JP6880853B2 - 処理装置、パラメータ調整方法、及びパラメータ調整プログラム - Google Patents

処理装置、パラメータ調整方法、及びパラメータ調整プログラム Download PDF

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Description

本発明は、制御対象を駆動する駆動制御装置に対して電気的に接続され、駆動制御のための制御パラメータの決定処理を行う処理装置等に関する。
制御対象を目標軌道に追従させて動かすために、一般的にはフィードバック制御が利用されている。例えば多関節ロボットにおいては、ロボットの制御装置により、フィードバック制御を用いてロボットの手先部の位置を予め設定（教示）された目標軌道に追従させるように、各関節軸のサーボモータを制御することが行われる。ところが、一般的なフィードバック制御では、どうしても各サーボモータに応答遅れが生ずるため、ロボットの実際の軌跡が目標軌道からずれる問題がある。このような課題に対して、フィードフォワード制御を採用し、ロボットの位置を指令位置に常に一致するように制御する技術が示されている。例えば、特許文献１に示す技術では、複数のモータにより駆動される多関節ロボットアームの制御において、現在位置から所定の位置モデルを用いて将来の位置を推定し、その推定位置と目標軌道とのずれ、すなわち目標軌道に垂直な方向の誤差分だけ現在の位置指令が補正されることで、目標軌道の追従性が高められている。
また、上記のように位置モデルを用いて将来位置の推定を行う場合、実際の制御対象の軌道特性が大きく変化する場合、例えば、直線移動から円弧移動に切り替わる場合には、その推定精度が必ずしも好ましくなく、好適な位置指令の補正は困難となる。そこで、特許文献２に示す技術では、目標軌道（指令経路）の形状の境界点位置及びその近傍の移動方向に関する情報を用いて位置指令を補正することで、軌道特性の変化に対応する軌道追従性の向上を図っている。また、制御対象のサーボ制御性能を高めるために、いわゆるモデル追従制御に関する技術が利用されている場合もある。このモデル追従制御技術では、制御装置内に、制御対象と制御器を含むフィードバック系をモデル化したモデル部を形成し、そのフィードバック系にモデル部からの出力を反映させることで、サーボ制御性能の向上が図られる。
特開２００６−１５４３１号公報 特許第５３４０４８６号公報
上記の従来技術のようにモデル追従制御を用いて軌道追従性を高めることは可能ではあるが、複数の制御軸が同期して駆動制御される同期制御に際しては、制御軸毎の追従性が異なってしまうと、同期制御による軌跡、すなわち同期制御されている各制御軸の出力が合成されて形成される実際の軌跡が目標軌道からずれる虞がある。例えば、制御軸が直交２軸であるときに、同期制御の目標軌道が円軌跡であっても、制御軸間の追従性がずれていると、結果として実際の軌跡が楕円軌跡となる虞がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、いわゆるモデル追従制御に従って、複数の制御対象を同期制御する場合に、同期制御による実際の軌跡を目標軌跡に可及的に追従させる技術を提供することを目的とする。
本発明においては、上記課題を解決するために、モデル追従制御に従って、複数の制御対象を同期制御する場合に、それぞれの制御対象に対応するモデル追従制御用の制御モデル部での応答性を同じように形成する構成を採用した。このような構成により、同期制御による実際の軌跡を目標軌跡に好適に追従させることが可能となる。
詳細には、本発明は、制御対象を駆動する駆動制御装置に対して電気的に接続される処理装置である。ここで、前記駆動制御装置は、前記制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含むフィードバック系と、該フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する制御モデル部と、を含み、該制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された所定制御構造と、前記所定制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う算出部と、を有し、更に、前記駆動制御装置は、複数の前記制御対象を駆動制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記所定制御構造を有する。そして、前記処理装置は、前記複数の制御対象の同期制御を行う場合に、該複数の制御対象に対応する前記複数の所定制御構造のそれぞれの前記制御モデル部における所定の制御ゲインを、全ての該制御モデル部間で共通に設定するための共通制御ゲインを決定する決定処理を行う決定部と、前記複数の所定制御構造のそれぞれに対応する前記制御モデル部において、前記所定の制御ゲインに前記共通制御ゲインを設定するように、前記駆動制御装置に対して指示する設定指示部と、を備える。
本発明の処理装置は、駆動制御装置に対して電気的に接続されることで、駆動制御装置の有する情報にアクセスが可能であり、また、駆動制御装置に対して所定の情報を提供可能とされる。この電気的接続は有線接続でもよく、無線接続でもよい。駆動制御装置では、フィードバック系と制御モデル部とを含む所定制御構造に基づいて、算出部による制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理が行われる。これにより、駆動制御装置では、制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル計算を利用した、いわゆるモデル追従制御が実現される。そして、駆動制御装置は、複数の制御対象をそれぞれモデル追従制御に従って駆動制御可能であり、そのために各制御対象に対応したモデル追従制御のためのサーボ制御構造を有している。
