JP4325485B2 - サーボシステム - Google Patents

Description

この発明は、上位コントローラとサーボアンプとサーボモータとから形成されるサーボシステムに関する。

図４は、この種のサーボシステムの従来例を示すブロック構成図であり、この図において、１は上位コントローラ１１とサーボアンプ１２とサーボモータ１３とから形成されるサーボシステム、２はサーボシステム１のサーボモータ１３に連結される各種産業機械などの負荷機器である。

図４に示したサーボシステム１は、上位コントローラ１１から負荷機器２の位置決め制御を行うための移動距離などの操作指令がサーボアンプ１２へ発せられると、このサーボアンプ１２では前記位置決め制御のための位置・速度調節演算を行い、その演算結果に基づいて生成される駆動電流によりサーボモータ１３を可変速駆動するものである。

近年のサーボシステム１では、下記特許文献１に開示されているように、サーボアンプ１２を形成する位置・速度調節部のゲインの自動調整（オートチューニング）機能を具備したものが製作されている。
特開平１１−１１９８３３号公報 （第２，３頁、第１，２図）

図４に示した従来のサーボシステム１では、上位コントローラ１１からサーボアンプ１２へ前記操作指令が発せられ、負荷機器２が動作している状態でサーボアンプ１２を形成する位置・速度調節部のゲインのオートチューニング作業などが行われている。

しかしながら、例えば、サーボシステム１および負荷機器２を含む設備全体が開発初期段階のために、前記設備のシーケンス制御も行う上位コントローラ１１が準備されていない（完成していない）状態では、サーボアンプ１２とサーボモータ１３とによる負荷機器２の位置決め制御の事前評価作業や前記オートチューニング作業を行うことができず、その結果、これらの作業により発見される課題の早期解決や前記設備全体の開発工程の短縮が困難であった。

この発明の目的は、上記問題点を解消できるサーボシステムを提供することにある。

この第１の発明は、サーボシステムを上位コントローラとサーボアンプとサーボモータとから形成し、上位コントローラから前記サーボシステムの負荷機器の位置決め制御を行う操作指令が入力されたサーボアンプでは、前記位置決め制御のための位置・速度調節演算結果に基づいた駆動電流により前記負荷機器に連結されたサーボモータを可変速駆動するサーボシステムにおいて、
前記サーボアンプが負荷機器が往復運動するための位置指令を生成するためのパラメータを設定したパラメータ設定部と、前記サーボアンプ内での起動操作に基づいて前記パラメータ設定部に設定された設定値に従って前記負荷機器を往復運動させるための位置指令を生成する自動運転機能部と、この自動運転機能部からの位置指令に基づいて位置・速度調節演算を行い、サーボモータを駆動する駆動装置部へのトルク指令を生成する位置・速度調節部と、前記サーボアンプ内での起動操作に基づいて前記位置・速度調節部の位置調節ゲインおよび速度調節ゲインの設定値を予め設定されている値から徐々に増大させる操作を行うゲイン操作部と、前記位置・速度調節部のトルク指令値の発振現象を監視し、発振現象が検知されたときに前記ゲイン操作部にそのゲイン設定値を検知直前の値に低下させて保持する操作を行う発信検出機能部とによりオートチューニングを行うことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明のサーボシステムにおいて、
前記サーボアンプが、このサーボアンプ内での起動操作に基づいて前記パラメータ設定部の設定値に従って前記負荷機器に低速度で１往復運動を行わせる機能を備えたことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明のサーボシステムにおいて、前記往復運動中に、この運動を中断する機能を前記サーボアンプに備えたことを特徴とする。

第４の発明は第１の発明のサーボシステムにおいて、前記サーボアンプが、その内部で停止操作が行われるまで前記負荷機器の往復運動を連続的に行う機能を備えたことを特徴とする。

また第５の発明は、第４の発明のサーボシステムにおいて、
前記操作指令が発せられなくても、前記サーボアンプに停止操作が行われるまで前記負荷機器の往復運動を連続的に行う機能を備えたことを特徴とする。

第６の発明は第４の発明のサーボシステムにおいて、
前記サーボアンプが、前記往復運動中に前記サーボアンプに接続された回生抵抗が通流したか否かを表示する機能を備えたことを特徴とする。

