JP7156184B2 - パラメータ調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボ制御を行う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に関する。

従来、サーボ制御装置は、目標指令にモータ出力を速やかに一致させるためにフィードバック制御とともにフィードフォワード制御を行うように構成される場合がある。この場合、サーボ制御装置に組み込まれているフィードフォワード制御器において、速度フィードフォワードゲインやトルクフィードフォワードゲインを適切に設定することで、モータの加減速度一定時や速度一定時の偏差を零とし、加速度変化時の偏差を可及的に小さくすることができる。しかし、一般に、ユーザはモータの出力を見ながらフィードフォワード制御器に設定する速度フィードフォワードゲイン等の適正値を探る必要があるため、ユーザの負担は小さくない。

そこで、例えば特許文献１には、そのようなフィードフォワード制御器における速度フィードフォワードゲイン等を自動的に適切な値に調整する技術が開示されている。当該技術では、目標位置指令とモータの出力（位置出力）との偏差（位置偏差）に基づいて、速度フィードフォワードゲイン等が自動的に調整される。具体的には、速度フィードフォワードゲイン等が初期値の状態でモータが動作され、そのときの偏差に基づいてその初期値が適宜修正され、この速度フィードフォワードゲイン等の繰り返しの変動を経て、上記偏差が最小となる速度フィードフォワードゲイン等が決定される。

特開２００６－１８４３１号公報

従来のサーボ制御装置では、位置偏差に基づいて速度フィードフォワードゲインが調整される構成である。そのため、位置偏差の結果によっては、速度フィードフォワードゲインを十分に高めることができず、結果として目標指令への追従性を十分に高めることが難しい。また、従来のサーボ制御装置では速度フィードフォワードゲインの調整は行われるものの、サーボ制御におけるフィードバック系のゲイン（フィードバックゲイン）の調整には何ら言及されていない。そのため、サーボ制御全体を考慮したときにモータの出力を想定通りに調整できないおそれがある。すなわち、フィードバックゲインと速度フィードフォワードゲインのバランスを考慮しなければ、最終的にモータ出力を好適にサーボ制御できないおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、フィードフォワード制御を含むサーボ制御を行う制御装置において、フィードバックゲインと速度フィードフォワードゲインを好適に調整す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、初めに制御装置でのサーボ制御に関連する所定指標が所定の目標値を満たす条件の下で、フィードバックゲインの上限値を算出しておき、その後速度フィードフォワードゲインをより大きな値に設定し直した上で、その上限値を超えない範囲でフィードバックゲインの調整を行う構成を採用した。このよう
な構成により、制御装置により軌道追従誤差の小さいサーボ制御を実現できるフィードバックゲインと速度フィードフォワードゲインの調整が容易になる。

具体的に、本発明は、制御対象のサーボ制御に関連するフィードバック信号がフィードバック入力される一又は複数の制御器を有するフィードバック系を含み、該フィードバック系において速度フィードフォワード制御が可能となるように構成された所定制御構造を有する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、当該方法は、前記速度フィードフォワード制御に関連する速度フィードフォワードゲインを所定基準値に設定した状態で、前記フィードバック信号のフィードバックゲインに関連する所定指標が所定の目標値を満たす範囲で、該フィードバックゲインの上限値を算出する第１ステップと、前記フィードバックゲインを該上限値より低い調整初期値に設定するとともに、少なくとも前記速度フィードフォワードゲインを、前記所定基準値より大きい所定増大値に設定する第２ステップと、前記速度フィードフォワードゲインを前記所定増大値に設定した状態で、前記フィードバックゲインが前記上限値を超えない範囲で該フィードバックゲインを前記調整初期値から高めるように調整する第３ステップと、を含む。

上記のパラメータ調整方法によって制御パラメータが調整される制御装置は、一又は複数の制御器によるフィードバック系を含む所定制御構造を有するとともに、その所定制御構造は速度フィードフォワード制御が可能となるように構成されている。一又は複数の制御器では、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等のフィードバックゲインが設定され、これらの設定された値によって所定制御構造によるサーボ制御特性が特徴づけられる。サーボ制御特性としては、上記の所定指標である、制御対象の整定時間や制御時の振動特性等が例示できる。また、速度フィードフォワード制御に関連する速度フィードフォワードゲインは、サーボ制御における制御対象の軌跡追従性に大きく関連する。したがって、制御対象のサーボ制御において、フィードバックゲインと速度フィードフォワードゲインはその制御結果に大きな影響を及ぼし得る制御パラメータとされる。

そこで、上記のパラメータ調整方法では、先ず、第１ステップで、速度フィードフォワードゲインを所定基準値に設定した状態で、所定制御構造によるサーボ制御特性が所望の特性を達成するように、すなわち上記所定指標が所定の目標値を満たす範囲で、フィードバックゲインの上限値が算出される。速度フィードフォワードゲインを所定基準値とするのは、制御対象の軌跡追従性が初めから高くなってしまうと所定指標の推移に影響が及び、所定指標を基準としたフィードバックゲインの上限値の算出を正確に行いにくくなるからである。一般的にフィードバックゲインの値は大きいほどサーボ制御上の応答性は高まるが、背反としてサーボ制御の安定性が低下する傾向がある。このような第１ステップにより算出されるフィードバックゲインの上限値は、可及的に好ましいサーボ制御特性を実現し得る閾値であるとの技術的意義を有する。

