JP4964096B2 - サーボゲイン調整装置およびサーボゲイン調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、サーボ制御装置のサーボゲインを装置特性に応じて調整するサーボゲイン調整装置およびサーボゲイン調整方法に関するものである。

サーボ制御装置における制御パラメータ（ゲイン設定値）の自動調整方法として、制御パラメータを自動的に増減し、その際にサーボ制御装置から調整結果として整定時間およびオーバシュート量を取得し、これを評価関数で評価して、最も良い値となった制御パラメータの設定値を推奨表示する最適ゲイン探索機能が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。そして、サーボ調整のための専門的な知識や経験がないユーザでも調整ができるようにするため、制御パラメータの最適値の判断をユーザに行わせず、探索した範囲内で評価関数が最も良い値となった制御パラメータのみがサーボ制御装置に対して選択できる構成となっている。

国際公開第００／６２４１４号パンフレット

ところで、整定時間とオーバシュート量とはトレードオフの関係にあり、整定時間は装置性能を左右するため短くすることが求められるが、オーバシュート量が大きくなると機械が接触するなどの不都合が生じてしまう。そのために、両方の値を見て制御パラメータの設定を行うことが理想である。しかしながら、従来の制御パラメータの自動調整方法では、評価関数で求めた最もよい値の制御パラメータだけが選択され、ユーザはその他の制御パラメータを選択することができないという問題があった。

また、機械を動かした結果である整定時間やオーバシュート量については、多くのユーザは具体的な数値を認識しているが、サーボ内部状態については専門知識が必要なため制御パラメータについての具体的な数値を認識しているユーザは限られていた。そのため、仮にユーザによって制御パラメータを変更可能な構成としても、制御パラメータの具体的な数値を認識しているユーザが少ない状況では、多くのユーザにとっては使いづらいものとなってしまう。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、調整結果の中からユーザの好みに応じた整定時間とオーバシュート量の組み合わせを用いてサーボ制御装置の制御パラメータの選択を行うことができるサーボゲイン調整装置およびサーボゲイン調整方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるサーボゲイン調整装置は、制御対象を駆動するモータに接続され、前記モータを制御するサーボ制御装置に設定する制御パラメータの調整を行うサーボゲイン調整装置において、前記サーボ制御装置の調整を行う指令を受けると、前記サーボ制御装置に対して設定する複数の制御パラメータを含む制御パラメータ一覧情報中の制御パラメータを前記サーボ制御装置に設定するパラメータ変更手段と、前記設定された制御パラメータでの前記制御対象の位置決め動作時に測定された整定時間と目標位置からの位置ずれ量とを含む調整結果を格納する調整結果格納手段と、前記整定時間と前記目標位置からの位置ずれ量を２つの直交する軸とした平面上に、前記制御パラメータ一覧情報に含まれる各制御パラメータで前記制御対象の位置決め動作を行った調整結果をプロットした散布図と、前記制御パラメータ一覧情報と、を含む調整画面を表示手段に表示する調整制御手段と、前記調整画面の前記散布図または前記制御パラメータ一覧情報中の任意の位置を選択する入力手段と、を備え、前記調整制御手段は、選択された位置に対応する制御パラメータを選択制御パラメータとして設定することを特徴とする。

この発明によれば、サーボ制御装置の制御パラメータを変更して調整する際に、調整結果である整定時間とオーバシュート量との間の関係を視覚的に表示するようにしたので、ユーザは専門的な知識や経験がなくても調整結果の中から直感的にユーザの望む結果を選択して、選択した結果に対応する制御パラメータをサーボ制御装置に設定することができるという効果を有する。また、ユーザはサーボ制御装置の内部状態についての専門的な知識を必要とすることなく、今までの経験で認識している整定時間やオーバシュート量を用いて、最適と思われる制御パラメータを選択することができるという効果を有する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるサーボゲイン調整装置およびサーボゲイン調整方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。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、この発明にかかるサーボゲイン調整装置を含むサーボ制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。このサーボ制御システムは、負荷機械１１と、電動機１２と、位置指令発生器１３と、サーボ制御装置２０と、サーボゲイン調整装置３０と、を備える。

負荷機械１１は、各種工作機械やロボットなどのサーボ制御によって動かされる対象となる機械である。電動機１２は、負荷機械１１に結合され、負荷機械１１を駆動するモータ１２１と、モータ１２１の位置であるモータ位置情報を取得するエンコーダ１２２と、を備える。

位置指令発生器１３は、制御ゲイン（制御パラメータ）の調整時に位置指令をサーボ制御装置２０に対して発生させ、入力する。通常、サーボ制御装置２０に与えられる位置指令は、所望の移動量をパルス数に換算した指令パルス列で与えられる。また、指令パルス列で、与えるパルス間隔を短くすると、所定時間当たりのパルス数が増加することになるので、モータ速度を増加させることができる。

