JP2007034781A - 位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】推定誤差や計算誤差を含まない精度の高い最適制御パラメータを決定することができる位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法を提供すること。
【解決手段】制御対象（３）を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータを調整する方法であって、制御パラメータを所定の刻み幅で変化させ、その変化の度に位置決め制御装置の応答性を表す評価値を算出するステップと、各評価値に基づいて最適制御パラメータを決定するステップと、最適制御パラメータを位置決め制御装置に設定するステップと、含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、制御対象を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータを調整する方法に関するものである。

一般的な位置決め制御装置の制御パラメータである位置ループゲインや速度ループゲインは、該位置決め制御装置の応答性を示す指標、つまり、位置指令の入力終了時から被位置決め物が目標位置に到達するまでの時間(以下、整定時間という)や被位置決め物の目標位置からの行過ぎ量（オーバーシュート）などの指標が所定の許容範囲内に収まるように決定する必要がある。

そこで、従来の位置決め制御装置では、負荷の大きさを推定し、最適な制御パラメータをその負荷の関数として決定するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２６１８４４号公報

しかし、このようなパラメータ決定方法には、次のような問題がある。（ａ）駆動モータのトルクを該モータに流れる電流に基づいて検出し、この駆動モータのトルクから算出される負荷に基づいて上記制御パラメータを決定するので、モータに流れる電流に基づいて検出されるトルクに誤差が含まれている場合、このトルクに基づいて算出される負荷にも誤差が含まれることになる。この誤差を含む負荷に基づいて決定される制御パラメータでは、整定時間等の応答性を表す指標が所定の範囲内に収まらないおそれがある。
（ｂ）たとえ、負荷が正確に算出されたとしても、この負荷に基づいて制御パラメータを決定するテーブルの内容や計算式に誤差が含まれていれば、それらから決定される制御パラメータも最適なものとはいえなくなる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、推定誤差や計算誤差を含まない精度の高い最適制御パラメータを決定することができる位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法を提供することにある。

本発明は、制御対象を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータを調整する方法であって、前記制御パラメータを所定の刻み幅で変化させ、その変化の度に前記位置決め制御装置の応答性を表す評価値をそれぞれ算出するステップと、前記各評価値に基づいて、最適制御パラメータを決定するステップと、前記最適制御パラメータを前記位置決め制御装置に設定するステップと、を含むことによって前記目的を達成している。

前記制御パラメータは、例えば、位置制御ループゲインと速度制御ループゲインである。
前記評価値は、例えば、整定時間、行き過ぎ量および位置偏差の残留振動の少なくとも一つを評価指数とする評価関数の値であり、この評価関数は、前記制御パラメータの最適度が高いほどその値が小さくなる関数とすることができる。

本発明は、制御対象を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータを調整する方法であって、前記制御パラメータを第１の刻み幅で変化させ、その変化の度に前記位置決め制御装置の応答性を表す第１の評価値をそれぞれ算出するステップと、前記各第１の評価値に基づいて、第１の最適制御パラメータを決定するステップと、前記第１の最適制御パラメータを初期値とする制御パラメータを、前記第１の刻み幅よりも小さい第２の刻み幅で変化させ、その変化の度に前記位置決め制御装置の応答性を表す第２の評価値をそれぞれ算出するステップと、
前記各第２の評価値に基づいて、第２の最適制御パラメータを決定するステップと、前記第２の最適制御パラメータを前記位置決め制御装置に設定するステップと、を含むことによって前記目的を達成している。

前記制御パラメータは、例えば、位置制御ループゲインと速度制御ループゲインである。
前記第１と第２の評価値は、例えば、整定時間、行き過ぎ量および位置偏差の残留振動の少なくとも一つを評価指数とする評価関数の値であり、この評価関数は、前記制御パラメータの最適度が高いほどその値が小さくなる関数とすることができる。

前記第１の最適制御パラメータを決定するステップは、前記評価関数の値が極小になる前記制御パラメータを前記第１の最適制御パラメータとして全て検出するステップを含むことができる。この場合、前記第２の評価値を算出するステップは、前記評価関数の値が極小になる全ての第１の最適制御パラメータを前記初期値として用い、前記第２の最適制御パラメータを決定するステップは、前記全ての第１の最適制御パラメータを前記初期値として用いた場合に得られる全ての前記第２の評価値に基づいて前記第２の最適制御パラメータを決定することができる。

