JP4522443B2 - 位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置及び制御パラメータ調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、機械を位置決めする位置決め制御装置の制御パラメータの調整を行う制御パラメータ調整装置及び制御パラメータ調整方法に関するものである。

機械を位置決めする位置決め制御に関して、人手により制御パラメータを調整しようとすると、豊富な経験や感を必要とし、調整作業に習熟しないと試行錯誤を繰り返し、思うように調整ができないという問題があった。一般に、制御パラメータは複数種類存在する。この複数種類の制御パラメータをさまざまな値に設定しては、位置決め動作を手動で行わせ、さらに整定時の波形等を人手で確認していくのは非常に時間がかかる。

これに対して、従来、制御パラメータを自動調整する方法として以下のような方法が提案されている。すなわち、制御パラメータをさまざまな値に振りながら、位置決め制御を行わせ、このとき測定されるオーバーシュート、整定時間、振動を得る。そして、測定されたオーバーシュート、整定時間、振動にそれぞれ重みをかけて加えたものを評価関数値として算出し、この評価関数値を最小にする制御パラメータを最適と判定する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３４７８１号公報

しかしながら、上記従来の方法による制御パラメータ調整には以下の問題があった。まず、重みを具体的にどのような値に設定すべきかを決定するかが困難であり、重みを決定するのに時間を要する可能性があった。また、適当な重みを決定できたとしても、評価関数値は、異なる物理量をもつオーバーシュートや整定時間に重みをかけて足しているため物理的な値に対応しない。このため、最適と判断された制御パラメータを直感的に確認しづらいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機械を位置決め制御する位置決め制御装置の制御パラメータ調整に関し、オーバーシュートや残留振動振幅などの整定特徴量を指定された許容値以下にしながら、なおかつ、位置決め制御に最適な特性（例えば、整定時間を最短にする）を実現する制御パラメータの調整を、位置決め制御動作の少ない試行回数で実現可能とする制御パラメータ調整装置及び制御パラメータ調整方法を得ることを目的とするものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第一の発明の制御パラメータ調整装置は、大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して、制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、整定特徴量の許容値を入力する許容値入力手段と、追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索手段と、前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択手段と、前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索手段とを備えたことを特徴とする。

また、第二の発明の制御パラメータ調整装置は、大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータと、大きくすることによって外乱抑制性能を向上させる外乱抑制パラメータとを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して、制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、整定特徴量の許容値を入力する許容値入力手段と、外乱抑制パラメータを固定値にして、追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索手段と、前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択手段と、前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータと所定範囲内にある外乱抑制パラメータとを組み合わせ、追従性パラメータもしくは外乱抑制パラメータの増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索手段とを備えたことを特徴とする。

さらに、第三の発明の制御パラメータ調整方法は、大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整方法において、整定特徴量の許容値を入力する許容値入力工程と、追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索工程と、前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択工程と、前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索工程とを備えたことを特徴とする。

さらに、第四の発明の制御パラメータ調整方法は、大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータと、大きくすることによって外乱抑制性能を向上させる外乱抑制パラメータとを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整方法において、整定特徴量の許容値を入力する許容値入力工程と、外乱抑制パラメータを固定値にして、追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索工程と、前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択工程と、前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータと所定範囲内にある外乱抑制パラメータとを組み合わせ、追従性パラメータもしくは外乱抑制パラメータの増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索工程とを備えたことを特徴とする。

上記発明の制御パラメータ調整装置及び制御パラメータ調整方法によれば、大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータは、許容値近傍に最適な値があると予測されるので、まず、この追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させて、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する（最後の）追従性パラメータ及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する（最初の）追従性パラメータを求め、この二つの追従性パラメータにて決定される領域を精探索の範囲とし、次いでこの範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させて精探索する。このように、制御パラメータの変化に対する整定特徴量の変化に関する定性的な性質を利用することで、整定時間が短縮される等位置決め制御時に好ましい特性を実現する制御パラメータを、少ない試行回数で調整することができるという効果を奏する。さらには、上記範囲を、追従性パラメータと相反する性質をもつ外乱抑制パラメータと組み合わせて精探索することで、より効果的に少ない試行回数で調整することができるという効果を奏する。

すなわち、追従性パラメータの範囲をはじめに決定し（荒探索手段）、その後で他の制御パラメータと組み合わせて制御パラメータの探索を行う（精探索手段）ことによって、効率的に制御パラメータの調整を行うことができる。特に、追従性パラメータと、オーバーシュートや残留振動振幅の大きさに対し与える影響が追従性パラメータと相反する性質をもつ外乱抑制パラメータを組み合わせて探索することにより、オーバーシュートや残留振動振幅を許容値以下にし、さらに、高周波振動振幅も許容値以下にし、整定時間が短縮された制御パラメータに調整することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる位置決め制御装置の制御パラメータ制御装置及び制御パラメータ制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明の制御パラメータ制御装置の機能構成を説明するための制御パラメータ制御装置及び位置決め制御装置を含む制御パラメータ制御装置とその周辺の機能ブロック図である。図２は図１の制御パラメータ探索判定部の動作を説明するフローチャートである。図３、図４及び図５はそれぞれ図１の位置決め制御装置の一例を示す制御ブロック図である。

図１において、位置決め制御装置２は、電動機や機械の目標となる位置指令を与える指令発生部１が出力する位置指令を入力する。そして、この位置指令と、検出された位置を比較することにより、電動機３に対して、電流などの駆動エネルギーを供給する。電動機３は、位置決め制御装置２から供給された駆動エネルギーをトルクに変換する。負荷機械４は電動機によって駆動される。状態量検出器５は、電動機３あるいは負荷機械４の位置、速度などの状態量を検出する。

制御パラメータ制御装置１０は、特徴量抽出部６と、整定特徴量許容値入力部７と、制御パラメータ探索判定部８と、制御パラメータ設定部９とを有している。特徴量抽出部６は、位置決め制御時の整定特長量を抽出する。ここで、整定特徴量とは、具体的に、位置指令が目標位置に到達してから、検出した位置が整定幅内に入るまでの時間である整定時間、目標位置に対し、検出した位置行き過ぎ量であるオーバーシュート、位置指令と検出した位置との偏差に表れる低周波振動の振幅値である残留振動振幅、位置指令と検出位置との差である偏差信号、トルク信号、検出位置、検出速度などの制御信号に重畳される高周波で持続的な振動となる高周波振動振幅である。整定特徴量入力部７は、整定特徴量の許容値を入力する。制御パラメータ探索判定部８は、整定特徴量および整定特徴量許容値から、どのような制御パラメータに設定するかを決定する。制御パラメータ設定部９は、制御パラメータ探索判定部から決定される制御パラメータを位置決め制御装置に設定する。

本実施の形態の制御パラメータ制御装置１０の特徴有る構成は、制御パラメータ探索判定部８が有している。制御パラメータ探索判定部８は、主に図示しない記憶装置に記憶されたプログラムとこれを実行するＣＰＵとから構成されている。そして、制御パラメータ探索判定部８の特徴的構成は、このプログラムにより構成されている。制御パラメータ探索判定部８の構成上の特徴は、図２のフローチャートにより後述する。なお、制御パラメータ探索判定部８は、このプログラムによらず同様の動作をするハードウェアによって構成されてもよい。

