JPH09128054A - Ｐｉｄ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部的にデータ処理加工を行うことなく、簡
単、容易かつ迅速に制御パラメータ自動調整時のモータ
動作異常の判定を行うことができるようにする。 【解決手段】 エンコーダ４０が観測した現在位置に基
づいてロボット３０の実加速度をステップ１４３にて算
出し、ステップ１４３にて算出したロボット３０の実加
速度が予め設定したしきい値より大きい回数をステップ
１４５にてカウントして、このカウント値が予め設定し
た回数より大きくなると、ステップ１５０（図３参照）
にてモータ３１の動作異常と判定する。このように、モ
ータ３１の実加速度の異常度合いからモータ３１の動作
異常を判定するようにしているので、内部的なデータ処
理加工を伴うことなく、簡単にモータ３１の動作異常が
判定できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動制御装置に係
り、制御パラメータを自動調整する機能を備えたＰＩＤ
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プロセスオートメーションの分野
では、温度、流量、位置、速度等のプロセス量を制御す
るために、ＰＩＤ制御装置（ＰＩＤ調節計）が幅広く使
われている。この調節計は適用範囲が広く、ほとんどの
プロセスに適用できるが、制御対象に合わせて、Ｐ（比
例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各パラメータを適正な
値に調整する必要がある。これらの各パラメータを適正
な値に調整するために、熟練運転員が調節計の動作（制
御応答波形）の特徴をとらえ、経験的知識やノウハウに
よって調整するものである。この調整作業は難しく、時
間がかかるため、パラメータ調整の自動化が強く求めら
れるようになった。

【０００３】そこで、近年、マイクロプロセッサを用
い、制御パラメータを自動調整する機能を備えたＰＩＤ
制御装置が実用化されるようになった。例えば、図１０
はマイクロプロセッサを用いてパラメータを自動調整す
る機能を備えた一般的なＰＩＤ制御装置を制御系に適用
した場合の一例を示す図である。この制御系は、運転員
が各種の設定信号を入力する外部入力装置５０と、モー
タを含む制御対象７０を駆動制御するとともに制御パラ
メータを自動調整するＰＩＤ制御装置６０と、ＰＩＤ制
御装置６０からの制御信号に基づいて動作するモータを
含む制御対象７０と、制御対象７０の動作を観測する観
測装置（例えば、速度センサ、位置センサ等）８０とか
ら構成されている。

【０００４】ここで、ＰＩＤ制御装置６０は、ＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されており、その制御構成を
図に示すと図１１に示すようになる。図１１において、
ＰＩＤ制御装置６０は、制御パラメータの自動調整動作
に先だって、制御対象の制御特性を同定するための同定
用信号（ステップ相当信号）を発生してこの同定用信号
を切替部６３を介して制御部６４に送出するとともに同
定部６５にも同定用信号を送出する同定用信号発生部６
１と、制御パラメータの調整を行うための通常処理信号
（例えば、速度指令信号）を発生して制御部６４に送出
する通常処理信号発生部６２と、同定用信号発生部６１
からの同定信号と通常処理指令発生部６２からの通常処
理信号とを選択的に切り替える切換部６３と、通常処理
信号発生部６２からの通常処理信号に基づいて制御パラ
メータを自動調整するとともに調整した制御パラメータ
に基づいてモータを含む制御対象を駆動制御する制御部
６４と、同定用信号発生部６１からの同定用信号と観測
装置８０からの観測信号（観測結果）に基づいて制御対
象７０の制御特性の同定を行いこの同定信号（同定結
果）を制御パラメータの初期値として制御部６４に送出
する同定部６５と、切換部６３から送出される通常処理
信号もしくは同定信号と観測装置８０から送出される観
測信号とを加算する加算器６６とから構成されている。

【０００５】このＰＩＤ制御装置６０のパラメータの自
動調整動作は以下のようにしてなされる。即ち、図１２
のパラメータの自動調整のフローチャートに示すよう
に、図示しない運転員が外部入力装置５０（図１０参
照）の自動調整モードを選択すると、ＰＩＤ制御装置６
０はステップ３００にて、自動調整モードの処理を開始
する。すると、ステップ３２０にて、ＰＩＤ制御装置６
０は、切換部６３を同定用信号発生部６１側に切り換
え、制御部６４に同定信号（ステップ相当信号）を入力
して、モータを含む制御対象７０を動作させ、観測装置
（この場合は速度センサ）８０からの観測結果（この場
合は速度信号）、即ち、モータの実速度がＶｍａｘに達
するまでの時間（図１３（ｂ）のｔ_p時間参照）に基づ
いて、制御対象７０の制御特性の同定（この場合は負荷
イナーシャの同定）を行う。制御特性の同定を行った
後、ステップ３４０にて、ＰＩＤ制御装置６０は制御対
象７０に対する制御パラメータの調整を行い、制御対象
７０が正常に動作するようになると、ステップ３６０に
て「ＹＥＳ」と判定して制御パラメータを決定し、ステ
ップ３８０にてパラメータの自動調整動作を終了するよ
うになされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなパラメー
タの自動調整方法においては、制御パラメータの調整時
にモータを含む制御対象７０を動作させ、制御対象７０
の指令位置と現在位置との位置偏差に基づいて、モータ
動作異常を検出するようになされている。

