JPH09149670A - サーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置 - Google Patents
サーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置Info
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- JPH09149670A JPH09149670A JP7329406A JP32940695A JPH09149670A JP H09149670 A JPH09149670 A JP H09149670A JP 7329406 A JP7329406 A JP 7329406A JP 32940695 A JP32940695 A JP 32940695A JP H09149670 A JPH09149670 A JP H09149670A
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37621—Inertia, mass of rotating, moving tool, workpiece, element
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41021—Variable gain
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B2219/41123—Correction inertia of servo
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 サーボ機構の負荷イナーシャの算出を自動的
に行ない、その結果に基づいて最適ゲインを自動的に設
定すると共にテスト運転を行ない、短時間に調整できる
ようにする。 【解決手段】 モータを具備して位置決め及び速度制御
を行なうサーボ機構において、前記モータに負荷がかか
った状態でステップ指令を与えたときの前記モータの応
答に基づいて前記負荷を推定し、前記推定された負荷値
によって前記サーボ機構のゲインを自動調整する。
に行ない、その結果に基づいて最適ゲインを自動的に設
定すると共にテスト運転を行ない、短時間に調整できる
ようにする。 【解決手段】 モータを具備して位置決め及び速度制御
を行なうサーボ機構において、前記モータに負荷がかか
った状態でステップ指令を与えたときの前記モータの応
答に基づいて前記負荷を推定し、前記推定された負荷値
によって前記サーボ機構のゲインを自動調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーボ機構で位置
決め及び速度制御を行なう場合のサーボゲインの自動調
整方法及び装置に関し、特にダイレクトドライブモータ
を具備したサーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置に
関する。
決め及び速度制御を行なう場合のサーボゲインの自動調
整方法及び装置に関し、特にダイレクトドライブモータ
を具備したサーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の回転モータを具備したサーボ機構
のゲイン調整では、先ず回転モータの負荷である負荷慣
性モーメント［Ｋｇｍ２］の測定又は算出を行ない、リ
ニアモータの場合には負荷質量［Ｋｇ］の測定又は算出
を行なう（ステップＳ１）。回転モータに対する負荷慣
性モーメント及びリニアモータに対する負荷質量を総称
して、以下では単に「負荷イナーシャ」と呼ぶ。次に上
記で求められた負荷イナーシャに基づいて、取扱い説明
書等で予め定められているゲイン設定表を見ながら３つ
のゲインパラメータ（位置ループゲイン、速度ループゲ
イン、積分ゲイン）を設定し（ステップＳ２）、その後
に実際に運転を行なって確認し、もし満足な特性でなけ
れば上記３つのゲインを個々に調整する（ステップＳ
３）ようになっている。
のゲイン調整では、先ず回転モータの負荷である負荷慣
性モーメント［Ｋｇｍ２］の測定又は算出を行ない、リ
ニアモータの場合には負荷質量［Ｋｇ］の測定又は算出
を行なう（ステップＳ１）。回転モータに対する負荷慣
性モーメント及びリニアモータに対する負荷質量を総称
して、以下では単に「負荷イナーシャ」と呼ぶ。次に上
記で求められた負荷イナーシャに基づいて、取扱い説明
書等で予め定められているゲイン設定表を見ながら３つ
のゲインパラメータ（位置ループゲイン、速度ループゲ
イン、積分ゲイン）を設定し（ステップＳ２）、その後
に実際に運転を行なって確認し、もし満足な特性でなけ
れば上記３つのゲインを個々に調整する（ステップＳ
３）ようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術ではステップＳ１における負荷イナーシャの算
出が難しく計算できない場合や、ステップＳ３での３つ
のゲイン調整には最適なゲイン調整をするのに時間がか
かったり、その限界が分かり難いという問題点があっ
た。また、負荷イナーシャをステップ応答で推定すると
き、モータの許容負荷が０〜約１０００倍のロータイナ
ーシャのように広範囲な場合、時定数も約１０００倍変
化してしまい、その測定が難しかった。
来の技術ではステップＳ１における負荷イナーシャの算
出が難しく計算できない場合や、ステップＳ３での３つ
のゲイン調整には最適なゲイン調整をするのに時間がか
かったり、その限界が分かり難いという問題点があっ
た。また、負荷イナーシャをステップ応答で推定すると
き、モータの許容負荷が０〜約１０００倍のロータイナ
ーシャのように広範囲な場合、時定数も約１０００倍変
化してしまい、その測定が難しかった。
【０００４】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、前記ステップＳ１の負荷イ
ナーシャの算出を自動的に行ないその結果から３つの最
適なゲインを自動的に設定することにより、難しい計算
をすることなく、また、取扱い説明書等を見ることなく