図３、図４及び図５はそれぞれ図１の位置決め制御装置２の一例を示す制御ブロック図である。図３、図４及び図５では、位置決め制御装置の一例として、位置決め制御装置２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを示す。図中のｓはラプラス演算子を表す。図３において、Ｋｒは位置指令とフィードフォワード位置指令との偏差信号に乗ずるべき規範モデル位置ゲイン、Ｋｍは前記偏差信号と規範モデル位置ゲインとの積信号とフィードフォワード速度指令との偏差信号に乗ずるべき規範モデル速度ゲイン、Ｊは電動機と負荷機械の総イナーシャを表す制御パラメータを表し、Ｋｑ、Ｋｖ、Ｋｖｉはそれぞれ位置ゲイン、速度ゲイン、速度積分ゲインを表す。図４において、Ｋｒは位置指令にかけるローパスフィルタの周波数を規定するローパスフィルタ周波数を表す制御パラメータ、Ｊは電動機と負荷機械の総イナーシャを表す制御パラメータを表し、Ｋｑ、Ｋｖ、Ｋｖｉはそれぞれ位置ゲイン、速度ゲイン、速度積分ゲインを表す。図５において、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｋｖｉはそれぞれ位置ゲイン、速度ゲイン、速度積分ゲインを表す。例えば、図３に示す規範モデル位置ゲインＫｒや、図４に示すローパスフィルタ周波数を表す制御パラメータＫｒ、図５に示す位置ゲインＫｐなどは、大きくすることによって指令に対する追従性を向上させる追従性パラメータである。追従性パラメータの例としては、ここに挙げたものが全てはなく、図３、図４、図５以外の他の制御系においても、大きくすれば指令追従性を向上させる制御パラメータならばその対象となる。

図２に戻り、制御パラメータ探索判定部８の動作をフローチャートに沿って説明する。ステップＳＴ１では、位置決め制御装置２に対して、整定特徴量入力部７を介して、位置決め整定特徴量であるオーバーシュートや残留振動振幅の許容値を入力する。また、このとき同時に、高周波振動振幅などの他の整定特徴量の許容値なども入力してもよい。つまり、ステップＳＴ１は、許容値入力手段を構成している（許容値入力工程）。ステップＳＴ２では、位置決め制御装置２に対して、上述の大きくすることによって指令に対する追従性を向上させる追従性パラメータ（以下、この追従性パラメータを制御パラメータ１と呼び、記号Ｋ１で表す）を最小値に設定する。

ステップＳＴ３では、この制御パラメータ１の設定状態にて、位置決め制御装置２に位置決め動作を行わせ、このときのオーバーシュートもしくは残留振動振幅を特徴量抽出部６を介して測定する。次いで、ステップＳＴ４では、計測したオーバーシュートや残留振動の振幅が、許容値を超えるかどうかを確認する。そして、もし超えていなければ、ステップＳＴ５にて、制御パラメータ１を大きくし、ステップＳＴ３に再度移行する。制御パラメータ１を大きくする方法としては、例えばＲ倍ずつ（第一の間隔）増加させてゆく、すなわち、Ｋ１＝Ｒ×Ｋ１（Ｒ＞１）とすることなどが挙げられる。また、ある定数Δ（Δ＞０）を用いて、Ｋ１＝Ｋ１＋Δ（Δ＞０）としてもよい。

このように、ステップＳＴ３〜ＳＴ５は、制御パラメータ１を第一の間隔で増加させながら、制御パラメータ１の増加の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときのオーバーシュートもしくは残留振動振幅もしくは整定時間を測定する荒探索手段を構成している（荒探索工程）。

ステップＳＴ４において、測定したオーバーシュートや残留振動の振幅が、許容値を超えていれば、ステップＳＴ６に移行する。このステップＳＴ６においては、現在の制御パラメータ１から後に続く制御パラメータ１の精探索を行うための、精探索の範囲、及び精探索の間隔を決める。まず、範囲の決め方の具体例としては、精探索の範囲の最小値となるＫ１_ｍｉｎ＝Ｋ１／Ｒ、また最大値となるＫ１_ｍａｘ＝Ｋ１することなどが考えられる。精探索の範囲の最小値が、オーバーシュートや残留振動の振幅の許容値を満たす制御パラメータ１の値となり、精探索の範囲の最大値が、オーバーシュートや残留振動の許容値を満たさない制御パラメータ１の値となっている。

また、精探索範囲の最小値がオーバーシュートや残留振動の許容値を満たし、かつ、精探索範囲の最大値がオーバーシュートや残留振動の許容値を満たさなければ、どのように選択してもよい。本実施の形態では、制御パラメータ１のみを探索する荒探索工程において、オーバーシュートや残留振動振幅の許容値を満たす最大の制御パラメータ１の値を精探索範囲の最小値、オーバーシュートや残留振動振幅の許容値を満たさない最小の制御パラメータの値を精探索範囲の最大値と選んでいるが、多少マージンをとった、オーバーシュートや残留振動振幅の許容値を満たした２番目に大きい制御パラメータ１の値や、オーバーシュートや残留振動振幅の許容値を満たさない２番目に小さい制御パラメータ１の値を、それぞれ精探索範囲の最小値と最大値に選んでもよい。特に、荒探索工程において、オーバーシュートや残留振動振幅の許容値を満たした最大の制御パラメータ１の値を精探索範囲の最小値、オーバーシュートや残留振動振幅の許容値を満たさない最小の制御パラメータの値を精探索範囲の最大値と選ぶことにより、精探索範囲の範囲がより狭まり探索精度の向上、探索時間の短縮が図れる。

次ぎに、間隔の決め方の具体例としては、この最小値、最大値を線形Ｎ分割したものや、対数Ｎ分割したものが考えられる。以降、Ｎ分割した制御パラメータ１をＫ１［１］（＝Ｋ１_ｍｉｎ）、Ｋ１［２］、・・・、Ｋ１［Ｎ−１］、Ｋ１［Ｎ］（＝Ｋ１_ｍａｘ）と書く。最小値、最大値に関して対数Ｎ分割した場合、

Ｋ１［Ｎ］／Ｋ１［Ｎ−１］＝Ｋ１［Ｎ−１］／Ｋ１［Ｎ−２］
＝・・・
＝Ｋ１［２］／Ｋ１［１］
＝ｒ

を満たし、定数ｒは、１＜ｒ＜Ｒの関係を満たし、ステップＳＴ５における制御パラメータ１の変化の度合よりも小さくするものとする。また、最小値、最大値に関して線形Ｎ分割した場合、

Ｋ１［Ｎ］−Ｋ１［Ｎ−１］＝Ｋ１［Ｎ−１］−Ｋ１［Ｎ−２］
＝・・・
＝Ｋ１［２］−Ｋ１［１］
＝δ

を満たし、定数δは、０＜δ＜Δの関係を満たし、ステップＳＴ５における制御パラメータ１の変化の度合よりも小さくするものとする。以降、Ｎ分割した制御パラメータ１をＫ１［１］（＝Ｋ１_ｍｉｎ）、Ｋ１［２］、・・・、Ｋ１［Ｎ−１］、Ｋ１［Ｎ］（＝Ｋ１_ｍａｘ）と書く。

このように、ステップＳＴ６は、オーバーシュートもしくは残留振動振幅もしくは整定時間が許容値を超えない領域の追従性パラメータ、及びオーバーシュートもしくは残留振動振幅もしくは整定時間が許容値を超える最初の追従性パラメータを求める範囲選択手段（範囲選択工程）を構成している。

続く、ステップＳＴ７では、制御パラメータ１と、他の制御パラメータと組合せて、位置決め動作を行わせて、整定特徴量の測定を行う。組み合わせる制御パラメータとしては、例えば、大きくすることにより制御系の外乱抑制性能が向上する外乱抑制パラメータ（以下、この外乱抑制パラメータを制御パラメータ２と呼び、記号Ｋ２で表す）が挙げられる。制御パラメータ２の定性的性質として、制御パラメータ２以外の制御パラメータの値を固定にした状態で、制御パラメータ２だけを大きくすればするほどオーバーシュートや残留振動の振幅が小さくなるが、逆に高周波振動の振幅が大きくなるという性質がある。

具体的な制御パラメータ２の例としては、図３、図４及び図５の速度比例ゲインＫｖや、速度積分ゲインＫｖｉなどが挙げられる。Ｎ分割した制御パラメータ１と制御パラメータ２をＭ分割（以降、Ｍ分割した制御パラメータ２をＫ２［１］，Ｋ２［２］，・・・，Ｋ２［Ｍ］と書く。ただし、Ｋ２［１］＜Ｋ２［２］＜・・・＜Ｋ２［Ｍ］）したものを組み合わせて、位置決め制御を行わせ、それぞれそのときの整定特徴量（整定時間、オーバーシュート、残留振動の振幅、制御信号の高周波振動振幅）の測定を行い、制御パラメータと関連付けて記憶する。なお、ここでは、制御パラメータ１と制御パラメータ２を組み合わせて探索したが、他の制御パラメータと組み合わせて、制御パラメータ１を探索してもよい。