サーボ制御装置２０は、サーボゲイン調整装置３０との間で通信を行う通信部２１と、サーボゲイン調整装置３０から指示された制御パラメータを位置制御部２４と速度制御部２５に対して設定するパラメータ変更部２２と、位置指令発生器１３からの位置指令を検出する位置指令検出部２３と、位置指令と現在の位置との偏差から速度指令を出力する位置制御部２４と、速度指令と現在の速度との偏差からトルク指令を出力する速度制御部２５と、電動機１２に対して出力される電流を検出してトルクの制御を行うトルク制御部２６と、パラメータ変更部２２で変更された制御パラメータで位置調整を行った結果から整定時間と目標位置からの位置ずれ量とを含む調整結果を測定する調整結果測定部２７と、を備える。

位置指令検出部２３は、位置指令発生器１３から供給される位置指令のパルス列を積分して目標位置に変換する。このとき、正転パルス列をカウントした場合には、目標位置を加算し、逆転パルス列をカウントした場合には、目標位置を減算する。そのため、位置指令発生器１３は、所望のパルス数を供給することで目標位置を変更することが可能である。

位置制御部２４は、エンコーダ１２２から出力されるモータ位置情報から位置データを取得する位置変換部２４１と、位置指令発生器１３からの位置指令と位置変換部２４１からの位置データとを比較し、その偏差を求める減算器２４２と、減算器２４２によって出力される偏差に位置制御ゲインＫｐを乗じた速度指令を出力する速度指令生成部２４３と、を有する。

速度制御部２５は、エンコーダ１２２から出力されるモータ位置情報から速度データを取得する速度変換部２５１と、位置制御部２４から出力される速度指令と速度変換部２５１からの速度データとを比較し、その偏差を求める減算器２５２と、減算器２５２によって出力される偏差に速度制御ゲインＫｖを乗じたトルク指令を出力するトルク指令生成部２５３と、を有する。

トルク制御部２６は、速度制御部２５から出力されるトルク指令に追従するように、エンコーダ１２２から出力される電流フィードバック信号を用いて、モータ１２１が発生するトルクを制御する。

サーボゲイン調整装置３０は、通信部３１と、表示部３２と、入力部３３と、パラメータ保持部３４と、パラメータ変更部３５と、調整結果格納部３６と、調整制御部３７と、を有する。通信部３１は、サーボ制御装置２０との間で通信を行う。サーボ制御装置２０とサーボゲイン調整装置３０との間は、たとえばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルなどの通信ケーブルやイーサネット（登録商標）などの通信回線などによって接続される。

表示部３２は、液晶ディスプレイなどの表示装置から構成され、制御パラメータの自動調整時にユーザに対して整定時間と、オーバシュート量などの目標位置からの位置ずれ量との組み合わせを選択させるための調整画面を表示させる。なお、以下では、目標位置からの位置ずれ量として、オーバシュートを用いる場合を例に挙げて説明する。入力部３３は、表示部３２に表示された調整画面からユーザがよいと思う整定時間やオーバシュート量の組み合わせを選択する選択手段を含む。ここで、表示部３２は、特許請求の範囲における表示手段に対応し、入力部３３は、同じく入力手段に対応している。

パラメータ保持部３４は、制御パラメータの自動調整を行う際にサーボ制御装置２０の位置制御部２４と速度制御部２５に対して設定する位置制御ゲインＫｐと速度制御ゲインＫｖの組み合わせである調整ゲイン一覧情報を複数保持する。この位置制御ゲインＫｐと速度制御ゲインＫｖとを変化させることで、サーボ制御装置２０の位置や速度への追従性を変化させることが可能となる。

パラメータ変更部３５は、パラメータ保持部３４の調整ゲイン一覧情報中の位置制御ゲインＫｐと速度制御ゲインＫｖの組み合わせをサーボ制御装置２０に設定する。この組み合わせでの調整結果（整定時間とオーバシュート量）が得られると、調整ゲイン一覧情報中のつぎの位置制御ゲインＫｐと速度制御ゲインＫｖの組み合わせをサーボ制御装置２０に設定する。このパラメータ変更部３５は、特許請求の範囲におけるパラメータ変更手段に対応している。

調整結果格納部３６は、パラメータ変更部３５によってサーボ制御装置２０に設定された位置制御ゲインＫｐと速度制御ゲインＫｖの組み合わせで位置決め動作を行った際の、整定時間やオーバシュート量などの調整結果の値をサーボ制御装置２０の調整結果測定部２７から受け取り格納する。