３つのゲイン調整を完了し、さらにテスト運転により更
に調整を行ないたい場合には、１つのパラメータの調整
のみで良く短時間でその限界まで調整可能にしたサーボ
機械の自動ゲイン調整方法及び装置を提供することにあ
る。
のであり、本発明の目的は、前記ステップＳ１の負荷イ
ナーシャの算出を自動的に行ないその結果から３つの最
適なゲインを自動的に設定することにより、難しい計算
をすることなく、また、取扱い説明書等を見ることなく
３つのゲイン調整を完了し、さらにテスト運転により更
に調整を行ないたい場合には、１つのパラメータの調整
のみで良く短時間でその限界まで調整可能にしたサーボ
機械の自動ゲイン調整方法及び装置を提供することにあ
る。
【０００５】また、本発明の別の目的は、負荷イナーシ
ャの算出はステップ応答による時定数の測定による推定
を行ない、モータの負荷がロータイナーシャに対して大
きい場合には、時定数の測定の前に速度制御ゲインを適
切な範囲（時定数が２５ミリ秒〜５０ミリ秒程度）に自
動的に調整してから推定を行ない、時定数の測定を指令
の１０％速度出力から指令の６３％速度出力に達する時
間まで行ない、そのデータから時定数を計算することに
より、モータの摩擦の影響を小さくし精度の良い推定を
可能にしたサーボ機械の自動ゲイン調整方法及び装置を
提供することにある。
ャの算出はステップ応答による時定数の測定による推定
を行ない、モータの負荷がロータイナーシャに対して大
きい場合には、時定数の測定の前に速度制御ゲインを適
切な範囲（時定数が２５ミリ秒〜５０ミリ秒程度）に自
動的に調整してから推定を行ない、時定数の測定を指令
の１０％速度出力から指令の６３％速度出力に達する時
間まで行ない、そのデータから時定数を計算することに
より、モータの摩擦の影響を小さくし精度の良い推定を
可能にしたサーボ機械の自動ゲイン調整方法及び装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はサーボ機構の自
動ゲイン調整方法に関するもので、本発明の上記目的
は、モータを具備して位置決め及び速度制御を行なうサ
ーボ機構において、前記モータに負荷がかかった状態で
ステップ指令を与えたときの前記モータの応答に基づい
て前記負荷を推定し、前記推定された負荷値によって前
記サーボ機構のゲインを自動調整することによって達成
される。
動ゲイン調整方法に関するもので、本発明の上記目的
は、モータを具備して位置決め及び速度制御を行なうサ
ーボ機構において、前記モータに負荷がかかった状態で
ステップ指令を与えたときの前記モータの応答に基づい
て前記負荷を推定し、前記推定された負荷値によって前
記サーボ機構のゲインを自動調整することによって達成
される。
【０００７】又、本発明の目的は、モータを駆動して位
置決め及び速度制御を行なうサーボ機構において、前記
モータに負荷がかかった状態で駆動部より前記モータに
指令を与え、前記モータの応答に基づいて前記負荷を推
定する推定手段と、前記推定手段で推定された負荷値に
基づいてサーボゲインを設定するゲイン設定手段とを具
備することによって達成される。
置決め及び速度制御を行なうサーボ機構において、前記
モータに負荷がかかった状態で駆動部より前記モータに
指令を与え、前記モータの応答に基づいて前記負荷を推
定する推定手段と、前記推定手段で推定された負荷値に
基づいてサーボゲインを設定するゲイン設定手段とを具
備することによって達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明では、モータに負荷が付い
た状態でモータ駆動回路よりサーボ機構に指令を与え、
その応答をモータ駆動回路が測定することにより自動的
に負荷イナーシャを算出し、適切なゲイン調整を自動的
に完了する。ゲイン調整は、負荷イナーシャの推定誤差
やある程度の負荷剛性の低い対象にも対応できるように
安定側のゲイン調整とし、ロバストな調整になるように
設定される。その後、ユーザ等のテスト運転により更に
ゲイン調整（微調整）が必要な場合には、位置ループゲ
イン、速度ループゲイン及び積分ゲインを各々調整する
のではなく、新しく設定したサーボゲイン（ＳＧ）を調
整するだけで駆動回路内部で自動的に３つのゲインを調
整することにより、調整作業が短時間でゲインの限界ま
で調整することを可能としている。則ち、上記自動調整
後にユーザ等が実際にサーボ機構の位置決めをさせなが
ら、サーボゲインの調整だけで位置決め時間の短縮な
ど、ユーザの目的に合った状態にできるようにしてい
る。
た状態でモータ駆動回路よりサーボ機構に指令を与え、
その応答をモータ駆動回路が測定することにより自動的
に負荷イナーシャを算出し、適切なゲイン調整を自動的
に完了する。ゲイン調整は、負荷イナーシャの推定誤差
やある程度の負荷剛性の低い対象にも対応できるように
安定側のゲイン調整とし、ロバストな調整になるように
設定される。その後、ユーザ等のテスト運転により更に
ゲイン調整（微調整）が必要な場合には、位置ループゲ
イン、速度ループゲイン及び積分ゲインを各々調整する
のではなく、新しく設定したサーボゲイン（ＳＧ）を調
整するだけで駆動回路内部で自動的に３つのゲインを調
整することにより、調整作業が短時間でゲインの限界ま
で調整することを可能としている。則ち、上記自動調整
後にユーザ等が実際にサーボ機構の位置決めをさせなが
ら、サーボゲインの調整だけで位置決め時間の短縮な
ど、ユーザの目的に合った状態にできるようにしてい
る。
【０００９】本発明は、特に本出願人が開発したダイレ
クトドライブモータ（商品名：メガトルクモータ）を具
備したサーボ機構に対して有効である。ここに、ダイレ
クトドライブモータは高分解能の検出器を内蔵し高速、
高精度の位置決めが可能なモータであるが、その性能を
引き出すには負荷イナーシャに応じて適切なサーボゲイ
ンの調整が必要となる。ダイレクトドライブモータに関
しては、ＮＳＫ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ， Ｎｏ．６４９（１９９１）のＰ３７〜Ｐ４４，同
Ｎｏ．６５３（１９９２）のＰ４２〜Ｐ４９及び同Ｎ
ｏ．６５５（１９９３）のＰ５３〜Ｐ６０に詳細に説明
