JP5968572B1 - 制御パラメータ調整装置 - Google Patents

Abstract

制御パラメータ調整装置（１ａ）は、位置指令を指令する指令値生成部（４）と、被駆動体の応答位置を位置指令に追従させる駆動指令を演算するサーボ制御部（３）と、２種類以上のパラメータで表現されるモデルを用いて、位置指令と応答位置との差である応答誤差を補正する補正指令を生成する補正モデル部（６）と、パラメータの値の複数の組合せの中で応答誤差が最も小さくなるパラメータの値の組合せでモデルを修正するパラメータ探索部（７）と、を備える。制御パラメータ調整装置（１ａ）は、駆動指令および補正指令に基づいて被駆動体を駆動する。

Description

本発明は、工作機械のサーボ制御装置といった制御パラメータを調整する制御パラメータ調整装置に関する。

工作機械のサーボ制御装置は、機械に備えられた工具またはテーブルなどの被駆動体の位置が指令値に追従するように、アクチュエータへの指令を生成する。サーボ制御装置のアクチュエータには、回転モータ、リニアモータおよび圧電素子といった様々な種類がある。

工作機械のサーボ制御装置のように、設計された形状を加工するために、工作物に対する工具位置が指令された経路に正確に追従するように機械装置における機械系を駆動するサーボ制御は、軌跡制御または輪郭運動制御と呼ばれる。これらの制御は、数値制御装置またはそれに付属するサーボ制御装置を用いて精密に行われる。制御対象の機械装置における機械系は、複数の軸を持ち、軸を構成するモータのそれぞれがサーボ制御装置を用いて駆動制御される。

サーボ制御装置では、機械系に存在する摩擦または機械構造の振動といった外乱要因によって応答誤差が発生する。典型的な例としては、直交する２台のサーボ制御装置を用いて円弧軌跡を指令した場合に、円弧の象限切り替り部分において送り軸の移動方向が反転する際に生じる応答誤差がある。この誤差は、半径方向に誤差量を拡大してプロットすると、軌跡が外側に突起状に飛び出た形状になることから、象限突起と呼ばれる。象限突起のような軌跡の応答誤差が発生すると、加工結果に筋または傷が発生することになり、好ましくない。他の例としては、加減速時に発生する機械振動がある。機械振動は、モータの加減速時に生じる駆動力または駆動反力によって機械構造が振動することで発生する。機械振動が発生すると加工面に筋またはムラが発生するため好ましくない。

摩擦または振動による応答誤差の補正に関しては、モデルを用いて発生する誤差を予測し、誤差を打ち消すために必要な補正指令を入力することで誤差を抑制する方法が用いられることが多い。そのためには、発生する応答誤差量が許容値以下となるようなモデルのパラメータを決定する必要がある。

現実的なサーボ制御装置のコントローラに実装するために、誤差のモデルは線形近似または低次元化が行われているため、測定した結果からパラメータ値を同定しても、発生する応答誤差量が最小とならない場合がある。そのためサーボ制御で発生する応答誤差量が許容値以下となるようなモデルのパラメータの探索または微調整を行うための制御パラメータ調整機能を有する制御パラメータ調整装置が必要となる。

例えば、特許文献１においては、象限突起を補正するために、運動方向反転時に補正トルクをステップ状に入力するモデルを持つサーボ制御装置において、円弧運動中に発生する象限突起量がしきい値以下になるまでトルク指令の補正および補正トルクの更新を繰り返す。これにより、最適なパラメータを決定する方式が開示されている。

特開平１１−２４７５４号公報

より高精度に象限突起を補正するためには、１種類のパラメータのみでは、限界があり、２種類以上の複数種類のパラメータを使用する必要があった。しかしながら、特許文献１で開示された方法を複数のパラメータで構成された補正モデルのパラメータ探索に適用するには以下の課題があった。

第一の課題は、パラメータを独立に決定できない場合に対応できないことである。全てのパラメータが独立であれば、特許文献１に開示された方法で、パラメータ毎に最小となる値を決定していけば、象限突起量が最小となるパラメータの組合せを見つけることは可能である。しかしながら、パラメータが独立でなく、あるパラメータを決定する際に別のパラメータの値によって応答誤差の傾向が異なる場合には、上記方法は適応することができない。

第二の課題は、許容値以下となるパラメータの組み合わせが複数存在する場合に対応できないことである。複数種類のパラメータで構成されるモデルにおいて、全てのパラメータが独立でない場合、許容値以下となるパラメータの組み合わせが複数存在する場合がある。その場合、候補となるパラメータの組合せの中から最も好ましい組合せを１つ決定する必要がある。

また、外乱オブザーバなどを用いてオンラインでモデルパラメータを同定する方法も考えられるが、前述したように、補正モデルは近似または低次元化が行われているため、同定されたパラメータが、発生する誤差を最小化するとは限らない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数種類のパラメータで構成されたモデルの最適なパラメータの組合せを高精度かつ簡便に調整することが可能な制御パラメータ調整装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、位置指令を指令する指令値生成部と、位置指令と被駆動体の応答位置との差である応答誤差に基づいて、応答位置を位置指令に追従させる駆動指令を演算するサーボ制御部と、２種類以上のパラメータで表現されるモデルを用いて、駆動指令を補正する補正指令を生成する補正モデル部と、を備え、補正指令により補正された駆動指令を出力することを特徴とする。そして、本発明は、パラメータの値の複数の組合せの中で応答誤差が最も小さくなるパラメータの値の組合せでモデルを修正することを特徴とする。