調整制御部３７は、調整結果格納部３６に格納された調整結果を表示部３２に表示するとともに入力部３３からのユーザの指示に基づいて制御パラメータの調整を行う。より具体的には、整定時間とオーバシュート量を直交する２つの軸として調整結果をプロットした散布図と、調整ゲイン一覧情報と、を含む調整画面を作成し、表示部３２に表示する。また、この調整画面の散布図上の調整結果または調整ゲイン一覧情報中の制御パラメータが選択されると、その調整結果または制御パラメータを選択制御パラメータとして設定するとともに、選択制御パラメータに対応する散布図上の点と調整ゲイン一覧情報中の制御パラメータを他と区別して表示する。この調整制御部３７は、特許請求の範囲における調整制御手段に対応している。

サーボゲイン調整装置３０によるサーボゲイン調整方法の説明に入る前に、ここで、サーボ制御装置２０の一般的な動作について説明する。まず、位置指令発生器１３からは、目標位置までの距離と速度に応じたパルス信号列が位置指令検出部２３に出力される。位置指令検出部２３では、パルス量を積分して目標位置である位置指令に変換し、位置制御部２４に出力する。位置制御部２４の減算器２４２では、位置指令検出部２３からの位置指令と、エンコーダ１２２からのモータ位置情報を用いて位置変換部２４１によって求められた位置データとを比較し、その偏差を出力する。速度指令生成部２４３では、減算器２４２から出力された偏差に位置制御ゲインＫｐを乗じて速度指令を作成し、速度制御部２５に出力する。

速度制御部２５の減算器２５２では、位置制御部２４からの速度指令と、エンコーダ１２２からのモータ位置情報を用いて速度変換部２５１によって求められた速度データとを比較し、その偏差を出力する。トルク指令生成部２５３では、減算器２５２から出力された偏差に速度制御ゲインＫｖを乗じてトルク指令を作成し、トルク制御部２６に出力する。

トルク制御部２６は、速度制御部２５から出力されたトルク指令を、エンコーダ１２２からの電流フィードバック信号に基づいて補正し、モータ１２１に対して出力する。これによって、トルク指令に追従するようにモータ１２１が発生するトルクが制御されることで、位置指令に追従するようにモータ１２１が制御される。そして、このモータ１２１の制御によって負荷機械１１が駆動される。

このモータ１２１の動作時に、エンコーダ１２２はモータ１２１のモータ位置情報を取得し、位置変換部２４１、速度変換部２５１、トルク制御部２６にその値をフィードバックし、上記したフィードバック制御を用いたサーボ制御が行われる。

つぎに、サーボゲイン調整方法について説明する。なお、以下では、説明を簡単に行うために、対象とする制御パラメータを位置制御ゲインＫｐのみとする場合について説明するが、実際には複数の制御パラメータが制御対象となり、複数の制御パラメータを用いる場合にも同様にして以下のサーボゲインの調整方法を適用することができる。

図２は、この発明にかかるサーボゲイン調整方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、サーボゲイン調整装置３０の調整制御部３７は、入力部３３からサーボゲインの調整処理のコマンドがユーザによって入力されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。サーボゲインの調整処理のコマンドが入力されるまで（ステップＳ１１でＮｏの場合）待ち状態となり、サーボゲインの調整処理のコマンドが入力されると（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、サーボゲインの調整処理が開始する。図３は、調整開始画面の一例を示す図である。この調整開始画面３００には、サーボゲインの調整処理を行う調整開始ボタン３０１や、サーボゲインの調整を行う制御パラメータを含む調整ゲイン一覧情報を表示する調整ゲイン一覧表示領域３０２などが配置されている。そして、この調整開始画面３００が表示部３２上に表示され、ユーザが入力部３３を介して調整開始ボタン３０１を選択すると、サーボゲインの調整処理が開始される。

ついで、調整制御部３７は、ポインタｉを「１」に設定する（ステップＳ１２）。そして、パラメータ変更部３５は、パラメータ保持部３４の調整ゲイン一覧情報中から１つの制御パラメータ（ここでは、位置制御ゲインＫｐｉ（ｉ＝１））を選択し、通信部３１を介してサーボ制御装置２０に送信する。サーボ制御装置２０のパラメータ変更部２２は通信部２１を介して受信した位置制御ゲインＫｐ１を位置制御部２４の速度指令生成部２４３に設定する（ステップＳ１３）。

図４は、調整ゲイン一覧情報の一例を示す図である。この調整ゲイン一覧情報は、ゲイン設定番号と位置指令ゲインとを含む。ゲイン設定番号は、ポインタｉに対応するものであり、位置指令ゲインに対して付される識別子である。位置指令ゲインは、自動調整を行う際にサーボ制御装置２０の位置制御部２４に設定する位置制御ゲインの値である。