次いで、ステップＳＴ８では、ステップＳＴ７で行った複数回の位置決め制御したときの整定特徴量のデータから、ステップＳＴ１にて入力した各種許容値を満たし、なおかつ、好ましい特性をもつもの、例えば、オーバーシュートや残留振動の振幅の許容値を満たした中で、整定時間が最小になる制御パラメータ１と制御パラメータ２の組合せを選択する。

すなわち、ステップＳＴ７及びステップＳＴ８は、ステップＳＴ６にて決定された探索範囲を荒検索の際の第一の間隔よりも小さい第二の間隔で制御パラメータ１を増加させつつ、当該増加の度に位置決め制御を行い、オーバーシュートもしくは残留振動振幅、及び整定時間を測定する精探索手段（精探索工程）を構成している。以上のような流れを経て最適な制御パラメータを少ない試行回数で自動により調整することができる。

次に、上記のように調整する理由を説明する。位置決め制御では、整定時間がなるべく短いこと、オーバーシュートが小さいこと、偏差信号に表れる比較的低周波の残留振動の振幅が小さいこと、偏差信号やトルク信号などの制御信号に重畳される高周波振動が小さいこと、可能ならば全てが同時にほぼ０であることが望ましい。しかし、機械共振、摩擦、位置決め制御装置内の遅れ要素などの影響により、これらを同時に全てほぼ０にすることは困難である。一方、機械の動作仕様により、整定時間、オーバーシュート、残留振動振幅、整定時間、高周波振動振幅の許容値が決まっていることが多く、これらの許容値を満足した（許容値以下にした）上で、さらに、整定時間をなるべく短くしたり、オーバーシュートなるべく小さくしたり制御パラメータに調整を行う必要がある。

また、制御パラメータを変えることによって、オーバーシュート、残留振動振幅、整定時間、高周波振動振幅などの整定特徴量は、ランダムに変化するわけではない。これら整定特徴量は、制御パラメータを変化させるとある傾向をもって変化する。しかしながら、機械の摩擦、位置決め制御装置内にある遅れ要素などの存在により、制御パラメータの変化に対する、特徴量の変化を定量的に予測するのは難しい。これに対して、定性的な性質を見出し、この性質を用いて、試行回数の少ない制御パラメータの調整を実現することを本発明の趣旨とする。

位置決め制御における、制御パラメータの変化に対する整定特徴量の変化の定性的な性質の例として、他の制御パラメータを固定したまま、制御パラメータ１のみを大きくすると、整定時間は短縮されるが、逆にオーバーシュートや残留振動が大きくなる。また、他の制御パラメータの値を固定したまま、制御パラメータ１のみを小さくすると、オーバーシュートや残留振動は小さくなるが、逆に整定時間が延びるという傾向がある。さらに、制御パラメータ１は、他の制御パラメータと比較して、整定特性に与える影響が大きいという傾向もある。

図３のようなフィードフォワード補償を用いた場合、電動機のトルクから速度への伝達特性を含むモデル１／（Ｊｓ）と制御パラメータＫｒ，Ｋｍを含んだ規範モデルを構成し、そこから計算されるフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、フィードフォワードトルク指令を、実際の電動機、検出位置、検出速度、及び、その制御器ＫｐとＫｖ＋Ｋｖｉ／ｓから構成されるフィードバック制御器に、それぞれフィードフォワード指令として与える。フィードバック制御器は、このフィードフォワード指令に追従するように制御を行う。このため、規範モデルの制御ループの中で最も外側にあるループに関する制御パラメータＫｒが指令追従性を決定する制御パラメータとなり、制御パラメータの中で支配的な制御パラメータとなる。この制御系を適用して位置決め制御を行った場合でも、機械共振・摩擦や、位置決め制御装置の演算遅れに起因する無駄時間などにより、位置決め制御の整定時にオーバーシュートや残留振動が発生する。制御パラメータＫｒが小さいときは、検出位置が追従すべきフィードフォワード指令が、ゆっくりとした応答であるため整定時間は延びるが、オーバーシュートや残留振動が小さい。しかし、制御パラメータＫｒがおおきくなると整定時間は小さくなるが、機械共振・摩擦や無駄時間などが存在のため、フィードバック制御系が各フィードフォワード指令に追従しきれず、オーバーシュートや残留振動が大きく発生することになる。

また、図４に示す制御系のようなフィードフォワード補償を用いても同様である。図４では、位置指令にローパスフィルタＫｒ／（ｓ＋Ｋｒ）を通した信号を、１回微分した信号をフィードフォワード速度指令、２回微分して負荷機械と電動機の総イナーシャあるいは総質量に相当する制御パラメータＪを乗じた信号をフィードフォワードトルク指令として、フィードバック制御系に入力する。図４における、制御パラメータＫｒは、フィードバック制御系が追従すべきフィードフォワード指令に対する応答性を決定している。よって、この制御パラメータＫｒが大きくなればなるほど指令追に対する追従性を決定する制御パラメータとなる。制御パラメータＫｒが小さいときは、検出位置の追従すべきフィードフォワード指令が、ゆっくりとした応答になり、フィードバック制御系はフィードフォワード指令に対し追従しやすくなる。このため、整定時間は延びるが、オーバーシュートや残留振動が小さい、しかし、制御パラメータＫｒがおおきくなると、機械共振、摩擦や位置決め制御装置内に存在する遅れ要素などにより、検出位置、速度が各フィードフォワード指令に追従しきれず、オーバーシュートや残留振動が大きく発生することになる。

図５のように、フィードフォワード補償を用いない一自由度の制御系を用いる場合であっても、制御パラメータ１に相当するＫｐは、最も外側にある制御ループ（速度制御ループの外側にある位置制御ループ）に関する制御パラメータであるため、この制御パラメータを大きくすればするほど指令に対する追従性が向上する。また、他の制御パラメータを固定にしたまま制御パラメータ１に相当するＫｐだけを大きくすると、電動機、電動機の検出速度、及び、速度制御器Ｋｖ＋Ｋｖｉ／ｓから構成されるマイナーループである速度制御系に対して、応答を大きくすることになり、位置指令から検出位置までの閉ループ伝達関数の極が大きくなる。このため、整定時の波形が振動的になり、このためオーバーシュートや残留振動が大きくなる。図３、４、５の制御系の例で示すとおり、制御パラメータ１は、指令の応答に関する制御パラメータとなっており、位置決め制御で最も重要な整定特性のである整定時間に与えるため、他の制御パラメータに比べて、整定特性に与える影響が大きい。

次に、シミュレーションによって制御パラメータ１に関して、他の制御パラメータを固定したまま、制御パラメータ１のみを大きくすると、整定時間は短縮されるが、逆にオーバーシュートや残留振動が大きくなり、他の制御パラメータの値を固定したまま、制御パラメータ１のみを小さくすると、オーバーシュートや残留振動は小さくなるが、逆に整定時間が延びるという性質が正しいことを示す。図６に、位置決め制御装置の制御系として図３のようなブロック図で表される制御系を用い、さらに、他の制御パラメータを固定し、制御パラメータ１に相当するＫｒのみを変化させたときの位置決め制御時の位置の挙動をシミュレーションした結果を示す。シミュレーションは目標位置１０×１０^−４［ｍ］とし、位置指令は時刻０秒から開始され時刻０．２秒に目標位置に到達するものとする。また、整定幅は目標位置の±１％の誤差内に整定したとき、すわなち、９．９×１０^−４〜１．０１×１０^−４［ｍ］内にはじめて検出位置が収束したときに整定が完了したものとする。図６において、時間０．０２秒で位置１０×１０^−４［ｍ］に到達している実線は、位置指令を表し、時間０．０４秒以降に立上る実線、鎖線、点線は、それぞれ、Ｋｒ＝８０，１００，１２０に設定したときの検出位置の挙動を示すものである。また、図６のグラフは目標位置近傍の様子を拡大した図である。制御パラメータ１に相当するＫｒを大きくすればするほど、オーバーシュートがより大きくなっていくことが確認される。また、Ｋｒを大きくすればするほど、位置指令が完了してから、検出位置が９．９×１０^−４〜１．０１×１０^−４［ｍ］内にはじめて収束する時間である整定時間が短くなっていることが確認される。

