WO2020039939A1 - 設定支援装置 - Google Patents

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WO2020039939A1
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setting support
load machine
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悌 大野
守 恵木
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オムロン株式会社
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    • G05B2219/42153—Inverse dynamics model idm, computed torque method

Definitions

  • the present invention relates to a setting support device that supports setting of control parameters to a motor control device.
  • a motor control device that controls a motor generally has a plurality of control parameters. Since the appropriate value of another control parameter may change depending on the value of a certain control parameter, various technologies (for example, see Patent Document 1) that support setting of a plurality of control parameters in a motor control device have been developed. Have been.
  • each control parameter As described above, various technologies have been developed to support the setting of a plurality of control parameters in the motor control device.
  • the existing technology basically presents an appropriate value of each control parameter to the user based on the output of an encoder attached to the motor, that is, each control parameter is focused on only the response of the motor shaft. It is set (adjusted).
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a setting support device that allows a user to set a control parameter to a motor control device in consideration of the responsiveness of a load machine.
  • a setting support apparatus is a setting support apparatus that supports setting of a plurality of control parameters to a motor control apparatus that controls the motor using information from an encoder attached to the motor that drives the load machine.
  • An apparatus for each of a plurality of states in which a value of a first control parameter among the plurality of control parameters is different from each other, wherein the motor is controlled by the motor control device in that state.
  • a specifying unit that specifies a responsiveness index value indicating responsiveness; and a presentation unit that presents the responsiveness index value for each of the plurality of states specified by the specifying unit to a user.
  • the setting support apparatus can present a responsiveness index value indicating the responsiveness of the load machine to the user. Therefore, according to this setting support device, it becomes possible for the user to set the control parameters for the motor control device in a form that takes into account the responsiveness of the load machine.
  • the specifying unit of the setting support device may specify the responsiveness index value for each of the plurality of states by a simulation based on a model approximating a mechanical system including the load machine.
  • the model in the setting support device may be a multi-inertia model that considers at least the inertia of the motor and the inertia of the load machine.
  • the model creation unit specifies, from the measured frequency response characteristics, an anti-resonance frequency, a resonance frequency, a gain at the anti-resonance frequency, a gain at the resonance frequency, and a gain at a frequency lower than the anti-resonance frequency, and a specification result. , The model may be created.
  • the identification unit collects the output of a sensor attached to the load machine by causing the motor control device to control the motor in that state, and performs the response based on the collected output.
  • the sex index value may be specified.
  • the specifying unit performs a motor-side responsiveness index indicating a responsiveness of a motor shaft of the motor when the motor control device controls the motor in each of the plurality of states.
  • the value is also specified, and the responsiveness index value specified for each state by the specifying unit is presented to the user together with the motor-side responsiveness index value specified for each state by the specifying unit. You can leave it.
  • the specifying unit of the setting support device may specify the motor-side responsiveness index value based on information from the encoder, or may specify the motor-side responsiveness index value by simulation.
  • the responsiveness index value in the setting support device may be information indicating the responsiveness of the load machine in units of a coordinate system of the load machine.
  • the specifying unit may include, as the responsiveness index value for each of the plurality of states, a first responsiveness index value indicating a first responsiveness of the load machine and a second responsiveness value of the load machine. And a second responsiveness index value indicating the responsiveness of the first response.
  • the presenting unit specifies the second responsiveness index value for each state in which the first responsiveness index value is within an allowable range. Each state in which the sex index value is not within the allowable range is presented to the user in such a manner that the user can grasp the state.
  • the specifying unit performs a motor-side responsiveness index indicating a responsiveness of a motor shaft of the motor when the motor control device controls the motor in each of the plurality of states.
  • a value is also specified, and the presenting unit presents to the user a value indicating that the responsiveness among the responsiveness index value and the motor-side responsiveness index value is worse for each of the plurality of states.
  • the configuration may be adopted.
  • the setting support apparatus may include: "The specifying unit sets, for each of the plurality of states, a combination of the value of the first control parameter and the value of the second control parameter among the plurality of control parameters is different from each other; The responsiveness index value is specified, and the presentation unit sets the value of the first control parameter and the value of the second control parameter to one or the other of a vertical axis and a horizontal axis, respectively. By displaying a contour diagram in which the index value is indicated by color or luminance, the responsiveness index value for each of the plurality of states is presented to the user. "
  • the user it is possible for the user to set the control parameters for the motor control device in a form that takes into account the responsiveness of the load machine.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a use form of the setting support device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram related to a motor control processing function of a control unit in the motor control device in which the setting support device supports the control parameter setting.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the setting support device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a frequency response characteristic measured by the model creation unit when creating a model.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a model created by the model creating unit.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of a measurement result of a frequency response characteristic by the model creating unit.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a use form of the setting support device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram related to a motor control processing function of a control unit in the motor control device in which the setting support device supports the control parameter setting.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 7A is a frequency-gain characteristic diagram showing a relationship between a value obtained by a simulation using a model created by the model creating unit and an actually measured value.
  • FIG. 7B is a frequency-phase characteristic diagram showing a relationship between a value obtained by a simulation using a model created by the model creating unit and an actually measured value.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the coordinate system conversion function of the responsiveness index value calculation unit.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a display example of the evaluation result by the display control unit.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a display example of the evaluation result by the display control unit.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of a display example of the evaluation result by the display control unit.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of a display example of the evaluation result by the display control unit.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a setting support device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the function of the model creation unit included in the setting support device according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a setting support device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a usage pattern of a setting support device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the setting support device 10 according to the present embodiment is a device for supporting setting of various control parameters to the motor control device 20 that controls the motor 41.
  • the motor control device 20 includes a nonvolatile memory 21, a motor drive circuit 22, and a control unit 23.
  • the motor drive circuit 22 supplies a drive current to the motor 41 under the control of the control unit 23.
  • the control unit 23 is a unit including a processor such as a microcontroller and a CPU and its peripheral elements.