【０００７】しかしながら、モータが過渡時に動作異常
状態であっても、制御対象７０の位置偏差の変動はわず
かである。このため、位置偏差の変動を大きくするため
に、位置偏差の二乗和を取る等して、モータ動作異常で
あると判断できるようにデータ処理加工を行う必要があ
る。このようにデータ処理加工を行うと、演算部の演算
処理量が多くなるとともに、動作異常と判断するための
評価関数（しきい値）の設定も難しいという問題が生じ
た。また、演算部の演算処理量が多くなると、モータ動
作異常を判定するまでに長時間を要し、モータ動作異常
判定の作業効率が悪化するという問題を生じた。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、内部的にデータ処理加工を行うことな
く、簡単、容易かつ迅速にモータ動作異常の判定を行う
ことができるようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、観測手段が観測した現在位置に基づいて制
御対象の実加速度を算出し、算出した制御対象の実加速
度が予め設定したしきい値より大きい回数をカウントし
て、このカウント値が予め設定した回数より大きくなる
とモータ動作異常と判定するようにしているので、即
ち、モータの実加速度の異常度合いからモータ動作異常
を判定するようにしているので、内部的なデータ処理加
工を伴うことなく、簡単にモータ動作異常が判定できる
ようになる。

【００１０】また、モータ動作異常を判定するための評
価関数（しきい値）の設定も、運転員が設計した制御対
象の動作速度、動作加速度から容易に設定することがで
き、余分なデータを取り出す必要もなくなって、簡単、
容易に評価関数（しきい値）の設定が可能となる。さら
に、実際にモータが動作異常となる前にモータ動作異常
を検出できるので、この動作異常に基づいて制御パラメ
ータを再設定できるので、モータに異常な電流が流れる
ことがなくなり、モータの損傷を未然に防止できるよう
になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図に基づいて本発明の一
実施の形態を説明する。図１は本発明のＰＩＤ制御装置
を搬送用ロボットに適用した場合の一実施の形態の全体
構成を示す概略図である。なお、図１においては、ロボ
ットの移動軸は１軸のみを例示的に示しているが、２軸
構成であっても、３軸構成であっても制御動作は同じで
あるので、１軸構成のものにおいて説明する。

【００１２】図１において、制御対象となるロボット３
０は、後述するＰＩＤ制御装置２０からの制御信号に基
づき駆動制御されるモータ３１と、このモータ３１のモ
ータ軸に連結されてボールねじ軸３３にモータ３１の回
転力を伝達する伝達機構となるカップリング３２と、カ
ップリング３２に軸着されてモータ３１の回転に応じて
回動するボールねじ軸３３と、ボールねじ軸３３が回動
することによりボールねじ軸３３の軸方向に移動する内
部にボールを備えたスライダ３４と、このスライダ３４
をその上部で摺動自在に保持する架台３５と、架台３５
の上部に配設されてスライダ３４の回転を不能にするガ
イド３６と、架台３５の端部に配設されてスライダ３４
を止着するストッパ３７とから構成している。なお、ス
ライダ３４には図示しないアームが固着されており、こ
のアームが被搬送物を保持してある場所から他の場所に
搬送するように構成されている。

【００１３】このロボット３０の他端部にはモータ３１
の回転数からスライダ３４の現在位置を検出する観測装
置となるエンコーダ４０が配設されている。そして、こ
のロボット３０は、制御パラメータを自動調整する機能
を有するＰＩＤ制御装置２０に接続されており、このＰ
ＩＤ制御装置２０により、外部入力装置１０からの入力
指令（運転員によるキー操作）およびエンコーダ４０か
らの現在位置信号に基づいて、ロボット３０側に設けら
れたモータ３１が駆動制御される。そして、このモータ
３１の回転駆動に基づいてボールねじ軸３２に軸着され
たスライダ３４が移動し、図示しないスライダ３４に固
着されたアームが被搬送物を保持してある場所から他の
場所に搬送するようになされている。

【００１４】図２は図１のＰＩＤ制御装置２０の制御構
成例を示す図であり、このＰＩＤ制御装置２０は、ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。図２におい
て、ＰＩＤ制御装置２０は、制御パラメータの調整を行
うための通常処理信号を発生し、この発生した通常処理
信号を、フィードフォワード制御部（ＦＦ制御部）２２
と、積分要素２４を介して位置制御部２５に送出すると
ともに、負荷イナーシャの同定を行う同定部２８にも送
出する通常処理信号発生部２１を備えている。

