JP4200357B2 - 電動機制御装置の運転立上げ方法および電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、半導体製造装置、ロボット、工作機械等に用いられ、電動機もしくは該電動機によって駆動される負荷機械の動作量である位置および／または速度を検出する検出手段と、制御指令を発生する指令発生器と、該制御指令を受けて電動機を駆動し、制御指令と動作量が一致するように制御し、その制御の応答性を変える制御ゲインを有する、電流制御器とトルク制御器もしくは推力制御器を含む複数の閉ループで構成される制御器とを有する電動機制御装置に関し、特にその運転立上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機制御装置の調整装置では、実際に稼働する際に用いる動作指令を使用して電動機を動作させ、制御器を調整していた。
【０００３】
図１０は従来の電動機制御装置の構成図である。この電動機制御装置は、電動機１によって駆動される負荷機械２の動作量を検出する検出部３と、制御指令を発生する指令発生器４と、電流制御器５ａ、トルク制御器５ｂ、速度制御器５ｃ、位置制御器５ｄを含み、制御指令を受けて電動機１を駆動し、制御指令と動作量が一致するように制御し、その制御の応答性を変える制御ゲインを有する制御器５と、動作量の確認などを行うための出力部１１と、制御器５を調整する調整部１２と、調整値変更部１３を有している。
【０００４】
図１１は図１０に示した従来の電動機制御装置の調整例として、実際に使用する制御指令を用いて電動機１を動作させたシミュレーションの結果を示している。こうした動作を出力部１１で観察して動作量の確認や電動機制御装置の調整を実施する。例えば、特許文献１では、複数の制御パラメータを調整する手法が紹介されている。図１０のような調整部１２に修正手段をもつ調整器が記載されている。
【０００５】
また、実動作がなく、危険を伴わない、電動機制御装置の調整には、コンピュータ上で実施するシミュレーションによる方法がある。図１２は、従来の電動機制御装置の調整装置の１例としてシミュレーションを用いる例である。図１２の構成をコンピュータ上に数値的なモデルとしてもち、数値演算により模擬的に動作を評価することにより、動作量の確認や電動機制御装置の調整を実施する。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１７８２０２号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電動機制御装置の調整方法は制御器の調整を行う方法を示しており、実際の動作と、作業者・調整者による評価や判定が必要となる。
【０００８】
従来の方法では、電動機を初めから実際の指令にしたがって稼働させ、動作量の確認や電動機制御装置の調整を実施するため、設定値の不良により機械を暴走させる危険がある。たとえ上級の作業者・調整者が操作した場合でも危険をなくすことはできない。
【０００９】
さらに、動作シミュレーションを用いる場合には、机上で数値演算を行うため危険がないが、制御器のモデル化や負荷機械のモデル化を伴う。制御対象である負荷機械のモデル化には、機械の寸法や材料物性から数値演算的にモデル化するFEM（有限要素法）を利用するか、実験的にモデル化するため、動作運転・測定・同定という手順が必要となる。制御器のモデル化と負荷機械のモデル化が精度良く行われていなければ、定量的な評価ができない。つまり、電動機と負荷機械のモデル化のために、機械特性値を、設計値から推定するか、実験的に推定する必要があるため、動作シミュレーションを用いる場合には推定・同定作業による労力の増大と、推定・同定の誤判定による精度低下の危険など問題がある。
【００１０】
このため、最終的には、従来のように電動機制御装置を運転して、調整や評価を実施しなければならない。
【００１１】
結局のところ、上級の作業者・調整者による運転や動作シミュレーションでは危険の回避については解決できていなかった。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、電動機制御装置の誤動作・誤操作による危険を回避し、安全に制御器のチューニングや可動部の移動量を事前に確認して、装置を立ち上げることができる電動機制御装置の運転立上げ方法および電動機制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動機制御装置の運転立上げ方法は、制御指令を、負荷機械の動作量が小さくなるように、いずれかの閉ループに外乱信号として入力し、検出手段により検出された動作量Ｒを制御器にフィードバックしてフィードバック制御し、さらに、動作量Ｒを制御指令が変更されない場合の動作量Ｒ´に換算した値によって制御器の制御ゲインを調整し、複数回に渡って繰り返される外乱信号の印加ごとに制御ゲインを調整して調整仕様条件を満たすまで調整を繰り返し実行することを特徴とする。
【００１５】
本発明の電動機制御装置は、
制御指令を入力して負荷機械の動作量が小さくなるように制御指令を変更して制御器の閉ループに外乱信号として出力する制御指令量変更手段と、
制御指令を制御器に出力するか、制御指令量変更手段に出力するかを切換える制御指令量選択手段と、
制御指令を制御指令量変更手段により変更して電動機を駆動したときの動作量の検出値を、制御指令を変更しない場合の検出値に換算する動作検出量換算手段と、
制御器の制御ゲインを調整、更新する調整手段と、
検出手段の出力を調整手段に出力するか、動作検出量換算手段に出力するかを切換える動作検出量換算選択手段と、
制御指令量選択手段と動作検出量換算選択手段をそれぞれ制御指令量変更手段と動作検出量換算手段に同時に切換える選択切り替え操作手段と、
検出手段、動作検出量換算手段による換算結果、制御指令、制御器の各種内部信号の少なくとも１つを出力する出力手段と、
を備え、
制御器の制御ゲインを調整して電動機制御装置の運転立上げを行う際は、選択切り替え操作手段によって、制御指令が制御指令量変更手段を介して制御器に入力され、かつ、動作量の検出値が動作検出量換算手段を介して調整手段に入力されるように、制御指令量選択手段と動作検出量換算選択手段が切り替えられ、
制御指令を、負荷機械の動作量が小さくなるように変更し、検出手段により検出された動作量Ｒを制御器にフィードバックしてフィードバック制御し、かつ、動作量Ｒを制御指令が変更されない場合の動作量Ｒ´に換算した値によって制御器の制御ゲインを調整し、複数回に渡って繰り返される制御指令の印加ごとに制御ゲインを調整して調整仕様条件を満たすまで調整を繰り返し実行する
ことを特徴とする。
【００１８】
制御指令量変更手段と動作検出量換算手段を同時に利用する場合には、選択切り替え操作手段により制御指令量選択手段と動作検出量換算選択手段を同時に切り替え、制御指令量変更手段により制御指令量より少ない動作量で電動機を駆動し、動作検出量換算手段により動作検出量を換算し、制御指令量変更手段と動作検出量換算手段を利用しない場合の動作量を求める。制御指令量より少ない動作量の駆動により、制御器を調整し、安全に、電動機制御装置の運転立ち上がりができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態の電動機制御装置のブロック図である。図１０中と同じ参照番号は同じ要素を示す。
【００２１】
本実施形態の電動機制御装置は、制御指令量変更部６と制御指令量選択部７と動作検出量換算部８と動作検出量換算選択部９と選択切り替え選択部１０と遠隔操作部１３と仕様入力部１４をさらに有し、制御器５に速度制御器５ｃと位置制御器５dがない点が第１の実施形態と異なる。
【００２２】
制御指令量変更部６は、指令発生器４で発生した制御指令値を変更して制御器５に出力する。制御指令量選択部７は指令発生器４で発生した制御指令を制御器５または制御指令量変更部６に切り替え出力する。動作検出量換算部８は、制御指令量変更部６で制御指令量を変更して電動機１を駆動したときの、検出部３による動作量の検出値を、制御指令量を変更しない場合の検出値に換算する。動作検出量換算選択部９は検出部３の出力である検出値を調整部１２または動作検出量換算部８に切り替え出力する。仕様入力部１４は調整部１２における調整条件を設定する。選択切り替え操作部１０は制御指令量選択部７と動作検出量換算選択部９の切り替えを制御する。遠隔操作部１３は指令発生器４、選択切り替え操作部１０、出力部１１、調整部１２を遠隔から制御する。
【００２３】
次に、本実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げ動作について図１に基づいて説明する。
【００２４】