  • the main process executed by the control unit 23 is a motor control process for controlling the motor 41 (motor drive circuit 22) according to a command input from an external device such as a PLC.
  • the control unit 23 is configured (programmed) so that other processes can be executed.
  • the non-volatile memory 21 is a data rewritable non-volatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory). This nonvolatile memory 21 stores various control parameter values (position proportional gain, speed proportional gain, model gain, etc.) set by the user.
  • EEPROM Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory
  • FIG. 2 shows a functional block diagram relating to the motor control processing function of the control unit 23.
  • the control unit 23 is configured (programmed) to function as the position command filter 31, the position controller 33, the speed controller 35, the current controller 36, and the speed detector 37.
  • the position command filter 31 is a digital filter for filtering a position command.
  • the position controller 33 is a speed command corresponding to a deviation between the position command filtered by the position command filter 31 and the position of the motor 41 (the position of the motor shaft) detected by the encoder 43 attached to the motor 41.
  • the speed detector 37 is a functional block that detects the speed of the motor 41 by differentiating the position of the motor 41 detected by the encoder 43.
  • the speed controller 35 is a functional block that generates a current command according to a deviation between the speed command generated by the position controller 33 and the speed detected by the speed detector 37.
  • the current controller 36 generates a control signal (in this embodiment, a PWM signal) for supplying a current according to a current command from the speed controller 35 to the motor 41, and supplies the control signal to the motor drive circuit 22. It is.
  • the control parameter values on the non-volatile memory 21 are values for specifying specific operation contents of each functional block (the position controller 33 and the like). The contents of the processing to be actually performed are determined based on the control parameter values stored in the nonvolatile memory 21.
  • a portion including the motor control device 20, the motor 41, the load machine 42, and the like will be referred to as a motor control system.
  • the motor control device 20 in which the setting support device 10 supports setting of control parameters is a device that performs feedback control of the motor 41 based on information from the encoder 43.
  • the following configuration is employed in the setting support device 10 in order to set (adjust) various control parameter values of the motor control device 20 in consideration of the response of the load machine 42. .
  • the setting support device 10 is configured to be connectable to a motor control device 20 and a sensor 44 for detecting a position of a load machine 42 driven by a motor 41.
  • the sensor 44 connected to the setting support device 10 is, for example, a linear scale (linear encoder).
  • the setting support device 10 includes an input device 11, a main body 12, and a display device 13.
  • the input device 11 is a device for inputting information such as a mouse and a keyboard.
  • the display device 13 is a device that displays characters, graphics, and the like.
  • the main body 12 is a unit mainly including a processor.
  • a setting support program is installed in the main body 12, and when the processor in the main body 12 executes the setting support program, the main body 12 becomes a model creating section 16, a responsiveness index value calculating section 17 And functions as the display control unit 18.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the frequency response characteristics measured by the model creating unit 16 when the model is created
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the model created by the model creating unit 16.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of a measurement result of the frequency response characteristic by the model creating unit 16.
  • the model creation unit 16 is a functional block for creating a model for simulating the index value of the responsiveness of the load machine 42 (in the present embodiment, the overshoot amount and the settling time).
  • the model creation unit 16 starts a model creation process when a user instructs creation of a model through an operation on the input device 11.
  • the model creating unit 16 that has started the model creating process first inputs a predetermined command to the motor control device 20 to thereby obtain the frequency response characteristic (that is, the frequency response characteristic of the portion of the motor control system shown in the dotted frame in FIG. Speed frequency response characteristics).
  • the model creating unit 16 creates a model that approximates a mechanical system constituted by the motor 41, the load machine 42, and the coupling connecting the motor 41 and the load machine 42. create.
  • the model created by the model creating unit 16 approximates the mechanical system with Ga (s), Gb (s) and H (s), as schematically shown in FIG. It is a two-inertia model.
  • Ga (s), Gb (s), and H (s) are transfer functions defined by the following equations (1) to (3), respectively.
  • Ja in the following equations (1) to (3) is the inertia on the drive side (motor 41 side) of the mechanical system
  • Jb is the inertia on the passive side (load machine 42 side) of the mechanical system.
  • K and D are the spring constant and viscous friction coefficient of the mechanical system, respectively
  • s is the Laplace operator.
  • the measurement result of the frequency response characteristic has an anti-resonance frequency at which the gain is minimum and a resonance frequency at which the gain is maximum, as illustrated in FIG.
  • the gain changes at a constant change rate ( ⁇ 20 dB / dec).
  • the model creating unit 16 calculates Ja + Jb from the gain of the obtained frequency response characteristics lower than the anti-resonance frequency, and calculates the resonance ratio (the resonance frequency and the resonance frequency). The ratio of Ja and Jb is calculated from the ratio of the anti-resonance frequencies).
  • the model creation unit 16 calculates Ja and Jb from both calculation results.
  • model creating unit 16 calculates a spring constant K from Ja and the anti-resonance frequency, and calculates viscous friction D from the gain at the anti-resonance frequency and the resonance frequency. After completing the calculation of the various parameters, the model creating unit 16 ends the model creating process.
  • the model creation unit 16 may create a model having more parameters than the two-inertial model. However, even if the two-inertia model is used, the gain and phase at each frequency can be satisfactorily estimated as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • FIG. 7A is a frequency-gain characteristic diagram showing a relationship between a value obtained by a simulation using a model created by the model creating unit 16 according to the present embodiment and an actually measured value
  • FIG. FIG. 4 is a frequency-phase characteristic diagram showing a relationship between a value obtained by a simulation using a model and an actually measured value.
  • the responsiveness index value calculation unit 17 (FIG. 3) performs responsiveness indicating the responsiveness of the load machine 42 when the motor control device 20 is operated in various states by simulation based on the model created by the model creation unit 16. This is a functional block for calculating an index value (hereinafter also referred to as a load-side responsiveness index value).
