JPH0454510A - サーボゲインの設定方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は１位置ぎめ装置等におけるサーボ系のゲイン
を適正値に設定するサーボゲインの設定方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 第５図は、従来のサーボゲインの設定方法が適用された
位置ぎめ指令装置、サーボ制御装置、キーボードデイス
プレィ装置、モータ、および検出器からなる位置ぎめ装
置全体を示すブロック図である。図において、（１）は
位置ぎめ指令装置、（２）は位置ぎめ指令装置（１）か
らの指令により動作するサーボ制御装置、（３）はサー
ボ制御装置（２）により駆動される可動体２例えば、モ
ータ、（４）はモータ（３）の回転位置および速度を検
出する検出器、（５）は位置ぎめ指令装置（１）から出
力される情報を表示すするとともに１位置ぎめ指令装置
（１）に情報を入力することが可能な入出力手段１例え
ばキーボードデイスプレィ装置である。　（６）は位置
ぎめ指令装置（１）のＣＰＵ、　（７）はＣＰＵ（６）
により書込み読出しが可能な記憶手段９例えばメモリ、
（８）はサーボ制御装置（２）と位置ぎめ指令装置（１
）の間を接続するバスケーブル、（９）は位置ぎめ指令
装置（１）の内部信号とバスケーブル（８）を伝わる信
号との整合ヲトるバスインターフェース（以下バス１７
Ｆと称スる）、　（１０）は位置ぎめ指令装置（１）の
内部信号とキーボードデイスプレィ装置のケーブル（１
１）を伝わる信号との整合をとるインターフェース（＋
／Ｆと称する）であり、　ＣＰＵ（６）、メモリ（７）
、バスＩ／Ｐ（９）及び１／Ｆ（９）により位置ぎめ指
令装置（１）を構成する。

（１２）はサーボ制御装置（２）のＣＰＵ、　（１３）
はサーボ制御装置（２）の内部信号とバスケーブル（８
）を伝わる信号との整合をとるバス１７Ｆ、　（１４）
はバスＩ／Ｆ（１３）を介して位置ぎめ指令装置（１）
のＣＰＵ（６）からもサーボ制御装置（２）のＣＰＵ（
１２）からも読出し書込みが可能な２ポートメモリ、（
１４ａ）はサーボゲインを記憶するゲイン記憶手段、　
（１５）はＣＰＵ　（１２）からの指令を受け、これを
もとに後述の電力増幅器の入力信号を発生する電流制御
部、　（１６）は電流制御部（１５）からの人力信号を
受け、この入力信号に対応する大きさの駆動電流をモー
タ（３）に流す電力増幅器、（１７）はモータ（３）に
流れる駆動電流を検出するモータ電流検出器、　（１ｇ
）はモータ電流検出器（１７）から出力されるアナログ
量をディジタル量に変換し、　ＣＰＵ（１２）に出力す
るＡ／Ｄ変換器、　（１９）は検出器（４）から出力さ
れたパルス信号をＣＰＵ（１２）に入力可能な信号に変
換する検出器１／Ｆである。

次に動作について説明する。第６図は、第５図における
サーボ制御装置（２）について機能ブロックに分け、こ
れらの機能ブロック間の接続を示した図である。図にお
いて、　（２１）はスイッチであり通常は“１”側に倒
しておき１位置ぎめ指令装置（１）からの指令値に基づ
きモータ（３）の位置ぎめを行い、速度制御ループのみ
で動作させるときは“２”側に倒されるスイッチである
。（２３）は位置制御ループにおけるゲイン、位相特性
などを調整する位置制御部、　（２４）は速度制御ルー
プにおけるゲイン位相特性などを調整する速度制御部で
ある。

さて、第６図に示されるサーボ系のゲインの設定にあた
り、まず、速度制御部（２４）、電流制御部（１５）、
電力増幅器（１６）、モータ電流検出器（１７）、モー
タ（３）、検出器（４）、速度検出部（２５）からなる
速度制御ループにおけるゲインを設定し２次に１位置制
御部（２３）、速度制御部（２４）、電流制御部（１５
）電力増幅器（１６）、モータ電流検出器（１７）、モ
ータ（３）、検出器（４）１位置検出部（２６）からな
る位置制御ループのゲインを設定するようにし、速度制
御ループと位置制御ループのゲインをそれぞれ別に設定
している。

