JPH06242803A

JPH06242803A - 自動調整サーボ制御装置

Info

Publication number: JPH06242803A
Application number: JP5026979A
Authority: JP
Inventors: Hironao Mega; 浩尚妻鹿; Saburo Kubota; 三郎久保田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】制御パラメータを自動的に調整する自動調整
サーボ制御装置を提供すること。【構成】サーボ動作曲線からオーバーシュート量と整
定時間との現在値を演算する制御特性解析部９と、メン
バーシップ関数を使用して前記オーバーシュート量と整
定時間との現在値に基づいて、制御パラメータの現在値
からの修正量を演算するファジイ推論部１０と、前記フ
ァジイ推論部１０の演算結果を受けて制御パラメータの
修正値と加速度の修正値を出力するパラメータ調整部１
１と、加速度を初回値は目標値より充分に低い値として
順次最適値に修正し、制御パラメータを初回値は任意の
値として順次最適値に修正するように、修正を繰り返
し、最適制御パラメータと加速度とを決定する制御機構
３３とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット等の位置決め
システムに用いられるサーボ制御装置に関し、特に、制
御パラメータ等を自動調整する自動調整サーボ制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボット等の位置決めシステムに用いら
れる従来例のサーボ制御装置の構成と動作とを図１９に
基づいて説明する。

【０００３】図１９において、制御対象物を各時刻の目
標位置に一致させるようにモータ６を制御するために、
目標位置を指示された指令制御部１が、別に設定された
加速度及び最高速度に基づいて各時刻の位置指令を出力
する。偏差カウンタ２が、前記の位置指令と、位置検出
器７からの位置データとを受けてこれらの偏差を演算
し、演算した偏差を出力する。位置アンプ３が、偏差カ
ウンタ２の出力を受けて、位置アンプ比例ゲインＫｐｐ
を比例演算し、速度指令値を出力する。速度アンプ４
が、位置アンプ３から受けた速度指令値と、速度検出部
８からの速度データとの差に応じて、比例・積分演算を
行い、速度アンプ比例ゲインＫｖｐと、速度アンプ積分
ゲインＫｖｉ／Ｓとを出力する。Ｓはラプラス変換を表
す。駆動回路５が、前記の速度アンプ比例ゲインＫｖｐ
と速度アンプ積分ゲインＫｖｉとに基づいて、モータ６
を駆動する。

【０００４】制御対象の位置決めシステムによって慣性
負荷や摩擦抵抗等が異なるので、目標の制御特性を得る
には、位置アンプ３の位置アンプ比例ゲインＫｐｐと、
速度アンプ４の速度アンプ比例ゲインＫｖｐと、速度ア
ンプ積分ゲインＫｖｉとの演算を調整する必要がある。
従来例では、この調整を熟練者が行っている。この調整
の主な方法には、実際に動かす条件でシステムを動か
し、その動作曲線をオシロスコープ等で観察しながらボ
リュームを回す等によって前記の各制御パラメータの演
算を調整する方法と、速度制御ループ、位置制御ループ
の順に、ステップ状の指令値を与え、その応答特性によ
って前記の各制御パラメータの演算を調整する方法とが
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
の構成では、制御特性の目標が高度な程、制御パラメー
タの演算の調整に多大の時間を要するという問題点があ
る。特に、前記調整方法の後者の方法は、充分に熟練し
た者でないと難しいという問題点があり、又、前者の方
法では、調整精度が高くなく、個人差があるという問題
点がある。