  • the various states are states in which the values of two control parameters (hereinafter also referred to as designated parameters) specified by the user as setting targets are different from each other. In various states, even if the control parameters other than the two designated parameters are fixed, there is a control parameter whose value changes in conjunction with the designated parameter value among the control parameters other than the two designated parameters. It may be in a state.
  • the responsiveness index value calculation unit 17 calculates the overshoot amount and the settling time (hereinafter, referred to as “overshoot amount”) of the motor shaft of the motor 41 when calculating the load-side responsiveness index value (overshoot amount and settling time of the load machine 42) in each state.
  • the motor-side response index value is also calculated).
  • the responsiveness index value calculating unit 17 also has a function of converting the load-side responsiveness index value into a value in the coordinate system of the load machine 42 and outputting the converted value. That is, the load-side responsiveness index value calculated using the above-described model (see FIG. 5) is a value in the coordinate system of the motor 41. In general, the load-side responsiveness index value is calculated in the coordinate system of the load machine 42. If the value is a value, it is easier to grasp the responsiveness of the load machine 42. Therefore, the responsiveness index value calculation unit 17 converts the value in the coordinate system of the motor 41 into a value in the coordinate system of the load machine 42 (in other words, the load coefficient with respect to the unit change amount of the position of the motor 41).
  • the responsiveness index value calculation unit 17 adds the conversion coefficient to the load-side responsiveness index value calculated from the model, as schematically shown in FIG. Is output as a simulation result of the load-side responsiveness index value.
  • the display control unit 18 (FIG. 3) displays the calculation results (hereinafter, also referred to as evaluation results) of the various responsiveness index values by the responsiveness index value calculation unit 17 on the screen of the display device 13 in a manner specified by the user. This is a functional block to be displayed.
  • the display control unit 18 is configured as shown in FIG. Such an image is displayed on the screen of the display device 13. That is, in this case, the display control unit 18 displays, on the screen of the display device 13, a contour diagram representing the overshoot amount of the load machine 42 (“load end overshoot amount”) and the settling time of the load machine 42 (“load end overshoot amount”). Contour diagram showing the end settling time), contour diagram showing the overshoot amount of the motor shaft (“motor shaft overshoot amount”), and contour diagram showing the settling time of the motor shaft (“motor shaft settling time”). Are displayed at the same time.
  • the display control unit 18 shown in FIG. Such an image is displayed on the screen of the display device 13.
  • a display device which is a contour diagram of the other load (or motor) response index value, wherein the user can grasp a combination of designated parameter values in which the one response index value does not fall within an allowable range. 13 is displayed on the screen.
  • the display control unit 18 is configured as shown schematically in FIG. , A contour diagram of the overshoot amount at the load end (lower part in FIG. 11) in which the color of the region in which the settling time does not fall within the allowable range is a color indicating that the overshoot amount is the maximum amount. .
  • the display control unit 18 calculates the contour diagram as shown in the lower part of FIG. 12, that is, the worst value among the load-side responsiveness index value and the motor-side responsiveness index value for each combination of the designated parameters. It also has a function of displaying the contour diagram shown on the screen of the display device 13.
  • the display control unit 18 controls the motor control device 20 for the two control parameters to be set. It is also configured to perform a process of changing the set value in the parameter to the value of the designated point.
  • the setting support device 10 can present a responsiveness index value indicating the responsiveness of the load machine 42 to the user. Therefore, according to the setting support device 10, it becomes possible for the user to set the control parameters to the motor control device 20 in a form in which the responsiveness of the load machine 42 is considered. As a result, it is possible to prevent the control parameters from being set so that the overshoot amount and the settling time of the load machine 42 are out of the allowable range.
  • FIG. 13 shows a schematic configuration of a setting support device 10b according to the second embodiment.
  • the setting support device 10b is a device in which the model creation unit 16 (see FIG. 3) in the main body 12 of the setting support device 10 is replaced with a model creation unit 16b.
  • the model creating unit 16b receives the frequency response characteristic of the portion of the motor control system indicated by the dotted frame in FIG. 14 (that is, the speed command to the motor 41 as an input, and the load by the sensor 44 attached to the load machine 42). This is a functional block that measures a frequency response characteristic of a system that outputs a detection result of the position of the machine 42, and creates a model from the measurement result.
  • the setting support device 10b is a device obtained by modifying the setting support device 10 to a device that directly obtains a transfer function (see FIG. 5) used as a model.
  • the setting support apparatus 10b having the above configuration can also present a responsiveness index value indicating the responsiveness of the load machine 42 to the user. Accordingly, the setting support device 10b also allows the user to set the control parameters to the motor control device 20 in a form in which the responsiveness of the load machine 42 is considered. In addition, as a result, it is possible to prevent a control parameter setting in which the overshoot amount and the settling time of the load machine 42 are out of the allowable range.
  • FIG. 15 shows a schematic configuration of a setting support device 10c according to the third embodiment.
  • the setting support apparatus 10c deletes the model creation section 16 from the main body 12 (see FIG. 3) of the setting support apparatus 10 and sets the responsiveness index.
  • This is a modified device in which the value calculation unit 17 is replaced with a responsiveness index value calculation unit 17c.
  • the responsiveness index value calculation unit 17c is a functional block that actually measures various responsiveness index values (determines various responsiveness index values from outputs of the encoder 43 and the sensor 44).
  • the actual measurement of various responsiveness index values means that various responsiveness index values are obtained using the measurement results of the outputs of the encoder 43 and the sensor 44.
  • the setting support apparatus 10c having the above configuration can also present the user with a responsiveness index value indicating the responsiveness of the load machine 42. Accordingly, the setting support device 10c also allows the user to set the control parameters to the motor control device 20 in a form that takes into account the responsiveness of the load machine 42. In addition, as a result, it is possible to prevent a control parameter setting in which the overshoot amount and the settling time of the load machine 42 are out of the allowable range.
  • the setting support devices (10, 10b, 10c) according to the above-described embodiments can perform various modifications.
  • the setting support devices according to the first and second embodiments may be modified to a device that actually measures a motor-side response index value or a load-side response index value.