このように構成される駆動制御装置を踏まえて、処理装置は、駆動制御装置によるモデル追従制御のためのパラメータ設定に関する指示が設定指示部によって該駆動制御装置に出力される。ここで、上記の通り、複数の制御対象に対して同期制御が行われる場合、各制御対象毎の追従性が異なってしまうと、同期制御による実際の軌跡が目標軌跡とずれてしまう可能性がある。そこで、処理装置は各制御対象に対応する所定制御構造の制御モデル部におけるモデル計算での応答性が実質的に同程度となるように、それぞれの制御モデル部における所定の制御ゲイン、例えば、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等の共通化が、制御モデル部間で図られるべく、決定部による決定処理が行われる。
この決定処理では、上記共通化のために複数の制御対象に対応する制御モデル部の上記所定の制御ゲインに適用される共通制御ゲインが決定される。所定の制御ゲインが複数ある場合、例えば、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲインが所定ゲインとされる場合には、共通制御ゲインとしても同じく複数のゲインが決定部により決定されることになる。なお、決定部が決定する共通制御ゲインは、各制御対象に対応する制御モデル部における所定の制御ゲインの共通化のためであり、必ずしも各制御対象に対応するフィードバック系における制御ゲインに関連するものではない。フィードバック系におけるゲインは、制御対象の機械的、物理的特性等を踏まえて、決定部の決定処理とは別に決定されてもよい。
そして、決定部によって決定された共通制御ゲインについては、設定指示部により駆動
制御装置に対して設定指示が出され、その結果、駆動制御装置において、各制御対象に対応した制御モデル部での当該共通制御ゲインの設定が行われる。これにより、各制御対象に対応した制御モデル部におけるモデル計算での応答性が同程度となり、結果として、複数の制御対象を同期制御する場合の制御対象間での追従性のずれが解消され、以て、同期制御による実際の軌跡を目標軌跡に可及的に追従させることが可能となる。
ここで、決定部による共通制御ゲインの決定は、制御モデル部におけるモデル計算での追従性を同程度とする限りにおいて、様々な基準に従って行われてもよい。その一例としては、上記処理装置において、前記決定処理の前に、前記制御対象のそれぞれの、前記所定の制御ゲインを含む前記所定制御構造における所定の制御パラメータを、該制御対象の所定特性に基づいて、他の制御対象から独立して算出する標準算出処理が行われ、前記決定部は、前記複数の制御対象に関し前記標準算出処理により算出された前記所定のゲインのうち最も低い値を有するゲインを、前記共通制御ゲインとして決定としてもよい。
当該標準算出処理は、一の制御対象に関して他の制御対象との相関を考慮せずに、当該一の制御対象の機械特性や物理特性等の所定特性を考慮して、所定制御構造に含まれるフィードバック系や制御モデル部に関する所定の制御パラメータを算出する処理である。したがって、標準算出処理により算出された所定の制御パラメータは、一の制御対象の駆動結果を好適なものとするために所定制御構造に設定されるものであって、必ずしも複数の駆動制御が反映されて算出されたパラメータではない。そして上記のように複数の制御対象に関し標準算出処理により算出された所定のゲインのうち最も低い値を有するゲインを共通制御ゲインとすることで、いわば複数の制御対象のうち応答性の低い制御対象に合わせて、モデル部間の所定の制御ゲインの共通化が図られるとともに、同期制御の安定性も確保される。
ここで、上述までの処理装置は、前記複数の制御対象の同期制御のための同期動作指令信号に基づく該複数の制御対象の理想的な理想出力軌跡と、前記共通制御ゲインが前記制御モデル部における前記所定の制御ゲインとして設定された場合の、該複数の制御対象の前記同期制御による実際の出力軌跡である実出力軌跡との差に基づいて、上位側制御装置から前記駆動制御装置に供給される該同期動作指令信号を補正するように、該駆動制御装置に対して指示する補正指示部を、更に備えてもよい。上述までの本発明の構成を採用することで、制御対象間での追従性のずれは好適に解消され得る。しかし、モデル追従制御を行うための制御モデル部の制御モデルはローパスフィルタに近似する特性を有する傾向があるため、同期動作指令信号に基づく複数の制御対象の理想出力軌跡と、制御対象の実出力軌跡との間にずれが生じる可能性がある。そこで、このずれが解消するために同期動作指令信号を補正するように、上記補正指示部により駆動制御装置に対する補正指示が出される。なお、当該補正の一例としては、制御モデル部のローパスフィルタ近似特性を考慮した補正であってもよい。
なお、上述までの処理装置は、前記同期動作指令信号を生成する上位側制御装置であってもよい。また、前記処理装置は、前記標準算出処理を行う装置であってもよい。
また、本発明を駆動制御装置の制御パラメータを調整するパラメータ調整方法の側面から捉えることができる。具体的には、当該パラメータ調整方法は、前記制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含むフィードバック系と、該フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する制御モデル部と、を含み、該制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された所定制御構造と、前記所定制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う算出部と、を有する駆動制御装置であって、複数の前記制御対象を駆動制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記所定制御構造を有
