JP2017022855A - 制御系のオンライン自動調整状況を表示する機能を有するサーボ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、自動調整シーケンサによる調整状態、調整の中断や異常終了の理由を表示してより安全な自動調整を可能とするサーボ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のサーボ制御装置は、速度指令作成部と、トルク指令作成部と、速度検出部と、速度制御ループと、速度制御ループゲイン設定部と、トルク指令値の特定の帯域除去を行う少なくとも１つのフィルタと、速度制御ループへの正弦波掃引を行う正弦波外乱入力部と、速度制御ループ入出力信号の利得と位相を推定する周波数特性算出部と、共振周波数検出部と、共振周波数に応じてフィルタを調整するフィルタ調整部と、ゲイン調整部と、共振周波数の検出、速度制御ループゲインの調整、並びにフィルタの調整をオンラインで自動的に実施するシーケンス制御部と、調整状態表示部と、を具備し、調整状態表示部はシーケンス制御部の調整段階及び進行状況を表示することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、サーボ制御装置に関し、特に、制御系のオンライン自動調整状況を表示する機能を有するサーボ制御装置に関する。
サーボ制御装置の制御系の周波数特性の測定にかかわる装置や手法は数多く提案され、工作機械の送り軸における伝達特性の計測においても広く活用されている。また、制御ゲインを自動で調整する方法も知られている。
例えば、送り軸の数理モデルを使ったシミュレーションによって送り軸パラメータを同定した制御ゲインを自動調整する方法が知られている（例えば、特許文献１）。しかしながら、この従来技術では、種々の表示手段を有するがオンライン調整の段階を示すことはできなかった。
また、制御ゲインを増やしながら振動を引き起こさせることで、自動でフィルタ調整とゲイン調整を実施する方法も提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、この従来技術では、演算処理部のみをもち、調整状況を把握するための表示部をもたないとう問題があった。
さらに、オンライン自動調整の実行中に外部操作を行うと本来の機械特性を正しく計測できなくなるので、調整開始後の異常動作の際の対処が遅れがちになるという問題があった。
特開２００８−２１０２７３号公報 特開２０１３−１２６２６６号公報
本発明は、自動調整シーケンサから調整状態を表示すること、及び調整の中断や異常終了の理由を表示することによって、より安全な速度制御ループゲイン及びフィルタの自動調整を可能とするサーボ制御装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施例に係るサーボ制御装置は、サーボモータで駆動される送り軸を有する工作機械の制御装置において、サーボモータの速度指令値を作成する速度指令作成部と、サーボモータのトルク指令値を作成するトルク指令作成部と、サーボモータの速度を検出する速度検出部と、速度指令作成部、トルク指令作成部、及び速度検出部を含む速度制御ループと、速度制御ループの制御ゲインである速度制御ループゲインを設定する速度制御ループゲイン設定部と、トルク指令値の特定の帯域除去を行う少なくとも１つのフィルタと、速度制御ループへの正弦波掃引を行う正弦波外乱入力部と、正弦波外乱を速度制御ループへ入力したときの速度制御ループの出力から、速度制御ループ入出力信号の利得と位相を推定するための周波数特性算出部と、周波数特性から共振周波数を検出する共振周波数検出部と、共振周波数に応じてフィルタを調整するフィルタ調整部と、速度制御ループゲインの調整と検証を行うゲイン調整部と、共振周波数検出部、ゲイン調整部、及びフィルタ調整部を用いて共振周波数の検出、速度制御ループゲインの調整、並びにフィルタの調整をオンラインで自動的に実施するシーケンス制御部と、調整シーケンスの段階を表示する調整状態表示部と、を具備し、調整状態表示部は、シーケンス制御部が、共振検出、速度制御ループゲインの調整及び検証、またはフィルタの調整を実施する際のそれぞれの調整段階及び進行状況を表示する、ことを特徴とする。
