JP3018445B2 - Tuning control characteristics of industrial systems - Google Patents

Tuning control characteristics of industrial systems

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JP3018445B2
JP3018445B2 JP2247155A JP24715590A JP3018445B2 JP 3018445 B2 JP3018445 B2 JP 3018445B2 JP 2247155 A JP2247155 A JP 2247155A JP 24715590 A JP24715590 A JP 24715590A JP 3018445 B2 JP3018445 B2 JP 3018445B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はサーボ機構により機械の動作を制御する産業
用システムの制御特性のチューニング方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control characteristic tuning method for an industrial system that controls the operation of a machine by a servo mechanism.

[従来の技術] 通常、サーボ機構により機械の動作を制御するとき、
第3図に示されているように、制御部4はプラント(サ
ーボモータが組込まれた機械)2の出力値を指令値と比
較してサーボモータ(以下、モータと略称する)の操作
量を演算し、モータを駆動する。
[Prior art] Usually, when controlling the operation of a machine by a servo mechanism,
As shown in FIG. 3, the control unit 4 compares the output value of the plant (the machine in which the servo motor is incorporated) 2 with the command value to determine the operation amount of the servo motor (hereinafter abbreviated as “motor”). Calculate and drive the motor.

第4図はこのような産業用システムのブロック線図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram of such an industrial system.

産業用システムは、コントローラ1とプラント2を備
え、フィードバック経路には、位置検出器14と微分要素
15を備えて構成されている。
The industrial system includes a controller 1 and a plant 2, and a feedback path includes a position detector 14 and a differential element.
It is configured with 15.

コントローラ1は指令指定部3と制御部4を備え、制
御部4は位置制御部5、速度および電流制御部6によっ
て構成されている。
The controller 1 includes a command specifying unit 3 and a control unit 4. The control unit 4 includes a position control unit 5, a speed and current control unit 6.

位置制御部5は減算器7、積分器8、比例制御器9を
備えている。減算器7は指令設定部3が単位時間当りの
パルス数(p.p.s)の形で出力した位置指令(機械を指
定した速度で運転させながらその位置を制御する場合に
は、指令設定部は、その指定された速度に対応するp.p.
sを出力し、現在迄に出力されたパルスの総数(p.p.sの
積分値)が現在の位置に対応するように、p.p.sの形式
で位置指令を出力する。積分器8は、そのために必要で
ある。)から速度フィードバックを減算し、誤差信号ε
を生成する。積分器8(伝達関数1/s)は後合信号εを
積分し、位置設定値(位置指令の積分値)と位置検出値
(速度フィードバックの積分値)との差を位置偏差信号
εとして出力する。比例制御器9(比例ゲインKP)は
位置偏差信号を増幅し、速度指令eVとして出力する。速
度および電流制御部6は減算器10、速度制御部11、電流
ループ12によって構成されている。減算器10は速度フィ
ードバックの、速度指令eVに対する偏差を生成し、速度
偏差信号εとして出力する。速度制御部11は比例ゲイ
ンKVの比例要素と、積分時間TIの積分要素で成り、速度
偏差信号εに応答して電流指令eIを出力する(第4図
には、比例ゲインKV、積分要素のゲインKV/(TIs)を、
帰還比例ゲイン1、積分要素のゲイン1/(TIs)、前向
き比例ゲインKVで表してある)。電流ループ12は比例制
御方式で、比例ゲインKIを有し、電流指令eIに応答して
操作量yを出力する。プラント2は操作量yを入力し、
機械(図示せず)を動作させる。第4図においては、プ
ラント2の動作は、操作量yからトルクを生成する要素
131と、トルクから速度を生成する要素132で表わされて
いる。要素131の伝達関数はKTであり要素132の伝達関数
はH(s)である。プラント2がモータ単体の場合に
は、H(s)=(Js)-1である。ここでJはモータの慣
性モーメントである。
The position control unit 5 includes a subtractor 7, an integrator 8, and a proportional controller 9. The subtractor 7 controls the position command output from the command setting unit 3 in the form of the number of pulses per unit time (pps). Pp corresponding to the specified speed
s is output, and a position command is output in the form of pps so that the total number of pulses (integrated value of pps) output so far corresponds to the current position. An integrator 8 is needed for that. ) Is subtracted from the speed feedback to obtain the error signal ε.
Generate The integrator 8 (transfer function 1 / s) integrates the post-combination signal ε, and uses the difference between the position set value (integrated value of position command) and the detected position value (integrated value of speed feedback) as a position deviation signal ε P. Output. Proportional controller 9 (proportional gain K P) amplifies the position error signal, and outputs it as a speed command e V. The speed and current control unit 6 includes a subtracter 10, a speed control unit 11, and a current loop 12. Subtractor 10 of the speed feedback, generates a deviation with respect to the speed command e V, and output as a speed deviation signal epsilon V. Speed control unit 11 and the proportional element of the proportional gain K V, made in integral element of the integration time T I, and outputs a current command e I in response to the speed deviation signal epsilon V (in the Figure 4, the proportional gain K V , the integral element gain K V / (T I s),
Feedback proportional gain 1, integral element gain 1 / (T I s), forward proportional gain K V ). Current loop 12 in the proportional control system, having a proportional gain K I, and outputs the manipulated variable y in response to the current command e I. The plant 2 inputs the manipulated variable y,
Run a machine (not shown). In FIG. 4, the operation of the plant 2 includes an element for generating a torque from the manipulated variable y.
13 1 and are represented by elements 13 2 to generate a speed from the torque. The transfer function of the element 13 1 transfer function is element 13 2 is K T is H (s). When the plant 2 is a single motor, H (s) = (Js) -1 . Here, J is the moment of inertia of the motor.

