムとリンクさせて、リアルタイムで制御プログラムを検証する、いわゆる、RCP(Rapid Controller Prototype)シミュレーションを行う(特許文献1、特許文献2等参照)。
When developing a control program for controlling a drive mechanism having an actuator (motor) or sensor, the drive to be controlled is generally designed and verified on the desktop (offline). Using a prototype of the mechanism, a so-called RCP (Rapid Controller Prototype) simulation is performed in which the control program is verified in real time by linking with the control program (see
ところが、机上(オフライン)での検証は、各モデルの精度によって、正確に設計を評価することには限界があるため、試作品の挙動を計測して、この計測値に基づいて、制御プログラムで用いている各パラメータを少しずつ調整する必要があり、開発に時間やコストがかかり非効率的であるという課題があった。 However, verification on the desk (offline) is limited in accurately evaluating the design depending on the accuracy of each model. Therefore, the behavior of the prototype is measured, and the control program is used to measure the measured value. It was necessary to adjust each parameter used little by little, and there was a problem that development was time-consuming and costly and inefficient.
また、試作品が完成するまでの間に、計算機上に開発対象の機構の実物とそっくりに動く仮想メカを構築し、当該仮想メカを実機の代わりに駆動させるHIL(Hardware in the Loop)シミュレーションシステムを構築し、シミュレーションシステムにおける各パラメータを少しずつチューニングして、システムの開発に利用することが行われている(特許文献3、特許文献4参照)。 Also, until the prototype is completed, a HIL (Hardware in the Loop) simulation system that builds a virtual mechanism on the computer that moves exactly like the actual mechanism to be developed and drives the virtual mechanism instead of the actual mechanism. Is constructed, and each parameter in the simulation system is tuned little by little and used for system development (see Patent Documents 3 and 4).
しかしながら、上記従来のシミュレーション技術を使用した駆動制御系の開発や駆動機構の開発にあっては、制御プログラムや仮想メカのチューニング作業に時間とコストがかかり、非効率的であるという問題があった。 However, in the development of the drive control system and the drive mechanism using the above-described conventional simulation technology, there is a problem that the tuning work of the control program and the virtual mechanism takes time and cost and is inefficient. .
そこで、本発明は、制御プログラムと制御対象機構をリアルタイムでシミュレーションを行う際、制御系設計パラメータをリアルタイムで自動的に最適化処理を行い、駆動制御系の開発の効率化をはかり、開発期間の短縮、工数の削減を実現する駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム及びこの駆動制御系設計支援プログラムを記録する記録媒体を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention automatically optimizes the control system design parameters in real time when simulating the control program and the mechanism to be controlled in real time, thereby improving the efficiency of the development of the drive control system. It is an object of the present invention to provide a drive control system design support apparatus, a drive control system design support program, and a recording medium for recording the drive control system design support program, which can realize shortening and man-hour reduction.
また、本発明は、駆動機構と制御器をリアルタイムでシミュレーションを行う際、駆動機構設計パラメータをリアルタイムで自動的に最適化処理を行い、システムの開発の効率化を図り、開発期間の短縮、工数の削減を実現する駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及びこの駆動機構設計支援プログラムを記録する記録媒体を提供することを目的としている。 In addition, the present invention automatically optimizes drive mechanism design parameters in real time when simulating the drive mechanism and controller in real time, thereby improving the efficiency of system development, shortening the development period, and man-hours. It is an object to provide a drive mechanism design support apparatus, a drive mechanism design support program, and a recording medium for recording the drive mechanism design support program.
請求項1記載の発明の駆動制御系設計支援装置は、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいて駆動機構を動作させるアクチュエータのモータ等の駆動源を制御する駆動制御系の設計支援を行う駆動制御系設計支援装置であって、前記駆動制御系の設計情報に基づいて当該駆動制御系をオフライン駆動制御系モデルとしてモデル化し、当該オフライン駆動制御系モデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーション手段と、前記オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、制御対象の前記駆動機構をリアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーション手段と、前記リアルタイムシミュレーション手段でシミュレートする前記オフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算手段と、を有することにより、上記目的を達成している。 The drive control system design support apparatus according to the first aspect of the invention performs design support for a drive control system that controls a drive source such as a motor of an actuator that operates a drive mechanism based on a control program according to a detection result of a sensor. A drive control system design support device, wherein the drive control system is modeled as an offline drive control system model based on the design information of the drive control system, and offline simulation is performed using the offline drive control system model A real-time simulation means for simulating the drive mechanism to be controlled in real time, and the offline drive control system model simulated by the real-time simulation means. Real parameters And optimization calculation means for optimizing Im by having, have achieved the above objects.
この場合、例えば、請求項2に記載するように、前記オフラインシミュレーション手段は、前記駆動制御系の設計情報に基づいて当該駆動制御系の制御アルゴリズムをモデル化し、当該駆動制御系の動作をオフラインでシミュレートしてもよい。 In this case, for example, as described in claim 2, the offline simulation unit models a control algorithm of the drive control system based on the design information of the drive control system, and performs the operation of the drive control system offline. You may simulate.
また、例えば、請求項3に記載するように、前記リアルタイムシミュレーション手段は、前記オフライン駆動制御系モデルを前記リアルタイムマシンに実装して、インタフェース手段を介してデータの授受を行って、制御対象の前記駆動機構とリアルタイムでシミュレートしてもよい。 In addition, for example, as described in claim 3, the real-time simulation unit implements the offline drive control system model in the real-time machine, performs data transfer via an interface unit, and controls the control target. You may simulate in real time with the drive mechanism.
さらに、例えば、請求項4に記載するように、前記インタフェース手段は、前記リアルタイムシミュレーション手段と制御対象の前記駆動機構との間でのデータの授受をリアルタイムで行ってもよい。
Further, for example, as described in
また、例えば、請求項5に記載するように、前記インタフェース手段は、前記リアルタイムシミュレーション手段から制御対象の前記駆動機構に、当該駆動機構の前記アクチュエータに対するアクチュエータ指令信号を渡してもよい。 For example, as described in claim 5, the interface means may pass an actuator command signal for the actuator of the drive mechanism from the real-time simulation means to the drive mechanism to be controlled.
さらに、例えば、請求項6に記載するように、前記インタフェース手段は、前記リアルタイムシミュレーション手段から前記駆動機構に、当該駆動機構の前記センサからのセンサ信号に応じたシミュレーション結果に基づいて、前記アクチュエータ指令信号を決定して、受け渡してもよい。 Further, for example, as described in claim 6, the interface means sends the actuator command from the real-time simulation means to the drive mechanism based on a simulation result corresponding to a sensor signal from the sensor of the drive mechanism. The signal may be determined and passed.
また、例えば、請求項7に記載するように、前記最適化計算手段は、前記駆動機構の挙動を前記センサによって収集し、当該センサの信号と予め設定された目的関数をリアルタイムに比較して、前記オフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化してもよい。 For example, as described in claim 7, the optimization calculation unit collects the behavior of the drive mechanism by the sensor, compares the signal of the sensor with a preset objective function in real time, Each parameter of the offline drive control system model may be optimized in real time.
さらに、例えば、請求項8に記載するように、前記最適化計算手段は、前記目的関数の評価結果に基づいて、リアルタイムに前記駆動制御系モデルにおける各パラメータの最適値を探索してもよい。 Further, for example, as described in claim 8, the optimization calculation means may search for an optimum value of each parameter in the drive control system model in real time based on the evaluation result of the objective function.
