JPH0296203A - フィードバック制御系のパラメータ調整方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の概要 フィー・ドパツク制御系における動作データを用いて所
定の評Ｇ１１ｉ関数を作成し、この評価関数を用いたフ
ァジィ推論により、同制御系の位置ゲイン、速度ゲイン
等のパラメータを自動的に調整する。

発明の背景 技術分野 この発明は、フィードバック制御系における位置ゲイン
、速度ゲイン等のパラメータをファジィ推論により自動
的に調整する方法および装置に関する。

従来技術 フィードバック制御技術は既に多くの分野において広範
囲に利用されている。フィードバック制御系において制
御量の立上り時間やオーバシュートｍなどを最適に設定
しようとするとそれなりのパラメータ調整が必要である
。

−例としてロボットのアームの旋回を制御するフィード
バック制御系を考えてみる。

ロボットは負６：ｊイナーシヤ、機械系のダンピング、
剛性、摩擦等により、その動作特性が大きく異なり、制
御系パラメータ（位置ゲイン、速度ゲイン等）を上記各
種特性にあわせて調整することが必要となる。

同一種類のロボットでも個体毎に機械系のダンピングや
剛性が異なり、特に摩擦はかなり異なっている。したが
って、同一種類のロボットを同一の制御系パラメータを
用いて制御しようとすると動作性能にばらつきが生じる
ことになる。

性能のばらつきを抑えるためには個体毎に制御系パラメ
ータの調整を行なう必要があり、従来はこの調整は熟達
した技術者によって行なわれていた。たとえば１制御装
置に位置のステップ入力を指令しその際の制御系の挙動
を表わすデータを測定し、立ち上がり時間やオーバーシ
ュート量などが最適になるよう、制御系の位置ゲインや
速度ゲインを調整するのである。

しかしながらこのようなパラメータ：Ａ整作業は熟練し
た技術者しか行なうことができない上に。

多大な作業量と時間を要していた。また熟練した技術者
であっても調整する人が異なると性能が異なってしまう
こともある。

発明の概要 この発明は、フィードバック制御系のパラメータを自動
的に調整できる方法、および装置を提供することを目的
とする。

この発明によるフィードバック制御系のパラメータ調整
方法は、目標値が与えられたときに。

この目標値と制御対象から得られる制御量とに基づいて
、制御対象から目標値と一致する制御量が得られるよう
にフィードバック制御する制御系において、制御量に関
係する少なくとも２種類の評価関数および調整すべきパ
ラメータに関係する量のそれぞれについて複数のメンバ
ーシップ関数をあらかじめ設定しておき、制御対象の動
作制御を行ない、これにより得られる制御量に関係する
少なくとも２種類の評価関数を作成し１作成した少なく
とも２種類の評価関数と設定されている複数のメンバー
シップ関数とを用いて、所定の制御ルールに基づいて所
定の演算を行ない、調整すべきパラメータに関係する量
を推論し、上記の評価関数の作成と調整すべきパラメー
タに関係する量の推論とを、推論されたパラメータに関
係する量が所定の条件を満たすまで繰返すことを特徴と
する。

変位に関するパラメータを調整するものにおいては、上
記評価関数を制御対象から得られる変位に関係する制御
量から作成する。これらの評ｆｉ！［ｉ関数の例として
は、変位の直流成分に関する量と変位の交流成分に関す
る量との少なくとも２種類。

または変位の直流成分に関する量と変位の速度に関する
量との少なくとも２Ｆｉ類がある。

速度に関するパラメータを調整するものにおいては、上
記評価関数を制御対象から得られる速度に関係する制御
量から作成する。これらの評価関数の例としては、速度
の減衰量に関する量と速度の微振動に関する量の少なく
とも２ＦＪ類、または速度の直流成分に関する量と速度
の微振動に関する少なくとも２種類がある。

この発明によるフィードバック制御系のパラメータ調整
装置は、目標値と制御系パラメータとが与えられたとき
に、目標値と一致する制御量が制御対象から得られるよ
うにフィードバック制御する制御装置、上記制御装置か
ら得られる動作データに基づいて少なくとも２種類の評
価関数を作成する演算手段、ならびに上記演算手段から
得られる少なくとも２ＦＪ類の評価関数を入力とし。

少なくとも２種類の評価関数および上記制御系パラメー
タの修正量のそれぞれについてあらかじめ設定された複
数のメンバーシップ関数を用いて。

所定の制御ルールに基づいて上記制御系パラメータの修
正量についてのファジィ推論演算を行ない、推論された
上記修正量を上記制御装置に与える推論手段を備えてい
ることを特徴とする。

上記推論された修正量が所定の条件を満たすまで、制御
対象の制御動作と評価関数の作成と制御系パラメータの
修正量の推論とを繰返すよう、上記制御装置＋　７ｆｔ
算手段および推論手段を制御する制御手段をさらに設け
ることが好ましい。

以上のようにしてこの発明によると初期設定さえ行なっ
ておけば、フィードバック制御系のパラメータが自動的
に調整される。したがって熟達した技術者による調整は
不要となる。また調整ごとのばらつきも殆んどなく、性
能のそろったフィードバック制御系が実現する。

実施例の説明 以下この発明をロボットのアームの旋回運動を制御する
装置に適用した実施例について詳述する。

（１）第１実施例 まず第１の実施例について詳述する。

第１図は、ロボット、ロボット制御装置およびパラメー
タ：Ｊ３整装置の全体を示すものである。

ロボットの一例として、平面作業型ロボットが示されて
いる。ロボット１０は、ベース１１上に支柱１２により
軸支されかつ水平面内で回転する第１アーム１３．　　
この第１アーム１３の先端部に軸支されかつ水平面内で
回転する第２アーム１４．この第２アーム１４の先端部
に軸支され２回転するとともにその軸方向に動く回転直
動リンク１５．および回転直動リンク１５に固定された
ハンド１６によって構成されている。各アーム１３．１
４およびリンクは、減速機を介して対応する駆動モータ
によって駆動される。

