JP2018151899A - 制御装置、制御プログラムおよび制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、制御装置は、複数のサーボドライバと接続されており、作成手段および目標値算出手段は、複数のサーボドライバの各々に対応付けて構成される。
まず、本実施の形態に従う制御システム1の構成例について説明する。図1は、本実施の形態に従う制御システム1の構成例を示す模式図である。図1には、制御システム1の制御対象としてXYステージ2を駆動させる例を示す。
次に、制御システム1に含まれる制御装置100およびサーボドライバ200の構成例について説明する。
本実施の形態に従う制御装置100は、一例として、PLC(プログラマブルコントローラ)を用いて実装されてもよい。制御装置100は、予め格納された制御プログラム(後述するような、システムプログラムおよびユーザプログラムを含む)をプロセッサが実行することで、後述するような処理が実現されてもよい。
本実施の形態に従う制御装置100に接続されるサーボドライバ200の機能構成について説明する。図3は、本実施の形態に従う制御装置100に接続されるサーボドライバ200の機能構成の一例を示す模式図である。
次に、本実施の形態に従う処理および機能の概要について説明する。
次に、本実施の形態に従う制御システム1において実行される処理手順の概要について説明する。図5は、本実施の形態に従う制御システム1において実行される処理手順を示すフローチャートである。図5に示すステップのうち制御装置100が担当するステップについては、制御装置100のプロセッサ102が制御プログラム(図2に示すシステムプログラム110およびユーザプログラム112を含む)を実行することで実現されてもよい。
次に、本実施の形態に従うモデル予測制御を実現するための制御装置100の機能構成について説明する。
<F.内部モデルの作成処理>
次に、内部モデルの生成処理について詳細に説明する。以下に説明する処理の詳細は、図5のステップS104〜S106の処理、および、図6に示すモデル作成モジュール150の機能に対応する。
次に、モデル予測制御について詳細に説明する。以下に説明する処理の詳細は、図5のステップS108〜S120の処理、ならびに、図7に示すモデル予測制御モジュール170X,170Yおよび軌跡生成モジュール180X,180Yの機能に対応する。
上述したような手順によって作成された内部モデルについて妥当性の検証を行なうようにしてもよい。例えば、対象のサーボドライバ200でのチューニングが全く実施されていない場合、チューニングの実施後の制御対象に対する何らかの物理的な変更がなされた場合、チューニングの実施後に制御対象に経年変化が生じた場合などには、サーボドライバ200に格納されるサーボパラメータ自体が妥当ではない場合が考えられる。その結果、制御装置100において生成される制御対象の内部モデルについても妥当ではない可能性がある。このような場合、サーボドライバ200での再度のチューニングなどが必要となる。以下のような処理手順によって内部モデルの妥当性を評価することができる。
まず、モデル予測制御の実行開始前の段階での内部モデルの検証方法について説明する。すなわち、内部モデルを作成した時点で、当該作成した内部モデルの妥当性を検証するようにしてもよい。
(h2:モデル予測制御の実行中)
次に、モデル予測制御の実行中においても、作成した内部モデルについての妥当性を監視するようにしてもよい。このような妥当性の監視方法の一例として、例えば、モデル予測制御に従って算出される補正目標位置と、軌跡生成モジュールから出力される本来の目標位置との乖離を評価するようにしてもよい。より具体的には、モデル予測制御に従って算出される補正目標位置と、軌跡生成モジュールから出力される本来の目標位置との差の絶対値が予め定められたしきい値以上であるか否かを各制御周期において、または、所定数の制御周期にわたって判断するようにしてもよい。
上述の実施の形態においては、モデル追従制御系の制御ループを実装したサーボドライバ200を例示するが、それ以外の制御ループを実装した構成に対しても、本実施の形態に従う内部モデルの作成処理を適用できる。以下の変形例では、本願発明の技術的範囲に含まれる構成の別の一部として、単純適応制御系の制御ループを実装したサーボドライバを用いる構成について説明する。すなわち、実施の形態の変形例に従うサーボドライバでは、単純適応制御系の制御ループに従う制御演算が実行される。
このような規範モデルを採用した場合、単純適応制御系から出力される操作量u(t)は、以下のようになる。
また、適応制御ゲインは、制御対象からの制御量y(t)と、規範モデルの出力ym(t)を用いて、以下に示すような、両者の偏差e(t)(=y(t)−ym(t))についての調整則に従って、決定することができる。
