JP6409886B2 - サーボモータを調整するための制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータを調整するための制御装置および対応するサーボモータの調整方法に関するものである。

負荷を移動させるために使用するサーボモータは、コントローラにより制御され、駆動電流または駆動信号を使用して、機械負荷を駆動するサーボモータを制御する。コントローラおよびサーボモータは、閉ループ系（closed loop system）として実施される。コントローラは、モータを指示する制御信号を生成して、機械負荷を移動させる。適用された制御信号は、運動応用の種類（モータが所望の速さで所望の位置に移動するか、モータの速度が変動するか、あるいは適用されたトルク（torque）が変動するか）に依拠する。モータからコントローラへのフィードバック信号は、モータおよび／または負荷の現在の実際の状態（例えば、位置、速さ等）を示す。フィードバック信号は、モータに取り付けられたエンコーダまたはレゾルバ（resolver）で負荷位置を測定することによって、または推定することによって発せられる。その後、コントローラは、負荷の実際の位置（フィードバック信号）と指示された目標位置（制御信号）を比較し、必要に応じて新しく計算された制御信号を調整して、両方の信号（実際の位置と目標位置）間の差を最小化する。これは、目標位置に達するまで継続される。

そのため、移動開始時に、モータ／負荷が加速／減速して、すなわち速度を変えて、目標位置に到達する。その後、モータ／負荷は、目標位置に達した後にモータ／負荷の休止状態に達するために、モータに必要な期間として定義されるいわゆる整定時間（stabilization time）を必要とする。

さらに、コントローラにおいて、ゲインは、正確さ（すなわち、モータの実際の速度または位置が所望の速度または位置にどのくらい近いか）に影響を与える。高いゲインは、正確な移動を可能にする。モータが過大なオーバーシュートなしで作動し、且つ十分な期間内で安定するように、サーボモータの比例速度ゲインの調整を含むサーボモータの調整を行う。

コントローラは、例えば、ＰＩＤフィルタを実施して、モータに適用された制御信号を計算することができる。サーボモータを調整する時、ＰＩＤフィルタのパラメータが調整される。これらのパラメータは、比例速度ゲイン、比例位置ゲイン、速度制御ゲイン、トルク命令フィルタ、および位置命令フィルタを含むことができる。比例速度ゲインは、主要パラメータとして理解される。サーボモータの応答性（硬い、または柔らかい）は、比例速度ゲインによって決定される。

本発明の１つの目的は、サーボモータの応答性を上げる一方で、整定時間をできるだけ下げて、過大なオーバーシュートを回避することのできるサーボモータの調整方法および方法を提供することである。

したがって、サーボモータを調整するための制御装置を提案する。制御装置は、サーボモータの現在の比例速度ゲインを決定し、サーボモータの現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算するよう構成された計算ユニットと、計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択し、選択したゲイン決定プロセスを使用して、現在の比例速度ゲインから開始して、次の比例速度ゲインを決定するよう構成された決定ユニットと、そのうち、計算ユニットは、さらに、決定された次の比例速度ゲインに基づいてサーボモータのパラメータを更新するよう構成され、更新されたパラメータに基づいて、制御信号を生成し、負荷を駆動するようサーボモータを制御するよう構成された制御ユニットを含む。

上述したように、ゲインは、サーボモータの正確さに影響を与える。そのため、ゲイン、特に、サーボモータの比例速度ゲインは、モータが所望の速度または位置にどのくらい近くなるかに影響を与える。高いゲインは、正確な移動を可能にする。サーボモータのさらなるパラメータは、比例速度ゲインに依拠するため、それに基づいて決定される。

そのため、モータのオーバーシュートを回避するために、制御装置によって提供された閉ループ系に比例速度ゲインを適合させる。制御装置は、例えば、ＰＩＤフィルタを実施して、モータに適用された制御信号を計算する。比例速度ゲインＫvpがこの閉ループ系により更新された場合、Ｋvpに依拠するパラメータも更新される。

整定時間は短縮されるべきであるため、例えば、ユーザー入力により目標整定時間を制御装置に入力することができる。目標整定時間は、目標位置に達した後にモータ／負荷が休止状態に入るよう、モータに必要な期間としてふさわしい時間を定義することができる。目標位置は、ユーザー入力またはサーボモータの制御に基づいてモータ／負荷が到達すべき位置である。

ここで述べた制御装置により、比例速度ゲイン、より正確には、次の比例速度ゲインを整定時間比率に基づいて計算する。整定時間比率は、現在の整定時間が目標整定時間からどのくらい離れているかを定義する。それにより、ゲイン決定プロセスを選択する。ゲイン決定プロセスに基づいて、次の比例速度ゲインＫn+1を計算する。

