JP4356002B2 - サーボ制御装置の制御ゲイン調整方法および機械の調整方法 - Google Patents

Description

本発明はサーボモータを駆動するサーボ制御装置およびサーボモータに駆動される機械において、制御ゲインまたは機械の振動を調整する方法に関する。

従来、制御ゲインの調整は図５のように機械の振動が発生するまで制御ゲインを上げたり、速度やトルクを測定器で観測して振動気味となるまで制御ゲインを上げたりして、その値からわずかに余裕分の制御ゲインを下げて調整を行っていた。また機械の調整では図６のように振動計で振動を測定して振動が所定のレベルになるようにバランスや締め付け等の調整を行っていた。例えば振動計２６の測定結果が図７（ii）のようになっている場合、機械の調整等をして図７（i）のように振動が所定のレベル以下になるようにしていた。あるいは特許文献１のように数値モデルに模擬信号を入れてその応答より判断して制御ゲインの調整を行ったり、特許文献２のように機械モデルをシミュレータ上で動作させて求めた制御ゲインを実対象に入れたりしていた。あるいは特許文献３のように速度指令にホワイトノイズを入れ周波数特性を測定し、制御ゲインの余裕で制御ゲインの限界等を判断していた。

特開２００１−８４７７号公報 特開２０００−９２８８１号公報 特開平１１−６５６６８号公報

従来の方法では制御ゲインの調整は感覚的に行っている為、調整する課程では制御ゲインの適正値が分からず、余裕がないと誤って発振させてしまうことがあった。また機械の調整では振動計等の測定器が別途必要で簡単に調整を行えないという問題があった。特許文献１や特許文献２では数値モデルや機械モデルを実機械等から取得して各モデルのパラメータを入力する必要があり、これを行うのが困難なこと、またモデルが実対象と合致していないと使うことができないという問題があった。特許文献３ではある制御ゲイン毎に周波数特性を測定する必要があり、速度指令の大きさを操作者が決めなくてはならず、小さいと正確に周波数特性が測定できず、速度指令が大きいと機械を共振させるという問題があった。そこで本発明は測定器等を特に必要とせず制御ゲインの調整や機械の調整を行う方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、機械に連結されたサーボモータを駆動するサーボ制御装置の制御ゲイン調整方法において、前記サーボモータおよび負荷のモデルによる前記サーボモータの推定速度から、前記サーボモータの実速度を引いた差の振幅の最大値を検出し、前記振幅の最大値が所定の振幅より大きくならないように前記制御ゲインの上限を調整する、という手順をとったのである。
請求項２に記載の発明は、機械に連結されたサーボモータを駆動するサーボ制御装置における前記機械の調整方法において、前記サーボモータおよび負荷のモデルによる前記サーボモータの推定速度から、前記サーボモータの実速度を引いた差の振幅の最大値を検出し、前記振幅の最大値が所定の振幅より大きくならないように前記機械のバランスまたは締め付けを調整する、という手順をとったのである。

本発明によれば、サーボモータの推定速度から実際の速度を引いた差を観測することで特別な測定器等を使用することなく制御ゲインの調整や機械の調整ができる。また制御ゲインを調整する場合、サーボモータの推定速度から実際の速度を引いた差が徐々に大きくなるので発振の前兆段階で調整を安全に止めることができる。大きく振動する機械や、限界まで制御ゲインを上げるような用途で、サーボモータの推定速度から実際の速度を引いた差の最大振幅の大きさで限界が分かる。また、推定速度から実際の速度を引いた差の周波数解析をすることにより機械の振動や制御系振動の振動要因の特定や制御振動の抑制法等を選択することができる。

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。

図１において１はマイクロコンピュータ、２は電流アンプ、３はベースドライブ回路、４はパワートランジスタモジュール、５はモータ、６は機械、７は推定速度と実際の速度との差の検出手段、８は最大振幅検出手段、９は周波数解析手段である。
以上のように構成された回路において、その動作を説明する。まずマイクロコンピュータ１は位置や速度といった指令を外部のコントローラ等から受け取る。 そして例えば速度指令の場合は速度制御を行いその出力の電流指令で電流制御を行い、ベースドライブ回路３を通してパワートランジスタ４を駆動してモータを制御する。ここでマイクロコンピュータ１は、通常の制御以外に図２のブロック図のようにトルクτよりモデルの推定速度ωｏを得る。そして推定速度と実際の速度との差を算出して振動成分としてその最大振幅を観測できるようにする。推定速度と実際の速度との差は、図２のようにモータおよび負荷のモデル１２から推定速度を算出してそれから実際の速度を引いて求める。あるいは図３のようにオブザーバから推定速度ωｏｂを算出してそれから実際の速度を引いて求める。推定速度と実際の速度との差の最大振幅から「振動気味」や「調整不良」等の状態を求めるのは、この速度の差に含まれる振動成分が観測しやすく正確に振動状態を反映しているからである。