するように構成された駆動制御装置の制御パラメータを調整するパラメータ調整方法である。そして、当該パラメータ調整方法では、前記複数の制御対象の同期制御を行う場合に、該複数の制御対象に対応する前記複数の所定制御構造のそれぞれの前記制御モデル部における所定の制御ゲインを、全ての該制御モデル部間で共通に設定するための共通制御ゲインを決定する決定処理を行い、そして、前記複数の所定制御構造のそれぞれに対応する前記制御モデル部において、前記所定の制御ゲインに前記共通制御ゲインを設定するように、前記駆動制御装置に対して指示する。
また、前記パラメータ調整方法は、前記決定処理の前に、前記制御対象のそれぞれの、前記所定の制御ゲインを含む前記所定制御構造における所定の制御パラメータを、該制御対象の所定特性に基づいて、他の制御対象から独立して算出する標準算出処理を行ってもよく、そして、前記決定処理では、前記複数の制御対象に関し前記標準算出処理により算出された前記所定のゲインのうち最も低い値を有するゲインを、前記共通制御ゲインとして決定してもよい。なお、上述までに上記処理装置について開示した技術思想については、技術的な齟齬の無い限りにおいて上記パラメータ調整方法の発明にも適用できる。
また、本発明を駆動制御装置に電気的に接続される処理装置に所定のパラメータ調整の処理を実行させるパラメータ調整プログラムの側面から捉えることができる。具体的には、当該パラメータ調整プログラムは、前記制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含むフィードバック系と、該フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する制御モデル部と、を含み、該制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された所定制御構造と、前記所定制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う算出部と、を有する駆動制御装置であって、複数の前記制御対象を駆動制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記所定制御構造を有するように構成された駆動制御装置に電気的に接続される処理装置に、以下の流れの処理を実行させる。すなわち、上記パラメータ調整プログラムは、処理装置に、前記複数の制御対象の同期制御を行う場合に、該複数の制御対象に対応する前記複数の所定制御構造のそれぞれの前記制御モデル部における所定の制御ゲインを、全ての該制御モデル部間で共通に設定するための共通制御ゲインを決定する決定処理を行うステップと、前記複数の所定制御構造のそれぞれに対応する前記制御モデル部において、前記所定の制御ゲインに前記共通制御ゲインを設定するように、前記駆動制御装置に対して指示するステップと、を実行させる。なお、上述までに上記処理装置について開示した技術思想については、技術的な齟齬の無い限りにおいて上記パラメータ調整プログラムの発明にも適用できる。
モデル追従制御に従って複数の制御対象を同期制御する場合に、同期制御による実際の軌跡を目標軌跡に可及的に追従させることができる。
本発明に係る処理装置が適用される制御システムの概略構成を示す図である。 図１に示す制御システムに含まれるサーボドライバに形成されるサーボ制御構造を示す図である。 本発明に係る処理装置の機能ブロック図である。 上記処理装置で実行されるパラメータ調整処理の流れを示すフローチャートである。 図４に示すパラメータ調整処理の結果、サーボドライバに設定された共通制御ゲインに従って２つの制御対象が同期制御された際の結果（同期制御の軌跡）を示す図である。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施の形態に係る処理装置１０が適用される制御システムの概略構成図である。また、図２に示す制御システムは、ネットワーク１と、サーボドライバ４と、標準ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)５とを備える。当該制御システムは、標準ＰＬＣ５で生成される動作指令信号ｐｃｍｄに制御対象６を追従させるように、サーボドライバ４が制御対象６を駆動制御するためのシステムである。なお、図１に示す制御システムでは、サーボドライバ４に２つの制御軸Ｘ軸及びＹ軸に対応するモータ２Ｘ、２Ｙが接続され、両モータの同期制御が可能となるように構成されている。なお、本明細書では、制御軸に対応する構成をその制御軸を区別して表記する場合には、当該構成の参照番号に制御軸を表す「Ｘ」、「Ｙ」の文字を添付することとし、制御軸を区別する必要なく当該構成を表記する場合には、制御軸を表す上記文字の添付を省略する。この表記ルールに従うのは、上記モータ２、制御対象６に加えて後述の負荷装置３、フィードバック系４００、制御モデル部４５０、サーボ制御構造４６０の各構成である。