請求項9記載の発明の駆動制御系設計支援プログラムは、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいて駆動機構を動作させるアクチュエータのモータ等の駆動源を制御する駆動制御系の設計支援を行う駆動制御系設計支援プログラムであって、前記駆動制御系の設計情報に基づいて当該駆動制御系をオフライン駆動制御系モデルとしてモデル化し、当該オフライン駆動制御系モデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーションステップと、前記オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、制御対象の前記駆動機構をリアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーションステップと、前記リアルタイムシミュレーションステップでシミュレートする前記オフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算ステップと、を有することにより、上記目的を達成している。 The drive control system design support program according to claim 9 provides design support for a drive control system that controls a drive source such as a motor of an actuator that operates the drive mechanism based on the control program according to the detection result of the sensor. A drive control system design support program, which models the drive control system as an offline drive control system model based on the design information of the drive control system, and performs offline simulation using the offline drive control system model A real-time simulation step for mounting the offline drive control system model in a real-time machine to simulate the drive mechanism to be controlled in real time; and the offline drive control system model for simulating in the real-time simulation step. The parameters of the optimization calculation step of optimizing in real time, by having, have achieved the above objects.
請求項10記載の発明の記録媒体は、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいて駆動機構を動作させるアクチュエータのモータ等の駆動源を制御する駆動制御系の設計支援を行う駆動制御系設計支援プログラムを記録する記録媒体であって、当該駆動制御系設計支援プログラムが、前記駆動制御系の設計情報に基づいて当該駆動制御系をオフライン駆動制御系モデルとしてモデル化し、当該オフラインシミュレーションモデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーションステップと、前記オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、制御対象の前記駆動機構をリアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーションステップと、前記リアルタイムシミュレーションステップでシミュレートする前記オフライン制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算ステップと、を有することにより、上記目的を達成している。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a drive control system design for supporting design of a drive control system for controlling a drive source such as an actuator motor for operating a drive mechanism based on a control program in accordance with a detection result of a sensor. A recording medium for recording a support program, wherein the drive control system design support program models the drive control system as an offline drive control system model based on the design information of the drive control system, and uses the offline simulation model An offline simulation step for simulating offline, a real-time simulation step for simulating the drive mechanism to be controlled in real time by mounting the offline drive control system model on a real-time machine, and a real-time simulation step. And optimization calculation step of optimizing in real time the parameters of the off-line control system model Yureto by having, have achieved the above objects.
請求項11記載の発明の駆動機構設計支援装置は、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいてアクチュエータのモータ等の駆動源を動作させる駆動機構の設計支援を行う駆動機構設計支援装置であって、前記駆動機構の設計情報に基づいて当該駆動機構をオフライン駆動系モデルとしてモデル化し、当該オフライン駆動系モデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーション手段と、前記オフライン駆動系モデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーション手段と、前記駆動機構を制御対象とする制御アルゴリズムの実装された制御手段と、前記リアルタイムシミュレーション手段と前記制御手段との間でリアルタイムにデータの授受を行うインタフェース手段と、前記リアルタイムシミュレーション手段でシミュレートする前記オフライン駆動系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算手段と、を有することにより、上記目的を達成している。 A drive mechanism design support apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is a drive mechanism design support apparatus that performs design support for a drive mechanism that operates a drive source such as a motor of an actuator based on a control program in accordance with a detection result of a sensor. Then, based on the design information of the drive mechanism, the drive mechanism is modeled as an offline drive system model, and offline simulation means for simulating offline using the offline drive system model; and the offline drive system model in a real-time machine Real-time simulation means that implements and simulates in real time, control means that implements a control algorithm that controls the drive mechanism, and exchanges data in real time between the real-time simulation means and the control means Interface to perform By having a scan unit, and a optimization calculation means for optimizing parameters in real time of the off-line drive system model to simulate the real-time simulation means have achieved the above objects.
この場合、例えば、請求項12に記載するように、前記オフラインシミュレーション手段は、前記駆動機構の設計を行う際に、選択されたアクチュエータをモデル化する第一機構設計手段と、前記アクチュエータの駆動力によって動作を行う前記駆動機構をモデル化する第二機構設計手段と、前記駆動機構の設計を行う際に、選択されたセンサをモデル化する第三機構設計手段と、前記各機構設計手段の間のデータ授受を行う機構設計インタフェース手段と、を備え、前記各モデルによって前記駆動機構の動作をオフラインでシミュレートしてもよい。
In this case, for example, as described in
また、例えば、請求項13に記載するように、前記リアルタイムシミュレーション手段は、前記駆動機構のオフライン駆動系モデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムで前記駆動機構の動作をシミュレートしてもよい。 Further, for example, the real-time simulation unit may simulate the operation of the drive mechanism in real time by mounting an offline drive system model of the drive mechanism on a real-time machine.
さらに、例えば、請求項14に記載するように、前記制御手段は、前記制御アルゴリズムに基づいて前記駆動機構に所定の動作を実行させる組み込みソフトウェアと、当該組み込みソフトウェアの実装されている実際の制御器と、を有していてもよい。 Further, for example, as described in claim 14, the control means includes embedded software that causes the drive mechanism to perform a predetermined operation based on the control algorithm, and an actual controller in which the embedded software is mounted. And may have.
また、例えば、請求項15に記載するように、前記インタフェース手段は、前記リアルタイムシミュレーション手段と前記制御器との間でのデータの授受をリアルタイムで行ってもよい。
Further, for example, as described in
また、例えば、請求項16に記載するように、前記インタフェース手段は、前記制御器から前記リアルタイムシミュレーション手段に、前記オフライン駆動系モデルにおける前記アクチュエータに対するアクチュエータ指令信号を受け渡してもよい。 For example, as described in claim 16, the interface unit may pass an actuator command signal for the actuator in the offline drive system model from the controller to the real-time simulation unit.
さらに、例えば、請求項17に記載するように、前記インタフェース手段は、前記リアルタイムシミュレーション手段から前記制御手段に、前記アクチュエータ指令信号に応じたシミュレーション結果として得られ前記オフライン駆動系モデルにおける前記センサからのセンサ信号を受け渡してもよい。 Further, for example, as described in claim 17, the interface means is obtained as a simulation result according to the actuator command signal from the real-time simulation means to the control means and from the sensor in the offline drive system model. The sensor signal may be delivered.
また、例えば、請求項18に記載するように、前記最適化計算手段は、前記オフライン駆動系モデルのリアルタイム解析結果に基づいて、当該解析結果の値と予め設定された目的関数をリアルタイムに比較してもよい。 For example, as described in claim 18, the optimization calculation unit compares the value of the analysis result with a preset objective function in real time based on the real-time analysis result of the offline drive system model. May be.
さらに、例えば、請求項19に記載するように、前記最適化計算手段は、前記目的関数の評価結果に基づいて、リアルタイムに前記オフライン駆動系モデルにおける各パラメータの最適値を探索してもよい。 Furthermore, for example, as described in claim 19, the optimization calculation unit may search for an optimum value of each parameter in the offline drive system model in real time based on the evaluation result of the objective function.