  • the setting support device according to the first embodiment may be modified to a device that sets and uses Ja, Jb, and the like.
  • the frequency response characteristic measured to create the model may be a value obtained by inputting a position command or a torque command, or a value obtained by outputting the speed or acceleration of the load machine 42.
  • the setting support device may be modified to display a contour diagram (for example, a contour diagram in which contour lines are displayed) having a different form from that described above, or the evaluation result may be a diagram other than the contour diagram ( For example, it is natural that the display may be changed to a display of a graph.
  • a setting support device (10) Performance indicating the responsiveness of the load machine when the motor control device controls the motor in each of a plurality of states where the value of the first control parameter among the plurality of control parameters is different from each other.
  • a presentation unit (18) that presents the performance index value for each of the plurality of states identified by the identification unit to a user;
  • a setting support device (10) comprising:

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Abstract

負荷機械を駆動するモータに取り付けられたエンコーダからの情報を用いてモータを制御するモータ制御装置への複数の制御パラメータの設定を支援する設定支援装置であって、複数の制御パラメータの中の第１の制御パラメータの値が互いに異なる複数の状態のそれぞれについて、その状態でモータ制御装置に前記モータを制御させた場合における負荷機械の応答性を示す応答性指標値を特定する特定部と、前記特定部により特定された複数の状態のそれぞれについての応答性指標値をユーザに提示する提示部と、を備える。この構成により、ユーザが、モータ制御装置への制御パラメータ設定を負荷機械の応答性を考慮した形で行うことができる。

Description

設定支援装置
　本発明は、モータ制御装置への制御パラメータの設定を支援する設定支援装置に関する。
　モータを制御するモータ制御装置は、一般に、複数の制御パラメータを有している。そして、或る制御パラメータの値により、他の制御パラメータの適正値が変わることがあるため、モータ制御装置への複数の制御パラメータの設定を支援する各種技術（例えば、特許文献１参照）が開発されている。
特開２０１７－１６７６０７号公報
　上記のように、モータ制御装置への複数の制御パラメータの設定を支援する各種技術が開発されている。ただし、既存の技術は、基本的には、モータに取り付けられたエンコーダの出力に基づき各制御パラメータの適正値をユーザに提示するもの、つまり、モータ軸の応答のみに着目して各制御パラメータが設定（調整）されるもの、となっている。
　そして、モータの挙動と、モータにより駆動される負荷機械の挙動とは必ずしも一致しないため、従来技術によりモータ制御装置の各制御パラメータを設定（調整）すると、モータ軸のオーバーシュート量や整定時間は許容範囲内であるが、負荷機械のオーバーシュート量や整定時間が許容範囲外となる場合があった。
　本発明は、上記現状に鑑みなされたものであり、ユーザがモータ制御装置への制御パラメータ設定を負荷機械の応答性を考慮した形で行える設定支援装置を提供することを目的とする。
　本発明の一観点に係る設定支援装置は、負荷機械を駆動するモータに取り付けられたエンコーダからの情報を用いて前記モータを制御するモータ制御装置への複数の制御パラメータの設定を支援する設定支援装置であって、前記複数の制御パラメータの中の第１の制御パラメータの値が互いに異なる複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記負荷機械の応答性を示す応答性指標値を特定する特定部と、前記特定部により特定された前記複数の状態のそれぞれについての前記応答性指標値をユーザに提示する提示部と、を備える。
　すなわち、本発明の一観点に係る設定支援装置は、負荷機械の応答性を示す応答性指標値をユーザに提示することが出来る。従って、この設定支援装置によれば、ユーザが、モータ制御装置への制御パラメータ設定を負荷機械の応答性を考慮した形で行うことが可能となる。
　設定支援装置の特定部は、前記負荷機械を含む機械系を近似するモデルに基づくシミュレーションにより前記複数の状態のそれぞれについての前記応答性指標値を特定しても良い。また、設定支援装置におけるモデルは、少なくとも前記モータのイナーシャと前記負荷機械のイナーシャとを考慮する多慣性モデルであっても良い。
　設定支援装置に、『前記モータへの指令を入力とし、前記負荷機械に取り付けられたセンサによる前記負荷機械の位置、速度、加速度のいずれかの検出結果を出力とするシステムの周波数応答特性を測定し、測定結果に基づき、前記モデルを作成するモデル作成部』を付加しておいても良い。当該モデル作成部は、測定した前記周波数応答特性から、反共振周波数、共振周波数、前記反共振周波数におけるゲイン、前記共振周波数におけるゲイン及び前記反共振周波数よりも低周波数におけるゲインを特定し、特定結果に基づき、前記モデルを作成しても良い。