そして、第２ステップでは、フィードバックゲインを、第１ステップで算出した上限値より低い調整初期値に設定した上で、速度フィードフォワードゲインを所定増大値に設定する。この所定増大値は、上記の所定基準値より大きく、制御対象のサーボ制御における軌跡追従性を高めることができる数値である。一例としては、所定増大値としては、１００％やそれに近い数値を採用できる。このように、第２ステップでは、制御対象の軌跡追従性を高めるべく速度フィードフォワードゲインを所定増大値に設定するが、その速度フィードフォワードゲインとフィードバックゲインとの相互作用によって、制御対象のサーボ制御において好ましくない状況が不意に発生しないように、フィードバックゲインを比較的低めの調整初期値に設定しておく。その上で、続く第３ステップでは、速度フィードフォワードゲインを所定増大値に設定した状態で、フィードバックゲインを第１ステップで算出された上限値に向かって高くなるように調整していく。このとき、フィードバックゲインが上限値を超えない範囲で、その調整が行われる。

このようなパラメータ調整によれば、軌跡追従性と関連性の大きい速度フィードフォワードゲインを所定増大値にするとともに、フィードバックゲインをサーボ制御に関連する所定指標を所定の目標値とする上限値に決定でき、もしくはフィードバックゲインを上限値に可及的に近付けることができ、両制御パラメータの好適な調整が容易に実現される。

ここで、上記のパラメータ調整方法において、前記所定指標は、前記所定制御構造に基づいたサーボ制御が行われたときの、前記制御対象の整定時間に関連する指標であってもよい。この場合、前記上限値は、前記所定指標が、前記所定の目標値である目標整定時間以内となるときの前記フィードバックゲインの値であってもよい。また、所定指標の別法として、前記所定指標は、前記所定制御構造に基づいたサーボ制御が行われたときの、前記制御対象の振動に関連する指標であってもよい。この場合、前記上限値は、前記所定指標が、前記所定の目標値である振動レベル又はそれ以下の前記フィードバックゲインの値であってもよい。更に、所定指標の別法として、前記所定指標は、前記所定制御構造に基づいたサーボ制御が行われたときの、該所定制御構造における速度閉ループの周波数応答における閉ループゲイン、又は速度開ループから得られるゲイン又は位相に関する指標であってもよい。この場合、前記上限値は、前記所定指標が、所定のピークゲイン以下となるときの、もしくは所定のゲイン余裕値又は所定の位相余裕値以上となるときの前記フィードバックゲインの値であってもよい。所定指標は、所定制御構造によるサーボ制御特性が所望の特性を達成しているかを判断することができるものであれば、これらの指標以外のものであっても構わない。

ここで、上述までのパラメータ調整方法において、前記第３ステップでは、前記フィードバックゲインを前記調整初期値から高めていく過程において、前記制御対象の振動レベルが許容レベルを超えた場合には該振動レベルが該許容レベルに収まる範囲で該フィードバックゲインの値を決定してもよい。このような方法によれば、フィードバックゲインに関し、制御対象の振動レベルを許容範囲に収め得る範囲で可及的に最大の値を設定することができる。

また、上述までのパラメータ調整方法において、前記第１ステップでは、前記サーボ制御における位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいたフィルタ処理が行われている状態で、前記フィードバックゲインの前記上限値を算出してもよい。このようなフィルタ処理を利用して第１ステップを実行することで、仮に制御対象への位置指令に共振を引き起こす周波数成分が含まれていたとしても、フィードバックゲインの上限値を正確に算出することができ、最終的に得られるフィードバックゲイン及び速度フィードフォワードゲインの良好な調整を実現できる。

また、上述までのパラメータ調整方法において、前記第３ステップでは、前記サーボ制御における位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいたフィルタ処理が行われていない状態で、前記フィードバックゲインの調整を行ってもよい。当該フィルタ処理を実行していると、制御対象の軌跡追従性が低下する可能性がある。ここで、第３ステップでは、第２ステップで速度フィードフォワードゲインを上記の所定増大値に設定した上でフィードバックゲインの調整が行われるが、これは軌跡追従性の最適化を狙いながらフィードバックゲインの調整を行うものである。その点を考慮すると、第３ステップの実行時にはフィルタ処理をＯＦＦとした状態でフィードバックゲインの調整を行った方が、より好ましい値に調整することができる。