大きくすればするほど指令追従性が向上し、また、大きくすればするほどオーバーシュートや残留振動が大きくなるという制御パラメータ１に関する性質から、オーバーシュートや残留振動振幅が許容値以下にしながら、整定時間を最小にする制御パラメータ１は、オーバーシュートや残留振動が許容値近傍の制御パラメータで実現され、さらにその制御パラメータは、オーバーシュートや残留振動振幅が許容値を超えない制御パラメータ１の値と、オーバーシュートや残留振動振幅が許容値を超える第二の制御パラメータ１の値からなる範囲にあることが予想される。よって、図２のステップＳＴ２からステップＳＴ６の処理（荒探索手段、範囲選択手段）によってこの制御パラメータ１の範囲を決定する。整定特徴量は、制御パラメータ１に最も影響を受けて変化するが、他の制御パラメータを変更しても若干変化する。よって、制御パラメータ１の範囲をはじめに決定し、その後で他の制御パラメータと組み合わせて制御パラメータの探索を行う（精探索手段）ことによって、効率的に制御パラメータの調整を行うことができる。特に、制御パラメータ１と、オーバーシュートや残留振動振幅の大きさに対し与える影響が制御パラメータ１と相反する性質をもつ制御パラメータ２を組み合わせて探索することにより、オーバーシュートや残留振動振幅を許容値以下にし、さらに、高周波振動振幅も許容値以下にし、整定時間をなるべく短縮する制御パラメータを実現することができる。

実施の形態２．
図７は図１の制御パラメータ探索判定部８の、実施の形態１とは別の方法の制御パラメータの調整を説明するフローチャートである。ステップＳＴ５１では、整定特徴量である整定時間の許容値ＴＳ_ｌｉｍを入力する（許容値入力手段／許容値入力工程）。また、このとき同時に、高周波振動振幅などの他の整定特徴量に関する許容値も入力してもよい。ステップＳＴ５２では、制御パラメータ１の最小値に設定する。ステップＳＴ５３では、この制御パラメータ１の設定状態にて、位置決め動作を行わせ、このときの整定時間ＴＳを測定する。ステップＳＴ５４では、測定した整定時間ＴＳが、許容値ＴＳ_ｌｉｍを超えるかどうかを確認する。もし、超えていなければ、ステップＳＴ５５にて、制御パラメータ１を大きくし、再度、ステップＳＴ５３に移行する（ステップＳＴ５３〜ＳＴ５５：荒検索手段／荒探索工程）。

ステップＳＴ５３では、この制御パラメータ１の設定状態にて、位置決め動作を行わせ、このときの整定時間を測定する。ステップＳＴ５４では、計測した整定時間が、許容値を超えるかどうかを確認する。もし、超えていれば、ステップＳＴ５５にて、制御パラメータ１を大きくし、ステップＳＴ５３に再度移行する。例えば、制御パラメータ１を大きくする方法としては、Ｒ倍ずつしていく、すなわち、Ｋ１＝Ｒ×Ｋ１（Ｒ＞１）とすることがなど挙げられる。また、ある定数Δ（Δ＞０）を用いて、Ｋ１＝Ｋ１＋Δとしてもよい。

ステップＳＴ５４において、測定した整定時間が、許容値を超えていなければ、ステップＳＴ５６に移行する。ステップＳＴ５６にて、現在の制御パラメータ１から後に続く制御パラメータ１の精探索の範囲、及び、間隔を決める。この範囲の決め方の具体例としては、精探索の範囲の最小値となるＫ１_ｍｉｎ＝Ｋ１／Ｒ、また最大値となるＫ１_ｍａｘ＝Ｋ１することなどが考えられる。精探索の範囲の最小値が、整定時間の許容値を満たさない制御パラメータ１の値となり、精探索の範囲の最大値が、整定時間の許容値を満たす制御パラメータ１の値となっている（範囲選択手段／範囲選択工程）。

また、精探索範囲の最小値が整定時間の許容値を満たさず、かつ、精探索範囲の最大値が整定時間を満たせば、どのように選択してもよい。本実施の形態では、制御パラメータ１のみを探索する荒探索工程において、整定時間の許容値を満たさない最大の制御パラメータ１の値を精探索範囲の最小値、整定時間の許容値を満たす最小の制御パラメータの値を精探索範囲の最大値と選んでいるが、多少マージンをとった、整定時間の許容値を満たさない２番目に大きい制御パラメータ１の値や、整定時間の許容値を満たす２番目に小さい制御パラメータ１の値を、それぞれ精探索範囲の最小値と最大値に選んでもよい。特に、荒探索工程において、整定時間の許容値を満たさない最大の制御パラメータ１の値を精探索範囲の最小値、整定時間の許容値を満たす最小の制御パラメータの値を精探索範囲の最大値と選ぶことにより、精探索範囲の範囲がより狭まり探索精度の向上、探索時間の短縮が図れる。

また、間隔の決め方の具体例としては、この最小値、最大値を線形Ｎ分割したものや、対数Ｎ分割したものが考えられる。以降、Ｎ分割した制御パラメータ１をＫ１［１］（＝Ｋ１_ｍｉｎ）、Ｋ１［２］、・・・、Ｋ１［Ｎ−１］、Ｋ１［Ｎ］（＝Ｋ１_ｍａｘ）とかく。最小値、最大値に関して対数Ｎ分割した場合、

Ｋ１［Ｎ］／Ｋ１［Ｎ−１］＝Ｋ１［Ｎ−１］／Ｋ１［Ｎ−２］
＝・・・
＝Ｋ１［２］／Ｋ１［１］
＝ｒ

を満たし、定数ｒは、１＜ｒ＜Ｒの関係を満たし、ステップＳＴ５５における制御パラメータ１の変化の度合よりも小さくするものとする。また、最小値、最大値に関して線形Ｎ分割した場合、

Ｋ１［Ｎ］−Ｋ１［Ｎ−１］＝Ｋ１［Ｎ−１］−Ｋ１［Ｎ−２］
＝・・・
＝Ｋ１［２］−Ｋ１［１］
＝δ

を満たし、定数δは、δ＜Δの関係を満たし、ステップＳＴ５における制御パラメータ１の変化の度合よりも小さくするものとする。以降、Ｎ分割した制御パラメータ１をＫ１［１］（＝Ｋ１_ｍｉｎ）、Ｋ１［２］、・・・、Ｋ１［Ｎ−１］、Ｋ１［Ｎ］（＝Ｋ１_ｍａｘ）とかく。

ステップＳＴ５７では、制御パラメータ１と、他の制御パラメータと組合せて、位置決め動作を行わせて、整定特徴量の測定を行い、整定特徴量を制御パラメータの組合せと関連付けて記憶する。ステップＳＴ５８では、ステップＳＴ５７で行った複数回の位置決め制御したときの整定特徴量のデータから好ましい特性をもつもの、例えば、整定時間の許容値を満たした中で、オーバーシュートや残留振動が最小になる制御パラメータ１と制御パラメータ２の組合せを選択する。以上のような流れを経て最適な制御パラメータを自動で調整することができる（ステップＳＴ５７，ステップＳＴ５８：精探索手段／精探索工程）。

次に、このように調整する理由を説明する。先に述べたように、制御パラメータ１は、位置決め制御において、大きくすると整定時間は短縮されるが、逆にオーバーシュートや残留振動が大きくなり、小さくすると、オーバーシュートや残留振動は小さくなるが、逆に整定時間が延びるという傾向があり、他の制御パラメータと比較して、整定特性に与える影響が大きい。