選択切り替え操作部１０により、制御指令量変更部６を使用するように制御指令選択部７が切り替えられ、指令発生器４で作成された指令信号Ｃは制御指令量変更部６によって、負荷機械２の動作量が小さくなるように係数αを掛けて変更される。変更後の指令信号Ｃは制御器５に入力され、制御器５は内部のトルク制御器５ｂと電流制御器５ａを介して電動機１を動作させ、電動機１の動作により負荷機械２が動作する。電動機１の動作量Ｒは検出部３によって検出される。動作量Ｒは分岐し、一つは制御器５にフィードバックされ、フィードバック制御に使用され、もう一つは、選択切り替え操作部１０によって制御指令選択部７と同時に動作検出量換算選択部９が設定され、動作検出量換算部８に入力され、動作量Ｒは、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ'に、制御指令量変更部６にて指令信号Ｃに掛けられた係数αの逆数１／αを掛けて換算され、一つはそのまま出力部１１に出力され、観察される。このうち動作検出量換算部８により求められた動作量Ｒ'は調整部１２に入力され、制御器５を調整する。調整部１２は、複数回上記の動作が繰り返される各動作の中で、制御器５の最良なパラメータである制御ゲイン値を更新し記録しながら、仕様入力部１４によって与えられた条件を満たすまで調整を実施する。
【００２５】
調整部１２は最終的に制御器５の最良なパラメータを制御器５に出力し、調整を完了する。また、動作検出量換算部８により求められた動作量Ｒ'は出力部１１に出力され、制御指令量変更部６が使用されない場合の移動量を観察することができる。
【００２６】
制御器５の調整と、動作量Ｒ'の観察・確認が完了すれば、選択切り替え操作部１０により、制御指令量選択部７と動作検出量換算選択部９を切換え、電動機制御装置を制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用しない場合の通常の使用状況に戻すと、調整が完了し、移動量を間違えて電動機１を動作させることなく電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００２７】
さらに、遠隔操作部１３により、出力部１１から情報を受け取りつつ、選択切り替え操作部１０と、指令発生器４や調整部１２を離れたところから操作し、制御器５の調整を完了させ、動作量の確認をして、電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００２８】
本実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げは、制御指令量変更部６により、指令信号Cを、負荷機械２の動作量が小さくなるように係数を掛けて変更し、検出部３により検出された電動機１の動作量Ｒを制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ’に換算し、調整部１２により制御器５を調整することと、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ’を確認することである。
【００２９】
本実施形態によれば、電動機１および負荷機械２の動作量を小さくすることで、危険を回避し、制御器５のチューニングや可動部の移動量を事前に安全に確認して、電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００３０】
本実施形態によって移動量を事前に確認でき、制御器５の調整が終了すれば、選択切り替え操作部１０を切り替えることで、制御指令量選択部７および動作検出量換算選択部９が元の状態に切り替わり、制御指令量変更部６および動作検出量換算部８を使わずに通常の運転を行う動作が実現できる。
【００３１】
なお、本実施形態では電動機１の動作量Rを検出部３により検出したが、負荷機械２の動作量Ｒを検出部３により検出してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、調整部１２は、仕様入力部１４によって与えられた条件を満たすまで調整を実施するとしたが、仕様入力部１４により条件の中に実施回数の制限などを含ませて指定しておけば、条件を満たさない場合でも動作を終了させてもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態では制御指令量変更部６を使用して動作させ、動作検出量換算部８の換算結果を利用して、調整部１２により制御器５を調整することとしたが、制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、調整部１２により制御器５を調整してもよい。
【００３４】
制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、遠隔操作部１３により電動機制御装置の立ち上げや調整を実施してもよい。
【００３５】
［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態の電動機制御装置のブロック図である。
【００３６】
本実施形態は、制御器５が速度制御器５ｃと位置制御器５ｄをさらに備え、制御指令量変更部６が制御器５内に設けられている点が第１の実施形態と異なる。
【００３７】
次に、本実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げ動作について図２に基づいて説明する。
【００３８】
選択切り替え操作部１０により、制御指令量変更部６を使用するように制御指令選択部７が切り替えられ、指令発生器４で作成された指令信号Ｃは制御指令量変更部６により、指令信号Ｃを制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間に外乱信号として加算する。トルク制御器５ｂおよび電流制御器５ａを介して電動機１が動作し、電動機１の動作により負荷機械２が動作する。電動機１の動作量Ｒは検出部３により検出される。動作量Ｒは分岐し、一つは制御器５にフィードバックされ、フィードバック制御に使用し、位置制御器５ｄと位置ループを組み、速度制御器５ｃと速度ループを組む。もう一つの動作量Ｒは選択切り替え操作部１０により制御指令選択部７と同時に動作検出量換算選択部９が切り替えられ、動作検出量換算部８に入力され、動作量Ｒを動作検出量換算部８にて、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ'に換算され、一つはそのまま出力部１１に出力され、観察される。このうち動作検出量換算部８により求められた動作量Ｒ'は、第１の実施形態と同様に、調整部１２に入力され、制御器５を調整する。調整部１２は、複数回上記の動作が繰り返される各動作の中で制御器５の最良なパラメータである制御ゲイン値を更新し記録しながら、仕様入力部１４によって与えられた条件を満たすまで調整を実施する。
【００３９】
本実施形態によって移動量を事前に確認でき、制御器５の調整が終了すれば、第１の実施形態と同様に、選択切り替え操作部１０を切り替えることで、通常の運転を行う動作が実現できる。
【００４０】
第１の実施形態との違いは、制御指令量変更部６を、指令信号Ｃが制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間の外乱信号として加算する手段としたため、動作検出量換算部８では、動作量Ｒに制御器５のパラメータからなる係数を掛ける点である。
【００４１】
第２の実施形態を図３のブロック図として示す。 図３のブロック図は制御器５にトルク制御器５ｂと速度制御器５ｃを含み、積分―比例制御を行う速度ループと、位置制御器５ｄを含む比例制御を行う位置ループと、速度フィードフォワードとトルクフィードフォワード・ループを備えた制御器において、それぞれ位置ループゲインＫp、速度ループゲインＫv、速度ループ積分ゲインＴi、フィルタゲインＴf、速度フィードフォワードゲインＫfv とトルクフィードフォワードゲインＫft、電動機１と負荷機械２を剛体系とした慣性モーメントＪから成る。
【００４２】
第２の実施形態のように、指令信号CをＰref、制御指令量変更部６により外乱信号として入力されるトルク外乱をＴdとすると、指令応答は式（１）、外乱応答は式（２）で表される。指令応答は通常の動作状態であり、外乱応答は第２の実施形態の状態である。
【００４３】
まず、負荷機械系を剛体として近似して考えると、指令応答は
Ｔd＝０とすると、
【００４４】
【数１】
外乱応答は
Ｐref＝０とすると、
【００４５】
【数２】
指令応答と外乱応答は、分子の項
【００４６】
【外１】
、つまり制御系パラメータのみの項の違いである。式（３）のように、指令応答と外乱応答の入力指令を同じ形状の信号とすれば、指令応答と外乱応答は、機械特性値を使用することなく式（４）により換算できる。
【００４７】
Ｔd＝Ｐref （３）
【００４８】