前記第２の刻み幅による前記制御パラメータの変化は、例えば、山登り法に従った変化とすることができる。

前記山登り法に従って前記制御パラメータが変化される場合には、指令再現手段を使用して、前記制御パラメータが変化される度にこの指令再現手段から前記位置決め制御装置に所定の位置指令を与えるようにしても良い。

本発明は、負荷特性と位置指令が固定された状態で実施される。本発明では、制御パラメータを所定の刻み幅で変化させ、その変化の度に算出される位置決め制御装置の応答性を表す評価値に基づいて、最適制御パラメータを決定するので、つまり、位置決め制御装置を実際に作動させながら最適制御パラメータを試行錯誤的に決定するので、推定誤差や計算誤差を含まない最適制御パラメータの決定が可能である。
また、本発明によれば、粗い刻み幅で変化される制御パラメータに基づいた位置決め制御装置の各応答性評価値から第１の制御パラメータを決定し、この第１の制御パラメータを初期値とする制御パラメータを、上記刻み幅よりも小さい刻み幅で変化させた場合の位置決め制御装置の各応答性評価値から最適制御パラメータを決定するので、つまり、上記粗いパラメータ刻み幅を用いた大局的な探索処理によって大まかな最適制御パラメータを決定した後、この大まかな最適制御パラメータと上記粗い刻み幅よりも小さいパラメータ刻み幅を用いた局所的な探索処理によって誤差の少ない最適制御パラメータを決定するので、結果的に最適制御パラメータの探索回数を低減して、その探索時間の短縮を図ることが可能になる。

第１の実施形態
図１は、本発明に係る制御パラメータ調整方法の第１の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。
この位置決め制御装置は、位置指令発生部１、この位置指令発生部１から位置指令信号が入力されるサーボアンプ部２、該サーボアンプ部２の出力によって制御されるサーボモータ３、該サーボモータ３によって駆動される負荷４、サーボモータ３の速度を検出してサーボアンプ部２にフィードバックする速度検出器５、サーボモータ３の位置を検出してサーボアンプ部２にフィードバックする位置検出器６を備え、さらに、記録部７、評価部８および探索部９を有する制御パラメータ決定部１０−１を備えている。

図２は、上記サーボアンプ部２からサーボモータ３に至る位置制御ループのブロック線図を例示したものである。
この位置決め制御装置において、サーボアンプ部２は、位置指令発生部１から与えられる位置指令（目標位置）と位置検出器６で検出されるサーボモータ３の実位置との偏差を演算するとともに、この偏差に対応する指令速度と速度検出器５で検出される実速度との偏差を演算し、これらの偏差が無くなるようにサーボモータ３を駆動する。

図３は、サーボアンプ部２に設定する最適制御パラメータの決定手順を例示したフローチャートである。以下、この手順について説明する。
ステップ１０１
「探索範囲決定、刻み幅決定」
制御パラメータ決定部１０−１の探索部９において、制御パラメータを変化させる範囲（最適なパラメータを探索する範囲）と、探索時のパラメータの刻み幅とを決定する。
上記パラメータの刻み幅は、探索の繰り返し毎におけるパラメータの変化幅である。このパラメータの刻み幅を同じとするなら、探索範囲を小さくすることによって探索の繰り返し回数を削減できる。また、刻み幅を小さくすればより細かく探索ができることになるので、探索の精度が向上する。

上記探索範囲と、パラメータの刻み幅と、探索の繰り返し回数との関係をより具体例に説明する。図２のブロック線図に示すように、この実施形態に用いられる位置決め制御装置の制御パラメータは、位置ループゲインＫ_Pと速度ループゲインＫ_Vである。
そこで、上記位置ループゲインＫ_Pの探索範囲および刻み幅をそれぞれｋ_P1〜ｋ_P7およびΔｋ_P＝（ｋ_P7−ｋ_P1）／６とし、上記速度ループゲインＫ_Vの探索範囲および刻み幅をそれぞれｋ_V1〜ｋ_V7およびΔｋ_V＝（ｋ_V7−ｋ_V1）／６とすると、探索の繰り返し回数は図４に示す破線の交差点の数、つまり、７×７＝４９回となる。なお、図４は、横軸にＫ_Pをとり、縦軸にＫ_Vをとった２次元座標にｋ_P1〜ｋ_P7およびｋ_V1〜ｋ_V7をそれぞれ破線で表したものである。