速度制御ループのゲインの設定においては、スイッチ（
２１）を位置ぎめ指令装置（１）からの指令により“２
”の側に倒し９位置制御ループを切り離し速度指令点（
２７）から直接速度制御ループにステップ状の速度指令
を与え、その結果上述の速度指令に従動して回転するモ
ータ（３）の速度の変化状態を検出器（４）、速度検出
部（２５）を介して測定する動作をゲイン記憶手段（１
４ａ）に記憶されるゲインを変えて繰返し行い、適正な
ゲインを探した後、その値に設定するようにしている。

なお、ゲイン記憶手段（１４ａ）に記憶されているゲイ
ンを変えると第６図に示される速度制御部（２４）のゲ
インが変えられる。

第７図は、速度指令として、モータ（３）が回転数２０
Ｏｒｐｍの速度で５０Ｑｍｓ間回転するステップ状の速
度指令を、横軸を時間、縦軸をモータ回転数として図示
したものであり、第８図は第７図に示される指令に応動
するモータ（３）の速度の変化を示している。第８図に
おいて、　（１００１）は第７図に示される速度指令に
対して瞬時最大何パーセント増の速度でモータ（３）が
回転したかを示すオーバーシュート量、　（１００２）
はモータ（３）に上述の速度指令を与えた後、実際のモ
ータ（３）の速度が指令速度の±ｌＯ％以内に落着くま
での整定時間を示している。

上述の適正なゲインの判定基準として、整定時間および
オーバーシュートｌがそれぞれあらかじめ設定された規
定値より小さいときに良好とし。

整定時間が規定値を越えるときはゲインが小さすぎ、オ
ーバーシュート量が規定値を越えるときはゲインが大き
すぎるものと判定している。

−ｉｔこ、整定時間およびオーバーシュート量の測定方
法およびゲイン判定結果の表示方法について第９図〜第
１２図により説明する。

第９図において（Ａ）は位置ぎめ指令装置（１）が発生
する周期が３〜５ｓｓのクロック、（Ｂ）はクロック（
＾）の立上がりとともに立上がり、クロック（＾）が立
下がる時点以前の所定時点で立下がるパルスであり、こ
のパルスの立上がり時点で、第１０図に示されるように
、検出器１／Ｆ　（１９）から出力される速度がサンプ
リングされ２ボートメモリ（１４）の所定の領域に書込
まれる。（Ｃ）はクロック（＾）の立下がりとともに立
上がり、クロック（Ａ）が次に立上がる時点以前の所定
時点で立下がるパルスであり、このパルスの立上がり時
点において、第１１図の動作フロー図に示される動作が
始動される。

第１１図において、ステップ（Ｓｉｌｌ）では速度指令
中か否かにより速度指令中でなければ無動作で終了ステ
ップ（Ｓ１１７）に進む。なお、上述の速度指令中とは
第７図に示されたステップ状の速度指令の立上がり（７
ａ）から立下がり（７ｂ）までの時間をさしてイル。パ
ルス（Ｃ）は常時発生しているので、その都度ステップ
（Ｓｌ　ｌ　ｌ）で判断分岐を行うが、すべてステップ
（Ｓ１１７）に進み無動作のままである。

ここで、キーボードデイスプレィ装置（５）より入力さ
れた速度指令が位置ぎめ指令装置（１）を介してサーボ
制御装置（２）の第６図における速度指令点（２７）に
入力されると、ステップ（Ｓｏｌ）で速度指令中と判定
され次のステップ（Ｓ１１２）に進む。

ステップ（Ｓ１１２）では２ボートメモリ（１４）の所
定の領域に書き込まれている上述の速度を読み出し位置
ぎめ指令装置（１）のメモリ（７）に書き込む。このと
きの書き込みアドレスは、アドレスポインタ（図示せず
）が指定するアドレスである。

ステップ（Ｓｌ１３）では１次に２ボートメモリ（１４
）から読み出される上述の速度をメモリ（７）に書き込
む準備として、アドレスポインタ（図示せず）の内容を
更新する。