　また、特定部は、前記複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させて前記負荷機械に取り付けられたセンサの出力を収集し、収集した出力に基づいて前記応答性指標値を特定しても良い。設定支援装置に、『前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記モータのモータ軸の応答性を示すモータ側応答性指標値も特定し、前記特定部により各状態について特定された前記応答性指標値を、前記特定部により各状態について特定された前記モータ側応答性指標値と共にユーザに提示する』構成を採用しておいても良い。
　設定支援装置の特定部は、前記エンコーダからの情報に基づき前記モータ側応答性指標値を特定しても良く、シミュレーションにより前記モータ側応答性指標値を特定しても良い。
　設定支援装置における応答性指標値が、前記負荷機械の座標系における単位で前記負荷機械の応答性を示した情報であっても良い。設定支援装置に、『前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについての前記応答性指標値として、前記負荷機械の第１の応答性を示す第１応答性指標値と前記負荷機械の第２の応答性を示す第２応答性指標値とを特定し、前記提示部は、前記第１応答性指標値が許容範囲内にある各状態についての第２応答性指標値を、前記第１応答性指標値が許容範囲内にない各状態をユーザが把握可能な態様で、ユーザに提示する』構成を採用しても良い。
　設定支援装置に、『前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記モータのモータ軸の応答性を示すモータ側応答性指標値も特定し、前記提示部は、前記複数の状態のそれぞれについて、前記応答性指標値と前記モータ側応答性指標値の中の応答性がより悪いことを示している値をユーザに提示する』構成を採用しても良い。
　さらに、設定支援装置に、『前記特定部は、前記複数の制御パラメータの中の前記第１の制御パラメータの値と第２の制御パラメータの値の組み合わせが互いに異なる前記複数の状態のそれぞれについて、前記応答性指標値を特定し、前記提示部は、前記第１の制御パラメータの値、第２の制御パラメータの値を、それぞれ、縦軸及び横軸の中の一方、他方とし、前記応答性指標値を色又は輝度で示したコンター図を表示することで、前記複数の状態のそれぞれについての前記応答性指標値をユーザに提示する』構成を採用しても良い。
　本発明によれば、ユーザが、モータ制御装置への制御パラメータ設定を負荷機械の応答性を考慮した形で行うことが可能となる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る設定支援装置の使用形態の説明図である。 図２は、設定支援装置が制御パラメータ設定を支援するモータ制御装置内の制御部の、モータ制御処理機能に関する機能ブロック図である。 図３は、第１実施形態に係る設定支援装置の概略構成図である。 図４は、モデル作成時にモデル作成部が測定する周波数応答特性の説明図である。 図５は、モデル作成部が作成するモデルの説明図である。 図６は、モデル作成部による周波数応答特性の測定結果例の説明図である。 図７Ａは、モデル作成部により作成されるモデルを用いたシミュレーションで得られる値と実測値との関係を示した周波数－ゲイン特性図である。 図７Ｂは、モデル作成部により作成されるモデルを用いたシミュレーションで得られる値と実測値との関係を示した周波数－位相特性図である。 図８は、応答性指標値算出部の座標系変換機能の説明図である。 図９は、表示制御部による評価結果の表示例の説明図である。 図１０は、表示制御部による評価結果の表示例の説明図である。 図１１は、表示制御部による評価結果の表示例の説明図である。 図１２は、表示制御部による評価結果の表示例の説明図である。 図１３は、本発明の第２実施形態に係る設定支援装置の概略構成図である。 図１４は、第２実施形態に係る設定支援装置が備えるモデル作成部の機能を説明するための図である。 図１５は、本発明の第３実施形態に係る設定支援装置の概略構成図である。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
　《第１実施形態》
　図１に、本発明の第１実施形態に係る設定支援装置１０の使用形態を示す。
　本実施形態に係る設定支援装置１０は、モータ４１を制御するモータ制御装置２０への各種制御パラメータの設定を支援するための装置である。
　設定支援装置１０の詳細を説明する前に、モータ制御装置２０の構成及び機能を説明する。図１に示してあるように、モータ制御装置２０は、不揮発性メモリ２１、モータ駆動回路２２及び制御部２３を備える。
　モータ駆動回路２２は、制御部２３の制御下、モータ４１に駆動電流を供給する回路である。制御部２３は、マイクロコントローラ、ＣＰＵ等のプロセッサとその周辺素子から構成されたユニットである。この制御部２３が実行する主要な処理は、ＰＬＣ等の外部装置から入力される指令に従ってモータ４１（モータ駆動回路２２）を制御するモータ制御処理である。なお、制御部２３は、他の処理も実行可能に構成（プログラミング）されている。
　不揮発性メモリ２１は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の、データの書き換えが可能な不揮発性メモリである。この不揮発性メモリ２１には、ユーザにより設定された各種制御パラメータ値（位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、モデルゲイン等）が記憶される。
　図２に、制御部２３の、モータ制御処理機能に関する機能ブロック図を示す。図示してあるように、制御部２３は、位置指令フィルタ３１、位置制御器３３、速度制御器３５、電流制御器３６及び速度検出器３７として機能するように構成（プログラミング）されている。
　位置指令フィルタ３１は、位置指令をフィルタリングするためのデジタルフィルタである。位置制御器３３は、位置指令フィルタ３１によりフィルタリングされた位置指令と、モータ４１に取り付けられたエンコーダ４３により検出されたモータ４１の位置（モータ軸の位置）との間の偏差に応じた速度指令を生成する機能ブロックである。速度検出器３７は、エンコーダ４３により検出されたモータ４１の位置を微分することで、モータ４１の速度を検出する機能ブロックである。速度制御器３５は、位置制御器３３により生成された速度指令と速度検出器３７により検出された速度との間の偏差に応じた電流指令を生成する機能ブロックである。電流制御器３６は、速度制御器３５からの電流指令通りの電流をモータ４１に供給するための制御信号（本実施形態では、ＰＷＭ信号）を生成して、モータ駆動回路２２に供給する機能ブロックである。