ロボット制御装置２０は、オペレータの指示により、動
作プログラムにしたがってロボット−アーム１３．　１
４．　　リンク１５を駆動するモータを制御する。また
、制御装置２０はロボット１０の動作データをパラメー
タ調整装置３０に送信し、パラメータ調整装置３０から
送信されてくる制御系パラメータ（位置ゲインと速度ゲ
イン）の修正量を受信し。

ロボット制御装置２０内の制御系に設定する。

パラメータ調整装置３０はたとえば、いわゆるパーソナ
ル・コンピュータによって構成することができる。この
パラメータ調整装置３０は、ロボット制御装置２０から
送られてくるロボットの動作データを受信し、後に詳述
するように受信した動作データにファジィ推論を適用し
てパラメータ修正量を決定し、その値をロボット制御装
置２０へ送信する。

第２図はパラメータ調整装置３０の機能をブロック図的
に示すものである。パラメータ調整装置３０は、インタ
ーフェース部３１．評価関数演算部３２およびファジィ
推論部３３から構成されている。

インターフェース部３１はキーボード、表示装置１通信
装置等を含む。すなわちインターフェース部３１は、操
作者がメンバーシップ関数や制御ルールの設定を行なう
ためのものであるとともに、ロボット制御装置２０から
ロボットの動作に関するデータを取り込み、また推論結
果としてのパラメータ修正量（変化分）をロボット制御
装置２０へ送出するためのものである。

評価関数演算部３２はロボット制御装置２０から送られ
たロボットの動作に関するデータから評６百関数を演算
する。

ファジィ推論部３３は、評価関数を人力として。

あらかじめ設定された制御ルールに基づきファジィ推論
を行ない、推論結果としてパラメータ修正量（変化分）
を出力する。

これらの評価関数演算部３２およびファジィ推論部３３
の機能はソフトウェア（プログラム処理）により実現さ
れる。その詳細は後述する。とくに第３図はファジィ推
論部３３の機能ブロック図であるが、これについても後
に説明する。

第４図はロボット制御装置２０におけるロボットの制御
系を示すものである。モータ１８が制御の対象であり、
このモータ１８は上述したアーム■３または１４．また
はリンク１５を駆動するものである。すなわち第４図に
は１軸分の制御系が示され、多軸ロボットに対しては第
４図に示すような制御系が軸数分設けられる。モータ１
８の回転速度はエンコーダ１９によって検出され、制御
系にフィードバックされる。

エンコーダ１９によって検出されたモーター８の回転速
度は積分要素２４で積分されてモータ回転角度を表わす
息に変換され、Ｉｙａ算要素２２において、与えられた
目標値（モータ角度）との偏差が算出され　要素２Ｇの
位置ゲインＫ　が乗じられて加減要素２５に加算すべき
量として与えられる。一方１口標鎖は微分要素２３によ
って微分され速度を表わす量に変換されたのち、要素２
７の速度フィードフォワード・ゲインＫ　が乗じられて
加減要素２５に加■ 算すべき量として与えられる。また検出された速度は要
素２８の速度フィードバック・ゲインＫ　が■ 乗じられて加減要素２５に減算すべき量として与えられ
る。加減要素２５における演算結果は電流増幅器１７を
経てモーター８の駆動電流として与えられる。

上述した制御系において１破線で囲った部分２１はソフ
トウェアで実現されるいわゆるソフトウェア・サーボで
ある。Ｋ　は位置ゲイン、Ｋ　は速ｐ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　ｖ度ゲインと呼ばれる。速度
ゲインＫ　が要素２７と■ ２８の２箇所にあるが、これは速度のフィードフォワー
ド補償とフィードバック補償のゲインが同一であること
を意味する。位置ゲインＫ　と速度ゲインＫ　がパラメ
ータ調整装置３０によって自動的■ に最適値に調整される制御系パラメータである。

位置ゲインＫ　、速度ゲインＫ　は、モータやｐ　　　
　　　　　　　　　　　　　　Ｖロボット・アームの特
性が明確に分っていれば理論的に設定することが可能で
ある。それは次式で与えられる。

Ｋ　　−Ｊω　　／Ｋ　　　　　　　　　・・・（１）
ｐ　　　　　　　　ｎ Ｋ　　−２Ｊζω　／Ｋ　　　　　　　　・・・（２）
ｎ ここでＪはイナーシャ。

ω　は制御系の固有角周波数。

ζは制御系の減衰係数。

Ｋは電流増幅器等のハードウェアによって決まるゲイン
である。

しかしながらロボット・アームの特性等にばらつきがあ
るので位置ゲインＫ　、速度ゲインＫ。

を正確に決定するのは困難をともない、熟達した技術者
による調整が必要であったのは上述した通りである。

この発明によってゲインに、Ｋ　　がパラメーｐ　　　
　　　ｖ 夕調整装置３０によって自動的に調整されるが、このと
き制御系、が不安定にならないように初期ゲインは小さ
な値に設定しておく。具体的には上式でω　を小さくし
ておく。位置ゲインＫ　と速度ゲｐ インＫ　の調整処理は次の手順で行なわれる。第４図に
関する説明と同じように一軸のモータの制御に関しての
み述べる。

初期ゲインを設定した状態で第４図に示す制御系に対し
て目標値として第５図に示すような動作位置指令を与え
る。この位置指令は各時点におけるモータ角度を与える
ものである。このときのモータの回転速度指令は第６図
のグラフのようになる。始動時からある時点ｔ　までは
一定加速度で速度が増大し、その後１時点ｔ　から停止
の少し前の時点ｔｂまでは速度が一定に保たれる。そし
て１時点ｔ、から停止時点ｔ。までは負の一定加速度で
減速される。