本発明にかかる制御パラメータ調整装置は、複数種類のパラメータで構成されたモデルの最適なパラメータの組合せを高精度かつ簡便に調整することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図 実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置のハードウェア構成を示す図 実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置の制御対象である機械装置における機械構成の一例を示す側面図 実施の形態１にかかるサーボ制御部の構成の例を示すブロック図 実施の形態１にかかる補正モデル部の伝達関数が数式（２）で表現されるときの周波数応答のボード線図 実施の形態１にかかる補正モデル部を使用せずにモータを駆動した場合にフィードバック位置ａに生じる振動する応答誤差の時系列波形を示す図 実施の形態１における制御パラメータ調整装置を用いた制御パラメータ調整の手順を示すフローチャート 実施の形態１における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態１における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 本発明の実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図 実施の形態２にかかる入出力部の構成の一例を示すブロック図 実施の形態２において伝達関数が数式（４）で表現されるときの周波数応答のボード線図 実施の形態２にかかる補正モデル部を使用せずにモータを駆動した場合にフィードバック位置ａに生じる振動する応答誤差の時系列波形を示す図 実施の形態２における制御パラメータ調整装置を用いた制御パラメータ調整手順を示すフローチャート 実施の形態２における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態２における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 本発明の実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図 実施の形態３における摩擦補正を行う際の補正モデル部の構成の例を示すブロック図 実施の形態３におけるサーボ制御部モデルの構成の例を示すブロック図 実施の形態３における摩擦モデルの構成の詳細を示すブロック図 実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置を用いた制御パラメータ調整手順を示すフローチャート 実施の形態３における２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態３における２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態３において出力装置に表示される運動軌跡の象限切り替え位置での拡大図 本発明の実施の形態４における制御パラメータ調整手順を示すフローチャート 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置において１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 本発明の実施の形態５における制御パラメータ調整手順を示すフローチャート 実施の形態５における円弧条件１での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態５における円弧条件２での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフ 実施の形態５における円弧条件１での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態５における円弧条件２での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフ 実施の形態５において出力装置に表示される円弧条件１での運動軌跡の象限切り替え位置での拡大図 実施の形態５において出力装置に表示される円弧条件２での運動軌跡の象限切り替え位置での拡大図 本発明の実施の形態６における制御パラメータ調整装置を用いた制御パラメータ調整手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態７にかかる制御パラメータ調整装置の構成を示すブロック図

以下に、本発明の実施の形態にかかる制御パラメータ調整装置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、本発明の実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置１ａの構成を示すブロック図である。図１において、制御パラメータ調整装置１ａのアクチュエータであるモータ２は、具体的には、回転モータである。モータ２には、制御対象の被駆動体である機械装置５が接続されている。制御パラメータ調整装置１ａは、１種類以上の位置指令ｂを生成する指令値生成部４と、駆動指令を出力するサーボ制御部３と、補正指令を生成する補正モデル部６と、モデルパラメータの変更指令ｅを出力するパラメータ探索部７と、を備える。

図２は、実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置１ａのハードウェア構成を示す図である。制御パラメータ調整装置１ａは、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）といった演算装置４１と、演算装置４１がワークエリアに用いるメモリ４２と、ソフトウェアを記憶する記憶装置４３と、外部との通信機能を有する通信装置４４と、を備える。図１に示した、制御パラメータ調整装置１ａの機能は、演算装置４１がソフトウェアを実行することにより実現される。

図３は、実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置１ａの制御対象である機械装置５における機械構成の一例を示す側面図である。機械装置５の制御対象はテーブル８４である。アクチュエータであるモータ２は、図３に示すように機械系に組み込まれているとする。モータ２の回転軸にはボールねじ８２が連結されている。ボールねじ８２には、ナット８３、テーブル８４からなる可動部が組み付けられている。ナット８３はテーブル８４の裏面に固定されており、ボールねじ８２の回転運動を直動運動に変換する。また、テーブル８４は、ここでは図示していない案内機構によって支持され可動方向以外の自由度は拘束されている。

図３に示すように、モータ２にはモータ位置検出器８１が取り付けられている。モータ位置検出器８１の具体例は、ロータリエンコーダである。また、制御対象であるテーブル８４の位置を測定するためにテーブル位置検出器８５が取り付けられている。テーブル位置検出器８５の具体例は、リニアエンコーダである。機械装置５は、検出したモータ位置あるいはテーブル位置のいずれか一方、または両方を、応答位置、即ちフィードバック位置ａとしてサーボ制御部３に出力する。

なお、テーブル位置検出器８５は、テーブル８４の移動距離を測定できるのに対して、モータ位置検出器８１において直接検出される位置はモータ２の回転角度である。しかし、この回転角度にモータ２の１回転あたりのテーブル移動距離であるボールねじリードを乗じてモータ１回転の角度２π［ｒａｄ］で除することで、テーブル８４の移動方向の長さに換算することができる。

フィードバック位置ａを求めるために、モータ位置検出器８１を使用する場合をセミクローズドループ制御と呼ぶ。フィードバック位置ａを求めるために、モータ位置検出器８１とテーブル位置検出器８５の両方、あるいはテーブル位置検出器８５のみを使用する場合をフルクローズドループ制御と呼ぶ。

サーボ制御部３には、指令値生成部４から位置指令ｂが入力されるとともに、機械装置５からフィードバック位置ａが入力される。図４は、実施の形態１にかかるサーボ制御部３の構成の例を示すブロック図である。

サーボ制御部３は、図４に示すように、位置指令ｂと応答位置であるフィードバック位置ａとの差である応答誤差を求める加減算部３０と、加減算部３０が求めた偏差を受け付ける位置制御部３１と、微分演算を実行する微分演算部３３と、位置制御部３１で求められた速度指令と微分演算部３３で求められた実速度との偏差を求める加減算部３２と、駆動指令であるトルク指令ｃを出力する速度制御部３４とを備えている。

図４において、加減算部３０は、位置指令ｂとフィードバック位置ａとの偏差である位置偏差を求め、位置制御部３１へ出力する。位置制御部３１は、加減算部３０から入力される位置偏差を小さくするように、比例制御などの位置制御処理を実行し、位置偏差を小さくする速度指令を出力する。また、微分演算部３３では、フィードバック位置ａを微分して実速度が求められる。ただし、フルクローズドループ制御の場合は、微分演算部３３にモータ位置検出器８１の検出値を入力し、テーブル位置検出器８５の検出値を加減算部３０に入力する。

また、加減算部３２は、位置制御部３１にて求められた速度指令と微分演算部３３にて求められた実速度との偏差である速度偏差を求め、速度制御部３４へ出力する。速度制御部３４では、加減算部３２から入力される速度偏差を小さくするように、比例積分制御などの速度制御処理が行われ、トルク指令ｃが出力される。

一般には、モータ２は、サーボ制御部３によるサーボ制御の結果演算されたトルク指令ｃに従って直接駆動される。しかし、本実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置１ａにおいては、図１に示すように加減算器９が設けられ、サーボ制御部３によるサーボ制御の結果演算されたトルク指令ｃは加減算器９の一方の入力となる。