【００１５】また、ＰＩＤ制御装置２０は、フィードフ
ォワード制御を行うＦＦ制御部２２と、制御対象となる
スライダ３４の位置制御を行う位置制御部２５と、制御
対象となるモータ３１の速度制御を行う速度制御部２６
と、負荷イナーシャの同定時にＦＦ制御部２２および位
置制御部２５の設定値を変更する切替部２３と、通常処
理信号発生部２１からの通常処理信号と観測装置となる
エンコーダ４０からの出力信号（この場合はスライダ３
４の位置信号）に基づいて制御対象となるロボット３０
の負荷イナーシャの同定を行い、この同定信号（同定結
果）を制御パラメータの初期値として位置制御部２５お
よび速度制御部に送出する同定部２８とを備えている。

【００１６】なお、ＦＦ制御部２２と位置制御部２５
は、通常のＰＩＤ制御動作時は、例えばＦＦ制御部２２
は３０％、位置制御部２５は７０％の割合で動作するよ
うに設定されているが、制御対象となるロボット３０の
負荷イナーシャの同定を行う際の切替部２３による切替
動作時には、例えばＦＦ制御部２２は１００％、位置制
御部２５は０％の割合で動作するように設定される。こ
れにより、制御対象となるロボット３０の負荷イナーシ
ャの同定時に、速度制御部２６には通常処理信号発生部
により発生された速度指令信号がそのまま入力されるこ
ととなる。

【００１７】また、ＰＩＤ制御装置２０は、通常処理信
号発生部２１からの通常処理信号を積分する積分要素２
４と、観測装置となるエンコーダ４０からの出力信号を
微分する微分要素２７と、積分要素２４により積分され
た通常処理信号とエンコーダ４０からの出力信号とを加
算してこの加算した信号を位置制御部２５に送出する第
１加算器２９ａと、微分要素２７により微分されたエン
コーダ４０からの出力信号と位置制御部２５から出力さ
れた出力信号とＦＦ制御部２２から出力された出力信号
とを加算してこの加算した信号を速度制御部２６に送出
する第２加算器２９ｂとを備えている。

【００１８】ついで、上述のＰＩＤ制御装置２０の動作
を説明する。図３〜図６は図２のＰＩＤ制御装置２０の
制御パラメータの調整（チューニング）動作を説明する
フローチャートであり、図３はメインルーチンのフロー
チャートを示し、図４は図３の動作範囲チェックのサブ
ルーチンのフローチャートを示し、図５は図３の負荷イ
ナーシャ同定のサブルーチンのフローチャートを示し、
図６は図３のチューニング動作のサブルーチンのフロー
チャートを示す。

【００１９】図３において、図示しないロボット３０の
運転員が外部入力装置１０（図１参照）の自動調整モー
ドを選択すると、ＰＩＤ制御装置２０はステップ１００
にて、自動調整モードの処理を開始する。すると、ステ
ップ１１０にて、ＰＩＤ制御装置２０は運転員が外部入
力装置１０から入力した設定値に基づいて制御対象であ
るスライダ３４の動作範囲のチェックを行う。スライダ
３４の動作範囲のチェックを行った後、ステップ１２０
に進み、ＰＩＤ制御装置２０はモータ３１を駆動し、エ
ンコーダ４０からの観測結果、即ち、スライダ３４の現
在位置と指令位置との位置偏差（たまりパルス量）に基
づいて、制御対象となるロボット３０の負荷イナーシャ
の同定を行う。制御対象となるロボット３０の負荷イナ
ーシャの同定を行った後、ステップ１３０にて、負荷イ
ナーシャの同定に基づいて制御パラメータの初期設定を
行う。

【００２０】ついで、ステップ１３０にて初期設定され
た制御パラメータに基づいて、ＰＩＤ制御装置２０は再
度、モータ３１を駆動して、再度、スライダ３４を動作
させ、ステップ１４０にて制御パラメータの調整（チュ
ーニング）を行う。制御パラメータの調整（チューニン
グ）を行って、動作判定がＯＫになってステップ１５０
にて「ＹＥＳ」と判定されると、ステップ１９０にて自
動調整モードの処理を終了する。

【００２１】上述のステップ１４０において調整した制
御パラメータが不適でスライダ３４が正常に動作しない
と、ステップ１５０にて「ＮＯ」と判定して、ステップ
１６０に進み、ＰＩＤ制御装置２０はパラメータの再設
定がｎ回（例えば３〜５回）なされたか否かの判定を行
い、パラメータの再設定がｎ回（例えば３〜５回）に達
していなければ、ステップ１８０にてパラメータの再設
定を行う。パラメータの再設定をｎ回（例えば３〜５
回）行ってもステップ１５０において「ＹＥＳ」と判定
されなければ、ステップ１７０にてＰＩＤ制御装置２０
は外部入力装置１０に警告表示の信号を送出し、ステッ
プ１９０にて自動調整モードの処理を終了する。