このような指令が与えられると制御系はこの指令にした
がってモータを駆動する。このとき得られる制御系の位
置偏差ｅｔ　　（減算要素２２の出力）および検出速度
Ｖｔ　　（デコーダ１９の検出速度）の−例が第７図お
よび第８図にそれぞれ示されている。これらの位置偏差
波形および速度波形は初期ゲインが設定されたときの第
１回目の制御のときのちのと考えてもよいし、後に示す
ように同一指令に対してモータの駆動制御を繰返すこと
によりゲインＫ　　、Ｋ　　を調整していく過程のもの
と考Ｖ えてもよい。いずれにしても１位置偏差ｅｔおよび速度
ｖ１は一定周期でサンプリングして得られるものであり
、この制御系は上述したようにソフトウェア争サーボで
あるから、与えられた動作指令、モータ角度、角速度ｖ
ｌ等のδＰ１定値、偏差ｅ１などの数値データはＲＡＭ
等の記憶装置に・ストアしておくことができる。

ロボット制御装置２０からパラメータ調整装置３０に送
出されるデータは次の２種類である。

ｌ）位置偏差ｅ　の時系列データ　　（第７図）２）速
度ｖ１の時系列データ　　　　（第８図）パラメータ調
整装置３０において、インターフェース部３１を介して
得られた上記２種類の動作データは評価関数演算部３２
によって次のような評価関数に変換され、ファジィ推論
部３３に与えられる。

位置ゲインＫ　を調整するための評価関数には次の２つ
がある。

ＰＩ２−（１／β）［１／（ｋ　　−に１）］Ｐ　１・
・・（４） ここでα、βはスケールあわせの定数である。

またｋ　　、ｋ　　は時点１　−１ｂの間における１　
　　　　　２　　　　　　　　　ａ適当なサンプリング
時点を示す（ｋ２＞ｋｌ）。

さらに第（４）式のＰＩは次のようにして求められるＰ
ｌｌの最終的な値である。

ｖ　　−ｖ＞Ｃ１（Ｃ，は適当な定数）の場合に。

ＰＩ　　　　−ＰＩ　　　　　＋Ｖ　　　−Ｖｌ　　　
　　　　１−１　　　　　１ （ＰＩの初期値を０としてｉ−ｋ　を 囲でこの計算を実行する） ・・・（５） 〜に２の範 ｐＨは等速動作詩位置偏差の直流成分。

ＰＩ２は等速動作詩位置偏差の交流成分ということがで
きる。

速度ゲインＫ　を調整するための評価関数は次■ の２つである。

ｋ。

ＰＩ４−［１／（ｋ　　−に３）ＩＰＶ　　・・・（８
）ｋ　は時点ｔ　のサンプリング時点、に４はそＣ れ以降の適当な時点におけるサンプリング時点である。

またＰＭは次のようにして求められるＰｖｌの最終的な
値である。

Ｖ　１くＣ（Ｃ２は適当な定数）の場合に。

ＰＶ　　−ＰＶ　　　＋　ｌ　Ｖ、　　ｌ　　　　　　
−（９）（ｐｖの初期値を０として、　　ｉ−ｋ　ａ〜
に４の範囲でこの計算を実行する） ＰＩ３は速度の減衰率に関するｉ、ＰＩ４は速度の微振
動に関する量ということができる。

ファジィ推論部３３では、評価関数演算部３２から与え
られる評価関数ｐＨ，ＰＩ２を用いて位置ゲインＫ　の
修正量ΔＫ　を推論演算する。修正ｐ 量ΔＫ　の推論演算のために用いる制御ルールはμ この実施例では１４個設定されており、それらが第９図
に表の形でまとめられている。これらのルールは次のよ
うに表現される。

（ルール１）　　ｐＨがＰＢでかつＰＩ２がＰＳならば
、ΔＫ　はＰＢである。

（Ｉｆ　　Ｐ　Ｉ　１＝ＰＢ　　ａｎｄ　Ｐ　Ｉ　２−
ＰＳ。

ｔｈｅｎ　　ΔＫ　　−ＰＢ） （第９図にＲ１で示す箇所に示されたルールである） （ルール２）　　ｐＨがＰＲＢでかつＰＩ２がｐｓなら
ば、ΔＫ　はＰＲＳである。

（Ｉｆ　　ｐＨ−ＰＲＢ　　ａｎｄＰＩ２−ＰＳ。

ｔｈｅｎ　　　ΔＫ　　　−ＰＲＳ） （第９図にＲ２で示す箇所に示されたルールである） 以下同じように表現されるルール３〜ルール１４までの
制御ルールが第９図にまとめられている訳である。

ここでＰＢは正の大きな値を、ＦＲＢは正の比較的大き
な値を、ＰＭは正の中くらいの値を。

ＰＲＳは正の比較的小さな値を、ＰＳは正の小さな値を
、ＺＲは零付近の値を、ＮＢは負の大きな値を、ＮＲＢ
は負の比較的大きな値を、ＮＭは負の中くらいの値を、
ＮＲＳは負の比較的小さな値を、ＮＳは負の小さな値を
それぞれ意味する。これらはメンバーシップ関数によっ
て表わされる。

そのうちのＰＢ、ＦＲＢ、ＰＭ、ＰＲＳ、ＰＳおよびＺ
Ｒのメンバーシップ関数の一例が第１１図に示されてい
る。ＮＢ、ＮＲＢ、ＮＭ、ＮＲ３゜ＮＳはＰＢ、ＰＲＳ
、ＰＭ、ＰＲＳ、ＰＳと縦軸を中心として左右対称の形
をしている。