補正モデル部６は、発生する応答誤差を抑制するための補正指令である補正トルクｄを生成する。補正モデル部６は、機械装置５の振動を抑制するための振動モデルであり、２種類以上のパラメータで表現されるモデルである。実施の形態１における補正モデル部６は、以下の数式（１）で表現される２次の伝達関数で表現される。

数式（１）において、補正モデル部６は、共振周波数ωと減衰係数ζの２つのパラメータで構成された機械振動を近似した伝達関数モデルであり、ｓはラプラス演算子を表す。機械振動を近似した伝達関数モデルを用いることにより後述するパラメータの探索が短時間で実行できる。共振周波数ωと減衰係数ζとは、互いに他方のパラメータ値によって振動モデルの特性が変化するため、独立に決定することができない非独立な２つのパラメータである。補正モデル部６では、位置指令ｂが入力されたときに機械に発生する振動のトルク力成分に相当する補正トルクｄを出力する。

加減算器９は、トルク指令ｃから補正トルクｄを減じることで加振成分が除去されたトルク指令ｆを求めて、トルク指令ｆをモータ２に出力する。すなわち、トルク指令ｆにより被駆動体は駆動される。これにより、機械装置５に発生する振動が抑制される。

指令値生成部４は、サーボ制御部３への位置指令ｂを生成する。ここでは、単純な２地点間の往復運動を繰り返し指令する。具体例として、送り速度５０００（ｍ／ｍｉｎ）で、２０ｍｍの範囲での往復運動とする。

パラメータ探索部７は、サーボ制御部３が往復運動を１回完了するたびに、フィードバック位置ａのデータを測定し記憶する。また、補正モデル部６にモデルパラメータの変更指令ｅを出力する。このとき、モデルパラメータである共振周波数ωおよび減衰係数ζをそれぞれ一定の刻み幅であるΔωおよびΔζずつ変更する。

すべての測定が終わったら、変更したパラメータの中で最も応答誤差の評価関数Ｈが小さくなるパラメータの組み合わせを選択して、補正モデル部６に指令する。

今、位置指令ｂからフィードバック位置ａまでの機械装置５の周波数応答が、数式（１）において、共振周波数を４５Ｈｚ、即ちω＝９０πとし、減衰係数を５％、即ちζ＝０．０５として、以下の数式（２）で示す２次の伝達関数で表現できるとする。

図５は、実施の形態１にかかる補正モデル部６の伝達関数が数式（２）で表現されるときの周波数応答のボード線図である。図６は、実施の形態１にかかる補正モデル部６を使用せずにモータ２を駆動した場合にフィードバック位置ａに生じる振動する応答誤差の時系列波形を示す図である。

このとき制御パラメータ調整装置１ａを用いた制御パラメータ調整の手順について説明する。図７は、実施の形態１における制御パラメータ調整装置１ａを用いた制御パラメータ調整の手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、パラメータ探索時に使用する評価関数Ｈを定義する。評価関数Ｈは、制御の目的により異なるが、ここでは、以下の数式（３）に示されるように位置指令ｂとフィードバック位置ａとの最大誤差として定義する。ただし、ａｂｓは絶対値関数、ｍａｘは最大値を抽出する関数である。評価関数Ｈは、発生する応答誤差量を評価する評価関数である。

ステップＳ２においては、補正モデル部６のモデルパラメータの初期値を設定する。ここではω＝４０Ｈｚ、ζ＝０．０１を設定する。さらに、共振周波数ωのパラメータ変更回数ｉおよび減衰係数ζのパラメータ変更回数ｊを共に０に初期化し、パラメータ変更回数の上限値ｎを１０に設定する。また、Δω＝１、Δζ＝０．０１と設定する。

ステップＳ３においては、指令値生成部４より、テーブル８４の往復運動を指令し、テーブル８４を往復駆動する。

ステップＳ４において、往復運動中のフィードバック位置ａをパラメータ探索部７において記憶し、応答誤差を測定する。

ステップＳ５においては、共振周波数ωのパラメータ変更回数ｉ＝ｎか否かを判断する。ｉがｎ未満であった場合（ステップＳ５：Ｎｏ）は、ステップＳ６に進み、ω＝ω＋Δωおよびｉ＝ｉ＋１としてωとｉの値を変更し、ステップＳ３に戻り測定を繰り返す。

ステップＳ５においてｉ＝ｎとなった場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）は、ω＝４０およびｉ＝０として、ωおよびｉの値を初期値に戻す（ステップＳ７）。その後、ステップＳ８においては、減衰係数ζのパラメータ変更回数ｊ＝ｎか否かを判断する。ｊがｎ未満であった場合（ステップＳ８：Ｎｏ）は、ステップＳ９に進み、ζ＝ζ＋Δζおよびｊ＝ｊ＋１としてζとｊの値を変更し、ステップＳ３に戻り測定を繰り返す。

ステップＳ８においてｊ＝ｎとなった場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）は、これによりｎ²個の条件において測定が終了したことになるので、ステップＳ１０において、測定結果の中から、パラメータの値の複数の組みあわせの中で、評価関数Ｈが最小となるパラメータの値の組合せとなる共振周波数ωおよび減衰係数ζの値を選び、補正モデル部６に当該パラメータの値を設定してモデルを修正する。

図８は、実施の形態１における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフである。図９は、実施の形態１における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフである。

図８および図９に示したように、数式（２）で示した、共振周波数が４５Ｈｚで減衰係数が５％のパラメータ設定の時に、発生する応答誤差の値が最も小さくなるため、パラメータ探索部７は、このパラメータの値の組合せを補正モデル部６に出力してモデルを修正する。

以上説明したように、実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置１ａにおいては、テーブル８４の往復運動といった繰り返し位置指令を指令値生成部４がパラメータを変更して繰り返しながら最適なパラメータの値の組合せに短時間で到達することができる。これにより、複数のパラメータで構成されたモデルで示されるシステムの特性が未知であっても、最適なパラメータの組合せを高精度かつ簡便に決定することができる。

また、上記したパラメータ最適化の手法は、補正モデル部６を表現する２種類以上のパラメータの応答誤差に与える影響が互いに独立であるか非独立であるかに関係無く適用可能であるので、２種類以上の非独立なパラメータにも適用可能である。すなわち、２種類以上のパラメータが、応答誤差に与える影響を当該パラメータの線形な数式で表現することができない非独立なパラメータである場合であっても、上記したパラメータ最適化の手法は適用可能である。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂの構成を示すブロック図である。実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂの構成と、実施の形態１にかかる制御パラメータ調整装置１ａの構成との相違点は、入出力部８の有無である。実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂから入出力部８を除いた部分のハードウェア構成も図２と同様である。

