(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた加速度パターンに従って被制御物の移動制御をする制御システムにおいて，
被制御物に振動検出手段を備え，
加速度パターンを発生し，振動検出手段の検出した振動の振動値を変数として評価関数を演算し，加速度パターンを変更して評価値を求め，該評価値に従って該振動が最小となる最適加速度パターンを求めて自動設定すると共に、
被制御物を駆動する任意の駆動装置に対して他の駆動装置が負荷になる複数の駆動装置とそれぞれの駆動装置に加速度パターンを設定する加速度パターン設定手段を備え，
該振動値が最小になるように各駆動装置の加速度パターンを決定することを特徴とする制御システムにおける加速度パターンの設定方法。
【請求項２】
加速度パターンが，横軸を時間，縦軸を速度とした時に関数の形状が台形パターンであることを特徴とする請求項１に記載の制御システムにおける加速度パターンの設定方法。
【請求項３】
加速度パターンが，横軸を時間，縦軸を加速度とした時に関数の形状が時間軸に対して上下する波形状であることを特徴とする請求項１に記載の制御システムにおける加速度パターンの設定方法。
【請求項４】
与えられた加速度パターンに従って被制御物の移動制御をする制御システムにおいて，
被制御物に備えられた振動検出手段と，
加速度パターンを発生し，振動検出手段の検出した振動の振動値を変数として評価関数を演算し，加速度パターンを変更して評価値を求め，該評価値に従って最適加速度パターンを求めて自動設定する加速度パターン設定手段と，
被制御物の制御量と該制御量の目標値との偏差を検出する偏差検出手段と，
該偏差に対して比例演算をする比例演算部と積分演算をする積分演算部と微分演算をする微分演算部を持ち，該各演算部の演算結果に応じて制御量を決定する駆動制御手段とを備え，
被制御物の振動値が最小になる最適加速度パターンを求め，該加速度パターンに基づいて理論的制御量を求め，該理論的制御量と該加速度パターンにより実際に生じる制御量との差を求め，該差を変数として第２の評価関数により第２の評価値を求め，該第２の評価値算出部の評価値に応じて該差が最小になるように該各演算部の制御ゲインの最適係数を決定することを特徴とする制御システムにおけるパラメータ設定方法。
【請求項５】
任意の駆動装置に対して他の駆動装置が負荷になる複数の駆動装置を備え，
該振動値が最小になるように各駆動装置に対する最適加速度パターンを設定し，それぞれの最適加速度パターンに従ってそれぞれの駆動装置の最適制御係数を求めて設定することを特徴とする請求項４に記載の制御システムにおけるパラメータ設定方法。
【請求項６】
被制御物と，
被制御物を駆動する駆動装置と，
駆動装置を制御する駆動制御手段と，
被制御物に設けられた振動検出手段と，
振動検出手段の検出した振動値を入力し，振動値が最小になるように被制御物を駆動する加速度パターンを求めて自動設定する加速度パターン設定手段とを備え，
被制御物の振動値を最小にするように自動設定された加速度パターンにより被制御物を移動制御すると共に、
該加速度パターン設定手段は，加速度パターンを発生し，振動検出手段の検出した振動の振動値を変数として評価関数を演算し，加速度パターンを変更して評価値を求め，該評価値に従って最適加速度パターンを求めて自動設定するものであり，
被制御物の制御量と該制御量の目標値との差を検出する偏差検出手段と，
該偏差に対して比例演算をする比例演算部と積分演算をする積分演算部と微分演算をする微分演算部を持ち，該各演算部の演算結果に応じて制御量を決定し，駆動装置を制御する駆動制御手段とを備え，
該駆動制御手段は，該加速度パターン設定手段で求められた加速度パターンに基づく理論的制御量を求める応答特性計算部と，該理論的制御量と該加速度パターンに基づいて制御で実際に生じる制御量との差を求める応答特性検出部と，該差を変数として第２の評価関数に従って第２の評価値を求める評価値算出部と，該第２の評価値に応じて該各演算部の制御ゲインの最適係数を決定する係数制御部とを備え，
該振動検出手段の振動が最小となる加速度パターンを求め，該加速度パターンの制御で生じる該差が最小となるように該各演算部の制御ゲインを決定することを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，生産機械，プリンタ，磁気ディスク装置等の移動機構もしくはロボット等の移動制御をする制御システムにおいてサーボモータを駆動するための加速度パターンの設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，サーボモータを駆動するための速度と加速度の最適パターンは，設計した速度と加速度の組合せをもとにサーボモータの台形波駆動指令（速度，加速度のパターンを台形パターンで表す）もしくはあるいはＳ字加減速駆動指令（加速度のパターンを時間軸に対して正側と負側の波形状パターン（Ｓ字パターン）で表す）を与えて，サーボモータを駆動し，実際の振動を計測して振動が少なくなるように速度，加速度の組合せを手作業で少しずつ変え，安定して最短時間で駆動できる加速度パターンを求めていた（以後，この操作をチューニングと称する）。また，加速度パターンと別に，サーボモータを高精度に動作させるためには制御ゲインの調整が必要であるが，従来，この調整は加速度パターンとは別にステップ入力等により行い，加速度のチューニングとは別の処理で行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の加速度パターンのチューニング方法は，速度，加速度を経験的に与え，オッシロスコープ等で動作状態を観察しながら調整していたので試行錯誤による部分が多く，調整に時間のかかるものであった。特に，ロボットでは６個のモータについて一つずつ加速度パターンを調整しなければならないので，長期間（１か月程度）を必要とする作業であった。さらに，判断を作業者が下すために調整された結果にバラツキを生じやすかった。また，設計においては非線形項を考慮していないため速度軌跡の計算値と実測値に差がでることがしばしばあり，この理由からも速度，加速度のチューニングは困難な作業であった。