ステップ（Ｓｌ１４）では速度指令中か否かを判定し速
度指令中であればステップ（Ｓ１１７）に進む。

従って、速度指令が終了するまでは、パルス（Ｃ）が発
生する度にステップ（Ｓｉｌｌ）、→ステップ（Ｓｌ１
２）、→ステップ（ＳｉＩ２）、→ステップ（Ｓｉ２０
）、→ステップ（Ｓ１１７）と動作し、第１２図に示さ
れるように、メモリ（７）にパルス（Ｃ）が発生する度
にそのときの速度がメモリ（７）に書込まれ、サンプリ
ング時刻別の速度のデータがメモリ（７）に記憶される
。

速度指令が終了するとステップ（Ｓ１１４）からステッ
プ（３１１５）に進む。

ステップ（Ｓ１１５）ではパルス（Ｃ）が発生する度に
メモリ（７）に記録されて、速度のデータをもとに速度
制御ループの動作特性を表すサーボ特性値としての整定
時間およびオーバーシュートｌを位１１ぎめ装置（１）
のＣＰＵ（６）が計算して求める。

オーバーシュート量は前述のように定義されるので、上
述の速度の中で最大のものが速度指令値に対して何パー
セント増しになっているかを計算すればよく、整定時間
は、ステップ状の速度指令の立上がり（７ａ）からオー
バーシュートまたはアンダーシュートが指令速度の±１
０％以内になるまでの時間なので、上述の速度が増加の
状態から減少の状態に移るときの速度、または減少の状
態から増加の状態に移るときの速度が速度指令値の±１
０％以内になったとき、この速度が始めからｍ番目の速
度であったとすれば、整定時間ＴｓはＴ　ｓ＝　（＠−
１）Ｔ　（但しＴはパルス（ｃ）の周期）として求めら
れる。

ステップ（Ｓ１１６）では、整定時間およびオーバーシ
ュート量が規定値より小さいときは“良好”と整定時間
が規定値より大きいときは“ゲイン小”とオーバーシュ
ート量が規定値より大きいときは“ゲイン大”と、それ
ぞれキーボードデイスプレィ装置（５）に表示された後
ステップ（３１１７）に移り終了する。

なお、上述の従来のサーボゲインの設定方法の説明にお
いては、速度制御ループについてのみ述べているが１位
置制御ループにおけるゲインの設定方法については、ス
イッチ（２Ｉ）を“１”側に倒し所定の位置指令が位置
ぎめ指令装置（１）より与えられ、可動体の速度情報が
位置情報に変わる等の他は速度制御ループにおけるサー
ボゲインの設定方法と同様なので説明は省略する。

また、上述のように、従来のサーボゲインの設定方法に
おいては、操作者がキーボードデイスプレィ装置に表示
された“ゲイン大”または“ゲイン小”のメツセージに
従い、ゲインを変更し、再び速度指令を与える操作を繰
返すことにより適正ゲインを求めるようにしていたので
操作が非常に面倒であった。また、サーボゲインの設定
は１例えば、モータの負荷が変わる場合、その都度行わ
ねばならないので、このような使用方法においては、さ
らに面倒さが顕著であった。

［発明が解決しようとする課題１ 従来のサーボゲインの設定方法は以上のように行われて
いたので、サーボゲインの設定にあたり入出力手段２例
えば牛−ボードデイスプレィ装置（５）に“良好”と表
示されるまで、ゲインを変えて何回も牛−ボードデイス
プレィ装置（５）を介して速度指令または位置指令を与
える必要があるなど。

操作が繁雑であるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、サーボゲインの設定にあたり、操作が簡単なサ
ーボゲインの設定方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るサーボゲインの設定方法は、速度制御ル
ープのサーボゲインを記憶するゲイン記憶手段に所定ゲ
インを設定する第１ステップ、速度制御ループに所定の
速度指令を与えた後、所定時間経過する毎に速度指令に
応動する可動体の速度をサンプリングしサンプリング時
刻別の速度をデータとして記憶手段に記憶する第２ステ
ップ。