【００２２】図４は、上述の動作範囲チェックのサブル
ーチンを示すフローチャートである。図４のフローチャ
ートにおいて、ロボット３０の運転員が外部入力装置１
０の自動調整モードを選択して、制御パラメータを調整
するためにロボット３０の何軸（この場合は、図１のボ
ールねじ軸（調整軸）３１）を、どの方向（図１の場合
は図の左右方向）に移動させるかを外部入力装置１０に
入力すると、ＰＩＤ制御装置２０は、ステップ１１０ａ
にて、動作範囲チェックのサブルーチンの動作を開始す
る。

【００２３】すると、ＰＩＤ制御装置２０はステップ１
１１にて、外部入力装置１０から入力された調整軸を確
認し、ステップ１１２にて、外部入力装置１０に入力さ
れた調整軸の方向を確認し、ステップ１１３にて、ＰＩ
Ｄ制御装置２０のＲＡＭに予め記憶されたスライダ３４
の可動範囲の設定値（この設定値は、ロボット３０の設
置時にＲＡＭに予め記憶されている）のデータを読み込
む。ついで、ＰＩＤ制御装置２０はステップ１１４に
て、エンコーダ４０からの出力信号に基づいて、スライ
ダ３４の現在位置のデータを読み込む。ついで、ステッ
プ１１５において、ＰＩＤ制御装置２０のＲＡＭに予め
記憶させた速度パターンに基づいて算出した調整動作量
を読み込む。

【００２４】調整動作量を読み込んだ後、ステップ１１
６において、ステップ１１５にて読み込んだ調整動作量
とステップ１１４にて読み込んだ現在位置データとに基
づいて、モータ３１が駆動した場合にスライダ３４が行
き着く移動位置を算出する。ついで、ステップ１１７に
進み、ステップ１１６にて算出したスライダ３４の移動
位置が動作できる範囲内にあるか否かの判定を行う。

【００２５】ステップ１１７において、ステップ１１６
にて算出したスライダ３４の移動位置がスライダ３４の
動作範囲外になる場合は、ステップ１１７にて「ＮＯ」
と判定して、ステップ１１８に進み、動作範囲外である
旨を外部入力装置１０に表示させるための信号を送出
し、ステップ１１９にてこの処理動作を終了する。ま
た、ステップ１１６にて算出したスライダ３４の移動位
置がスライダ３４の動作範囲内になる場合は、ステップ
１１７にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１１９にてこ
の動作範囲チェックの処理動作を終了する。

【００２６】上述したように、ステップ１１６にて算出
したスライダ３４の移動位置がスライダ３４の動作範囲
外になる場合は、ロボット３０の動作前に、動作範囲外
である旨を外部入力装置１０に表示させて警告するよう
にしているので、ロボット３０の損傷を未然に防止でき
るようになる。

【００２７】図５は、上述の負荷イナーシャ同定のサブ
ルーチンを示すフローチャートである。上述のステップ
１１７にてスライダ３４の移動位置がスライダ３４の動
作範囲内にあると判定されて、動作範囲チェックの処理
動作を終了すると、ステップ１２０ａにて、負荷イナー
シャ同定の処理動作を開始する。すると、ＰＩＤ制御装
置２０は、ステップ１２１にて、通常処理信号発生部２
１より図７（ｂ）の符号Ａで示すような三角形状の速度
パターンからなる指令速度を発生させるとともにこの指
令速度を逐次インクリメントする。

【００２８】同時に、切替部２３によりＦＦ制御部２２
は１００％の割合で動作するように設定するとともに位
置制御部２５は０％の割合で動作するように設定して、
通常処理信号発生部２１にて発生させた指令速度を直接
速度制御部２６に入力させ、モータ３１の駆動速度がＶ
ｍａｘになるまで加速する。ついで、ＰＩＤ制御装置２
０はステップ１２２において、ステップ１２１にて逐次
インクリメントした指令速度が図７（ｂ）に示すような
所定の指令速度Ｖｎ（この場合ＶｎはＶｍａｘの５０％
以上にする必要があるが、好適には７０％程度が望まし
い）に達したか否かの判定を行う。指令速度のインクリ
メント値が所定の指令速度Ｖｎに達してステップ１２２
にて「ＹＥＳ」と判定すると、ステップ１２３に進み、
指令速度のインクリメント値が所定の指令速度Ｖｎに達
しなければ、ステップ１２２にて「ＮＯ」と判定して、
ステップ１２４に進む。