その後、Ｋvpに依拠するパラメータをＫn+1に基づいて更新する。更新されたパラメータは、次の比例速度ゲインを含み、制御信号に含まれる。そして、制御ユニットは、制御信号をモータに送信し、更新されたパラメータに基づいて移動を継続する。

言及すべきこととして、以下において、用語モータおよびサーボモータを同義的に使用する。さらに、負荷の移動はモータの移動を含み、逆もまた同様である。

１つの実施形態において、計算ユニットは、最初に、ユーザー入力に基づいて、現在の比例速度ゲインを固定された初期比例速度ゲインとして決定するのに適している。

開始時において、制御装置は、現在の比例速度ゲインに関する情報を何も持っていない。比例速度ゲインの初期値、すなわち、調整開始値は、固定された低い値に設定される。第１ループの後、すなわち、整定時間比率を初めて計算した後、比例速度ゲインを現在の真値（true value）に更新する。

さらなる実施形態において、制御装置は、ユーザー入力を受信するためのグラフィカルユーザーインターフェースを含む。グラフィカルユーザーインターフェースは、全体の調整メカニズムを開始する、および／または、目標整定時間等のさらなるパラメータを入力する可能性を提供することもできる。

さらなる実施形態において、計算ユニットは、最初に、サーボモータのイナーシャ推定（inertia estimation）に基づいて、現在の比例速度ゲインを受信するのに適している。

イナーシャ推定および現在の比例速度ゲインの計算は、サーボモータの駆動制御内で行い、制御装置に提供することができる。

ユーザーは、計算ユニットがグラフィックユーザーインターフェースを介してユーザー入力から初期比例速度ゲインを受信するかどうか、あるいは計算ユニットがサーボモータのイナーシャ推定に基づいて初期比例速度ゲインを受信するかどうかを選択することができる。２つの実施形態は、結合してもよい。

さらなる実施形態において、制御装置は、さらに、振動がサーボモータおよび／または負荷に影響を与えるかどうかを検出し、サーボモータに信号を送信して、検出した振動を消去するよう構成された検出ユニットを含む。

モータおよび／または負荷の振動または他の異常行為は、モータおよび／または負荷の移動中に発生することもある。このような振動または共振は、移動中のある点において発生し、決定ユニットにより次の比例速度ゲインを計算している間に存在してもよい。振動を検出するために、検出ユニットは、サーボモータを監視することができる。

さらなる実施形態において、検出ユニットは、モータ速度命令とモータ速度フィードバックの間のモータ速度の偏差が許容できる基準よりも大きい場合に振動を検出するよう構成される。

検出装置は、モータ速度命令およびモータ速度フィードバックに基づいて、振動があるかどうかを判断することができる。これらの値の差が好ましい基準よりも大きい場合、これは、振動を示す。

また、検出ユニットは、モータ速度命令とモータ速度フィードバックの間の速度偏差から計算したトルク命令値に基づいて、振動があるかどうかを決定することも可能である。トルク命令値を使用する時、許容できる基準は、モータの定格トルクの％で示される。例えば、許容できる基準は、モータの定格トルクの３％である。

さらなる実施形態において、検出ユニットは、モータ速度の偏差に対するゼロクロス（zero-cross）の発生数が許容範囲内である場合に振動を検出するよう構成される。

本実施形態において、モータ速度の偏差のゼロクロスを監視することによって、振動を検出することができる。

また、検出ユニットは、モータ速度命令とモータ速度フィードバックの間の速度偏差から計算したトルク命令値のゼロクロスの発生数により振動を検出することも可能である。

さらなる実施形態において、検出ユニットは、現在の比例速度ゲインと次の比例速度ゲインを比較するよう構成される。

振動が検出された場合、検出ユニットは、現在の比例速度ゲインと次の比例速度ゲインを比較することによって、フィルタを適用してこれらの振動を消去できるかどうかを確認することができる。現在の比例速度ゲインは、モータから直接得られる。現在の比例速度ゲインが新たに計算された次の比例速度ゲインよりも大きい場合、検出ユニットは、振動があることを確認し、モータに信号を送信して、これらの振動を消去することができる。例えば、フィルタを適用してモータ内で消去を直接行い、制御信号の共振を除去してもよい。

さらなる実施形態において、現在の比例速度ゲインが次の比例速度ゲインよりも大きい場合、検出ユニットは、振動を検出した場合に、制御ユニットに信号を送信し、前のパラメータに基づいて制御信号を生成するよう構成される。

振動が消去されない限り、検出ユニットは、前のパラメータ、すなわち更新されていないパラメータを使用して、制御信号の生成を行うよう、あるいはユーザー入力により操作が失敗したことを示すn回目の試行動作が現れた後に、調整プロセスを中止するよう制御ユニットに指示することができる。