本発明の一実施例に係るサーボ制御装置によれば、自動調整シーケンサから調整状態を表示すること、及び調整の中断や異常終了の理由を表示することによって、より安全な速度制御ループゲイン及びフィルタの自動調整を可能とするサーボ制御装置を提供することができる。
本発明の実施例に係るサーボ制御装置の構成図である。 本発明の実施例に係るサーボ制御装置における、正弦波周波数、入力信号、出力信号、並びに利得及び位相の周波数特性のそれぞれの時間的変化を表す図である。 複数個のフィルタ調整や共振検出の状態を表示する場合、及び自動調整が異常に終了した理由を表示する場合の調整状態表示部における表示例を示す図である。 本発明の実施例に係るサーボ制御装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明に係るサーボ制御装置について説明する。
図１は本発明の実施例に係るサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例に係るサーボ制御装置１００は、サーボモータ２０で駆動される送り軸を有する工作機械の制御装置において、サーボモータ２０の速度指令値を作成する速度指令作成部１と、サーボモータ２０のトルク指令値を作成するトルク指令作成部２と、サーボモータ２０の速度を検出する速度検出部３と、速度指令作成部１、トルク指令作成部２、及び速度検出部３を含む速度制御ループ４と、速度制御ループ４の制御ゲインである速度制御ループゲインを設定する速度制御ループゲイン設定部５と、トルク指令値の特定の帯域除去を行う少なくとも１つのフィルタ６と、速度制御ループ４への正弦波掃引を行う正弦波外乱入力部７と、正弦波外乱を速度制御ループ４へ入力したときの速度制御ループ４の出力から、速度制御ループ入出力信号の利得と位相を推定するための周波数特性算出部８と、周波数特性から共振周波数を検出する共振周波数検出部９と、共振周波数に応じてフィルタ６を調整するフィルタ調整部１０と、速度制御ループゲインの調整と検証を行うゲイン調整部１１と、共振周波数検出部９、ゲイン調整部１１、及びフィルタ調整部１０を用いて共振周波数の検出、速度制御ループゲインの調整、並びにフィルタ６の調整をオンラインで自動的に実施するシーケンス制御部１２と、調整シーケンスの段階を表示する調整状態表示部１３と、を具備し、調整状態表示部１３はシーケンス制御部１２が共振検出、速度制御ループゲインの調整及び検証、またはフィルタ６の調整を実施する際のそれぞれの調整段階及び進行状況を表示する、ことを特徴とする。
次に、本発明の実施例に係るサーボ制御装置の動作について説明する。まず、速度指令作成部１がサーボモータ２０を駆動するための速度指令値を作成し、加算器１５へ出力する。加算器１５は、正弦波外乱入力部７から入力された正弦波外乱を速度指令値に加算すると共に、速度検出部３が検出したサーボモータ２０の速度検出値を減算し、計算結果を速度ループゲイン設定部５へ出力する。
速度制御ループゲイン設定部５は、ゲイン調整部１１によって調整された速度制御ループ４の制御ゲインを設定する。
トルク指令作成部２は、加算器１５の計算結果に速度制御ループゲインを乗算した値を取得し、トルク指令を出力しサーボモータ２０を駆動する。サーボモータ２０は伝達機構３０を介して駆動体（図示せず）を動作させる。
速度制御ループ４は、速度指令作成部１、トルク指令作成部２、及び速度検出部３を含むように構成されている。
フィルタ６は、トルク指令値の特定の帯域除去を行う。図１に示した、本発明の実施例に係るサーボ制御装置１００においてはフィルタを１つのみ設けた例を示したが、これには限られず、フィルタを複数設けてもよい。
正弦波外乱入力部７は速度制御ループ４への正弦波掃引を行う。
周波数特性算出部８は、正弦波外乱をサーボ制御装置１００の速度制御ループ４へ入力したときの速度制御ループ４の出力から、速度制御ループ入出力信号の利得と位相を推定する。さらに、周波数特性算出部８は、正弦波外乱入力部７からの外乱入力周波数を基本周波数とした、任意の項数からなるフーリエ級数によって速度制御ループ４の出力を表現し、そのフーリエ級数の基本波成分の振幅と位相を算出することで周波数特性をオンラインで算出する。