されており、ダイレクトドライブモータの許容負荷はロ
ータイナーシャの約１０００倍であり、ＤＣ・ＡＣサー
ボモータに比べて広範囲でありその調整範囲も広い。こ
のため従来調整が非常に複雑であり、調整する人によっ
て異なった調整値となったり、調整に時間がかかる場合
があった。本発明は、かかる場合にもゲインの調整を自
動的にかつ短時間に行ない得るものである。
クトドライブモータ（商品名：メガトルクモータ）を具
備したサーボ機構に対して有効である。ここに、ダイレ
クトドライブモータは高分解能の検出器を内蔵し高速、
高精度の位置決めが可能なモータであるが、その性能を
引き出すには負荷イナーシャに応じて適切なサーボゲイ
ンの調整が必要となる。ダイレクトドライブモータに関
しては、ＮＳＫ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ， Ｎｏ．６４９（１９９１）のＰ３７〜Ｐ４４，同
Ｎｏ．６５３（１９９２）のＰ４２〜Ｐ４９及び同Ｎ
ｏ．６５５（１９９３）のＰ５３〜Ｐ６０に詳細に説明
されており、ダイレクトドライブモータの許容負荷はロ
ータイナーシャの約１０００倍であり、ＤＣ・ＡＣサー
ボモータに比べて広範囲でありその調整範囲も広い。こ
のため従来調整が非常に複雑であり、調整する人によっ
て異なった調整値となったり、調整に時間がかかる場合
があった。本発明は、かかる場合にもゲインの調整を自
動的にかつ短時間に行ない得るものである。
【００１０】図１に示す位置制御ブロック図において、
位置制御ゲインＰＧ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲイン
ＶＩの自動ゲイン設定機能について説明する。尚、各図
中の“ｓ”はラプラス演算子を示している。本発明によ
る調整方法としては、以下の３つのステップＡ〜Ｃに分
けられる。負荷イナーシャの推定（ステップＡ）：推定
方法として一般に、適応制御で代表されるモデル規範形
適応制御（例えば「測定と制御」、Ｎｏ．３１−１（１
９９２年）のＰ１２２〜Ｐ１２４）やセルフチューニン
グコントロール（例えば「計測と制御」、Ｎｏ２９−８
（１９９０年）のＰ６９５〜Ｐ７４０）があるが、本発
明では推定時の安定性、計算量等を与えてステップ入力
の時定数測定によるオフライン推定を行なっている。モ
ータ（ダイレクトドライブモータ）に付けられた負荷の
イナーシャＪＬとモータのロータイナーシャＪＭとを合
せて負荷イナーシャＪ（＝ＪＬ＋ＪＭ）とすると、この
負荷イナーシャＪを推定するためにサーボ機構で図２に
示すように速度制御（比例制御）を行ない、速度ステッ
プ指令ｕ及びモータの速度出力ｖ（ｔ）を測定すること
により、負荷イナーシャＪを推定する。
位置制御ゲインＰＧ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲイン
ＶＩの自動ゲイン設定機能について説明する。尚、各図
中の“ｓ”はラプラス演算子を示している。本発明によ
る調整方法としては、以下の３つのステップＡ〜Ｃに分
けられる。負荷イナーシャの推定（ステップＡ）：推定
方法として一般に、適応制御で代表されるモデル規範形
適応制御（例えば「測定と制御」、Ｎｏ．３１−１（１
９９２年）のＰ１２２〜Ｐ１２４）やセルフチューニン
グコントロール（例えば「計測と制御」、Ｎｏ２９−８
（１９９０年）のＰ６９５〜Ｐ７４０）があるが、本発
明では推定時の安定性、計算量等を与えてステップ入力
の時定数測定によるオフライン推定を行なっている。モ
ータ（ダイレクトドライブモータ）に付けられた負荷の
イナーシャＪＬとモータのロータイナーシャＪＭとを合
せて負荷イナーシャＪ（＝ＪＬ＋ＪＭ）とすると、この
負荷イナーシャＪを推定するためにサーボ機構で図２に
示すように速度制御（比例制御）を行ない、速度ステッ
プ指令ｕ及びモータの速度出力ｖ（ｔ）を測定すること
により、負荷イナーシャＪを推定する。
【００１１】一般的に図２に示す速度制御系において、
速度ステップ指令ｕが与えられると、モータの速度出力
ｖ（ｔ）は数１となる。
速度ステップ指令ｕが与えられると、モータの速度出力
ｖ（ｔ）は数１となる。
【００１２】
【数１】 モータ速度出力ｖ（ｔ）が速度ステップ指令ｕの６３％
に達する時間（時定数）τを測定すると、
に達する時間（時定数）τを測定すると、
【００１３】
【数２】τ＝Ｊ／（ＶＧ・Ｋａ） となり、
【００１４】
【数３】Ｊ＝ＶＧ・Ｋａ・τ として負荷イナーシャＪが求められる。ここに、速度制
御ゲインＶＧ及び増幅器のゲイン（トルク定数）Ｋａは
既知である。
御ゲインＶＧ及び増幅器のゲイン（トルク定数）Ｋａは
既知である。
【００１５】しかし、上記数２より負荷イナーシャＪが
１０００倍大きくなれば時定数τも１０００倍大きくな
り（図３参照）、摩擦の影響や駆動回路内部計算の精
度、位置検出器の分解能の問題等により負荷イナーシャ
ＪがＪの推定を正しく行なうことができない。ダイレク
トドライブモータの場合、許容負荷イナーシャはロータ
イナーシャＪＭの約１０００倍以下であり、速度制御ゲ
インが固定では図３に示すように時定数τも約１０００
倍変化し、測定が困難になるのである。
１０００倍大きくなれば時定数τも１０００倍大きくな
り（図３参照）、摩擦の影響や駆動回路内部計算の精
度、位置検出器の分解能の問題等により負荷イナーシャ
ＪがＪの推定を正しく行なうことができない。ダイレク
トドライブモータの場合、許容負荷イナーシャはロータ
イナーシャＪＭの約１０００倍以下であり、速度制御ゲ
インが固定では図３に示すように時定数τも約１０００
倍変化し、測定が困難になるのである。
【００１６】本発明では、サーボ機構の時定数τが適切
な範囲（例えば２５ミリ秒〜５０ミリ秒）に入るように
速度制御ゲインＶＧを自動調整し、その自動調整された
速度制御ゲインＶＧに合わせて測定時の内部データが飽
和しない範囲で速度ステップ指令ｕを調整し、時定数τ
の測定を速度０から速度ステップ指令ｕの６３％に達す
るまでの時間の測定ではなく、ある程度速度（例えば速
度ステップ指令ｕの１０％の速度）が出てから速度ステ
ップ指令ｕの６３％に達するまでの時間を測定し、その