位置検出器14は、制御しようとするプラント2の位置
情報(以下、位置と省略する)をパルス数として検出す
る。微分要素15は、位置検出器14の出力を入力し、速度
(p.p.s)フィードバックを出力する。
The position detector 14 detects position information (hereinafter abbreviated as position) of the plant 2 to be controlled as a pulse number. The differentiating element 15 receives the output of the position detector 14 and outputs velocity (pps) feedback.

この産業用システムの速度ループの伝達関数G1は次式
で表わされる。
The transfer function G 1 of the speed loop of the industrial system is expressed by the following equation.

ここでKは速度ループの総合比例ゲインで、 K=KVKIKT (2) である。また制御対象がモータ単体の場合には、速度ル
ープの伝達関数▲G0 1▼は次式のように、2次系で表わ
される。
Where K is a comprehensive proportional gain of the speed loop, and K = K V K I K T (2). When the control object is a single motor, the transfer function {G 0 1 ▼} of the speed loop is expressed by a secondary system as in the following equation.

ここでKJ=K/Jである。 Here, K J = K / J.

さらに位置ループの伝達関数G3は次式で表わされる。Furthermore the transfer function G 3 of the position loop is expressed by the following equation.

式(1)〜(4)から明らかなように、第4図の産業
用システムにおいては、プラント特性H(s)が数式に
よって少くとも近似的に表現でき、かつ、その係数が正
確に把握できる場合には、制御部の各ゲインを最適の制
御が得られるように決定することができる。しかし、プ
ラントの特性は近似的に表現できるけれど、その係数を
正確には把握できない場合には、制御部の各ゲインは次
のようにして調整される。
As is clear from the equations (1) to (4), in the industrial system of FIG. 4, the plant characteristic H (s) can be expressed at least approximately by a mathematical expression, and its coefficient can be accurately grasped. In this case, each gain of the control unit can be determined so that optimal control can be obtained. However, when the characteristics of the plant can be approximately expressed but the coefficients cannot be accurately grasped, each gain of the control unit is adjusted as follows.

先ず、制御部4を構成する各ループのゲインを0に設
定して、電流ループのゲインを0から少しずつ大きくし
ていく。そうすると、プラントと共振する周波数におい
て、電流出力値に発振現象が現われる。この時、この発
振表現が現われるゲインの値より低めに電流ループのゲ
インを設定する。同様にして、速度ループ、位置ループ
のゲインの設定をする。以上により設定されたゲインを
制御部4の各ゲインとする。
First, the gain of each loop constituting the control unit 4 is set to 0, and the gain of the current loop is gradually increased from 0. Then, at the frequency resonating with the plant, an oscillation phenomenon appears in the current output value. At this time, the gain of the current loop is set lower than the value of the gain at which the oscillation expression appears. Similarly, the gains of the speed loop and the position loop are set. The gain set as described above is used as each gain of the control unit 4.

[発明が解決しようとする課題] 前記の産業用システムの制御特性のチューニング方法
においては、プラントが、アクチュエータをモータで駆
動する産業用ロボットやNC装置である場合には、発振時
の動作安全性が保証できないのでシステムに損傷を与え
る可能性がある。また、人間が介在して、制御対象の出
力を観測するのでゲインにばらつきを生じ、システムの
動作の均一を保証することができないという問題点があ
る。
[Problem to be Solved by the Invention] In the method for tuning the control characteristics of an industrial system, when the plant is an industrial robot or an NC device that drives an actuator by a motor, the operation safety during oscillation is increased. May not be guaranteed and may damage the system. In addition, since the output of the control target is observed with human intervention, there is a problem in that the gain varies, and uniform operation of the system cannot be guaranteed.

本発明の目的は、産業用システムを発振させないでば
らつきのない所望の制御特性を得ることができる、産業
用システムの制御特性のチューニング方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a method for tuning the control characteristics of an industrial system, which can obtain desired control characteristics without variation without causing the industrial system to oscillate.

[課題を解決するための手段] 本発明の第1の産業用システムの制御特性のチューニ
ング方法は、少くとも電流ループ、速度ループで成るサ
ーボ機構を含み、サーボモータに接続された機械の動作
を制御する産業用システムであって、通常動作モードど
チューニングモードを有し、通常動作モードでは、設定
されている制御特性に従う制御動作で動作し、チューニ
ングモードにおいては、当該産業用システムの制御特性
を自動調整する、産業用システムのチューニング方法で
あって、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対
する出力速度の伝達関数を1次系の形式(Jes)-1に換
算し、前記電流ループを比例制御方式または比例制御に
近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ループ
を、積分ゲインとその後段に、前向きに接続されている
総合比例ゲインによって、I_P制御方式に構成し、サー
ボモータの出力速度を前記積分ゲインの入力側に帰還
し、かつ、その帰還信号を分岐して帰還比例ゲインを経
由して前記総合比例ゲインの入力側にもどして、前記速
度ループを固有角周波数と減衰定数を有する2次系に構
成し、 チューニングモードにおいては、当該速度ループの制
御特性を記述する固有角周波数ωと減衰定数ζを所望
の値に設定して、その固有角周波数ωと減衰定数ζと
をもつ速度ループを規範速度ループとし、 前記速度ループの帰還比例ゲインを1に設定して、前
記速度ループの積分時間を2ζ/ωに調整し、総合比
例ゲインを2ζωnJeに調整する 工程を有する。
[Means for Solving the Problems] A first method for tuning control characteristics of an industrial system according to the present invention includes a servo mechanism including at least a current loop and a speed loop, and controls the operation of a machine connected to a servo motor. An industrial system to be controlled, which has a tuning mode such as a normal operation mode, and operates in a control operation according to a set control characteristic in the normal operation mode, and controls a control characteristic of the industrial system in the tuning mode. A method for automatically adjusting an industrial system, wherein a transfer function of an output speed with respect to an input torque of a servo motor connected to a machine is converted into a primary system type (J e s) -1 and said current is adjusted. The loop is configured as a proportional control method or a control method that can be approximated to a proportional control, and the speed loop is provided with an integral gain and a subsequent By the total proportional gain connected to the I_P control system, the output speed of the servo motor is fed back to the input side of the integral gain, and the feedback signal is branched and the feedback signal is fed through the feedback proportional gain. Returning to the input side of the overall proportional gain, the speed loop is configured as a secondary system having a natural angular frequency and a damping constant. In the tuning mode, the natural angular frequency ω n and the damping which describe the control characteristics of the speed loop are set. A constant ζ is set to a desired value, a speed loop having its natural angular frequency ω n and a damping constant ζ is set as a reference speed loop, and a feedback proportional gain of the speed loop is set to 1, and the integration time was adjusted to 2ζ / ω n, has the step of adjusting the overall proportional gain 2ζω n J e.