整定時間を許容値以下にしながら、オーバーシュートや残留振動の振幅を最小にする制御パラメータ１は、整定時間が許容値近傍の制御パラメータで実現され、さらにその制御パラメータ１は、整定時間が許容値を超えない第一の制御パラメータ１の値と、整定時間が許容値を超える第二の制御パラメータ１の値からなる範囲にあることが予想される。よって、図７のステップＳＴ５２からステップＳＴ５６の処理によってこの制御パラメータ１の範囲を決定する。整定特徴量は、制御パラメータ１に最も影響を受けて変化するが、他の制御パラメータを変更しても若干変化する。よって、制御パラメータ１の範囲をはじめに決定し、その後で他の制御パラメータと組み合わせて制御パラメータの探索を行うことによって、効率的に制御パラメータの調整を行うことができる。

実施の形態３．
図８は実施の形態３の制御パラメータ調整動作処理の動作を説明するフローチャートである。図２のステップＳＴ７あるいは図７のステップＳＴ５７における、Ｎ個の制御パラメータ１であるＫ１［１］〜Ｋ１［Ｎ］と、Ｍ個の制御パラメータ２であるＫ２［１］〜Ｋ２［Ｍ］の組合せ探索を、より少ない回数で実現するための方法が、本実施の形態である。

動作を、図８のフローチャートを用いて説明する。ステップＳＴ１００では、図２のステップＳＴ１で入力したオーバーシュートの許容値ＯＳ_ｌｉｍ、もしくは、残留振動振幅の許容値ＶＡ_ｌｉｍを読み込む（許容値入力手段／許容値入力工程）。ステップＳＴ１０１では、制御パラメータ１、制御パラメータ２に関するインデックスをそれぞれｉ＝１，ｊ＝１とセットし、初期の制御パラメータ１と制御パラメータ２を、それぞれＫ１［１］， Ｋ２［１］とする。ステップＳＴ１０２では、制御パラメータ１と制御パラメータ２をそれぞれ、Ｋ１［ｉ］とＫ２［ｊ］にセットし、位置決め動作を行わせる。このときの、オーバーシュートＯＳもしくは残留振動振幅ＶＡを含む整定特徴量を測定する（探索手段／探索工程）。

ステップＳＴ１０３では、測定したオーバーシュートＯＳもしくは残留振動振幅ＶＡが、許容値を超えているか否かを判定する。もし、超えていなければ、ステップＳＴ１０４に移行し、もし、ステップＳＴ１０３にて、測定したオーバーシュートもしくは残留振動振幅が、許容値を超えていればステップＳＴ１０６に移行する（除外手段／除外工程）。ステップＳＴ１０６では、インデックスｉ，ｊをそれぞれ、ｉ＝１，ｊ＝ｊ＋１に設定し、ステップＳＴ１０７に移行する。

ステップＳＴ１０４にて、インデックスｉが、制御パラメータ１の探索個数であるＮに等しくなければ、ステップＳＴ１０５にて制御パラメータ１に関するインデックスｉを１つ大きくし、再度ステップＳＴ１０２に移行する。また、ステップＳＴ１０４にて、インデックスｉがＮに等しければ、ステップＳＴ１０７に移行する。

ステップＳＴ１０７で、インデックスｊがＭに等しければ処理を終了し、そうでなければステップＳＴ１０８にてインデックスｉ＝１，ｊ＝ｊ＋１に設定して再度ステップＳＴ１０２に移行する。

次に、この方法が、試行回数が少なく、かつ、確実に最適な制御パラメータを探索できる理由を説明する。図９は、図８のフローチャートにしたがって、制御パラメータ１と制御パラメータ２が、どのような順序で探索されたかを示す一例である。フローチャートに従って制御パラメータの組合せを（１）→（２）→（３）→（４）と探索していったものとする。このとき例えば（１）、（２）、（３）の組合せでオーバーシュートもしくは残留振動振幅が許容値以下であり、（４）の組合せでオーバーシュートもしくは残留振動振幅の許容値を超えたとする。（５）の組合せでは、（４）の組合せより制御パラメータ２の値は同じで、制御パラメータ１だけが（４）より大きくなっている。よって、制御パラメータ１の性質から、（４）にてオーバーシュートもしくは残留振動振幅が、許容値を超えているなら、制御パラメータ１が（４）より大きい（５）は、（４）よりオーバーシュートや残留振動振幅が大きくなることが予想される。よって、（５）の組合せは試行する必要はなく、除外してよい。同様の理由で（６）も除外できる。よって、この場合（４）の試行が終わりオーバーシュートや残留振動の振幅が許容値を超えたとわかった時点で、（５）、（６）の試行を除外し、ステップＳＴ１０６にて、制御パラメータ２に関するインデックスを１つ大きくし、制御パラメータ２をＫ２［２］に変更した（７）の試行を行えばよい。また、制御パラメータＫ２［２］，Ｋ２［３］，・・・で行った場合でも同様な処理を行うことができる。これにより、オーバーシュートや残留振動振幅が許容値外になる組合せをなるべく除外して探索を行うため、探索回数を削減することができる。

実施の形態４．
図１０は実施の形態４の制御パラメータ調整動作処理の動作を説明するフローチャートである。図２のステップＳＴ７あるいは図７のステップＳＴ５７における、Ｎ個の制御パラメータ１であるＫ１［１］〜Ｋ１［Ｎ］と、Ｍ個の制御パラメータ２であるＫ２［１］〜Ｋ２［Ｍ］の組合せ試行を、より少ない回数で実現するための実施の形態３とは別の方法が、本実施の形態である。

いくら整定時間が短縮され、さらに、オーバーシュートや残留振動振幅が小さくても、微小であっても偏差信号などの制御信号に高周波振動（持続的な高周波の振動）が表れるのは好ましくない。その理由は、高周波振動が表れるのは、制御系の安定性に対するマージンが十分取れていないためである。

高周波振動振幅を小さくし、整定時間をなるべく短縮するための調整フローを図１０のフローチャートを用いて説明する。はじめに、ステップＳＴ２００では、高周波振動振幅の許容値を読み込む（許容値入力手段／許容値入力工程）。ステップＳＴ２０１では、制御パラメータ１、制御パラメータ２に関するインデックスをそれぞれｉ＝１，ｊ＝１とセットし、初期の制御パラメータ１と制御パラメータ２を、それぞれＫ１［１］，Ｋ２［１］とする。ステップＳＴ２０２では、制御パラメータ１と制御パラメータ２をそれぞれ、Ｋ１［ｉ］とＫ２［ｊ］にセットし、位置決め動作を行わせる（探索手段／探索工程）。

このときの、高周波振動振幅相当量を測定する。図１１は、図１の６特徴量抽出部に備わる制御信号の高周波振動振幅を測定するブロック図である。検出したい高周波振動の周波数付近の周波数を、ハイパスフィルタ１０１の通過域を設定する。整定時の位置指令と検出位置との差である偏差信号やトルク信号などの制御信号をハイパスフィルタ１０１に通すことによって、制御信号中の高周波振動のみがとりだされる。その後、高周波振動を絶対値演算ブロック１０２、ローパスフィルタ１０３を通すことによって、所定周波数以上の周波数の振幅相当量が検出することができる。仮に、制御信号に高周波振動と残留振動が同時に残っていても、残留振動は振動周波数が比較的低く、また、振動の減衰が比較的大きいため、ハイパスフィルタ１０１を通すことによって、残留振動の影響が除去することが可能となり、振動周波数が比較的高く、持続的な（すなわち、減衰の小さい）振動である高周波振動のみの振幅を抽出することが可能である。

ステップＳＴ２０３では、測定した高周波振動振幅ＶＳが許容値を超えているか否かを判定する。もし、超えていなければ、ステップＳＴ２０４に移行し、もし、ステップＳＴ２０３にて、測定した高周波振動振幅が、許容値を超えていればステップＳＴ２０６に移行する（除外手段／除外工程）。ステップＳＴ２０６では、インデックスｉ，ｊをそれぞれ、ｉ＝ｉ＋１，ｊに設定し、ステップＳＴ２０７に移行する。