この発明のサーボシステムによれば、前記上位コントローラが無い状態でも、前記サーボアンプとサーボモータとにより前記負荷機器の位置決め制御の事前評価作業や前記位置・速度調節演算におけるゲインのオートチューニング作業を行うことができる。その結果、これらの作業で見つかった課題の解決を早期に行うことができ、従って、前記サーボシステムおよび負荷機器を含む設備全体の開発工程を短縮することができる。

図１は、この発明の実施の形態を示すサーボシステムのブロック図であり、この図において、図４に示した従来例と同一機能を有するものには同一符号を付している。

このサーボシステム３は、上位コントローラ１１とサーボアンプ３０とサーボモータ１３とから形成されている。すなわち、図４に示した従来のサーボシステム１におけるサーボアンプ１２に代えて、サーボアンプ３０を備えたものがサーボシステム３である。

このサーボアンプ３０は、図２に示すようにマンマシン機能部３１、自動運転機能部３２、位置・速度調節部３３、駆動装置部３４、パラメータ設定部３５、発振検出機能部３６、ゲイン操作部３７から形成されている。

この発明のサーボシステム３の動作を、図２に示したサーボアンプ３０の回路構成図と図３に示すその動作波形図とを参照しつつ、以下に説明する。

すなわち、図１に示したサーボシステム３では、通常は図４に示した従来例サーボシステム１と同様に、上位コントローラ１１から負荷機器２の位置決め制御を行うための移動距離，移動速度とこの制御動作を行うための起動信号などの操作指令がサーボアンプ３０へ発せられると、このサーボアンプ３０のマンマシン機能部３１と自動運転機能部３２とを介して位置・速度調節部３３に前記移動距離，移動速度と、加速時間，減速時間などの位置指令が発せられ、位置・速度調節部３３では後述のオートチューニング作業により調整されたゲインでの位置・速度調節演算を行い、その演算結果に基づいたトルク指令を生成し、このトルク指令に対応するサーボモータ１３への印加電圧，駆動電流を駆動装置部３４から出力させてサーボモータ１３を可変速駆動することにより、負荷機器２の位置決め制御動作が行われる。

次に、この発明の第１の実施例として、上位コントローラ１１が無い状態または上位コントローラ３１を動作させない状態でも、図２では図示しないサーボアンプ３０に備える押ボタンやキーなどでの起動操作が行われると、マンマシン機能部３１では自動運転機能部３２に起動信号を送出し、ゲイン操作部３７に有効信号を送出することができる。

この起動信号を受信した自動運転機能部３２では、負荷機器２が、例えば図３に示すような往復運動を行う位置指令を生成する。

このとき、パラメータ設定部３５では、図３に示すように、ストローク（移動距離），速度（移動速度），停止中のタイマ時間，加速時間，減速時間を設定する。また、パラメータ設定部３５は上述の設定に加え、ストローク回数（往復回数）を設定することもできる。なお、これらのパラメータはマンマシン機能部３１からの出力指令により自動運転機能部３２に設定される。すなわち、自動運転機能部３２ではパラメータ設定部３５のそれぞれの設定値に応じて、負荷機器２の往復運動をするための位置指令を生成する。

従って、位置・速度調節部３３では前記位置指令に基づいて、位置・速度調節演算を行い、その演算結果に基づいたトルク指令を生成し、このトルク指令に対応するサーボモータ１３への印加電圧，駆動電流を駆動装置部３４から出力させてサーボモータ１３を可変速駆動することにより、負荷機器２の往復運動が開始される。

このとき、前記有効信号を受信したゲイン操作部３７は位置・速度調節部３３の位置調節ゲイン，速度調節ゲインそれぞれを予め設定されている小さい値から、前記往復運動のその都度の終了時点毎に徐々に増大させる操作を行うが、このとき、前記トルク指令を入力とする発振検出機能部３６は、例えば、ハイパスフィルタ，絶対値回路，ローパスフィルタ，比較回路などで形成し、前記ゲインの増大に伴う前記トルク指令の発振状態を監視し、この発振状態が検知されると、その直前のゲインまでゲインを低下させる操作を行うと共に、以後はこの低下した値を保持するように位置・速度調節部３３に指令する。または、前記発振状態が検知された際に、再度、その直前のゲインまでゲインを低下させてから上述のゲイン増大をリトライし、連続して２回の前記発振状態を検知した時点で、その直前のゲインまで低下させてから保持するようにしてもよい。このようにゲイン増大と減少とを複数回行うようにすれば、前記ゲイン調整時の再現性を改善することができる。