データから時定数τを算出して負荷イナーシャＪを推定
する。図４は、速度制御ゲインＶＧを自動調整して負荷
イナーシャＪを推定する様子を示しており、先ず時定数
τがある程度（５０ミリ秒以内）小さくなるまで速度制
御ゲインＶＧを自動的に大きくし、数回時定数τを測定
して負荷イナーシャＪを推定している。この場合、推定
時のモータ回転量を小さくするために（１０度以内）、
速度ステップ指令ｕの値を速度ゲインに合せて変更して
いる。ここにおいて、最小の負荷イナーシャＪはロータ
イナーシャであるため、この負荷にて時定数τが２５〜
５０ミリ秒になる速度制御ゲインＶＧの値を“１”とす
ると、ＶＧ＝１のゲインからスタートし、速度ステップ
指令ｕを与えてもし時定数τが５０ミリ秒以上であれば
速度ステップ指令ｕを“０”にし、速度出力が“０”に
なったら速度制御ゲインＶＧを２倍にして時定数τを測
定し、時定数τが５０ミリ秒以下になるまで同様に速度
制御ゲインＶＧを２倍にする。速度制御ゲインＶＧを２
倍にすると数２より時定数τは１／２になるため、モー
タの許容負荷で時定数τが５０ミリ秒になる値まで速度
制御ゲインＶＧを大きくし、それでも時定数τが５０ミ
リ秒より大きい場合は推定エラーとする。このようにす
ると、モータの許容負荷の範囲であれば、時定数τが２
５〜５０ミリ秒になる速度制御ゲインＶＧの値を自動的
に求めることができる。
な範囲（例えば２５ミリ秒〜５０ミリ秒）に入るように
速度制御ゲインＶＧを自動調整し、その自動調整された
速度制御ゲインＶＧに合わせて測定時の内部データが飽
和しない範囲で速度ステップ指令ｕを調整し、時定数τ
の測定を速度０から速度ステップ指令ｕの６３％に達す
るまでの時間の測定ではなく、ある程度速度（例えば速
度ステップ指令ｕの１０％の速度）が出てから速度ステ
ップ指令ｕの６３％に達するまでの時間を測定し、その
データから時定数τを算出して負荷イナーシャＪを推定
する。図４は、速度制御ゲインＶＧを自動調整して負荷
イナーシャＪを推定する様子を示しており、先ず時定数
τがある程度（５０ミリ秒以内）小さくなるまで速度制
御ゲインＶＧを自動的に大きくし、数回時定数τを測定
して負荷イナーシャＪを推定している。この場合、推定
時のモータ回転量を小さくするために（１０度以内）、
速度ステップ指令ｕの値を速度ゲインに合せて変更して
いる。ここにおいて、最小の負荷イナーシャＪはロータ
イナーシャであるため、この負荷にて時定数τが２５〜
５０ミリ秒になる速度制御ゲインＶＧの値を“１”とす
ると、ＶＧ＝１のゲインからスタートし、速度ステップ
指令ｕを与えてもし時定数τが５０ミリ秒以上であれば
速度ステップ指令ｕを“０”にし、速度出力が“０”に
なったら速度制御ゲインＶＧを２倍にして時定数τを測
定し、時定数τが５０ミリ秒以下になるまで同様に速度
制御ゲインＶＧを２倍にする。速度制御ゲインＶＧを２
倍にすると数２より時定数τは１／２になるため、モー
タの許容負荷で時定数τが５０ミリ秒になる値まで速度
制御ゲインＶＧを大きくし、それでも時定数τが５０ミ
リ秒より大きい場合は推定エラーとする。このようにす
ると、モータの許容負荷の範囲であれば、時定数τが２
５〜５０ミリ秒になる速度制御ゲインＶＧの値を自動的
に求めることができる。
【００１７】一方、上記速度ステップ指令ｕの飽和しな
い範囲での調整に関しては、上記数２より負荷イナーシ
ャＪと時定数τの関係には速度ステップ指令ｕの条件は
なく、理論的にはいかなる条件でも良いが、駆動回路内
部の計算精度や検出器の分解能により精度が良い速度ス
テップ指令ｕにした方が良い。そこで、駆動回路内部で
飽和が生じない範囲で速度ステップ指令ｕを大きくす
る。駆動回路内部の飽和には速度制御ゲインＶＧの出力
（トルク指令）の飽和があり、上記自動調整の動作より
速度制御ゲインＶＧの値が変わるために速度ステップ指
令ｕも速度制御ゲインＶＧに合わせて図５のように変更
し、速度制御ゲインＶＧの値が大きくなると速度ステッ
プ指令ｕを小さくして内部飽和を防ぎ、精度良く測定で
きる入力としている。また、推定時の負荷動作範囲を小
さくするために、＋ｕの正指令の次は−ｕの負指令とい
うように順次速度ステップ指令ｕの符号を切り換えてい
る（図４参照）。
い範囲での調整に関しては、上記数２より負荷イナーシ
ャＪと時定数τの関係には速度ステップ指令ｕの条件は
なく、理論的にはいかなる条件でも良いが、駆動回路内
部の計算精度や検出器の分解能により精度が良い速度ス
テップ指令ｕにした方が良い。そこで、駆動回路内部で
飽和が生じない範囲で速度ステップ指令ｕを大きくす
る。駆動回路内部の飽和には速度制御ゲインＶＧの出力
（トルク指令）の飽和があり、上記自動調整の動作より
速度制御ゲインＶＧの値が変わるために速度ステップ指
令ｕも速度制御ゲインＶＧに合わせて図５のように変更
し、速度制御ゲインＶＧの値が大きくなると速度ステッ
プ指令ｕを小さくして内部飽和を防ぎ、精度良く測定で
きる入力としている。また、推定時の負荷動作範囲を小
さくするために、＋ｕの正指令の次は−ｕの負指令とい
うように順次速度ステップ指令ｕの符号を切り換えてい
る（図４参照）。
【００１８】また、時定数τの算出に関しては図６に示
すように、静止摩擦が大きいと時定数（速度指令が０→
６３％になる時間）τが変わるが、実際の負荷は同一の
ために静止摩擦の影響を除かなければならない。その方
法として、モータ速度が速度指令の１０％から６３％に
なる時間を測定し、そのデータから以下のように時定数
τを算出することにより問題を解決した。即ち、前記数
１より速度ステップ指令ｕがその１０％に達する時間ｔ
１は
すように、静止摩擦が大きいと時定数（速度指令が０→
６３％になる時間）τが変わるが、実際の負荷は同一の
ために静止摩擦の影響を除かなければならない。その方
法として、モータ速度が速度指令の１０％から６３％に
なる時間を測定し、そのデータから以下のように時定数
τを算出することにより問題を解決した。即ち、前記数
１より速度ステップ指令ｕがその１０％に達する時間ｔ
１は
【００１９】
【数４】 となり、時間ｔ１は
【００２０】
【数５】 ｔ１＝０．１０５３６…×Ｊ／（ＶＧ・Ｋａ）＝０．１０５３６…×τ となる。よって、速度ステップ指令ｕがその１０％から