フィードフォワード制御を含むサーボ制御を行う制御装置において、フィードバックゲインと速度フィードフォワードゲインを好適に調整することができる。

ＰＬＣ及びサーボドライバを含む制御システムの概略構成、及び該制御システムに接続されたコンピュータの概略構成を示す図である。 サーボドライバの制御構造、及びコンピュータに形成されたサーボドライバに設定される制御パラメータを調整するための機能部を示す図である。 サーボドライバにおける制御パラメータを調整するための調整処理のフローチャートである。 図３に示す調整処理に含まれる第１処理のフローチャートである。 図３に示す調整処理に含まれる第２処理のフローチャートである。 図３に示す調整処理に含まれる第３処理のフローチャートである。 図３に示す調整処理の結果得られた制御パラメータが設定されたサーボドライバによる軌跡追従性を説明する図である。 図３に示す調整処理に含まれる第１処理の別形態のフローチャートである。 図３に示す調整処理に含まれる第１処理の更に別形態のフローチャートである。

＜適用例＞
先ず、モータをサーボ制御するための制御システムの構成について、図１に基づいて説明する。図１は当該制御システムの概略構成図である。当該制御システムは、フィールドネットワーク１と、サーボドライバ４と、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)５と
を備える。サーボドライバ４は、モータ２を有する装置６においてモータ２の出力軸をサーボ制御するための制御装置である。装置６の一例としては、ワークを所定の平面上で搬送する搬送装置が例示できる。また、装置６には、モータ２以外のモータによる制御軸が設けられていてもよい。その場合、１台のサーボドライバ４で２台の制御軸（モータ）を駆動可能に構成されてもよく、別法として、１つの制御軸毎に１台のサーボドライバが配置され、各サーボドライバがフィールドネットワーク１で接続される構成を採用することもできる。このようなサーボドライバ４に対して、フィールドネットワーク１を介して装置６を駆動制御するための指令がＰＬＣ５から供給される。なお、フィールドネットワーク１として、例えば、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）を使用することができる。

上記制御システムでは、ＰＬＣ５から送られてくる制御指令をサーボドライバ４が用いて、モータ２のサーボ制御が行われる。当該サーボ制御は、例えば、モータによる位置決めのための制御である。なお、ＰＬＣ５から制御指令が供給されたサーボドライバ４は、モータ２に接続されているエンコーダ２ａから出力されたフィードバック信号を、信号線Ｌ２を介して受けることで、モータ２の出力が制御指令に追従するように、モータ２に電力供給線Ｌ１を介して駆動電流を供給する。この供給電流は、交流電源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。本実施形態では、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。

また、サーボドライバ４にはコンピュータ９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、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルである通信ケーブル８を介して、コンピュータ９がサーボドライバ４に接続される。また、コンピュータ９は、サーボドライバ４に対して無線接続するように構成されてもよい。コンピュータ９は、サーボドライバ４によるモータ２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、コンピュータ９は、演算装置やメモリ、ディスプレイ（表示装置）等を有しており、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調整を行う。コンピュ
ータ９による制御パラメータの具体的な調整形態については、後述する。

ここで、本実施形態のサーボドライバ４に形成される、サーボ制御のための制御構造について、図２に基づいて説明する。サーボドライバ４は、位置制御器４１、速度制御器４２、電流制御器４３を備えるフィードバック系を有し、それによりモータ２のサーボ制御を行うように構成される。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、当該Ｐ制御では、ＰＬＣ５からの位置指令と、モータ２における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が乗ぜられる。更に、位置制御器４１は、ＰＬＣ５からの位置指令に対して所定の微分処理を施し所定ゲインを乗じた信号を、上記のＰ制御の出力（位置偏差と所定の位置比例ゲインの積）に加算して速度指令ｖｃｍｄを算出するように構成されている。すなわち、位置制御器４１は、速度フィードフォワード制御を実行できるように構成され、当該所定ゲインは、速度フィードフォワード制御の寄与程度を調整するためのパラメータであり、速度フィードフォワードゲインとされる。本実施形態では、速度フィードフォワードゲインとして、０％～１００％の範囲の任意の値を設定することができる。

また、速度制御器４２は、例えば、比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。このＰＩ制御では、速度制御器４２は、位置制御器４１により算出された速度指令ｖｃｍｄとモータ２における検出速度（エンコーダ２ａの出力が微分器４４により微分されて得られる）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。そして、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。

また、上記位置制御器４１は、ＰＬＣ５から送られてくる位置指令に関するフィルタ処理を行うフィルタを含んでもよい。当該フィルタ処理については、上記の位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいて、例えばカットオフ周波数等のフィルタ性能が調整される。同様に、上記電流制御器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、これらのフィルタによるフィルタ処理を行うように構成されてもよい。コンピュータ９により調整される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パラメータも含まれてよい。