最適な制御パラメータＫ_PおよびＫ_Vを決定するための上記各探索範囲は、位置指令と負荷特性に依存する。そこで、これらの制御パラメータＫ_PおよびＫ_Vについての各探索範囲は、実際に使用する位置指令と予め知られる負荷特性とを勘案して適宜設定される。

ステップ１０３
「サーボアンプ部のパラメータ変更」
探索部９がサーボアンプ部２の制御パラメータＫ_PおよびＫ_Vを変更する。すなわち、上記４９回の探索を行う場合には、図４に示す４９の座標（ｋ_Pi，ｋ_Vj）（ｉ＝１…７，ｊ＝１…７）で規定される４９種の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vの組み合わせがある。そこで、現在サーボアンプ部２に設定されている制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vの組み合わせが別の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vの組み合わせに変更される。ただし、探索の開始時には、所定の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vとして、例えば、座標（ｋ_P1，ｋ_V1）で規定される制御パラメータｋ_P1，ｋ_V1が初期設定される。

ステップ１０５
「位置指令発生」
位置指令発生部１が、上記実際に使用する位置指令信号、つまり、サーボモータ３を所定の目標位置まで移動させるための位置指令信号を発生する。

ステップ１０７
「モータ駆動」
上記位置指令信号によってサーボモータ３を駆動する。

ステップ１０９
「パラメータ、位置指令および検出位置の記録」
サーボモータ３が駆動されると、速度検出器５および位置検出器６でそれぞれ検出される該サーボモータ３の実速度および実位置（以下検出位置という）がサーボアンプ部２へ帰還される。そこで、記録部７は、このときの制御パラメータ、位置指令および検出位置をサーボアンプ部２から取得し、それらを記録する。
このとき、評価部８は、上記位置指令および検出位置に基づいて、該位置指令の出力終了時からサーボモータ３が目標位置に到達するまでの時間（整定時間）、位置指令の出力終了後におけるサーボモータ３の行き過ぎ量（オーバーシュート）、そして位置指令によって与えられる目標位置と検出位置との偏差の残留振動をそれぞれ計算し、その計算結果を記録部７に記録する。

ステップ１１１
「全パラメータの探索終了？」
例えば、図４の座標（ｋ_Pi，ｋ_Vj）により規定される４９種の制御パラメータの組み合わせによる探索を行う場合においては、それらの探索が全て終了したか否かを探索部９が判断する。
そして、全パラメータの探索が終了していない場合には、探索部９がサーボアンプ部２の制御パラメータ（Ｋ_P，Ｋ_V）を別の組み合わせ、例えば座標（ｋ_P2，ｋ_V2）で規定される制御パラメータｋ_P2，ｋ_V2に変更する。このパラメータの変更処理は、ステップ１１１において全制御パラメータの探索終了が判断されるまで繰り返される。

ステップ１１３
「評価」
評価部８は、ステップ１１１において全パラメータの探索終了が判断された後、記録部７の記録内容を参照して下式（１）に示す評価関数を計算する。

ここで、Ｔ_se：制御パラメータＫ_P（ｋ_P1〜ｋ_P7）およびＫ_V（ｋ_V1〜ｋ_V7）
に基づく整定時間
Ｏ_vs：サーボモータ３の行き過ぎ量
Ｖ_ib：位置偏差の残留振動
Ｗ_tse：Ｔ_seに対する重み係数
Ｗ_ovs：Ｏ_vsに対する重み係数
Ｗ_vib：Ｖ_ibに対する重み係数

そして、評価部８は、上記評価関数Ｆ_evaの値(評価値)が最も小さくなる制御パラメータを最適なパラメータＫ_P，Ｋ_Vとして決定する。
上記評価関数Ｆ_evaにおいて、例えば、位置偏差の残留振動Ｖ_ibに対する重み係数Ｗ_vibを０とすれば、パラメータＫ_P，Ｋ_Vの評価が整定時間Ｔ_seと行き過ぎ量Ｏ_vsに基づいてなされることになる。この実施形態では、パラメータＫ_P，Ｋ_Vを、整定時間Ｔ_se、行き過ぎ量Ｏ_vsおよび位置偏差の残留振動Ｖ_ibのうちの少なくとも一つの評価指標に基づいて評価しているが、位置決め制御装置の構成によっては、これらの評価指標とは別の評価指標を評価関数Ｆ_evaの評価指標として用いるように、あるいは加えるようにしても良い。
なお、図１に示した位置指令発生部１、制御パラメータ決定部１０−１の記録部７、評価部８および探索部９は、図示していない上位コンピュータからの指示に基づいて上述した所定の処理を実行することができる。