【００２９】ステップ１２３に進むと、ＰＩＤ制御装置
２０は指令速度Ｖｎ時のスライダ３４の指令位置（図７
（ａ）の符号Ｃ参照）を算出するとともに、この算出し
たスライダ３４の指令位置とエンコーダ４０が検出した
スライダ３４の現在位置（図７（ａ）の符号ｃ参照）に
基づいて、その位置偏差（たまりパルス量）を算出す
る。ついで、ステップ１２４において、ＰＩＤ制御装置
２０は通常処理信号発生部２１にて発生させた指令速度
のインクリメント値がＶｍａｘ（図７（ｂ）の符号Ａ参
照）に達したか否かの判定を行う。指令速度のインクリ
メント値がＶｍａｘに達してステップ１２４にて「ＹＥ
Ｓ」と判定すると、次のステップ１２５に進み、指令速
度のインクリメント値がＶｍａｘに達していなくてステ
ップ１２４にて「ＮＯ」と判定すると、上述のステップ
１２２からステップ１２４までの処理を繰り返す。

【００３０】ステップ１２５において、ＰＩＤ制御装置
２０は通常処理信号発生部２１より発生させる指令速度
を、図７（ｂ）の符号Ａに示すように、Ｖｍａｘから０
まで減速の指令速度を送出し、ステップ１２６にて、エ
ンコーダ４０が検出したスライダ３４の現在位置データ
に基づいて、スライダ３４の実速度が０になったか否か
の判定を行う。このステップ１２６にて「ＮＯ」と判定
した場合は、上述のステップ１２５に戻り、この処理を
繰り返し、スライダ３４の実速度が０になってステップ
１２６にて「ＹＥＳ」と判定して、次のステップ１２７
に進む。

【００３１】ステップ１２７において、ＰＩＤ制御装置
２０はステップ１２３にて取得したスライダ３４の指令
位置（図７（ａ）の符号Ｃ参照）とエンコーダ４０が検
出したスライダ３４の現在位置（図７（ａ）の符号ｃ参
照）との位置偏差Ｐｅ（たまりパルス量）に基づいて、
負荷イナーシャＩを下記の数式（１）により算出し、ス
テップ１２８にて負荷イナーシャの同定処理を終了す
る。

【００３２】

【数１】Ｉ＝ＡＰｅ＋Ｂ・・・・・（１） ただし、Ａ、Ｂは指令速度が予め設定した所定の速度と
なった時点の係数。

【００３３】図７（ａ）はスライダ３４の指令位置と現
在位置との関係を示す図であり、図７（ｂ）はモータ３
１の指令速度と実速度の関係を示す図である。図７
（ｂ）において、符号（Ａ）は通常処理信号発生部２１
より送出する速度指令を表し、符号（ａ）はこの速度指
令（Ａ）に基づき駆動されるモータ３１の実速度を表
す。なお、符号（Ｂ）、（ｂ）は図１４（ｂ）の符号
（Ｂ）、（ｂ）と同様な従来の方法による負荷同定のた
めに同定用信号発生部６１（図１１参照）より送出され
た同定用信号（Ｂ）とこの同定用信号（Ｂ）に基づき駆
動される制御対象となるモータの実速度（ｂ）を表す。

【００３４】また、図７（ａ）において、符号（Ｃ）は
通常処理信号発生部２１より送出された速度指令に基づ
き演算したスライダ３４の指令位置を表し、符号（ｃ）
はこの速度指令（Ａ）に基づき移動したスライダ３４の
現在位置を表す。なお、符号（Ｄ）、（ｄ）は図１４
（ｂ）の符号（Ｄ）、（ｄ）と同様な従来の方法による
負荷同定のために同定用信号発生部６１（図１１参照）
より送出された同定用信号（Ｂ）に基づき演算した制御
対象の指令位置を表し、符号（ｄ）はこの速度指令
（Ｂ）に基づき駆動された制御対象の現在位置を表す。

【００３５】上述したように、指令速度のインクリメン
ト値が所定の速度Ｖｎとなった時点（図７（ｂ）に示す
ように時間ｔ_q）の指令位置とスライダ３４の現在位置
との位置偏差Ｐｎ（図７（ａ）の丸内参照）に基づい
て、上述の数式（１）によりロボット３０の負荷イナー
シャＩの同定を行うので、図７（ａ）（ｂ）より明らか
なように、従来においては負荷イナーシャの同定ができ
るまでにｔ_p時間（図１３参照）を要したのに比較して
ｔ_q時間で同定できるようになるので、負荷イナーシャ
の同定の作業性が格段に向上する。

【００３６】図６は、上述の図３のチューニング動作の
サブルーチンを示すフローチャートである。上述の図５
のステップ１２７にて負荷イナーシャを同定して、ステ
ップ１２８にて負荷イナーシャ同定の処理動作を終了す
ると、ＰＩＤ制御装置２０の同定部２８（図２参照）
は、図３のステップ１３０にて負荷イナーシャ同定に基
づいて、位置制御部２５および速度制御部２６の初期制
御パラメータの設定を行う。同定部２８が初期制御パラ
メータの設定を行うと、ＰＩＤ制御装置２０は図６のス
テップ１４０ａにて、チューニング動作のサブルーチン
処理を開始し、設定された初期制御パラメータに基づい
てモータ３１を駆動する。