本発明の第2の産業用システムの制御特性のチューニ
ング方法は、電流ループ、速度ループ、位置ループで成
るサーボ機構を含み、位置指令に応答してサーボモータ
に接続された機械の動作を制御する産業用システムであ
って、通常動作モードとチューニングモードを有し、通
常動作モードでは、設定されている制御特性に従う制御
動作で動作し、チューニグモードにおいては、当該産業
用システムの制御特性を自動調整する、産業用システム
のチューニング方法であって、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対
する出力速度の伝達関数を1次系の形式(Jes)-1に換
算し、前記電流ループを比例制御方式、また比例制御に
近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ループ
を、積分ゲインとその後段に、前向きに接続されている
総合比例ゲインによってI_P制御方式に構成し、サーボ
モータの出力速度を前記積分ゲインの入力側に帰還し、
かつ、その帰還信号を分岐して帰還比例ゲインを経由し
て前記総合比例ゲインの入力側にもどして、前記速度ル
ープを固有角周波数と減衰定数を有する2次系に構成
し、 チューニングモードにおいては、当該速度ループの制
御特性を記述する固有角周波数ωと減衰定数ζを所望
の値に設定して、その固有角周波数ωと減衰定数ζと
をもつ速度ループを規範速度ループとし、 前記速度ループの帰還比例ゲインを1に設定し、 位置ループの比例ゲインを0に設定し、規範速度ルー
プの固有角周波数ωに比べて充分に小さい角周波数ω
と一定の振幅Aをもつ第1のチューニング用速度指令
を速度ループに入力し、第1のチューニング用速度指令
に応答して制御対象が出力する速度の振幅を観測してこ
れを第1の振幅A1とし、 前記固有角周波数ωに等しい角周波数と前記振幅A
を持つ第2のチューニング用速度指令を速度ループに入
力し、第2のチューニング用速度指令に応答して制御対
象が出力する速度の振幅を観測して、これを第2の振幅
A2とし、 第1の振幅A1に対する第2の振幅A2の比A2/A1が1/
(2ζ)に等しくなるように、速度ループの総合比例ゲ
インを調整する工程を有する [作 用] プラントに組込まれているモータの、入力トルクに対
する出力速度の伝達関数は(Jes)-1であり、かつ、電
流ループは比例制御方式で構成され、速度ループはI_P
制御方式に構成されているので、速度ループの伝達関数
は、式(3)のKJにKJe=K/Jeを代入した形式の2次系
になる。したがって、 すなわち、次式 を満足するように積分定数TI、総合比例ゲインKを調整
することにより、速度ループに所望の制御特性を持たせ
ることができる。
A second method for tuning control characteristics of an industrial system according to the present invention includes a servo mechanism including a current loop, a speed loop, and a position loop, and controls the operation of a machine connected to a servomotor in response to a position command. An industrial system having a normal operation mode and a tuning mode.In the normal operation mode, the operation is performed by a control operation according to a set control characteristic, and in the tuning mode, the control characteristic of the industrial system is automatically adjusted. A method for tuning an industrial system, comprising: converting a transfer function of an output speed with respect to an input torque of a servo motor connected to a machine into a primary system type (J e s) -1 ; A proportional control method, a control method that can be approximated to a proportional control, and the speed loop is connected to an integral gain and a subsequent stage in a forward direction. The overall proportional gain by being configured to I_P control scheme, the feedback of the output speed of the servo motor to the input side of the integral gain,
Further, the feedback signal is branched and returned to the input side of the total proportional gain via the feedback proportional gain to configure the speed loop into a secondary system having a natural angular frequency and a damping constant. Setting the natural angular frequency ω n and the damping constant ζ that describe the control characteristics of the speed loop to desired values, and setting the speed loop having the natural angular frequency ω n and the damping constant と as a reference speed loop, The feedback loop gain of the velocity loop is set to 1, the proportional gain of the position loop is set to 0, and the angular frequency ω is sufficiently smaller than the natural angular frequency ω n of the reference speed loop.
o and a first tuning speed command having a constant amplitude A are input to the speed loop, and the amplitude of the speed output by the controlled object in response to the first tuning speed command is observed and is changed to the first speed command. and amplitude a 1, the equal angular frequency to the natural angular frequency omega n amplitude a
Is input to the speed loop, and the amplitude of the speed output by the control target in response to the second tuning speed command is observed, and this is referred to as the second amplitude.
A 2 and the ratio A 2 / A 1 of the second amplitude A 2 to the first amplitude A 1 is 1 /
There is a step of adjusting the overall proportional gain of the speed loop so as to be equal to (2ζ) [Operation] The transfer function of the output speed with respect to the input torque of the motor incorporated in the plant is (J e s) -1. And the current loop is configured by the proportional control method, and the speed loop is I_P
Since the control system is used, the transfer function of the velocity loop is a quadratic system in which K Je = K / J e is substituted for K J in equation (3). Therefore, That is, By adjusting the integration constant T I and the overall proportional gain K so as to satisfy the following condition, the speed loop can be provided with desired control characteristics.