ついで、サーボ制御装置２０は、設定された位置指令ゲインを用いて位置決め動作を行う（ステップＳ１４）。このとき、調整結果測定部２７は、サーボ制御装置２０の位置決め動作完了時に整定時間とオーバシュート量とを測定し、その結果を通信部２１，３１を介してサーボゲイン調整装置３０の調整結果格納部３６に格納する（ステップＳ１５）。

その後、サーボゲイン調整装置３０の調整制御部３７は、ポインタｉ＋１をｉに設定し（ステップＳ１６）、最後のポインタであるか否かを判定する（ステップＳ１７）。最後のポインタでない場合（ステップＳ１７でＮｏの場合）には、ステップＳ１３へと戻り、上述した処理が繰り返し実行される。なお、この例では、ポインタｉが「６」となるまでステップＳ１３〜Ｓ１７の処理が繰り返し実行される。

図５は、位置決め動作の結果の一例を示す図であり、位置制御ゲインを変化させた場合の整定動作に与える影響を示している。この図５において、横軸は位置決め指令出力完了時からの経過時間を示しており、縦軸は目標位置までの偏差量を示している。また、この図の各曲線に付されている数字は、調整ゲイン一覧情報のゲイン設定番号（ポインタ）に対応するものである。

この図５に示されるように、位置制御ゲインの変化に対して位置決め時の整定動作は、「１」に示されるように、位置制御ゲインが高い場合は整定時間が短いが、逆にオーバシュート量は大きくなる傾向が見られる。逆に「５」に示されるように、位置制御ゲインが低い場合には整定時間は長くなるが、オーバシュート量は小さくなる傾向が見られる。そして、「２」〜「４」については、位置制御ゲインの設定値が「１」に近ければ「１」の傾向が強くなり、「５」に近ければ「５」の傾向が見られるようになる。

なお、整定時間とは、位置指令が０になってから目標位置までの偏差量が所定の位置決め範囲Ｒｐ内に収まるまでの時間のことをいう。たとえば、「１」の場合の整定時間は、時間ｔ₁であり、「５」の場合の整定時間は時間ｔ₅である。また、オーバシュート量とは、目標位置を通り越した際の行き過ぎ量のことをいう。たとえば、「２」の場合のオーバシュート量は時間軸と「２」の曲線の極小点Ｐ₂との間の距離Ｄ₂である。

ここで、調整結果測定部２７による整定時間とオーバシュート量の取得方法の一例について説明する。まず、整定時間の取得方法について説明する。サーボ制御装置２０の調整結果測定部２７は、目標位置の単位時間当たりの変化量（以下、指令周波数という）が０あるいは閾値以下となった時点から内部タイマをスタートさせ、時間計測を開始する。その後、目標位置と位置データの偏差量が、所定の位置決め範囲Ｒｐ内に収まったときに、内部タイマのタイマ値を読み込むことで、整定時間を計測することができる。このとき、目標位置を通過して偏差量が位置決め範囲Ｒｐ外まで大きくなってしまった場合には、再度位置決め範囲Ｒｐ内に収束した時点のタイマ値を再度読み込むことで整定時間の再取得を行う。この計測処理は位置指令が変化して指令周波数が０以外あるいは閾値以上となるまで継続される。あるいは、計測時間として継続時間を規定して、その間のみ計測を行うようにしてもよい。

つぎに、オーバシュート量の取得方法の一例について説明する。上述したように、オーバシュート量は目標位置を通り越した際の行き過ぎ量を示しているため、移動方向とは逆符号の最大偏差量を測定することで取得可能である。具体的には、サーボ制御装置２０の調整結果測定部２７は、目標位置と位置データの偏差量が所定の位置決め範囲Ｒｐ内になった場合に偏差量計測を開始し、正方向に移動していた場合には負方向の偏差量の最大値を計測することで測定することができる。また、逆方向に移動していた場合には正方向の偏差量の最大値を計測すればよい。なお、正方向から負方向に移動しないでそのまま目標位置に収束した場合には、オーバシュート量は０となる。このほかに、位置データの変化量から速度データを算出して、速度データが０または閾値以下となった時点の偏差量を計測し、計測した中から正方向の最大値を取得することによっても、同様にオーバシュート量を計測可能である。

そして、以上のようにしてサーボ制御装置２０の調整結果測定部２７で取得された整定時間とオーバシュート量は制御パラメータと関連付けされて調整結果情報として、サーボゲイン調整装置３０の調整結果格納部３６に格納される。図６は、位置決め動作終了時の調整結果情報の一例を示す図である。この調整結果情報は、図４の調整ゲイン一覧情報に整定時間、オーバシュート量、評価関数値、散布図表示座標Ｘ軸、散布図表示座標Ｙ軸の各項目が付加されたものである。ここでは、調整結果が格納された段階であるので、各「ゲイン設定番号」に対応する「整定時間」と「オーバシュート量」の欄に調整結果である数値が入力された状態にあり、他の項目には何も入力されていない。以上によって、調整ゲイン一覧情報に格納された各位置指令ゲインにおける位置決め動作の調整結果の測定が完了する。

