JP4390049B2 - サーボ制御装置およびその限界ゲイン抽出方法 - Google Patents
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Description
図5は従来技術によるゲイン調整処理を説明するフローチャートである。
ステップ500でゲイン調整処理を行うか否かを判定する。フラッグF=1でなければゲイン調整処理は行わずに終り、F=1であればステップ501に進む。
ステップ501では、制御系を発振させて得られたメモリに記憶されている実速度データをFFT分析し、周波数成分の振幅を求める。次に、ステップ502で検出された振幅のうち最大の振幅の周波数fをfmaxとしてもとめる。次に、fmaxと設定されている基準周波数faとの差の絶対値が、ゲイン調整のために設定されている閾値εより小さいか否かを判断し、小さければ終り、小さくなければステップ504へ進む。
ステップ504では、現在セットされているカットオフ周波数fnにfaからfmaxを差し引いた値に設定パラメータαを乗じた値を加算したものを新しいfnとする。
ステップ505では、fnと設定されている制御系で決まる速度ループ帯域の上限値flimをひかくし、fnが小さければステップ508へ進み、小さくなければステップ506へ進む。
ステップ508では、速度ループのゲインK1及びK2を計算する。次に、ステップ509で指標i及びフラッグFを「0」にセットして終わる。
ステップ506では、パラメータPが「0」か否かを判断し、「0」であればステップ507へ進み、「0」でなければステップ510へ進む。
ステップ507では、Pの値を「1」にして速度制御ループをPI制御にセットし、また、fnを初期値fn0にセットしてステップ508へ進む。
ステップ510では、fnをflimにセットして次へ進む。ステップ511では、速度ループのゲインK1及びK2を決定して速度ループゲインの調整を終わる。
こうして、決定された値によって速度制御が行われると、振動を生じず、かつ、ゲインの大きい望ましい速度制御が行われることとなる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、サーボ制御装置を発振状態にすることがなく機械を傷つける恐れのない、また、サーボ制御装置の負荷が正転と逆転とで異なる場合においても限界ゲインを抽出できる、サーボ制御装置およびその限界ゲイン抽出方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、位置指令及びモータ回転位置検出信号を入力し前記モータ回転位置検出信号が前記位置指令に一致するように位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令及びモータ回転速度検出信号を入力し前記モータ回転速度検出信号が前記速度指令に一致するように速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力しモータの発生トルクが前記トルク指令に一致するようにトルク制御を行いモータ駆動電流を出力するトルク制御部と、モータの回転位置を検出し前記モータ回転位置検出信号を出力する位置検出器と、前記モータ回転位置検出信号に基づいてモータ回転速度を算出し前記モータ回転速度検出信号を出力する速度算出手段とを備えたサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法において、模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える加振手段と、振動検出手段により少なくとも前記トルク指令または前記モータ回転速度に基づいて制御系の振動を検出する振動検出手段と、前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを備える構成とし、前記モータの正転時と逆転時とで負荷が異なる場合にはその異なった負荷分のトルクを予め設定された模擬外乱トルクに加算して新たな模擬外乱トルクとし、前記制御ゲインを上げては前記模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える処理を予め設定されたレベルを超える振動を検出する迄くり返し、前記レベルを超えた振動を検出した直前の前記制御ゲインを限界ゲインとみなして、前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインを変更することを特徴とするものである。
模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える加振手段と、正転時と逆転時とで負荷が
異なる場合にはその異なった負荷分のトルクを前記模擬外乱トルクに加算する手段と、モータ停止時の正転方向のトルクと逆転方向のトルクとの差のトルクが予め設定されたレベル以上にある場合は前記模擬外乱トルクに前記差のトルクを加算する手段と、少なくとも前記トルク指令または前記モータ回転速度に基づいて制御系の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出に基づいて制御ゲインを上げては前記模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える処理を 予め設定されたレベルを超える振動を検出する迄くり返し、前記レベルを超えた振動を検出した直前の前記制御ゲインを限界ゲインとみなして、前記位置制御および前記速度制御の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを備えることを特徴とするものである。