【０００６】又、高速に位置決めするには、加速度を高
くする必要があるが、加速度を高くし過ぎると、発振を
起こし振動が発生するので、発振を起こさない限界値を
見出す必要があり、その作業にも多大な時間を要すると
いう問題点がある。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解決し、制御パ
ラメータを自動的に調整すると共に、発振を起こす限界
の加速度を自動的に調べて発振を自動的に防止できる自
動調整サーボ制御装置を提供することを課題としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の自動調整サーボ
制御装置は、上記の課題を解決するために、モータを制
御してサーボ制御対象物の移動を各時刻の目標位置に一
致させるために、前記サーボ制御対象物の現在位置をサ
ンプリングする周期毎に、設定加速度と設定最高速度と
に基づく位置指令値を出力する指令制御部と、位置制御
ループと、速度制御ループとを有するサーボ制御装置に
おいて、サーボ動作曲線からオーバーシュート量と整定
時間の現在値を演算する制御特性解析部と、目標値と許
容範囲とを横軸に設定したオーバーシュート量と整定時
間のメンバーシップ関数を使用し、前記オーバーシュー
ト量と整定時間の現在値に基づいて、前記指令制御部が
使用する加速度と、前記位置制御ループと速度制御ルー
プとが使用する制御パラメータとの現在値からの修正量
を演算するファジイ推論部と、前記ファジイ推論部の演
算結果を受けて制御パラメータの修正値を前記位置制御
ループと速度制御ループに出力し、更に、加速度の修正
値を前記指令制御部に出力するパラメータ調整部と、加
速度を初回値は目標値より充分に低い値として順次最適
値に修正し、制御パラメータを初回値は任意の値として
順次最適値に修正するように、前記の指令制御部と制御
特性解析部とファジイ推論部とパラメータ調整部との動
作を制御して、サーボ動作を繰り返し、それによって、
制御パラメータと加速度との修正を繰り返して、加速度
と最適制御パラメータとを前記目標値及び前記許容範囲
を満足できるように修正する制御機構を有することを特
徴とする。

【０００９】又、本発明の自動調整サーボ制御装置は、
上記の課題を解決するために、オーバーシュート量と整
定時間の目標値と許容範囲とを変更・設定するマン・マ
シン・インターフンエース部と、このマン・マシン・イ
ンターフンエース部からの前記の変更・設定の指示に対
応して、オーバーシュート量と整定時間のサンプリング
値を変換し、この変換したオーバーシュート量と整定時
間とを使用してファジイ推論すると、見掛け上は、メン
バーシップ関数の横軸の目盛りを前記の変更・設定の指
示に対応して比例変換したり横にシフトした場合と同様
の結果が得られるようにする変換手段とを設けることが
好適である。

【００１０】又、本発明の自動調整サーボ制御装置は、
上記の課題を解決するために、サーボ動作曲線の極小点
を検出する極小点検出手段と、隣接する極小点間の時間
間隔を求める時間間隔測定手段と、前記測定された時間
間隔の変化量が設定範囲内にある極小点が所定回数以上
繰り返し出現する場合には発振とみなし、パラメータ調
整部において、制御パラメータの可変範囲の最大値を逓
減して発振を防止する発振防止手段とを設けることが好
適である。

【００１１】

【作用】本発明の自動調整サーボ制御装置は、従来は熟
練者が手作業で行っていた制御パラメータの演算の調整
を、実際のサーボ動作と、制御パラメータと加速度との
修正を自動的に繰り返すオートチューニングによって、
最適制御パラメータと加速度とを決定できる下記の作用
を有する。

【００１２】サーボ制御装置において、任意の負荷に対
して制御パラメータのオートチューニングを行う場合、
機器の性能から事前に求め得る無負荷での最適制御パラ
メータからオートチューニングをスタートすると、負荷
の増大に従って発振が起こり振動を発生する場合があ
る。オートチューニングを行うには、この発振が起こら
ない条件の設定が必要である。検討の結果、加速度を低
くして位置制御ループのゲインを低ゲインにしておけ
ば、速度制御ループは任意のゲインでも発振しない。従
って、本発明では、モータを制御してサーボ制御対象物
の移動を各時刻の目標位置に一致させるために、前記サ
ーボ制御対象物の現在位置をサンプリングする周期毎
に、設定加速度と設定最高速度とに基づく位置指令値を
出力する指令制御部と、位置制御ループと、速度制御ル
ープとを有するサーボ制御装置において、制御機構が、
装置全体を制御して、加速度を初回値は目標値より充分
に低い値として順次最適値に修正し、制御パラメータを
初回値は任意の値として順次最適値に修正するように、
サーボ動作を繰り返し、それによって、制御パラメータ
と加速度との修正を繰り返して、加速度と最適制御パラ
メータとを前記目標値及び前記許容範囲を満足できるよ
うに修正している。

【００１３】オートチューニングの目標は、サーボ動作
曲線のオーバーシュート量と整定時間とに目標値と許容
範囲を満足させることなので、本発明では、制御特性解
析部が、サーボ動作曲線からオーバーシュート量と整定
時間との現在値を演算し、これらの現在値をベースにオ
ートチューニングしている。