ここで、サーボドライバ４に制御駆動されるのは、Ｘ軸の負荷装置３Ｘ及びモータ２Ｘを含む制御対象６Ｘと、Ｙ軸の負荷装置３Ｙ及びモータ２Ｙを含む制御対象６Ｙの２つの制御軸の系統になる。Ｘ軸の負荷装置３ＸとＹ軸の負荷装置３Ｙによっては、両制御軸での制御対象６の同期制御が実行される装置６０が構成でき、装置６０の一例としては、例えば、工作機械や搬送装置等のＸＹテーブルや、複数の関節軸を有する産業用ロボットのアーム等が挙げられる。なお、モータ２はその負荷装置３を駆動するアクチュエータとして負荷装置３内に組み込まれている。例えば、モータ２は、ＡＣサーボモータである。モータ２には図示しないエンコーダが取り付けられており、当該エンコーダによりモータ２の動作に関するパラメータ信号がサーボドライバ４にフィードバック送信されている。このフィードバック送信されるパラメータ信号（以下、フィードバック信号という）は、たとえばモータ２の回転軸の回転位置（角度）についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。
また、標準ＰＬＣ５は、モータ２の動作（モーション）に関する動作指令信号を生成し、サーボドライバ４へ動作指令信号を送る。なお、２つの制御軸を同期制御する際の動作指令信号を、以降、同期動作指令信号と称する。サーボドライバ４は、ネットワーク１を介して標準ＰＬＣ５から動作指令信号ｐｃｍｄ（図２を参照）を受けるとともに、モータ２に接続されているエンコーダから出力されたフィードバック信号を受ける。なお、サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号ｐｃｍｄおよびエンコーダからのフィードバック信号に基づいて、モータ２の駆動に関するサーボ制御、すなわち、モータ２の動作に関する指令値を算出するとともに、モータ２の動作がその指令値に追従するように、モータ２に駆動電流を供給する。この供給電流は、交流電源７からサーボドライバ４に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、サーボドライバ４は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイプのものでもよい。なお、サーボドライバ４によるサーボ制御については、フィードバック系４００及び制御モデル部４５０を含むサーボ制御構造４６０を利用したフィードバック制御であり、その詳細については図２に基づいて後述する。サーボ制御構造４６０としては、制御軸毎に用意されており、具体的には、Ｘ軸の駆動制御のためのサーボ制御構造４６０Ｘと、Ｙ軸の駆動制御のためのサーボ制御構造４６０Ｙが形成される。そして、サーボ制御構造４６０Ｘには、フィードバック系４００Ｘと制御モデル部４５０Ｘが含まれ、サーボ制御構造４６０Ｙには、フィードバック系４００Ｙと制御モデル部４５０Ｙが含まれる。
また、サーボドライバ４には処理装置１０が電気的に接続されている。当該電気的接続
は有線接続でもよく、無線接続でもよい。処理装置１０は、サーボドライバ４の上記サーボ制御のための制御パラメータを設定及び調整するための装置であり、調整用のプログラムが含まれている。具体的には、処理装置１０は、演算装置やメモリ等を有するコンピュータであり、そこで実行可能な調整用プログラムを有している。この調整用プログラムは、サーボドライバ４によって行われるサーボ制御の目的に応じて、必要な制御パラメータの算出、調整、決定を行う。例えば、当該調整用プログラムによって、制御対象ごとに、その制御対象の機械特性や物理特性等に適した制御パラメータの算出、調整、決定を行う標準算出処理が行われる。標準算出処理では、実際に制御対象６を動かしながら制御パラメータの算出、調整、決定を行ってもよく、又は、制御対象６に対応する物理モデル等を利用して実際に制御対象６を動かすことなくその動作をシミュレーションすることで制御パラメータの算出、調整、決定を行ってもよい。この標準算出処理では、一の制御対象に限ってその応答性等を考慮して決定されるものであって、他の制御対象との相関を考慮して当該一の制御対象に対応した制御パラメータを算出するものではない。したがって、標準算出処理によれば、ある過程を経てＸ軸の制御対象６Ｘの応答性等が目標の状態になるようにサーボ制御構造４６０Ｘに応じた制御パラメータが算出、決定され、また別の過程を経てＹ軸の制御対象６Ｙの応答性等が目標の状態になるようにサーボ制御構造４６０Ｙに応じた制御パラメータが算出、決定される。また、調整用プログラムによれば、後述の図４に示すパラメータ調整処理も実行される。
ここで、図２に基づいて、サーボドライバ４に形成されるサーボ制御構造４６０について説明する。なお、上記の通りサーボドライバ４には、各制御軸に応じたサーボ制御構造４６０Ｘ、４６０Ｙが形成されているが、両サーボ制御構造は、使用される制御パラメータの値はそれぞれの制御対象６に応じた値とされるが、その基本的な構造は実質的に同一であり、図２にサーボ制御構造４６０の代表的な基本構造を示す。
サーボ制御構造４６０は、サーボドライバ４においていわゆるモデル追従制御が可能となるように構成されており、フィードバック系４００と制御モデル部４５０を含む。フィードバック系４００は、位置制御器４１、速度制御器４２、電流制御器４３を備えており、一方で、制御モデル部４５０は、これらの制御器及び制御対象６をモデル化した構成である、モデル位置制御部４５、モデル速度制御部４６、実機モデル部４７を備えている。
先ず、フィードバック系４００の詳細について説明する。フィードバック系４００においては、位置制御器４１は、例えば、比例制御（Ｐ制御）を行う。具体的には、制御モデル部４５０のモデル位置出力ｐｓｉｍ１と検出位置との偏差である位置偏差に、所定の位置比例ゲインを乗ずることにより速度指令ｖｃｍｄを算出する。