６３％に達する時間ｔ２は
６３％に達する時間ｔ２は
【００２１】
【数６】 ｔ２＝（１−０．１０５３６…）τ＝０．８９４６４…×τ となり、
【００２２】
【数７】τ＝１．１１７７６８…×ｔ２ で時定数τが時間ｔ２より算出される。尚、本例では、
速度ステップ指令ｕがその１０％から６３％に達する時
間ｔ２で時定数τを算出するようにしているが、他の時
間でも同様に算出することができる。負荷イナーシャＪ
の推定値から各ゲイン（ＰＧ，ＶＧ，ＶＩ）を決める手
方（ステップＢ）：３つのゲイン，即ち、位置制御ゲイ
ンＰＧ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲインＶＩを決める
手法として、位置ダンピング係数ξｐ及び速度ダンピン
グ係数ξｖを一定にし、サーボ機構の応答性を表わすサ
ーボゲインＳＧを調整するようにしている。このサーボ
ゲインＳＧを決めれば３つのゲイン（位置制御ゲインＰ
Ｇ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲインＶＩ）を制御理論
で求めることが可能となり、全ての負荷イナーシャＪに
対して同一の値とすることも可能である。しかしなが
ら、負荷イナーシャＪがロータイナーシャの１０００倍
というように広範囲に変わる対象には負荷に合わせた最
適な値があり、前記ステップＡで求めた推定値から予め
実験で求めたイナーシャ推定値とサーボゲインＳＧ値と
のテーブル（図７）を参照してサーボゲインＳＧを求
め、そのサーボゲインＳＧの値から３つのゲイン（位置
制御ゲインＰＧ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲインＶ
Ｉ）を自動的に計算している。
速度ステップ指令ｕがその１０％から６３％に達する時
間ｔ２で時定数τを算出するようにしているが、他の時
間でも同様に算出することができる。負荷イナーシャＪ
の推定値から各ゲイン（ＰＧ，ＶＧ，ＶＩ）を決める手
方（ステップＢ）：３つのゲイン，即ち、位置制御ゲイ
ンＰＧ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲインＶＩを決める
手法として、位置ダンピング係数ξｐ及び速度ダンピン
グ係数ξｖを一定にし、サーボ機構の応答性を表わすサ
ーボゲインＳＧを調整するようにしている。このサーボ
ゲインＳＧを決めれば３つのゲイン（位置制御ゲインＰ
Ｇ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲインＶＩ）を制御理論
で求めることが可能となり、全ての負荷イナーシャＪに
対して同一の値とすることも可能である。しかしなが
ら、負荷イナーシャＪがロータイナーシャの１０００倍
というように広範囲に変わる対象には負荷に合わせた最
適な値があり、前記ステップＡで求めた推定値から予め
実験で求めたイナーシャ推定値とサーボゲインＳＧ値と
のテーブル（図７）を参照してサーボゲインＳＧを求
め、そのサーボゲインＳＧの値から３つのゲイン（位置
制御ゲインＰＧ、速度制御ゲインＶＧ、積分ゲインＶ
Ｉ）を自動的に計算している。
【００２３】テスト運転時のゲイン微調整（ステップ
Ｃ）：上記ステップＢでの調整後に、もう少し位置決め
時間を短縮したい場合、１つのゲインの調整で上記調整
を可能にしている。即ち、応答性を示すパラメータ（サ
ーボゲイン）ＳＧを新しく追加すると、このサーボゲイ
ンＳＧを位置制御帯域［Ｈｚ］とすると、図１から速度
制御帯域が高いとすると、
Ｃ）：上記ステップＢでの調整後に、もう少し位置決め
時間を短縮したい場合、１つのゲインの調整で上記調整
を可能にしている。即ち、応答性を示すパラメータ（サ
ーボゲイン）ＳＧを新しく追加すると、このサーボゲイ
ンＳＧを位置制御帯域［Ｈｚ］とすると、図１から速度
制御帯域が高いとすると、
【００２４】
【数８】ＰＧ／（２π・ＳＧ）＝１ が成り立ち、
【００２５】
【数９】ＰＧ＝２π・ＳＧ と、位置制御ゲインＰＧが求められる。
【００２６】ここで、位置制御系と速度制御系の関係
は、速度制御帯域をｆｖ［Ｈｚ］とすると図８のように
なり、位置入出力伝達関数Ｇｐ（ｓ）は
は、速度制御帯域をｆｖ［Ｈｚ］とすると図８のように
なり、位置入出力伝達関数Ｇｐ（ｓ）は
【００２７】
【数１０】 で求められる。そして、位置ダンピング係数をξｐとす
ると、上記数１０は２次標準系より
ると、上記数１０は２次標準系より
【００２８】
【数１１】ＰＧ＝π・ｆｖ／（２ξｐ） となり、数９及び数１１より
【００２９】
【数１２】ｆｖ＝４ξｐ ２・ＳＧ となる。位置ループ系と速度ループ系の関係を示す図８
において、速度ループ帯域の計算は速度比例制御系を示
す図９で考えられ、
において、速度ループ帯域の計算は速度比例制御系を示
す図９で考えられ、
【００３０】
【数１３】ＶＧ・Ｋａ／（Ｊ・ｓ）＝１ より、下記数１４が成り立つ。
【００３１】
【数１４】ｆｖ＝（ＶＧ・Ｋａ）／（２π・Ｊ） 上記数１２及び数１４より、次の数１５が得られる。
【００３２】
【数１５】 負荷イナーシャＪは前記ステップＡの結果を使用でき、
増幅器のゲインＫａは予め分かるためサーボゲインＳＧ
及び位置ダンピング係数ξｐが決れば速度制御ゲインＶ
Ｇが決る。
増幅器のゲインＫａは予め分かるためサーボゲインＳＧ
及び位置ダンピング係数ξｐが決れば速度制御ゲインＶ
Ｇが決る。
【００３３】積分ゲインＶＩを含めた速度ループは図１
０で表わされ、入出力の伝達特性Ｇｖ（ｓ）は
０で表わされ、入出力の伝達特性Ｇｖ（ｓ）は
【００３４】
【数１６】 となり、速度ダンピング係数をξｖとし、上記数１６の
分母を２次標準系と考えると
分母を２次標準系と考えると
【００３５】
【数１７】 となり、上記数１２及び数１７より下記数１８が得られ
る。
る。
【００３６】
【数１８】 上記数９、数１５及び数１８よりサーボゲインＳＧ，位
置ダンピング係数ξｐ及び速度ダンピング係数ξｖが決
まれば、位置制御ゲインＰＧ，速度制御ゲインＶＧ及び
積分ゲインＶＩが決る。尚、位置ダンピング係数ξｐ及
び速度ダンピング係数ξｖは収束性を表わす数値である
ので、シミュレーションで予め決めることができる。