【数３】
なお、式（４）では換算した電動機速度
【００４９】
【外２】
を示したが、式（５）のように電動機速度を電動機位置に換算して用いてもよい。
【００５０】
【数４】
次に、負荷機械系を２慣性系として近似して考える。図４のブロック図は、図３と同様の制御系と、電動機１と負荷機械２を２慣性系とした慣性モーメントＪ1とＪ2、バネ乗数Ｋと減衰Ｄからなる。
【００５１】
２慣性系の指令応答の場合
【００５２】
【数５】
２慣性系の外乱応答の場合
【００５３】
【数６】
つまり、電動機と負荷機械の関係を２つの質量とバネ要素から成る２慣性系としても、あるいは複数のバネ―質量要素からなる多慣性系としても、電動機１と負荷機械２に関する項は分母のみ式（１）、（２）、（６）、（７）の〈 〉内にあり、さらに外乱応答と指令応答の分母は共通である。
【００５４】
このため、外乱応答を指令応答に換算するには、制御系の変数項のみ、式（４）を用いて実施できる。制御系の変数項はサーボ系の構成が既知であれば換算できる。制御系の変数項は、制御器５の内部変数であり、調整により決定されるため既知であり、簡単に換算できる。つまり、電動機１と負荷機械２が複数のバネ・質量要素からなる場合にも、指令応答と外乱応答は、機械特性値を使用することなく、制御系のみの項を用いて式（４）により換算できる。
【００５５】
図５では式（７）の式（４）による換算を、シミュレーション計算値とした結果を示す。第２の実施形態では、指令信号Ｐrefと同じ信号を外乱信号Ｔｄに用いれば、機械特性を含んだ波形を観察し、機械特性値を使用せず、既知である制御系の変数項のみを用いて通常の動作時である指令応答に換算できる。
【００５６】
図６は、式（７）のシミュレーション計算値の結果を示す。つまり、制御指令量変更部６を使用した場合、電動機１の実際の動作量
【００５７】
【外３】
は図６のようになる。図５と図６の大きさを比べると、図６の電動機１の動作量
【００５８】
【外４】
は、動作量
【００５９】
【外５】
の１００万分の１程度である。
【００６０】
図１１に、制御指令量変更部６を使用しない通常の場合、つまり従来の電動機の動作と等価な結果である指令信号C（Ｐref：破線）と電動機１の指令応答による動作量
【００６１】
【外６】
を示すが、図５のように外乱応答を動作検出量換算部８により換算した動作量
【００６２】
【外７】
と、図１１の制御指令量変更部６を使用しない場合の指令応答による電動機１の動作量
【００６３】
【外８】
は同じである。つまり、外乱応答により電動機１の動作量
【００６４】
【外９】
を極小に抑えて安全な動作をしながら、指令応答による動作量
【００６５】
【外１０】
と等価なＲ’を推定できる。
【００６６】
なお、図５、 図６、 図１１では、図４のブロック図のうちフィルタゲインＴfと、速度フィードフォワードゲインＫ fv とトルクフィードフォワードゲインＫftを省略し、電動機１と負荷機械２を２（多）慣性とした場合の、指令信号Ｃ（Ｐref：破線）と動作検出量換算部８による動作量
【００６７】
【外１１】
の第２の実施形態のシミュレーション計算値である。
【００６８】
すなわち、第２の実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げは、制御指令量変更部６により、指令信号Ｃを制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間の外乱信号として加算し、検出部３により検出された外乱応答による電動機１の動作量Ｒを制御指令量変更部６が使用されない場合の指令応答の動作量Ｒ’に換算し、第１の実施形態と同様に調整部１２により制御器５を調整することと、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ’を確認することである。
【００６９】
本実施形態によれば、電動機１および負荷機械２の動作量を小さくすることで、危険を回避し、制御器のチューニングや可動部の移動量を事前に安全に確認して、電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００７０】
なお、本実施形態では電動機１の動作量Ｒを検出部３により検出したが、負荷機械２の動作量Ｒを検出部３により検出してもよい。また、出力部１１と、調整部１２と、遠隔操作部１３と、仕様入力部１４は、第１の実施形態と同様に利用できる。
【００７１】
さらに、本実施形態では制御指令量変更部６を使用して動作させ、動作検出量換算部８の換算結果を利用して、調整部１２により制御器５を調整することとしたが、第１の実施形態と同様に制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、調整部１２により制御器５を調整してもよい。
【００７２】
第１の実施形態と同様に制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、遠隔操作部１３により電動機制御装置の立ち上げを実施してもよい。
【００７３】
また、本実施形態では制御指令量変更部６として、指令信号Ｃを制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間に外乱信号として加算したが、加算する位置は、制御器５の中の位置制御器５ｂと速度制御器５ｃでもよく、本実施形態と同じように電動機１もしくは負荷機械２の動作量が減少する効果が得られれば、指令信号Ｃを加算する位置にこだわるものではない。
【００７４】
さらに、本実施形態では図３、図４のブロック図を用いて説明したが、変更した他のブロック図による制御則を用いても、同等の効果が得られればよい。
【００７５】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態として、電動機制御装置の調整部１２について図７と図８に基づいて説明する。
【００７６】
図７（１）は、位置ループを備える制御系の場合の位置の制御指令Ｐrefと電動機位置Ｐfbの例である。図７（２）は、位置指令Ｐrefと電動機位置Ｐfbの差、位置偏差である。図７（３）のａは指令開始時に発生する信号であり、ｂは指令払い出し完了時に発生する指令払出完了信号である。ｃは位置偏差が仕様入力部１４により入力した値αより小さくなった場合に指令払出完了後に発生する動作完了信号である。図７（４）は、 図７（３）の各信号を指令開始から動作完了判定までをＨ（ハイ）、他をＬ（ロー）とした信号である。図７（５）は、動作完了信号異常時の図７（４）に対応する信号である。 図７（６）は、動作完了信号異常時の図７（３）に対応する信号である。動作完了信号異常時とは、動作完了信号ｃ発生後、位置偏差が再びしきい値αを超え、さらにしきい値α以下に収まるような振動的な場合に動作完了信号cを発生する場合をいう。この動作完了信号異常は、あらかじめ決められている時間ｃ−ａ'もしくはａ−ａ'間に認識する。また、指令払出完了に位置偏差がしきい値βを超える場合には、過大偏差異常とする。
【００７７】
図８に基づき、調整手順について説明する。制御器５の初期ゲイン値から、第１の実施形態もしくは第２の実施形態にしたがい、電動機１を運転し、図７に示す信号を発生する。この電動機位置には、通常運転による結果や、第１の実施形態もしくは第２の実施形態にしたがい換算された電動機位置
【００７８】
【外１２】
を使用することができる。
【００７９】
指令払出完了信号、動作完了信号などとともに、動作完了信号異常、過大偏差異常を感知して評価する。
【００８０】
まず、位置偏差がしきい値β以上の場合には、偏差過大信号を発し、過大偏差による異常と判定し、ゲイン低下を実施し、再度運転動作を行う。
【００８１】
過大偏差でなければ、次に動作完了信号について判定する。
【００８２】
動作完了信号ｃ発生後、位置偏差が再びしきい値αを超え、さらにしきい値α以下に収まると、再び動作完了信号cを発生する。位置偏差が振動的ならば、図７（５）（６）のようになる。あらかじめ決められた図７（４）のｃ−ａ’間またはｂ−ａ間の時間内に、図７（５）（６）のように動作完了判定信号が複数回発生すると、動作完了信号異常と判定する。動作完了信号異常の場合は、ゲイン低下を実施し、再度運転動作を行う。
【００８３】
動作完了信号が正常であれば、整定時間短縮を判定する。前回の動作時より時間短縮されているか、初回の動作ならば、整定時間である図７（３）や（４）からａ−ｃ間もしくはｂ−ｃ間の時間を記録しておき、ゲインを増大し、再度運転動作する。
【００８４】
こうした繰り返し運転により偏差過大信号と、動作完了信号と、整定時間短縮の評価を行う。
【００８５】
すなわち、 図８のような調整手順に基づき、図７のような信号にて調整を実施すれば、どの段階でも異常が発生せず、整定時間短縮が達成できれば、ゲインを上げて再度運転し、異常が発生すれば、ゲインを小さくして再度運転し、時間短縮がなくなれば調整を完了するので、電動機制御装置を自動的に調整できる。