さらなる実施形態において、検出ユニットは、決定ユニットに信号を送信して、検出された振動が消去された後に、次の比例速度ゲインを決定するよう構成される。

振動を消去した後、検出ユニットは、決定ユニットに信号を送信して、次の比例速度ゲインの決定を継続し、さらなるパラメータの更新を行うことができる。

さらなる実施形態において、計算ユニットは、整定時間比率を現在の整定時間と目標整定時間の間の商（quotient）として計算するよう構成される。

さらなる実施形態において、計算ユニット、決定ユニット、および制御ユニットは、現在の整定時間が目標整定時間に等しくなるまで、それらの機能を繰り返すよう構成される。

整定時間比率が１に等しい、または１よりも少ない場合は、目標整定時間に達しており、モータ／負荷の移動に対し許容できる基準に達している。この時、サーボモータの調整が終了する。

さらなる実施形態において、決定ユニットは、整定時間比率が所定の基準値以上である場合に、選択したゲイン決定プロセスとしてスキップステップ（skip step）ゲイン決定プロセスを適用するよう構成される。

現在の整定時間が目標整定時間から離れている時、決定ユニットは、スキップステップゲイン決定プロセスを適用する。スキップステップゲイン決定プロセスは、比例速度ゲインの大きな増加をもたらす。

所定の基準値は、例えば、α2xであってもよい。αは、使用したサーボモータおよび使用したサーボモータの特性に基づいて設定することのできる既定義の係数であってもよい。ｘは、スキップステップゲイン決定プロセスの「調整」要因とみなすことができる。大量の整定時間比率を決定することにより過度のゲイン操作が行われ、大きな比例速度ゲイン変化が生じるのを防ぐため、ｘは、例えば、２または約２に設定することができる。

さらなる実施形態において、スキップステップゲイン決定プロセスは、次の比例速度ゲインが整定時間比率および所定のパラメータに依拠する関数（function）として計算されていることを定義する。

具体的に説明すると、次の比例速度ゲインは、現在の比例速度ゲインと、整定時間比率のルート（root）と、所定のパラメータの積として計算される。整定時間比率のルートは、整定時間比率の２ｘ乗根であってもよいが、サーボモータの特性に基づいて定義することのできる整定時間比率の任意の他のルートであってもよい。所定のパラメータは、所定の係数αに依拠し、例えば、αの最大値であってもよい。

さらなる実施形態において、決定ユニットは、整定時間比率が所定の基準値以下である場合に、選択されたゲイン決定プロセスとしてワンステップゲイン決定プロセスを適用するよう構成される。

整定時間が目標整定時間に近い時、決定ユニットは、スキップステップゲイン決定プロセスを適用した時よりも比例速度ゲインの増加が小さいワンステップゲイン決定プロセスを適用する。

所定の基準値は、スキップステップゲイン決定プロセスと同じ値であり、例えば、α2xであってもよい。

さらなる実施形態において、ワンステップゲイン決定プロセスは、次の比例速度ゲインが整定時間比率によらず関数（function）として計算されていることを定義する。

具体的に説明すると、次の比例速度ゲインは、現在の比例速度ゲインと所定のパラメータの積として計算される。所定のパラメータは、例えば、既定義の係数αであってもよい。αの最大値は、例えば、２であり、αが比較的小さい値に設定された場合、比例速度ゲインを微調整することができるが、必要な変化の数は増加する。そのため、αは、サーボモータ、使用目的、または他の理由に依拠するユーザー入力に基づいて設定される。

さらなる実施形態において、決定ユニットは、ワンステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインとスキップステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインを比較するよう構成される。

さらなる実施形態において、ワンステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインがスキップステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインよりも大きい場合、決定ユニットは、ワンステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインを使用するよう構成される。

選択したゲイン決定プロセスに基づいて次の比例速度ゲインを決定する他に、決定ユニットは、安全機能を提供する。決定ユニットは、ワンステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインとスキップステップゲイン決定プロセスの次の比例速度ゲインを計算して、２つの結果を比較する。決定ユニットがスキップステップゲイン決定プロセスを選択したが、ワンステップゲイン決定プロセスに基づく次の比例速度ゲインがスキップステップゲイン決定プロセスに基づく次の比例速度ゲインよりも大きい場合、決定ユニットは、次の比例速度ゲインの第１結果を無視し、ワンステップゲイン決定プロセスに基づいて、次の比例速度ゲインを使用するよう構成される。このようにして、ワンステップゲイン決定プロセスがより適切であるのにスキップステップゲイン決定プロセスを使用してしまうのを回避することができる。