入出力部８は、ユーザによるパラメータ探索の初期値と評価関数の入力を受け付け、パラメータ探索部７で行ったパラメータ調整結果をユーザに出力を行うインターフェースである。入出力部８からパラメータ探索部７への情報は信号ｐとして示され、パラメータ探索部７から入出力部８への情報は信号ｑとして示される。

図１１は、実施の形態２にかかる入出力部８の構成の一例を示すブロック図である。入力装置８８は、操作者が入力を行う入力装置である。入力装置８８の具体例は、キーボードである。出力装置８９は、調整結果を操作者に出力する。出力装置８９の具体例は、モニタである。なお、入出力部８は、入力装置８８と出力装置８９とが一体化したタッチパネルのような構成であってもかまわない。入力装置８８からパラメータ探索部７への情報が信号ｐであり、パラメータ探索部７から出力装置８９への情報が信号ｑである。

実施の形態２において、補正モデル部６の補正モデルは、数式（１）と同様の２次の伝達関数であるとする。

位置指令ｂからフィードバック位置ａまでの機械装置５の周波数応答が、以下の数式（４）に示すように、共振周波数ω₁＝４５Ｈｚ，ω₂=４７Ｈz、減衰係数ζ_１＝５％，ζ_２＝１０％の４次の伝達関数で表現できるとする。

図１２は、実施の形態２において伝達関数が数式（４）で表現されるときの周波数応答のボード線図である。図１３は、実施の形態２にかかる補正モデル部６を使用せずにモータ２を駆動した場合にフィードバック位置ａに生じる振動する応答誤差の時系列波形を示す図である。

このように機械系の特性が４次の伝達関数で表現される場合、補正モデル部６にも機械系の特性と同じ４次の伝達関数モデルを使用することが最も好ましい。しかしながら、通常、補正モデル部６の演算を行うＣＰＵおよびメモリ４２の制約から補正モデル部６の次数の拡張には限界がある。

このような場合、限られた次数の補正モデルを使用して最も評価関数Ｈが小さくなるパラメータの組み合わせを探す必要がある。しかしながら、複数の共振周波数または反共振周波数が近い周波数に存在する場合、理論計算で評価関数を最小にする最適なパラメータの組み合わせを導出することが難しいことがある。

図１４は、実施の形態２における制御パラメータ調整装置１ｂを用いた制御パラメータ調整手順を示すフローチャートである。

まず、ユーザは、ステップＳ２０１において入出力部８より評価関数Ｈを入力し、ステップＳ２０２において入出力部８より初期値を入力する。

ステップＳ２０１では、評価関数Ｈを以下の数式（５）に示すようにＴ秒間の応答誤差の２乗平均和として入力する。ただし、Δｔは、フィードバック位置ａのサンプリング時間である。

ステップＳ２０２では、初期値をω＝４０、ζ＝０．０１、Δω＝１、Δζ＝０．０１として入力する。併せてｎ＝１０、ｉ＝０およびｊ＝０も入力する。

ステップＳ３からステップＳ９までは、実施の形態１の図７と同じである。

ステップＳ２１０においては、すべてのパラメータの組み合わせでの測定が終了したので、評価関数Ｈの値を計算し、計算結果を出力装置８９に表示する。

図１５は、実施の形態２における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフである。図１６は、実施の形態２における２つのパラメータωおよびζそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフである。入出力部８は、図１５または図１６に示したグラフを出力装置８９に出力する。

ステップＳ２１１において、ユーザが評価関数Ｈの結果に基づいて、最も好ましいパラメータの組み合わせを選択し、最終的に設定するωおよびζを入力装置８８に入力する。図１５においては、共振周波数４３Ｈｚおよび減衰係数２％のパラメータの組み合わせにおいて評価関数Ｈの値が最も小さくなっている。ステップＳ２１２では、ユーザから入力されたパラメータであるωおよびζの値が補正モデル部６に設定される。

以上説明したように、実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂを用いることで、機械特性の次数と補正モデルの次数が異なる場合でも、効果的に最適なパラメータの組み合わせを決定することができる。

実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置１ｃの構成を示すブロック図である。実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置１ｃの構成と、実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂの構成との相違点は、指令値生成部４にサーボ制御部３ａおよび３ｂ、補正モデル部６ａおよび６ｂがそれぞれ接続され、それぞれに対応して加減算器９ａおよび９ｂ、モータ２ａおよび２ｂ、機械装置５ａおよび５ｂが設けられている点である。

図３に示した機械装置５は、送り方向に１自由度しか持たないため、平面内での輪郭運動を行うためには、２台を用いる必要がある。具体的には、直交する２つの機械装置５ａおよび５ｂに対して、機械装置５ａには正弦波指令、機械装置５ｂには位相が９０度遅れた正弦波指令、すなわち余弦波指令を与えると、機械装置５ａおよび５ｂのテーブルの合成の運動軌跡は円弧形状となり円弧運動を行う。

制御パラメータ調整装置１ｃでは、摩擦の影響によって発生する象限突起を補正するため、補正モデル部６ａおよび６ｂには、象限突起を表現するモデルである摩擦補正モデルを用いる。図１８は、実施の形態３における摩擦補正を行う際の補正モデル部６ａの構成の例を示すブロック図である。補正モデル部６ａは、サーボ制御部モデル６１と摩擦モデル６２とで構成される。ただし、回転系に生じる摩擦トルクと直動系に生じる摩擦力は、回転直動の変換係数を使用して等価変換できるため、以降では摩擦トルクと摩擦力は厳密には区別しない。

補正モデル部６ａのサーボ制御部モデル６１では、位置指令ｂ１に対して、機械装置５ａに摩擦が存在しないと仮定した場合の理想的なサーボ応答を計算する。このとき計算された理想的なモデル変位ｇとモデル速度ｈを摩擦モデル６２に出力する。摩擦モデル６２では、モデル変位ｇとモデル速度ｈから、機械装置５ａに発生する摩擦力を予想する。また、予想した摩擦力を補正トルクｄとして、出力する。