請求項20記載の発明の駆動機構設計支援プログラムは、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいてアクチュエータのモータ等の駆動源を動作させる駆動機構の設計支援を行う駆動機構設計支援プログラムであって、前記駆動機構の設計情報に基づいて当該駆動機構をオフライン駆動系モデルとしてモデル化し、当該オフライン駆動系モデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーションステップと、前記オフラインシミュレーションステップのオフライン駆動系モデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーションステップと、前記駆動機構を制御対象とする制御アルゴリズムの実装された制御手段と前記リアルタイムシミュレーション手段との間でリアルタイムにデータの授受を行うインタフェースステップと、前記リアルタイムシミュレーションステップでシミュレートする前記オフライン駆動系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算ステップと、を有することにより、上記目的を達成している。 A drive mechanism design support program according to a twentieth aspect of the invention is a drive mechanism design support program for supporting design of a drive mechanism for operating a drive source such as an actuator motor based on a control program in accordance with a detection result of a sensor. An offline simulation step of modeling the drive mechanism as an offline drive system model based on the design information of the drive mechanism, and performing offline simulation using the offline drive system model, and an offline drive system model of the offline simulation step Between a control unit on which a control algorithm for controlling the drive mechanism is implemented and the real-time simulation unit. An interface step for transferring data in real time, and an optimization calculation step for optimizing each parameter of the offline drive system model simulated in the real-time simulation step in real time. Yes.
請求項21記載の発明の記録媒体は、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいてアクチュエータのモータ等の駆動源を動作させる駆動機構の設計支援を行う駆動機構設計支援プログラムを記録する記録媒体であって、前記駆動機構設計支援プログラムは、前記駆動機構の設計情報に基づいて当該駆動機構をオフライン駆動系モデルとしてモデル化し、当該オフライン駆動系モデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーションステップと、前記オフラインシミュレーションステップのオフライン駆動系モデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーションステップと、前記駆動機構を制御対象とする制御アルゴリズムの実装された制御手段と前記リアルタイムシミュレーションステップとの間でリアルタイムにデータの授受を行うインタフェースステップと、前記リアルタイムシミュレーションステップでシミュレートする前記オフライン駆動系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算ステップと、を有することにより、上記目的を達成している。 The recording medium of the invention according to claim 21 is a recording medium for recording a drive mechanism design support program for supporting design of a drive mechanism for operating a drive source such as an actuator motor based on a control program in accordance with a detection result of the sensor. The drive mechanism design support program models the drive mechanism as an offline drive system model based on the design information of the drive mechanism, and performs offline simulation using the offline drive system model; and A real-time simulation step in which an offline drive system model of the offline simulation step is mounted on a real-time machine to simulate in real time; a control means in which a control algorithm for controlling the drive mechanism is implemented; An interface step for exchanging data in real time with the system simulation step, and an optimization calculation step for optimizing each parameter of the offline drive system model simulated in the real time simulation step in real time. Has achieved the above objectives.
本発明によれば、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいて駆動機構を動作させるアクチュエータのモータ等の駆動源を制御する駆動制御系の設計支援を行うに際して、オフラインシミュレーション手段が、駆動制御系の設計情報に基づいて当該駆動制御系をオフライン駆動制御系モデルとしてモデル化して、当該オフライン駆動制御系モデルを用いてオフラインでシミュレートし、リアルタイムシミュレーション手段が、オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、制御対象の駆動機構をリアルタイムでシミュレートし、最適化計算手段が、リアルタイムシミュレーション手段でシミュレートするオフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化するので、制御系設計パラメータをリアルタイムで自動的に最適化して、駆動制御系開発の効率化を図ることができ、開発期間の短縮、工数の削減を実現することができる。 According to the present invention, when performing design support for a drive control system that controls a drive source such as an actuator motor that operates a drive mechanism based on a control program according to a detection result of a sensor, Based on the system design information, the drive control system is modeled as an offline drive control system model, and the offline drive control system model is used for offline simulation. The real-time simulation means converts the offline drive control system model to a real-time machine. In this case, the drive mechanism to be controlled is simulated in real time, and the optimization calculation means optimizes each parameter of the offline drive control system model simulated by the real time simulation means in real time. The real Automatically optimized Im, can improve the efficiency of the drive control system development, it is possible to achieve shortening of the development period, the reduction of man-hours.
また、本発明によれば、センサの検出結果に応じて制御プログラムに基づいてアクチュエータのモータ等の駆動源を動作させる駆動機構の設計支援を行うに差逸して、オフラインシミュレーション手段が、駆動機構の設計情報に基づいて当該駆動機構をオフライン駆動系モデルとしてモデル化して、当該オフライン駆動系モデルを用いてオフラインでシミュレートし、リアルタイムシミュレーション手段が、オフライン駆動系モデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレートし、インタフェース手段が、駆動機構を制御対象とする制御アルゴリズムの実装された制御手段とリアルタイムシミュレーション手段との間でリアルタイムにデータの授受を行って、最適化計算手段が、リアルタイムシミュレーション手段でシミュレートするオフライン駆動系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化するので、駆動機構設計パラメータをリアルタイムで自動的に最適化して、システム開発の効率化を図ることができ、開発期間の短縮、工数の削減を実現することができる。 In addition, according to the present invention, the off-line simulation means is provided to support the design of the drive mechanism that operates the drive source such as the motor of the actuator based on the control program according to the detection result of the sensor. Based on the design information, the drive mechanism is modeled as an offline drive system model, and the offline drive system model is used for offline simulation. And the interface means transfers data in real time between the control means on which the control algorithm for controlling the drive mechanism is controlled and the real-time simulation means, and the optimization calculation means is the real-time simulation means. Stain Since each parameter of the off-line drive system model to be optimized is optimized in real time, the drive mechanism design parameters can be automatically optimized in real time to improve the efficiency of system development, shortening the development period and man-hours. Can be realized.
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, since the Example described below is a suitable Example of this invention, various technically preferable restrictions are attached | subjected, However, The scope of the present invention limits this invention especially in the following description. As long as there is no description of the effect, it is not restricted to these aspects.