速度制御器４２は、例えば、比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。具体的には、位置制御器４１により算出された速度指令ｖｃｍｄと制御モデル部４５０の速度出力（モデル位置出力ｐｓｉｍ１の微分値）との和に対する検出速度との偏差である速度偏差の積分量に所定の速度積分ゲインを乗じ、その算出結果と当該速度偏差の和に所定の速度比例ゲインを乗ずることにより、トルク指令τｃｍｄを算出する。また、速度制御器４２はＰＩ制御に代えてＰ制御を行ってもよい。
電流制御器４３は、速度制御器４２により算出されたトルク指令τｃｍｄと、制御モデル部４５０のモデル速度制御部４６により算出されたモデルトルク指令τｃｍｄ１との和に基づいて電流指令Ｃｃｍｄを出力し、それによりモータ２が駆動制御される。電流制御器４３は、トルク指令に関するフィルタ（１次のローパスフィルタ）や一又は複数のノッチフィルタを含み、制御パラメータとして、これらのフィルタの性能に関するカットオフ周波数等を有している。
次に、制御モデル部４５０について説明する。制御モデル部４５０においては、モデル位置制御部４５は、フィードバック系４００の位置制御器４１をモデル化したものであり、位置制御器４１と同様にＰ制御を行う。具体的には、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号ｐｃｍｄと制御モデル部４５０のモデル位置出力ｐｓｉｍ１との偏差に、所定の位置比例ゲインを乗ずることによりモデル速度指令ｖｃｍｄ１を算出する。
モデル速度制御部４６は、フィードバック系４００の速度制御器４２をモデル化したものであり、速度制御器４２と同様にＰＩ制御を行う。具体的には、モデル位置制御部４５により算出されたモデル速度指令ｖｃｍｄ１と制御モデル部４５０の速度出力（モデル位置出力ｐｓｉｍ１の微分値）との偏差の積分量に所定の速度積分ゲインを乗じ、その算出結果と当該偏差の和に所定の速度比例ゲインを乗ずることにより、モデルトルク指令τｃｍｄ１を算出する。
実機モデル部４７は、フィードバック系４００の電流制御器４３及び制御対象６をモデル化したものであり、モデル速度制御部４６により算出されたモデルトルク指令τｃｍｄ１に基づいて、モデル位置出力ｐｓｉｍ１を出力する。
このように構成されるフィードバック系４００及び制御モデル部４５０を含むサーボ制御構造４６０における制御パラメータは、上記の標準算出処理によって、各制御対象に対応して算出、決定される。そして、サーボ制御構造４６０では、フィードバック系４００及び制御対象６がモデル化された制御構造を有する制御モデル部４５０によって、制御対象６の制御駆動のシミュレーションが行われ、その結果がフィードバック系４００に反映される、いわゆるモデル追従制御構造が形成されている。このモデル追従制御構造を有するサーボ制御構造４６０では、フィードバック系４００のフィードバックループが動作指令信号ｐｃｍｄとの偏差ではなく制御モデル部４５０の出力との偏差を利用するように構成されているため、制御モデル部４５０の特性に対する追従性が高くなる。
このような特性を有するサーボ制御構造４６０が、制御軸Ｘ及び制御軸Ｙに対応してサーボドライバ４の内部に形成されている。ここで、上記の標準算出処理によって算出、決定された制御パラメータがそのまま設定されたサーボ制御構造４６０を利用して制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御を行った場合、同期制御による装置６０の実際の出力軌跡が、標準ＰＬＣ５からの同期動作指令信号による装置６０の理想的な出力軌跡（理想出力軌跡）とずれる傾向にある（後述の図５を参照）。これは、標準算出処理で設定されている制御パラメータは、各制御対象６のみに対応するパラメータであって、同期制御を考慮して設定されたものではないため、各制御対象６に対応するそれぞれのサーボ制御構造４６０の同期動作指令信号に対する追従性が異なってしまうからである。
そこで、複数の制御対象６で同期制御を行う場合に上記サーボ制御構造４６０間での追従性の影響を解消するように、処理装置１０による制御パラメータの算出、決定処理が行われる。そしてその同期制御のための制御パラメータの算出、決定処理を行うために、処理装置１０は図３に示す機能部を有するように構成される。図３は、処理装置１０において実行される上記調整プログラムによって実行される各種の機能をイメージ化して表した機能ブロック図である。処理装置１０は、入力部１１、決定部１２、指示部１３、表示部１４を有している。
入力部１１は、サーボドライバ４によって制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御が行われることを知らせる通知の入力を受け付ける機能部である。具体的には、キーボードやマウスによって構成されてもよく、また、共通するハードウェアであるタッチパネルによって後述する表示部１４とともに構成されて、ユーザの操作により同期制御実行に関する通知の入力が行われる。次に、決定部１２は、制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御が行われる場合の、
両者のサーボ制御構造４６０の制御モデル部４５０に含まれる所定の制御ゲイン、例えば、モデル位置制御部４５内の制御ゲイン、モデル速度制御部４６内の制御ゲインに設定される、２つの制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙ間で共通の共通制御ゲインを決定する決定処理を行う機能部である。この共通制御ゲインは、制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙ間でモデル位置制御部４５に関し共通する制御ゲインであり、また、制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙ間でモデル速度制御部４６に関し共通する制御ゲインである。なお、この決定部１２による決定処理については、図４に基づいて後述する。