予め設定された範囲のゲインに対応する速度のサンプリ
ングが終了したと終了判定手段により判定されるまで、
ゲイン記憶手段に設定されているゲインをゲイン更新手
段により更新しては、上述の第２ステップを実行する第
３ステップ、速度制御ループの動作特性を表すサーボ特
性値を各ゲイン毎に上記記憶手段に記憶されたデータに
もとづき算出する第４ステップ、サーボ特性値が予め設
定された範囲となるゲインをゲイン探索手段により探索
し、適正ゲインとして設定する第５ステップを有するよ
うにしたものである。

Ｃ作用］ ゲイン記憶手段に設定されているゲインを有する速度制
御ループに所定の速度指令を与えた後。

所定時間経過する毎に速度指令に応動する可動体の速度
をサンプリングし、サンプリング時刻別の速度がデータ
として記憶手段に記憶されるとともに、ゲイン記憶手段
に設定されているゲインがゲイン更新手段により更新さ
れ、上述の一連の動作を予め設定された範囲のゲインに
対応してすべて実行されたと終了判定手段により判定さ
れるまで行われ、速度制御ループの動作特性を表すサー
ボ特性値が各ゲイン毎に上述の記憶手段に記憶されたデ
ータにもとづき算出され、サーボ特性値が予め設定され
た範囲となるゲインがゲイン探索手段により探索され適
正ゲインとして設定される。

［発明の実施例コ 以下、この発明の一実施例について第１図〜第４図、第
６図〜第１Ｏ図および第１２図により説明する。

第１図はこの発明の一実施例が適用された位置ぎめ指令
装置、サーボ制御装置、モータ、検出器およびキーボー
ドデイスプレィ装置を示すブロック図であり２図におい
て、　（７ａ）はゲイン記憶手段（１４ａ）に記憶され
るゲインを更新するゲイン更新手段、　（７ｂ）はゲイ
ン更新手段（７ａ）が所定の範囲にわたりゲインを更新
したかを判定する終了判定手段、　（７ｃ）は適正ゲイ
ンを探索するゲイン探索手段である。なお、ゲイン更新
手段（７ａ）、終了判定手段（７ｂ）、およびゲイン探
索手段（７ｃ）は、　ＣＰＵ（６）が解読実行すること
により機能するプログラムとしてメモリ（７）に記憶さ
れている。第１図においてゲイン更新手段（７ｇ）、終
了判定手段（７ｂ）およびゲイン探索手段（７ｃ）以外
については、従来例を示す第５図と同じである。また、
第６図は、第１図においてサーボ制御装置（２）を機能
ブロックに分け機能プロ、り間における接続が示された
図でありこの第６図は従来例の説明で使用されたものと
同じである。

第９図はいずれも位置ぎめ指令装置（１）により発生さ
れ２周期Ｔが３〜５ｍｓのクロック（＾）、クロック（
＾）の立上がりとともに立上がり、クロック（Ａ）が立
下がる時点以前の所定時点で立下がるパルス（Ｂ）、お
よびクロック（＾）の立下がりとともに立上がり、クロ
ック（Ａ）が次に立上がる以前の所定時点で立下がるパ
ルス（Ｃ）を示す図であり、従来例の説明において使用
されたものと同じである。また。

パルス（Ｂ）の立上がり時点で第１Ｏ図に示されるよう
に、検出器１／Ｆ　（１９）から出力される速度がサン
プリングされ、２ポートメモリ（１４）に書き込まれる
。なお、第１０図は従来例の説明で使用されたものと同
じである。

次に、パルス（Ｃ）の立上がりにより始動される動作に
ついて第２図により説明する。

パルス（Ｃ）の立上がり時に第２図において、ステップ
（Ｓ２００）からステップ（Ｓ２０１）に進み、ステッ
プ（Ｓ２０１）でキーボードデイスプレィ装置（５）か
らゲイン探索指令が出され、ゲイン探索指令状態にある
か否かを判定し、否であれば無動作ヤステップ（Ｓ２１
１）に進み終了するニ ステップ（８２０１）でサーボゲインがゲイン記憶手段
（１４ａ）に記憶されており、ゲイン探索指令状態であ
ればステップ（３２０２）に進む。ステップ（３２０２
）では速度指令中であるか否かを判定し、速度指令中で
なければステップ（３２０３）に分岐する。