【００８６】
第１の実施形態、第２の実施形態のように安全な動作をさせ、このときの信号を図７のような信号に換算して調整を実施してもよい。
【００８７】
なお、本実施形態では、位置制御器をもつ位置ループを構成する制御器としたが、位置制御器をもたず、速度制御器までをもつ制御器で構成してもよい。
【００８８】
［第４の実施形態］
図９は本発明の第４の実施形態の電動機制御装置のブロック図である。
【００８９】
本実施形態は操作部２３と演算装置２４と記憶装置２５を第１の実施形態に付加して構成されている。
【００９０】
本実施形態は、第１から第３の実施形態と同様に動作し、安全に、電動機制御装置の運転立ち上げができる。さらに、第３の実施形態のように制御器５を調整してもよい。
【００９１】
この過程で、出力部１１、操作部２３、機械図面データ２７、記憶装置２５、表示画面２６、演算装置２４を利用してもよく、さらに遠隔操作部１３を経由して、電動機制御装置を動作させることができる。
【００９２】
制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を同時に利用する場合には、電動機１の動作量を動作検出量換算部８により換算し、制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を利用しない場合には、通常運転による動作量を、電動機１もしくは電動機１の動作に付随して動く負荷機械２を、機械モデルの動作として表示画面２６で確認できる。
【００９３】
機械図面データ２７を記憶装置２５がもっており、２次元以上の機械モデルとして表示画面２６に表示する。前記動作量は前記機械モデルの中の電動機１や負荷機械２に相当する部分が動作しているように、演算装置２４が前記動作量にしたがい機械モデルの一部を動作させるよう演算する。
【００９４】
表示画面２６には、電動機１の動作および検出部３、動作検出量換算部８による換算結果、制御指令量、制御器５の各種内部信号を、波形グラフとして観察してもよい。
【００９５】
すなわち、第４の実施形態では、電動機１や負荷機械２の動作をグラフィカルに把握できる。第１の実施形態や第２の実施形態のように安全に動作させた場合でも、通常の動作を把握でき、第３の実施形態のように制御器５を調整できる。
【００９６】
また、操作部２３から仕様入力部１４を経由して調整評価基準を調整部１２に入力してもよく、遠隔操作によっても同様のことができる。
【００９７】
なお、図では出力部１１に表示画面２６を含めた形式で構成したが、別装置として構成してもよい。さらに、出力部１１、調整部１２、遠隔操作部１３、仕様入力部１４、操作部２３、機械図面データ２７、記憶装置２５、演算装置２４などは同様な機能を果たせば、いずれかを一般的にパーソナル・コンピュータといわれるもので構成してもよい。
【００９８】
また、図では制御指令量変更部６を図１に示した構成としたが、 図２に示した構成でもよく、２種類を複数組み合わせて構成してもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機を模擬的に動作でき、電動機もしくは電動機に付随して移動する機械により生じる、誤動作・誤操作による危険を回避して、本来動作したい移動量を安全に確認でき、さらに電動機制御装置を最適な動作に調整することができ、安全な動作と通常の動作を簡単に切り替えることができるという効果がある。さらに、遠隔操作により電動機を動作させる場合でも、操作および電動機制御装置の調整を安全に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電動機制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電動機制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の電動機制御装置の剛体負荷系のブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の電動機制御装置の２慣性負荷系のブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を適用した指令信号と外乱応答による動作検出量換算後の動作量のシミュレーション計算値を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を適用した外乱応答による動作量のシミュレーション計算値を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を適用した調整部の信号を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態を適用した調整部の調整手順を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の電動機制御装置の調整装置および動作確認装置の構成図である。
【図１０】従来の電動機制御装置の構成図である。
【図１１】従来の電動機制御装置の指令応答による動作量のシミュレーション計算値を示す図である。
【図１２】従来の電動機制御装置のシミュレーションモデルの構成図である。
【符号の説明】
１ 電動機
２ 負荷機械
３ 検出部
４ 指令発生器
５ 制御器
５ａ 電流制御器
５ｂ トルク制御器（もしくは推力制御器）
５ｃ 速度制御器
５ｄ 位置制御器
６ 制御指令量変更部
７ 制御指令量選択部
８ 動作検出量換算部
９ 動作検出量換算選択部
１０ 選択切り替え操作部
１１ 出力部
１２ 調整部
１３ 遠隔操作部
１４ 仕様入力部
２３ 操作部
２４ 演算装置
２５ 記憶装置
２６ 表示画面
２７ 機械図面データ
本発明は、半導体製造装置、ロボット、工作機械等に用いられ、電動機もしくは該電動機によって駆動される負荷機械の動作量である位置および／または速度を検出する検出手段と、制御指令を発生する指令発生器と、該制御指令を受けて電動機を駆動し、制御指令と動作量が一致するように制御し、その制御の応答性を変える制御ゲインを有する、電流制御器とトルク制御器もしくは推力制御器を含む複数の閉ループで構成される制御器とを有する電動機制御装置に関し、特にその運転立上げ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機制御装置の調整装置では、実際に稼働する際に用いる動作指令を使用して電動機を動作させ、制御器を調整していた。
【０００３】
図１０は従来の電動機制御装置の構成図である。この電動機制御装置は、電動機１によって駆動される負荷機械２の動作量を検出する検出部３と、制御指令を発生する指令発生器４と、電流制御器５ａ、トルク制御器５ｂ、速度制御器５ｃ、位置制御器５ｄを含み、制御指令を受けて電動機１を駆動し、制御指令と動作量が一致するように制御し、その制御の応答性を変える制御ゲインを有する制御器５と、動作量の確認などを行うための出力部１１と、制御器５を調整する調整部１２と、調整値変更部１３を有している。
【０００４】
図１１は図１０に示した従来の電動機制御装置の調整例として、実際に使用する制御指令を用いて電動機１を動作させたシミュレーションの結果を示している。こうした動作を出力部１１で観察して動作量の確認や電動機制御装置の調整を実施する。例えば、特許文献１では、複数の制御パラメータを調整する手法が紹介されている。図１０のような調整部１２に修正手段をもつ調整器が記載されている。
【０００５】
また、実動作がなく、危険を伴わない、電動機制御装置の調整には、コンピュータ上で実施するシミュレーションによる方法がある。図１２は、従来の電動機制御装置の調整装置の１例としてシミュレーションを用いる例である。図１２の構成をコンピュータ上に数値的なモデルとしてもち、数値演算により模擬的に動作を評価することにより、動作量の確認や電動機制御装置の調整を実施する。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１７８２０２号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電動機制御装置の調整方法は制御器の調整を行う方法を示しており、実際の動作と、作業者・調整者による評価や判定が必要となる。
【０００８】
従来の方法では、電動機を初めから実際の指令にしたがって稼働させ、動作量の確認や電動機制御装置の調整を実施するため、設定値の不良により機械を暴走させる危険がある。たとえ上級の作業者・調整者が操作した場合でも危険をなくすことはできない。
【０００９】