サーボドライバに接続される制御装置において、モデル予測制御などのモデルベース制御を実行させる場合には、事前に制御対象の内部モデルを作成する必要がある。このような内部モデルの作成には、ある程度の知識および経験が必要であり、誰でも利用できるような制御手法ではなかった。
次に、モデル予測制御について詳細に説明する。以下に説明する処理の詳細は、図5のステップS108〜S114の処理、ならびに、図7に示すモデル予測制御モジュール170X,170Yおよび軌跡生成モジュール180X,180Yの機能に対応する。
、予測演算部172を含む。予測演算部172は、対応する目標位置と、対応するサーボドライバ200X,200Yから実位置X,Yとに基づいて、上述したような内部モデル式160X,160Yを適用して補正目標位置X,Yを算出する。
Claims (10)
- サーボモータを駆動するサーボドライバに目標値を与えることで、前記サーボモータを含む制御対象を制御する制御装置であって、
前記サーボドライバとの間でデータを遣り取りするためのインターフェイスを備え、前記サーボドライバは、前記制御対象に応じて決定された制御パラメータに基づいて、前記サーボモータを駆動するための操作量を決定する制御演算を実行するように構成されており、
前記サーボドライバの前記制御パラメータを取得して、前記制御対象の動特性を示す内部モデルを作成する作成手段と、
目標軌跡に対応する目標値と、前記制御対象からのフィードバック値とに基づいて、前記サーボドライバへ与える補正目標値を算出する目標値算出手段とを備える、制御装置。 - 前記目標値算出手段は、モデル予測制御に従って前記補正目標値を算出する、請求項1に記載の制御装置。
- 前記制御装置は、複数の前記サーボドライバと接続されており、
前記作成手段および前記目標値算出手段は、前記複数のサーボドライバの各々に対応付けて構成される、請求項1または2に記載の制御装置。 - 前記制御装置と前記サーボドライバとは通信接続されており、
前記作成手段は、所定の通信コマンドを前記サーボドライバへ発行することで、前記制御パラメータを取得する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記制御装置は、ユーザプログラムを実行するプロセッサを含み、
前記作成手段および前記目標値算出手段は、前記ユーザプログラムに規定されるファンクションブロックによって機能化される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記目標軌跡を規定する目標値の時系列データを格納する記憶手段をさらに備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記サーボドライバは、モデル追従制御系の制御ループに従う制御演算を実行する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記サーボドライバは、単純適応制御系の制御ループに従う制御演算を実行する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の制御装置。
- サーボモータを駆動するサーボドライバに目標値を与えることで、前記サーボモータを含む制御対象を制御する制御装置で実行される制御プログラムであって、前記サーボドライバは、前記制御対象に応じて決定された制御パラメータに基づいて、前記サーボモータを駆動するための操作量を決定する制御演算を実行するように構成されており、前記制御プログラムは前記制御装置に、
前記サーボドライバの前記制御パラメータを取得するステップと、
前記制御対象の動特性を示す内部モデルを作成するステップと、
目標軌跡に対応する目標値を取得するステップと、
前記制御対象からのフィードバック値とに基づいて、前記サーボドライバへ与える補正目標値を算出するステップとを実行させる、制御プログラム。 - 制御システムであって、
サーボモータを駆動するサーボドライバと、
前記サーボドライバに目標値を与えることで、前記サーボモータを含む制御対象を制御する制御装置とを備え、
前記サーボドライバは、前記制御対象に応じて決定された制御パラメータに基づいて、前記サーボモータを駆動するための操作量を決定する制御演算を実行するように構成されており、
前記制御装置は、
前記サーボドライバとの間でデータを遣り取りするためのインターフェイスと、
前記サーボドライバの前記制御パラメータを取得して、前記制御対象の動特性を示す内部モデルを作成する作成手段と、
目標軌跡に対応する目標値と、前記制御対象からのフィードバック値とに基づいて、前記サーボドライバへ与える補正目標値を算出する目標値算出手段とを備える、制御システム。
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