共振周波数検出部９は、周波数特性から共振周波数を検出する。フィルタ調整部１０は、共振周波数検出部９が検出した共振周波数に応じてフィルタ６を調整する。
ゲイン調整部１１は、速度制御ループゲインの調整と検証を行う。シーケンス制御部１２は、共振周波数検出部９、ゲイン調整部１１、及びフィルタ調整部１０を用いて共振周波数の検出、速度制御ループゲインの調整、並びにフィルタの調整をオンラインで自動的に実施する。
調整状態表示部１３は、調整シーケンスの段階を表示する。即ち、調整状態表示部１３はシーケンス制御部１２が、共振検出、速度制御ループゲインの調整及び検証、またはフィルタの調整を実施する際のそれぞれの調整段階及び進行状況を表示する。調整状態表示部１３は、上記のような調整段階及び進行状況を表示するための表示装置を備えている。表示装置として、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマ表示装置、あるいは蛍光表示管等を用いることができるがこのような例には限定されない。
次に、本発明の実施例に係るサーボ制御装置の動作の動作について説明する。図２（ａ）に正弦波外乱入力部７から速度制御ループ４に加える外乱入力である正弦波の周波数の時間的変化を示す。図２（ａ）において、時刻ｔ0からｔ1に渡って正弦波周波数を増加させ、時刻ｔ1で初期値に戻す。同様に、時刻ｔ1からｔ2に渡って正弦波周波数を増加させ、時刻ｔ2で初期値に戻す。以下同様にして正弦波周波数を変化させる。ここで、時刻ｔ0からｔ1までの期間を第１期間、時刻ｔ1からｔ2までの期間を第２期間、時刻ｔ2からｔ3までの期間を第３期間とする。
図２（ｂ）に速度制御ループ４の入力信号の時間的変化を示し、図２（ｃ）に速度制御ループ４の出力信号の時間的変化を示す。周波数特性算出部８は、正弦波外乱入力部７が正弦波外乱を速度制御ループ４へ入力したときの速度制御ループ４の出力から、速度制御ループ入出力信号の利得と位相を推定する。周波数特性算出部８が推定した利得（実線）と位相（点線）の時間的変化を図２（ｄ）に示す。本実施例ではシーケンス制御部１２が、第１期間において共振検出を行い、第２期間でフィルタ調整を行い、第３期間でゲイン調整を行う例を示している。
次に、本発明の実施例に係るサーボ制御装置により、調整状態表示部１３が調整シーケンスの段階を表示する場合の表示例について説明する。図３（ａ）に複数個のフィルタ調整や共振検出の状態を表示する場合の表示例を示す。例えば、軸Ｘ１に関して、第１フィルタが調整中であり、軸Ｙ１に関して、第２共振点を検出中であることを表示することができる。ただし、このような表示例には限定されず、シーケンス制御部１２による複数個のフィルタ調整や共振検出のそれぞれの状態として、他の状態を表示することもできる。
図３（ｂ）に自動調整が異常に終了した理由を表示する場合の表示例を示す。例えば、軸Ｘ１に関して、調整が中断されたことを示し、軸Ｙ１に関して、機械的に固定されていることを示すことができる。ただし、このような表示例には限定されず、自動調整が異常に終了した理由として、他の理由を表示することもできる。
本発明の実施例に係るサーボ制御装置によれば、シーケンス状態や失敗要因の通知手段をもつことによって、オペレータが機械の異常を迅速に捉えることができるようになるという効果が得られる。
次に、本発明の実施例に係るサーボ制御装置の動作手順について図４に示したフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１０１において、シーケンス制御部１２（図１参照）が速度制御ループゲイン及びフィルタのオンライン調整の手順を開始する。次に、ステップＳ１０２において、正弦波外乱入力部７が入力周波数を初期化する。
次に、ステップＳ１０３において、正弦波外乱入力部７が速度制御ループ４に正弦波外乱を入力する。次に、ステップＳ１０４において、速度検出部３がサーボモータ２０の速度を検出する。
次に、ステップＳ１０５において、トルク指令作成部２が、速度指令値、速度検出値、及び速度制御ループゲインからトルク指令値を作成する。次に、ステップＳ１０６において、周波数特性算出部８が、当該周波数での周波数特性を算出する。
次に、ステップＳ１０７において、共振周波数検出部９が、当該周波数を共振周波数とみなしたか否かを判断する。