【００３７】ＰＩＤ制御装置２０はステップ１４１にお
いて、エンコーダ４０よりスライダ３４の現在位置デー
タを取得する。ついで、ステップ１４２において、ＰＩ
Ｄ制御装置２０は上述の図４のステップ１１３にて設定
されたスライダ３４の位置データとステップ１４１にて
取得した現在位置データに基づいて、その差を算出す
る。ついで、ＰＩＤ制御装置２０はステップ１４３にお
いて、ステップ１４１にて取得したスライダ３４の現在
位置データよりスライダ３４の実加速度を算出する。

【００３８】ここで、スライダ３４の実加速度はつぎの
ようにして算出する。即ち、ステップ１４１にて取得し
たスライダ３４の今回の現在位置データと前回の現在位
置データとの差、即ち今回のスライダ３４の実速度を算
出する。ついで、上記のようにして求めた今回のスライ
ダ３４の実速度と前回のスライダ３４の実速度との差、
即ちスライダ３４の実加速度を算出する。このようにし
てスライダ３４の実加速度を算出すると、つぎのステッ
プ１４４に進む。

【００３９】ステップ１４４において、ＰＩＤ制御装置
２０はステップ１４３にて算出したスライダ３４の実加
速度と予め設定したスライダ３４の加速度の異常判定し
きい値とを比較し、実加速度が異常判定しきい値より小
さければ「ＹＥＳ」と判定してステップ１４６に進み、
実加速度が異常判定しきい値より大きくて「ＮＯ」と判
定するとステップ１４５に進み、異常データカウンタの
動作を開始さて異常データカウンタのカウント値をイン
クリメントして、ステップ１４６に進む。

【００４０】ステップ１４６において、ＰＩＤ制御装置
２０はステップ１４３にて算出したスライダ３４の実加
速度が０、即ち、スライダ３４が停止したか否かの判定
を行う。スライダ３４が停止していなくて実加速度が０
とならなければ、このステップ１４６にて「ＮＯ」と判
定して、ステップ１４１に戻り、上述のステップ１４１
からステップ１４６までの処理を繰り返す。ステップ１
４１からステップ１４６までの処理を繰り返している内
に実加速度が０となると、このステップ１４６にて「Ｙ
ＥＳ」と判定して、ステップ１４７にてチューニング動
作のサブルーチン処理を終了する。

【００４１】上述のように、ステップ１４７にてチュー
ニング動作を終了すると、図３のステップ１５０に進
み、このステップ１５０において、ＰＩＤ制御装置２０
は動作が正常であるか否かの判定を行う。

【００４２】ここで、上述のステップ１４１にて取得し
たスライダ３４の現在位置が図４のステップ１１３にて
設定された可動範囲を通過し、ステップ１４２にて算出
した設定位置データと現在位置データとの差が有り、ス
テップ１４６にて「ＹＥＳ」と判定された場合は、ＰＩ
Ｄ制御装置２０はスライダ３４はオーバーシュートして
いると判定して、ステップ１５０にて「ＮＯ」と判定す
る。また、上述のステップ１４２にて算出した差が予め
設定した値（インポジション）より大きくて、ステップ
１４６にて「ＹＥＳ」と判定された場合は、ＰＩＤ制御
装置２０はスライダ３４はインポジションに入っていな
いと判定して、ステップ１５０にて「ＮＯ」と判定す
る。さらに、上述のステップ１４５にて求めた異常デー
タカウンタのインクリメント値が予め設定した所定の値
（例えば３〜５）より大きい場合は、モータ３１の動作
が不安定、即ち、モータ３１は動作異常な状態であると
判定して、ステップ１５０にて「ＮＯ」と判定する。

【００４３】このようにして、ステップ１５０にて「Ｎ
Ｏ」と判定すると、ＰＩＤ制御装置２０はステップ１６
０にて制御パラメータの設定回数が何回になったか否か
の判定を行う。ここで、制御パラメータの設定回数が初
めての場合はステップ１８０にて制御パラメータを再設
定し、ステップ１４０からステップ１６０までの処理を
繰り返す。この処理を繰り返しているうちに、ステップ
１６０にて「ＮＯ」と判定すると、即ち、制御パラメー
タの設定回数がｎ回（例えば３〜５回）になると、ステ
ップ１６０にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１７０に
進む。

【００４４】ステップ１４０からステップ１６０までの
処理を繰り返しているうちに、正常に動作できるように
制御パラメータが設定できて、ステップ１５０にて「Ｙ
ＥＳ」と判定すると、ステップ１９０にて制御パラメー
タのチューニング動作を終了する。