まず振動のない状態で図４（i）のように推定速度と実際の速度との差の最大振幅を観測して得る。次に制御ゲインを上げていく場合、制御ゲインを上げて振動気味になると、推定速度と実際の速度との差は図４（i）から図４（ii）のように大きくなるので、例えば通常の振幅レベルの２倍程度になったところで、制御ゲインの上限とする。そして振幅レベルおよびその他の特性を観測して考慮し、振動がある適当な振幅レベル以下になるように制御ゲインを調整する。振動の振幅レベルは機械の用途や制御ゲインをどこまで上げる等を考慮して決める。また推定速度と実際の速度との差の最大振幅値を数値化しておけばトルク指令にフィルタ等を入れてその抑制効果を判別したり、その後の制御ゲインをどこまで上げることができるかといった厳密な判断に使ったりすることができる。

次回に機械の調整をする場合、この機械の調整が完了した時の推定速度と実際の速度との差の最大振幅を標準値として憶えておき（例えば図４（i）の振幅レベル）、推定速度と実際の速度との差の最大振幅を観測し、最大振幅の値を所定の時間毎に観測、更新しながら、機械のバランスや締め付け等を調整し、最大振幅が標準値以内に入るようにする。更に場合によっては推定速度と実際の速度との差の信号を周波数解析し、その周波数より調整部位の特定して調整しても良い。例えばある周波数成分が大きい場合、カップリングの締め付けを緩く調整してその周波数成分を小さくする等する。

このようにして制御ゲインの調整や機械の調整を機械に合わせて行うことができる。また場合によっては機械の診断等をすることもできる。また推定速度と実際の速度との差の検出手段７、最大振幅検出手段８、周波数解析手段９はマイクロコンピュータ１内で行っても良い。

本発明は、サーボ制御装置および機械の調整という用途に適用できる。

本発明の具体的実施例の構成図である。 本発明の推定速度を算出するための制御ブロック図である。 本発明の別の推定速度を算出するための制御ブロック図である。 （i）は通常の場合の速度と推定速度から速度の差の波形である。（ii）は振動気味または機械が調整不良の場合の速度と推定速度から速度の差の波形である。 （i）は通常の場合の速度とトルクの波形である。（ii）は振動気味の場合の速度とトルクの波形である。 従来の実施例の構成図である。 （i）は通常の場合の振動計による振動加速度の波形である。（ii）は振動気味の場合の振動計による振動加速度の波形である。

符号の説明

１ マイクロコンピュータ
２ 電流アンプ
３ ベースドライブ回路
４ パワートランジスタモジュール
５ モータ
６ 機械
７ 推定速度と速度の差の検出手段
８ 最大振幅検出手段
９ 周波数解析手段
１０ 速度制御
１１ モータ
１２ モータおよび負荷のモデル
１３ 速度制御
１４ モータ
１５ オブザーバの負荷イナーシャ分
１６ オブザーバの速度制御のゲイン
１７ 積分
１８ オブザーバの速度制御の積分
１９ オブザーバの全体
２０ マイクロコンピュータ
２１ 電流アンプ
２２ ベースドライブ回路
２３ パワートランジスタモジュール
２４ モータ
２５ 機械
２６ 振動計

Claims (2)

1. 機械に連結されたサーボモータを駆動するサーボ制御装置の制御ゲイン調整方法において、
   前記サーボモータおよび負荷のモデルによる前記サーボモータの推定速度から、前記サーボモータの実速度を引いた差の振幅の最大値を検出し、前記振幅の最大値が所定の振幅より大きくならないように前記制御ゲインの上限を調整することを特徴とするサーボ制御装置の制御ゲイン調整方法。
2. 機械に連結されたサーボモータを駆動するサーボ制御装置における前記機械の調整方法において、
   前記サーボモータおよび負荷のモデルによる前記サーボモータの推定速度から、前記サーボモータの実速度を引いた差の振幅の最大値を検出し、前記振幅の最大値が所定の振幅より大きくならないように前記機械のバランスまたは締め付けを調整することを特徴とするサーボ制御装置における機械の調整方法。

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