図1〜図4は、本発明の駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム、駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及び記録媒体の第1実施例を示す図であり、図1は、本発明の駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム、駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及び記録媒体の第1実施例を適用した駆動制御系設計支援装置1のブロック構成図である。
1 to 4 are diagrams showing a first embodiment of a drive control system design support apparatus, a drive control system design support program, a drive mechanism design support apparatus, a drive mechanism design support program, and a recording medium according to the present invention. 1 shows a drive control system
図1において、駆動制御系設計支援装置1は、オフラインシミュレーション部10、リアルタイムシミュレーション部20、インタフェース部30及び最適化計算部40等を備えており、例えば、図2に示すような画像読取装置70の制御系設計支援を行う。
1, the drive control system
駆動制御系設計支援装置1は、例えば、コンピュータ等に、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory )等の記録媒体に格納されている駆動制御系設計支援プログラムと必要なデータを読み取らせることで、構築される。この駆動制御系設計支援プログラムは、駆動制御系の設計情報に基づいて当該駆動制御系をオフライン駆動制御系モデルとしてモデル化し、当該オフラインシミュレーションモデル(オフライン駆動制御系モデル)を用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーションステップと、オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、制御対象の駆動機構をリアルタイムでシミュレートするリアルタイムシミュレーションステップと、リアルタイムシミュレーションステップでシミュレートするオフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算ステップと、を有している。
The drive control system
図2に示す画像読取装置70では、制御系MCU(Motor Control Unit)80と読取駆動機構系90を備えている。制御系MCU80は、デジタル制御部81と駆動アンプ82を備えており、読取駆動機構系90は、モータ91、伝達機構92、駆動部93及びセンサ部94等を備えている。
The
制御系MCU80のデジタル制御部81から読取駆動機構系90のモータ91のトルク指令値を駆動アンプ82を通して出力して、読取駆動機構系90のブラシ付きDCモータ等のモータ91に印加電圧を与え、タイミングベルトやワイヤ等の伝達機構92を介して、画像読取部のプーリ等の駆動部93を駆動させて読取動作を行う。一方、モータ軸に装着した光学式エンコーダ等のセンサ部94でモータの回転速度や回転位置等を計測して、制御系MCU80のデジタル制御部81にモータ位置とモータ速度の情報をフィードバックし、それぞれのデジタル制御を行う。
A torque command value of the
再び、図1において、まず、制御系設計支援装置1のオフラインシミュレーション部10について説明する。オフラインシミュレーション部10は、図2に示したデジタル制御部81における制御アルゴリズムを、入力された設計情報に基づいて、制御系モデル(オフライン駆動制御系モデル)を作成する。このモデルとしては、例えば、図3に示すようなものであり、速度プロファイル設定ブロック11、制御系ゲイン設定ブロック12及びフィードフォワード量設定ブローク13から構成されている。エンコーダから読み取った位置情報に応じて、モータ速度を速度プロファイル設定ブロック11で決めて、制御系ゲイン設定ブロック12とフィードフォワード量設定ブロック13によって、そのときの電流値に換算し、駆動系モデルに出力する。駆動系モデルの解析結果によって、制御系設計の妥当性をオフラインで評価する。
Referring again to FIG. 1, first, the
次に、駆動制御系設計支援装置1のリアルタイムシミュレーション部20について説明する。オフラインシミュレーションで検証された制御系モデル(オフライン駆動制御系モデル)をリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレーションを行う。リアルタイムマシンは、例えば、近年デジタル処理によく用いられるDSP(Digital Signal Processor)ボードやリアルタイムOS(Operating System)で動作するパーソナルコンピュータ等を用いる。
Next, the real-
次に、制御系設計支援装置1のインタフェース部30について説明する。インタフェース部30は、制御系モデルから制御対象機構部50、例えば、図2の読取駆動機構系90における制御部(例えば、図2の制御系MCU80)に、図4に示すように、フィードバックする信号と、フィードバック信号に応じてリアルタイムでのシミュレーションにより、制御系モデルから算出されたアクチュエータ51に与えた指令信号から構成されている。指令信号は、例えば、制御部から出力されたモータ電流信号をD/A(デジタル/アナログ)変換を行って、その値をモータ駆動アンプに入力して、モータ駆動を行う。また、センサ52の検出したセンサ信号は、例えば、エンコーダを用いた場合、A相とB相のパルス信号をカウンタボードに入力して、位置制御と速度制御に換算したものである。
Next, the
そして、制御系設計支援装置1の最適化計算部40は、制御対象機構部50の挙動がセンサ52によって計測されると、この計測値を予め設定された目的関数と比較して、その差が最小になるようにし、リアルタイムシミュレーション部20の制御系モデルにおける各パラメータを最適化処理によってチューニングして、リアルタイムシミュレーション部20に出力する。最適化計算部40は、駆動機構挙動の計測値と目的関数の差分の合計値(y)の勾配を次式(1)で計算し、この勾配に基づいて、適切な探索方向を決定する。
Then, when the behavior of the control
最適化計算部40は、勾配を計算して最適な探索方向を決定すると、決定された探索方向に沿って、新しい設計変数を設定し、算出した駆動機構挙動の計測値と目的関数の差分が最小になるまで上記計算を繰り返し行う。
When the
次に、本実施例の作用を説明する。本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、まず、オフラインシミュレーション部10が、図2に示した制御系MCU80のデジタル制御部81における制御アルゴリズムを、入力された設計情報に基づいて、例えば、図3に示したようにモデル化し、エンコーダ等のセンサ部94から読み取った位置情報に応じて、モータ速度を速度プロファイル設定ブロック11で決めて、制御系ゲイン設定ブロック12とフィードフォワード量設定ブロック13によってそのときの電流値に換算し、駆動系モデルに出力する。駆動系モデルの解析結果によって、制御系設計の妥当性をオフラインで評価する。
Next, the operation of this embodiment will be described. In the drive control system
次に、オフラインシミュレーション部10でのオフラインシミュレーションで検証された制御系モデルを、リアルタイムマシンに実装して、リアルタイムシミュレーション部20によって、リアルタイムでシミュレーションを行う。このとき、インタフェース部30が、リアルタイムシミュレーション部20と制御対象機構部50との間の指令信号とセンサ信号の授受を行う。
Next, the control system model verified by the offline simulation in the
そして、最適化計算部40が、制御対象機構部50の挙動がセンサ52によって計測された計測値を予め設定された目的関数と比較して、その差を最小にするように、リアルタイム制御系モデルにおける各パラメータを最適化処理によってチューニングして、リアルタイムシミュレーション部20に出力する。最適化計算部40は、駆動機構挙動の計測値と目的関数の差分の合計値(y)の勾配を上記式(1)で計算し、この勾配に基づいて、適切な探索方向を決定する。
Then, the
最適化計算部40は、勾配を計算して最適な探索方向を決定すると、決定された探索方向に沿って、新しい設計変数を設定し、算出した駆動機構挙動の計測値と目的関数の差分が最小になるまで上記計算を繰り返し行う。
When the
このように、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、センサ部94の検出結果に応じて制御プログラムに基づいて読取駆動機構系90を動作させるアクチュエータのモータ91等の駆動源を制御する駆動制御系である制御系MCU80の設計支援を行うに際して、オフラインシミュレーション部10で、制御系MCU80の設計情報に基づいて制御系MCU80をオフライン駆動制御系モデルとしてモデル化して、当該オフライン駆動制御系モデルを用いてオフラインでシミュレートし、リアルタイムシミュレーション部20で、オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、制御対象の読取駆動機構系90をリアルタイムでシミュレートする。そして、駆動制御系設計支援装置1は、最適化計算部40が、リアルタイムシミュレーション部20でシミュレートするオフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する。
Thus, the drive control system
したがって、制御系MCU80の設計・開発の効率化を図ることができ、開発期間の短縮、工数の削減を実現することができる。 Therefore, it is possible to increase the efficiency of design and development of the control system MCU 80, and it is possible to reduce the development period and man-hours.
また、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、オフラインシミュレーション部10が、制御系MCU80の設計情報に基づいて制御系MCU80の制御アルゴリズムをモデル化し、制御系MCU80の動作をオフラインでシミュレートしている。
Further, in the drive control system
したがって、制御系MCU80の設計をオフラインでシミュレーションを行うことができる。 Therefore, the design of the control system MCU 80 can be simulated offline.