さらなる実施形態において、パラメータは、比例位置ゲイン、速度制御ゲイン、トルク命令フィルタ、および位置命令フィルタのうちの少なくとも１つである。

サーボモータの制御および機能に必要なこれらおよび他のパラメータは、比例速度ゲインに依拠する。そのため、比例速度ゲインを更新する時、それに応じてこれらのパラメータを更新し、モータのさらなる移動に使用することができる。

さらなる態様によると、本発明は、サーボモータの調整方法に関する。この方法は、サーボモータの現在の比例速度ゲインを決定するステップと、サーボモータの現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算するステップと、計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択するステップと、選択されたゲイン決定プロセスを使用して、現在の比例速度ゲインから開始して、次の比例速度ゲインを決定するステップと、決定した次の比例速度ゲインに基づいて、サーボモータのパラメータを更新するステップと、更新したパラメータに基づいて、制御信号を生成し、負荷を駆動するようサーボモータを制御するステップを含む。

本発明の装置を参照して説明した実施形態および特徴は、本発明の方法を準用する。

さらなる態様によると、本発明は、少なくとも１つのコンピュータで動作する時に上述したサーボモータの調整方法を実行するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品に関する。

コンピュータプログラム手段等のコンピュータプログラム製品は、メモリーカード、ＵＳＢスティック、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、またはネットワーク内でサーバーからダウンロードされたファイルとして具現化される。例えば、このようなファイルは、コンピュータプログラム製品を含むファイルを無線通信ネットワークから送信することによって提供される。

以上のように、本発明の実施形態は、サーボモータの応答性を上げ、整定時間を下げる一方で、サーボモータのオーバーシュートおよび共振を消去することができる。

本発明のさらに可能な実施または代替案は、実施形態に関して上記または下記で述べた特徴の（ここでは明白に言及していない）組み合わせも含む。本分野の技術者は、個別のまたは孤立した態様および特徴を本発明の最も基本的な形態に追加してもよい。

本発明のさらなる実施形態、特徴、および利点は、添付の図面を用いた以下の説明および従属項から明らかになるであろう。

サーボモータ、およびサーボモータを調整および制御するための制御装置を含むサーボモータシステムを示したものである。 図１のサーボモータシステムの比例速度ゲインと整定時間の間の関係を示したものである。 制御装置の構成の例を示したものである。 サーボモータの調整方法の第１の例を示したものである。 サーボモータの調整方法の第２の例を示したものである。

図面において、類似する参照番号は、特に指示のない限り、類似する、また機能的に等しい素子を示す。

図１は、サーボモータ２０、およびサーボモータ２０を調整および制御するための制御装置１０を含むサーボモータシステム１００を示したものである。

制御装置１０は、グラフィカルユーザーインターフェースを介して入力することのできるユーザー入力１を受信することができる。ユーザー入力１は、負荷（図示せず）を移動させることのできるサーボモータ２０の移動に関する情報を含むことができる。サーボモータ２０を調整および制御するために、制御装置１０は、サーボモータ２０に制御信号２を送信する。一方、サーボモータ２０は、フィードバック信号３を制御装置１０に送信する。制御装置１０は、フィードバック信号３を使用して、サーボモータ２０のさらなる制御を行い、サーボモータ２０の調整も行う。

制御装置１０は、計算ユニット１１と、決定ユニット１２と、制御ユニット１３と、検出ユニット１４とを含む。以下、これらのユニットの特徴および機能について簡単に説明し、図３および図４を参照しながらさらに詳しく説明する。

計算ユニット１１は、例えば、フィードバック信号３に基づいて、サーボモータ２０の現在の比例速度ゲインＫvpを決定し、サーボモータ２０の現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算する。

その後、決定ユニット１２は、計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択する。その後、選択したゲイン決定プロセスを使用して、次の比例速度ゲインＫv+1を決定する。ゲイン決定プロセスは、スキップステップゲイン決定プロセスまたはワンステップゲイン決定プロセスのいずれであってもよい。

ワンステップゲイン決定プロセスにおいて、現在の比例速度ゲインと所定のパラメータαを掛けて、サーボモータ２０の応答性を向上させる。αは、ユーザー入力に基づいて設定することができる。αの値がより小さな値に変化した時、ゲインを微調整することができるが、必要な調整の数が増加する。

スキップステップゲイン決定プロセスにおいて、次の比例速度ゲインＫv+1は、現在の整定時間（測定可能な）および目標整定時間からの計算に基づく。比例速度ゲインの増加は、一般的に、ワンステップゲイン決定プロセスと比較して、スキップステップゲイン決定プロセスを使用している時の方が高い。

決定ユニット１２が次の比例速度ゲインを決定した後、計算ユニット１１は、サーボモータのさらなるパラメータ、例えば、比例位置ゲイン、速度制御ゲイン、トルク命令フィルタ、および位置命令フィルタを更新する。これらのパラメータは、比例速度ゲインに依拠するため、それに基づいて更新することができる。