　上記した不揮発性メモリ２１上の各制御パラメータ値は、各機能ブロック（位置制御器３３等）の具体的な動作内容を指定するための値であり、制御部２３は、位置制御器３３等として実際に行う処理の内容を、不揮発性メモリ２１に記憶されている制御パラメータ値に基づき決定する。
　以下、設定支援装置１０の構成及び機能を具体的に説明する。なお、以下の説明では、モータ制御装置２０、モータ４１、負荷機械４２等からなる部分のことを、モータ制御システムと表記する。
　上記したように、設定支援装置１０が制御パラメータの設定を支援するモータ制御装置２０は、エンコーダ４３からの情報に基づきモータ４１をフィードバック制御する装置である。設定支援装置１０には、そのようなモータ制御装置２０の各種制御パラメータ値を、負荷機械４２の応答性を考慮して設定（調整）できるようにするために、以下の構成が採用されている。
　図１に示してあるように、設定支援装置１０は、モータ制御装置２０と、モータ４１により駆動される負荷機械４２の位置を検出するためのセンサ４４とに接続可能に構成されている。なお、設定支援装置１０に接続されるセンサ４４は、例えば、リニアスケール（リニアエンコーダ）である。
　また、図３に示してあるように、設定支援装置１０は、入力装置１１と本体部１２と表示装置１３とを備える。
　入力装置１１は、マウス、キーボード等の情報を入力するための装置である。表示装置１３は、文字、図形等を表示する装置である。本体部１２は、プロセッサを中心としたユニットである。この本体部１２には、設定支援プログラムがインストールされており、本体部１２内のプロセッサが当該設定支援プログラムを実行することで、本体部１２は、モデル作成部１６、応答性指標値算出部１７及び表示制御部１８として機能する。
〔モデル作成部１６〕
　まず、図４～図６を用いて、モデル作成部１６の機能を説明する。図４は、モデル作成時にモデル作成部１６が測定する周波数応答特性の説明図であり、図５は、モデル作成部１６が作成するモデルの説明図である。また、図６は、モデル作成部１６による周波数応答特性の測定結果例の説明図である。
　モデル作成部１６は、負荷機械４２の応答性の指標値（本実施形態では、オーバーシュート量及び整定時間）をシミュレーションするためのモデルを作成する機能ブロックである。
　モデル作成部１６は、入力装置１１に対する操作を通じてユーザからモデルの作成が指示されたときに、モデル作成処理を開始する。モデル作成処理を開始したモデル作成部１６は、まず、所定の指令をモータ制御装置２０に入力することにより、モータ制御システムの、図４における点線枠内に示した部分の周波数応答特性（すなわち、速度周波数応答特性）を測定する。
　そして、モデル作成部１６は、周波数応答特性の測定結果に基づき、モータ４１と、負荷機械４２と、モータ４１・負荷機械４２間を接続するカップリングとで構成される機械系を近似するモデルを作成する。
　本実施形態に係るモデル作成部１６が作成するモデルは、図４に模式的に示してあるように、Ｇａ（ｓ）、Ｇｂ（ｓ）及びＨ（ｓ）で上記機械系を近似する、いわゆる二慣性モデルである。
　ここで、Ｇａ（ｓ）、Ｇｂ（ｓ）、Ｈ（ｓ）は、それぞれ、以下の（１）～（３）式で定義される伝達関数である。また、以下の（１）～（３）式におけるＪａは、上記機械系の駆動側（モータ４１側）のイナーシャであり、Ｊｂは、上記機械系の受動側（負荷機械４２側）のイナーシャである。Ｋ、Ｄは、それぞれ、上記機械系のバネ定数、粘性摩擦係数であり、sは、ラプラス演算子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、上記周波数応答特性の測定結果は、図６に例示したように、ゲインが最小となる反共振周波数と、ゲインが最大となる共振周波数とを有し、反共振周波数よりも低周波数側のゲインが一定の変化率（－２０ｄＢ／ｄｅｃ）で変化するものとなる。モデル作成部１６は、周波数応答特性の測定結果からモデルを作成する際、得られた周波数応答特性の、反共振周波数よりも低周波数側のゲインから、Ｊａ＋Ｊｂを算出し、共振比（共振周波数と反共振周波数の比）から、ＪａとＪｂの比を算出する。次いで、モデル作成部１６は、両算出結果から、Ｊａ、Ｊｂを算出する。さらに、モデル作成部１６は、Ｊａと反共振周波数とからばね定数Ｋを算出し、反共振周波数、共振周波数におけるゲインから粘性摩擦Ｄを算出する。そして、各種パラメータの算出を終えたモデル作成部１６は、モデル作成処理を終了する。
　モデル作成部１６は、上記二慣性モデルよりも、パラメータが多いモデルを作成するものであっても良い。ただし、上記二慣性モデルを用いても、図７Ａ及び図７Ｂに示してあるように、各周波数におけるゲイン、位相を良好に推定することが出来る。なお、図７Ａは、本実施形態に係るモデル作成部１６により作成されるモデルを用いたシミュレーションで得られる値と実測値との関係を示した周波数－ゲイン特性図であり、図７Ｂは、当該モデルを用いたシミュレーションで得られる値と実測値との関係を示した周波数－位相特性図である。
〔応答性指標値算出部１７〕
　応答性指標値算出部１７（図３）は、モデル作成部１６により作成されたモデルに基づくシミュレーションにより、各種状態でモータ制御装置２０を動作させた場合における負荷機械４２の応答性を示す応答性指標値（以下、負荷側応答性指標値とも表記する）を算出する機能ブロックである。ここで、各種状態とは、ユーザが設定対象として指定した２つの制御パラメータ（以下、指定パラメータとも表記する）の値が互いに異なる状態のことである。各種状態は、２つの指定パラメータ以外の制御パラメータが固定されている状態であっても、２つの指定パラメータ以外の制御パラメータの中に、指定パラメータ値と連動して値が変化する制御パラメータがある状態であっても良い。
　この応答性指標値算出部１７は、各状態における負荷側応答性指標値（負荷機械４２のオーバーシュート量及び整定時間）の算出時に、モータ４１のモータ軸のオーバーシュート量及び整定時間（以下、モータ側応答性指標値とも表記する）も算出する。
　また、応答性指標値算出部１７は、負荷側応答性指標値を、負荷機械４２の座標系における値に変換して出力する機能も有している。すなわち、上記モデル（図５参照）を用いて算出される負荷側応答性指標値は、モータ４１の座標系における値となるが、一般に、負荷側応答性指標値が負荷機械４２の座標系における値であった方が、負荷機械４２の応答性を把握し易い。そのため、応答性指標値算出部１７は、モータ４１の座標系における値を負荷機械４２の座標系における値に変換するための変換係数（換言すれば、モータ４１の位置の単位変化量に対する負荷機械４２の位置の変化量を示す値）を設定可能に構成されている。そして、応答性指標値算出部１７は、変換係数が設定されている場合には、図８に模式的に示してあるように、モデルから算出される負荷側応答性指標値に、当該変換係数を乗じた値を負荷側応答性指標値のシミュレーション結果として出力する。