第９図に示す制御ルールは位置ゲインＫ　の修正量ΔＫ
　を導くために充分なものであって、場合によってはこ
れらの制御ルールのうちの１またはいくつかを省略して
もさしつかえない。

上記のルールに基づいて修正量ΔＫ　を推論するための
ファジィ推論部３３の構成の一例が第３図に示されてい
る。評価関数ｐＨ，ＰＩ２のそれぞれについて、メンバ
ーシップ関数ＰＢＰＲＢ、・・・、ＰＳ、ＺＲがたとえ
ばメモリにあらかじめ設定されている（要素４１．４２
）。評価関数演算部３２から与えられるｐＨ，ＰＩ２の
値にそれぞれ応じたメンバーシップ関数値が要素４１．
４２から読出され、ＭＩＮ演算部４３．４４等に与えら
れる。図示されたＭＩＮ演算部４３．４４は上述のルー
ル１．２に対応するものである。一方、修正ｍΔＫｐに
ついてもそのメンバーシップ関数ＰＢ。

ＰＲＢ、・・・、ＮＢがメモリ等にあらがしめ設定され
ている（要素４５）。そして、これらのメンバーシップ
関数と上記Ｍ夏Ｎ演算部４３．４４等にょるＭＩＮ演算
結果とのＭＩＮ演算がそれぞれ行なわれＣＭ　Ｉ　Ｎ演
算部４６．４７等）、その演算結果のＭＡＸ演算が行な
われる（ＭＡＸ演算部４８）。

ＭＡＸ演算部４８の演算結果もメンバーシップ関数で表
わされるが、これが非ファジィ化される（デファジイケ
ーシ日ン部４９）ことにより、最終的なｊ回目の修正量
ΔＫ　、が得られる。

１）Ｊ 同じようにファジィ推論部３３では、評価関数演算部３
２から与えられる評価関数ＰＩ３．ＰＩ４を用いて速度
ゲインＫ　の修正量ΔＫ　を推論演算ｖ　　　　　　　
　　　　　　　　　　ｖする。修正量ΔＫ　の推論演算
のために用いる制■ 御ルールはこの実施例では１６個設定されており。

それらが第１Ｏ図に表の形でまとめられている。位置ゲ
インの修正量ΔＫ　の推論と同じように第１Ｏ図の制御
ルールにしたがう推論演算が行なわれ。

最終的な第３回目の修正量ΔＫ　、が得られる。修Ｖコ 正量ΔＫ　を推論するための制御ルールも第１０図に示
すものからそのいくつかを省略することができる。

推論結果として導びかれたゲイン修正量ΔＫ　、。

ｐＪ ΔＫ　、は、インターフェース部３１を介し、ロボッＶ
コ ト制御装置ｉ！２０へ送出される。ロボット制御装置２
０は制御系の前回のゲインＫＫ、にこの修正をｐｊ’　
　ＶＪ 加えて新たな位置ゲインＫｐ　（ｊ＋ｌ）　　　ｖ　（
ｊ＋１）、　Ｋ を次のようにして算出する。

Ｋｐ　（ｊ＋Ｌ）−に’　（１＋ΔＫ　　、）　　　　
・・・（ｌＯ）ｐＪ　　　　　　　　　　　　ｐコ ’　（Ｊ＋１）　”＝　Ｋ　　、（１＋ΔＫ　　、）　
　　　−・・（１１）ＶＪ　　　　　　　　　　　　Ｖ
Ｊ そして、ロボット制御装置２０はこの新たなパラ、に メータＫｐ　（Ｊ＋１）　　　ｖ　Ｕ＋１）を設定して
再度。

指令に応じた動作を実行し、その動作データを再びパラ
メータ調整装置３０に送出する。パラメータ調整装置３
０は新たな動作データに基づいて再びゲイン修正量を推
論し、ロボット制御装置２ｏに与える。というサイクル
を繰返す。そして、パラメータ調整装置３０で推論され
たゲイン修正量が負になったとき、すなわちゲインを減
らすという結果をもってゲイン調整処理を終える。

上述したゲイン調整処理の手順が第１２図に示されてい
る。

操作者によって位置ゲインＫ　と速度ゲインＫ　の初期
値として上述したように小さな値が設定され、ロボット
制御装置２０が起動される（ステップ５１）。そして指
令された目標値に応じたロボット制御装置２０によるモ
ータの制御動作が行なわれ（ステップ５２）、この制御
動作によって得られる動作データ（位置偏差ｅ１の時系
列データ）が制御装置２０からパラメータ調整装置３０
に伝送される（ステップ５３）。パラメータ調整装置３
０では第（３）　、　（４）式に基づいて評価関数ｐＨ
。

ＰＩ２が算出され（ステップ５４）、この評価関数とあ
らかじめ設定されたメンバーシップ関数と複数個の制御
ルールを用いて位置ゲインの修正値ΔＫｐｊが推論され
る（ステップ５５）。推論されたこの修正値ΔＫ　、は
ロボット制御装置２０に伝送さＶＪ れ（ステップ５［＋）　、　１（１０）式にしたがって
、ロボット制御装置２０において新たな位置ゲインが算
出されかつ設定される（ステップ５７）。推論された修
正値ΔＫ　、が正であれば（ステップ５８で１）Ｊ ＹＥＳ）、ステップ５２に戻って新たな位置ゲインを用
いて再びモータの制御動作が行なわれ、その動作データ
に基づいて修正値が推論される。ステップ５２〜５７の
処理は推論された修正値ΔＫ　、が負にな１）Ｊ るまで繰返し続けられる。そして、修正値Δに、ｊが負
になると位置ゲインＫ　の調整が終了し１次に速度ゲイ
ンｌ（の、７１！Ｊ整に移る。