ステップ（３２０３）ではステップ状の速度指令をサー
ボ制御装置（２）の速度指令点（２７）を介して速度制
御部（２４）に与える。

ステップ（３２０４）では、先にパルス（Ｂ）により２
ポートメモリ（１４）の所定の領域に書き込まれている
速度を読み出し１位置ぎめ指令装置（１）のメモリ（７
）のアドレスポインタ（図示せず）が指定するアドレス
に書き込む。

ステップ（８２０５）では１次回２ボートメモリ（１４
）から読み出される上述の速度をメモリ（７）に書き込
むための準備として、アドレスポインタ（図示せず）の
内容を更新する。

ステップ（Ｓ２０８）では上述の速度指令中か否かを判
定し、速度指令中であればステップ（Ｓ２１１）に分岐
し終了する。

位置ぎめ指令装置（１）から出力される次のパルス（Ｃ
）から、速度指令中はパルス（Ｃ）の立上がりの度にス
テップ（３２０１）→ステップ（Ｓ２０２）→ステップ
（８２０４）→ステップ（８２０５）→ステップ（Ｓ２
０６）→ステップ（Ｓ２１１）と動作し、第１２図に示
されるようにサンプリング時刻別の速度のデータが位置
ぎめ指令装置（１）のメモリ（７）に書き込まれる。な
お、第１２図は従来例について説明するときに使用され
たものと同じである。

速度指令が終了すると、ステップ（８２０６）からステ
ップ（３２０７）に進む。

ステップ（３２０７）では記憶手段１例えばメモリ（７
）に書き込まれた速度のデータから速度制御ループの動
作特性を表すサーボ特性値としての整定時間およびオー
バーシュート量を求め、第３図に示されるようにゲイン
別に順次メモリ（７）に記憶する。

ステップ（３２０８）では所定のゲイン変化範囲のすべ
てのゲインついて整定時間およびオーバーシュート量を
求める動作が完了したか否かを終了判定手段（７ｂ）に
より判定し、完了していなければステップ（Ｓ２０９）
に分岐し２ポートメモリ（１４）のゲイン記憶手段（１
４ａ）に格納されているゲインをゲイン更新手段（７ａ
）により更新し、ステップ（Ｓ２１１）に進み終了する
。

なお、ステップ（３２０９）でのゲインの更新はゲイン
記憶手段（１４ａ）の内容に増分としての所定値を加算
することにより行われる。更新結果は次式で示される。

ゲイン値＝初期値＋増分×ｎ （ｎは初回は０であり、ステップ（８２０９）を通過す
る毎に１つづ＼増加する） ステップ（８２０９）でゲインが更新された後、始めて
パルス（Ｃ）により第２図に示されるフローが起動され
たとき、ステップ（３２０１）では、上述のゲイン探索
指令状態のままなのでステップ（８２０１）→ステップ
（Ｓ２０２）→ステップ（８２０３）→ステップ（Ｓ２
０４）→ステップ（５２０５）→ステップ（５２０６）
→ステップ（Ｓ２１１）と進み、ステップ（３２０３）
でステップ状の速度指令がサーボ制御装置に与えられる
。その後。

上述の更新されたゲインにもとづく速度指令が終了する
までは、パルス（Ｃ）の立上がり毎にステップ（８２０
１）→ステップ（３２０２）→ステップ（８２０４）→
ステップ（３２０５）→ステップ（３２０６）→ステッ
プ（Ｓ２１１）と進むことは初回と同様である。

さて、所定のゲイン変化範囲のすべてのゲインについて
整定時間およびオーバーシュート量を求める動作が完了
しメモリ（７）に第３図に示されるように整定時間・オ
ーバーシュート量が記憶されたときは、ステップ（３２
０８）からステップ（３２１０）に進む。