この実施形態１における制御パラメータの決定手順は以上のとおりである。この実施形態１によれば、実際に負荷を繰り返し駆動しながら最適な制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vを探索するので、推定式を用いて決定される制御パラメータよりも実用に即したより正確な制御パラメータを決定することができる。
図１の位置決め制御装置は、上記のようにして決定される最適制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vが位置ループゲインＫ_Pおよび速度ループゲインＫ_Vとして最終的に設定されるので、整定時間や行き過ぎ量（オーバーシュート）が抑制された良好な応答性を示すことになる。

第２の実施形態
図５は、本発明に係る制御パラメータ調整方法の第２の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。なお、この図５においては、図１に示す要素に対応する要素に同一の参照番号を付してある。
この位置決め制御装置は、制御パラメータ決定部１０−２の構成においてのみ図１の位置決め制御装置と相違している。すなわち、制御パラメータ決定部１０−２は、図１の制御パラメータ決定部１０−１における探索部９に代わる大局的探索部１１および局所的探索部１２を備えている。

この実施形態では、サーボアンプ部２からサーボモータ３に至る位置制御ループが図２に示すブロック線図で表される場合、図６に例示する手順を実行して、制御パラメータである位置ループゲインＫ_Pおよび速度ゲインＫ_Vを最適化する。以下、図６に示す手順について説明する。

ステップ２０１〜２１３
「大局的探索」
この大局的探索では、記録部７、評価部８および大局的探索部１１を用いて、図３に示したステップ１０１〜１１３と同様の探索手順を実行する。これにより、ステップ２０１において決定された探索範囲および大局的探索用の刻み幅に基づく最適な制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vが決定される。なお、この大局的探索においても、例えば図４の座標（ｋ_Pi，ｋ_Vj）によって規定される４９の制御パラメータｋ_Pi，ｋ_Vjの中から最適な制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vが決定されることになる。

ステップ２１５
「刻み幅決定」
局所的探索部１２において、局所的探索用の制御パラメータの刻み幅Δｋ_P，Δｋ_Vを決定する。この局所的探索用の刻み幅Δｋ_P，Δｋ_Vは、ステップ２０１において指定される大局的探索用の刻み幅Δｋ_P，Δｋ_Vの例えば１／１０程度に設定される。

ステップ２１７
「山登り法に基づきサーボアンプ部のパラメータ変更」
局所的探索部１２は、変更すべき複数の局所的探索用の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vを後述の山登り法に基づいて決定し、この制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vをサーボアンプ部２に設定する。

ステップ２１９
「位置指令発生」
位置指令発生部１は、上記複数の局所的探索用の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vがそれぞれサーボアンプ部２に設定される度に、実際に使用する位置指令信号、つまり、サーボモータ３を実際に所定の目標位置まで移動させるための位置指令信号を発生する。

ステップ２２１
「モータ駆動」
上記位置指令信号によってサーボモータ３を駆動する。

ステップ２２３
「パラメータ、位置指令および検出位置の記録」
記録部７は、位置指令と上記複数の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vに基づくサーボモータ３の各実位置（検出位置）をサーボアンプ部２から取得し、それらを記録する。
このとき、評価部８は、上記複数の局所的探索用の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vに基づくサーボモータ３の各整定時間、行き過ぎ量（オーバーシュート）、および位置偏差の残留振動をそれぞれ計算し、その計算結果を記録部７に記録する。

ステップ２２５
「評価」
評価部８は、記録部７の記録内容（整定時間、行き過ぎ量、および位置偏差の残留振動）と、前記式（１）とに基づいて、上記複数の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vを設定した場合の各評価関数の値を計算する。