図1は本発明を適用するサーボ制御装置のブロック図である。図1において、1は位置制御部、2は速度制御部、3はトルク制御部、4は位置検出器、5は速度算出手段、6はモータ、7は機械、8はトルク伝達機構である。
また、11は加振手段、12は振動検出手段、13は加算器、14は制御ゲイン変更手段である。
位置制御部1は位置指令とモータ回転位置検出信号とを入力し速度指令を速度制御部2へ出力する。速度制御部2は前記速度指令とモータ回転速度検出信号とを入力しトルク指令を加算器13および振動検出手段12へ出力する。加算器13は前記トルク指令と模擬外乱トルク信号とを入力し合成トルク指令をトルク制御部3へ出力する。トルク制御部3は前記合成トルク指令を入力しモータ駆動電流をモータ6へ出力する。モータ6にはトルク伝達機構8および位置検出器4が装着されている。トルク伝達機構8はモータ6の発生トルクを負荷7へ伝達する。位置検出器4は前記モータ回転位置検出信号を位置制御部1および速度算出手段5へ出力する。速度算出手段5は前記モータ回転位置検出信号を入力し前記モータ回転速度検出信号を速度制御部2および振動検出手段12へ出力する。振動検出手段12は前記トルク指令または前記モータ回転速度検出信号を入力し加振手段制御信号を加振手段11へ、制御ゲイン変更信号を制御ゲイン変更手段14へ出力する。加振手段11は前記加振手段制御信号を入力し前記模擬外乱トルク信号を加算器13へ出力する。制御ゲイン変更手段14は前記制御ゲイン変更信号を入力し位置制御部1及び速度制御部2の制御ゲインを変更する。
位置制御部1は前記モータ回転位置検出信号が前記位置指令に一致するように制御演算を行い前記速度指令を算出する。速度制御部2は前記モータ回転速度検出信号が前記速度指令に一致するように制御演算を行い前記トルク指令を算出する。加算器13は前記トルク指令と前記模擬外乱トルクとを加算して前記合成トルク指令を算出する。トルク制御部3は前記合成トルク指令に基づいてトルク制御演算を行いモータ6へモータ駆動電流を流す。モータ6に駆動電流が流れるとトルクを発生する。位置検出器4はモータ6の回転位置を検出する。速度演算手段5は前記モータ回転位置検出信号に基づいて前記モータ回転速度検出信号を算出する。加振手段11は予め設定されたレベルのステップ状の模擬外乱トルク信号を前記加振手段制御信号に従って発生する。振動検出手段12は前記トルク指令または前記モータ回転速度検出信号中に含まれる振動成分を抽出し、その振動成分が、予め設定されたレベルを超えたか否かにより、前記制御ゲイン変更信号により制御ゲイン変更手段14を介して位置制御部1及び速度制御部2の制御ゲインを変更するとともに、前記加振手段制御信号により加振手段11をオン/オフする。
図2において、まず、ステップS51では通常運転を行い振動検出手段12により機械の振動成分のレベルを検出する。図3はサーボ制御装置を通常運転した時の代表的な応答波形である。図3において、31は速度指令、32は応答速度、33はトルク、34は運転時振動成分のレベルである。
つぎに、ステップS52で移動方向を変え、移動時および停止時のトルクを測定する。これは一般的にモータ駆動電流の大きさにより求めることができる。いま、モータ停止時の正転方向のトルクをtrq1、逆転方向のトルクをtrq2とすると、負荷トルクtrqは、
trq=(trq1+trq2)/2
となる。ここで移動方向を変えて加算するのは、加算することにより摩擦トルク分を打ち消すことができるからである。また、移動時においても同様である。さらに、この負荷トルクtrqが予め設定されたレベル以上あれば、重力負荷などの正転と逆転とで異なるアンバランス負荷と判断してこの負荷トルクを以降の模擬外乱トルク信号に加算して補正する。
この振動検出レベル閾値Aは、制御系が発振していない範囲であれば任意に設定しても構わないが、たとえば、ステップS51で検出された振動成分のレベルの振動振幅の最大値の2倍程度にすることが好ましい。また、模擬外乱トルクをあるレベルまで大きくしても応答が大きくならない場合、振動検出レベル閾値Aを下げる。このようにして模擬外乱トルクの大きさと振動検出レベル閾値Aを調整する。
この振動検出レベル閾値Bは、制御系が発振していない範囲であれば任意に設定しても構わないが、たとえば、ステップS54で用いた振動検出レベル閾値Aの1.5倍程度に選んでも良い。
ステップS58では、限界ゲインが抽出され、制御ゲインを、例えば、振動したゲインの半分あるいは、最初に設定した低いゲイン等振動しないレベルにまで下げて終わる。
確実に振動を止めるためには、トルク指令を絞るか、位置偏差を一瞬ゼロにする。そして振動した時の制御ゲインの1つ前の制御ゲインを一般的にサーボ制御装置内にある記憶手段に限界ゲインとして記憶しておく。記憶した制御ゲインが検出すべき限界ゲインである。