プラントに接続されているモータの実効慣性モーメン
トJeは、本出願人の出願に係かる特開昭61−244286号公
報に記載された方法によって定めることができる(後
述)。
The effective moment of inertia J e of the motor connected to a plant can be determined by the method described in engagement mow Sho 61-244286 Patent Publication filed by the present applicant (see below).

総合比例ゲインKは、実効慣性モーメントJeを定めな
くても、次のようにして調整することができる。
Overall proportional gain K, without define the effective moment of inertia J e, can be adjusted as follows.

いま、規範速度ループの周波数応答を とする。式(9)は ω=0のときGM(0)=1 (10) ω=ωのとき になる。したがって、一定の振幅Aと、規範速度ループ
の固有角周波数ωに比べて充分に小さい角周波数を持
つ速度指令を速度ループに入力したとき出力される速度
の振幅A1を測定し、次に、同じ振幅Aをもち固有角周波
数ωに等しい角周波数をもつ速度指令を速度ループに
入力したとき出力される速度の振幅A2を設定し、A2がA1
の2ζ分の1になるように、総合比例ゲインKを調整す
れば、式(1)を満足するKが得られる。通常、総合比
例ゲインKの要素は、「速度ループの比例ゲインKVを調
整することによって行われる。
Now, the frequency response of the reference speed loop is And Equation (9) is obtained when ω = 0 G M (0) = 1 (10) When ω = ω n become. Therefore, when a speed command having a constant amplitude A and a speed command having an angular frequency sufficiently smaller than the natural angular frequency ω n of the reference speed loop is input to the speed loop, the amplitude A 1 of the speed output is measured. sets the same amplitude a has a specific angle speed of the amplitude a 2 to be output when the input speed command with equal angular frequency to the frequency omega n the speed loop, a 2 is a 1
By adjusting the overall proportional gain K so as to be 1/2 of the above, K satisfying the expression (1) can be obtained. Usually, the factor of the total proportional gain K is “adjusted by adjusting the proportional gain K V of the speed loop.

[実施例] 次に本発明の実施例について説明する。Example Next, an example of the present invention will be described.

本発明の産業用システムの制御特性のチューニング方
法においては、規範速度ループが定められると、式
(8)から積分時間TIは直ちに定まる。しかし、総合比
例ゲインKは規範速度ループの係数ζ,ωのほかに、
モータの実効慣性モーメントJeに依存する。したがっ
て、第の実施例においては、実効慣性モーメントJeを定
めて総合比例ゲインKを定める方法を開示し、第2の実
施例では実効慣性モーメントJeを明示的に定めないで総
合比例ゲインKを定める方法を開示する。
In the tuning of the control characteristics of the industrial system of the present invention, when the norm speed loop is determined, the integration time T I from equation (8) is determined immediately. However, in addition to the coefficients は and ω n of the reference speed loop,
It depends on the effective inertia moment J e of the motor. Therefore, in the second embodiment, a method of determining the effective moment of inertia J e to determine the total proportional gain K is disclosed. In the second embodiment, the total proportional gain K is determined without explicitly defining the effective inertia moment J e. Disclose a method for determining

まず、第1の実施例を説明する。 First, a first embodiment will be described.

実効慣性モーメントJeとは、モータを機械に接続して
回転させる場合において、機械がモータの回転に与える
効果をモータの慣性モーメントの変化に換算して、これ
を負荷慣性モーメントJxとするとき、モータ単体の慣性
モーメントJと負荷慣性モーメントJxとの和、すなわち
Je=J+Jxで定義される量である。負荷慣性モーメント
Jxをモータの慣性モーメントJに対する換算比xを使っ
てJx=Jxと記述するとJe=(1+x)Jになる。また機
械に接続されたモータの、トルクを入力とし速度を出力
する伝達関数は(Jes)-1になり、一次系の形式にな
る。
The effective moment of inertia J e, in the case of rotating by connecting the motor to the machine, by converting the effect of machine has on the rotation of the motor to change the moment of inertia of the motor, which when the load inertia J x , The sum of the motor inertia moment J and the load inertia moment J x , that is,
It is a quantity defined by J e = J + J x . Load moment of inertia
If J x is described as J x = J x using the conversion ratio x to the inertia moment J of the motor, J e = (1 + x) J. The motor connected to the machine, the transfer function of outputting the speed as an input torque becomes (J e s) -1, it becomes the primary system format.

上記の、実効慣性モーメントJeの定義からJeの値は次
のようにして定められる。
Above, the values from the definition J e of the effective moment of inertia J e is determined as follows.