さらに、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、リアルタイムシミュレーション部20が、オフライン駆動制御系モデルをリアルタイムマシンに実装して、インタフェース部30を介してデータの授受を行って、制御対象の読取駆動機構系90とリアルタイムでシミュレートする。
Furthermore, in the drive control system
したがって、オフラインで検証されたシミュレーションモデルをリアルタイムでシミュレーションすることができる。 Therefore, a simulation model verified offline can be simulated in real time.
また、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、インタフェース部30が、リアルタイムシミュレーション部20と制御対象の読取駆動機構系90との間でのデータの授受をリアルタイムで行う。
In the drive control system
したがって、リアルタイム制御系モデルと制御対象の読取駆動機構系90との間でデータ送受をリアルタイムで行うことができる。 Therefore, data can be transmitted and received in real time between the real-time control system model and the reading drive mechanism system 90 to be controlled.
さらに、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、インタフェース部30が、リアルタイムシミュレーション部20から制御対象の読取駆動機構系90に、当該読取駆動機構系90のアクチュエータに対するアクチュエータ指令信号を渡す。
Furthermore, in the drive control system
したがって、リアルタイム制御系モデルから読取駆動機構系90へ指令信号をリアルタイムで渡すことができ、リアルタイムで制御系設計を評価することができる。 Therefore, the command signal can be passed from the real-time control system model to the reading drive mechanism system 90 in real time, and the control system design can be evaluated in real time.
また、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、インタフェース部30が、リアルタイムシミュレーション部20から読取駆動機構系90に、読取駆動機構系90のセンサ部94からのセンサ信号に応じたシミュレーション結果に基づいて、アクチュエータ指令信号を決定して、受け渡している。
Further, in the drive control system
したがって、読取駆動機構系90におけるセンサ部94からのセンサ信号に応じて、アクチュエータ指令信号を決定し、受け渡すことができる。
Therefore, the actuator command signal can be determined and transferred according to the sensor signal from the
さらに、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、最適化計算部40が、読取駆動機構系90の挙動をセンサ部94によって収集し、センサ部90の信号と予め設定された目的関数をリアルタイムに比較して、オフライン駆動制御系モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化している。
Further, in the drive control system
したがって、読取駆動機構系90の挙動を計測し、目的関数と比較することで、制御系モデルを最適化することができる。 Therefore, the control system model can be optimized by measuring the behavior of the reading drive mechanism system 90 and comparing it with the objective function.
また、本実施例の駆動制御系設計支援装置1は、最適化計算部40が、目的関数の評価結果に基づいて、リアルタイムに駆動制御系モデルにおける各パラメータの最適値を探索している。
Further, in the drive control system
したがって、制御系モデルにおける各パラメータを最適化することができる。 Therefore, each parameter in the control system model can be optimized.
図5〜図11は、本発明の駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム、駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及び記録媒体の第2実施例を示す図であり、図5は、本発明の駆動制御系設計支援装置、駆動制御系設計支援プログラム、駆動機構設計支援装置、駆動機構設計支援プログラム及び記録媒体の第2実施例を適用した駆動機構設計支援装置100のブロック構成図である。
5 to 11 are diagrams showing a second embodiment of the drive control system design support apparatus, the drive control system design support program, the drive mechanism design support apparatus, the drive mechanism design support program, and the recording medium according to the present invention. 5 is a block diagram of the drive mechanism
図5において、駆動機構設計支援装置100は、入力部110、オフラインシミュレーション部120、リアルタイムシミュレーション部130、インターフェイス部140、制御部150、最適化計算部160及び表示部170等を備えており、図6に示すような画像読取装置200の制御系設計支援を行う。
In FIG. 5, the drive mechanism
このような画像読取装置200は、一般的に、図6に示すように、副走査方向に延在して平行に配設された一対のレール201、202に、第1キャリッジ203と第2キャリッジ204が当該レール201、202に沿って移動可能に搭載されており、第1キャリッジ203は、光源205及びミラー206を搭載している。第2キャリッジ204は、複数個のミラー207を搭載しており、その両端には、プーリ208、209が設けられている。
As shown in FIG. 6, the
レール201とレール202に直交する状態で、回転軸210が配設されており、回転軸210のレール201側には、ギヤ211が設けられている。ギヤ211は、モータ212の駆動軸に連結されたギヤ213との間に張り渡されたタイミングベルト214で連結されており、モータ212の駆動力がギヤ213及びギヤ211を介してタイミングベルト214により回転軸210に伝達される。このモータ212は、一般的に、ステッピングモータが用いられ、ステッピングモータは、回転動作条件を予め設定した速度テーブルに従って回転動作する。
A
レール201、202の両端部には、それぞれアイドラプーリ215、216、217、118が設けられており、レール201、202に沿ってそれぞれその一端が図示しない筐体の壁に固定されているワイヤ219、220が張り渡されている。
At both ends of the
ワイヤ219は、固定された筐体の壁側から第2キャリッジ204のプーリ208、アイドラプーリ215の順に架け回されて、回転軸210に固定されているワイヤプーリ221に数回巻き付けられ、さらに、アイドラプーリ216及び第2キャリッジ204のプーリ208に順次架け回されて、その他端が図示しないスプリングを介して筐体に固定されている。また、ワイヤ219は、アイドラプーリ215と第2キャリッジ204のプーリ208との間の部分が、第1キャリッジ203のレール201側の一端に固定されている。
The
また、ワイヤ220は、同様に、固定された筐体の壁側から第2キャリッジ204のプーリ209、アイドラプーリ217の順に架け回されて、回転軸210に固定されているワイヤプーリ222に数回巻き付けられ、さらに、アイドラープーリ218及び第2キャリッジ204のプーリ209に順次架け回されて、その他端が図示しないスプリングを介して筐体に固定されている。また、ワイヤ220は、アイドラプーリ217と第2キャリッジ204のプーリ209との間の部分が、第1キャリッジ203のレール202側の一端に固定されている。
Similarly, the wire 220 is wound around the
上記第1キャリッジ203と第2キャリッジ204の駆動機構が、原稿の載置される図示しないコンタクトガラスの下部に配設されて、モータ212の駆動力により、ワイヤプーリ221、222が回転し、ワイヤ219、220に引かれて、第1キャリッジ203と第2キャリッジ204が副走査方向に移動する。画像読取装置200は、この第1キャリッジ203に搭載されている光源205から原稿に読取光を照射して、原稿で反射された原稿画像の反射光を第1キャリッジ203のミラー206で第2キャリッジ204のミラー207方向に反射し、第2キャリッジ204のミラー207で、図示しないCCD(Charge Coupled Device )等の読取センサに入射させて主走査することで原稿の画像を読み取る。すなわち、画像読取装置200は、モータ212の回転を制御することにより、第1キャリッジ203と第2キャリッジ204を副走査方向に移動させつつ、主走査して、原稿の画像を読み取る。
A driving mechanism for the
そして、画像読取装置200は、上述のような読取動作において、原稿の画像情報を忠実に再現するためには、キャリッジ103、104を精度よく駆動し、原稿の画像の読み取りを行う必要がある。
In the reading operation as described above, the
この読取機構を動作させるためには、その機構を制御するための制御アルゴリズムを開発して、その制御アルゴリズムを制御対象の機構内に組み込まれているマイクロコンピュータ等で実行させるようにしている。 In order to operate this reading mechanism, a control algorithm for controlling the mechanism is developed, and the control algorithm is executed by a microcomputer or the like incorporated in the mechanism to be controlled.