ステップ２２７
「最小値に収束？」
評価部８は、上記各評価関数の値を比較し、それらの値の中に最小の値が見出された場合には、その最小値の評価関数値をもたらす制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vを最適制御パラメータとして決定する。この最適制御パラメータは、局所的探索部１２からサーボアンプ部２に送られ、その結果、このサーボアンプ部２には最適な位置ループゲインＫ_Pおよび速度ゲインＫ_Vが設定されることになる。
一方、最小値の評価関数が見出されなかった場合には、手順がステップ２１７に戻されてサーボアンプ部２のパラメータが変更される。

次に、上記山登り法による制御パラメータの変更手法と、この手法を用いた局所的探索について具体的に説明する。
例えば、前記ステップ２１３において大局的に決定された制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vが図７（ａ）に示す白丸の座標（ｋ_v4，ｋ_P4）の制御パラメータであるとする。この場合、前記ステップ２１７では、当初、上記座標（ｋ_v4，ｋ_P4）と、その座標（ｋ_v4，ｋ_P4）からｘ軸、ｙ軸方向へ±１刻み幅ずつ座標をずらした４つの黒丸の座標とを指定して、それらの座標に対応する合計５種の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vをサーボアンプ２に順次与える。なお、図７の座標系における各点線の配列間隔は、ステップ２１５で決定される局所的探索用の刻み幅に対応している。

これにより、前記ステップ２２５では、上記５種の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vに基づく各評価関数の値が計算されることになる。そこで、評価部８は、図８に示すように、上記各評価関数の値を比較し（ステップ３０１）、中心座標（ｋ_v4，ｋ_P4）に基づく評価関数の値が他の４つの座標に基づく評価関数の値よりも小さいか否かを判断する（ステップ３０３）。
そして、その判断結果がＹＥＳの場合には、図７（ｂ）に示すように、上記中心座標（ｋ_v4，ｋ_P4）と、その中心座標（ｋ_v4，ｋ_P4）から対角方向に最短距離ずらした４つの黒丸の座標とを指定し、図６のステップ２２７からステップ２１７に至るループを介して、それらの座標に対応する合計５種の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vをサーボアンプ２に順次与える。

これにより、前記ステップ２２５では、上記５種の制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vに基づく各評価関数が計算されることになる。そこで、評価部８は、上記各評価関数の値を比較し（図８のステップ３０５）、中心座標（ｋ_v4，ｋ_P4）に基づいた評価関数の値が他の４つの座標に基づく評価関数の値よりも小さいか否かを判断する（ステップ３０７）。

ステップ３０７の判断結果がＹＥＳの場合には、上記中心座標（ｋ_v4，ｋ_P4）に対応する制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vが評価関数値を最小にする最適な制御パラメータとして決定され、この最適制御パラメータがサーボアンプ２に位置ループゲインＫ_Pおよび速度ループゲインＫ_Vとして設定される。なお、図８のステップ３０７の判断結果がＹＥＳになることは、図６のステップ２２７の判断結果がＹＥＳになることを意味する。

前記ステップ３０３の判断結果がＮＯである場合には、図７（ａ）の各黒丸の座標うちの評価関数値が最小となる座標に白丸の座標を移動させる。図７（ｃ）は、白丸の移動先座標が（ｋ_v5，ｋ_P4）である場合を示している。このとき、図示のように、図７（ａ）の４つの黒丸も白丸に対応して移動される（ステップ３０９）。そして、この座標の移動後、ステップ３０１の比較処理が再び実行されることになる。
その際、移動前の各座標に基づく計算済みの評価指標（整定時間、行き過ぎ量および位置偏差の残留振動）は、既に記録部７に記録されているので、それらの座標に基づく評価指標を再度計算する必要はない。

次に、前記ステップ３０７の判断結果がＮＯである場合について説明する。例えば、ステップ３０７において、図７（ｂ）の中心座標に基づく評価関数の値が最小でないと判断された場合には、各黒丸の座標うちの評価関数値が最小となる座標に白丸の座標を移動させる。図７（ｄ）は、白丸の移動先座標が（ｋ_v3，ｋ_P5）である場合を示している。このとき、図示のように、図７（ｂ）の４つの黒丸も白丸に対応して移動される（ステップ３１０）。上記座標の移動後には、ステップ３０１に手順が戻される。