置ダンピング係数ξｐ及び速度ダンピング係数ξｖが決
まれば、位置制御ゲインＰＧ，速度制御ゲインＶＧ及び
積分ゲインＶＩが決る。尚、位置ダンピング係数ξｐ及
び速度ダンピング係数ξｖは収束性を表わす数値である
ので、シミュレーションで予め決めることができる。
【００３７】そして、位置ダンピング係数ξｐを変える
と図１１のようにオーバーシュートの量が変わる。図１
１は位置ダンピング係数ξｐの違い（１．０，０．８，
０．６）によるステップ応答の例を示している。実験で
はξｐ＝１，ξｖ＝１．４で行ない、サーボゲインＳＧ
のパラメータだけで、位置制御ゲインＰＧ，速度制御ゲ
インＶＧ及び積分ゲインＶＩを調整可能とした。サーボ
ゲインＳＧを変えた時のステップ応答は図１２に示すよ
うになる。即ち、サーボゲインＳＧ＝１０，２０，３０
の例を示している。負荷イナーシャＪに合せてサーボゲ
インＳＧを大小に変化すると、各３つのゲインも大小に
変化する。また、より位置決め時間の短縮を求めるユー
ザは、サーボゲインＳＧをできるだけ大きくすることに
よって、位置制御ゲインＰＧ、速度制御ゲインＶＧ及び
積分ゲインＶＩも自動的に大きく調整されて応答性が上
がる。
と図１１のようにオーバーシュートの量が変わる。図１
１は位置ダンピング係数ξｐの違い（１．０，０．８，
０．６）によるステップ応答の例を示している。実験で
はξｐ＝１，ξｖ＝１．４で行ない、サーボゲインＳＧ
のパラメータだけで、位置制御ゲインＰＧ，速度制御ゲ
インＶＧ及び積分ゲインＶＩを調整可能とした。サーボ
ゲインＳＧを変えた時のステップ応答は図１２に示すよ
うになる。即ち、サーボゲインＳＧ＝１０，２０，３０
の例を示している。負荷イナーシャＪに合せてサーボゲ
インＳＧを大小に変化すると、各３つのゲインも大小に
変化する。また、より位置決め時間の短縮を求めるユー
ザは、サーボゲインＳＧをできるだけ大きくすることに
よって、位置制御ゲインＰＧ、速度制御ゲインＶＧ及び
積分ゲインＶＩも自動的に大きく調整されて応答性が上
がる。
【００３８】尚、上述の実施例では回転型モータで行な
った例を説明しているが、リニアモータでも全く同様に
実現可能である。
った例を説明しているが、リニアモータでも全く同様に
実現可能である。
【００３９】
【発明の効果】図１３に負荷イナーシャの推定結果を示
す。最小のロータイナーシャより１０００倍のロータイ
ナーシャに対する各々１０回の推定結果の最大値及び最
小値を示している。この範囲で推定誤差は±３０％以内
であり、難しいイナーシャの計算が必要なくなった。
す。最小のロータイナーシャより１０００倍のロータイ
ナーシャに対する各々１０回の推定結果の最大値及び最
小値を示している。この範囲で推定誤差は±３０％以内
であり、難しいイナーシャの計算が必要なくなった。
【００４０】また、図１４に位置決め結果の例として負
荷イナーシャＪ＝０．２３３Ｋｇｍ２の３０度に対する
位置決め結果を、同図（Ａ）の従来結果と比較して示
す。本発明の自動調整後同図（Ｂ）は従来の調整の場合
と比べ約２０ミリ秒の位置決め時間の短縮を実現してお
り、さらに微調整を行なうと同図（Ｃ）に示すように短
時間の調整で７０ミリ秒の位置決め時間の短縮を実現で
きた。
荷イナーシャＪ＝０．２３３Ｋｇｍ２の３０度に対する
位置決め結果を、同図（Ａ）の従来結果と比較して示
す。本発明の自動調整後同図（Ｂ）は従来の調整の場合
と比べ約２０ミリ秒の位置決め時間の短縮を実現してお
り、さらに微調整を行なうと同図（Ｃ）に示すように短
時間の調整で７０ミリ秒の位置決め時間の短縮を実現で
きた。
【図１】本発明のサーボ機構を示す位置制御系のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本発明によるイナーシャ推定時の速度制御系の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】本発明の速度ステップ応答を説明するための図
である。
である。
【図４】本発明によるゲイン自動調整時のモータの動作
例を示す図である。
例を示す図である。
【図５】本発明によるイナーシャ推定時の速度指令量と
速度制御ゲインの関係を示す図である。
速度制御ゲインの関係を示す図である。
【図６】静止摩擦の影響によるステップ応答例を示す図
である。
である。
【図７】イナーシャ推定値によるサーボゲインＳＧ値の
テーブル例を示す図である。
テーブル例を示す図である。
【図８】位置制御系と速度制御系の関係を示すブロック
図である。
図である。
【図９】速度比例制御系を示すブロック図である。
【図１０】速度ＰＩ制御系を示すブロック図である。
【図１１】位置ダンピング係数の違いによるステップ応
答例を示す図である。
答例を示す図である。
【図１２】ゲイン自動調整後の微調整によるステップ応
答のシミュレーション図である。
答のシミュレーション図である。
【図１３】本発明による各イナーシャに対する推定結果
を示す図である。
を示す図である。
【図１４】本発明による位置決め結果を従来例と比較し
て示す図であり、同図（Ａ）は従来結果を、同図（Ｂ）
は自動調整後の結果を、同図（Ｂ）はサーボゲインＳＧ
による微調整後の結果をそれぞれ示している。
て示す図であり、同図（Ａ）は従来結果を、同図（Ｂ）
は自動調整後の結果を、同図（Ｂ）はサーボゲインＳＧ
による微調整後の結果をそれぞれ示している。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年２月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】本発明による位置決め結果を従来例と比較し
て示す図であり、同図（Ａ）は従来結果を、同図（Ｂ）
は自動調整後の結果を、同図（ｃ）はサーボゲインＳＧ
による微調整後の結果をそれぞれ示している。
て示す図であり、同図（Ａ）は従来結果を、同図（Ｂ）
は自動調整後の結果を、同図（ｃ）はサーボゲインＳＧ
による微調整後の結果をそれぞれ示している。
Claims (3)
- 【請求項１】 モータを具備して位置決め及び速度制御
を行なうサーボ機構において、前記モータに負荷がかか