さらに、動作シミュレーションを用いる場合には、机上で数値演算を行うため危険がないが、制御器のモデル化や負荷機械のモデル化を伴う。制御対象である負荷機械のモデル化には、機械の寸法や材料物性から数値演算的にモデル化するFEM（有限要素法）を利用するか、実験的にモデル化するため、動作運転・測定・同定という手順が必要となる。制御器のモデル化と負荷機械のモデル化が精度良く行われていなければ、定量的な評価ができない。つまり、電動機と負荷機械のモデル化のために、機械特性値を、設計値から推定するか、実験的に推定する必要があるため、動作シミュレーションを用いる場合には推定・同定作業による労力の増大と、推定・同定の誤判定による精度低下の危険など問題がある。
【００１０】
このため、最終的には、従来のように電動機制御装置を運転して、調整や評価を実施しなければならない。
【００１１】
結局のところ、上級の作業者・調整者による運転や動作シミュレーションでは危険の回避については解決できていなかった。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、電動機制御装置の誤動作・誤操作による危険を回避し、安全に制御器のチューニングや可動部の移動量を事前に確認して、装置を立ち上げることができる電動機制御装置の運転立上げ方法および電動機制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動機制御装置の運転立上げ方法は、制御指令を、負荷機械の動作量が小さくなるように、いずれかの閉ループに外乱信号として入力し、検出手段により検出された動作量Ｒを制御器にフィードバックしてフィードバック制御し、さらに、動作量Ｒを制御指令が変更されない場合の動作量Ｒ´に換算した値によって制御器の制御ゲインを調整し、複数回に渡って繰り返される外乱信号の印加ごとに制御ゲインを調整して調整仕様条件を満たすまで調整を繰り返し実行することを特徴とする。
【００１５】
本発明の電動機制御装置は、
制御指令を入力して負荷機械の動作量が小さくなるように制御指令を変更して制御器の閉ループに外乱信号として出力する制御指令量変更手段と、
制御指令を制御器に出力するか、制御指令量変更手段に出力するかを切換える制御指令量選択手段と、
制御指令を制御指令量変更手段により変更して電動機を駆動したときの動作量の検出値を、制御指令を変更しない場合の検出値に換算する動作検出量換算手段と、
制御器の制御ゲインを調整、更新する調整手段と、
検出手段の出力を調整手段に出力するか、動作検出量換算手段に出力するかを切換える動作検出量換算選択手段と、
制御指令量選択手段と動作検出量換算選択手段をそれぞれ制御指令量変更手段と動作検出量換算手段に同時に切換える選択切り替え操作手段と、
検出手段、動作検出量換算手段による換算結果、制御指令、制御器の各種内部信号の少なくとも１つを出力する出力手段と、
を備え、
制御器の制御ゲインを調整して電動機制御装置の運転立上げを行う際は、選択切り替え操作手段によって、制御指令が制御指令量変更手段を介して制御器に入力され、かつ、動作量の検出値が動作検出量換算手段を介して調整手段に入力されるように、制御指令量選択手段と動作検出量換算選択手段が切り替えられ、
制御指令を、負荷機械の動作量が小さくなるように変更し、検出手段により検出された動作量Ｒを制御器にフィードバックしてフィードバック制御し、かつ、動作量Ｒを制御指令が変更されない場合の動作量Ｒ´に換算した値によって制御器の制御ゲインを調整し、複数回に渡って繰り返される制御指令の印加ごとに制御ゲインを調整して調整仕様条件を満たすまで調整を繰り返し実行する
ことを特徴とする。
【００１８】
制御指令量変更手段と動作検出量換算手段を同時に利用する場合には、選択切り替え操作手段により制御指令量選択手段と動作検出量換算選択手段を同時に切り替え、制御指令量変更手段により制御指令量より少ない動作量で電動機を駆動し、動作検出量換算手段により動作検出量を換算し、制御指令量変更手段と動作検出量換算手段を利用しない場合の動作量を求める。制御指令量より少ない動作量の駆動により、制御器を調整し、安全に、電動機制御装置の運転立ち上がりができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態の電動機制御装置のブロック図である。図１０中と同じ参照番号は同じ要素を示す。
【００２１】
本実施形態の電動機制御装置は、制御指令量変更部６と制御指令量選択部７と動作検出量換算部８と動作検出量換算選択部９と選択切り替え選択部１０と遠隔操作部１３と仕様入力部１４をさらに有し、制御器５に速度制御器５ｃと位置制御器５dがない点が第１の実施形態と異なる。
【００２２】
制御指令量変更部６は、指令発生器４で発生した制御指令値を変更して制御器５に出力する。制御指令量選択部７は指令発生器４で発生した制御指令を制御器５または制御指令量変更部６に切り替え出力する。動作検出量換算部８は、制御指令量変更部６で制御指令量を変更して電動機１を駆動したときの、検出部３による動作量の検出値を、制御指令量を変更しない場合の検出値に換算する。動作検出量換算選択部９は検出部３の出力である検出値を調整部１２または動作検出量換算部８に切り替え出力する。仕様入力部１４は調整部１２における調整条件を設定する。選択切り替え操作部１０は制御指令量選択部７と動作検出量換算選択部９の切り替えを制御する。遠隔操作部１３は指令発生器４、選択切り替え操作部１０、出力部１１、調整部１２を遠隔から制御する。
【００２３】
次に、本実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げ動作について図１に基づいて説明する。
【００２４】
選択切り替え操作部１０により、制御指令量変更部６を使用するように制御指令選択部７が切り替えられ、指令発生器４で作成された指令信号Ｃは制御指令量変更部６によって、負荷機械２の動作量が小さくなるように係数αを掛けて変更される。変更後の指令信号Ｃは制御器５に入力され、制御器５は内部のトルク制御器５ｂと電流制御器５ａを介して電動機１を動作させ、電動機１の動作により負荷機械２が動作する。電動機１の動作量Ｒは検出部３によって検出される。動作量Ｒは分岐し、一つは制御器５にフィードバックされ、フィードバック制御に使用され、もう一つは、選択切り替え操作部１０によって制御指令選択部７と同時に動作検出量換算選択部９が設定され、動作検出量換算部８に入力され、動作量Ｒは、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ'に、制御指令量変更部６にて指令信号Ｃに掛けられた係数αの逆数１／αを掛けて換算され、一つはそのまま出力部１１に出力され、観察される。このうち動作検出量換算部８により求められた動作量Ｒ'は調整部１２に入力され、制御器５を調整する。調整部１２は、複数回上記の動作が繰り返される各動作の中で、制御器５の最良なパラメータである制御ゲイン値を更新し記録しながら、仕様入力部１４によって与えられた条件を満たすまで調整を実施する。
【００２５】
調整部１２は最終的に制御器５の最良なパラメータを制御器５に出力し、調整を完了する。また、動作検出量換算部８により求められた動作量Ｒ'は出力部１１に出力され、制御指令量変更部６が使用されない場合の移動量を観察することができる。
【００２６】
制御器５の調整と、動作量Ｒ'の観察・確認が完了すれば、選択切り替え操作部１０により、制御指令量選択部７と動作検出量換算選択部９を切換え、電動機制御装置を制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用しない場合の通常の使用状況に戻すと、調整が完了し、移動量を間違えて電動機１を動作させることなく電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００２７】
さらに、遠隔操作部１３により、出力部１１から情報を受け取りつつ、選択切り替え操作部１０と、指令発生器４や調整部１２を離れたところから操作し、制御器５の調整を完了させ、動作量の確認をして、電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００２８】
本実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げは、制御指令量変更部６により、指令信号Cを、負荷機械２の動作量が小さくなるように係数を掛けて変更し、検出部３により検出された電動機１の動作量Ｒを制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ’に換算し、調整部１２により制御器５を調整することと、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ’を確認することである。
【００２９】