このように、この第２の実施形態でよれば、大局的探索と局所的探索という二段階の探索が実行されるので、次のような効果が得られる。
一つ目の効果は、探索の繰り返し回数が低減されることである。すなわち、正確な最適パラメータを探索するためには、パラメータの刻み幅を小さくする必要がある。しかし、細かい刻み幅で全範囲を探索していたのでは膨大な繰り返し探索回数を必要とする。この第２の実施形態では、一度粗い刻み幅で評価関数が最小値となるパラメータを検出してから、そのパラメータの付近を重点的に探索することになるので、探索の総繰り返し回数を減らすことが可能である。

二つ目の効果は、評価関数が誤った極小値に収束することが防止されることである。以下にその理由を述べる。
繰り返し回数を低減させる探索方法として、前記山登り法が知られている。この山登り法は、パラメータの変化前の値と変化後の値とを比較することで極小値（極大値）を探索する手法であるので、最初から山登り法を使った場合、評価関数が最適でない極小値に収束する恐れがある。
すなわち、山登り法に従って、図９のＡ点から探索を始めた場合には、最小値となるＰ₁点で収束する。しかし、Ｂ点から探索を始めた場合には、Ｐ₂点で収束することになるので、Ｐ₁点に到達することができない。なお、図９は、説明を簡単にするために１変数における山登り法を示した。

上記第２の実施形態では、一度目の大局的な探索で評価関数が最小値となる大まかな座標を探索し、山登り法を適用した二度目の局所的な探索でその座標付近を細かく探索するので、評価関数が誤った極小値に収束することを防止して、精度よく最適制御パラメータを探索出することができる。

第３の実施形態
図１０は、本発明に係る制御パラメータ調整方法の第３の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。なお、この図１０においては、図５に示す要素に対応する要素に同一の参照番号を付してある。
この実施形態に係る位置決め制御装置は、制御パラメータ決定部１０−３の構成においてのみ図５の位置決め制御装置と相違している。すなわち、制御パラメータ決定部１０−３は、図５の制御パラメータ決定部１０−２に極小値計算部１３を付加した構成を有する。

この実施形態では、サーボアンプ部２からサーボモータ３に至る位置制御ループが図２に示すブロック線図で表される場合、図１１に例示する手順を実行して、制御パラメータである位置ループゲインＫ_Pおよび速度ゲインＫ_Vを最適化する。以下、図１１に示す手順について説明する。

ステップ４０１〜４１３
「大局的探索」
記録部７、評価部８および大局的探索部１１を用いて、図６に示したステップ２０１〜２１３と同様の探索手順を実行する。

ステップ４１４
「極小値探索」
全ての制御パラメータの組み合わせについての大局的探索が終了した後においては、その全ての制御パラメータについての評価関数の値が記録部内７に記録されている。そこで、この全ての制御パラメータの組み合わせについての評価関数の値に基づいて、評価関数値を極小にする制御パラメータの組み合わせを全て極小値計算部１３によって検出する。

極小値計算部１３による極小値の探索手法を以下説明する。極小値の探索のために変化させるパラメータは、Ｋ_P＝ｋ_P1,ｋ_P2,…,ｋ_PmとＫ_v＝k_V1,ｋ_V2,…,ｋ_Vmの２種類である。この２種類のパラメータの刻み幅をそれぞれΔｋ_P，Δｋ_V とし、また、評価関数をＴ(k_Vi,k_Pj)と表す。
まず、Ｋ_Pを固定としたときのＫ_vに対する評価関数の傾きを計算する。ある点k_Viから次の点k_Vi＋Δｋ_Vまでの傾きＴ_v(k_vi,k_Pj)は、次式（２）で与えられる。

同様に、Ｋ_Vを固定としたときのＫ_Pに対する評価関数の傾きを次式（３）によって計算する。

制御パラメータＫ_PまたはＫ_vを増加させたときに、これらの傾きが両方とも負から正へ切り替わるポイントが極小値である。すなわち、評価関数の変化パターン例(ハッチチング幅が小さい部位ほど評価関数値が小さい)を示す図１２において、Ｋ_vを固定したときのＫ_pによる傾きの正負は、下記の表１に示す通りである。この表１に示すように、傾きが負から正へ切り替わるポイントは、（k_V2,ｋ_P2）と（k_V3,ｋ_P2）である。ここで、表１中の０は傾きがゼロの場合を表す。