すなわち、このような構造によって、モータ212の駆動力により、ワイヤプーリ221、222が回転して、ワイヤ219、220に引かれ、第1キャリッジ203、第2キャリッジ204が走査移動して、エンコーダ230が、モータ212の回転軸の回転量を取得して、制御系にフィードバックする。
That is, with such a structure, the wire pulleys 221 and 222 are rotated by the driving force of the
そして、このような画像読取装置200の制御系の設計支援を図5の駆動機構設計支援装置100で行う。
Then, the design support of the control system of the
この駆動機構設計支援装置100は、例えば、コンピュータ等に、CD−ROM等の記録媒体に格納されている駆動機構設計支援プログラムと必要なデータを読み取らせることで、構築される。この駆動機構設計支援プログラムは、図6に示したような駆動機構(例えば、画像読取装置200の駆動機構)の設計情報に基づいて当該駆動機構をモデル化し、オフラインシミュレーションモデルを用いてオフラインでシミュレートするオフラインシミュレーションステップと、オフラインシミュレーションステップの駆動機構モデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレーションするリアルタイムシミュレーションステップと、駆動機構を制御対象とする制御アルゴリズムの実装された制御部150とリアルタイムシミュレーション部130との間でリアルタイムにデータの授受を行うインタフェースステップと、リアルタイムシミュレーションステップでシミュレートする駆動機構モデルの各パラメータをリアルタイムで最適化する最適化計算ステップと、を有している。
The drive mechanism
図5において、オフラインシミュレーション部120は、第1機構設計部121、第2機構設計部122、第3機構設計部123、機構設計インタフェース部124及びシミュレーション部125等を備え、制御部150は、組み込みソフトウェア151aと当該組み込みソフトウェア151aを実行する実際の画像読取装置200の組み込みハードウェア151bを備えている。
In FIG. 5, the
図6に示した画像読取装置200は、その制御系を、図7のように示すことができ、制御系MCU250と読取駆動機構系260等を備えている。制御系MCU250は、位置制御や速度制御等を行うデジタル制御部251と定電流制御等を行う駆動アンプ252等を備えており、読取駆動機構系260は、ブラシ付きDCモータ等のモータ261、タイミングベルトやワイヤ等の伝達機構262、プーリや読取部等の駆動部263及び光学式エンコーダ等のセンサ部264等を備えている。
The
図7において、画像読取装置200は、制御系MCU250がデジタル制御部251からモータ261のトルク指令値を駆動アンプ252を通して、読取駆動機構系260のモータ261に印加電圧を与え、タイミングベルトやワイヤ等の伝達機構262を介して、画像読取部が読取動作を行う。一方、モータ軸に装着されているエンコーダ等のセンサ部264の検出した位置と速度の情報を制御系MCU250に提供して、制御系MCU250のデジタル制御部部251が位置と速度のデジタル制御を行う。
In FIG. 7, in the
そして、図5のオフラインシミュレーション部120は、図7に示した画像読取装置200の読取駆動機構系260を、入力部110から入力された設計情報に基づいて、例えば、図8に示すようにモデル化して、読取駆動機構系260のモデル(読取駆動機構モデル)260Mを作成する。
Then, the
すなわち、まず、第1機構設計部121が、設計時に選択されたアクチュエータをモデル化する。例えば、図8に示すように、モータ261としてDCモータを用いた場合、モータ端子印加電圧Eaを入力として、インダクタンスLa、抵抗R、逆起電係数Ebを用いて、モータ261の数式モデルを、次式(2)に示すように設定する。
That is, first, the first
次に、第2機構設計部122が、伝達機構262、駆動部263及び画像読取装置200の読取部の読取駆動機構モデル260Mを構成する。すなわち、第2機構設計部122は、まず、伝達機構262のベルト262aについて、図8に示すように、ばねとダンパによってモデル化し、その運動方程式を次式(3)に示すように設定する。なお、ベルトの剛性は、線形変化とし、粘性は、各剛性に比例して、変化するように設定する。
Next, the second
式(3)の各ベルトテンションF10、F20は、次式(4)で求められる。 The belt tensions F10 and F20 in Expression (3) are obtained by the following Expression (4).
また、ベルト特性値は、次式(5)で求められる。 Further, the belt characteristic value is obtained by the following equation (5).
また、第2機構設計部122は、伝達機構262の駆動伝達系のワイヤ262bについて、ばねとダンパによってモデル化し、その運動方程式を次式(6)に示すように設定する。なお、ワイヤ剛性は、プーリ間ワイヤ長さに伴って線形変化するように設定し、ワイヤ粘性は、各剛性に比例して変化するように設定する。
The second
ここで、式5の各ワイヤテンションF108、F208、F208、F308、F408、F708、F808、F908、F1008は、次式(7)で求められる。 Here, each wire tension F108, F208, F208, F308, F408, F708, F808, F908, and F1008 in Expression 5 is obtained by the following Expression (7).
また、式5のワイヤばね係数k200、k300、k400、k700、k800、k900、k1000は、次式(8)で求められる。 Further, the wire spring coefficients k200, k300, k400, k700, k800, k900, and k1000 in Expression 5 are obtained by the following Expression (8).
次に、第3機構設計部123は、モータ261のモータ軸の回転速度をセンサ部264であるエンコーダのセンサ信号に変換する。例えば、第3機構設計部123は、センサ部264が光学インクリメンタルエンコーダである場合、A相信号を、次式(9)に示すような速度で、パルス信号として出力し、B信号を、A相信号と90度の位相差を設けて出力する。
Next, the third
pps=ω×Enc・・・(9)
ただし、ωは、モータ回転速度(r/sec)、Encは、エンコーダの分解能(pulse/r)である。
pps = ω × Enc (9)
Where ω is the motor rotation speed (r / sec), and Enc is the encoder resolution (pulse / r).
そして、機構設計インタフェース部124は、上記第1機構設計部121、第2機構設計部122及び第3機構設計部123の解析を連続的に行うためのものであり、例えば、第1機構設計部121から算出されたモータ軸回転速度を第2機構設計部122と第3機構設計部123に入力して、それぞれ第1キャリッジ速度及びエンコーダ信号を算出する。
The mechanism design interface unit 124 is for continuously analyzing the first
そして、オフラインシミュレーション125は、各機構設計部121〜124で作成されたモデルを用いて、オフラインシミュレーションを行う。 And the offline simulation 125 performs an offline simulation using the model created in each mechanism design part 121-124.