本実施形態によれば、電動機１および負荷機械２の動作量を小さくすることで、危険を回避し、制御器５のチューニングや可動部の移動量を事前に安全に確認して、電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００３０】
本実施形態によって移動量を事前に確認でき、制御器５の調整が終了すれば、選択切り替え操作部１０を切り替えることで、制御指令量選択部７および動作検出量換算選択部９が元の状態に切り替わり、制御指令量変更部６および動作検出量換算部８を使わずに通常の運転を行う動作が実現できる。
【００３１】
なお、本実施形態では電動機１の動作量Rを検出部３により検出したが、負荷機械２の動作量Ｒを検出部３により検出してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、調整部１２は、仕様入力部１４によって与えられた条件を満たすまで調整を実施するとしたが、仕様入力部１４により条件の中に実施回数の制限などを含ませて指定しておけば、条件を満たさない場合でも動作を終了させてもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態では制御指令量変更部６を使用して動作させ、動作検出量換算部８の換算結果を利用して、調整部１２により制御器５を調整することとしたが、制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、調整部１２により制御器５を調整してもよい。
【００３４】
制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、遠隔操作部１３により電動機制御装置の立ち上げや調整を実施してもよい。
【００３５】
［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態の電動機制御装置のブロック図である。
【００３６】
本実施形態は、制御器５が速度制御器５ｃと位置制御器５ｄをさらに備え、制御指令量変更部６が制御器５内に設けられている点が第１の実施形態と異なる。
【００３７】
次に、本実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げ動作について図２に基づいて説明する。
【００３８】
選択切り替え操作部１０により、制御指令量変更部６を使用するように制御指令選択部７が切り替えられ、指令発生器４で作成された指令信号Ｃは制御指令量変更部６により、指令信号Ｃを制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間に外乱信号として加算する。トルク制御器５ｂおよび電流制御器５ａを介して電動機１が動作し、電動機１の動作により負荷機械２が動作する。電動機１の動作量Ｒは検出部３により検出される。動作量Ｒは分岐し、一つは制御器５にフィードバックされ、フィードバック制御に使用し、位置制御器５ｄと位置ループを組み、速度制御器５ｃと速度ループを組む。もう一つの動作量Ｒは選択切り替え操作部１０により制御指令選択部７と同時に動作検出量換算選択部９が切り替えられ、動作検出量換算部８に入力され、動作量Ｒを動作検出量換算部８にて、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ'に換算され、一つはそのまま出力部１１に出力され、観察される。このうち動作検出量換算部８により求められた動作量Ｒ'は、第１の実施形態と同様に、調整部１２に入力され、制御器５を調整する。調整部１２は、複数回上記の動作が繰り返される各動作の中で制御器５の最良なパラメータである制御ゲイン値を更新し記録しながら、仕様入力部１４によって与えられた条件を満たすまで調整を実施する。
【００３９】
本実施形態によって移動量を事前に確認でき、制御器５の調整が終了すれば、第１の実施形態と同様に、選択切り替え操作部１０を切り替えることで、通常の運転を行う動作が実現できる。
【００４０】
第１の実施形態との違いは、制御指令量変更部６を、指令信号Ｃが制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間の外乱信号として加算する手段としたため、動作検出量換算部８では、動作量Ｒに制御器５のパラメータからなる係数を掛ける点である。
【００４１】
第２の実施形態を図３のブロック図として示す。 図３のブロック図は制御器５にトルク制御器５ｂと速度制御器５ｃを含み、積分―比例制御を行う速度ループと、位置制御器５ｄを含む比例制御を行う位置ループと、速度フィードフォワードとトルクフィードフォワード・ループを備えた制御器において、それぞれ位置ループゲインＫp、速度ループゲインＫv、速度ループ積分ゲインＴi、フィルタゲインＴf、速度フィードフォワードゲインＫfv とトルクフィードフォワードゲインＫft、電動機１と負荷機械２を剛体系とした慣性モーメントＪから成る。
【００４２】
第２の実施形態のように、指令信号CをＰref、制御指令量変更部６により外乱信号として入力されるトルク外乱をＴdとすると、指令応答は式（１）、外乱応答は式（２）で表される。指令応答は通常の動作状態であり、外乱応答は第２の実施形態の状態である。
【００４３】
まず、負荷機械系を剛体として近似して考えると、指令応答は
Ｔd＝０とすると、
【００４４】
【数１】
Ｐref＝０とすると、
【００４５】
【数２】
【００４６】
【外１】
【００４７】
Ｔd＝Ｐref （３）
【００４８】
【数３】
【００４９】
【外２】
【００５０】
【数４】
【００５１】
２慣性系の指令応答の場合
【００５２】
【数５】
【００５３】
【数６】
【００５４】
このため、外乱応答を指令応答に換算するには、制御系の変数項のみ、式（４）を用いて実施できる。制御系の変数項はサーボ系の構成が既知であれば換算できる。制御系の変数項は、制御器５の内部変数であり、調整により決定されるため既知であり、簡単に換算できる。つまり、電動機１と負荷機械２が複数のバネ・質量要素からなる場合にも、指令応答と外乱応答は、機械特性値を使用することなく、制御系のみの項を用いて式（４）により換算できる。
【００５５】
図５では式（７）の式（４）による換算を、シミュレーション計算値とした結果を示す。第２の実施形態では、指令信号Ｐrefと同じ信号を外乱信号Ｔｄに用いれば、機械特性を含んだ波形を観察し、機械特性値を使用せず、既知である制御系の変数項のみを用いて通常の動作時である指令応答に換算できる。
【００５６】
図６は、式（７）のシミュレーション計算値の結果を示す。つまり、制御指令量変更部６を使用した場合、電動機１の実際の動作量
【００５７】
【外３】
【００５８】
【外４】
【００５９】
【外５】
【００６０】
図１１に、制御指令量変更部６を使用しない通常の場合、つまり従来の電動機の動作と等価な結果である指令信号C（Ｐref：破線）と電動機１の指令応答による動作量
【００６１】
【外６】
【００６２】
【外７】
【００６３】
【外８】
【００６４】
【外９】
【００６５】
【外１０】
【００６６】
なお、図５、 図６、 図１１では、図４のブロック図のうちフィルタゲインＴfと、速度フィードフォワードゲインＫ fv とトルクフィードフォワードゲインＫftを省略し、電動機１と負荷機械２を２（多）慣性とした場合の、指令信号Ｃ（Ｐref：破線）と動作検出量換算部８による動作量
【００６７】
【外１１】
【００６８】
すなわち、第２の実施形態の電動機制御装置の運転立ち上げは、制御指令量変更部６により、指令信号Ｃを制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間の外乱信号として加算し、検出部３により検出された外乱応答による電動機１の動作量Ｒを制御指令量変更部６が使用されない場合の指令応答の動作量Ｒ’に換算し、第１の実施形態と同様に調整部１２により制御器５を調整することと、制御指令量変更部６が使用されない場合の動作量Ｒ’を確認することである。
【００６９】
本実施形態によれば、電動機１および負荷機械２の動作量を小さくすることで、危険を回避し、制御器のチューニングや可動部の移動量を事前に安全に確認して、電動機制御装置の立ち上げを実施することができる。
【００７０】
なお、本実施形態では電動機１の動作量Ｒを検出部３により検出したが、負荷機械２の動作量Ｒを検出部３により検出してもよい。また、出力部１１と、調整部１２と、遠隔操作部１３と、仕様入力部１４は、第１の実施形態と同様に利用できる。
【００７１】
さらに、本実施形態では制御指令量変更部６を使用して動作させ、動作検出量換算部８の換算結果を利用して、調整部１２により制御器５を調整することとしたが、第１の実施形態と同様に制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、調整部１２により制御器５を調整してもよい。
【００７２】