このようなサーボドライバ４によるサーボ制御のための制御パラメータ（上記の位置比例ゲイン、速度積分ゲイン、速度比例ゲインを含むフィードバックゲインや、フィルタ処理に関連するパラメータ）を調整するために、調整用プログラムがコンピュータ９で実行される。なお、調整用プログラムの実行により調整された制御パラメータが、装置６を構成するモータ２の駆動に適したものであるか確認することが求められる。そこで、制御パラメータの調整が行われている際のモータ２の動作に関連する情報として、エンコーダ２ａからのフィードバック信号やサーボドライバ４の各制御器の信号がコンピュータ９に引き渡され、それらの信号に基づいてモータ２の動作の分析示処理等がコンピュータ９で行われ、その分析結果がそのディスプレイに表示される。

ここで、上記調整用プログラムの詳細について、同じく図２に基づいて説明する。図２に示すように、コンピュータ９には、制御パラメータの調整用の機能部として、整定時間計測部９１、振動検出部９２、上限ＦＢゲイン算出部９３、ＦＦゲイン設定部９４、ＦＢゲイン調整部９５、余裕判定部９６が、調整用プログラムの実行により形成される。なお、本実施形態では、「ＦＢゲイン」の表記は、「フィードバックゲイン」を意味し、「ＦＦゲイン」の表記は、「フィードフォワードゲイン」を意味するものとする。

整定時間計測部９１は、サーボドライバ４によりモータ２のサーボ制御が実行されたときの、サーボ制御特性の一つとしての整定時間を計測する機能部である。整定時間は、モータ２の出力軸の位置が目標位置に到達するようにサーボ制御された場合、目標位置に到達する理論計算上のタイミングから、実際にモータ２の出力軸位置が目標位置から所定の範囲内に収束するまでの経過時間として定義される。一般に、フィードバックゲインの値が高すぎると、出力軸の位置が目標位置を通り過ぎ、その後振動的に推移するハンチング動作が生じたり、一方でフィードバックゲインの値が低すぎると、出力軸の位置が目標位置に到達するまでに時間が掛かりすぎたりする。そこで、モータ２の整定時間は、フィードバックゲインと大きく関連することを考慮して、サーボ制御特性の一つとして、整定時間計測部９１は整定時間の計測を行う。

また、振動検出部９２は、サーボドライバ４によりモータ２のサーボ制御が実行されたときの、サーボ制御特性の一つとしての振動発生を検出する機能部である。振動検出部９２により検出される振動は、サーボドライバ４が有するサーボ制御のための各制御器における電気的振動や、エンコーダ２ａからのフィードバック信号における振動のうち、フィードバックゲインとの関連性が大きいとされる一又は複数の振動を対象としてもよい。振動検出部９２は、例えば、対象となる振動の振幅が、許容される振動レベルを超えた場合に、サーボ制御上好ましくない振動が発生しているとして振動検出の判断を行うことができる。

また、余裕判定部９６は、サーボドライバ４によりモータ２のサーボ制御が実行されたときの、サーボ制御特性の一つとしての速度閉ループのピークゲイン、又は速度開ループから計算されるゲイン余裕又は位相余裕を判定する機能部である。すなわち、余裕判定部は、サーボ制御時の上記周波数特性が、どの程度安定余裕を有しているかを判定する機能部である。なお、上記の速度閉ループのピークゲイン、速度開ループのゲイン余裕又は位相余裕は、公知の技術により取得できる。

上限ＦＢゲイン算出部９３は、後述する第１処理（図４を参照）を実行する機能部である。この第１処理は、主に、フィードバックゲインに関連する所定指標に基づいて、フィードバックゲインの上限値を算出する処理である。所定指標としては、フィードバックゲインとの関連性が大きいとされるサーボ制御特性である、整定時間やサーボ制御時の振動が採用される。上述の通り、前者は整定時間計測部９１によって取得され、後者は振動検出部９２によって取得される。

ＦＦゲイン設定部９４は、後述する第２処理（図５を参照）を実行する機能部である。この第２処理は、主に、速度フィードフォワードゲインを、高い軌跡追従性を得るための比較的高いゲイン値（本願の所定増大値であり、例えば、１００％）に設定した上で、フィードバックゲインを初期値に設定し直す処理である。なお、ＦＦゲイン設定部９４は、速度フィードフォワードゲインに加えて、上記制御構造に含まれるトルクフィードフォワードゲインも比較的高い値に設定しても構わない。そして、ＦＢゲイン調整部９５は、後述する第３処理（図６を参照）を実行する機能部である。この第３処理は、主に、第２処理で速度フィードフォワードゲインを例えば１００％に設定した状態で、フィードバックゲインを次第に高めていき、最終的なフィードバックゲインを決定する処理である。第３処理でのフィードバックゲインの調整では、第１処理で決定された上限値を超えない範囲で、最終的なフィードバックゲインの値が決定される。

このような機能部がコンピュータ９に形成されて制御パラメータの調整処理が行われることで、フィードフォワード制御を含むサーボ制御を行うサーボドライバ４において、フィードバックゲインと速度フィードフォワードゲインが好適に調整される。この結果、モータ２のサーボ制御特性を所望の特性とでき、又は可及的に所望の特性に近付けることが
でき、その上で、速度フィードフォワードゲインが１００％とされることでモータ２の軌跡追従性が良好なものとなり得る。