〔表示制御部１８〕
　表示制御部１８（図３）は、応答性指標値算出部１７による各種応答性指標値の算出結果（以下、評価結果とも表記する）を、ユーザが指定した態様で表示装置１３の画面上に表示する機能ブロックである。
　例えば、速度比例ゲインＫｖｐ及びモデルゲインＫＭｏｄｅｌとを設定対象として指定したシミュレーションが完了している状態で、通常態様での評価結果の表示が指示された場合、表示制御部１８は、図９に示したような画像を、表示装置１３の画面上に表記する。すなわち、この場合、表示制御部１８は、表示装置１３の画面上に、負荷機械４２のオーバーシュート量（“負荷端オーバーシュート量”）を表すコンター図と、負荷機械４２の整定時間（“負荷端整定時間”）を表すコンター図と、モータ軸のオーバーシュート量（“モータ軸オーバーシュート量”）を表すコンター図と、モータ軸の整定時間（“モータ軸整定時間”）を表すコンター図とを同時に表示する。
　また、速度比例ゲインＫｖｐ及び位置比例ゲインＫｐｐを設定対象として指定したシミュレーションが完了している状態で通常態様での評価結果の表示が指示された場合、表示制御部１８は、図１０に示したような画像を、表示装置１３の画面上に表示する。
　表示制御部１８は、一方の応答性指標値（つまり、オーバーシュート量又は整定時間）の許容範囲の指定を伴う、負荷（又はモータ）応答性指標値の表示指示が入力された場合には、他方の負荷（又はモータ）応答性指標値のコンター図であって、上記一方の応答性指標値が許容範囲内とならない指定パラメータ値の組み合わせをユーザが把握可能な形態のコンター図を、表示装置１３の画面上に表示する。具体的には、例えば、整定時間の許容範囲を0.09sec以下とした負荷側応答性指標値の表示指示が入力された場合、表示制御部１８は、図１１に模式的に示してあるように、負荷端オーバーシュート量のコンター図（図１１の下段）であって、整定時間が許容範囲内とならない領域の色をオーバーシュート量が最大量であることを示す色としたコンター図を表示する。
　また、表示制御部１８は、図１２の下段に示してあるようなコンター図、すなわち、負荷側応答性指標値、モータ側応答性指標値の中の最悪値を各指定パラメータの組み合わせに対して示したコンター図を、表示装置１３の画面上に表示する機能も有している。
　さらに、表示制御部１８は、表示装置１３の画面上のいずれかのコンター図内の一点の指定を伴う所定の操作がなされた場合、設定対象となっている２制御パラメータについてのモータ制御装置２０内の設定値を、指定された点の値に変更する処理を行うようにも構成されている。
　以上、説明したように、本実施形態に係る設定支援装置１０は、負荷機械４２の応答性を示す応答性指標値をユーザに提示することが出来る。従って、設定支援装置１０によれば、ユーザが、モータ制御装置２０への制御パラメータ設定を負荷機械４２の応答性を考慮した形で行うことが可能となる。そして、その結果として、負荷機械４２のオーバーシュート量や整定時間が許容範囲外となる制御パラメータ設定がなされてしまうことを抑止することが出来る。
　《第２実施形態》
　以下、本発明の第２実施形態に係る設定支援装置１０ｂの構成、動作を、第１実施形態の設定支援装置１０と異なる部分を中心に説明する。
　図１３に、第２実施形態に係る設定支援装置１０ｂの概略構成を示す。
　図示してあるように、設定支援装置１０ｂは、設定支援装置１０の本体部１２内のモデル作成部１６（図３参照）を、モデル作成部１６ｂに置換した装置である。
　モデル作成部１６ｂは、モータ制御システム内の、図１４における点線枠内に示した部分の周波数応答特性（つまり、モータ４１への速度指令を入力とし、負荷機械４２に取り付けられたセンサ４４による負荷機械４２の位置の検出結果を出力とするシステムの周波数応答特性）を測定し、その測定結果からモデルを作成する機能ブロックである。
　すなわち、設定支援装置１０ｂは、モデルとして使用する伝達関数（図５参照）を直接求める装置に、設定支援装置１０を変形した装置となっている。
　上記構成を有する設定支援装置１０ｂも、負荷機械４２の応答性を示す応答性指標値をユーザに提示することが出来る。従って、設定支援装置１０ｂによっても、ユーザが、モータ制御装置２０への制御パラメータ設定を負荷機械４２の応答性を考慮した形で行うことが可能となる。また、その結果として、負荷機械４２のオーバーシュート量や整定時間が許容範囲外となる制御パラメータ設定がなされてしまうことを抑止することが可能となる。
　《第３実施形態》
　以下、本発明の第３実施形態に係る設定支援装置１０ｃの構成、動作を、第１実施形態の設定支援装置１０と異なる部分を中心に説明する。
　図１５に、第３実施形態に係る設定支援装置１０ｃの概略構成を示す。
　この図１５と図３とを比較すれば明らかなように、設定支援装置１０ｃは、設定支援装置１０の本体部１２（図３参照）に対して、モデル作成部１６を削除し、応答性指標値算出部１７を応答性指標値算出部１７ｃに置換する変形を施した装置である。
　応答性指標値算出部１７ｃは、各種応答性指標値を実測する（エンコーダ４３、センサ４４の出力から各種応答性指標値を求める）機能ブロックである。なお、各種応答性指標値を実測するとは、エンコーダ４３、センサ４４の出力の測定結果を用いて各種応答性指標値を求めるということである。
　上記構成を有する設定支援装置１０ｃも、負荷機械４２の応答性を示す応答性指標値をユーザに提示することが出来る。従って、設定支援装置１０ｃによっても、ユーザが、モータ制御装置２０への制御パラメータ設定を負荷機械４２の応答性を考慮した形で行うことが可能となる。また、その結果として、負荷機械４２のオーバーシュート量や整定時間が許容範囲外となる制御パラメータ設定がなされてしまうことを抑止することが可能となる。
　《変形例》
　上記した各実施形態に係る設定支援装置（１０、１０ｂ、１０ｃ）は、各種の変形が行えるものである。例えば、第１、第２実施形態に係る設定支援装置を、モータ側応答性指標値又は負荷側応答性指標値を実測する装置に変形しても良い。また、第１実施形態に係る設定支援装置を、Ｊａ、Ｊｂ等を設定して使用する装置に変形しても良い。
　モデルを作成するために測定する周波数応答特性は、位置指令やトルク指令を入力としたものであっても、負荷機械４２の速度や加速度を出力としたものであっても良い。設定支援装置を、上記したものとは形態が異なるコンター図（例えば、等値線が表示されるコンター図）を表示するものに変形しても良いことや、評価結果をコンター図以外の図（例えば、グラフ）で表示するものに変形しても良いことなどは、当然のことである。
　《付記》
１．負荷機械（４２）を駆動するモータ（４１）に取り付けられたエンコーダ（４３）からの情報を用いて前記モータ（４１）を制御するモータ制御装置（２０）への複数の制御パラメータの設定を支援する設定支援装置（１０）であって、