ステップＳＴ２０４にて、インデックスｊが、制御パラメータ２の探索個数であるＭに等しくなければ、ステップＳＴ２０５にて制御パラメータ２に関するインデックスｊを１つ大きくし、再度ステップＳＴ２０２に移行する。また、ステップＳＴ２０４にて、インデックスｊがＭに等しければ、ステップＳＴ２０７に移行する。

ステップＳＴ２０７で、インデックスｉがＮに等しければ処理を終了し、そうでなければステップＳＴ２０８にてインデックスｉ＝１，ｊ＝ｊ＋１に設定して再度ステップＳＴ２０２に移行する。

次に、このような方法が、試行回数が少なく、かつ、確実に最適な制御パラメータを探索できる理由を説明する。制御パラメータ２の定性的性質として、制御パラメータ２以外の制御パラメータの値を固定にして、制御パラメータ２だけを大きくすればするほど、オーバーシュートや残留振動の振幅が小さくなるが、逆に高周波振動の振幅が大きくなるという性質がある。

この理由を、制御パラメータ２として図３、４、５のＫｖを用いた場合で説明する。制御パラメータ２に相当するＫｖを大きくすることによって、検出位置や検出速度をフィードバックしない場合のループゲインである開ループゲインが大きくなる。この場合、オーバーシュートなどに代表される目標位置と検出位置に大きな誤差が生じた場合、より大きな制御力を発生させて抑制しようとするため、オーバーシュートや残留振動振幅が小さくなる。一方、あまり大きくしすぎると、高周波域で、位置決め制御装置の制御周期などに起因する位相遅れ要素により、高周波域での安定性が損なわれ、位置指令と検出位置の差である偏差信号、トルク信号、検出位置、検出速度に高周波振動が発生する。

このことは、制御パラメータ２としてＫｖを用いた場合だけでなく、Ｋｖｉなど他のフィードバックゲインであっても同様に成り立つ性質である。また、フィードバックゲインを大きくすることにより開ループゲインが大きくなり、その結果、外乱抑制に対する感度を向上させることになるため、制御パラメータ２としては、外乱抑制効果を向上させるものであればどのようなものを選択してもよい。

次に、シミュレーションによって、制御パラメータ２に関して、制御パラメータ２以外の制御パラメータの値を固定にして、制御パラメータ２だけを大きくすればするほど、オーバーシュートや残留振動の振幅が小さくなるが、逆に高周波振動の振幅が大きくなるという性質が正しいことを示す。図１２に、位置決め制御装置の制御系として図３のブロック図で表される制御系を用い、さらに、他の制御パラメータを固定し、制御パラメータ２に相当するＫｖのみを変化させたときの位置決め制御時の位置の挙動をシミュレーションした結果を示す。シミュレーションは目標位置１０×１０^−４［ｍ］とし、位置指令は時刻０秒から開始され時刻０．２秒に目標位置に到達するものとする。時間０．０２秒で位置１０×１０^−４［ｍ］に到達している実線は、位置指令を表し、時間０．０４秒以降に立上る実線、鎖線、点線は、それぞれ、Ｋｖ＝１００，１５０，５００に設定したときの検出位置の挙動を示すものである。また、図１２のグラフは目標位置近傍の様子を拡大した図である。制御パラメータ２を大きくすればするほど、オーバーシュートがより小さくなっていくことが確認される。しかし、制御パラメータ２に相当するＫｖを大きくしすぎた場合、例えばＫｖ＝５００にした場合、検出位置に高周波振動が重畳されている波形になることが確認される。さらに図１３は、他の制御パラメータを固定にしたままで制御パラメータ２である５１０に大きくしたときの挙動を示すものである。図１３において、時間０．０２秒で位置１０×１０^−４［ｍ］に到達している実線は、位置指令を表し、時間０．０５秒以降に立上る実線は、Ｋｖ＝５１０に設定したときの検出位置の挙動を示すものである。図１２の実線で表されたＫｖ＝５００と比較すると、制御パラメータ２を大きくすることで、高周波振動の振幅がより大きくなっていることが確認される。以上のシミュレーションより、制御パラメータ２の定性的性質が確認された。

図１４は、図１０のフローチャートにしたがって、制御パラメータ１と制御パラメータ２が、どのような順序で探索されたかを示す一例である。フローチャートに従って制御パラメータの組合せを（１）→（２）→（３）→（４）と探索していったものとする。このとき例えば（１）、（２）、（３）の組合せで高周波振動振幅が許容値以下であり、（４）の組合せで高周波振動振幅が許容値を超えたとする。（５）の組合せでは、（４）の組合せと比較して制御パラメータ１の値は同じで、制御パラメータ２だけが（４）より大きくなっている。よって、制御パラメータ２が（４）より大きい（５）は、（４）より高周波振動振幅が大きくなることが予想される。よって、（５）の組合せは試行する必要はなく、除外してよい。同様の理由で（６）も除外できる。よって、この場合、ステップＳＴ２０６に従って（４）の試行が終わった時点で、（５）、（６）の試行を除外し、制御パラメータ１をＫ１［２］に変更した（７）の試行を行えばよい。また、制御パラメータＫ１「２］，Ｋ１［３］，・・・で行った場合でも同様な処理を行うことができる。これにより、高周波振動振幅の許容値を超えるような組合せをなるべく除外して探索を行うため、試行回数を削減することができる。

実施の形態５．
図１５は実施の形態５の制御パラメータ調整動作処理の動作を説明するフローチャートである。図２のステップＳＴ７あるいは図７のステップＳＴ５７における、Ｎ個の制御パラメータ１であるＫ１［１］〜Ｋ１［Ｎ］と、Ｍ個の制御パラメータ２であるＫ２［１］〜Ｋ２［Ｍ］の組合せ試行を、より少ない回数で実現するための実施の形態３、実施の形態４とは別の方法が、本実施の形態である。

図１５のフローチャートを用いて説明する。ステップＳＴ３００では、目標整定時間を読み込む（許容値入力手段／許容値入力工程）。ステップＳＴ３０１では、制御パラメータ１、制御パラメータ２に関するインデックスをそれぞれｉ＝Ｎ，ｊ＝１とセットし、初期の制御パラメータ１と制御パラメータ２を、それぞれＫ１［Ｎ］，Ｋ２［１］とする。ステップＳＴ３０２では、制御パラメータ１と制御パラメータ２をそれぞれ、Ｋ１［ｉ］とＫ２［ｊ］にセットし、位置決め動作を行わせる。このときの、整定時間を測定する（探索手段／探索工程）。

ステップＳＴ３０３では、測定した整定時間が、許容値を超えているか否かを判定する。もし、超えていなければ、ステップＳＴ３０４に移行し、もし、ステップＳＴ３０３にて、測定した整定時間が、許容値を超えていればステップＳＴ３０６に移行する（除外手段／除外工程）。ステップＳＴ３０６では、インデックスｉ，ｊをそれぞれ、ｉ＝Ｎ，ｊ＝ｊ＋１に設定し、ステップＳＴ３０７に移行する。

ステップＳＴ３０４にて、インデックスｉが１に等しければ、ステップＳＴ３０５にて制御パラメータ１に関するインデックスｉを１つ小さくし、再度ステップＳＴ３０２に移行する。また、ステップＳＴ３０４にて、インデックスｉが１よりも等しくなければ、ステップＳＴ３０７に移行する。

ステップＳＴ３０７で、インデックスｊがＭより等しければ処理を終了し、そうでなければステップＳＴ３０８にてインデックスｉ＝１，ｊ＝ｊ＋１に設定して再度ステップＳＴ３０２に移行する。