＜制御パラメータの調整処理＞
次に、これらの機能部によって実現される、具体的な制御パラメータの調整処理について、図３～図６に基づいて説明する。図３は、調整処理の全体の流れを示すフローチャートである。そして、図４は当該調整処理に含まれる第１処理の流れを示すフローチャートであり、図５は当該調整処理に含まれる第２処理の流れを示すフローチャートであり、図６は当該調整処理に含まれる第３処理の流れを示すフローチャートである。図３から理解できるように、調整処理は、第１処理（Ｓ１０１）、第２処理（Ｓ１０２）、第３処理（Ｓ１０３）の順に実行される。

調整処理のうち、先ず第１処理について、図４に基づいて説明する。第１処理は、上限ＦＢゲイン算出部９３によって実行される。なお、図４に示す第１処理では、フィードバックゲインの上限値を算出するために使用される所定指標は、整定時間計測部９１によって計測される整定時間である。先ず、Ｓ２０１では、整定時間の目標値が設定される。一般的な装置６において、整定時間が短いことは目標位置に速やかに到達できることを意味するため、整定時間の目標値が短い方が装置６におけるモータ２のサーボ制御特性が良好とされる。一方で、整定時間を短くするためには、目標位置の近傍における振動的推移を効果的に抑制する必要があり、フィードバックゲインの影響を多分に受けることになる。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、速度フィードフォワードゲインを所定の基準値に設定する。この所定の基準値は暫定的な値であり、本実施形態では３０％とする。第１処理は、上記の通り、モータ２のサーボ制御特性を所望の特性とするためのフィードバックゲインの上限値を算出することを目的とする。そのため、サーボ制御特性を上記の所定指標を通してより正確に把握するために、速度フィードフォワードゲインを低くして速度フィードフォワード制御の影響を比較的抑制した状態とする。なお、速度フィードフォワードゲインの所定の基準値は３０％に限られず、装置６の機械特性などを考慮して適宜選択することができる。Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ２０３へ進む。

Ｓ２０３では、フィードバックゲインを調整初期値に設定する。この調整初期値としては、Ｓ２０４以降の処理が開始されるに当たって急激にモータ２の動作が不安定とならないように、比較的低い値が採用される。その後、Ｓ２０４では、速度フィードフォワードゲインが所定の基準値に設定された状態で、都度のフィードバックゲインに従ってモータ２が駆動される。例えば、当該駆動のために、所定の距離の位置決めを行うサーボ制御のための位置指令がモータ２に与えられる。このモータ駆動が行われている間、サーボドライバ４の各制御器の信号やエンコーダ２ａからのフィードバック信号等がコンピュータ９に引き渡されて、モータ２の動作が分析される。その一部として、整定時間計測部９１による整定時間の計測が行われる。

そして、Ｓ２０５では、計測された整定時間が、Ｓ２０１で設定された目標値を満たすか否かが判定される。Ｓ２０５で肯定判定されると、現時点で設定されているフィードバックゲインは所望のサーボ制御特性、すなわち所望の整定時間を達成する値であることを意味する。そこで、その場合処理はＳ２０６へ進み、当該所望の整定時間を達成したフィードバックゲインを上限フィードバックゲインとして算出するとともに、コンピュータ９のメモリ内に保持する。一方で、Ｓ２０５で否定判定されると、現時点で設定されているフィードバックゲインは所望のサーボ制御特性を達成する値ではないことを意味する。そこで、その場合処理はＳ２０７へ進み、現時点で設定されているフィードバックゲインを高める。なお、フィードバックゲインの増加幅は適宜採用すればよい。その後、再びＳ２
０４へ進み、高められたフィードバックゲインを適用した状態でモータの駆動が実行される。

このように第１処理では、速度フィードフォワードゲインを比較的低く設定した状態で、モータ２のサーボ制御特性を所望の特性とし得るフィードバックゲインの上限値の算出が行われる。そのため、当該上限値とされるフィードバックゲインは、現時点では、必ずしも速度フィードフォワードゲインを高めた場合にそのまま適用できるとは限らない値であることに留意する。

第１処理に続いては、第２処理が行われる。第２処理は、ＦＦゲイン設定部９４によって実行される。図５に示すように、第２処理では先ずＳ３０１でフィードバックゲインが調整初期値に設定される。すなわち、フィードバックゲインの上限値が算出された第１処理に続く第２処理では、改めてそのフィードバックゲインを比較的低い値である調整初期値に戻される。その上で、続くＳ３０２では、速度フィードフォワードゲインが、所定の基準値より大きく、軌跡追従性を高められるゲイン値（理想的には、１００％）に設定される。すなわち、第１処理では３０％とされていた速度フィードフォワードゲインが、第２処理では、一例としてそれより高い値（例えば、１００％）に設定される。ただし、制御対象の慣性や粘性が変動するように構成される場合、Ｓ３０２で設定される速度フィードフォワードゲインは１００％から適宜調整してもよい。また、このとき、より高い軌跡追従性を得るために、速度フィードフォワードゲインに加えてトルクフィードフォワードゲインにも比較的高いゲイン値を設定してもよい。