【００１４】又、サーボ制御装置において、任意の負荷
に対して制御パラメータのオートチューニングを行う場
合、制御対象システムによって、目標とする制御性能が
異なるために、それに応じてチューニングの規則を変え
る必要がある。ステップ対応でシステムを同定する場
合、制御性能と目標値の相違に対応できるソフトウェア
を作って最適制御パラメータを演算することは極めて煩
雑・困難で、実現性が無い。従って、本発明では、ファ
ジイ推論部が、オーバーシュート量と整定時間との目標
値と許容範囲とを横軸に設定したメンバーシップ関数を
使用し、前記オーバーシュート量と整定時間との現在値
に基づいて、前記指令制御部が使用する加速度と、前記
位置制御ループと速度制御ループとが使用する制御パラ
メータとの現在値からの修正量を演算している。

【００１５】又、パラメータ調整部が、前記ファジイ推
論部の修正量を受けて、制御パラメータの修正値を演算
して前記位置制御ループと速度制御ループに出力し、更
に、加速度の修正値を演算して前記指令制御部に出力す
る。

【００１６】このようにして、前記の制御機構が、装置
全体を制御して、実際のサーボ動作と、制御パラメータ
と加速度との修正を繰り返すと、最適制御パラメータと
加速度とが得られる。

【００１７】又、本発明の自動調整サーボ制御装置は、
制御対象システムによって、又、オートチューニングの
過程で、オーバーシュート量と整定時間との目標値と許
容範囲とを変更する必要が発生することがある。本発明
では、オーバーシュート量と整定時間との目標値と許容
範囲とは、メンバーシップ関数の横軸、即ち、メンバー
シップ関数の三角形の頂点の位置と底辺の幅とに設定さ
れている。前記目標値と許容範囲との変更の都度、メン
バーシップ関数の三角形の頂点の位置と底辺の幅とを変
更することは極めて困難である。これに対して、本発明
では、変更・設定されたオーバーシュート量と整定時間
とに合わせて、逆に、サンプリングされたオーバーシュ
ート量と整定時間とを変換して使用し、見掛け上は、メ
ンバーシップ関数の横軸の目盛りを比例変換したり横に
シフトしてメンバーシップ関数の三角形の頂点の位置と
底辺の幅とを変更し、メンバーシップ関数そのものを変
更したと同じ結果を得ている。そして、変更・設定の指
示は、マン・マシン・インターフンエース部が行い、サ
ンプリングされた実際のオーバーシュート量と整定時間
との変換は、前記制御特性解析部に設けた変換手段によ
って行っている。

【００１８】又、本発明の自動調整サーボ制御装置は、
オートチューニング中に起こる発信の対策が必要であ
る。先ず、サーボ曲線のオーバーシュートが、低ゲイン
のための追従遅れによるものか、高ゲインのための発振
によるものかの判定が必要である。サーボ曲線のオーバ
ーシュートが発振である場合には、当然、前記サーボ動
作曲線の極小点は発振の周期で出現するので、本発明で
は、制御特性解析部に極小点検出手段を設けてサーボ動
作曲線の極小点を検出し、又、制御特性解析部に時間間
隔測定手段を設けて隣接する極小点間の時間間隔を求
め、前記測定された時間間隔の変化量が設定範囲内にあ
る極小点が所定回数以上繰り返し出現する場合は発振と
みなしている。発振が発生するのは、制御パラメータが
大き過ぎる場合か、加速度が大き過ぎる場合なので、本
発明では、パラメータ調整部において、制御パラメータ
の可変範囲の最大値を逓減して発振を防止する。

【００１９】

【実施例】本発明の自動調整サーボ制御装置の一実施例
の構成を図１に基づいて説明する。

【００２０】図１において、モータ６を制御してサーボ
制御対象物を各時刻の目標位置に一致させるように、指
令制御部１が、別に設定された加速度α及び最高速度に
基づいて各時刻の位置指令を出力する。偏差カウンタ２
が、前記の位置指令と、位置検出器７のパルスゼネレー
タからの位置データとを受けてこれらの偏差を演算し、
演算した偏差を出力する。位置アンプ３が、偏差カウン
タ２の出力を受けて、その出力を位置アンプ比例ゲイン
Ｋｐｐ倍して、速度指令信号として出力する。

【００２１】速度アンプ４が、位置アンプ３から受けた
速度指令信号と、速度検出部８からの速度データとの差
に応じ、伝達関数Ｋｖｐ＋Ｋｖｉ／Ｓに基づいて演算
し、その結果をトルク指令信号として出力する。ここで
Ｓは、ラプラス変換を表す。駆動回路５が、トルク指令
信号に基づいて、モータ６を駆動する。