速度ループに所定の速度指令をステップ入力した後、
所定時間を経過したときのモータの速度υをモータ単体
の場合、およびモータに機械を接続した場合について測
定し、モータ単体の場合の速度をυ、モータに機械を
接続した場合の速度をυとすると、Je=(υo
Jである(特開昭61−244286号公報参照)。
After step inputting a predetermined speed command to the speed loop,
The speed of the motor after a predetermined time has elapsed is measured for the motor alone and when the machine is connected to the motor, and the speed for the motor alone is indicated by o o , and the speed when the machine is connected to the motor is indicated by υ Let x be J e = (υ o / υ x )
J (see JP-A-61-244286).

このようにして求められた実効慣性モーメントJeと規
範速度ループの固有振動数ωn,減衰定数ζを用いて式
(7)から総合比率ゲインKが定められる。
Natural frequency omega n of the thus effective moment of inertia J e and norms velocity loop obtained, overall percentage gain K is determined from the equation (7) using the attenuation constant zeta.

次に第2の実施例を説明する 第1図は本発明の第2のチューニング方法を適用する
産業用システムの一実施例のブロック図である。
Next, a second embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of an industrial system to which the second tuning method of the present invention is applied.

本実施例の産業用システムは、通常動作モードとチュ
ーニングモードとの、2つのモードの動作を行うことが
できる。通常動作モードにおいては第4図の産業用シス
テムと同一の動作を行い、チューニングモードにおいて
は、本発明によるチューニングを行う。したがって、本
実施例の産業用システムは、第4図の産業用システムと
同一の構成要素と、チューニングを行うために付加され
た構成要素から成っている。第1図においては、第4図
の産業用システムの構成要素と同一の構成要素には同一
の番号が付けられている。
The industrial system according to the present embodiment can perform operations in two modes, a normal operation mode and a tuning mode. In the normal operation mode, the same operation as that of the industrial system shown in FIG. 4 is performed, and in the tuning mode, the tuning according to the present invention is performed. Therefore, the industrial system of the present embodiment includes the same components as those of the industrial system of FIG. 4 and components added for performing tuning. In FIG. 1, the same components as those of the industrial system in FIG. 4 are given the same numbers.

産業用システムはコントローラ1Aとプラント2,位置検
出器14,微分要素15から成っている。このうち、プラン
ト2,位置検出器14,微分要素15は第4図の対応する要素
と同一である。
The industrial system comprises a controller 1A, a plant 2, a position detector 14, and a differential element 15. Among them, the plant 2, the position detector 14, and the differential element 15 are the same as the corresponding elements in FIG.

コントローラ1Aは、指令設定部3A,制御部4A,チューニ
ング用指令設定部3B,状態観測部16によって構成されて
いる。このうち、制御部4Aは、その速度制御部11の入力
部にチューニング用指令の入力端子が設けられているこ
と以外は第4図の制御部4と同一である。
The controller 1A includes a command setting unit 3A, a control unit 4A, a tuning command setting unit 3B, and a state observation unit 16. The control unit 4A is the same as the control unit 4 in FIG. 4 except that an input terminal of a tuning command is provided in an input unit of the speed control unit 11.

状態観測部16は、チューニングモードでは微分要素15
の出力、すなわちモータ13の速度フィードバックを入力
し、チューニング用指令に応答して生成される速度フィ
ードバックの振幅を検出し、該検出値をチューニング時
信号として指令設定部3Aに出力する。指令設定部3Aは、
通常動作モードでは位置指令を制御部4Aの位置制御部5
に出力し、チューニングモードでは、チューニング時信
号を入力すると、チューニング用指令設定部3Bに対し、
チューニング指令信号を出力すると共に、制御部4Aの制
御パラメータ(比例ゲインと積分時間)を変更する。チ
ューニング用指令設定部3Bは、チューニング指令信号を
受信すると、所定の振幅と指定された周波数をもつチュ
ーニング用指令を制御部4Aの速度制御部11に出力する。
In the tuning mode, the state observation unit 16
, Ie, the speed feedback of the motor 13, and detects the amplitude of the speed feedback generated in response to the tuning command, and outputs the detected value to the command setting unit 3A as a tuning signal. The command setting section 3A
In the normal operation mode, the position command is transmitted to the position control unit 5 of the control unit 4A.
When the tuning mode signal is input in the tuning mode, the tuning command setting unit 3B
Outputs the tuning command signal and changes the control parameters (proportional gain and integration time) of the control unit 4A. Upon receiving the tuning command signal, tuning command setting section 3B outputs a tuning command having a predetermined amplitude and a designated frequency to speed control section 11 of control section 4A.

次に本実施例の動作を説明する。第2図は本実施例の
産業用システムの動作を表わすブロック線図である。
Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the operation of the industrial system of the present embodiment.

前記したように本実施例の産業用システムは、通常動
作モードでは第4図の産業用システムと同一の動作をす
る。
As described above, the industrial system of this embodiment operates in the normal operation mode in the same manner as the industrial system shown in FIG.

チューニグモードでは、オペレータは先ず規範速度ル
ープの固有振動数ωn,減衰定数ζをチューニング用指令
設定部3Bに設定する。本実施例では、ζ=1に設定す
る。指令設定部3Aは、初期パラメータとして、位置制御
部5の比例ゲインKPを0に設定し、速度制御部11の積分
時間TIを2/ω(式8参照)に設定する。その他の比例
ゲインは、モータが産業用ロボットやNC装置に組込まれ
たとき、正常な動作を行うことができる値に設定する。
In the tuning mode, the operator first sets the natural frequency ω n and damping constant の of the reference speed loop in the tuning command setting unit 3B. In this embodiment, ζ = 1 is set. The command setting unit 3A sets the proportional gain K P of the position control unit 5 to 0 and sets the integration time T I of the speed control unit 11 to 2 / ω n (see Equation 8) as initial parameters. Other proportional gains are set to values that allow normal operation when the motor is installed in an industrial robot or NC device.