図１９は、実施の形態３におけるサーボ制御部モデル６１の構成の例を示すブロック図である。サーボ制御部モデル６１は、モデル速度指令ｉを生成する位置制御部モデル６１１と、モデルトルク指令ｌを出力する速度制御部モデル６１２と、機械特性を表現するモデルである機械モデル６１３と、変位量を計算する変位演算部６１４と、微分演算を実行する微分演算部６１５および６１６と、加減算を実行する加減算器６３１および６３２と、を備えている。

位置制御部モデル６１１は、位置制御部３１と同一の制御則を用い、加減算器６３１が算出した位置指令ｂとモデル位置ｍとの差分を入力とし、モデル速度指令ｉを生成し、加減算器６３２に出力する。また、速度制御部モデル６１２は、速度制御部３４と同一の制御則を用い、加減算器６３２が算出したモデル速度指令ｉとモデル速度ｈとの差分からモデルトルク指令ｌを求めて、機械モデル６１３に出力する。機械モデル６１３は、機械装置５ａのトルク指令からフィードバック位置ａ１までの特性を表現するモデルである。機械モデル６１３は、具体的には、以下の数式（６）で示すモータ２ａにかかる負荷イナーシャＪの逆数の２階積分である。

機械モデル６１３では、モデルトルク指令ｌを用いて、モデル位置ｍを計算する。微分演算部６１５および６１６は、モデル位置ｍを微分してモデル速度ｈを求めてそれぞれ出力する。また、変位演算部６１４は、モデル位置ｍを入力とし、運動方向が反転する位置からの変位量を計算し、モデル変位ｇを出力する。

以上説明したように、サーボ制御部モデル６１では、位置指令ｂから機械装置５ａに摩擦が存在しない場合の理想的なモデル変位ｇおよびモデル速度ｈを計算して、出力する。

図２０は、実施の形態３における摩擦モデル６２の構成の詳細を示すブロック図である。摩擦モデル６２は、変位に依存する摩擦成分を計算する変位依存摩擦モデル６２１と、速度に依存する摩擦成分を計算する速度依存摩擦モデル６２２と、加算演算を実行する加算器６２３と、で構成される。変位依存摩擦モデル６２１の具体例は、クーロン摩擦モデルである。また、速度依存摩擦モデル６２２の具体例は、粘性摩擦モデルである。

変位依存摩擦モデル６２１は、モデル変位ｇを入力として、クーロン摩擦に相当する変位に依存する摩擦成分を計算して出力する。速度依存摩擦モデル６２２は、モデル速度ｈを入力とし、粘性に相応する摩擦成分を計算する。加算器６２３では、変位に依存する摩擦成分と速度に依存する摩擦成分との和を補正トルクｄとして出力する。

変位依存摩擦モデル６２１は、具体的には、以下の数式（７）で表すクーロン摩擦モデルである。ただし、ｋは弾性係数、ｇ_maxはクーロン摩擦に移行するまでに必要な変位量であるクーロン摩擦移行変位である。

速度依存摩擦モデル６２２は、具体的には、以下の数式（８）で表す比例粘性摩擦モデルである。ただし、ｃは粘性係数である。

制御パラメータ調整装置１ｃを用いたパラメータ調整について説明する。ここでは、機械装置５ａおよび５ｂに発生する摩擦力が変位依存摩擦のみであると仮定する。このとき粘性係数ｃ＝０である。

図２１は、実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置１ｃを用いた制御パラメータ調整手順を示すフローチャートである。図１４に示した制御パラメータ調整装置１ｂでの制御パラメータ調整手順のフローチャートとの相違点を以下に示す。

図２１では、探索するパラメータが弾性係数ｋおよびクーロン摩擦移行変位ｇ_maxに変更されており、弾性係数ｋのパラメータ変更回数をｉ、クーロン摩擦移行変位ｇ_maxのパラメータ変更回数をｊとしている。ステップＳ３０１においては、ステップＳ２０１とは異なり、評価関数Ｈを象限突起量として定義して、それを入力している。探索するパラメータがｋおよびｇ_maxに変更されているので、ステップＳ３０２では、ステップＳ２０２とは異なりそれらのパラメータｋおよびｇ_maxの初期値に加えて、評価関数の許容値Ｈ０の値を設定している。ステップＳ３０３において、ステップＳ３とは異なり、機械装置５ａおよび５ｂを円弧軌跡で駆動している。ステップＳ３１０においては、ステップＳ２１０と異なり、評価関数の図を出力するのみならず、設定された評価関数の許容値Ｈ０以下となる運動軌跡を全て重ね描きして出力装置８９に表示している。また、図２１で探索するパラメータはｋおよびｇ_maxであるので、ステップＳ３０７で、ステップＳ７とは異なりｋを初期化している。また、ステップＳ３０６では、ステップＳ６とは異なりｋ＝ｋ＋Δｋとしている。ステップＳ３０９では、ステップＳ９とは異なりｇ_max＝ｇ_max＋Δｇ_maxとしている。

ステップＳ３０１においては、以下の数式（９）で示すように象限突起量の最大値と最小値の差を評価関数Ｈとして設定する。ただし、ｘは、機械装置５ａのフィードバック位置ａ１、ｙは、機械装置５ｂのフィードバック位置ａ２とする。

ステップＳ３０２において、探索するパラメータの初期値と評価関数の許容値Ｈ０を設定する。ここで探索するパラメータはｋおよびｇ_maxであるので、ｋおよびｇ_maxの初期値、ΔｋおよびΔｇ_maxを入力する。併せてｎ＝１０、ｉ＝０およびｊ＝０も入力する。さらに、評価関数の許容値Ｈ０を３μｍと設定する。

ステップＳ３１０においては、評価関数Ｈを計算して、評価関数の図を出力する。

図２２は、実施の形態３における２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフである。図２３は、実施の形態３における２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフである。入出力部８は、図２２または図２３に示したグラフを出力装置８９に出力する。

図２２または図２３より、評価関数Ｈが許容値Ｈ０以下となるパラメータの組合せが複数通り存在するが、摩擦のモデル化誤差の影響で完全な真円となる結果は存在しない。そのため、パラメータの組合せによって象限突起の形状が異なると考えられるが、評価関数Ｈを図示した３次元グラフのみを用いてもユーザが最適なパラメータを選択することが困難である。そこで、制御パラメータ調整装置１ｃは、ステップＳ３１０において、設定された評価関数の許容値Ｈ０以下となるパラメータの値の組合せに対応する運動軌跡を全て重ね描きして出力装置８９に図２４のように表示する。このとき、併せて、許容値Ｈ０以下となるパラメータの値の組合せも運動軌跡に対応させて出力装置８９に示してもよい。