ステップ（Ｓ２１０）では、上述のサーボ特性値データ
をもとに各ゲインに対応する整定時間およびオーバーシ
ュート量を表にしたものと、折れ線グラフに表したもの
をキーボードデイスプレィ装置（５）に表示し上述のゲ
イン探索指令状態を終了させる。第４図はその表示例を
示している。この例はゲインの初期値＝２５．増分＝５
．ｎは０〜５の場合であり、適正ゲイン、およびその時
の整定時間オーバーシュートｆｉは表示画面上で反転表
示され他と区別できるようになっている。

なお、整定時間またはオーバーシュート量があらかじめ
設定された範囲内にあるデータを、メモリ（７）に記憶
されている第３図に示されるデータからゲイン探索手段
（ＩＣ）が探索し、探索されたデータに対応するゲイン
を適正ゲインとしている。

また、第４図に示されるように適正ゲインの前後のゲイ
ンに対する整定時間およびオーバーシュート量が表示画
面に表示されるので、適正ゲインが最適値であるか否か
も容易に判定できる。

なお、上述のこの発明の一実施例においては、整定時間
とオーバーシュート量にもとづきゲインが適正か否かを
判定しているが、連続して生じるオーバーシュートおよ
びアンダーシュート間における振幅減衰化、指令値の１
０％〜９０％まで被駆動体が移動する時間としての立上
がり時間等を用いて判定するようにしてもよい。

また、上述のこの発明の一実施例においては、モータ（
３）の回転位置および速度を検出器（４）が検出してい
るが、モータ（３）により駆動される被駆動体の位置、
速度を検出器（４）により検出するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によればサーボゲインの設定方
法を簡単な操作により最適なゲイン値が求められるよう
にしたので、ゲインの設定のための操作時間が短縮され
、この方法が適用された装置の稼働率を向上させるとと
もに、操作者の作業時間の減少がはかれる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例が適用された位置ぎめ装置
を示すブロック図、第２図〜第４図はこの発明の一実施
例を示す図であり、第２図は動作フロー図、第３図は第
２図の動作フローの実行により整定時間、オーバーシュ
ート量が記憶されたメモリの内容を示す図、第４図は第
２図の動作フローの実行によりキーボードデイスプレィ
装置に表示された結果を示す図である。 第５図は従来のサーボゲインの設定方法が適用された位
置ぎめ装置を示すブロック図、第６図は第５図の一部が
機能ブロックに分けて示されたブロック図、第７図は速
度指令を示す図、第８図はは第７図に示される速度指令
に応動するモータの速度変化の状態を示す図、第９図〜
第１２図は従来のサーボゲインの設定方法を示す図であ
り、第９図は位置ぎめ指令装置が発生するクロック（Ａ
）およびパルス（Ｂ）、パルス（Ｃ）を示す図、第１０
図は第９図に示されるパルス（Ｂ）により始動する動作
のフロー図、第１１図は第９図に示されるパルス（Ｃ）
により始動する動作のフロー図、第１２図は第１１図の
フロー図の実行により速度が記憶されたメモリの内容を
示す図である。 図中、（２）はサーボ制御装置２（５）はキーボードデ
イスプレィ装置、　（７ａ）はゲイン更新手段、　（７
ｂ）は終了判定手段、　（７ｃ）はゲイン探索手段、（
１４ａ）はゲイン記憶手段。 なお２図中同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　速度制御ループのサーボゲインを記憶するゲイン記憶
   手段に所定ゲインを設定する第１ステップ上記速度制御
   ループに所定の速度指令を与えた後、所定時間経過する
   毎に上記速度指令に応動する可動体の速度をデータとし
   て記憶手段に記憶する第２ステップ、 予め設定された範囲のゲインに対応する上記可動体の速
   度のサンプリングが終了したと終了判定手段により判定
   されるまで、上記ゲイン記憶手段に設定されているゲイ
   ンをゲイン更新手段により更新しては上記第２ステップ
   を実行する第３ステップ、 上記速度制御ループの動作特性を表すサーボ特性値を各
   ゲイン毎に上記記憶手段に記憶されたデータにもとづき
   算出する第４ステップ、 上記サーボ特性値が予め設定された範囲となるゲインを
   ゲイン探索手段により探索し、適正ゲインとして設定す
   る第５ステップ、 を有することを特徴とするサーボゲインの設定方法。