■ 速度ゲインＫ　の調整処理手順も上記と同じよ■ うに行なわれる。ロボット制御装置２０からパラメータ
調整装置３０に伝送される動作データは速度ｖ１の時系
列データであり、それに基づいて第（７）　、　（８）
式により評価関数ＰＩＢ、ＰＩ４が算出される。また速
度ゲイン調整用のメンバーシップ関数と制御ルールとを
用いて速度ゲインの修正値ΔＫ　、が推論され、第（１
１）式にしたがって新たＶＪ な速度ゲインが設定される（ステップ５９〜６４）。

このような一連の動作は推論された修正量ΔＫ　。

■コ が負になるまで繰返され、ΔＫ　、が負になったＶＪ ときに速度ゲインの調整が終了する（ステップ６５）。

第１２図ではまず位置ゲインを調整したのち速度ゲイン
を調整しているが、この逆の順序で行なってもよい。ま
た、ステップ５２〜５７の処理とステップ５９〜６４の
処理とを交互に繰返すようにしてもよい。また、修正量
が負になったときに調整完了としているが、調整完了の
条件としては他に種々考えられる。たとえばｐＨ，ＰＩ
２．ＰＩＢ。

ＰＩ４等が所定範囲に収まったときとしてもよい。さら
に修正量が負になったのち再び正の値に戻すような制御
ルールを設定してもよいなど種々の変形例が考えられう
る。評価関数も他の動作データを検出して決定すること
もできる。

（２）第２実施例 次に第２の実施例について詳述する。ここで第１の実施
例に適用した図面のうち第１図、第２図および第４図か
ら第６図は第２の実施例においても適用することができ
る。

第１の実施例と同様に、初期ゲインを設定した状態で第
４図に示す制御系に対して目標値として第５図に示すよ
うな動作位置指令を与える。この位置指令は各時点にお
けるモータ角度を与えるものである。この゛ときのモー
タの回転速度指令は第６図のグラフのようになる。始動
時からある時点ｔ　までは一定加速度で速度が増大し、
その後。

時点ｔ　から停止の少し前の時点ｔｂまでは速度が一定
に保たれる。そして１時点ｔ、から停止時点ｔ　までは
負の一定加速度で減速される。

に のような指令が与えられると制御系はこの指令にしたが
ってモータを駆動する。このとき得られる制御系の速度
偏差■。１（−微分要素２３の出力−エンコーダ１９の
検出速度）の−例が第１４図に示されている。この速度
偏差波形は、初期ゲインが設定されたときの第１回目の
制御のときのものと考えてもよいし、後に示すように同
一指令に対してモータの駆動制御を繰返すことによりゲ
インに、、Ｋ　　を調節していく過程のものと考えても
よい。いずれにしても、速度偏差■。１は一定周期でサ
ンプリングして得られるものであり、この制御系は上述
したようにソフトウェア・サーボであるから、与えられ
た動作指令、モータ角度、角速度等のハ１定値、速度偏
差Ｖ８工などの数値データはＲＡＭ等の記憶装置にスト
アして、おくことができる。

ロボット制御装置２０からパラメータ調整装置３０に送
出されるデータは次の１種類である。

速度偏差■。ｉの時系列データ（第１４図）パラメータ
調整装置３０において、インターフェース部３１を介し
て得られた上記１種類の動作データは評価関数演算部３
２によって次のような評価関数に変換され、ファジィ推
論部３３に与えられる。

速度ゲインＩ（を、７！ｌ整するための評価関数には２
次の２つがある。

１ｎ２ ＰＩ　　　５−　Σ　Ｘ（１）／　Σ　Ｘ（１）　　　
　・・・（１２）ａ！−１１−１ Ｐ　　Ｉ　　　６　＝Ａ／　ｎ　　　　　　　　　　　
　　　　　　−（１３）ここでＸ（１）は１時点ｔ　か
ら連続する０２個の速度偏差Ｖ８□を離散的フーリエ変
換後、スペクトル演算した値であり、Ｘ（０）は、直流
成分を。

Ｘ（１）は、基本波成分を、Ｘ（ｊ）（ただしｊ≧２）
は高周波成分をそれぞれ示している。ｎ２は１時点ｔ　
から時点ｔｂまでのサンプルデータ数であす、ｎｔはＸ
（１）のうち低周波成分までのサンプルデータ数である
。ただし、低周波成分は。

任意に定められる（ｎ２＜ｎ、）。またＡは１時点ｔ　
から連続するｎ個の速度偏差■。１のうち。

±１に収まっているサンプルデータの数であり。

ｒ】は１時点（から時点ｔｂまでのサンプルデーり数で
ある。

ＰＩ　　５は、等速動作詩の全振動成分に占める低周波
数成分の比を示しており、交流成分ＰＩ　　６は１等速
動作時に目標速度に対して。

どれ程追従しているかを示しており、直流成分。

とそれぞれいうことができる。上記第（１２）式および
第（１３）式はいずれもＯから１までの値をとり。

この間に、最適な速度ゲインＫ　のときの値が存Ｏ 在する。最適な速度ゲインＫ　とは熟達した技術■０ 者が調整した値である。第１５図にＰＩ　　５およびＰ
Ｉ　　６と速度ゲインＫ　の関係が示されていａ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｖる。第１５
図に示されるＰＩ　　５およびＰＩ　　６のａ　　　　
　　　　　　　　　　　　ａうち最適な速度ゲインＫ　
のときのＰＩ　　５゜ｖＯａ ＰＩ　　６の値をそれぞれＣ，Ｃ２とすると１次ａ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１の各式で示され
る補正を行ない、ファジィ推論用のパラメータとする。