その後、この保持したゲインでの動作確認のために、引き続き、予め設定した往復回数の残りの回数の往復運動を負荷機器２に行わせることで、サーボアンプ３０を形成する位置・速度調節部３３のゲインのオートチューニング作業は完了する。なお、発振検出機能部３６，ゲイン操作部３７には、自動運転機能部３２から運転状況信号が送られており、停止時および一定速度時に発振状態を監視するようにしている。一方、サーボモータ１３が加速中または減速中には、自動運転機能部３２から発振検出機能部３６，ゲイン操作部３７に、この動作状態中には上述のオートチューニング作業を中断するように指令することで、前記位置・速度調節演算での発振の誤検出を防止するようにしている。

また、この発明の第２の実施例として、上位コントローラ１１が無い状態または上位コントローラ３１を動作させない状態でも、図２では図示しないサーボアンプ３０に備える押ボタンやキーなどで低速，１往復運動の起動操作が行われると、マンマシン機能部３１では自動運転機能部３２に低速で１往復運動のための起動信号を送出すると共にゲイン操作部３７に無効信号を送出することができる。

この起動信号を受信した自動運転機能部３２では、負荷機器２が、低速で１往復運動を行う位置指令を生成する。

従って、位置・速度調節部３３では前記位置指令に基づいて、位置・速度調節演算を行い、その演算結果に基づいたトルク指令を生成し、このトルク指令に対応するサーボモータ１３への印加電圧，駆動電流を駆動装置部３４から出力させてサーボモータ１３を可変速駆動することにより、負荷機器２が低速での１往復運動が開始される。

このとき、前記無効信号を受信したゲイン操作部３７は位置・速度調節部３３の位置調節ゲイン，速度調節ゲインそれぞれを予め設定されている値として、負荷機器２を低速で１往復運動させることにより負荷機器２の移動方向の確認を行うことができるので、前記オートチューニング作業の前段階の動作確認作業として好適である。

さらに、この発明の第３の実施例として、上述の第１の実施例または第２の実施例の動作中に、図２では図示しないサーボアンプ３０に備える押ボタンやキーなどでの中断操作が行われると、マンマシン機能部３１では自動運転機能部３２に運転を中断する位置指令を生成し、この位置指令により、負荷機器２はその位置で停止する、または、往復運動の開始位置に戻るようにすることができ、この動作により、負荷機器２のトラブル発生時などに安全な対応が取れる。

また、この発明の第４の実施例として、上位コントローラ１１が無い状態または上位コントローラ３１を動作させない状態でも、図２では図示しないサーボアンプ３０に備える押ボタンやキーなどでの連続運転の起動操作が行われると、マンマシン機能部３１では自動運転機能部３２に連続運転の起動信号を送出し、ゲイン操作部３７に無効信号を送出することができる。

このとき、パラメータ設定部３５ではストローク（移動距離），速度（移動速度），停止中のタイマ時間，加速時間，減速時間を設定する。すなわち、自動運転機能部３２ではパラメータ設定部３５のそれぞれの設定値に応じて、負荷機器２が連続的に往復運動をするための位置指令を生成する。

従って、位置・速度調節部３３では前記位置指令に基づいて、位置・速度調節演算を行い、その演算結果に基づいたトルク指令を生成し、このトルク指令に対応するサーボモータ１３への印加電圧，駆動電流を駆動装置部３４から出力させてサーボモータ１３を可変速駆動することにより、負荷機器２の連続的な往復運動が開始される。

このとき、前記無効信号を受信したゲイン操作部３７は、位置・速度調節部３３の位置調節ゲイン，速度調節ゲインそれぞれを、第１の実施例で述べたオートチューニング作業で得られた値とすることで、負荷機器２の連続的な運転状態を簡単に具現できる。