そして、第２処理に続いては、第３処理が行われる。第３処理は、ＦＢゲイン調整部９５によって実行される。図６に示すように、第３処理では先ずＳ４０１では、速度フィードフォワードゲインが１００％に設定された状態で、現時点で設定されているフィードバックゲインに従ってモータ２が駆動される。当該モータ２の駆動内容は、設定されている制御パラメータによって、モータ２の動作での振動の有無を確認できるものであれば構わない。このモータ駆動が行われている間、サーボドライバ４の各制御器の信号やエンコーダ２ａからのフィードバック信号等がコンピュータ９に引き渡されて、モータ２の動作が分析される。その一部として、振動検出部９２による振動の検出が行われる。Ｓ４０１の処理が終了すると、Ｓ４０２へ進む。

そして、Ｓ４０２では、振動検出部９２により振動が検出されたか否かが判定される。Ｓ４０２で肯定判定されると、現時点で設定されているフィードバックゲインは、振動の検出により適正な値よりも高い値となっていることを意味する。そこで、その場合処理はＳ４０６へ進み、振動を生じさせたフィードバックゲインよりも低いゲイン、すなわち振動検出部９２により振動が検出されていない、直前に設定されたフィードバックゲインが、最終的なフィードバックゲインとして決定される。一方で、Ｓ４０２で否定判定されると、現時点で設定されているフィードバックゲインは振動が検出されるまでは増加させる余地が残されていることを意味する。そこで、その場合処理はＳ４０３へ進む。

Ｓ４０３では、現時点でのフィードバックゲインの値と、第１処理でコンピュータ９のメモリに保持されているフィードバックゲインの上限値とを比較し、前者が後者未満であるか否かが判定される。すなわち、Ｓ４０３では、前者が後者に到達するまで増加されているか否かが判定されることになる。Ｓ４０３で肯定判定されると、Ｓ４０４でフィードバックゲインが高められ、その後再びＳ４０１以降の処理が繰り返される。フィードバックゲインの増加幅は適宜採用すればよい。また、Ｓ４０３で否定判定されると処理はＳ４０５へ進む。Ｓ４０５では、フィードバックゲインを上限値に設定する。

このように上述までの調整処理によれば、先に所望のサーボ制御特性を実現可能なフィ
ードバックゲインの上限値を決めておき、その上で速度フィードフォワードゲインを、軌跡追従性を高められる値（例えば、１００％）にしてフィードバックゲインを調整初期値から引き上げていく。そのため、第３処理において振動が検出されなければ、軌跡追従性と関連性の大きい速度フィードフォワードゲインを、軌跡追従性を高められる値（例えば、１００％）にするとともに、フィードバックゲインを、整定時間を所定の目標値とする値に決定できる。すなわち、好適な軌跡追従性と所望の整定時間を両立し得る両制御パラメータの調整が容易に行い得る。

ここで、図７に、上記の調整処理に従って調整された速度フィードフォワードゲインとフィードバックゲインが設定された場合のモータ２の追従誤差（位置指令と、実際のモータ２の出力軸の位置との誤差）の推移（線Ｌ１１で示される推移）と、従来技術によってゲイン調整された場合の追従誤差の推移（線Ｌ１２で示される推移）とを比較した結果が示されている。なお、前者の速度フィードフォワードゲインは１００％であり、後者との速度フィードフォワードゲインは６０％となっている。また、前者のフィードバックゲインは後者のフィードバックゲインよりも小さくなっている。このことからも分かるように、軌跡追従性を示す追従誤差については、速度フィードフォワードゲインを高く設定することが有用である。そのため、好適な軌跡追従性と所望の整定時間の両立を可能とする本実施形態の調整処理は、極めて有用な制御パラメータの調整手法である。

＜変形例１＞
位置制御器４１において、サーボ制御における位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいた、位置指令に対するフィルタ処理が行われている状態で、第１処理におけるフィードバックゲインの上限値の算出が行われてもよい。このような位置指令に対するフィルタ処理が行われると、仮にＳ２０４での位置指令に共振を引き起こす周波数成分が含まれていたとしても、フィードバックゲインの上限値を正確に算出することができる。そして、上限値が正確であれば、第３処理において振動が検出されることなく得られたフィードバックゲインは、ユーザの要求する所望のサーボ制御特性を実現し得る適切なフィードバックゲインと言え、好適な軌跡追従性と所望の整定時間の両立が可能となる。