【００２２】制御特性解析部９が、サーボ動作曲線から
オーバーシュート量ＯＶと整定時間Ｔｓとの現在値を演
算し出力する。

【００２３】ファジイ推論部１０が、前記オーバーシュ
ート量ＯＶと整定時間Ｔｓとを受け、オーバーシュート
量と整定時間との目標値と許容範囲とを横軸に設定し
た、即ち、図３、図４に示すように、ＺＲの三角形の頂
点の横軸値を目標値とし、ＺＲの三角形の底辺を許容範
囲としたメンバーシップ関数と、予め設定しておいたメ
ンバーシップ関数図５〜図８とファジイルール図９〜図
１２に基づいて、前記オーバーシュート量ＯＶと整定時
間Ｔｓとの現在値から、現在の加速度α及び位置アンプ
比例ゲインＫｐｐ、速度アンプ比例ゲインＫｖｐ、速度
アンプ積分ゲインＫｖｉをどれだけ修正すれば、目標の
オーバーシュート量ＯＶと整定時間Ｔｓに近づくかを推
論する。

【００２４】パラメータ調整部１１が、前記ファジイ推
論部１０から出力される修正量、Δα、ΔＫｐｐ、ΔＫ
ｖｐ、ΔＫｖｉとを受けて、現在のα、Ｋｐｐ、Ｋｖ
ｐ、Ｋｖｉを修正し、これらの制御パラメータの修正値
を前記位置アンプ３と速度アンプ４に出力し、更に、加
速度の修正値を前記指令制御部１に出力する。

【００２５】オーバーシュート量と整定時間との目標値
と許容範囲とを変更・設定するマン・マシン・インター
フンエース部１２を設け、このマン・マシン・インター
フンエース部１２からの前記の変更・設定の指示によっ
て、変更・設定されたオーバーシュート量と整定時間と
に合わせて、サンプリングされた実際のオーバーシュー
ト量と整定時間とを変換して使用し、見掛け上は、メン
バーシップ関数の横軸の目盛りを比例変換したり横にシ
フトしてメンバーシップ関数の目標値と許容範囲とを変
更した場合と同様の結果が得られるようにする変換手段
３０を制御特性解析部９に設ける。

【００２６】サーボ動作曲線の極小点を検出する極小点
検出手段３１と、隣接する極小点間の時間間隔を求める
時間間隔測定手段３２とを制御特性解析部９に設け、前
記測定された時間間隔の変化量が設定範囲内にある極小
点が所定回数以上繰り返し出現する場合には発振とみな
す発振防止手段を設け、発振防止手段からの指令でパラ
メータ調整部１１が、制御パラメータの可変範囲の最大
値を逓減して発振を防止する。

【００２７】次に、前記の実施例を、図２に示す直行ロ
ボットに適用した場合の動作を図１〜図１８に基づいて
説明する。

【００２８】図２において、Ｙ軸テーブル１３に、Ｙ軸
モータ１４とＹ軸ボールネジ１５とがあり、Ｘ軸テーブ
ル１６を、Ｙ軸テーブル１３に沿って、Ｙ軸方向に移動
させ、任意の位置に位置決めする。Ｘ軸テーブル１６に
は、Ｘ軸モータ１７とＸ軸ボールネジ１８とがあり、可
動体１９を、Ｘ軸テーブル１６に沿って、Ｘ軸方向に移
動させ、任意の位置に位置決めする。可動体１９には、
作業ヘッド２０が装着されている。この作業ヘッド部２
０には、Ｘ軸方向に所定間隔Ｄを隔てて、作業位置を認
識するための位置認識カメラ２１と、所定の作業を行う
作業用ツール２２とが固定されている。図２の例では、
位置認識カメラ２１の軸心と、作業用ツール２２の軸心
とが、正確にＸ軸方向に沿った線上に配置されている。
この作業ヘッド部２０は、可動体１９に対して高精度に
Ｘ軸方向に移動可能に設置されており、その移動範囲
は、位置認識カメラ２１と作業ツール２２との間隔Ｄに
略対応している。又、この作業ヘッド部２０を移動させ
て高精度に位置決めする精密モータ２３と精密ボールネ
ジ２４からなる精密位置決め手段２５が設けられてい
る。