図２４は、実施の形態３において出力装置８９に表示される運動軌跡の象限切り替え位置での拡大図である。図２４では、横軸がＸ軸位置を示し、縦軸がＹ軸位置を示している。“５μｍ／ｄｉｖ”は、縦軸の目盛りの間隔が５μｍであることを示している。図２４に示すように、パラメータの組合せによって同じ評価関数の許容値であっても、象限突起の形状が異なる。このとき加工する条件によって、補正されずに残る突起の形状に要求される仕様が異なる。具体的には、外径加工においては、象限突起の形状が基準となる円より内側に食い込むと加工面に傷が生じる可能性があり、好ましくない。一方で、内径加工の場合は基準となる円より外側に突起が出ると傷が生じる可能性がある。また、真円度を優先する加工では、評価関数値が最小となる条件が好まれる。

評価関数Ｈの入力の際に、要求する仕様に応じた関数を選択および決定することは、可能であるが、厳密に要求する軌跡形状に対応する評価関数Ｈを設計するのには時間がかかるという問題がある。

そこで、ステップＳ３１１において、制御パラメータ調整装置１ｃでは、出力装置８９に表示された運動軌跡から、ユーザが最も好ましい形状の運動軌跡に対応するパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値を選択して入力装置８８に入力し、好ましい波形を選択する。すなわち、入力装置８８は、許容値Ｈ０以下となる複数通りのパラメータの組合せの中からユーザが選択したパラメータの組合せを受け付ける。

ステップＳ３１２において、パラメータ探索部７は、ステップＳ３１１で選択された波形に対応するパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値の組合せを指令するパラメータ変更指令ｅ１およびｅ２を補正モデル部６ａおよび６ｂに出力する。パラメータ変更指令ｅ１は最終的には、図２０の変位依存摩擦モデル６２１に入力される。

以上説明したように、実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置１ｃを用いることにより、摩擦によって発生する象限突起のパラメータを探索することにより象限突起を最小化することができる。また、円弧の運動パターン毎に効果が支配的なパラメータを調整できるので、効率的かつ高精度に要求される運動軌跡形状を満たす制御パラメータを探索することができる。

実施の形態４．
実施の形態４における制御パラメータ調整装置の構成は、実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置１ｃの構成と同じである。

実施の形態４では、機械装置５ａおよび５ｂに発生する摩擦力が変位依存摩擦と速度依存摩擦との２種類であると仮定する。このとき、調整すべきパラメータは、弾性係数ｋ、クーロン摩擦移行変位量ｇ_maxおよび粘性係数ｃの３つである。

図２５は、本発明の実施の形態４における制御パラメータ調整手順を示すフローチャートである。図２５のフローチャートと図２１に示した実施の形態３における制御パラメータ調整手順のフローチャートとの相違点を以下に示す。

ステップＳ４０２では、ステップＳ３０２の内容に加えて、さらに粘性係数ｃの初期値とΔｃを設定し、粘性係数ｃのパラメータ変更回数ｐをｐ＝０と初期化している。図２５では図２１にステップＳ４１４が追加されて、ｇ_maxおよびｊを初期化している。図２５では図２１にステップＳ４１５が追加されて、粘性係数ｃのパラメータ変更回数ｐ＝ｎか否かを判断し、ｐがｎ未満であった場合（ステップＳ４１５：Ｎｏ）は、ステップＳ４１６においてｃとｐの値をｃ＝ｃ＋Δｃおよびｐ＝ｐ＋１と変更し、ステップＳ３０３に戻って測定を繰り返す。そして、ｐ＝ｎの場合（ステップＳ４１５：Ｙｅｓ）は、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０では、パラメータが３つなので、１つのパラメータを媒介変数とし、残りの２つのパラメータの値ごとに評価関数の３次元グラフを複数枚描画する点がステップＳ３１０とは異なる。さらに図２５では図２１にステップＳ４１７が追加されて、詳細探索の要否の入力をユーザが行う。図２５では図２１にステップＳ４１８が追加されて、詳細探索が必要か否かが判断されて、詳細探索が必要な場合（ステップＳ４１８：Ｙｅｓ）は、ステップＳ４０２に戻ってパラメータの詳細探索条件を新たに入力する。詳細探索が不要な場合（ステップＳ４１８：Ｎｏ）は、ステップＳ４１１に進む。

ステップＳ４１１では、パラメータｋおよびｇ_maxに加えてｃの値も選択して入力装置８８に入力し、好ましい波形を選択する。

ステップＳ４１２において、パラメータ探索部７は、ステップＳ４１１で選択された波形に対応するパラメータｋ、ｇ_maxおよびｃそれぞれの値の組合せを指令するパラメータ変更指令ｅ１およびｅ２を補正モデル部６ａおよび６ｂに出力する。パラメータ変更指令ｅ１は最終的には、図２０の変位依存摩擦モデル６２１および速度依存摩擦モデル６２２に入力される。

３つのパラメータを探索する場合、全ての設定条件でｎ回探索を行うと駆動回数はｎ³回の測定を行う必要があり、ｎに大きな値を設定すると時間がかかるという課題がある。例えば、ｎ＝１０の場合、１０００回の測定が必要となる。一方で、ｎに小さな値を設定すると目標の許容誤差に収まるパラメータに到達できない可能性がある。

実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置１ｃにおいては、ステップＳ４１０において一度探索を行った結果を出力装置８９に表示する。このとき調整するパラメータが３つ以上の場合、３次元グラフでは、表現できない。そこで、任意の１つのパラメータを媒介変数とし、残りの２つのパラメータの値ごとに評価関数の３次元グラフを複数枚描画し、出力装置８９に表示する。

図２６から図３１は、実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置１ｃにおいて１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフである。図２６から図３１は、それぞれｃが２，４，６，８，１０，１２［Ｎｍ・ｍｉｎ／ｍｍ］である場合に対応している。図３２から図３７は、実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置１ｃにおいて１つのパラメータｃを媒介変数として残りの２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフである。図３２から図３７は、それぞれｃが２，４，６，８，１０，１２［Ｎｍ・ｍｉｎ／ｍｍ］である場合に対応している。入出力部８は、図２６から図３１または図３２から図３７に示したグラフを出力装置８９に出力する。なお、このような複数の３次元グラフを用いた表示は、パラメータが４種類以上になったとしても、２つのパラメータと評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元グラフを残りのパラメータの異なる値の組合せに対応させて複数表示することで可能となる。