次に、この方法が、試行回数が少なく、かつ、確実に最適な制御パラメータを探索できる理由を説明する。図１６は、図１５のフローチャートにしたがって、制御パラメータ１と制御パラメータ２が、どのような順序で探索されたかを示す一例である。フローチャートに従って制御パラメータの組合せを（１）→（２）→（３）→（４）と探索していったものとする。このとき例えば（１）、（２）、（３）の組合せで整定時間が許容値以下であり、（４）の組合せで許容値を超えたとする。（５）の組合せでは、（４）の組合せより制御パラメータ２の値は同じで、制御パラメータ１だけが（４）より小さくなっている。よって、制御パラメータ１の性質から、（４）にて整定時間の許容値を超えているなら、制御パラメータ１が（４）より小さい（５）は、（４）よりオーバーシュートや残留振動の振幅が大きくなることが予想される。よって、（５）の組合せは探索する必要はなく除外してよい。同様の理由で（６）も除外できる。よって、この場合（４）の探索が終わった時点で、（５）、（６）の試行を除外し、制御パラメータ２をＫ２［２］に変更した（７）の探索を行えばよい。また、制御パラメータＫ２［２］，Ｋ２［３］，・・・で行った場合でも同様な処理を行うことができる。これにより、オーバーシュートや残留振動の振幅が許容値外になる組合せをなるべく除外して探索を行うため、探索回数を削減することができる。

実施の形態６．
図１７はこの発明の位置決め制御装置の制御パラメータ制御装置の実施の形態６による複数回の位置決め制御を行ったときの整定データと制御パラメータとを関連づけて表示した画面の様子を示す図である。図１８は制御パラメータの全領域で整定特徴量の許容値を満たし、複数回の位置決め制御を行ったときの整定データと制御パラメータとを関連づけて表示した画面の様子を示す図である。

本実施の形態の制御パラメータ制御装置は、上記実施の形態の構成に加えて、制御パラメータ１と制御パラメータ２とを関連付けて表示する表示手段を有している。オーバーシュート、残留振動振幅、制御信号の高周波振動振幅を指定された許容値以下にしながら、整定時間を最短にする制御パラメータを探索したときの位置決め制御時の整定特徴量を、制御パラメータ１と制御パラメータ２と関連付けて表示した一例が図１７、１８である。図１７、１８において、白います目がオーバーシュート、残留振動振幅、制御信号の高周波振動振幅の許容値を満たす制御パラメータの組合せ、網掛けしたます目が許容値を１つでも満たさない制御パラメータの組合せであることを表し、大きい黒丸をつけたます目が許容値内でなおかつ、最適値（整定時間が最短）であることを表す。

制御パラメータ１の定性的性質として、大きくすればするほど整定時間が短くなるが、オーバーシュートや残留振動の振幅も大きくなる傾向がある。このため、制御パラメータ１に関して、オーバーシュートや残留振動振幅が許容値近傍の領域が、オーバーシュート、残留振動振幅が許容値内で最も整定時間が短くなる制御パラメータの組合せとなりやすい傾向がある。また、制御パラメータ２の定性的性質として、大きくすればするほどオーバーシュートや残留振動の振幅が小さくなるが、大きくしすぎると、制御信号に高周波の振動振幅が大きくなる傾向がある。このため、制御パラメータ２に関しても、オーバーシュートや残留振動振幅が許容値近傍になる領域が、オーバーシュート、残留振動振幅、制御信号の高周波振動振幅が許容値内で最も整定時間が短くなる制御パラメータの組合せとなりやすい傾向がある。

図１８は、図１７とは異なり、表示している全領域が、オーバーシュートや振動振幅などの許容値を満たした表示例である。制御パラメータ１の性質から、制御パラメータ１が最も大きい、すなわち、表示している制御パラメータ１の最大値のパラメータを、整定時間を最も短縮する制御パラメータ１になりやすいという傾向がある。この場合、表示している最適値が、真の最適値なのか、それとも、表示されていない領域に真の最適値があるのかが一目でわかりにくい。例えば、図１８の黒丸をつけたます目の制御パラメータ１の値をもっと大きくして探索を行った場合に、整定特徴量を許容値以下にしながら、整定時間をより短縮する可能性が否定できない。

一方、図１７のように許容値を満足しながら、整定時間を最短にする最適な制御パラメータを表示するにあたり、許容値を満たさない制御パラメータの領域を含めて整定時間など整定データを表示することにより、最適点より１つ制御パラメータを大きくすると、オーバーシュート、残留振動振幅、制御信号の高周波振動振幅がその許容値外になることを、視覚的に判断しやすいという効果がある。

また、許容値内と許容値外の近傍に制御パラメータがあることは好ましくなく、許容値からある程度マージンをもった制御パラメータに設定することが好ましい場合もある。そのような場合は、図１７のように、すぐ隣が許容値外になる制御パラメータを選択するのではなく、すぐ隣が許容値外にならない制御パラメータの中で、整定時間が最小になるものを選択する。図１９は、このような制御パラメータを選択したときの表示例である。白丸のついたます目の制御パラメータの組合せが、すぐ隣が許容値外にならない制御パラメータの中で、整定時間が最小になるものを表している。この例でも、整定時間を最短にする最適な制御パラメータを表示するにあたり、許容値を満たさない制御パラメータの領域を含めて整定時間など整定データを表示することにより、最適点より１つ制御パラメータを大きくすると、オーバーシュート、残留振動振幅、制御信号の高周波振動振幅が、その許容値内と許容値外の近傍になることを、視覚的に判断しやすいという効果がある。

実施の形態７．
図２０はこの発明の実施の形態７の制御パラメータ制御装置の機能構成を説明するための制御パラメータ制御装置及び位置決め制御装置を含む制御パラメータ制御装置とその周辺の機能ブロック図である。上述の実施の形態１〜６は、実機の指令生成装置、位置決め制御装置、電動機、負荷機械を用いて制御パラメータの調整を行うものであったが、これをコンピュータ上でシミュレートすることで実現することが可能である。

機能構成において、実施の形態１と本実施の形態との違いは、実施の形態１の位置指令生成装置１、位置決め制御装置２、電動機３、負荷機械４、及び状態量検出手段５が、それぞれ本実施の形態において、位置決め制御時の挙動をコンピュータ上でシミュレートする、擬似指令生成装置５１、擬似位置決め制御装置５２、擬似電動機５３、擬似負荷機械５４、擬似状態量検出手段５５に置き換わることである。本実施の形態の構成とすることにより、位置決め制御時の挙動を、実機を実際に動作させることなく、コンピュータ上でシミュレートすることによって、短時間のうちに制御パラメータの調整が完了する。

以上のように、本発明にかかる制御パラメータ制御装置及び制御パラメータ制御方法は、外部からの指令値に対し制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して、制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置及び制御パラメータ制御方法に適用されて有用なものであり、特に、大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有する位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置及び制御パラメータ制御方法に適用されて最適なものである。

この発明の実施の形態１の制御パラメータ制御装置の機能構成を説明するための制御パラメータ制御装置及び位置決め制御装置を含む制御パラメータ制御装置とその周辺の機能ブロック図である。 実施の形態１の制御パラメータ調整動作処理を説明する図１の制御パラメータ探索判定部の動作のフローチャートである。 図１の位置決め制御装置の一例を示す制御ブロック図である。 図１の位置決め制御装置の他の例を示す制御ブロック図である。 図１の位置決め制御装置の更に他の例を示す制御ブロック図である。 制御パラメータ１の違いによるシミュレーション結果を表す図である。 実施の形態２の制御パラメータ調整動作処理を説明する図１の制御パラメータ探索判定部の動作のフローチャートである。 実施の形態３の制御パラメータ調整動作処理の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態３の制御パラメータが探索される順序を説明するための図である。 実施の形態４の制御パラメータ調整動作処理の動作を説明するフローチャートである。 制御信号の高周波振動振幅を測定する部分の機能ブロック図である。 制御パラメータ２の違いによるシミュレーション結果を表す図である。 制御パラメータ２の違いによるシミュレーション結果の他の例を表す図である。 実施の形態４の制御パラメータが探索される順序を説明するための図である。 実施の形態５の制御パラメータ調整動作処理の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態５の制御パラメータが探索される順序を説明するための図である。 実施の形態６の複数回の位置決め制御を行ったときの整定データと制御パラメータとを関連づけて表示した図である。 制御パラメータの全領域で整定特徴量の許容値を満たし、複数回の位置決め制御を行ったときの整定データと制御パラメータとを関連づけて表示した図である。 実施の形態６の複数回の位置決め制御を行ったときの整定データと制御パラメータとを関連づけて表示した図である。 この発明の実施の形態７の制御パラメータ制御装置の機能構成を説明するための制御パラメータ制御装置及び位置決め制御装置を含む制御パラメータ制御装置とその周辺の機能ブロック図である。