【００２９】以下に、前記の実施例を、Ｙ軸テーブル１
３のサーボ制御装置に使用した場合の動作を図１〜図１
８に基づいて説明する。尚、Ｘ軸テーブル１６と作業ヘ
ッド部２０（以下、Ｈ軸とする。）のサーボ制御装置に
も同じように使用する、これらの動作は、Ｙ軸テーブル
１３の場合と同様なので説明を省略する。

【００３０】次に、ファジイ推論部１０の動作を図３〜
図１６に基づいて説明する。

【００３１】図９〜図１２において、図９は、現在のＫ
ｐｐに対する修正量ΔＫｐｐを求めるためのファジイル
ールである。図１０、図１１、図１２は夫々現在のＫｖ
ｐに対する修正量ΔＫｖｐ、現在のＫｖｉに対する修正
量ΔＫｖｉ、現在のαに対する修正量Δαを求めるため
のファジイルールである。例えば、図９の場合、ｉｆＯＶ＝ＮＳ且つＴｓ＝ＺＲｔｈｅｎ ΔＫｐｐ＝ＺＲｉｆＯＶ＝ＮＳ且つＴｓ＝ＰＳｔｈｅｎ ΔＫｐｐ＝ＰＳｉｆＯＶ＝ＮＳ且つＴｓ＝ＰＭｔｈｅｎ ΔＫｐｐ＝ＰＳ・・ｉｆＯＶ＝ＰＬ且つＴｓ＝ＰＬｔｈｅｎ ΔＫｐｐ＝ＺＲという意味を表している。尚、夫々の記号はファジイラ
ベルといい、ＮＬは負に大きい、ＮＭは負に中ぐらい、
ＮＳは負に小さい、ＺＲは略ゼロ、ＰＳは正に小さい、
ＰＭは正に中くらい、ＰＬは正に大きいという意味であ
り、入力のＯＶとＴｓについては、夫々の目標値に対し
ての状態を表しており、例えば、ＺＲは略目標値という
意味になる。

【００３２】図３〜図８において、図３、図４は、夫々
ファジイ推論部１０の入力であるＯＶとＴｓに関するメ
ンバーシップ関数を表すグラフ、図５、図６、図７、図
８は、夫々ファジイ推論部１０の出力であるΔＫｐｐ、
ΔＫｖｐ、ΔＫｖｉ、Δαに関するメンバーシップ関数
を表すグラフである。この場合、ΔＫｐｐ、ΔＫｖｐ、
ΔＫｖｉ、Δαは、夫々の現在値Ｋｐｐ、Ｋｖｐ、Ｋｖ
ｉ、αに、図５、図６、図７、図８のメンバーシップ関
数の横軸の値を掛けた値であり、例えば、ΔＫｐｐにお
いて、推論結果が０．５であるとすると、ΔＫｐｐ＝
０．５×Ｋｐｐとなる。

【００３３】ファジイ推論部１０は、図３〜図８に示す
メンバーシップ関数と、図９〜図１２に示すファジイル
ールに基づいて、ＭＩＮ−ＭＡＸ−重心法と呼ばれるフ
ァジイ演算方法によって推論を行う。

【００３４】ＯＶ＝１．６％、Ｔｓ＝８（ｍｓ）の場合
のΔＫｐｐの演算方法を図１３に基づいて説明する。

【００３５】先ず、ＯＶ＝１．６％、Ｔｓ＝８（ｍｓ）
が各メンバーシップ関数の夫々のファジイラベルにどれ
だけ適合しているかを求める。図１３より、ＯＶ＝１．
６％は、ＺＲに対して適合度０．４、ＰＳに対して適合
度０．６であり、ＮＳ、ＰＭ、ＰＬに対しては適合度０
である。又、図１４より、Ｔｓ＝８（ｍｓ）は、ＺＲに
対して適合度０．３、ＰＳに対して適合度０．７であ
り、ＰＭ、ＰＬ、ＰＬに対しては適合度０である。

【００３６】次に、前記ＯＶ、Ｔｓの入力値の組合せ
が、各ルールにどれだけ適合しているかを求める。図１
６は、図９のΔＫｐｐに関するファジイルールのうち上
記の場合に成立するルールのみを表したものである。図
１６の数値は、各ルールの適合値であり、上記の各入力
の適合度はＭＩＮ演算によって小さい方の適合度が採用
されている。次に、図１６に表された各ルールの適合度
に基づき、図１５に示すように、出力ΔＫｐｐのファジ
イ量をＭＡＸ演算によって求め、重心法によって、その
重心をとることにより、確定出力０．１５が得られる。
そして、Ｋｐｐの修正量ΔＫｐｐは、前述のように、Δ
Ｋｐｐ＝０．１５×Ｋｐｐとなる。同様にして、ΔＫｖ
ｐ、ΔＫｖｉ、Δαが求められる。