上述の連続的な往復運動中に、図２では図示しないサーボアンプ３０に備える押ボタンやキーなどでの連続運転の停止操作が行われると、負荷機器２は上述の往復運動の開始位置に戻って、停止する動作を行う。

また、この発明の第５の実施例として、上述の第４の実施例の動作中に、自動運転機能部３２では往復運動の運転回数を、マンマシン機能部３１では運転経過時間および１往復運転時間をそれぞれ計測するようにし、これらの計測値はマンマシン機能部３１を介して表示することにより、負荷機器２の運転タクト時間などを簡単に見積もることができる。

さらに、この発明の第６の実施例として、サーボアンプ３０に予め用意した回生抵抗を接続した状態で、上述の第４の実施例の動作中に、前記回生抵抗が通流したか否かをマンマシン機能部３１を介して表示することにより、この負荷機器２が所定の運転パターンで前記回生抵抗が必要か否かを簡単に判断することができる。

この発明の実施の形態を示すサーボシステムのブロック図 この発明の実施例としての図１の部分詳細回路構成図 図２の動作を説明する波形図 従来例を示すサーボシステムのブロック図

１…サーボシステム、２…負荷機器、３…サーボシステム、１１…上位コントローラ、１２…サーボアンプ、１３…サーボモータ、３０…サーボアンプ、３１…マンマシン機能部、３２…自動運転機能部、３３…位置・速度調節部、３４…駆動装置部、３５…パラメータ設定部、３６…発振検出機能部、３７…ゲイン操作部。

Claims (6)

1. サーボシステムを上位コントローラとサーボアンプとサーボモータとから形成し、上位コントローラから前記サーボシステムの負荷機器の位置決め制御を行う操作指令が入力されたサーボアンプでは、前記位置決め制御のための位置・速度調節演算結果に基づいた駆動電流により前記負荷機器に連結されたサーボモータを可変速駆動するサーボシステムにおいて、
   前記サーボアンプが負荷機器が往復運動するための位置指令を生成するためのパラメータを設定したパラメータ設定部と、前記サーボアンプ内での起動操作に基づいて前記パラメータ設定部に設定された設定値に従って前記負荷機器を往復運動させるための位置指令を生成する自動運転機能部と、この自動運転機能部からの位置指令に基づいて位置・速度調節演算を行い、サーボモータを駆動する駆動装置部へのトルク指令を生成する位置・速度調節部と、前記サーボアンプ内での起動操作に基づいて前記位置・速度調節部の位置調節ゲインおよび速度調節ゲインの設定値を予め設定されている値から徐々に増大させる操作を行うゲイン操作部と、前記位置・速度調節部のトルク指令値の発振現象を監視し、発振現象が検知されたときに前記ゲイン操作部にそのゲイン設定値を検知直前の値に低下させて保持する操作を行う発信検出機能部とによりオートチューニングを行うことを特徴とするサーボシステム。
2. 請求項１に記載のサーボシステムにおいて、
   前記サーボアンプが、このサーボアンプ内での起動操作に基づいて前記パラメータ設定部の設定値に従って前記負荷機器に低速度で１往復運動を行わせる機能を備えたことを特徴とするサーボシステム。
3. 請求項１または請求項２の何れかに記載のサーボシステムにおいて、
   前記往復運動中に、この運動を中断する機能を前記サーボアンプに備えたことを特徴とするサーボシステム。
4. 請求項１に記載のサーボシステムにおいて、
   前記サーボアンプが、その内部で停止操作が行われるまで前記負荷機器の往復運動を連続的に行う機能を備えたことを特徴とするサーボシステム。
5. 請求項４に記載のサーボシステムにおいて、
   前記サーボアンプが前記往復運動の回数を計測する機能と、運転経過時間および１往復
   運動時間を計測する機能と、これらの計測値を表示する機能とを備えたことを特徴とする
   サーボシステム。
6. 請求項４に記載のサーボシステムにおいて、
   前記サーボアンプが、前記往復運動中に前記サーボアンプに接続された回生抵抗が通流したか否かを表示する機能を備えたことを特徴とするサーボシステム。

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