その後、制御ユニット１３は、更新したパラメータを含む制御信号２を生成する。

計算ユニット１１、決定ユニット１２、および制御ユニット１３は、目標整定時間に達するまで、それらの各機能を継続する、すなわち、閉ループ制御を実施する。

閉ループ制御の間、検出ユニット１４は、次の比例速度ゲインの決定に影響を与える可能性のある振動を検出するために、サーボモータ２０を監視する。そのような振動を検出した場合、検出ユニット１４は、決定ユニット１２を中断し、振動を消去するようサーボモータ２０に通知することができる。それ以上振動を検出しない場合、検出ユニット１４は、決定ユニット１２に信号を送信して、次の比例速度ゲインの決定を継続する。

整定時間（垂直軸）と比例速度ゲイン（Ｇ、水平軸）の間の関係は、図２に示した通りである。

高い整定時間は、低い比例速度ゲインに関連する。一方、低い整定時間は、高い比例速度ゲインに関連する。

調整プロセス開始時において、測定した整定時間Ｓnは高い。現在の比例速度ゲインＫnは低い。これから始まり、ワンステップゲイン決定プロセスで次の比例速度ゲインＫn+1を計算した時（参照符号５）、比例速度ゲインの増加は、スキップステップゲイン決定プロセスで次の比例速度ゲインを計算した時（参照符号６）よりも低くなる。そのため、調整プロセス開始時において、上述したように、スキップステッププロセスにより比例速度ゲインを増加させるのが適切である。測定した整定時間Ｓnが目標整定時間Ｓtargetに近くなった場合、ワンステップゲイン決定プロセスで次の比例速度ゲインを決定する。そのため、開始時に、比例速度ゲインの大きな増加が生じ、その後、調整プロセスの終わりに向かって、増加は比較的小さくなり、目標整定時間Ｓtargetに対応する推定した最適比例速度ゲインＫtargetに正確に達する。

図３は、制御装置１０の論理的構造を示したものである。制御装置１０は、３つの論理区画、構造区画３０、駆動パラメータ区画４０、および駆動機能区画５０を含む。３つの区画は、いずれも図１のユニットによって実施される。

構造区画３０において、ユーザー入力１を行い、調整基準３１を抽出する。これらの調整基準３１は、例えば、目標整定時間を定義することができる。調整基準３１および負荷またはサーボモータ２０の更新されたパラメータ３３に基づいて、比例速度ゲインに依拠する更新されたパラメータ３２を生成する。

駆動パラメータ区画４０（サーボモータ２０を駆動するために使用するパラメータを指す）において、負荷特徴推定結果４１（すなわち、サーボモータ２０によって移動した負荷に関する情報）を構造区画３０に転送し、負荷またはサーボモータ２０の更新されたパラメータ３３を生成する。駆動パラメータ区画は、負荷またはサーボモータ２０の更新されたパラメータ３３を受信して、負荷特徴パラメータ４２を駆動機能区画５０に転送することもできる。

さらに、駆動パラメータ区画４０は、駆動機能区画５０から調整測定値５２を受信して、情報４３（例えば、整定時間またはオーバーシュート情報等）を構造区画３０に転送し、比例速度ゲインに依拠する更新されたパラメータ３２を生成する。駆動パラメータ区画４０により、更新されたパラメータ３２を受信して、現在ゲインパラメータ４４を駆動機能区画５０に転送する。

駆動機能区画５０は、サーボモータ２０と直接通信し、モータ速度４、および比例速度ゲインおよび整定時間の情報を含むフィードバック信号３を受信する。モータ制御機能５１は、現在ゲインパラメータ４４および負荷特徴パラメータ４２を受信し、制御信号２を生成して、サーボモータ２０を制御する。

また、モータ制御機能５１（制御装置１０に統合された物理モータ制御ユニットであってもよい）は、調整パラメータ５２の測定値を初期化するための命令値および負荷特徴５３を推定するための命令値を生成する。この情報は、駆動パラメータ区画４０に送信される。

図１を参照して説明した制御装置１０は、特に、論理的駆動機能区画５０の機能を実施する。

以下、図４および図５を参照しながら、制御装置１０の機能および特徴についてさらに詳しく説明する。

図４は、サーボモータ２０の調整方法の第１の例を示したものである。

開始時において、ユーザー入力１を受信する。ユーザー入力１は、サーボモータ２０の移動についての情報を含むことができ、目標整定時間等の調整情報も含むことができる。

ステップＳ１において、サーボモータ２０のイナーシャを推定することができる。このステップは、選択的であり、省略してもよい。

ステップＳ２において、測定を行い、次の比例速度ゲインを決定する。そのため、ステップＳ２において、計算ユニット１１は、サーボモータ２０の現在の比例速度ゲインＫvpを決定して、現在の整定時間を決定するとともに、現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算する。