【００３７】次に、制御特性解析部９の動作を図１７に
より説明する。オートチューニングの実際の動作時に、
偏差カウンタ２の出力を、サンプリング周期毎にメモリ
に記憶し、サーボ動作完了後、その動作データを順に読
み出し、先ず最初に、図１７に示すようなアンダーシュ
ート量ａを求め、これをオーバーシュート量ＯＶ′とす
る。即ち、０Ｖ′＝（ａ／ｂ）×１００％とする。次
に、動作データが一定パルス数内（本実施例では、±１
０パルス内）に収まるまでの時間を求め、この時間を整
定時間Ｔｓ′とする。そして、オペレータがマン・マシ
ン・インターフェース部１２を通して設定したＯＶ、Ｔ
ｓの目標値ＯＶｒｅｆ、Ｔｓｒｅｆ及び夫々の許容範囲
ΔＯＶｒｅｆ、ΔＴｓｒｅｆに対し、次の演算式に基づ
いてファジイ推論部１０への出力値ＯＶ、Ｔｓを決定す
る。

【００３８】ＯＶ＝｛（ＯＶ′−ＯＶｒｅｆ）／ΔＯＶｒｅｆ｝＋１（但し、０≦ＯＶ≦ （単位：パーセント）２０）Ｔｓ＝（Ｔｓ′−Ｔｓｒｅｆ）／ΔＴｓｒｅｆ（但し、０≦Ｔｓ≦ （単位：ｍｓ）５０）又、最初のアンダーシュート（極小点）の後、前記の一
定パルス数の範囲を越えてアンダーシュート（極小点）
がある場合は、隣接する極小点間の時間間隔を求め、こ
の時間間隔の変化が、設定範囲内にあり、且つ、前記極
小点が５回以上存在する場合には、発振があるとみな
し、ファジイ推論部１０への出力は、目標値どおりと
し、図３、図４に示すように、ＯＶ＝１（％）、Ｔｓ＝
０（ｍｓ）とすると共に、発振検出フラグをＯＮし、パ
ラメータ調整部１１へ出力する。

【００３９】次に、パラメータ調整部１１の動作を説明
する。パラメータ調整部１１は、オペレータがマン・マ
シン・インターフェース部１２を通してチューニング開
始指令を入力することにより動作を開始する。最初は、
ファジイ推論部１０から推論結果がでる毎に、ΔＫｐ
ｐ、ΔＫｖｐ、Δαに基づきＫｐｐ、Ｋｖｐ、αを修正
する。Ｋｐｐ＋ΔＫｐｐ、Ｋｖｐ＋ΔＫｖｐ、α＋Δα
が修正値になる。そして、ΔＫｐｐ、ΔＫｖｐ、Δαの
値が総て夫々一定の範囲内にあることが５回以上連続し
て続いた場合に、Ｋｐｐ、Ｋｖｐ、αのチューニングは
完了とみなす。

【００４０】そして、上記のＫｐｐ、Ｋｖｐ、αのチュ
ーニングの間に、制御特性解析部９から発振検出フラグ
が入力された場合には、その時のＫｐｐ、Ｋｖｐの夫々
を０．９倍した値を、Ｋｐｐ、Ｋｖｐの可変範囲の最大
値とし、その範囲内で、チューニングを繰り返す。そし
て、１０回チューニングを繰り返しても、Ｋｐｐ、Ｋｖ
ｐ、αの少なくとも１つが一定範囲内に５回連続して収
まらない場合には、αをある一定値だけ下げ、再度チュ
ーニングを行う。Ｋｐｐ、Ｋｖｐ、αのチューニング完
了後は、ΔＫｐｐ、ΔＫｖｐ、Δαは無視し、ΔＫｖｉ
に基づいてＫｖｉを変更する。即ち、Ｋｖｉ＋ΔＫｖｉ
が修正値になる。ΔＫｖｉが０又は負の値となった場
合、その時のＫｖｉを記憶しておき、ΔＫｖｉが０又は
負の値となることが５回現れた時点で、チューニングを
終了し、その記憶しておいた５回のＫｖｉのうち最小の
値を０．９倍した値を最終のＫｖｉとして設定する。