再び図２のフローチャートに戻り、ステップＳ１７で調整ゲイン一覧情報中の最後のポインタについての調整結果の取得が終了すると（ステップＳ１７でＹｅｓの場合）、サーボゲイン調整装置３０の調整制御部３７は、調整結果格納部３６に格納されている各ゲイン設定番号の結果を所定の評価関数に代入して評価関数値を算出し、その結果を制御パラメータと関連付けて調整結果格納部３６に格納する（ステップＳ１８）。ここで、評価対象の整定時間をｔとし、評価対象のオーバシュート量をｏｓとし、探索範囲内（調整ゲイン一覧中で制御パラメータを変更して測定した結果内）での整定時間の最大値をｔｍａｘとし、探索範囲内での整定時間の最小値をｔｍｉｎとし、探索範囲内でのオーバシュート量の最大値をｏｓｍａｘとし、探索範囲内でのオーバシュート量の最小値をｏｓｍｉｎとし、重み付け係数をＡ，Ｂ（ただし、Ａ＋Ｂ＝１）とすると、評価関数は、たとえば次式（１）で表される。

評価関数＝Ａ×（ｔ−ｔｍｉｎ）／（ｔｍａｘ−ｔｍｉｎ）＋Ｂ×（ｏｓ−ｏｓｍｉｎ）／（ｏｓｍａｘ−ｏｓｍｉｎ） ・・・（１）

また、調整制御部３７は、整定時間とオーバシュート量との関係を散布図表示するために、表示部３２の表示画面上での各ゲイン設定番号の座標位置も設定し、調整結果格納部３６に格納する。図７は、図６で評価関数値と表示画面上での座標が入力された状態の調整結果情報の一例を示す図である。この図７は、図６からさらに式（１）の評価関数を使って求められた「評価関数値」、「散布図表示座標Ｘ軸」および「散布図表示座標Ｙ軸」に値が入力された状態となっている。ただし、ここでは重み付け係数をＡ＝Ｂ＝０．５とした場合を示している。ここでは、ゲイン設定番号「１」、「５」の評価関数値が悪く、ゲイン設定番号「３」に向かうにつれて評価関数値が良くなる場合を例に挙げている。

その後、調整制御部３７は、調整ゲイン一覧情報と、調整結果格納部３６の調整結果情報の内容と、を示す調整画面を表示部３２上に表示する（ステップＳ１９）。図８は、調整画面の一例を示す図である。この例では、調整画面３１０には、調整開始ボタン３０１と、調整ゲイン一覧表示領域３０２と、散布図表示領域３１１と、ゲイン選択ボタン３１２と、が設けられている。

調整ゲイン一覧表示領域３０２には、パラメータ保持部３４に保持される調整ゲイン一覧情報が表示される。また、散布図表示領域３１１は、整定時間とオーバシュート量との関係を示す散布図を表示する領域である。ここでは、横軸に整定時間をとり、縦軸にオーバシュート量をとって表示している。そして、調整結果格納部３６に格納されている調整結果情報中の散布図表示座標Ｘ軸、散布図表示座標Ｙ軸の組み合わせに対応する位置に点が、そのゲイン設定番号とともに表示される。

調整開始ボタン３０１は、図３の調整開始画面３００で説明したように、調整ゲイン一覧表示領域３０２で示される内容の制御パラメータ（ここでは位置指令ゲイン）をサーボ制御装置２０に順に設定してその調整結果を取得するためのボタンである。ゲイン選択ボタン３１２は、ポインタ３２０で選択された調整ゲイン一覧表示領域３０２中のゲイン設定番号または位置指令ゲインをサーボ制御装置２０に設定する指示を作成するためのボタン、あるいは散布図表示領域３１１中の整定時間とオーバシュート量の組み合わせを示す点に対応する制御パラメータをサーボ制御装置２０に設定する指示を作成するためのボタンである。

さらに、調整制御部３７は、調整結果情報の中で最も評価関数値の低いものを、最初に選択される制御パラメータである選択制御パラメータに設定し（ステップＳ２０）、選択制御パラメータに対応する調整ゲイン一覧表示領域３０２中の位置指令ゲインと、散布図表示領域３１１中の点を他の領域と区別して表示する（ステップＳ２１）。この表示方法としては、選択された領域や点を、他の領域や点の色と区別した色としたり、強調表示としたり、模様を変えたりなどの方法が考えられる。たとえば、図８の例では、調整ゲイン一覧表示領域３０２のゲイン設定番号が「３」の部分にハッチングが施され、散布図表示領域３１１中のゲイン設定番号が「３」に対応する点が白丸で表示されている。