った状態でステップ指令を与えたときの前記モータの応
答に基づいて前記負荷の値を推定し、該推定された負荷
値によって前記サーボ機構のサーボゲインを自動設定す
ることを特徴とするサーボ機構の自動ゲイン調整方法。 - 【請求項２】 前記推定を、前記サーボ機構の速度制御
ゲインを設定して後に適宜時定数を調整し、その後前記
調整された速度制御ゲインで前記ステップ指令を与えて
時定数を測定し、前記測定された時定数及び前記調整さ
れた速度制御ゲインに基づいて行なうようになっている
請求項１に記載のサーボ機構の自動ゲイン調整方法。 - 【請求項３】 モータを駆動して位置決め及び速度制御
を行なうサーボ機構において、前記モータに負荷がかか
った状態で駆動部より前記モータに指令を与え、前記モ
ータの応答に基づいて前記負荷を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された負荷値に基づいてサーボゲイ
ンを設定するゲイン設定手段とを具備したことを特徴と
するサーボ機構の自動ゲイン調整装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32940695A JP3575148B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | サーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置 |
| US08/757,870 US5786678A (en) | 1995-11-27 | 1996-11-27 | Method and apparatus for automatically adjusting a gain of a servomechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32940695A JP3575148B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | サーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09149670A true JPH09149670A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3575148B2 JP3575148B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=18221071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32940695A Expired - Lifetime JP3575148B2 (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | サーボ機構の自動ゲイン調整方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5786678A (ja) |
| JP (1) | JP3575148B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009124803A (ja) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Mitsubishi Electric Corp | サーボゲイン調整装置およびサーボゲイン調整方法 |
| JP2009537926A (ja) * | 2006-05-19 | 2009-10-29 | シーメンス エナジー アンド オートメーション インコーポレイテッド | 閉ループ制御のチューニングの自動化 |
| CN101820239A (zh) * | 2009-02-09 | 2010-09-01 | 阿纳洛格装置公司 | 用于电机驱动系统的控制技术 |
| KR100989956B1 (ko) * | 2008-06-30 | 2010-10-26 | 전자부품연구원 | 자동이득 보상 기능을 갖는 모터 제어기 및 그의 제어방법 |
| JP2018074878A (ja) * | 2016-11-04 | 2018-05-10 | 株式会社デンソー | 電動機制御装置 |
| JP2018078747A (ja) * | 2016-11-10 | 2018-05-17 | 中村留精密工業株式会社 | 工作機械におけるサーボモータ制御装置のパラメータ調整システム |
| JP2022077267A (ja) * | 2020-11-11 | 2022-05-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 機械学習装置、および機械学習装置と接続するモータ制御装置 |
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| JPH11249745A (ja) * | 1998-03-05 | 1999-09-17 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 対象物位置制御装置 |
| US6470225B1 (en) | 1999-04-16 | 2002-10-22 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for automatically tuning feedforward parameters |
| US6198246B1 (en) | 1999-08-19 | 2001-03-06 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for tuning control system parameters |
| US6452360B1 (en) * | 1999-12-03 | 2002-09-17 | Square D. Company | Auto tuning and parameter identification of a control circuit |