【００４１】個々の動作は上記のとおりであるが、全体
の基本動作を纏めると、図１８のフローチャートのよう
になる。

【００４２】ステップ＃１において、オペレータがチュ
ーニング開始指令を入力することによりチューニングが
スタートし、ステップ＃２に進む。

【００４３】ステップ＃２において、α、Ｋｐｐ、Ｋｖ
ｐ、Ｋｖｉの初期値は、基本的には、モータ単体での最
適値を予め調べておき、Ｋｖｐはその調べた最適値と
し、α、Ｋｐｐ、Ｋｖｉは、調べた最適値の１／３とす
る。但し、システムの特性が予めある程度既知の場合に
は、オペレータはマン・マシン・インターフェース部１
２を通して、夫々の初期値を設定できる。設定が終了す
ると、ステップ＃３に進む。

【００４４】ステップ＃３において、サーボ動作を１回
行う。即ち、原点と目標位置との往復動作を１回行い、
ステップ＃４に進む。

【００４５】ステップ＃４において、制御特性解析部９
が、ステップ＃３のサーボ動作に基づいて、オーバーシ
ュート量と整定時間とを計算し、ステップ＃５に進む。

【００４６】ステップ＃５において、オーバーシュート
量が目標値に適合するか否かを判定し、適合しておれ
ば、ステップ＃７に進み、否であれば、ステップ＃６に
進む。

【００４７】ステップ＃６において、ファジイ推論部１
０が、速度制御ループゲインの修正量を演算し、ステッ
プ＃３に戻る。

【００４８】ステップ＃７において、整定時間が目標値
に適合するか否かを判定し、適合しておれば、終了し、
否であれば、ステップ＃８に進む。

【００４９】ステップ＃８において、ファジイ推論部１
０が、位置制御ループゲインを少し上げて、ステップ＃
３に戻り、オートチューニングを繰り返す。

【００５０】以上の自動調整動作をＹ軸、Ｘ軸、Ｈ軸に
ついて実行する。

【００５１】最後に、本実施例の直行ロボットの動作を
説明する。予め設定された所定の作業位置において、作
業用ツール２２が作業する場合、Ｙ軸テーブル１３及び
Ｘ軸テーブル１６を作動して、可動体１９をＹ方向、Ｘ
方向に移動させ、更に、作業ヘッド部２０における位置
認識カメラ２１により作業位置を検出して位置調整し、
位置認識カメラ２１の軸心位置を作業位置に高精度に一
致させる。この状態で、作業用ツール２２を作動するこ
とによって高い位置精度で作業を行うことができる。

【００５２】上記の動作において、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｈ軸
は、夫々のサーボ制御装置が、予め、本実施例の自動調
整動作により、オーバーシュートが小さく、整定時間が
短くなるようにチューニングされていると、振動が小さ
く、しかも高速に高精度な位置決めが可能である。

【００５３】本発明の自動調整サーボ制御装置は、上記
の実施例に限らず、種々の態様が可能である。例えば、
実施例では、繰り返し回数を５回、１０回等としている
が、５回、１０回に限らず、システムに合わせた回数に
することができる。又、制御パラメータの逓減係数を実
施例では、０．９としているが０．９には限らない。

【００５４】

【発明の効果】本発明の自動調整サーボ制御装置は、自
動調整において、制御パラメータを修正するだけではな
く、発振の主原因になる加速度を、発振が発生しない低
加速度を初期値とし順次増大して修正を繰り返し、制御
パラメータを目標値に近づけているので、発振を発生さ
せないで、制御パラメータを任意の初期値からスタート
して修正できるという効果を奏する。

【００５５】又、自動調整において、発振を発生した場
合には、発振を直ちに検出して、制御パラメータの可変
範囲の最大値を逓減して、発振を防止し、自動調整を継
続できるので、機械特性が未知な位置決めシステムに対
しても、自動調整が可能であるという効果を奏する。

【００５６】又、位置決めシステムによって目標制御特
性が変わっても、オペレータが容易に、目標制御特性を
設定できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動調整サーボ制御装置の一実施例の
ブロック図である。