一方、Ｋ_Pを固定したときのＫ_vによる傾きの正負は、下記表２に示す通りである。すなわち、傾きが負から正へ切り替わるポイントは、（k_V2,ｋ_P2）と（k_V2,ｋ_P3）である。

評価関数は、上述したように、Ｋ_pによる傾きとＫ_vによる傾きが共に負から正へ切り替わるポイントにおいて極小値になる。このポイントは上記表１、表２の記載内容から明らかなように、（k_V2,ｋ_P2）である。

ステップ４１５〜ステップ４２７
「局所的探索」
図６に示したステップ２１５〜２２７と同様の山登り法に基づく探索手順を実行する。ただし、ステップ４１７においては、ステップ４１４で探索された制御パラメータの組み合わせ、つまり、前記評価関数の極小値に対応する制御パラメータの組み合わせが初期値としてサーボアンプ部２に設定される。山登り法による局所的探索部９の探索結果は、記録部７に記録される。

ステップ４２９
「全極小値についてのパラメータの探索終了」
ステップ４１４で探索された極小値が複数ある場合は、それぞれの極小値に対応する制御パラメータの組み合わせを初期値とする上記局所的探索がそれぞれ実行される。そこで、このステップ４２９では、その複数の極小値に対応する各制御パラメータについての局所的探索が終了したか否かが判断される。
全ての制御パラメータの組み合わせについての局所的探索の終了が判断された時点では、その全ての制御パラメータの組み合わせについての評価関数値が記録部７に記録されている。そこで、それらの評価関数の中の最小値の評価関数に対応する制御パラメータを最適な制御パラメータＫ_P，Ｋ_Vとして決定する。

ステップ４３１
「初期値の設定」
上記ステップ４２９において、全ての制御パラメータについての局所的探索が終了していないと判断された場合には、他の制御パラメータが局所的探索の初期値として設定される。この初期値の設定後には、手順がステップ４１７に戻され、再びこの初期値に基づく前述の局所的探索が実行される。

この第３の実施の形態では、前記ステップ４１４において、図２の検索範囲における全ての制御パラメータの組み合わせについての評価関数の極小値を検出し、この極小値に対応する制御パラメータの組み合わせ初期値として局所的探索を実行するので、最適制御パラメータをより精度よく決定することができる。以下、その理由について説明する。

粗い刻み幅Δk_P，Δｋ_Vを用いる大局的探索においては、得られる評価関数の最小値が必ずしも本当の最小値にならないことがある。なぜなら、粗い刻み幅Δk_P，Δｋ_Vの場合、評価関数の急峻な傾きが刻み幅間に埋没する可能性があるからである。
図１３にその様子を示した。図１３（ａ）から明らかなように、この例では、粗い刻み幅における刻みポイントａ₁とａ₂間における制御パラメータについての評価関数が真の最小値を持つことになるが、実際に計算される最小値は、図１３（ｂ）に示すようにポイントａ₅おける制御パラメータについての評価関数の値になる。
これに対して、上記第３の実施の形態における大局的探索においては、上記ポイントａ₂およびポイントａ₅おける制御パラメータについての評価関数がそれぞれ極小値として検出され、それらの極小値に係る制御パラメータを初期値とする局所的探索がそれぞれ実行される。そして、最終的には、ポイントａ₁とａ₂間における制御パラメータが最適制御パラメータとして決定されることになる。

第４の実施形態
図１４は、本発明に係る制御パラメータ調整方法の第４の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。なお、この図１４においては、図５に示す要素に対応する要素に同一の参照番号を付してある。
この実施形態に係る位置決め制御装置は、制御パラメータ決定部１０−４の構成においてのみ図１０の位置決め制御装置と相違している。すなわち、制御パラメータ決定部１０−４は、図１０の制御パラメータ決定部１０−３に指令再現部１４を付加した構成を有する。

前記第２および第３の実施形態では、山登り法を用いて最適パラメータを決定する局所的探索の繰り返し回数を予め予測することが不可能である。そこで、この実施形態では、記録部７から指令再現部１４に最小値収束情報（図６のステップ２２７および図１１のステップ４２７のＹＥＳ判断）が与えられるまでの間、記録部７に記録されている位置指令を該指令再現部１４から繰り返しサーボアンプ部２に与えるようにしている。したがって、この実施形態によれば、記録部７を介して指令再現部１４に最小値収束情報が与えられた段階で、サーボアンプ部２への位置指令の入力を自動的に停止することができる。