この状態で、ユーザによる調整画面３１０内における調整ゲイン一覧表示領域３０２または散布図表示領域３１１からの制御パラメータの選択が可能となり、ユーザは、入力部３３から自分の好みに合った制御パラメータまたは整定時間とオーバシュート量の組み合わせを選択することが可能となる。調整制御部３７は、入力部３３を介してユーザによってゲイン選択ボタン３１２が押されたかを判定する（ステップＳ２２）。ゲイン選択ボタン３１２が押されなかった場合（ステップＳ２２でＮｏの場合）には、散布図表示領域３１１内の領域がユーザによって選択されたか否かを判定する（ステップＳ２３）。

散布図表示領域３１１内の領域が選択された場合（ステップＳ２３でＹｅｓの場合）には、調整制御部３７は選択された位置（座標）に最も近い表示結果に対応する点の調整結果に対応する制御パラメータを選択し、選択制御パラメータに設定する（ステップＳ２４）。なお、このときのポインタ３２０で選択された散布図表示領域３１１内の座標に一番近い調整結果（点）の求め方の一例について説明する。図８において、ポインタ３２０の指す点Ｐの座標を（ｘｃ，ｙｃ）とし、調整結果の点の座標を（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１〜５）とすると、調整結果の各点からポインタ３２０で選択された点Ｐまでの距離ｒｉは、次式（２）で表される。

ｒｉ＝［（ｘｉ−ｘｃ）²＋（ｙｉ−ｙｃ）²］^1/2 ・・・（２）

そして、散布図表示領域３１１中の調整結果１〜５の各点に対して距離ｒ１〜ｒ５を求め、その中で最も距離が短いものをユーザが選択した調整結果として求めることができる。この図８の例では、ゲイン設定番号「２」がユーザが選択した調整結果として求められる。なお、これは、一例であり、他の方法でユーザが選択したポイントに近いものを選択ポイントとして割り出してもよい。

一方、ステップＳ２３で、散布図表示領域３１１内の領域が選択されなかった場合（ステップＳ２４でＮｏの場合）には、調整ゲイン一覧表示領域３０２内の値が選択されたか否かを判定する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５で調整ゲイン一覧表示領域３０２内の値が選択されなかった場合（ステップＳ２５でＮｏの場合）には、ステップＳ２２へと戻る。また、調整ゲイン一覧表示領域３０２内の値が選択された場合（ステップＳ２５でＹｅｓの場合）には、調整制御部３７は選択されたゲイン設定番号に対応する位置指令ゲインを選択制御パラメータに設定する（ステップＳ２６）。

その後またはステップＳ２４の後に、選択された選択制御パラメータに該当する調整ゲイン一覧表示領域３０２中の位置指令ゲインと、散布図表示領域３１１中の点を他の領域と区別した強調表示にする（ステップＳ２７）。図９は、ユーザによって制御パラメータが選択された後の調整画面の一例を示す図である。この図９では、デフォルトで評価関数値が最も低い（良い）ゲイン設定番号「３」が選択制御パラメータとして設定されていた図８の状態から、ユーザによってゲイン設定番号「２」が選択制御パラメータとして設定され、他と区別して表示された状態となっている。その後、ステップＳ２２に戻り、上述した処理が繰り返される。

また、ステップＳ２２でゲイン選択ボタン３１２が押された場合（ステップＳ２２でＮｏの場合）には、パラメータ変更部３５は、選択制御パラメータとして設定された制御パラメータ（ここでは、位置指令ゲインの値）をサーボ制御装置２０に送信し、サーボ制御装置２０のパラメータ変更部２２は位置制御部２４の速度指令生成部２４３に設定し（ステップＳ２８）、サーボゲイン調整方法が終了する。

以上では、整定時間とオーバシュート量を用いて制御パラメータを選択する場合を示したが、目標位置からの位置ずれ量としてのオーバシュート量に代えて、オーバシュート量と比例関係となる測定量であるアンダシュート量や残留振動振幅を用いてもよい。図１０は、位置決め動作の結果の一例を示す図であり、位置制御ゲインを変化させた場合の整定動作に与える影響を示している。この図で、上側のグラフは位置偏差量の時間に対する変化の様子を示す図であり、横軸は整定時間の計測開始からの経過時間を示し、縦軸は位置偏差量を示している。また、下側のグラフは、速度の時間に対する変化の様子を示す図であり、横軸は整定時間の計測開始からの経過時間を示し、縦軸は速度を示している。この２つのグラフでは、整定時間計測開始の点が一致している。また、下側のグラフは、上側のグラフを時間に対して微分したものである。