さらに、ステップＳ２において、決定ユニット１２は、上記の計算した整定時間比率に基づいて、ワンステップゲイン決定プロセスまたはスキップステップゲイン決定プロセスのいずれかを選択する。そして、選択したゲイン決定プロセスを使用して、次の比例速度ゲインＫn+1を決定する。

その間、ステップＳ３およびＳ４において、共振および減衰（damoing）を検出し、存在する時にこれらを除去または消去する。Ｓ３およびＳ４は、ステップＳ２の後に示されているが、これらのステップは、上述したように同時に実行される。

ステップＳ５において、目標整定時間が満了したかどうかを確認する。失敗（failure）がある場合、ステップＳ７において、失敗信号を出力する。これは、例えば、測定失敗による場合であってもよい。この場合、方法は、ステップＳ１を再度開始することができる。

目標整定時間に達していない場合、ステップＳ６において、比例速度ゲインおよび従属パラメータを更新し、方法は、ステップＳ２の次の測定を進める。

目標整定時間に達した場合、方法は、ステップＳ８において成功で終了する。

図５は、サーボモータ２０の調整方法の第２の例を示したものである。

ステップＳ２１において、方法を開始する。ステップＳ２２において、振動が検出されたかどうかを決定する。このステップは、図４のステップＳ２〜Ｓ６と同時に行ってもよい。

振動がある場合、ステップＳ２３において、検出ユニット１４は、現在の比例速度ゲインと新たに決定した次の比例速度ゲインを比較することにより、フィルタを使用してこれらの信号を消去できるかどうかを確認する。

現在の比例速度ゲインが新たに決定した次の比例速度ゲインよりも大きい場合、ステップＳ２４において、振動を消去せず、パラメータを復元（restore）する、すなわち、前のパラメータを使用する。そして、ステップＳ２５において、方法を中止して、測定を再度開始することができる。

現在の比例速度ゲインが新たに決定した次の比例速度ゲインよりも小さい場合、振動が確認される。その後、ステップＳ２６において、サーボモータのノッチ（notch）を採用しているかどうかを確認する。

ノッチを採用していない場合、ステップＳ２４およびＳ２５を実行する。

ノッチを採用している場合、検出ユニット１４は、ステップＳ２７において、スキップステップゲイン決定プロセスをディセーブル（disable）にする。これは、ワンステップゲイン決定プロセスのみを使用できることを意味する。

そして、ステップＳ３６において、方法を終了し、再度開始する。

ステップＳ２２において振動が検出されなかった場合、検出ユニット１４は、ステップＳ２８において、減衰設定が呼び出されたかどうかを確認する。減衰設定が呼び出された場合、サーボモータ２０は、減衰を減らすよう指示される。減衰設定が呼び出された場合、減衰設定は、ステップＳ２９において実行される。その後、方法は、再度開始することができる。

減衰設定が呼び出されていない場合、計算ユニット１１は、ステップＳ３０において、整定時間を含むサーボモータ２０の現在のパラメータを記録、すなわち、受信または測定する。

ステップＳ３１において、現在の整定時間が目標整定時間よりも少ないか、またはそれに等しいかを確認する。

満了している場合、方法は、ステップＳ３２において成功で終了する。

満了していない場合、ステップＳ３３において、スキップステップゲイン決定プロセスがイネーブルであるかどうかを確認する。

スキップステップゲイン決定プロセスが、例えば、ステップＳ２７において、ディセーブルである場合、ステップＳ３５において、上述したワンステップゲイン決定プロセスを使用して、次の比例速度ゲインを決定する。

スキップステップゲイン決定プロセスがイネーブルである場合、ステップＳ３４において、上述したスキップステップゲイン決定プロセスを使用して、次の比例速度ゲインを決定する。

ステップＳ３４およびＳ３５において次の比例速度ゲインを決定した後、パラメータを更新して、制御信号を生成するとともに、方法を再度開始する（Ｓ３６）。

以上のように、上述した制御装置１０は、整定時間比率に依拠する比例速度ゲインを決定する可能性を提供するため、整定時間比率に基づいてサーボモータを制御することができる。そのため、整定時間をできるだけ減らすことができ、同時に、サーボモータ２０のオーバーシュートおよび共振を消去する、または少なくとも減らすことができる。

以上のごとく、この発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、全ての実施形態において変更が可能であることは当業者にとって明らかである。