符号の説明

１ 位置指令生成装置
２ 位置決め制御装置
３ 電動機
４ 負荷機械
５ 状態量検出部
６ 整定特徴量抽出部
７ 整定特徴量許容値入力部
８ 制御パラメータ探索判定部
９ 制御パラメータ設定部
１０ 制御パラメータ制御装置
５１ 擬似位置指令生成装置
５２ 擬似位置決め制御装置
５３ 擬似電動機
５４ 擬似負荷機械
５５ 擬似状態量検出部
１０１ ハイパスフィルタ部
１０２ 絶対値算出部
１０３ ローパスフィルタ部

Claims (10)

1. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して、制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、
   整定特徴量の許容値を入力する許容値入力手段と、
   追従性パラメータを第一の間隔順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索手段と、
   前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択手段と、 前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索手段とを備え、
   前記精探索手段は、
   追従性パラメータを所定の間隔で増加させつつ、追従性パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補とを組み合わせて探索する探索手段と、
   追従性パラメータの値αと追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せで位置決め動作させたときの整定特徴量が許容値より大きければ、値αを超える追従性パラメータの探索を打ち切ることにより、γ＞αの関係を満たす値γをもつ追従性パラメータと、追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せの位置決め制御を除外する除外手段とを有している
   ことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置。
2. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータと、大きくすることによって外乱抑制性能を向上させる外乱抑制パラメータとを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して、制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、
   整定特徴量の許容値を入力する許容値入力手段と、
   外乱抑制パラメータを固定値にして、追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索手段と、
   前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択手段と、 前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータと所定範囲内にある外乱抑制パラメータとを組み合わせ、追従性パラメータもしくは外乱抑制パラメータの増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索手段と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置。
3. 前記精探索手段は、
   追従性パラメータを所定の間隔で増加させつつ、追従性パラメータの複数候補と外乱抑制パラメータの複数候補とを組み合わせて探索する探索手段と、
   追従性パラメータの値αと外乱抑制パラメータの値βとの組合せで位置決め動作させたときの整定特徴量が許容値より大きければ、値αを超える追従性パラメータの探索を打ち切ることにより、γ＞αの関係を満たす値γをもつ追従性パラメータと外乱抑制パラメータの値βとの組合せの位置決め制御を除外する除外手段とを有している
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置。
4. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、
   オーバーシュートもしくは残留振動振幅の許容値を入力する許容値入力手段と、
   追従性パラメータを所定の間隔で増加させつつ、追従性パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補とを組み合わせて探索する探索手段と、
   追従性パラメータの値αと追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せで位置決め動作させたときのオーバーシュートもしくは残留振動振幅が許容値より大きければ、値αを超える追従性パラメータの探索を打ち切ることにより、γ＞αの関係を満たす値γをもつ追従性パラメータと、追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せの位置決め制御を除外する除外手段と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置。
5. 大きくすることによって外乱抑制性能を向上させる外乱抑制パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、
   高周波振動振幅相当量の許容値を入力する許容値入力手段と、
   外乱抑制パラメータを所定の間隔で増加させつつ、外乱抑制パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補とを組み合わせて探索する探索手段と、
   外乱抑制パラメータの値βと外乱抑制パラメータ以外の制御パラメータの値αとの組合せで位置決め動作させたときの高周波振動振幅量が許容値より大きければ、値βを超える外乱抑制パラメータの探索を打ち切ることにより、γ＞βの関係を満たす値γをもつ外乱抑制パラメータと、外乱抑制パラメータ以外の制御パラメータの値αとの組合せの位置決め制御を除外する除外手段と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置。
6. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置において、
   整定時間の許容値を入力する許容値入力手段と、
   追従性パラメータを所定の間隔で減少させつつ、追従性パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補を組み合わせて探索する探索手段と、
   追従性パラメータの値αと追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せで位置決め動作させたときの整定時間が許容値より大きければ、値αを下回る追従性パラメータの減少を打ち切ることにより、γ＜αの関係を満たす値γをもつ追従性パラメータと、追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せの位置決め制御を除外する除外手段と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整装置。
7. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータと、大きくすることによって外乱抑制性能を向上させる外乱抑制パラメータとを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整方法において、
   整定特徴量の許容値を入力する許容値入力工程と、
   外乱抑制パラメータを固定値にして、追従性パラメータを第一の間隔で順次増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータの増減の度に、機械の位置決め制御を行い、そのときの整定特徴量を測定する荒探索工程と、
   前記測定に基づき、整定特徴量が許容値を超えない領域に属する追従性パラメータ、及び整定特徴量が許容値を超える領域に属する追従性パラメータを求める範囲選択工程と、 前記許容値を超えない領域に属する追従性パラメータと前記許容値を超える領域に属する追従性パラメータとから決定される領域を精探索の範囲とし、当該範囲を、第一の間隔よりも小さい第二の間隔で追従性パラメータを増加或いは減少させるとともに、追従性パラメータと所定範囲内にある外乱抑制パラメータとを組み合わせ、追従性パラメータもしくは外乱抑制パラメータの増減の度に位置決め制御を行い、整定特徴量を測定して適切な制御パラメータを探索する精探索工程と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
8. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整方法において、
   オーバーシュートもしくは残留振動振幅の許容値を入力する許容値入力工程と、
   追従性パラメータを所定の間隔で増加させつつ、追従性パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補とを組み合わせて探索する探索工程と、
   追従性パラメータの値αと追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せで位置決め動作させたときのオーバーシュートもしくは残留振動振幅が許容値より大きければ、値αを超える追従性パラメータの探索を打ち切ることにより、γ＞αの関係を満たす値γをもつ追従性パラメータと、追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せの位置決め制御を除外する除外工程と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
9. 大きくすることによって外乱抑制性能を向上させる外乱抑制パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整方法において、
   高周波振動振幅相当量の許容値を入力する許容値入力工程と、
   外乱抑制パラメータを所定の間隔で増加させつつ、外乱抑制パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補とを組み合わせて探索する探索工程と、
   外乱抑制パラメータの値βと外乱抑制パラメータ以外の制御パラメータの値αとの組合せで位置決め動作させたときの高周波振動振幅量が許容値より大きければ、値βを超える外乱抑制パラメータの探索を打ち切ることにより、γ＞βの関係を満たす値γをもつ外乱抑制パラメータと、外乱抑制パラメータ以外の制御パラメータの値αとの組合せの位置決め制御を除外する除外工程と
   を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。
10. 大きくすることによって指令追従性を向上させる追従性パラメータを少なくとも含む制御パラメータを有し、外部からの指令値に対し該制御パラメータに基づいて機械の位置決め制御をおこなう位置決め制御装置に対して制御パラメータを調整する制御パラメータ調整方法において、
    整定時間の許容値を入力する許容値入力工程と、
    追従性パラメータを所定の間隔で減少させつつ、追従性パラメータの複数候補とそれ以外の制御パラメータの複数候補を組み合わせて探索する探索工程と、
    追従性パラメータの値αと追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せで位置決め動作させたときの整定時間が許容値より大きければ、値αを下回る追従性パラメータの減少を打ち切ることにより、γ＜αの関係を満たす値γをもつ追従性パラメータと、追従性パラメータ以外の制御パラメータの値βとの組合せの位置決め制御を除外する除外工程と
    を備えたことを特徴とする位置決め制御装置の制御パラメータ調整方法。

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