　前記複数の制御パラメータの中の第１の制御パラメータの値が互いに異なる複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記負荷機械の応答性を示す性能指標値を特定する特定部（１７；１７ｂ；１７ｃ）と、
　前記特定部により特定された前記複数の状態のそれぞれについての前記性能指標値をユーザに提示する提示部（１８）と、
　を備えることを特徴とする設定支援装置（１０）。
　１０、１０ｂ、１０ｃ　設定支援装置
　１１　入力装置
　１２　本体部
　１３　表示装置
　１６、１６ｂ　モデル作成部
　１７、１７ｃ　応答性指標値算出部
　１８　表示制御部
　２０　モータ制御装置
　２１　不揮発性メモリ
　２２　モータ駆動回路
　２３　制御部
　３１　位置指令フィルタ
　３３　位置制御器
　３５　速度制御器
　３６　電流制御器
　３７　速度検出器
　４１　モータ
　４２　負荷機械
　４３　エンコーダ
　４４　センサ

Claims (13)

  1. 　負荷機械を駆動するモータに取り付けられたエンコーダからの情報を用いて前記モータを制御するモータ制御装置への複数の制御パラメータの設定を支援する設定支援装置であって、
    　前記複数の制御パラメータの中の第１の制御パラメータの値が互いに異なる複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記負荷機械の応答性を示す性能指標値を特定する特定部と、
    　前記特定部により特定された前記複数の状態のそれぞれについての前記性能指標値をユーザに提示する提示部と、
    　を備えることを特徴とする設定支援装置。
  2. 　前記特定部は、前記負荷機械を含む機械系を近似するモデルに基づくシミュレーションにより前記複数の状態のそれぞれについての前記性能指標値を特定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の設定支援装置。
  3. 　前記モデルが、少なくとも前記モータのイナーシャと前記負荷機械のイナーシャとを考慮する多慣性モデルである、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の設定支援装置。
  4. 　前記モータへの指令を入力とし、前記負荷機械に取り付けられたセンサによる前記負荷機械の位置、速度、加速度のいずれかの検出結果を出力とするシステムの周波数応答特性を測定し、測定結果に基づき、前記モデルを作成するモデル作成部を、さらに備える、
    　ことを特徴とする請求項２又は３に記載の設定支援装置。
  5. 　前記モデル作成部は、測定した前記周波数応答特性から、反共振周波数、共振周波数、前記反共振周波数におけるゲイン、前記共振周波数におけるゲイン及び前記反共振周波数よりも低周波数におけるゲインを特定し、特定結果に基づき、前記モデルを作成する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の設定支援装置。
  6. 　前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させて前記負荷機械に取り付けられたセンサの出力を収集し、収集した出力に基づいて前記性能指標値を特定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の設定支援装置。
  7. 　前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記モータのモータ軸の応答性を示すモータ側性能指標値も特定し、
    　前記特定部により各状態について特定された前記性能指標値を、前記特定部により各状態について特定された前記モータ側性能指標値と共にユーザに提示する、
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の設定支援装置。
  8. 　前記特定部は、前記エンコーダからの情報に基づき前記モータ側性能指標値を特定する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の設定支援装置。
  9. 　前記特定部は、シミュレーションにより前記モータ側性能指標値を特定する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の設定支援装置。
  10. 　前記性能指標値が、前記負荷機械に固有の座標系における単位で前記負荷機械の応答性を示した情報である、
    　ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の設定支援装置。
  11. 　前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについての前記性能指標値として、前記負荷機械の第１の応答性を示す第１性能指標値と前記負荷機械の第２の応答性を示す第２性能指標値とを特定し、
    　前記提示部は、前記第１性能指標値が許容範囲内にある各状態についての第２性能指標値を、前記第１性能指標値が許容範囲内にない各状態をユーザが把握可能な態様で、ユーザに提示する、
    　ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の設定支援装置。
  12. 　前記特定部は、前記複数の状態のそれぞれについて、その状態で前記モータ制御装置に前記モータを制御させた場合における前記モータのモータ軸の応答性を示すモータ側性能指標値も特定し、
    　前記提示部は、前記複数の状態のそれぞれについて、前記性能指標値と前記モータ側性能指標値の中の応答性がより悪いことを示している値をユーザに提示する、
    　ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の設定支援装置。
  13. 　前記特定部は、前記複数の制御パラメータの中の前記第１の制御パラメータの値と第２の制御パラメータの値の組み合わせが互いに異なる前記複数の状態のそれぞれについて、前記性能指標値を特定し、
    　前記提示部は、前記第１の制御パラメータの値、第２の制御パラメータの値を、それぞれ、縦軸及び横軸の中の一方、他方とし、前記性能指標値を色又は輝度で示したコンター図を表示することで、前記複数の状態のそれぞれについての前記性能指標値をユーザに提示する、
    　ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の設定支援装置。
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