整定時間を減らすことができ、同時に、サーボモータのオーバーシュートおよび共振を消去することのできるサーボモータの調整方法および方法に関する。

１ ユーザー入力
２ 制御信号
３ フィードバック信号
４ モータ速度
５ ワンステップによるゲイン上昇
６ スキップステップによるゲイン上昇
１０ 制御装置
１１ 計算ユニット
１２ 決定ユニット
１３ 制御ユニット
１４ 検出ユニット
２０ サーボモータ
３０ 構造区画
３１ 調整基準
３２ 比例速度ゲインに依拠する更新されたパラメータ
３３ 負荷またはサーボモータの更新されたパラメータ
４０ 駆動パラメータ区画
４１ 負荷特徴推定結果
４２ 負荷特徴パラメータ
４３ 情報
４４ 現在ゲインパラメータ
５０ 駆動機能区画
５１ モータ制御機能
５２ 調整パラメータ
５３ 負荷特徴
１００ サーボモータシステム
Ｋn 現在の比例速度ゲイン
Ｋn+1 次の比例速度ゲイン（スキップステップ）
Ｋnxα 次の比例速度ゲイン（ワンステップ）
Ｋtarget 推定した最適比例速度ゲイン
Ｓn 測定した整定時間
Ｓtarget 目標整定時間
Ｓ１〜Ｓ８ 方法ステップ
Ｓ２１〜Ｓ３６ 方法ステップ

Claims (22)