ここで、指令設定部3Aは位置指令値を0にし、チュー
ニング用指令設定部3Bにチューニング指令信号を与え
る。チューニング用指令設定部3Bは、速度制御部11に低
周波速度指令として周波数が0.1Hz〜1Hzで振幅がAの正
弦波を与える。状態観測部16は低周波速度指令に応答し
てプラント2から出力されるモータの速度のピーク値を
検出し、この値をA1とする。ピーク値A1が検出される
と、低周波ピーク検出信号が、チューニング時信号とし
て指令設定部3Aに与えられる。指令設定部3Aは、この信
号をチューニング用指令設定部3Bへ送信する。チューニ
ング用指令設定部3Bは、低周波ピーク検出信号を受けと
ると、角周波数が規範速度ループの固有角周波数ω
等しく、振幅がAの正弦波の速度指令を速度制御部11に
与える。状態観測部16は、この角周波数ωの速度指令
に応答して出力されるモータの速度のピーク値を検出
し、この値をA2とする。A2がA1の1/2であれば、速度ル
ープは規範速度ループに一致したことになる。もし、A2
がA1/2よりも大きければ、指令設定部3Aは速度制御部11
の比例ゲインKVを小さくし、小さければ比例ゲインKV
大きくしてA2がA1の1/2になるように比例ゲインKVを調
整する。
Here, the command setting unit 3A sets the position command value to 0, and supplies a tuning command signal to the tuning command setting unit 3B. The tuning command setting unit 3B gives the speed control unit 11 a sine wave having a frequency of 0.1 Hz to 1 Hz and an amplitude A as a low frequency speed command. A state monitoring unit 16 detects the peak value of the motor speed output from the plant 2 in response to the low frequency velocity command, to the values as A 1. When the peak value A 1 is detected, the low frequency peak detection signal is supplied to the command setting section 3A as tuning time signal. Command setting section 3A transmits this signal to tuning command setting section 3B. Tuning command setting unit 3B has received the low-frequency peak detection signal, an angular frequency equal to the natural angular frequency omega n norms velocity loop, the amplitude has on the speed control unit 11 of the speed command of the sine wave A. State observing unit 16 detects the peak value of the motor speed to be output in response to the speed command of the angular frequency omega n, this value and A 2. If A 2 is a half of A 1, speed loop will be matched to the norms velocity loop. If A 2
Is larger than A 1/2 , the command setting unit 3A
Proportional gain K V is reduced, A 2 and increasing the proportional gain K V smaller adjusts the proportional gain K V so that the half of A 1.

以上の処理で、比例ゲインKVを調整するときには、状
態観測部16がチューニング時信号によって指令設定部3A
にその調整を指令し、指令設定部が比例ゲインKVを変更
する。また、比例ゲインKVの調整が終了したときには、
状態観測部16がチューニング時信号によって指令設定部
3Aに調整の終了を指示し、指令設定部3Aはチューニング
指令信号によってチューニング用指令設定部3Bに、チュ
ーニング用指令の出力の停止を指示する。
In the above process, when adjusting the proportional gain K V, the command setting unit 3A state observing unit 16 by tuning during signal
The adjustment was commanded, a command setting unit changes the proportional gain K V in. When the adjustment of the proportional gain K V is completed,
The state observation unit 16 is commanded by the tuning signal.
3A instructs the end of the adjustment, and the command setting unit 3A instructs the tuning command setting unit 3B to stop outputting the tuning command by the tuning command signal.

速度ループの調整が終了すると、次に位置ループの調
整が行われる。
When the adjustment of the speed loop is completed, the adjustment of the position loop is performed next.

位置ループは、位置制御部5が比例制御方式の場合に
は3次系になり、I_P制御方式の場合には4次系にな
る。いずれの場合においても、オペレータは規範位置ル
ープを設定し、指令設定部3Aは、位置ループが規範位置
ループに一致するように、位置ループの比例ゲインKP
よび、もし位置制御部5がI_P制御方式の場合には積分
時間を定める。
The position loop is a tertiary system when the position control unit 5 is a proportional control system, and a quaternary system when the position control unit 5 is an I_P control system. In any case, the operator sets the reference position loop, and the command setting unit 3A controls the position loop proportional gain K P and the position control unit 5 to control the I_P control so that the position loop matches the reference position loop. In the case of the method, the integration time is determined.

位置制御部5が比例制御方式である場合には、速度ル
ープの伝達関数をGVとすると、位置ループの伝達関数GP
は、 で与えられ、GVとして、制御パラメータが調整された伝
達関数を用いれば、容易に位置ループを規範位置ループ
に一致させることができる。
If the position controller 5 is proportional control system, the transfer function of the speed loop when the G V, transmission of the position loop function G P
Is Given as G V, by using the transfer function control parameters are adjusted, it can be matched easily position loop norms position loop.

最後に、速度ループの調整は、実用的には前記第1,第
2の実施例を折衷して次のように行われる。
Finally, the adjustment of the speed loop is carried out as follows, practically a compromise between the first and second embodiments.

(a)予め、モータに接続すべき種々の機械に対して換
算比xを定めておく。
(A) The conversion ratio x is determined in advance for various machines to be connected to the motor.

(b)モータを機械から切断して、すなわち、モータ単
体を制御対象として、第2の実施例の方法で速度ループ
の比例ゲインKVOを定める。
(B) The motor is disconnected from the machine, that is, the motor alone is controlled, and the proportional gain KVO of the speed loop is determined by the method of the second embodiment.