【００４５】制御パラメータの設定回数がｎ回（例えば
３〜５回）になっても、正常に動作できるように制御パ
ラメータの設定ができない場合は、ステップ１７０に
て、ＰＩＤ制御装置２０は外部入力装置１０に警告表示
のための信号を送出し、外部入力装置１０はこの信号に
基づいて図８の表示例に示すような表示を表示部にす
る。なお、表示部の大きさ等により、図８に示すような
表示ができない場合はエラー番号を表示させ、ロボット
３０の使用マニュアルにこのエラー番号に対応させたエ
ラーメッセージを掲載するようにしてもよい。

【００４６】図８の表示例において、例えば、スライダ
３４の現在位置が図４のステップ１１３にて設定された
可動範囲を通過し、ステップ１４２にて算出した差が有
って、ＰＩＤ制御装置２０がステップ１５０にてスライ
ダ３４はオーバーシュートしていると判定した場合は、
外部入力装置１０の表示部に「負荷部分に剛性が足りな
い」旨の表示をし、ロボット３０の運転員に負荷部分に
剛性を持たせるように注意を促す。

【００４７】また、ステップ１４２にて算出した差が予
め設定した値より大きくて、かつステップ１４６にて
「ＹＥＳ」と判定して、ＰＩＤ制御装置２０がステップ
も１５０にてスライダ３４はインポジションに入ってい
ないとステップ１５０にて判定した場合は、外部入力装
置１０の表示部に「可動部の摺動抵抗が大きい」旨の表
示をし、ロボット３０の運転員に可動部の摺動抵抗を小
さくするように注意を促す。

【００４８】さらに、ステップ１４５にて求めた異常デ
ータカウンタのインクリメント値が予め設定した所定の
値（例えば３〜５）より大きくてモータ３１の動作が不
安定であるとステップ１５０にて判定した場合は、外部
入力装置１０の表示部に「伝達機構（カップリング３
２）の剛性が不足しているかまたは締め付けが弱い」旨
の表示をし、ロボット３０の運転員に伝達機構（カップ
リング３２）に剛性を持たせるように注意を促すととも
に、締め付けをきつくするように注意を促す。

【００４９】上述のように、エンコーダ４０が観測した
現在位置に基づいてロボット３０の実加速度をステップ
１４３にて算出し、ステップ１４３にて算出したロボッ
ト３０の実加速度が予め設定したしきい値より大きい回
数をステップ１４５にてカウントして、このカウント値
が予め設定した回数より大きくなると、ステップ１５０
（図３参照）モータ３１の動作異常と判定するようにし
ているので、即ち、モータ３１の実加速度の異常度合い
からモータ３１の動作異常を判定するようにしているの
で、内部的なデータ処理加工を伴うことなく、簡単にモ
ータ３１の動作異常が判定できるようになる。

【００５０】また、モータ３１の動作異常を判定するた
めのしきい値の設定も、運転者が設計したロボット３０
の動作加速度から容易に設定することができるようにな
り、かつ、余分なデータを取り出す必要もなくなって、
簡単、容易にしきい値の設定が可能となる。さらに、実
際にモータ３１が動作異常となる前にモータ３１の動作
異常を検出できるので、この動作異常に基づいてステッ
プ１８０（図３参照）にて制御パラメータを再設定する
ので、モータ３１に異常な電流が流れることがなくな
り、モータ３１の損傷を未然に防止できるようになる。

【００５１】なお、上述の説明においては、本発明のＰ
ＩＤ制御装置を自動モードにより制御パラメータを調整
することについて説明したが、本発明のＰＩＤ制御装置
はマニュアルモードにより制御パラメータを調整するこ
ともできる。以下に、マニュアルモードにより制御パラ
メータを調整する動作を説明する。

【００５２】図９はマニュアルモードにより制御パラメ
ータを調整する動作をしめすフローチャートである。図
９のフローチャートにおいて、ロボット３０の運転員が
外部入力装置１０より制御パラメータ調整のマニュアル
モードを選択すると、ＰＩＤ制御装置２０はステップ２
００にて、制御パラメータ調整のマニュアル動作を開始
する。すると、ＰＩＤ制御装置２０はステップ２０２に
て、ロボット３０の何軸の制御パラメータを調整したい
かを外部入力装置１０の表示部に表示させる。

【００５３】この表示に基づいて、ロボット３０の運転
員が外部入力装置１０より制御パラメータを調整したい
軸を選択して入力すると、ＰＩＤ制御装置２０はステッ
プ２０４にて、ロボット３０の運転員が選択した軸の制
御パラメータを上げたいか、下げたいかを外部入力装置
１０の表示部に表示させる。この表示に基づいて、ロボ
ット３０の運転員が外部入力装置１０より制御パラメー
タを上げるか、下げるかを選択して入力すると、ＰＩＤ
制御装置２０はステップ２０６にて、ロボット３０の運
転員が選択した制御パラメータを上げるか、下げるかを
認識し、大きい割合で上げたいか下げたいか、および小
さい割合で上げたいか下げたいかを外部入力装置１０の
表示部に表示させる。