1. サーボモータ（２０）を調整するための制御装置（１０）であって、前記制御装置（１０）が、
   前記サーボモータ（２０）の現在の比例速度ゲインを決定し、前記サーボモータ（２０）の現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算するよう構成された計算ユニット（１１）と、
   前記計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択し、前記選択したゲイン決定プロセスを使用して、前記現在の比例速度ゲインから開始して、次の比例速度ゲインを決定し、
   前記整定時間比率が所定の基準値以下である場合に、前記選択されたゲイン決定プロセスとしてワンステップゲイン決定プロセスを適用するよう構成された決定ユニット（１２）と、
   を備え、
   前記計算ユニット（１１）が、さらに、前記決定された次の比例速度ゲインに基づいて、前記サーボモータ（２０）のパラメータを更新するよう構成され、
   前記更新されたパラメータに基づいて、制御信号（２）を生成し、負荷を駆動するよう前記サーボモータ（２０）を制御するよう構成された制御ユニット（１３）と、
   を含む制御装置（１０）。
2. 前記計算ユニット（１１）が、ユーザー入力（１）に基づいて、前記現在の比例速度ゲインを固定された初期比例速度ゲインとして決定するのに適した請求項１に記載の制御装置（１０）。
3. 前記ユーザー入力（１）を受信するためのグラフィカルユーザーインターフェースをさらに含む請求項２に記載の制御装置（１０）。
4. 前記計算ユニット（１１）が、前記サーボモータ（２０）のイナーシャ推定に基づいて、前記現在の比例速度ゲインを決定するのに適した請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
5. 振動が前記サーボモータ（２０）および／または前記負荷に影響を与えるかどうかを検出し、前記振動を検出した場合には前記サーボモータ（２０）に対して、前記検出した振動を消去するよう通知する構成の検出ユニット（１４）をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
6. 前記検出ユニット（１４）が、モータ速度命令とモータ速度フィードバックの間のモータ速度の偏差が許容できる基準よりも大きい場合に振動を検出するよう構成された請求項５に記載の制御装置（１０）。
7. 前記検出ユニット（１４）が、前記モータ速度の偏差に対するゼロクロスの発生数が許容範囲内である場合に振動を検出するよう構成された請求項５または６に記載の制御装置（１０）。
8. 前記検出ユニット（１４）が、前記現在の比例速度ゲインと前記次の比例速度ゲインを比較するよう構成された請求項５〜７のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
9. 前記現在の比例速度ゲインが前記次の比例速度ゲインよりも大きい場合、前記検出ユニット（１４）が、振動を検出した場合に、前記制御ユニット（１３）に信号を送信し、更新前のパラメータに基づいて、前記制御信号を生成するよう構成された請求項８に記載の制御装置（１０）。
10. 前記検出ユニット（１４）が、前記決定ユニット（１２）に信号を送信して、前記検出された振動が消去された後に、前記次の比例速度ゲインを決定するよう構成された請求項５〜９のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
11. 前記計算ユニット（１１）が、前記整定時間比率を前記現在の整定時間と前記目標整定時間の間の商として計算するよう構成された請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
12. 前記計算ユニット（１１）、前記決定ユニット（１２）、および前記制御ユニット（１３）が、前記現在の整定時間が前記目標整定時間に等しくなるまで、前記サーボモータ（２０）の制御を繰り返すよう構成された請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
13. 前記決定ユニット（１２）が、前記整定時間比率が所定の基準値以上である場合に、前記選択したゲイン決定プロセスとしてスキップステップゲイン決定プロセスを適用するよう構成された請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
14. 前記スキップステップゲイン決定プロセスが、前記次の比例速度ゲインは、前記整定時間比率に依拠する関数として計算されていることを定義する請求項１３に記載の制御装置（１０）。
15. 前記ワンステップゲイン決定プロセスが、前記次の比例速度ゲインは、前記整定時間比率によらず関数として計算されていることを定義する請求項１に記載の制御装置（１０）。
16. 前記決定ユニット（１２）が、前記ワンステップゲイン決定プロセスの前記次の比例速度ゲインと前記スキップステップゲイン決定プロセスの前記次の比例速度ゲインを比較するよう構成された請求項１５に記載の制御装置（１０）。
17. 前記ワンステップゲイン決定プロセスの前記次の比例速度ゲインが前記スキップステップゲイン決定プロセスの前記次の比例速度ゲインよりも大きい場合、前記決定ユニット（１２）が、前記ワンステップゲイン決定プロセスの前記次の比例速度ゲインを使用するよう構成された請求項１６に記載の制御装置（１０）。
18. 前記パラメータが、比例位置ゲイン、速度制御ゲイン、トルク命令フィルタ、および位置命令フィルタのうちの少なくとも１つである請求項１〜１７のいずれか１項に記載の制御装置（１０）。
19. サーボモータ（２０）の調整方法であって、
    前記サーボモータ（２０）の現在の比例速度ゲインを決定するステップと、
    前記サーボモータ（２０）の現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算するステップと、
    前記計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択し、前記整定時間比率が所定の基準値以下である場合に、前記選択されたゲイン決定プロセスとしてワンステップゲイン決定プロセスを適用するステップと、
    前記選択されたゲイン決定プロセスを使用して、前記現在の比例速度ゲインから開始して、次の比例速度ゲインを決定するステップと、
    前記決定した次の比例速度ゲインに基づいて、前記サーボモータ（２０）のパラメータを更新するステップと、
    前記更新したパラメータに基づいて、制御信号（２）を生成し、負荷を駆動するよう前記サーボモータ（２０）を制御するステップと、
    を含む方法。
20. 少なくとも１つのコンピュータで動作する時に、請求項１９に記載の前記サーボモータ（２０）の調整方法を実行するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
21. サーボモータ（２０）を調整するための制御装置（１０）であって、前記制御装置（１０）が、
    前記サーボモータ（２０）の現在の比例速度ゲインを決定し、前記サーボモータ（２０）の現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算するよう構成された計算ユニット（１１）と、
    前記計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択し、前記選択したゲイン決定プロセスを使用して、前記現在の比例速度ゲインから開始して、次の比例速度ゲインを決定するよう構成された決定ユニット（１２）と、
    を備え、
    前記計算ユニット（１１）が、さらに、前記決定された次の比例速度ゲインに基づいて、前記サーボモータ（２０）のパラメータを更新するよう構成され、
    前記更新されたパラメータに基づいて、制御信号（２）を生成し、負荷を駆動するよう前記サーボモータ（２０）を制御するよう構成された制御ユニット（１３）と、
    振動が前記サーボモータ（２０）および／または前記負荷に影響を与えるかどうかを検出し、前記振動を検出した場合には前記サーボモータ（２０）に対して、前記検出した振動を消去するよう通知し、前記現在の比例速度ゲインと前記次の比例速度ゲインを比較するよう構成された検出ユニット（１４）と、
    を含む制御装置（１０）。
22. サーボモータ（２０）の調整方法であって、
    前記サーボモータ（２０）の現在の比例速度ゲインを決定するステップと、
    前記サーボモータ（２０）の現在の整定時間および目標整定時間に基づいて、整定時間比率を計算するステップと、
    前記計算した整定時間比率に基づいて、ゲイン決定プロセスを選択するステップと、
    前記選択されたゲイン決定プロセスを使用して、前記現在の比例速度ゲインから開始して、次の比例速度ゲインを決定するステップと、
    振動が前記サーボモータ（２０）および／または前記負荷に影響を与えるかどうかを検出し、前記振動を検出した場合には前記サーボモータ（２０）に対して、前記検出した振動を消去するよう通知するステップと、
    前記現在の比例速度ゲインと前記次の比例速度ゲインを比較するステップと、
    前記決定した次の比例速度ゲインに基づいて、前記サーボモータ（２０）のパラメータを更新するステップと、
    前記更新したパラメータに基づいて、制御信号（２）を生成し、負荷を駆動するよう前記サーボモータ（２０）を制御するステップと、
    を含む方法。

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