次に、リアルタイムシミュレーション部130について説明する。リアルタイムシミュレーション部130は、上記オフラインシミュレーションで用意したモデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレーションを実行する。このリアルタイムマシンは、例えば、近年、デジタル処理に使用されるDSPボードやリアルタイムOSで動作するパーソナルコンピュータ等を用いることができる。
Next, the real-
次に、制御部150は、組み込みソフトウェア(制御プログラム)151aとハードウェア151bから構成された図7の制御系MCU250であり、実際の画像読取装置200を制御するものである。組み込みソフトウェア151aは、画像読取装置200の実機を制御するアルゴリズムに相当するものであり、組み込みハードウェア151bは、組み込みソフトウェア151aを実装したものである。
Next, the
次に、インタフェース部140は、制御部150から読取駆動機構モデル260Mにおけるリアルタイムシミュレーション部130のアクチュエータに与えた指令信号と、指令信号に応じてリアルタイムでのシミュレーションから、読取駆動機構モデル260Mにおけるリアルタイムシミュレーション部130のセンサから制御部150へフィードバックする信号のインタフェース処理を行う。インタフェース部140は、指令信号、例えば、制御部150から出力されたモータ端子電圧信号を、A/D変換して、その値を読取駆動機構モデル260Mのリアルシミュレーション部130に入力する。このA/D変換を行った後のモータ端子電圧信号は、例えば、図9に示すような信号である。また、インタフェース部140は、センサ信号、例えば、上記センサ部264としてエンコーダを用いた場合のA相とB相のパルス信号を制御部150のカウンタに入力して、位置と速度制御に供する。なお、画像読取装置200の立ち上げから0.02secまでのA、B相パルス信号は、図10の(a)、(b)に示すような信号である。
Next, the
そして、最適化計算部160は、駆動機構の挙動、例えば、第1キャリッジ読取速度等をリアルタイムで計算し、この値を予め設定された目標関数と比較して、計算値と目標関数との差が最小になるように、リアルタイム駆動機構モデル260Mにおける各パラメータを最適化処理によって自動チューニングする。この最適化計算では、駆動機構挙動の計測値と目標関数の差分の合計値(y)の勾配を第1実施例の式(1)を用いて計算し、適切な探索方向を決定する。
Then, the
最適化計算部160は、上記探索方向を決定すると、当該決定した探索方向に沿って新しい設計変数を設定し、当該算出した駆動機構挙動の値と目的関数の差分が最小になるまで、上記計算を繰り返し行う。
When the
表示部170は、アクチュエータに対するアクチュエータ指令信号、読取機構モデルのリアルタイムシミュレーション部130からのセンサ信号の時間変化及びリアルタイムでリアルタイムシミュレーション部130の解析により得られた解析結果、例えば、図9に示した指令信号、図10に示したセンサ信号及び図11に示す第1キャリッジの読取速度の解析結果等をリアルタイムで表示し、設計者は、これらの表示結果から制御系の制御状態を判断して、設計支援に利用する。
The
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、画像読取装置200の読取機構設計パラメータをリアルタイムで自動的に最適化処理を行い、システム開発の効率化を図って、開発期間の短縮、工数の削減を図る。
Next, the operation of the present embodiment will be described. The drive mechanism
この駆動機構設計支援装置100は、コンピュータ等に、CD−ROM等の記録媒体に格納されている駆動機構設計支援プログラムと必要なデータを読み取らせて導入することで、構築されている。
This drive mechanism
そして、駆動機構設計支援装置100は、上記駆動機構設計支援プログラムがコンピュータ等に導入された状態で、入力部110から設計情報が入力されると、当該設計情報に基づいて、オフラインシミュレーション部120の第1機構設計部121が、例えば、図7に示した画像読取装置200の読取駆動機構系260のアクチュエータを、図8に示したようにモデル化し、式(2)に示したようにモータの数式モデルを設定する。
When the drive mechanism
次に、第2機構設計部122が、伝達機構262、駆動部263及び画像読取装置200の読取駆動機構系260の読取駆動機構モデル260Mを作成する。すなわち、第2機構設計部122は、まず、伝達機構262のベルト262aについて、図8に示したように、ばねとダンパによってモデル化して、その運動方程式を式(3)に示したように設定し、伝達機構262の駆動伝達系のワイヤ262bについて、ばねとダンパによってモデル化して、その運動方程式を式(6)に示したように設定する。
Next, the second
次に、第3機構設計部123が、モータ261のモータ軸の回転速度をセンサ部264であるエンコーダのセンサ信号に変換する。例えば、第3機構設計部123は、センサ部264が光学インクリメンタルエンコーダである場合、A相信号を、式(9)に示したような速度で、パルス信号として出力し、B信号を、A相信号と90度の位相差を設けて出力する。
Next, the third
そして、オフラインシミュレーション部120は、上記第1機構設計部121、第2機構設計部122及び第3機構設計部123の解析を連続的に行うように、機構設計インタフェース部124が処理し、例えば、第1機構設計部121から算出されたモータ軸回転速度を第2機構設計部122と第3機構設計部123に入力して、それぞれ第1キャリッジ速度及びエンコーダ信号を算出する。
The off-
そして、駆動機構設計支援装置100は、リアルタイムシミュレーション部130で、オフラインシミュレーション部120が構築した読取駆動機構モデル260Mを使用して、シミュレーションを行う。すなわち、リアルタイムシミュレーション部130は、上記オフラインシミュレーションで用意したモデルをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレーションを実行する。
Then, the drive mechanism
そして、駆動機構設計支援装置100は、制御部150に搭載されている実機の画像読取装置200を制御するための組み込みソフトウェア151aに基づいて、インタフェース部140を介して、読取駆動機構モデル260Mにおけるリアルタイムシミュレーション部130のアクチュエータに指令信号を与え、当該指令信号に応じてリアルタイムシミュレーション部130で実行されるリアルタイムでのシミュレーションから、読取駆動機構モデル260Mにおけるセンサからフィードバックする信号を制御部150に返し、組み込みソフトウェア151aの制御シミュレーションを行う。
Then, the drive mechanism
例えば、駆動機構設計支援装置100は、制御部150から組み込みソフトウェア151aにより、インタフェース部140を介して、例えば、制御部150から出力されたモータ端子電圧信号を指令信号として、リアルタイムシミュレーション部130に入力し、リアルタイムシミュレーション部130でのシミュレーション結果としてのセンサ信号、例えば、センサ部264としてエンコーダを用いた場合のA相とB相のパルス信号を制御部150に戻して、組み込みソフトウェア151aの検証を行う。
For example, the drive mechanism
そして、駆動機構設計支援装置100は、最適化計算部160で、駆動機構の挙動、例えば、第1キャリッジ読取速度等をリアルタイムで計算し、この値を予め設定された目標関数と比較して、計算値と目標関数との差が最小になるように、リアルタイム駆動機構モデル260Mにおける各パラメータを最適化処理によって自動チューニングする。この最適化計算では、駆動機構挙動の計測値と目標関数の差分の合計値(y)の勾配を第1実施例の式(1)を用いて計算し、適切な探索方向を決定する。最適化計算部160は、上記探索方向を決定すると、当該決定した探索方向に沿って新しい設計変数を設定し、当該算出した駆動機構挙動の値と目的関数の差分が最小になるまで、上記計算を繰り返し行う。
Then, the drive mechanism
駆動機構設計支援装置100は、上記アクチュエータに対するアクチュエータ指令信号、読取機構モデルのリアルタイムシミュレーション部130からのセンサ信号の時間変化及びリアルタイムでリアルタイムシミュレーション部130の解析により得られた解析結果、例えば、図9に示した指令信号、図10に示したセンサ信号及び図11に示す第1キャリッジの読取速度の解析結果等をリアルタイムで表示部170に表示する。
The drive mechanism
そして、設計者は、これらの表示結果から制御系の制御状態を判断して、設計支援に利用する。 And a designer judges the control state of a control system from these display results, and utilizes it for design support.