| KR100584548B1 (ko) * | 2002-06-29 | 2006-05-30 | 삼성전자주식회사 | 동작 환경에 빠르게 적응 가능한 모터 제어 시스템 및 방법 |
| EP1536551A4 (en) * | 2002-07-11 | 2007-12-05 | Yaskawa Denki Seisakusho Kk | METHOD OF ADJUSTING THE GAIN OF A SERVICED CONTROL DEVICE |
| JP3850363B2 (ja) * | 2002-10-21 | 2006-11-29 | 山洋電気株式会社 | モータの位置制御装置 |
| TW591883B (en) * | 2003-01-24 | 2004-06-11 | Delta Electronics Inc | Method of instant estimation of rotor inertia of a load motor |
| US7141946B2 (en) * | 2003-09-15 | 2006-11-28 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and apparatus for providing optimal acceleration feedback |
| JP2007164362A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Fanuc Ltd | 時定数自動推定方法及び時定数自動推定装置並びにサーボモータ制御システム |
| JP5124311B2 (ja) * | 2008-03-07 | 2013-01-23 | 富士機械製造株式会社 | 作動装置 |
| CN101393423B (zh) * | 2008-10-31 | 2010-06-02 | 江苏科技大学 | 直流电机角位移pid控制的参数调节系统的调节方法 |
| CN101510746B (zh) * | 2008-10-31 | 2010-09-08 | 江苏科技大学 | 基于直流电机速度控制的控制对象参数识别方法 |
| US8766565B2 (en) * | 2009-02-09 | 2014-07-01 | Analog Devices, Inc. | Control techniques for motor driven systems |
| EP2216899B1 (en) * | 2009-02-09 | 2017-11-08 | Analog Devices, Inc. | Control techniques for motor driven systems |
| US20100201302A1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Analog Devices, Inc. | Control techniques for motor driven systems |
| WO2010090910A2 (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Analog Devices, Inc. | Control techniques for motor driven systems |
| US8228017B2 (en) | 2009-02-09 | 2012-07-24 | Analog Devices, Inc. | Control techniques for motor driven systems |
| CN102914971B (zh) * | 2012-11-02 | 2015-04-29 | 江苏科技大学 | 一种用于机械装备的随动装置控制参数的调整方法 |
| DE102012223806B4 (de) * | 2012-12-19 | 2018-11-29 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten eines Werkstücks und zugehöriges Computerprogrammprodukt |
| EP2958229B1 (en) * | 2013-04-10 | 2017-03-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Motor drive device |
| CN103427748B (zh) * | 2013-07-26 | 2015-08-05 | 江苏科技大学 | 一种单相感应电机励磁电流pi控制方法 |
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| US4697127A (en) * | 1986-06-09 | 1987-09-29 | International Business Machines Corporation | Adaptive control technique for a dynamic system |
| JPS63274385A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Fanuc Ltd | サ−ボモ−タの速度制御装置 |
| JPH07104856A (ja) * | 1993-10-01 | 1995-04-21 | Fanuc Ltd | 振動制御方法 |
-
1995
- 1995-11-27 JP JP32940695A patent/JP3575148B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-11-27 US US08/757,870 patent/US5786678A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3575148B2 (ja) | 2004-10-13 |
| US5786678A (en) | 1998-07-28 |
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