＜変形例２＞
サーボ制御における位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいたフィルタ処理が行われていない状態で、第３処理におけるフィードバックゲインの調整が行われてもよい。このようなフィルタ処理を実行していると、軌跡追従性が低下する可能性がある。ここで、第３処理では、高い軌跡追従性と高いフィードバックゲインの両立を図るために、速度フィードフォワードゲインが１００％に設定された状態でフィードバックゲインの調整が行われる。そのため、軌跡追従性が低下した状態でフィードバックゲインの調整を行うのは好ましくない。そこで、上記のように、第３処理では上記フィルタ処理をＯＦＦにした状態でＦＢゲイン調整部９５によるフィードバックゲインの調整が行われるのが好ましい。

＜変形例３＞
第１処理の変形例について、図８に基づいて説明する。本変形例の第１処理と図４に示す第１処理とにおいて共通する処理は、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。なお、本変形例の第１処理では、図４に示す第１処理に含まれるＳ２０１の処理は、含まれていない。これは、本変形例の第１処理での所定指標は、サーボ制御時の振動レベルであり、目標とする振動レベルに関する情報は予めコンピュータ９内に記憶されている。また、モータ２のサーボ制御時の振動は、振動検出部９２によって取得される。

そして、Ｓ２０４の処理が終了すると、処理はＳ５０１へ進む。そして、Ｓ５０１では、Ｓ２０４でのモータ２のサーボ制御時の振動レベルが目標レベル以下であるか否かが判定される。Ｓ５０１で肯定判定されると、振動レベルが比較的低いためまだフィードバッ
クゲインを高める余地が残されていることを意味する。そこで、その場合処理はＳ２０７へ進み、現時点で設定されているフィードバックゲインを高める。なお、フィードバックゲインの増加幅は適宜採用すればよい。その後、再びＳ２０４へ進み、高められたフィードバックゲインを適用した状態でモータの駆動が実行される。一方で、Ｓ５０１で否定判定されると、現時点で設定されているフィードバックゲインは、振動の検出により適正な値よりも高い値となっていることを意味する。そこで、その場合処理はＳ５０２へ進み、振動レベルが目標振動レベル以下となるゲイン、すなわち直前にＳ５０１で肯定判定されてＦＢゲインが高められる前のフィードバックゲインが、最終的なフィードバックゲインとして算出され、それがコンピュータ９のメモリ内に保持される。

このような第１処理を経て上記第３処理が行われることで、その第３処理において振動が検出されなければ、軌跡追従性と関連性の大きい速度フィードフォワードゲインを、軌跡追従性を高められる値（例えば、１００％）にするとともに、フィードバックゲインを、振動抑制可能な範囲で可及的に高い値に決定できる。すなわち、好適な軌跡追従性と好適な振動抑制を両立し得る両制御パラメータの調整が容易に行い得る。

＜変形例４＞
第１処理の更なる変形例について、図９に基づいて説明する。本変形例の第１処理と図４に示す第１処理とにおいて共通する処理は、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。なお、本変形例の第１処理では、図４に示す第１処理に含まれるＳ２０１の処理は、含まれていない。これは、本変形例の第１処理での所定指標は、サーボ制御構造における速度閉ループの周波数応答特性におけるゲインピークや、速度開ループから算出されるゲイン余裕又は位相余裕である。ゲインピークを指標とする場合は、その判定基準となる閾値は例えば１ｄＢ以下とする。ゲイン余裕を指標とする場合は、その判定基準となる閾値は例えば１０ｄＢ以上とする。位相余裕を指標とする場合は、その判定基準となる閾値は例えば４５度以上とする。これらの基準となる各閾値に関する情報は予めコンピュータ９内に記憶されている。また、モータ２のサーボ制御時のゲインピークやゲイン余裕又は位相余裕は、余裕判定部９６によって取得される。

そして、Ｓ２０４の処理が終了すると、処理はＳ６０１へ進む。そして、Ｓ６０１では、Ｓ２０４でのモータ２のサーボ制御時の、速度閉ループの周波数応答におけるゲインピークや、速度開ループから算出されるゲイン余裕又は位相余裕が、それらの判定基準を満たしているか否かが判定される。Ｓ６０１で肯定判定されると、ゲインピークが比較的小さいため、あるいはゲイン余裕又は位相余裕が比較的大きいため、まだフィードバックゲインを高める余地が残されていることを意味する。そこで、その場合処理はＳ２０７へ進み、現時点で設定されているフィードバックゲインを高める。なお、フィードバックゲインの増加幅は適宜採用すればよい。その後、再びＳ２０４へ進み、高められたフィードバックゲインを適用した状態でモータの駆動が実行される。一方で、Ｓ６０１で否定判定されると、現時点で設定されているフィードバックゲインは、ゲインピークが比較的大きかったりゲイン余裕又は位相余裕が比較的小さかったりするため、その適正な値よりも高い値となっていることを意味する。そこで、その場合処理はＳ６０２へ進み、ゲインピークが対応する基準閾値以下となるゲイン、あるいはゲイン余裕と位相余裕が対応する基準閾値以上となるゲイン、すなわち直前にＳ６０１で肯定判定されてＦＢゲインが高められる前のフィードバックゲインであり所定指標がその判定基準を満たす場合のフィードバックゲインが、最終的なフィードバックゲインとして算出され、それがコンピュータ９のメモリ内に保持される。