このときユーザは、出力装置８９に出力されたパラメータ探索結果が要求仕様を満たすかどうかを判断し、要求仕様を満たさない場合はステップＳ４１７において、詳細探索が必要であることを入力する。また、ステップＳ４１０で表示されたグラフに基づいて詳細に探索する領域を決定する。

これにより、ステップＳ４１８でＹｅｓとなって再度ステップＳ４０２に移行し、探索の初期値を変更して、詳細な探索を指示する。このような作業を繰り返すことで、要求を満たすパラメータに短時間で到達することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態４にかかる制御パラメータ調整装置１ｃを用いることにより、３つ以上のパラメータで構成されたモデルのパラメータ探索においても、評価関数の許容値Ｈ０を満たすパラメータに短時間かつ効果的に到達することができる。

実施の形態５．
実施の形態５におけるパラメータ調整装置の構成は、実施の形態３にかかる制御パラメータ調整装置１ｃの構成と同じである。

図３８は、本発明の実施の形態５における制御パラメータ調整手順を示すフローチャートである。図３８のフローチャートと図２１に示した実施の形態３における制御パラメータ調整手順のフローチャートとの相違点を以下に示す。

図２１のステップＳ３０３およびＳ４の部分が、図３８では、ステップＳ５１３、Ｓ５１４、Ｓ５２３およびＳ５２４に変更されている。異なる２つの円弧の運動条件でテーブル８４を駆動し、それぞれの応答誤差を測定する。

具体的には、ステップＳ５１３でテーブル８４を円弧条件１に対応する円弧軌跡１で駆動し、ステップＳ５１４でその時の応答誤差を測定する。さらに、ステップＳ５２３でテーブル８４を円弧条件２に対応する円弧軌跡２で駆動し、ステップＳ５２４でその時の応答誤差を測定する。

機械装置５ａおよび５ｂを異なる円弧半径、送り速度で駆動した場合、摩擦特性が変化し、象限突起の形状が変化する場合がある。このような場合においては、異なる円弧の運動条件において、応答誤差を測定し、パラメータを決定する必要がある。

図３８のステップＳ３１０においては、異なる２種類の円弧条件で測定した評価関数を別々のグラフに描画し、出力装置８９に表示する。ここで、上述した円弧条件１は、半径１０ｍｍで送り速度８００ｍｍ／ｍｉｎとし、円弧条件２は、半径２０ｍｍで送り速度３０００ｍｍ／ｍｉｎとする。

図３９は、実施の形態５における円弧条件１での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフである。図４０は、実施の形態５における円弧条件２での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元棒グラフである。図４１は、実施の形態５における円弧条件１での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフである。図４２は、実施の形態５における円弧条件２での２つのパラメータｋおよびｇ_maxそれぞれの値と評価関数Ｈの値との関係を表示した３次元メッシュグラフである。入出力部８は、図３９および図４０または図４１および図４２に示したグラフを出力装置８９に出力する。

さらに、制御パラメータ調整装置１ｃは、ステップＳ３１０において、設定された評価関数の許容値Ｈ０以下となるパラメータｋおよびｇ_maxに対応する運動軌跡を全て重ね描きして出力装置８９に図４３および図４４のように表示する。図４３は、実施の形態５において出力装置８９に表示される円弧条件１での運動軌跡の象限切り替え位置での拡大図である。図４４は、実施の形態５において出力装置８９に表示される円弧条件２での運動軌跡の象限切り替え位置での拡大図である。図４３および図４４では、横軸がＸ軸位置を示し、縦軸がＹ軸位置を示している。“５μｍ／ｄｉｖ”は、縦軸の目盛りの間隔が５μｍであることを示している。

ステップＳ３１１において、ユーザは、出力装置８９に表示された２種類の円弧条件で測定した評価関数Ｈのグラフから２つの運動軌跡で最も好ましいパラメータｋおよびｇ_maxの値の組合せを選択し、入力装置８８に入力する。

以上説明したように、実施の形態５にかかる制御パラメータ調整装置１ｃを用いることにより、異なる運動条件においてもっと適切なパラメータの組合せを決定することができる。

実施の形態６．
実施の形態６における制御パラメータ調整装置の構成は、実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂの構成と同じである。

図４５は、本発明の実施の形態６における制御パラメータ調整装置を用いた制御パラメータ調整手順を示すフローチャートである。図４５のフローチャートの図１４のフローチャートとの相違点を以下に述べる。

図４５のステップＳ６０２においては、図１４のステップＳ２０２の内容に加えて、評価関数Ｈの許容値Ｈ０をユーザが入力して設定している。図４５では、ステップＳ４とＳ５との間にステップＳ６１３が挿入され、さらにステップＳ６１４が追加されている。図４５では、図１４のステップＳ２１０、Ｓ２１１およびＳ２１２が図７と同じステップＳ１０に置き換わっている。

パラメータの最適化においては、補正モデルのパラメータが評価関数を最小にする条件でなくても、ある許容値以下に収まれば問題がない場合が多い。そのような場合には、すべてのパラメータの組み合わせでの測定を実行しなくてもかまわない。

そこで、実施の形態６においては、ステップＳ６１３において、１回の運動条件での測定が終了するごとに評価関数Ｈを計算して、Ｈ≦Ｈ０であるか否かを判定する。評価関数Ｈの値が、ステップＳ６０２で入力された許容値Ｈ０以下となる場合（ステップＳ６１３：Ｙｅｓ）は、パラメータの探索を中止する（ステップＳ６１４）。そのときのωおよびζの値をメモリ４２または記憶装置４３に記憶して、パラメータ探索部７は、このパラメータの値の組合せを補正モデル部６に設定して、モデルを修正する。

評価関数Ｈの値が、許容値Ｈ０より大きい場合（ステップＳ６１３：Ｎｏ）は、ステップＳ５に進み、実施の形態１と同様にパラメータを変更し、測定を繰り返し、Ｈ≦Ｈ０となることがなければ、最終的にステップＳ８でＹｅｓとなって図７のステップＳ１０の処理が行われる。