また、本実施例では、模擬外乱トルクをトルク指令に直接入力しているが、微少距離を移動することでも、トルクが発生するので、同等のことが行える。また、振動検出手段12は、制御ゲインに伴い積分ゲインやトルクフィルタ等を連動させても良い。
2 速度制御部
3 トルク制御部
4 位置検出器
5 速度算出手段
6 モータ
7 機械
8 トルク伝達機構
11 加振手段
12 振動検出手段
13 加算器
14 制御ゲイン変更手段
31 速度指令
32 応答速度
33 トルク
34 運転時振動成分のレベル
41 制御系のゲインを上げて行く動作を示すタイミング
42 模擬外乱トルク信号を加えるタイミング
43 トルクまたは速度検出信号に基づいて検出された振動成分の例
44 抽出された限界ゲイン
45 振動検出レベル閾値の例
Claims (3)
- 位置指令及びモータ回転位置検出信号を入力し前記モータ回転位置検出信号が前記位置指令に一致するように位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令及びモータ回転速度検出信号を入力し前記モータ回転速度検出信号が前記速度指令に一致するように速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力しモータの発生トルクが前記トルク指令に一致するようにトルク制御を行いモータ駆動電流を出力するトルク制御部と、モータの回転位置を検出し前記モータ回転位置検出信号を出力する位置検出器と、前記モータ回転位置検出信号に基づいてモータ回転速度を算出し前記モータ回転速度検出信号を出力する速度算出手段とを備えたサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法において、
模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える加振手段と、少なくとも前記トルク指令または前記モータ回転速度に基づいて制御系の振動を検出する振動検出手段と、前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを備える構成とし、前記モータの正転時と逆転時とで負荷が異なる場合にはその異なった負荷分のトルクを予め設定された模擬外乱トルクに加算して新たな模擬外乱トルクとし、前記制御ゲインを上げては前記模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える処理を予め設定されたレベルを超える振動を検出する迄くり返し、前記レベルを超えた振動を検出した直前の前記制御ゲインを限界ゲインとみなして、前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインを変更することを特徴とするサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法。 - モータ停止時の正転方向のトルクと逆転方向のトルクとの差のトルクが予め設定されたレベル以上ある場合は前記模擬外乱トルクに前記差のトルクを加算することを特徴とする請求項1記載のサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法。
- 位置指令及びモータ回転位置検出信号を入力し前記モータ回転位置検出信号が前記
位置指令に一致するように位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令及びモータ回転速度検出信号を入力し前記モータ回転速度検出信号が前記速度指令に一致するように速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力しモータの発生トルクが前記トルク指令に一致するようにトルク制御を行いモータ駆動電流を出力するトルク制御部と、前記モータ回転位置検出信号に基づいてモータ回転速度を
算出し前記モータ回転速度検出信号を出力する速度算出手段を備えたサーボ制御装置において、模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える加振手段と、正転時と逆転時とで負荷が
異なる場合にはその異なった負荷分のトルクを前記模擬外乱トルクに加算する手段と、モータ停止時の正転方向のトルクと逆転方向のトルクとの差のトルクが予め設定されたレベル以上にある場合は前記模擬外乱トルクに前記差のトルクを加算する手段と、少なくとも前記トルク指令または前記モータ回転速度に基づいて制御系の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出に基づいて制御ゲインを上げては前記模擬外乱トルクを前記トルク指令に加える処理を 予め設定されたレベルを超える振動を検出する迄くり返し、前記レベルを超えた振動を検出した直前の前記制御ゲインを限界ゲインとみなして、前記位置制御および前記速度制御の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを備えることを特徴とするサーボ制御装置。
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