ＰＩ５−（ＰＩ　　５−Ｃ）／Ｃ・・・（１４）ａ　　
　　　１　　　　１ ＰＩ６−（ＰＩ　　６−Ｃ）／Ｃ・・・（１５：ａ　　
　　　２　　　　２ また１位置ゲインｌ（を調整するための評価ｐ 関数には次の２つがある。

Ｐｒ　　７−８　　／（Ｓ　　＋Ｓ　　）　　　　・・
・（１Ｂ）ａ　　　　２　　　１２ Ｐ　Ｉ　　８−Ａ／ｎ　　　　　　　　　　　　＝（１
７）ここでＳｌは１時点１１からｔａまでの連続する速
度偏差Ｖ　のうち、ｖ８□≧０のデータの絶対値の和で
ある。ただし１１はロボットが摩擦等に打勝って動き始
める時点である。Ｓ２は時点ｔ１からｔ　までの連続す
る速度偏差Ｖ。１のうち。

Ｖ８．＜０のデータの絶対値の和である。

ＰＩ　　７は、加速動作時の目標速度に対して。

どれだけオーバーシュートしたかを示す比率であり、Ｐ
Ｉ８は、速度ゲインＫ　のＰＩ　　［１と同ａ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｖ　　　　　
　　　　ａじである。上記第（１Ｇ）式および第（１７
）式はいずれも０から１までの値をとり、この間に最適
な位置ゲインＫ　のときの値が存在する。最適な位置ゲ
Ｏ インＫ　とは熟達した技術者が調整した値であＯ る。第１６図に、ＰＩ７およびＰＩ　　８と位置ゲａ　
　　　　　　　　　　　　　　ａ インＫ　の傾向が示されている。第１６図に示されるＰ
Ｉ　　７およびＰＩ　　８のうち最適なゲインａ Ｋ　のときのＰＩ　　７およびＰＩ　　８の値をそれｐ
ｏ　　　　　　　　　　　　　　ａ　　　　　　　　　
　　　　　　ａぞれＣ、Ｃとすると９次の各式で示され
る補正を行なってファジィ推論用のパラメータとする。

ＰＩ７−（ＰＩ　　７−Ｃ）／Ｃ・・・（１８）ａ　　
　　　１１　　　１１ ＰＩ８−（ＰＩ　　８−Ｃ）／Ｃ・・・（１９）ａ　　
　　　１２　　　１２ ファジィ推論部３３では、評価関数演算部３２から与え
られる評価関数ＰＩ５．ＰＩ６を用いて速度ゲインＫ　
の修正量ΔＫ　を推論演算する。修正Ｖ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Ｖ量ΔＫ　の推論演算のために
用いる制御ルールはこの実施例では２１個設定されてお
り、それらが第１７図に表の形でまとめられている。こ
れらのルールは次のように表現される。

（ルール１）　　ＰＩ５がＮＬでかっＰＩ６がＮ　Ｍな
らば、ΔＫ　はＮＬである。

（Ｉｆ　　Ｐ　ｌ５−ＮＬ　　ａｎｄ　Ｐ　１６−ＮＭ
。

ｔｈｅｎ　　ΔＫ　　−ＮＬ） ■ （第１７図にＲ３で示す箇所に示されたルールである） （ルール２）　　ＰＩ５がＮＬでかつＰＩ６がＺＲなら
ば、ΔＫ　はＮＬである。

（Ｉｆ　　ＰＩ５−ＮＬ　　ａｎｄＰ１６−ＺＲ。

ｔｂｅｎ　　　ΔＫ　　　−ＮＬ） （第１７図にＲ４で示す箇所に示されたルールである） 以下同じように表現されるルール３〜ルール２１までの
制御ルールが第１７図にまとめられている訳である。

ここでＰＬは正の大きな値を、ＰＭは正の中くらいの値
を、ＰＳは正の小さな値を、ＺＲは零付近の値を、ＮＬ
は負の大きな値を、ＮＭは負の中くらいの値を、ＮＳは
負の小さな値をそれぞれ意味する。これらはメンバーシ
ップ関数によって表わされる。この実施例におけるメン
バーシップ関数の一例が第１８図に示されている。各メ
ンバージップ関数は、三角波であり、全て共通に使用さ
れる。

第１７図に示す制御ルールは速度ゲインＫｖの修正量Δ
Ｋ　を導くために充分なものであって、場■ 合によってはこれらの制御ルールのうちの１またはいく
つかを省略してもさしつかえない。

上記のルールに基づいて修正量ΔＫ　を推論す■ るためのファジィ推論部３３の構成は上述した第３図と
同様であり、その構成の一例が第１３図に示されている
。評価関数ＰＩ５．ＰＩ６のそれぞれについて、メンバ
ーシップ関数ＰＬ、ＰＭ、・・・ＮＭ、ＮＬがたとえば
メモリにあらかじめ設定されている（要素４１ａ、　４
２ａ）。評価関数演算部３２から与えられるＰＩ５．Ｐ
Ｉ６の値にそれぞれ応じたメンバーシップ関数値が要素
４１ａ、　４２ａから読出され、ＭＩＮ演算部４３．４
４等に与えられる。

一方、修正量ΔＫ　についてもそのメンバーシラ■ ブ関数ＰＬ、ＰＭ、・・・、ＮＬがメモリ等にあらかじ
め設定されている（要素４５ａ）。そして、これらのメ
ンバーシップ関数と上記ＭＩＮ演算部４３゜４４等によ
るＭＩＮ演算結果とのＭＩＮ演算がそれぞれ行なわれＣ
ＭＩＮ演算部４８．４７等）、その演算結果のＭＡＸ演
算が行なわれる（ＭＡＸ演算部４８）。ＭＡＸ演算部４
８の演算結果もメンバーシップ関数で表わされるが、こ
れが非ファジィ化される（デファジイケーション部４９
）ことにより、ｉ＆柊的なｊ回目の修正量Δに、ｊが得
られる。また。