第１の実施形態と同様に制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を使用せず、遠隔操作部１３により電動機制御装置の立ち上げを実施してもよい。
【００７３】
また、本実施形態では制御指令量変更部６として、指令信号Ｃを制御器５の中の速度制御器５ｃとトルク制御器５ｂの間に外乱信号として加算したが、加算する位置は、制御器５の中の位置制御器５ｂと速度制御器５ｃでもよく、本実施形態と同じように電動機１もしくは負荷機械２の動作量が減少する効果が得られれば、指令信号Ｃを加算する位置にこだわるものではない。
【００７４】
さらに、本実施形態では図３、図４のブロック図を用いて説明したが、変更した他のブロック図による制御則を用いても、同等の効果が得られればよい。
【００７５】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態として、電動機制御装置の調整部１２について図７と図８に基づいて説明する。
【００７６】
図７（１）は、位置ループを備える制御系の場合の位置の制御指令Ｐrefと電動機位置Ｐfbの例である。図７（２）は、位置指令Ｐrefと電動機位置Ｐfbの差、位置偏差である。図７（３）のａは指令開始時に発生する信号であり、ｂは指令払い出し完了時に発生する指令払出完了信号である。ｃは位置偏差が仕様入力部１４により入力した値αより小さくなった場合に指令払出完了後に発生する動作完了信号である。図７（４）は、 図７（３）の各信号を指令開始から動作完了判定までをＨ（ハイ）、他をＬ（ロー）とした信号である。図７（５）は、動作完了信号異常時の図７（４）に対応する信号である。 図７（６）は、動作完了信号異常時の図７（３）に対応する信号である。動作完了信号異常時とは、動作完了信号ｃ発生後、位置偏差が再びしきい値αを超え、さらにしきい値α以下に収まるような振動的な場合に動作完了信号cを発生する場合をいう。この動作完了信号異常は、あらかじめ決められている時間ｃ−ａ'もしくはａ−ａ'間に認識する。また、指令払出完了に位置偏差がしきい値βを超える場合には、過大偏差異常とする。
【００７７】
図８に基づき、調整手順について説明する。制御器５の初期ゲイン値から、第１の実施形態もしくは第２の実施形態にしたがい、電動機１を運転し、図７に示す信号を発生する。この電動機位置には、通常運転による結果や、第１の実施形態もしくは第２の実施形態にしたがい換算された電動機位置
【００７８】
【外１２】
【００７９】
指令払出完了信号、動作完了信号などとともに、動作完了信号異常、過大偏差異常を感知して評価する。
【００８０】
まず、位置偏差がしきい値β以上の場合には、偏差過大信号を発し、過大偏差による異常と判定し、ゲイン低下を実施し、再度運転動作を行う。
【００８１】
過大偏差でなければ、次に動作完了信号について判定する。
【００８２】
動作完了信号ｃ発生後、位置偏差が再びしきい値αを超え、さらにしきい値α以下に収まると、再び動作完了信号cを発生する。位置偏差が振動的ならば、図７（５）（６）のようになる。あらかじめ決められた図７（４）のｃ−ａ’間またはｂ−ａ間の時間内に、図７（５）（６）のように動作完了判定信号が複数回発生すると、動作完了信号異常と判定する。動作完了信号異常の場合は、ゲイン低下を実施し、再度運転動作を行う。
【００８３】
動作完了信号が正常であれば、整定時間短縮を判定する。前回の動作時より時間短縮されているか、初回の動作ならば、整定時間である図７（３）や（４）からａ−ｃ間もしくはｂ−ｃ間の時間を記録しておき、ゲインを増大し、再度運転動作する。
【００８４】
こうした繰り返し運転により偏差過大信号と、動作完了信号と、整定時間短縮の評価を行う。
【００８５】
すなわち、 図８のような調整手順に基づき、図７のような信号にて調整を実施すれば、どの段階でも異常が発生せず、整定時間短縮が達成できれば、ゲインを上げて再度運転し、異常が発生すれば、ゲインを小さくして再度運転し、時間短縮がなくなれば調整を完了するので、電動機制御装置を自動的に調整できる。
【００８６】
第１の実施形態、第２の実施形態のように安全な動作をさせ、このときの信号を図７のような信号に換算して調整を実施してもよい。
【００８７】
なお、本実施形態では、位置制御器をもつ位置ループを構成する制御器としたが、位置制御器をもたず、速度制御器までをもつ制御器で構成してもよい。
【００８８】
［第４の実施形態］
図９は本発明の第４の実施形態の電動機制御装置のブロック図である。
【００８９】
本実施形態は操作部２３と演算装置２４と記憶装置２５を第１の実施形態に付加して構成されている。
【００９０】
本実施形態は、第１から第３の実施形態と同様に動作し、安全に、電動機制御装置の運転立ち上げができる。さらに、第３の実施形態のように制御器５を調整してもよい。
【００９１】
この過程で、出力部１１、操作部２３、機械図面データ２７、記憶装置２５、表示画面２６、演算装置２４を利用してもよく、さらに遠隔操作部１３を経由して、電動機制御装置を動作させることができる。
【００９２】
制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を同時に利用する場合には、電動機１の動作量を動作検出量換算部８により換算し、制御指令量変更部６と動作検出量換算部８を利用しない場合には、通常運転による動作量を、電動機１もしくは電動機１の動作に付随して動く負荷機械２を、機械モデルの動作として表示画面２６で確認できる。
【００９３】
機械図面データ２７を記憶装置２５がもっており、２次元以上の機械モデルとして表示画面２６に表示する。前記動作量は前記機械モデルの中の電動機１や負荷機械２に相当する部分が動作しているように、演算装置２４が前記動作量にしたがい機械モデルの一部を動作させるよう演算する。
【００９４】
表示画面２６には、電動機１の動作および検出部３、動作検出量換算部８による換算結果、制御指令量、制御器５の各種内部信号を、波形グラフとして観察してもよい。
【００９５】
すなわち、第４の実施形態では、電動機１や負荷機械２の動作をグラフィカルに把握できる。第１の実施形態や第２の実施形態のように安全に動作させた場合でも、通常の動作を把握でき、第３の実施形態のように制御器５を調整できる。
【００９６】
また、操作部２３から仕様入力部１４を経由して調整評価基準を調整部１２に入力してもよく、遠隔操作によっても同様のことができる。
【００９７】
なお、図では出力部１１に表示画面２６を含めた形式で構成したが、別装置として構成してもよい。さらに、出力部１１、調整部１２、遠隔操作部１３、仕様入力部１４、操作部２３、機械図面データ２７、記憶装置２５、演算装置２４などは同様な機能を果たせば、いずれかを一般的にパーソナル・コンピュータといわれるもので構成してもよい。
【００９８】
また、図では制御指令量変更部６を図１に示した構成としたが、 図２に示した構成でもよく、２種類を複数組み合わせて構成してもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動機を模擬的に動作でき、電動機もしくは電動機に付随して移動する機械により生じる、誤動作・誤操作による危険を回避して、本来動作したい移動量を安全に確認でき、さらに電動機制御装置を最適な動作に調整することができ、安全な動作と通常の動作を簡単に切り替えることができるという効果がある。さらに、遠隔操作により電動機を動作させる場合でも、操作および電動機制御装置の調整を安全に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電動機制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電動機制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の電動機制御装置の剛体負荷系のブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の電動機制御装置の２慣性負荷系のブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を適用した指令信号と外乱応答による動作検出量換算後の動作量のシミュレーション計算値を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を適用した外乱応答による動作量のシミュレーション計算値を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を適用した調整部の信号を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態を適用した調整部の調整手順を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の電動機制御装置の調整装置および動作確認装置の構成図である。