次に指示部１３は、所定の内容をサーボドライバ４や表示部１４に反映させるために指示するための機能部であり、具体的には、設定指示部１３０と補正指示部１３１を有している。設定指示部１３０は、決定部１２によって決定された共通制御ゲインが、対応する制御モデル部４５０に設定されるようにサーボドライバ４にその設定指示を出す。また、補正指示部１３１は、設定指示部１３０の指示に従って共通制御ゲインが設定されたサーボ制御構造４６０を利用して制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御を行った場合の、同期制御による装置６０の実際の出力軌跡（実出力軌跡）と、標準ＰＬＣ５からの同期動作指令信号による装置６０の理想的な出力軌跡（理想出力軌跡）とのずれ（差）に基づいて、同期動作指令信号を補正するようにサーボドライバ４に指示し、また、表示部１４にどのように補正が行われるのかその補正の内容がユーザに把握可能となるように表示させるための指示を行う。そして、表示部１４は、補正指示部１３１からの指示内容に関する表示を行う機能部である。なお、表示部１４は処理装置１０の必須の構成ではなく、処理装置１０の外部に設けられてもよい。また、上記の通り、表示部１４は、入力部１１の機能を含むタッチパネルとして構成されてもよい。
ここで、決定部１２及び指示部１３、特に設定指示部１３０によって実行されるパラメータ調整処理の詳細について、図４に基づいて説明する。このパラメータ調整処理は、上記の標準算出処理とは異なり、制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御を考慮して行われ、サーボ制御構造４６０の制御パラメータ、特に制御モデル部４５０における制御ゲインを算出、決定する処理であり、所定時間ごとに繰り返し実行される。
先ず、Ｓ１０１では、同期制御実行の有無が判定される。入力部１１により制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御実行に関する通知の入力が行われていれば、Ｓ１０１において肯定判定されＳ１０２へ進み、それ以外の場合には否定判定されてパラメータ調整処理を終了する。次に、Ｓ１０２では、同期制御が行われることを踏まえて、その同期制御の対象となる同期制御軸が特定される。図１に示す例では、サーボドライバ４には制御対象６Ｘと６Ｙのみが接続されているため、同期制御軸は制御対象６Ｘ、６Ｙとなる。仮にサーボドライバ４に３つ以上の制御対象が接続されている場合には、同期制御の対象となる制御対象について、処理装置１０からサーボドライバ４を介して標準ＰＬＣ５に問い合わせが行われ、標準ＰＬＣ５からの回答を踏まえて同期制御軸の特定が行われる。また、同期制御の対象となる制御対象に関する問い合わせを、ユーザに対して行ってもよい。この場合、表示部１４にその問い合わせ内容を表示し、入力部１１を介してユーザからの回答、すなわち同期制御される制御対象の特定を得る。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
Ｓ１０３では、サーボドライバ４において上述した標準算出処理が完了しているか否かが判定される。すなわち、各制御対象６の所定特性を考慮して制御対象６ごとにサーボ制御構造４６０の制御パラメータの算出、決定が完了しているか否かが判定される。Ｓ１０３で肯定判定されるとＳ１０４へ進み、否定判定されるとパラメータ調整処理を終了する。
Ｓ１０４では、決定部１２による決定処理が行われる。具体的には、標準算出処理によ
って、制御対象６Ｘのために設定されている制御モデル部４５０Ｘ内の制御ゲインと、制御対象６Ｙのために設定されている制御モデル部４５０Ｙ内の制御ゲインとを比較したときに、最も低い値を有する方を共通制御ゲインとして決定する。これにより同期制御の際の制御モデル部４５０におけるモデル計算での応答性が同程度となるとともに、サーボ制御構造４６０によるサーボ制御の安定化を図ることができる。本実施例では、制御モデル部４５０Ｘ側の制御ゲインの方が相対的に低いものと仮定すると、この制御モデル部４５０Ｘ側の制御ゲイン（制御モデル部４５０Ｘのモデル位置制御部４５及びモデル速度制御部４６内の制御ゲイン）を共通制御ゲインとして決定する。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で決定された共通制御ゲインを、サーボドライバ４の制御対象６Ｘ、６Ｙのそれぞれの制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙに設定するように、設定指示部１３０によるサーボドライバ４への指示が行われる。この結果、サーボドライバ４は、その設定指示に従い、制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙ内に共通制御ゲインを設定する。なお、共通制御ゲインは、上記の通り、制御対象６Ｘ側の制御ゲインであるため、実質的には、制御対象６Ｘの制御モデル部４５０Ｘ内の制御ゲインは変更せずに、制御対象６Ｙの制御モデル部４５０Ｙ内の制御ゲインを共通制御ゲインに変更することになる。