【図２】直行ロボットの平面図である。

【図３】本発明の一実施例のファジイ推論部の入力のメ
ンバーシップ関数のグラフである。

【図４】本発明の一実施例のファジイ推論部の入力のメ
ンバーシップ関数のグラフである。

【図５】本発明の一実施例のファジイ推論部の出力のメ
ンバーシップ関数のグラフである。

【図６】本発明の一実施例のファジイ推論部の出力のメ
ンバーシップ関数のグラフである。

【図７】本発明の一実施例のファジイ推論部の出力のメ
ンバーシップ関数のグラフである。

【図８】本発明の一実施例のファジイ推論部の出力のメ
ンバーシップ関数のグラフである。

【図９】本発明の一実施例のファジイ推論部のファジイ
ルールの図である。

【図１０】本発明の一実施例のファジイ推論部のファジ
イルールの図である。

【図１１】本発明の一実施例のファジイ推論部のファジ
イルールの図である。

【図１２】本発明の一実施例のファジイ推論部のファジ
イルールの図である。

【図１３】本発明の一実施例のファジイ推論方法の動作
図である。

【図１４】本発明の一実施例のファジイ推論方法の動作
図である。

【図１５】本発明の一実施例のファジイ推論方法の動作
図である。

【図１６】本発明の一実施例のファジイ推論方法の動作
図である。

【図１７】本発明の一実施例のサーボ制御曲線の図であ
る。

【図１８】本発明の一実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【図１９】従来例のブロック図である。

【符号の説明】

１指令制御部２偏差カウンタ３位置アンプ４速度アンプ５駆動回路６モータ７位置検出器８速度検出部９制御特性解析部１０ファジイ推論部１１パラメータ調整部１２マン・マシン・インターフェイス部３０変換手段３１極小点検出手段３２時間間隔測定手段３３制御機構３４発振防止手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータを制御してサーボ制御対象物の移
動を各時刻の目標位置に一致させるために、前記サーボ
制御対象物の現在位置をサンプリングする周期毎に、設
定加速度と設定最高速度とに基づく位置指令値を出力す
る指令制御部と、位置制御ループと、速度制御ループと
を有するサーボ制御装置において、サーボ動作曲線から
オーバーシュート量と整定時間の現在値を演算する制御
特性解析部と、目標値と許容範囲とを横軸に設定したオ
ーバーシュート量と整定時間のメンバーシップ関数を使
用し、前記オーバーシュート量と整定時間の現在値に基
づいて、前記指令制御部が使用する加速度と、前記位置
制御ループと速度制御ループとが使用する制御パラメー
タとの現在値からの修正量を演算するファジイ推論部
と、前記ファジイ推論部の演算結果を受けて制御パラメ
ータの修正値を前記位置制御ループと速度制御ループに
出力し、更に、加速度の修正値を前記指令制御部に出力
するパラメータ調整部と、加速度を初回値は目標値より
充分に低い値として順次最適値に修正し、制御パラメー
タを初回値は任意の値として順次最適値に修正するよう
に、前記の指令制御部と制御特性解析部とファジイ推論
部とパラメータ調整部との動作を制御して、サーボ動作
を繰り返し、それによって、制御パラメータと加速度と
の修正を繰り返して、加速度と最適制御パラメータとを
前記目標値及び前記許容範囲を満足できるように修正す
る制御機構を有することを特徴とする自動調整サーボ制
御装置。
【請求項２】オーバーシュート量と整定時間の目標値
と許容範囲とを変更・設定するマン・マシン・インター
フンエース部と、このマン・マシン・インターフンエー
ス部からの前記の変更・設定の指示に対応して、オーバ
ーシュート量と整定時間のサンプリング値を変換し、こ
の変換したオーバーシュート量と整定時間とを使用して
ファジイ推論すると、見掛け上は、メンバーシップ関数
の横軸の目盛りを前記の変更・設定の指示に対応して比
例変換したり横にシフトした場合と同様の結果が得られ
るようにする変換手段とを設ける請求項１に記載の自動
調整サーボ制御装置。
【請求項３】サーボ動作曲線の極小点を検出する極小
点検出手段と、隣接する極小点間の時間間隔を求める時
間間隔測定手段と、前記測定された時間間隔の変化量が
設定範囲内にある極小点が所定回数以上繰り返し出現す
る場合には発振とみなし、パラメータ調整部において、
制御パラメータの可変範囲の最大値を逓減して発振を防
止する発振防止手段とを設ける請求項１又は２に記載の
自動調整サーボ制御装置。