【図１０】従来の電動機制御装置の構成図である。
【図１１】従来の電動機制御装置の指令応答による動作量のシミュレーション計算値を示す図である。
【図１２】従来の電動機制御装置のシミュレーションモデルの構成図である。
【符号の説明】
１ 電動機
２ 負荷機械
３ 検出部
４ 指令発生器
５ 制御器
５ａ 電流制御器
５ｂ トルク制御器（もしくは推力制御器）
５ｃ 速度制御器
５ｄ 位置制御器
６ 制御指令量変更部
７ 制御指令量選択部
８ 動作検出量換算部
９ 動作検出量換算選択部
１０ 選択切り替え操作部
１１ 出力部
１２ 調整部
１３ 遠隔操作部
１４ 仕様入力部
２３ 操作部
２４ 演算装置
２５ 記憶装置
２６ 表示画面
２７ 機械図面データ
Claims (10)
- 電動機もしくは該電動機によって駆動される負荷機械の動作量である位置および／または速度を検出する検出手段と、制御指令を発生する指令発生器と、該制御指令を受けて前記電動機を駆動し、前記制御指令と前記動作量が一致するように制御し、その制御の応答性を変える制御ゲインを有する、電流制御器とトルク制御器もしくは推力制御器を含む複数の閉ループで構成される制御器とを有する電動機制御装置の運転立上げ方法であって、
前記制御指令を、前記負荷機械の前記動作量が小さくなるように、いずれかの前記閉ループに外乱信号として入力し、前記検出手段により検出された動作量Ｒを前記制御器にフィードバックしてフィードバック制御し、さらに、前記動作量Ｒを前記制御指令が変更されない場合の動作量Ｒ´に換算した値によって前記制御器の前記制御ゲインを調整し、複数回に渡って繰り返される前記外乱信号の印加ごとに前記制御ゲインを調整して調整仕様条件を満たすまで前記調整を繰り返し実行することを特徴とする、電動機制御装置の運転立上げ方法。 - 電動機もしくは該電動機によって駆動される負荷機械の動作量である位置および／または速度を検出する検出手段と、制御指令を発生する指令発生器と、該制御指令を受けて前記電動機を駆動し、前記制御指令と前記動作量が一致するように制御し、その制御の応答性を変える制御ゲインを有する、電流制御器とトルク制御器もしくは推力制御器を含む複数の閉ループで構成される制御器とを有する電動機制御装置において、
前記制御指令を入力して前記負荷機械の前記動作量が小さくなるように前記制御指令を変更して前記制御器の閉ループに外乱信号として出力する制御指令量変更手段と、
前記制御指令を前記制御器に出力するか、前記制御指令量変更手段に出力するかを切換える制御指令量選択手段と、
前記制御指令を前記制御指令量変更手段により変更して前記電動機を駆動したときの前記動作量の検出値を、前記制御指令を変更しない場合の検出値に換算する動作検出量換算手段と、
前記制御器の前記制御ゲインを調整、更新する調整手段と、
前記検出手段の出力を前記調整手段に出力するか、前記動作検出量換算手段に出力するかを切換える動作検出量換算選択手段と、
前記制御指令量選択手段と前記動作検出量換算選択手段をそれぞれ前記制御指令量変更手段と前記動作検出量換算手段に同時に切換える選択切り替え操作手段と、
前記検出手段、前記動作検出量換算手段による換算結果、前記制御指令、前記制御器の各種内部信号の少なくとも１つを出力する出力手段と、
を備え、
前記制御器の前記制御ゲインを調整して前記電動機制御装置の運転立上げを行う際は、前記選択切り替え操作手段によって、前記制御指令が前記制御指令量変更手段を介して前記制御器に入力され、かつ、前記動作量の検出値が前記動作検出量換算手段を介して前記調整手段に入力されるように、前記制御指令量選択手段と前記動作検出量換算選択手段が切り替えられ、
前記制御指令を、前記負荷機械の前記動作量が小さくなるように変更し、前記検出手段により検出された動作量Ｒを前記制御器にフィードバックしてフィードバック制御し、かつ、前記動作量Ｒを前記制御指令が変更されない場合の動作量Ｒ´に換算した値によって前記制御器の前記制御ゲインを調整し、複数回に渡って繰り返される前記制御指令の印加ごとに前記制御ゲインを調整して調整仕様条件を満たすまで前記調整を繰り返し実行する
ことを特徴とする電動機制御装置。 - 前記制御指令は速度制御指令または位置制御指令であり、前記制御器は、速度制御器、あるいは位置制御器と速度制御器とを含む、請求項２に記載の電動機制御装置。
- 前記制御器は、速度制御器、あるいは位置制御器と速度制御器と、トルク制御器または推力制御器を含む複数の閉ループで構成されており、
各閉ループは、前記検出手段からの検出信号をフィードバック信号として（−）端子に入力する減算器と、該減算器の出力信号を受けて制御演算を実行する制御器を備え、
前記制御指令量選択手段により、前記制御指令量変更手段は、前記制御指令を、いずれかの閉ループの前記減算器の（＋）端子に外乱信号として加算し、
前記動作検出量換算手段は、前記検出手段の出力を、前記各制御器の制御ゲインを用いて、外乱応答から指令応答へ変更し、前記制御指令量変換手段を使用しない出力を演算する、
請求項２または３に記載の電動機制御装置。 - 前記調整手段は、前記制御器の前記制御ゲインを更新する手段と、前記制御指令が入力されて前記電動機が動作し、前記制御指令の払出しが完了して、前記電動機が動作を完了する動作完了信号が発生するまでの動作完了時間を記録する手段とを有し、
前記調整手段は、
前記制御指令が終了したあと、前記制御指令と前記動作量との偏差量があらかじめ決められた偏差量許容値α以下ならば、動作完了と判定する動作完了判定信号を出力し、前記動作完了信号が発生したあと、次回の前記制御指令が入力する前に、前記偏差量が一度、偏差量許容値α以下となった後に、再度、前記偏差量許容値αを超えたと判定すると、動作完了異常判定信号を出力し、
前記偏差量が一度、前記偏差量許容値α以下となった後に、再度、前記偏差量許容値αより大きな値に設定された偏差量許容値βを超えた場合は、偏差の過大を判定する偏差過大判定信号を出力し、
前記偏差過大判定信号または前記動作完了異常判定信号が発生した場合には、前記制御ゲインを更新する手段により前記制御ゲインが小さくなるように前記制御ゲインを更新し、
前記偏差過大判定信号と前記動作完了異常判定信号が発生することがなく動作が完了したと判定すると、動作正常終了判定信号を出力し、前記制御ゲインを更新する手段により前記制御ゲインが大きくなるように前記制御ゲインを更新し、
前記動作完了異常判定信号、前記偏差過大判定信号および前記動作正常終了判定信号の有無によって、前記制御ゲインの更新と前記制御ゲインの違いによる前記動作完了時間の記録を行う、
請求項２から４のいずれかに記載の電動機制御装置。 - 前記調整手段の判断基準である前記偏差量許容値αとβをあらかじめ入力して、記録することができる調整仕様入力手段を有する、請求項５に記載の電動機制御装置。
- 前記制御指令が速度制御指令であり、前記制御器が速度制御器を含む場合には、前記制御ゲインは、速度制御器の応答性を上げる速度ループゲインＫvと、速度制御器の偏差を減少させる速度ループ積分ゲインＴiと、応答性の変化と振動の抑制に効果があるフィルタゲインＴfと、応答性を上げる効果がある速度フィードフォワードゲインＫ fv もしくはトルクフィードフォワードゲインＫ ft とを少なくとも１つ含み、
前記速度制御器は比例・積分制御手段、または比例制御手段、または積分・比例制御手段を有する、
請求項５または６に記載の電動機制御装置。 - 前記制御指令が位置制御指令であり、前記制御器が位置制御器と速度制御器を含む場合には、前記制御ゲインは、位置制御の応答性を上げる位置ループゲインＫpと、速度制御器の応答性を上げる速度ループゲインＫvと、速度制御器の偏差を減少させる速度ループ積分ゲインＴiと、応答性の変化と振動の抑制に効果があるフィルタゲインＴfと、応答性を上げる効果がある速度フィードフォワードゲインＫ fv とトルクフィードフォワードゲインＫ ft とを少なくとも１つ含み、
前記速度制御器は比例・積分制御手段、または比例制御手段、または積分・比例制御手段を有する、
請求項５または６に記載の電動機制御装置。 - 前記選択切り替え操作手段と前記電動機と前記制御器と前記調整手段と前記調整仕様入力手段と前記出力手段のうちの少なくとも１つを離れて操作できる遠隔操作手段とを有する、請求項６から８のいずれかに記載の電動機制御装置。
- 前記出力手段を操作する操作手段と、前記電動機が制御する負荷機械を含めた機械図面データを記憶する記憶装置と、前記機械図面データを機械モデルとして表示する表示画面と、前記機械モデルを前記電動機の実動作や換算結果に応じて表示画面上で動作した様子を観察するように演算する演算装置とを有する、請求項２から９のいずれかに記載の電動機制御装置。
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