ここで、図４のパラメータ調整処理により共通制御ゲインが設定された場合の、同期制御時の装置６０の出力軌跡について、図５に基づいて説明する。本実施例では、装置６０の理想出力軌跡が円軌跡となるように制御対象６Ｘ、６Ｙの同期制御が行われている。ここで、図５に示す破線Ｌ１は、決定部１２により決定された共通制御ゲインが制御モデル部４５０間に共通に設定されていない状態（すなわち、標準算出処理で決定された制御ゲインがそのまま各制御モデル部４５０に設定されている状態）での装置６０の出力軌跡を表している。この場合、制御モデル部４５０間での追従性の違いから装置６０の出力軌跡が楕円形状となっていることが分かる。そして、図５に示す実線Ｌ２は、決定部１２により決定された共通制御ゲインが制御モデル部４５０間に共通に設定されている状態での装置６０の実出力軌跡を表している。このように共通制御ゲインの設定により制御対象６Ｘ、６Ｙ間の追従性が同程度とされるため、装置６０の出力軌跡が円軌跡に極めて近似する結果となる。なお、この実線Ｌ２に表される装置６０の軌跡が得られるときの理想出力軌跡は、一点鎖線Ｌ３で表されている。
＜変形例１＞
ここで、共通制御ゲインを各制御モデル部４５０に設定することで、制御モデル部４５０間の追従性の相違に起因する、装置６０の出力軌跡の歪みは解消できる。しかし、共通制御ゲインを設定した場合の実出力軌跡でも、理想出力軌跡に対するずれが残り得る。これは、サーボドライバ４においてモデル追従制御が可能なサーボ制御構造４６０が採用しており、その制御モデル部４５０はローパスフィルタ特性を有していることによる。特に、上記Ｓ１０４では、制御モデル部４５０間で最も低いゲインを共通制御ゲインとして決定しているため、理想出力軌跡に対するずれが残りやすくなる。
そこで、好ましくは、実線Ｌ２で示される実出力軌跡が、一点鎖線Ｌ３で示される理想出力軌跡と一致するように、同期動作指令信号が補正される。具体的には、実線Ｌ２で示される実出力軌跡と一点鎖線Ｌ３で示される理想出力軌跡との差に基づいて、制御モデル部４５０のローパスフィルタ特性をキャンセルし実出力軌跡が増幅されるように、同期動作指令信号の補正が行われる。この結果、補正後の同期動作指令信号に基づく装置６０の出力軌跡が、二点鎖線Ｌ３’で示される出力軌跡となる。なお、このような同期動作指令信号の補正は、補正指示部１３１によって処理装置１０からサーボドライバ４に補正指示が出される。そして、当該補正指示を受け取ったサーボドライバ４が、標準ＰＬＣ５から受け取った同期動作指令信号に対して当該補正指示に従った補正処理を施し、サーボ制御構造４６０にその補正後の同期動作指令信号を入力する。これにより、実出力軌跡を、一点鎖線Ｌ３で示される理想出力軌跡に極めて近似させることが可能となる。
また、補正指示部１３１は、上記補正内容をユーザに表示するために、表示部１４に対してその補正内容を表示するように指示を出してもよい。例えば、実線Ｌ２で示される実出力軌跡と、一点鎖線Ｌ３で示される理想出力軌跡とを示すとともに、両軌跡の差に基づく補正内容を表す二点鎖線Ｌ３’で示される出力軌跡を表示部１４に表示させる。なお、表示部１４に表示する実出力軌跡は、処理装置１０内で共通制御ゲインを反映させたサーボ制御構造４６０の応答シミュレーションにより得られる出力軌跡であってもよい。
＜変形例２＞
上述までの態様に代えて、上記処理装置１０における入力部１１、決定部１２、指示部１３、表示部１４による機能を、標準ＰＬＣ５内に、又はサーボドライバ４内に形成してもよい。この場合、標準ＰＬＣやサーボドライバ４が、図４に示すパラメータ調整処理を実行し、その結果をサーボドライバ４の制御対象６Ｘ、６Ｙのそれぞれの制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙに共通制御ゲインが設定されることになる。より具体的に説明すると、上記の通り、装置６０としては、工作機械や搬送装置等のＸＹテーブルや、複数の関節軸を有する産業用ロボットのアーム等が例示できるが、前者の場合には工作機械の数値制御装置（上記標準ＰＬＣ５に相当する構成である）内に、又は、後者の場合にはロボットのコントローラ（上記標準ＰＬＣ５に相当する構成である）内に、上記処理装置１０の各機能が形成されることになる。
１・・・・ネットワーク
２、２Ｘ、２Ｙ・・・・モータ
３、３Ｘ、３Ｙ・・・・負荷装置
４・・・・サーボドライバ
５・・・・標準ＰＬＣ
６、６Ｘ、６Ｙ・・・・制御対象
４１・・・・位置制御器
４２・・・・速度制御器
４３・・・・電流制御器
４５・・・・モデル位置制御部
４６・・・・モデル速度制御部
４７・・・・実機モデル部
４００、４００Ｘ、４００Ｙ・・・・フィードバック系
４５０、４５０Ｘ、４５０Ｙ・・・・制御モデル部
４６０、４６０Ｘ、４６０Ｙ・・・・サーボ制御構造

Claims (8)

  1. 制御対象を駆動する駆動制御装置に対して電気的に接続される処理装置であって、
    前記駆動制御装置は、
    前記制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含むフィードバック系と、該フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する制御モデル部と、を含み、該制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された所定制御構造と、
    前記所定制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う算出部と、
    を有し、
    更に、前記駆動制御装置は、複数の前記制御対象を同期制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記所定制御構造を有し、
    前記複数の制御対象のそれぞれに対応する前記所定制御構造の前記フィードバック系の制御パラメータは、該それぞれの制御対象に応じて決定され、
    前記処理装置は、