本発明に係る制御パラメータ調整方法の第１の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。 サーボアンプ部からサーボモータに至る位置制御ループのブロック線図である。 本発明の第１の実施形態における制御パラメータの探索手順を例示したフローチャートである。 探索範囲と探索の刻み幅を例示した説明図である。 本発明に係る制御パラメータ調整方法の第２の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態における制御パラメータの探索手順を例示したフローチャートである。 山登り法に基づく最適パラメータの探索手順を例示した説明図である。 山登り法に基づく最適パラメータの探索手順を例示したフローチャートである。 山登り法の原理を示すグラフである。 本発明に係る制御パラメータ調整方法の第３の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。 本発明の第３の実施形態における制御パラメータの探索手順を例示したフローチャートである。 極小値の探索手法を説明する斜視図である。 粗い刻み幅を用いる大局的探索における評価関数の最小値の検出形態を例示したグラフである。 本発明に係る制御パラメータ調整方法の第４の実施形態が適用される位置決め制御装置の構成を例示したブロック図である。

符号の説明

１ 位置指令発生部
２ サーボアンプ部
３ サーボモータ
４ 負荷
５ 速度検出器
６ 位置検出器
７ 記録部
８ 評価部
９ 探索部
１０−１〜１０−４ 制御パラメータ決定部
１１ 大局的探索部
１２ 局所的探索部
１３ 極小値計算部
１４ 指令再現部

Claims (9)

1. 制御対象を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータを調整する方法であって、
   前記制御パラメータを所定の刻み幅で変化させ、その変化の度に前記位置決め制御装置の応答性を表す評価値をそれぞれ算出するステップと、
   前記各評価値に基づいて、最適制御パラメータを決定するステップと、
   前記最適制御パラメータを前記位置決め制御装置に設定するステップと、
   含むことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
2. 前記制御パラメータは、位置制御ループゲインと速度制御ループゲインである請求項１に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
3. 前記評価値は、整定時間、行き過ぎ量および位置偏差の残留振動の少なくとも一つを評価指数とする評価関数の値であり、この評価関数は、前記制御パラメータの最適度が高いほどその値が小さくなる関数であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
4. 制御対象を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータを調整する方法であって、
   前記制御パラメータを第１の刻み幅で変化させ、その変化の度に前記位置決め制御装置の応答性を表す第１の評価値をそれぞれ算出するステップと、
   前記各第１の評価値に基づいて、第１の最適制御パラメータを決定するステップと、
   前記第１の最適制御パラメータを初期値とする制御パラメータを、前記第１の刻み幅よりも小さい第２の刻み幅で変化させ、その変化の度に前記位置決め制御装置の応答性を表す第２の評価値をそれぞれ算出するステップと、
   前記各第２の評価値に基づいて、第２の最適制御パラメータを決定するステップと、
   前記第２の最適制御パラメータを前記位置決め制御装置に設定するステップと、
   含むことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
5. 前記制御パラメータは、位置制御ループゲインと速度制御ループゲインである請求項４に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
6. 前記第１と第２の評価値は、整定時間、行き過ぎ量および位置偏差の残留振動の少なくとも一つを評価指数とする評価関数の値であり、この評価関数は、前記制御パラメータの最適度が高いほどその値が小さくなる関数であることを特徴とする請求項４に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
7. 前記第１の最適制御パラメータを決定するステップは、前記評価関数の値が極小になる前記制御パラメータを前記第１の最適制御パラメータとして全て検出するステップを含み、
   前記第２の評価値を算出するステップは、前記評価関数の値が極小になる全ての第１の最適制御パラメータを前記初期値として用い、
   前記第２の最適制御パラメータを決定するステップは、前記全ての第１の最適制御パラメータを前記初期値として用いた場合に得られる全ての前記第２の評価値に基づいて前記第２の最適制御パラメータを決定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
8. 前記第２の刻み幅による前記制御パラメータの変化は、山登り法に従った変化であることを特徴とする請求項４に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
9. 指令再現手段を使用し、前記山登り法に従って前記制御パラメータが変化される間、その変化の度に前記指令再現手段から前記位置決め制御装置に所定の位置指令を与えるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。

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