(c)モータを、換算比xの機械に接続したときの比例
ゲインKV1をKVO(1+x)に定める。
(C) The proportional gain K V1 when the motor is connected to the machine having the conversion ratio x is determined as K VO (1 + x).

以上の処理によって、モータが機械に接続された速度
ループを規範速度ループに一致させることができる。
Through the above processing, the speed loop in which the motor is connected to the machine can be made to match the reference speed loop.

(d)さらに高精度の調整をする場合には、(c)によ
って得られた比例ゲインKv1を初期設定値として、第2
の実施例の方法によって比例ゲインを再調整する。
(D) In the case of performing the adjustment with higher precision, the proportional gain K v1 obtained in (c) is set as the initial setting value and the second
The proportional gain is readjusted by the method of the embodiment.

指令設定部は、比例ゲインの初期設定値KV1と再調整
値KV2との比から実効慣性モーメントJeの見積り誤差を
算出し(式7参照)、正確な実効慣性モーメント、また
は換算比xを把握することができる。
The command setting unit calculates the estimation error of the effective inertia moment J e from the ratio between the initial setting value K V1 of the proportional gain and the readjustment value K V2 (see Equation 7), and obtains an accurate effective inertia moment or conversion ratio x. Can be grasped.

以上の実施例においては、電流ループの制御方式を比
例制御方式としたが、電流ループに積分要素等を加えて
も、電流ループが比例制御に近似され得る制御方式であ
れば、または、速度ループの閉ループ伝達関数が2次系
に近似できれば、実用上、何らの問題はないことが実験
的に知られている。
In the above embodiment, the control method of the current loop is the proportional control method. However, if the current loop can be approximated to the proportional control even if an integral element or the like is added to the current loop, It has been experimentally known that there is no practical problem if the closed-loop transfer function can be approximated to a second-order system.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、速度ループを2次系に
構成し、該2次系が規範速度ループに一致するように比
例ゲインおよび積分時間を自動調整をすることにより次
の効果を有する。
As described above, the present invention has the following effects by configuring the speed loop as a secondary system and automatically adjusting the proportional gain and the integration time so that the secondary system matches the reference speed loop.

(1)産業用システムを発振させることなくその制御特
性を調整することができ、その結果、発振時の動作の安
全性が保証されない場合でも、システムに損傷を与える
心配がなく望ましい調整をすることができる。
(1) The control characteristics can be adjusted without causing the oscillation of the industrial system. As a result, even if the safety of the operation at the time of the oscillation is not guaranteed, the desired adjustment can be performed without fear of damaging the system. Can be.

(2)人間を介在させないで自動調整をすることができ
るので、ばらつきのない均一の調整をすることができ
る。
(2) Since automatic adjustment can be performed without human intervention, uniform adjustment without variation can be performed.