    前記複数の制御対象の同期制御を行う場合に、該複数の制御対象に対応する前記複数の所定制御構造のそれぞれの前記制御モデル部における所定の制御ゲインを、全ての該制御モデル部間で共通に設定するための共通制御ゲインを決定する決定処理を行う決定部と、
    前記複数の所定制御構造のそれぞれに対応する前記制御モデル部において、前記所定の制御ゲインに前記共通制御ゲインを設定するように、前記駆動制御装置に対して指示する設定指示部と、
    を備える、処理装置。
  2. 前記決定処理の前に、前記制御対象のそれぞれの、前記所定の制御ゲインを含む前記所定制御構造における所定の制御パラメータを、該制御対象の所定特性に基づいて、他の制御対象から独立して算出する標準算出処理が行われ、
    前記決定部は、前記複数の制御対象に関し前記標準算出処理により算出された前記所定のゲインのうち最も低い値を有するゲインを、前記共通制御ゲインとして決定する、
    請求項１に記載の処理装置。
  3. 前記複数の制御対象の同期制御のための同期動作指令信号に基づく該複数の制御対象の
    理想的な理想出力軌跡と、前記共通制御ゲインが前記制御モデル部における前記所定の制御ゲインとして設定された場合の、該複数の制御対象の前記同期制御による実際の出力軌跡である実出力軌跡との差に基づいて、上位側制御装置から前記駆動制御装置に供給される該同期動作指令信号を補正するように、該駆動制御装置に対して指示する補正指示部を、
    更に備える、請求項１又は請求項２に記載の処理装置。
  4. 前記処理装置は、前記同期動作指令信号を生成する上位側制御装置である、
    請求項３に記載の処理装置。
  5. 前記処理装置は、前記標準算出処理を行う、
    請求項２に記載の処理装置。
  6. 制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含むフィードバック系と、該フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する制御モデル部と、を含み、該制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された所定制御構造と、
    前記所定制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う算出部と、
    を有する駆動制御装置であって、複数の前記制御対象を同期制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記所定制御構造を有するように構成された駆動制御装置の制御パラメータを調整するパラメータ調整方法であって、
    前記複数の制御対象のそれぞれに対応する前記所定制御構造の前記フィードバック系の制御パラメータを、該それぞれの制御対象に応じて決定し、
    前記複数の制御対象の同期制御を行う場合に、該複数の制御対象に対応する前記複数の所定制御構造のそれぞれの前記制御モデル部における所定の制御ゲインを、全ての該制御モデル部間で共通に設定するための共通制御ゲインを決定する決定処理を行い、
    前記複数の所定制御構造のそれぞれに対応する前記制御モデル部において、前記所定の制御ゲインに前記共通制御ゲインを設定するように、前記駆動制御装置に対して指示する、
    パラメータ調整方法。
  7. 前記パラメータ調整方法は、
    前記決定処理の前に、前記制御対象のそれぞれの、前記所定の制御ゲインを含む前記所定制御構造における所定の制御パラメータを、該制御対象の所定特性に基づいて、他の制御対象から独立して算出する標準算出処理を行い、
    前記決定処理では、前記複数の制御対象に関し前記標準算出処理により算出された前記所定のゲインのうち最も低い値を有するゲインを、前記共通制御ゲインとして決定する、
    請求項６に記載のパラメータ調整方法。
  8. 制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含むフィードバック系と、該フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する制御モデル部と、を含み、該制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された所定制御構造と、
    前記所定制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う算出部と、
    を有する駆動制御装置であって、複数の前記制御対象を同期制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記所定制御構造を有するように構成された駆動制御装置に電気的に接続される処理装置に、
    前記複数の制御対象のそれぞれに対応する前記所定制御構造の前記フィードバック系の
    制御パラメータを、該それぞれの制御対象に応じて決定するステップと、
    前記複数の制御対象の同期制御を行う場合に、該複数の制御対象に対応する前記複数の所定制御構造のそれぞれの前記制御モデル部における所定の制御ゲインを、全ての該制御モデル部間で共通に設定するための共通制御ゲインを決定する決定処理を行うステップと、
    前記複数の所定制御構造のそれぞれに対応する前記制御モデル部において、前記所定の制御ゲインに前記共通制御ゲインを設定するように、前記駆動制御装置に対して指示するステップと、
    を実行させるパラメータ調整プログラム。
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