ファジィ推論部３３の出力は−１から１までである。

同じようにファジィ推論部３３では、評価関数演算部３
２から与えられる評価関数ＰＩ７．ＰＩ８を用いて位置
ゲインＫ　の修正量ΔＫ　を推論演ｐ 算する。修正量ΔＫ　の推論演算のために用いる制御ル
ールは速度ゲインＫ　の制御ルールと同じである。速度
ゲインの修正量ΔＫ　の推論と同じように第１７図の制
御ルールにしたがう推論演算が行なわれ、最終的な第３
回目の修正量ΔＫｐｊが得られる。修正量ΔＫ　を推論
するための制御ルールも第１７図に示すものからそのい
くつかを省略することができる。

推論結果として導びかれたゲイン修正量ΔＫ　、。

ｊ ΔＫ　、は、インターフェース部３１を介し、ロボッＪ ト制御装置２０へ送出される。ロボット制御装置２０は
制御系の前回のゲインＫＫ　　にこの修正をｖｊ’　　
ｐｊ 加えて新たな位置ゲインＫｖ　（ｊｅｔ　　　ｐ　（ｊ
や１）、　Ｋ を次のようにして算出する。

Ｋ　、　（ｊｅｔ）　−Ｋ　　−（１＋ΔＫ　　、）　
　　　　・・・（２０）ＶＪ　　　　　　　　　　　　
Ｖｊ Ｋｐ（ｊｅｔ）−Ｋ　　、　（１＋ΔＫ　　、）　　　
　・・・（２１）ｐＪ　　　　　　　　　　　ｐＪ そして、ロボット制御装置２０はこの新たなパラメータ
Ｋｖ　（ｊｅｔ）　　　ｐ　（ｊｅｔ）を設定して再度
。

、　Ｋ 指令に応じた動作を実行し、その動作データを再びパラ
メータ調整装置３０に送出する。パラメータ調整装置３
０は新たな動作データに基づいて再びゲイン修正２を推
論し、ロボット制御装置２０に与える。というサイクル
を繰返す。そして、パラメータ調整装置３０で推論され
たゲイン修正量があらかじめ定められた許容範囲内であ
れば、ゲイン調整処理を終える。つまり、ＩＦＩゲイン
修正量１≦許容範囲　ｔｈｅｎ　　調整完了と判断する
。この許容範囲は、　Ｏ，ＯＳから０．１の間が望まし
い。

上述したゲイン調整処理の手順が第１９図に示されてい
る。

操作者によって位置ゲインＫ　と速度ゲインＫ　の初期
値として上述したように小さな値が設定され、ロボット
制御装置２０が起動される（ステップ７１）。そして指
令された目標値に応じたロボット制御装置２０によるモ
ータの制御動作が行なわれ（ステップＴ２）、この制御
動作によって得られる動作データ（速度偏差ｖ８１の時
系列データ）が制御装置２０からパラメータ調整装置３
０に伝送される（ステップ７３）。パラメータ調整装置
３０では第（１２）〜（１５）式に基づいて評価関数Ｐ
！５゜ＰＩ６が算出され（ステップ７４）、この評価関
数とあらかじめ設定されたメンバーシップ関数と複数個
の制御ルールを用いて速度ゲインの修正値ΔＫ　、が推
論される（ステップ７５）。推論されたこの修正値ΔＫ
　、はロボット制御装置２０に伝送さＶＪ れ（ステップ７６）、第（２０）式にしたがって、ロボ
ット制御装置２０において新たな速度ゲインが算出され
かつ設定される（ステップ７７）。推論された修正値Δ
に、ｊが許容範囲外であれば（ステップ７８でＮｏ　）
、　ステップ７２に戻って新たな速度ゲインを用いて再
びモータの制御動作が行なわれ、その動作データに基づ
いて修正値が推論される。ステップ７２〜７７の処理は
推論された修正値ΔＫ　、がＶＪ 許容範囲内になるまでで繰返し続けられる。そして、修
正値ΔＫ　、が許容範囲内になると速度ゲイＪ ンＫ　の調整が終了し１次に位置ゲインＫ　の調Ｖ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　ｐ整に移る。

位置ゲインＫ　の７１．！Ｊａ処理手順も上記と同じよ
うに行なわれる。ロボット制御装置２０からパラメータ
調整装置３０に伝送される動作データは速度偏差■　、
の時系列データであり２それに基づいて第（ｌｆ３）〜
（１９）式により評価関数ＰＩ７．ＰＩ８が算出される
。また速度ゲイン調整用のメンバーシップ関数と制御ル
ールとを用いて速度ゲインの修正値ΔＫ　、が推論され
、第（２１）式にしたがって１）Ｊ 新たな位置ゲインが設定される（ステップ７９〜８４）
。このような一連の動作は推論された修正量Δに、ｊが
許容範囲内になるまで繰返され、ΔＫｐｊが許容範囲内
になったときに位置ゲインの調整が終了する（ステップ
８５）。

（３）第３実施例 第３の実施例は第２０図に示すように速度ループだけの
フィードバック系のパラメータ調整に本、頚発明を適用
したものである。すなわちｔＡｌおよび第２の実施例に
おいては位置、速度ループのフィードバック系に対して
行なっているが、第２０図に示すような速度ループだけ
のフィードバック系のパラメータ調整にも第１および第
２の実施例と同様に速度ゲインＫ　の評価関数、メンバ
ー■ シップ関数等を同様の手段で使用することができる。