(3)調整によって得られた高精度の実効慣性モーメン
トの値を用いて、簡単な演算だけで、モータが組込まれ
ている産業用ロボットやNC装置毎に所望の制御パラメー
タを設定することができる。
(3) Using the high-precision effective moment of inertia value obtained by the adjustment, it is possible to set the desired control parameters for each industrial robot or NC device in which the motor is incorporated, with simple calculations. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第2のチューニング方法を適用する産
業用システムの一実施例のブロック図、第2図は第1図
の実施例の産業用システムの動作を表わすブロック線
図、第3図は従来の産業用システムの構成の概略を示す
ブロック図、第4図は第3図の産業用システムのブロッ
ク線図である。 1,1A……コントローラ、 2……プラント、 3,3A……指令設定部、 3B……チューニング用指令設定部、 4,4A……制御部、 5……位置制御部、 6,6A……速度および電流制御部、 7,10,11……減算器、 8……積分器、 9……比例制御器、 11……速度制御部、 12……電流ループ、 13……モータ、 14……位置検出器、 15……微分要素、 16……状態観測部。
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of an industrial system to which the second tuning method of the present invention is applied, FIG. 2 is a block diagram showing the operation of the industrial system of the embodiment of FIG. 1, and FIG. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a conventional industrial system, and FIG. 4 is a block diagram of the industrial system shown in FIG. 1,1A: Controller, 2: Plant, 3,3A: Command setting unit, 3B: Tuning command setting unit, 4, 4A: Control unit, 5: Position control unit: 6, 6A Speed and current controller, 7, 10, 11 ... subtractor, 8 ... integrator, 9 ... proportional controller, 11 ... speed controller, 12 ... current loop, 13 ... motor, 14 ... Position detector, 15: Differential element, 16: State observation unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 11/36 501 G05B 11/36 503 G05B 13/02 H02P 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G05B 11/36 501 G05B 11/36 503 G05B 13/02 H02P 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少くとも電流ループ、速度ループで成るサ
ーボ機構を含み、サーボモータに接続された機械の動作
を制御する産業用システムであって、通常動作モードと
チューニングモードを有し、通常動作モードでは、設定
されている制御特性に従う制御動作で動作し、チューニ
ングモードにおいては、当該産業用システムの制御特性
を自動調整する、産業用システムのチューニング方法に
おいて、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を1次系の形式(Jes)-1に換算
し、前記電流ループを比例制御方式または比例制御に近
似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ループ
を、積分ゲインとその後段に、前向きに接続されている
総合比例ゲインによって、I_P制御方式に構成し、サー
ボモータの出力速度を前記積分ゲインの入力側に帰還
し、かつ、その帰還信号を分岐して帰還比例ゲインを経
由して前記総合比例ゲインの入力側にもどして、前記速
度ループを固有角周波数と減衰定数を有する2次系に構
成し、 チューニングモードにおいては、当該速度ループの制御
特性を記述する固有角周波数ωと減衰定数ζを所望の
値に設定して、その固有角周波数ωと減衰定数ζとを
もつ速度ループを規範速度ループとし、 前記速度ループの帰還比例ゲインを1に設定して、前記
速度ループの積分時間を2ζ/ωに調整し、総合比例
ゲインを2ζωnJeに調整する 工程を有することを特徴とする、産業用システムの制御
特性のチューニング方法。
An industrial system including a servo mechanism having at least a current loop and a speed loop for controlling the operation of a machine connected to a servo motor, the system having a normal operation mode and a tuning mode, and having a normal operation mode and a tuning mode. In the tuning mode, the controller operates in the control operation according to the set control characteristics, and in the tuning mode, automatically adjusts the control characteristics of the industrial system. by converting the transfer function of the output speed to the primary system of the type (J e s) -1 with respect to the input torque, configured to control system can be approximated to the current loop proportional control method or the proportional control and the speed loop Is configured in an I_P control system with an integral gain and a subsequent The speed is fed back to the input side of the integral gain, and the feedback signal is branched and returned to the input side of the total proportional gain via the feedback proportional gain, so that the speed loop is adjusted to a natural angular frequency and a damping constant. In the tuning mode, the natural angular frequency ω n and the damping constant 記述 す that describe the control characteristics of the speed loop are set to desired values, and the natural angular frequency ω n and the damping constant ζ and the norm speed loop speed loop with bets, by setting the feedback proportional gain of the speed loop to 1, to adjust the integration time of the speed loop 2ζ / ω n, adjust the overall proportional gain 2ζω n J e A method for tuning the control characteristics of an industrial system, comprising the steps of:
【請求項2】電流ループ、速度ループ、位置ループで成
るサーボ機構を含み、位置指令に応答してサーボモータ
に接続された機械の動作を制御する産業用システムであ
って、通常動作モードとチューニングモードを有し、通
常動作モードでは、設定されている制御特性に従う制御
動作で動作し、チューニングモードにおいては、当該産
業用システムの制御特性を自動調整する、産業用システ
ムのチューニング方法において、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を1次系の形式(Jes)-1に換算
し、前記電流ループを比例制御方式、または比例制御に
近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ループ
を、積分ゲインとその後段に、前向きに接続されている
総合比例ゲインによって、I_P制御方式に構成し、サー
ボモータの出力速度を前記積分ゲインの入力側に帰還
し、かつ、その帰還信号を分岐して帰還比例ゲインを経
由して前記総合比例ゲインの入力側にもどして、前記速
度ループを固有角周波数と減衰定数を有する2次系に構
成し、 チューニングモードにおいては、当該速度ループの制御
特性を記述する固有角周波数ωと減衰定数ζを所望の
値に設定して、その固有角周波数ωと減衰定数ζとを
もつ速度ループを規範速度ループとし、 前記速度ループの帰還比例ゲインを1に設定し、 位置ループの比例ゲインを0に設定し、規範速度ループ
の固有角周波数ωに比べて充分に小さい角周波数ω
と一定の振幅Aをもつ第1のチューニング用速度指令を
速度ループに入力し、第1のチューニング用速度指令に
応答して制御対象が出力する速度の振幅を観測してこれ
を第1の振幅A1とし、 前記固有角周波数ωに等しい角周波数と前記振幅Aを
持つ第2のチューニング用速度指令を速度ループに入力
し、第2のチューニング用速度指令に応答して制御対象
が出力する速度の振幅を観測して、これを第2の振幅A2
とし、 第1の振幅A1に対する第2の振幅A2の比A2/A1が1/(2
ζ)に等しくなるように、速度ループの総合比例ゲイン
を調整する 工程を有することを特徴とする産業用システムの制御特
性のチューニング方法。
2. An industrial system for controlling the operation of a machine connected to a servomotor in response to a position command, the system including a servo mechanism comprising a current loop, a speed loop, and a position loop. In the tuning mode of the industrial system, which operates in a control operation in accordance with the set control characteristics in the normal operation mode and automatically adjusts the control characteristics of the industrial system in the tuning mode, by converting the transfer function of the output speed to form (J e s) -1 of the primary system to the input torque of the servo motor connected, the current loop proportional control system or a control system which can be approximated to the proportional control, And the speed loop is formed into an I_P control system by an integral gain and a subsequent proportional gain connected in a forward direction. The output speed of the servo motor is fed back to the input side of the integral gain, and the feedback signal is branched and returned to the input side of the total proportional gain via the feedback proportional gain, whereby the speed loop is controlled. In the tuning mode, the natural angle frequency ω n and the damping constant 、 that describe the control characteristics of the speed loop are set to desired values, and the natural angle is set in the tuning mode. A speed loop having a frequency ω n and a damping constant ζ is set as a reference speed loop, a feedback proportional gain of the speed loop is set to 1, a proportional gain of a position loop is set to 0, and a natural angular frequency ω of the reference speed loop is set. angular frequency ω o sufficiently smaller than n
And a first tuning speed command having a constant amplitude A is input to the speed loop, and the amplitude of the speed output by the control target in response to the first tuning speed command is observed. and a 1, wherein the second tuning-speed command with the natural angular frequency omega n equal angular frequency of the amplitude a and input to the velocity loop, the control target is output in response to the second tuning speed command Observe the amplitude of the velocity and change it to the second amplitude A 2
And the ratio A 2 / A 1 of the second amplitude A 2 to the first amplitude A 1 is 1 / (2
A method for tuning control characteristics of an industrial system, comprising a step of adjusting a total proportional gain of a speed loop so as to be equal to ζ).
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