この図に示されるように、負の位置から目標位置を通り越した際にアンダシュートが発生するが、このような場合にはサーボ制御によって目標位置に対して減衰振動動作（残留振動）を伴いながら収束していく。そのため、アンダシュート量と残留振動振幅はオーバシュート量と比例関係になることが多く、オーバシュート量の代わりにアンダシュート量や残留振動振幅で代用することも可能である。

なお、アンダシュート量は、位置データの変化量から速度データを算出して、速度データが０あるいは閾値以下となった時点の偏差量を計測し、計測した中から移動方向とは逆方向の最大値を取得することで計測可能である。また、残留振動振幅は測定したオーバシュート量とアンダシュート量の絶対値を加算することで取得することができる。

また、上述した説明では、制御パラメータとして位置指令ゲインのみを設定する場合を例に挙げたが、位置指令ゲインと速度指令ゲインを制御パラメータとして設定する場合にも同様に実行することができる。

さらに、明らかに負荷機械に対して悪影響を及ぼすような範囲に評価関数値が含まれる場合などのように、評価関数値が所定の範囲に存在するものについては、ユーザによって選択できないようにすることも可能である。このようにすることで、負荷機械が振動などするような条件の制御パラメータがユーザによって選択されることを防ぐことができる。

また、調整画面３１０の調整ゲイン一覧表示領域３０２に、調整結果格納部３６に格納された調整結果情報から評価関数値を抽出して表示させるようにしてもよい。このようにすることで、ユーザが好む整定時間とオーバシュート量の組み合わせの中でも、評価関数値の良くない組み合わせを排除することができる。

以上で説明したサーボゲイン調整装置３０は、たとえば、中央演算処理部と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、メモリと、ハードディスクと、を備えるパーソナルコンピュータなどの情報処理端末に、上記のサーボゲイン調整方法の手順を記述したプログラムをインストールし、このプログラムをメモリにロードして中央演算処理部が実行することによって実現することができる。

この実施の形態によれば、トレードオフの関係となる整定時間と目標位置からの位置ずれ量を軸として調整結果を表示させた散布図を表示し、その中から直感的にユーザの望む制定時間と目標位置からの位置ずれ量の組み合わせを選択させるようにしたので、ユーザの好みによる整定時間と目標位置からの位置ずれ量のバランスを考慮した調整結果をサーボ制御装置２０に設定することができるという効果を有する。また、サーボ制御装置２０についての制御パラメータではなく整定時間や目標位置からの位置ずれ量をユーザに選択させるようにしたので、専門知識を有さない多くのユーザでもサーボ制御装置２０の制御パラメータの選択を行うことができるという効果を有する。

以上のように、この発明にかかるサーボゲイン調整装置は、サーボ制御装置の制御パラメータの設定に有用である。

この発明にかかるサーボゲイン調整装置を含むサーボ制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。 この発明にかかるサーボゲイン調整方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 調整開始画面の一例を示す図である。 調整ゲイン一覧情報の一例を示す図である。 位置決め動作の結果の一例を示す図である。 位置決め動作終了時の調整結果情報の一例を示す図である。 図６で評価関数値と表示画面上での座標が入力された状態の調整結果情報の一例を示す図である。 調整画面の一例を示す図である。 ユーザによって制御パラメータが選択された後の調整画面の一例を示す図である。 位置決め動作の結果の一例を示す図である。

符号の説明

１１ 負荷機械
１２ 電動機
１３ 位置指令発生器
２０ サーボ制御装置
２１，３１ 通信部
２２，３５ パラメータ変更部
２３ 位置指令検出部
２４ 位置制御部
２５ 速度制御部
２６ トルク制御部
２７ 調整結果測定部
３０ サーボゲイン調整装置
３２ 表示部
３３ 入力部
３４ パラメータ保持部
３６ 調整結果格納部
３７ 調整制御部
１２１ モータ
１２２ エンコーダ
２４１ 位置変換部
２４２，２５２ 減算器
２４３ 速度指令生成部
２５１ 速度変換部
２５３ トルク指令生成部

Claims (11)