以上説明したように、実施の形態６にかかる制御パラメータ調整装置１ｂを用いることにより、より短時間で許容値Ｈ０以下のパラメータの組み合わせを見つけることができる。

実施の形態７．
図４６は、本発明の実施の形態７にかかる制御パラメータ調整装置１ｄの構成を示すブロック図である。実施の形態７にかかる制御パラメータ調整装置１ｄの構成と、実施の形態２にかかる制御パラメータ調整装置１ｂの構成との相違点は、センサ１０の有無である。

工作機械においては、加工物の精度を高めるためには、工具先端と工作物先端の相対変位をフィードバックする必要がある。しかしながら、一般的に、テーブル位置検出器８５を用いたとしても、テーブル８４の位置までしか測定することができない。そのため、テーブル８４と工具との間に主軸などの機械構造が存在する場合は、テーブル位置と工具先端位置で応答が異なる。そのため、テーブル位置で補正モデル部６のパラメータを調整したとしても工具先端位置では、補正パラメータが最適化できない場合がある。

実施の形態７では、工具先端付近に取り付けたセンサ１０で測定したセンサ信号ｒをパラメータ探索部７に入力する。センサ信号ｒは工具と工作物との間の相対変位を表す。パラメータ探索部７は、センサ信号ｒにも基づいて補正モデル部６のモデルを修正する。

センサ１０の具体例は、加速度を測定する加速度センサまたは工具と工作物間の相対変位を測定する２次元エンコーダである。

パラメータ探索部７では、センサ信号ｒを評価関数に用いることができるので、フィードバック位置ａを用いる場合に比べて、より精密に工具先端の特性を評価できる。実施の形態７での評価関数は、センサ１０にグリッドエンコーダを用いる場合は、以下の数式（１０）に示すようなセンサ信号ｒと位置指令ｂとの差を用いることが考えられる。

以上説明したように、実施の形態７にかかる制御パラメータ調整装置１ｄを用いることにより、センサ信号ｒを応答誤差の評価関数Ｈに使用することで機械端の評価にも使用できるようになる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

以上の実施の形態においては、具体例として、制御パラメータ調整装置として回転モータを用いたサーボ制御装置を用いて説明した。ただし、回転モータ以外のアクチュエータで駆動されるサーボ制御装置であっても同じ制御方式を用いて制御可能であり、サーボ制御装置の機械的な構成によって上記実施の形態の制御方式が限定されるものではない。

１ａ，１ｂ，１ｃ 制御パラメータ調整装置、２，２ａ，２ｂ モータ、３，３ａ，３ｂ サーボ制御部、４ 指令値生成部、５，５ａ，５ｂ 機械装置、６，６ａ，６ｂ 補正モデル部、７ パラメータ探索部、８ 入出力部、９，９ａ，９ｂ 加減算器、１０ センサ、３０，３２ 加減算部、３１ 位置制御部、３３，６１５，６１６ 微分演算部、３４ 速度制御部、４１ 演算装置、４２ メモリ、４３ 記憶装置、４４ 通信装置、６１ サーボ制御部モデル、６２ 摩擦モデル、６１１ 位置制御部モデル、６１２ 速度制御部モデル、６１３ 機械モデル、６１４ 変位演算部、６２１ 変位依存摩擦モデル、６２２ 速度依存摩擦モデル、６２３ 加算器、８１ モータ位置検出器、８２ ボールねじ、８３ ナット、８４ テーブル、８５ テーブル位置検出器。

Claims (10)

1. 位置指令を指令する指令値生成部と、
   前記位置指令と被駆動体の応答位置との差である応答誤差に基づいて、前記応答位置を前記位置指令に追従させる駆動指令を演算するサーボ制御部と、
   ２種類以上のパラメータで表現されるモデルを用いて、前記駆動指令を補正する補正指令を生成する補正モデル部と、を備え、
   前記補正指令により補正された前記駆動指令を出力する制御パラメータ調整装置において、
   前記パラメータの値の複数の組合せの中で前記応答誤差が最も小さくなる前記パラメータの値の組合せで前記モデルを修正する
   ことを特徴とする制御パラメータ調整装置。
2. 位置指令を指令する指令値生成部と、
   前記位置指令と被駆動体の応答位置との差である応答誤差に基づいて、前記応答位置を前記位置指令に追従させる駆動指令を演算するサーボ制御部と、
   ２種類以上のパラメータで表現されるモデルを用いて、前記駆動指令を補正する補正指令を生成する補正モデル部と、を備え、
   前記補正指令により補正された前記駆動指令を出力する制御パラメータ調整装置において、
   前記パラメータの値の複数の組合せの中で前記応答誤差が許容値以下となる前記パラメータの値の組合せで前記モデルを修正する
   ことを特徴とする制御パラメータ調整装置。
3. 前記応答誤差が許容値以下となる複数通りのパラメータの値の組合せが探索された場合、前記複数通りのパラメータの値の組合せに対応する運動軌跡を表示する出力装置と、
   前記複数通りのパラメータの値の組合せの中からユーザが選択したパラメータの値の組合せを受け付ける入力装置と、
   を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御パラメータ調整装置。
4. 前記応答誤差が許容値以下となった時点でパラメータの探索を中止する
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御パラメータ調整装置。
5. ２種類以上の前記パラメータは、前記応答誤差に与える影響を前記パラメータの線形な数式で表現することができない非独立なパラメータである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御パラメータ調整装置。
6. 前記補正モデル部は、円弧運動時に発生する象限突起を表現するモデルである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御パラメータ調整装置。
7. 前記補正モデル部は、機械振動を近似した伝達関数モデルである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御パラメータ調整装置。
8. 前記パラメータの数が２種類の場合に、前記パラメータの探索した値の複数の組合せと、当該組合せに対応する前記応答誤差との関係を３次元のグラフで表示する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御パラメータ調整装置。
9. 前記パラメータの数が３種類以上の場合に、２種類の前記パラメータの探索した値の複数の組合せと、当該組合せに対応する前記応答誤差との関係を３次元のグラフにして、前記２種類以外のパラメータの異なる値に対応して前記３次元のグラフを複数個表示する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御パラメータ調整装置。
10. 前記被駆動体に取り付けたセンサの信号にも基づいて、前記モデルを修正する
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御パラメータ調整装置。

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