共振周波数検出部９が、当該周波数を共振周波数とみなさなかった場合、ステップＳ１０８において、調整状態表示部１３は、「共振検出状態」であることを表示する。次に、ステップＳ１０９において、正弦波外乱入力部７が入力周波数を更新する。
一方、ステップＳ１０７において、共振周波数検出部９が、当該周波数を共振周波数とみなした場合、ステップＳ１１０において、フィルタ調整部１０が共振周波数へのフィルタを調整する。次に、ステップＳ１１１において、調整状態表示部１３が、「フィルタ状態」であることを表示する。
次に、ステップＳ１１２において、入力信号の正弦波周波数が最大値に達したか否かを判断する。入力信号の正弦波周波数が最大値に達していない場合はステップＳ１０２からステップＳ１１２の各ステップを繰り返す。
入力信号の正弦波周波数が最大値に達した場合は、ステップＳ１１３において、ゲイン調整部１１が、速度制御ループゲインを検証して妥当か否かを判断する。
ゲイン調整部１１が、速度制御ループゲインを検証して妥当ではないと判断した場合には、ステップＳ１１４において、ゲイン調整部１１が速度制御ループゲインを調整する。次に、ステップＳ１１５において、調整状態表示部１３が、「速度制御ループゲイン調整状態」であることを表示する。
一方、ステップＳ１１３において、ゲイン調整部１１が、速度制御ループゲインを検証して妥当であると判断した場合には、ステップＳ１１６において、シーケンス制御部１２が、速度制御ループゲイン及びフィルタの自動調整の手続きを終了する。
以上説明したように、本発明の実施例に係るサーボ制御装置によれば、自動調整シーケンサから調整状態を表示すること、調整の中断や異常終了の理由を表示することによって、より安全な速度制御ループゲイン及びフィルタの自動調整が可能になる。
１ 速度指令作成部
２ トルク指令作成部
３ 速度検出部
４ 速度制御ループ
５ 速度制御ループゲイン設定部
６ フィルタ
７ 正弦波外乱入力部
８ 周波数特性算出部
９ 共振周波数検出部
１０ フィルタ調整部
１１ ゲイン調整部
１２ シーケンス制御部
１３ 調整状態表示部
１５ 加算器
２０ サーボモータ

Claims (3)

  1. サーボモータで駆動される送り軸を有する工作機械の制御装置において、
    サーボモータの速度指令値を作成する速度指令作成部と、
    サーボモータのトルク指令値を作成するトルク指令作成部と、
    サーボモータの速度を検出する速度検出部と、
    前記速度指令作成部、前記トルク指令作成部、及び前記速度検出部を含む速度制御ループと、
    前記速度制御ループの制御ゲインである速度制御ループゲインを設定する速度制御ループゲイン設定部と、
    前記トルク指令値の特定の帯域除去を行う少なくとも１つのフィルタと、
    前記速度制御ループへの正弦波掃引を行う正弦波外乱入力部と、
    正弦波外乱を前記速度制御ループへ入力したときの速度制御ループの出力から、速度制御ループ入出力信号の利得と位相を推定するための周波数特性算出部と、
    周波数特性から共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
    前記共振周波数に応じて前記フィルタを調整するフィルタ調整部と、
    前記速度制御ループゲインの調整と検証を行うゲイン調整部と、
    前記共振周波数検出部、前記ゲイン調整部、及び前記フィルタ調整部を用いて共振周波数の検出、速度制御ループゲインの調整、並びにフィルタの調整をオンラインで自動的に実施するシーケンス制御部と、
    調整シーケンスの段階を表示する調整状態表示部と、
    を具備し、
    前記調整状態表示部は、前記シーケンス制御部が、共振検出、速度制御ループゲインの調整及び検証、またはフィルタの調整を実施する際のそれぞれの調整段階及び進行状況を表示する、
    ことを特徴とするサーボ制御装置。
  2. 前記調整状態表示部は前記シーケンス制御部が複数個のフィルタの調整を行う際のそれぞれの調整状態を表示する、請求項１に記載のサーボ制御装置。
  3. 前記調整状態表示部は調整の中断や異常終了の理由を表示する、請求項１に記載のサーボ制御装置。
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