1. 制御対象を駆動するモータに接続され、前記モータを制御するサーボ制御装置に設定する制御パラメータの調整を行うサーボゲイン調整装置において、
   前記サーボ制御装置の調整を行う指令を受けると、前記サーボ制御装置に対して設定する複数の制御パラメータを含む制御パラメータ一覧情報中の制御パラメータを前記サーボ制御装置に設定するパラメータ変更手段と、
   前記設定された制御パラメータでの前記制御対象の位置決め動作時に測定された整定時間と目標位置からの位置ずれ量とを含む調整結果を格納する調整結果格納手段と、
   前記整定時間と前記目標位置からの位置ずれ量を２つの直交する軸とした平面上に、前記制御パラメータ一覧情報に含まれる各制御パラメータで前記制御対象の位置決め動作を行った調整結果をプロットした散布図と、前記制御パラメータ一覧情報と、を含む調整画面を表示手段に表示する調整制御手段と、
   前記調整画面の前記散布図または前記制御パラメータ一覧情報中の任意の位置を選択する入力手段と、
   を備え、
   前記調整制御手段は、選択された位置に対応する制御パラメータを選択制御パラメータとして設定することを特徴とするサーボゲイン調整装置。
2. 前記調整制御手段は、前記入力手段を介してユーザによって前記調整画面の前記散布図上の点が選択されると、前記選択された点に最も近い前記散布図上の前記調整結果と、該調整結果に対応する前記制御パラメータ一覧情報中の制御パラメータとを他と区別して表示する機能を有することを特徴とする請求項１に記載のサーボゲイン調整装置。
3. 前記調整制御手段は、前記入力手段を介してユーザによって前記調整画面の前記制御パラメータ一覧情報中の１つの制御パラメータが選択されると、前記選択された制御パラメータと、該選択された制御パラメータに対応する前記散布図上の調整結果とを他と区別して表示する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載のサーボゲイン調整装置。
4. 前記調整制御手段は、他と区別して表示された制御パラメータを選択制御パラメータとして設定し、前記サーボ制御装置に設定する指示を前記パラメータ変更手段に与えることを特徴とする請求項２または３に記載のサーボゲイン調整装置。
5. 前記調整制御手段は、前記調整結果から所定の評価関数を用いて前記制御パラメータ一覧情報に含まれる各制御パラメータで、前記制御対象の位置決め動作を行ったときの評価関数値を算出し、最良の評価関数値を示す調整結果に対応する制御パラメータを調整後における初期設定制御パラメータとし、該初期設定制御パラメータに対応する前記散布図上の調整結果と前記制御パラメータ一覧情報中の制御パラメータを他と区別して表示する機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のサーボゲイン調整装置。
6. 前記目標位置からの位置ずれ量は、オーバシュート量、アンダシュート量または残留振動振幅のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のサーボゲイン調整装置。
7. 制御対象を駆動するモータに接続され、前記モータを制御するサーボ制御装置に設定する制御パラメータの調整を行うサーボゲイン調整方法において、
   前記サーボ制御装置の調整時に前記サーボ制御装置に対して設定する複数の制御パラメータを含む制御パラメータ一覧情報から１つの制御パラメータを選択して、前記サーボ制御装置に設定する第１の工程と、
   前記設定された制御パラメータでの前記サーボ制御装置によって行われた前記制御対象の位置決め動作の結果から整定時間と目標位置からの位置ずれ量を含む調整結果を取得する第２の工程と、
   前記整定時間と前記目標位置からの位置ずれ量を２つの直交する軸とした平面上に、前記制御パラメータ一覧情報に含まれる各制御パラメータで前記制御対象の位置決め動作を行った調整結果をプロットした散布図と、前記制御パラメータ一覧情報と、を含む調整画面を作成し、表示手段に表示する第３の工程と、
   入力手段を介してユーザによって前記調整画面内の前記散布図上の点または前記制御パラメータ一覧情報中の内容が選択されると、選択された内容に対応する制御パラメータを選択制御パラメータとして設定する第４の工程と、
   を含むことを特徴とするサーボゲイン調整方法。
8. 前記第４の工程で、前記入力手段を介してユーザによって前記調整画面の前記散布図上の点が選択された場合には、前記選択された点に最も近い前記散布図上の前記調整結果に対応する制御パラメータを選択制御パラメータとし、前記散布図上の選択された前記調整結果と、該調整結果に対応する前記制御パラメータ一覧情報中の制御パラメータとを他と区別して表示することを特徴とする請求項７に記載のサーボゲイン調整方法。
9. 前記第４の工程で、前記入力手段を介してユーザによって前記調整画面の前記制御パラメータ一覧情報中の１つの制御パラメータが選択された場合には、前記制御パラメータを選択制御パラメータとし、前記選択された制御パラメータと、該選択された制御パラメータに対応する前記散布図上の調整結果とを他と区別して表示することを特徴とする請求項７または８に記載のサーボゲイン調整方法。
10. 前記第４の工程で設定された選択制御パラメータを前記サーボ制御装置に設定する第５の工程をさらに含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のサーボゲイン調整方法。
11. 前記第３の工程では、前記調整結果から所定の評価関数を用いて前記制御パラメータ一覧情報に含まれる各制御パラメータで、前記制御対象の位置決め動作を行ったときの評価関数値を算出し、最良の評価関数値を示す調整結果に対応する制御パラメータを調整後における初期設定制御パラメータとし、該初期設定制御パラメータに対応する前記散布図上の調整結果と前記制御パラメータ一覧情報中の制御パラメータとを他と区別して表示する処理をさらに行うことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載のサーボゲイン調整方法。

Images