このように、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、アクチュエータである伝達機構262のモータ261等の駆動源の設計支援を行うに際して、オフラインシミュレーション部120で、駆動機構の設計情報に基づいて読取駆動機構系260を読取駆動機構モデル260Mとしてモデル化して、当該読取駆動機構モデル260Mを用いてオフラインでシミュレートし、リアルタイムシミュレーション部130で、当該読取駆動機構モデル260Mをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムでシミュレートし、読取駆動機構系260を制御する制御プログラムとして組み込みソフトウェア151aを格納する制御部150とリアルタイムシミュレーション部130との間のデータの授受をインタフェース部140で行って、最適化計算部160で、リアルタイムシミュレーション部130でシミュレートする読取駆動機構モデル260Mの各パラメータをリアルタイムで最適化している。
As described above, when the drive mechanism
したがって、読取駆動機構モデル260Mの各パラメータをリアルタイムで自動的に最適化処理して、システム開発を効率的に行うことができ、開発期間の短縮、工数の削減を実現することができる。
Therefore, each parameter of the reading
また、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、オフラインシミュレーション部120を、読取駆動機構系260の設計を行う際に、選択されたアクチュエータをモデル化する第1機構設計部121と、アクチュエータの駆動力によって動作を行う読取駆動機構系260をモデル化する第2機構設計部122と、読取駆動機構系260の設計を行う際に、選択されたセンサをモデル化する第3機構設計部123と、各機構設計部121〜123の間のデータ授受を行う機構設計インタフェース部124と、を備え、各モデルによって読取駆動機構系260の動作をオフラインでシミュレートしている。
In addition, the drive mechanism
したがって、読取駆動機構系260の設計情報に基づいて、読取駆動機構系260のモデルを作成して、オフラインでシミュレーションすることができる。 Therefore, based on the design information of the reading drive mechanism system 260, a model of the reading drive mechanism system 260 can be created and simulated offline.
さらに、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、リアルタイムシミュレーション部130を、読取駆動機構モデル260Mをリアルタイムマシンに実装して、リアルタイムで読取駆動機構260の動作をシミュレートしている。
Furthermore, the drive mechanism
したがって、リアルタイムでシミュレーションすることができ、システムの開発のより一層の効率化を図って、開発期間をより一層短縮することができるとともに、工数を削減することができる。 Therefore, the simulation can be performed in real time, the development efficiency of the system can be further improved, the development period can be further shortened, and the man-hours can be reduced.
また、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、制御部150を、制御アルゴリズムに基づいて読取駆動機構系260に所定の動作を実行させる組み込みソフトウェア151aと、当該組み込みソフトウェア151aの実装されている実際の制御部150と、を有するものとしている。
In addition, the drive mechanism
したがって、組み込みソフトウェア151aと実装した制御部150を用いたシステムを検証することができ、システムの開発のより一層の効率化を図って、開発期間をより一層短縮することができるとともに、工数を削減することができる。
Therefore, it is possible to verify a system using the embedded
さらに、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、インタフェース部140を、リアルタイムシミュレーション部130と制御部150との間でのデータの授受をリアルタイムで行うものとしている。
Furthermore, in the drive mechanism
したがって、システムの開発をより速やかに行うことができ、制御系の開発期間をより一層短縮ことができる。 Therefore, the system can be developed more quickly, and the development period of the control system can be further shortened.
また、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、インタフェース部140が、制御部150からリアルタイムシミュレーション部130に、読取駆動機構モデル260Mにおけるアクチュエータに対するアクチュエータ指令信号を受け渡している。
In the drive mechanism
したがって、制御部150から制御指令を読取駆動機構モデル260Mに入力して、リアルタイムでシミュレーションを行うことができ、システムの開発期間をより一層短縮ことができる。
Therefore, it is possible to perform a simulation in real time by inputting a control command from the
さらに、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、インタフェース部140が、アクチュエータ指令信号に応じたリアルタイムシミュレーション部130でのシミュレーション結果として得られ読取駆動機構モデル260Mにおけるセンサからのセンサ信号を制御部150へ受け渡している。
Furthermore, in the drive mechanism
したがって、読取駆動機構モデル260Mからの計算結果を制御部150に入力して、リアルタイムでシミュレーションを行うことができ、システムの開発期間をより一層短縮ことができる。
Therefore, the calculation result from the reading
また、本実施の形態の駆動機構設計支援装置100は、最適化計算部160が、読取駆動機構モデル260Mのリアルタイム解析結果に基づいて、当該解析結果の値と予め設定された目的関数をリアルタイムに比較している。
Further, in the drive mechanism
したがって、読取駆動機構モデル260Mを最適化することができる。
Therefore, the reading
さらに、本実施例の駆動機構設計支援装置100は、最適化計算部160が、目的関数の評価結果に基づいて、リアルタイムに読取駆動機構モデル260Mにおける各パラメータの最適値を探索している。
Furthermore, in the drive mechanism
したがって、読取駆動機構モデル260Mにおける各パラメータを最適化することができる。
Therefore, each parameter in the reading
スキャナ、複写装置等の画像読取装置等の駆動機構の開発の支援に適用することができる。 The present invention can be applied to support for developing a driving mechanism for an image reading apparatus such as a scanner or a copying apparatus.
1 駆動制御系設計支援装置
10 オフラインシミュレーション部
11 速度プロファイル設定ブロック
12 制御系ゲイン設定ブロック
13 フィードフォワード量設定ブロック
20 リアルタイムシミュレーション部
30 インタフェース部
40 最適化計算部
50 制御対象機構部
51 アクチュエータ
52 センサ
70 画像読取装置
80 制御系MCU
81 デジタル制御部
82 駆動アンプ
90 読取駆動機構系
91 モータ
92 伝達機構
93 駆動部
94 センサ部
100 駆動機構設計支援装置
110 入力部
120 オフラインシミュレーション部
121 第1機構設計部
122 第2機構設計部
123 第3機構設計部
124 機構設計インタフェース部
125 シミュレーション部
130 リアルタイムシミュレーション部
140 インターフェイス部
150 制御部
151a 組み込みソフトウェア
151b 組み込みハードウェア
160 最適化計算部
170 表示部
200 画像読取装置
201、202 レール
203 第1キャリッジ
204 第2キャリッジ
205 光源
206 ミラー
207 ミラー
208、209 プーリ
210 回転軸
211 ギヤ
212 モータ
213 ギヤ
214 タイミングベルト
215、216、217、118 アイドラプーリ
219、220 ワイヤ
230 エンコーダ
250 制御系MCU 251 デジタル制御部
252 駆動アンプ
260 読取駆動機構系
261 モータ
262 伝達機構
262a ベルト
262b ワイヤ
263 駆動部
264 センサ部
DESCRIPTION OF
81
Claims (21)
A recording medium for recording a drive mechanism design support program for supporting design of a drive mechanism for operating a drive source such as an actuator motor based on a control program according to a detection result of the sensor, wherein the drive mechanism design support program is An offline simulation step of modeling the drive mechanism as an offline drive system model based on the design information of the drive mechanism, and performing offline simulation using the offline drive system model, and an offline drive system model of the offline simulation step Between a real-time simulation step that is mounted on a real-time machine and performs simulation in real time, and between the control means on which a control algorithm for controlling the drive mechanism is mounted and the real-time simulation step Recording medium, comprising: the interface steps for exchanging data in real time, and a optimization calculation step of optimizing in real time the parameters of the off-line drive system model to simulate the real-time simulation step.
Priority Applications (1)
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- 2005-02-25 JP JP2005050262A patent/JP2006236035A/en active Pending
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