【００５４】この表示に基づいて、ロボット３０の運転
員が外部入力装置１０より大きい割合か小さい割合かを
選択して入力すると、ＰＩＤ制御装置２０はステップ２
０８にて、制御パラメータを大きい割合で上げたいか下
げたいか、もしくは小さい割合で上げたいか下げたいか
を認識する。ついで、ステップ２１０にて、ＰＩＤ制御
装置２０はどのような制御条件により調整するか、即
ち、ロボット３０の運転員が既に選択した各調整条件を
外部入力装置１０の表示部に一覧により表示させ、運転
員に各調整条件を再確認させる。

【００５５】すると、ロボット３０の運転員が外部入力
装置１０より、表示された制御条件に基づいて、制御パ
ラメータの調整を行うか否か選択して入力すると、ＰＩ
Ｄ制御装置２０はステップ２１０にて、ＰＩＤ制御装置
２０は制御パラメータの調整を行うか否か、即ち、制御
パラメータ調整の許可が出たか否かを外部入力装置１０
より入力された信号に基づいて判定を行う。この判定に
おいて「ＮＯ」と判定した場合はステップ２１６にてこ
のマニュアル処理を終了する。この判定において「ＹＥ
Ｓ」と判定した場合は、ステップ２１４に進み、制御パ
ラメータの調整を所定のマニュアル調整のアルゴリズム
に従って行い、位置制御部２５および速度制御部２６の
パラメータを設定し、ステップ２１６にてこのマニュア
ル処理を終了する。

【００５６】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて様々な形態で実施することができる。例えば、上述
の実施の形態においては、本発明のＰＩＤ制御装置を搬
送用ロボットに適用する例について説明したが、搬送用
ロボットに限らず、ＰＩＤ制御装置を用いる各種の制御
系に適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＰＩＤ制御装置を搬送用ロボットに
適用した一実施の形態の全体構成を示す概略図である。

【図２】 図１のＰＩＤ制御装置の制御構成例を示す図
である。

【図３】 図２のＰＩＤ制御装置の動作を示すフローチ
ャートである。

【図４】 図３の動作範囲チェックのサブルーチンのフ
ローチャートである。

【図５】 図３の負荷イナーシャ同定のサブルーチンの
フローチャートである。

【図６】 図３のチューニング動作のサブルーチンのフ
ローチャートである。

【図７】 図２の制御対象の指令位置と現在位置および
制御対象の指令速度と実速度の関係を示す図であり、
（ａ）は制御対象の指令位置と現在位置との関係を示す
図であり、（ｂ）は制御対象の指令速度と実速度との関
係を示す図である。

【図８】 エラー表示例を示す図である。

【図９】 本発明のＰＩＤ制御装置のマニュアル動作を
示すフローチャートである。

【図１０】 一般的なＰＩＤ制御装置を用いた制御系を
示す図である。

【図１１】 図１０のＰＩＤ制御装置の制御構成例を示
す図である。

【図１２】 図１１のＰＩＤ制御装置の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図１３】 図１１の制御対象の指令位置と現在位置お
よび制御対象の指令速度と実速度の関係を示す図であ
り、（ａ）は制御対象の指令位置と現在位置との関係を
示す図であり、（ｂ）は制御対象の指令速度と実速度と
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０…外部入力装置、２０…ＰＩＤ制御装置、２１…通
常処理信号発生部（速度指令手段）、２２…フィードフ
ォワード制御部（ＦＦ制御部）、２３…切替部、２４…
積分要素、２５…位置制御部（速度制御手段）、２６…
速度制御部（速度制御手段）、２７…微分要素、２８…
同定部、２９ａ、２９ｂ…加算器、３０…搬送用ロボッ
ト（制御対象）、４０…エンコーダ（観測手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御パラメータを自動調整する機能を備
   えたＰＩＤ制御装置であって、 制御対象を駆動するモータを所定のパターンで加減速す
   る速度パターンを発生する速度指令手段と、 前記速度指令手段からの速度パターンに基づいて前記モ
   ータを加減速させる速度制御手段と、 前記制御対象の現在位置を観測する観測手段と、を備え
   るとともに、 前記観測手段が観測した現在位置に基づいて前記制御対
   象の実加速度を算出する加速度算出手段と、 前記加速度算出手段により算出された前記制御対象の実
   加速度が予め設定したしきい値より大きい回数をカウン
   トするカウント手段と、 前記カウント手段のカウント値が予め設定した回数より
   大きくなると前記モータの動作異常を判定する動作異常
   判定手段とを備えたことを特徴とするＰＩＤ制御装置。