このような第１処理を経て上記第３処理が行われることで、その第３処理において所定指標が判定基準を満たせば、軌跡追従性と関連性の大きい速度フィードフォワードゲインを、より高い値（例えば、１００％）にするとともに、フィードバックゲインを、振動抑
制可能な範囲で可及的に高い値に決定できる。すなわち、好適な軌跡追従性と好適な振動抑制を両立し得る両制御パラメータの調整が容易に行い得る。

＜付記１＞
制御対象のサーボ制御に関連するフィードバック信号がフィードバック入力される一又は複数の制御器（４１、４２、４３）を有するフィードバック系を含み、該フィードバック系において速度フィードフォワード制御が可能となるように構成された所定制御構造を有する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、
前記速度フィードフォワード制御に関連する速度フィードフォワードゲインを所定基準値に設定した状態で、前記フィードバック信号のフィードバックゲインに関連する所定指標が所定の目標値を満たす範囲で、該フィードバックゲインの上限値を算出する第１ステップ（Ｓ１０１）と、
前記フィードバックゲインを該上限値より低い調整初期値に設定するとともに、少なくとも前記速度フィードフォワードゲインを、前記所定基準値より大きい所定増大値に設定する第２ステップ（Ｓ１０２）と、
前記速度フィードフォワードゲインを前記所定増大値に設定した状態で、前記フィードバックゲインが前記上限値を超えない範囲で該フィードバックゲインを前記調整初期値から高めるように調整する第３ステップ（Ｓ１０３）と、
を含む、パラメータ調整方法。

１: ネットワーク
２: モータ
４：サーボドライバ
５: ＰＬＣ
９： コンピュータ
９１: 整定時間計測部
９２: 振動検出部
９３: 上限ＦＢゲイン算出部
９４: ＦＦゲイン設定部
９５: ＦＢゲイン調整部

Claims (8)

1. 制御対象のサーボ制御に関連するフィードバック信号がフィードバック入力される一又は複数の制御器を有するフィードバック系を含み、該フィードバック系において速度フィードフォワード制御が可能となるように構成された所定制御構造を有する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、
   前記速度フィードフォワード制御に関連する速度フィードフォワードゲインを所定基準値に設定した状態で、前記フィードバック信号のフィードバックゲインに関連する所定指標が所定の目標値を満たす範囲で、該フィードバックゲインの上限値を算出する第１ステップと、
   前記フィードバックゲインを該上限値より低い調整初期値に設定するとともに、少なくとも前記速度フィードフォワードゲインを、前記所定基準値より大きい所定増大値に設定する第２ステップと、
   前記速度フィードフォワードゲインを前記所定増大値に設定した状態で、前記フィードバックゲインが前記上限値を超えない範囲で該フィードバックゲインを前記調整初期値から高めるように調整する第３ステップと、
   を含む、パラメータ調整方法。
2. 前記所定増大値は、１００％である、
   請求項１に記載のパラメータ調整方法。
3. 前記所定指標は、前記所定制御構造に基づいたサーボ制御が行われたときの、前記制御対象の整定時間に関連する指標であって、
   前記上限値は、前記所定指標が、前記所定の目標値である目標整定時間以内となるときの前記フィードバックゲインの値である、
   請求項１又は請求項２に記載のパラメータ調整方法。
4. 前記所定指標は、前記所定制御構造に基づいたサーボ制御が行われたときの、前記制御対象の振動に関連する指標であって、
   前記上限値は、前記所定指標が、前記所定の目標値である振動レベル又はそれ以下の前記フィードバックゲインの値である、
   請求項１又は請求項２に記載のパラメータ調整方法。
5. 前記所定指標は、前記所定制御構造に基づいたサーボ制御が行われたときの、該所定制御構造における速度閉ループの周波数応答における閉ループゲイン、又は速度開ループから得られるゲイン又は位相に関する指標であって、
   前記上限値は、前記所定指標が、所定のピークゲイン以下となるときの、もしくは所定のゲイン余裕値又は所定の位相余裕値以上となるときの前記フィードバックゲインの値である、
   請求項１又は請求項２に記載のパラメータ調整方法。
6. 前記第３ステップでは、前記フィードバックゲインを前記調整初期値から高めていく過程において、前記制御対象の振動レベルが許容レベルを超えた場合には該振動レベルが該許容レベルに収まる範囲で該フィードバックゲインの値を決定する、
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載のパラメータ調整方法。
7. 前記第１ステップでは、前記サーボ制御における位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいたフィルタ処理が行われている状態で、前記フィードバックゲインの前記上限値を算出する、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載のパラメータ調整方法。
8. 前記第３ステップでは、前記サーボ制御における位置比例ゲイン又は速度比例ゲインに基づいたフィルタ処理が行われていない状態で、前記フィードバックゲインの調整を行う、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載のパラメータ調整方法。

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