（４）第４実施例 第４の実施例は第２１図に示すように位置ループだけの
フィードバック系のパラメータ調整に本願発明を適用し
たものである。このように位置ループだけのフィードバ
ック系のパラメータ調整にも、第１および第２の実施例
と同様に位置ゲインＫ　の評価関数、メンバーシップ関
数等を同様の手順で使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図は主として第１の実施例に適用され
る図面を示している。 第１図はロボット、ロボット制御装置およびパラメータ
２Ｊ整装置の全体構成を示す斜視図である。 第２図はパラメータ調整装置の機能を示すブロック図で
ある。 第３図はファジィ推論部の機能を示すブロック図である
。 第４図は制御系の機能を示すブロック図である。 第５図はロボット制御装置に与えられる動作位置指令の
一例を示すグラフ、第６図は動作速度指令の一例を示す
グラフである。 第７図はロボット制御の結果得られる位置偏差波形を、
第８図は速度波形をそれぞれ示すものである。 第９図は位置ゲインの修正量の推論のための制御ルール
を、第１Ｏ図は速度ゲインの修正量の推論のための制御
ルールをそれぞれ示すものである。 第１１図はメンバーシップ関数の一例を示すグラフであ
る。 第１２図は位置ゲインおよび速度ゲインの調整処理手段
を示すフロー・チャートである。 第１３図から第１９図は第２の実施例に適用される図面
を示している。 第１３図はファジィ推論部の機能を示すブロック図であ
る。 第１４図はロボット制御の結果得られる速度偏差波形を
、第１５図は速度ゲインと評価関数の関係を、第１６図
は１位置ゲインと評価関数の関係を示すグラフである。 第１７図は各ゲインの修正量の推論のための制御ルール
を示すものである。 第１８図はメンバーシップ関数の一例を示すグラフであ
る。 第１９図は位置ゲインおよび速度ゲインの調整処理手順
を示すフロー・チャートである。 第２０図は第３の実施例に適用されるもので、速度のみ
の制御系の機能を示すブロック図である。 第２１図は第４の実施例に適用されるもので１位置のみ
の制御系の機能を示すブロック図である。 ＩＯ・・・ロボット。 ２０・・・ロボット制御装置。 ３０・・・パラメータ調整装置。 ３２・・・評価関数演算部。 ３３・・・ファジィ推論部。 Ｋ　・・・位置ゲイン。 Ｋ　・・・速度ゲイン。 以　　上

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標値が与えられたときに、この目標値と制御対
   象から得られる制御量とに基づいて、制御対象から目標
   値と一致する制御量が得られるようにフィードバック制
   御する制御系において、 制御量に関係する少なくとも２種類の評価関数および調
   整すべきパラメータに関係する量のそれぞれについて複
   数のメンバーシップ関数をあらかじめ設定しておき、 制御対象の動作制御を行ない、これにより得られる制御
   量に関係する少なくとも２種類の評価関数を作成し、 作成した少なくとも２種類の評価関数と設定されている
   複数のメンバーシップ関数とを用いて、所定の制御ルー
   ルに基づいて所定の演算を行な上記の評価関数の作成と
   調整すべきパラメータに関係する量の推論とを、推論さ
   れたパラメータに関係する量が所定の条件を満たすまで
   繰返す、フィードバック制御系のパラメータ調整方法。
2. （２）変位に関するパラメータを調整するものにおいて
   、 上記評価関数を制御対象から得られる変位に関係する制
   御量から作成し、 この評価関数が、変位の直流成分に関する量と変位の交
   流成分に関する量との少なくとも２種類である。 特許請求の範囲第（１）項に記載のフィードバック制御
   系のパラメータ調整方法。
3. （３）速度に関するパラメータを調整するものにおいて
   、 上記評価関数を制御対象から得られる速度に関係する制
   御量から作成し、 この評価関数が、速度の減衰量に関する量と速度の微振
   動に関する量の少なくとも２種類である、 特許請求の範囲第（１）項に記載のフィードバック制御
   系のパラメータ調整方法。
4. （４）変位に関するパラメータを調整するものにおいて
   、 上記評価関数を制御対象から得られる変位に関係する制
   御量から作成し、 この評価関数が、変位の直流成分に関する量と変位の速
   度偏差に関する量との少なくとも２種類である、 特許請求の範囲第（１）項に記載のフィードバック制御
   系のパラメータ調整方法。
5. （５）速度に関するパラメータを調整するものにおいて
   、 上記評価関数を制御対象から得られる速度に関係する制
   御量から作成し、 この評価関数が、速度の直流成分に関する量と速度の交
   流成分に関する量の少なくとも２種類である、 特許請求の範囲第（１）項に記載のフィードバック制御
   系のパラメータ調整方法。
6. （６）目標値と制御系パラメータとが与えられたときに
   、目標値と一致する制御量が制御対象から得られるよう
   にフィードバック制御する制御装置、上記制御装置から
   得られる動作データに基づいて少なくとも２種類の評価
   関数を作成する演算手段、ならびに 上記演算手段から得られる少なくとも２種類の評価関数
   を入力とし、少なくとも２種類の評価関数および上記制
   御系パラメータの修正量のそれぞれについてあらかじめ
   設定された複数のメンバーシップ関数を用いて、所定の
   制御ルールに基づいて上記制御系パラメータの修正量に
   ついてのファジィ推論演算を行ない、推論された上記修
   正量を上記制御装置に与える推論手段、 を備えたフィードバック制御系のパラメータ調整装置。
7. （７）上記推論された修正量が所定の条件を満たすまで
   、制御対象の制御動作と評価関数の作成と制御系パラメ
   ータの修正量の推論とを繰返すよう、上記制御装置、演
   算手段および推論手段を制御する制御手段を備えた特許
   請求の範囲第（６）項に記載のフィードバック制御系の
   パラメータ調整装置。