【０００４】
本発明は，サーボモータ等の駆動装置を駆動するための最適加速度パターンの設定を容易に行うことができる制御システムおよび加速度パターンの設定方法，さらにそのように設定した最適加速度パターンのもとに，連続処理で制御ゲインの調整を行うことのできるパラメータ設定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，与えられた加速度パターンに従って被制御物の移動制御をする制御システムにおいて，被制御物に振動検出手段を備え，加速度パターンを発生し，振動検出手段の検出した振動の振動値を変数として評価関数を演算し，加速度パターンを変更して評価値を求め，該評価値に従って該振動が最小となる最適加速度パターンを求めて自動設定するようにした。
【０００６】
図１は本発明の基本構成の説明図である。
図１ (a)は基本構成である。
図１において，
１は被制御物である。
【０００７】
２は振動検出手段であり，例えば加速度センサであって，被制御物１が受ける振動を測定するものである。
５は加速度パターン設定手段であって，被制御物１に生じる振動が最小になるような加速度のパターンを求めるものである。
【０００８】
６は加速度パターン調整部であって，振動が最小になるように，加速度パターンを調整するものである（例えば，図１ (b)，図１ (c)等の加速度パターンの速度，加速度，加加速度，減速度，減減速度等を調整する）。
【０００９】
７は評価値算出部であって，振動検出手段２で測定された振動値を変数として評価値を求めるものである。
８は加速度パターン変更部であって，評価値算出部７の評価値に従って，速度，加速度を変更するものである。
【００１０】
９は加速度パターン発生部であって，加速度パターン調整部６の結果に従って，調整された加速度パターンを発生するものである。
１１は駆動制御手段であって，加速度パターンに従って駆動装置１２の駆動制御を行うものである。
【００１１】
１２は駆動装置であって，被制御物１を駆動するものである。
図１ (b)は加速度パターンの例であり，台形パターンの場合であり，横軸は時間，縦軸は速度である。
【００１２】
スタート（原点）から時刻ｔ1 までは定加速度で加速し，時刻ｔ1 から時刻ｔ2 までは定速度（加速度０）で制御し，時刻ｔ2 から時刻ｔ3 （目標位置）までは定加速度（定減速度）で制御する加速度パターンである。
【００１３】
図１ (c)は加速度パターンの別の例であり，Ｓ字パターンの場合である。横軸は時間，縦軸は加速度である。
スタート（原点）から時刻ｔ1 までは定加加速度で制御し，時刻ｔ1 から時刻ｔ2 までは定加速度で制御し，時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までは定減減速度で制御する。さらに，ｔ3 からｔ4 までは，加速度０（定速度）で制御し，時刻ｔ4 からｔ5 までは定減減速度で制御し，さらに時刻ｔ5 からｔ6 までは定減速度で制御し時刻ｔ6 から時刻ｔ7 （目標値）では，定加加速度で制御するものである。
【００１４】
図１の本発明の原理図の動作を説明する。
加速度パターン発生部９は初期条件で与えられ加速度パターンを発生し，その加速度パターンで被制御物１は動作しているとする。加速度パターンは，例えば，図１ (b)， (c)のようなパターンである。制御装置Ａはその加速度パターンに従って被制御物１を駆動する。被制御物１は制御装置Ａで駆動され，スタート位置から目標位置に向かって移動するが，移動経路上で振動を生じる。振動検出手段２はその振動を測定し，評価値算出部７は，振動値と制御物の現在位置をもとに評価関数を計算する。評価関数は振動値を変数とするものであって，例えば，振動数が小さい程，評価値が小さくなるような関数である（以下，振動数が小さいほど評価値が小さくなる評価関数を例として説明する）。加速度パターン変更部８は速度，加速度を変更する。最小評価値は，例えば，評価目標値を定め，一定時間（以下整定時間と称する）の範囲でその評価目標値に最も近いものを求める。加速度パターン発生部９は，変更された加速度パターンを発生する。駆動制御手段１１は生成された加速度パターンに従って駆動装置１２の制御量（サンプリング毎の移動目標値）を生成し，その制御量に従って駆動装置１２は被制御物１を駆動する。
【００１５】
以上の処理を繰り返し，加速度パターン設定手段５は被制御物１の振動が最小となる加速度パターンを求める。
本発明によれば，従来手作業で行っていた最適加速度パターンの設定を自動化し，最適な速度・加速度の組合せを短時間に求めることができる。また，手作業で最適加速パターンを求める場合には，作業者により，あるいは作業毎に調整結果にバラツキを生じやすいが，本発明では，計算機により振動が最小になる加速度パターンを求めるので，調整された結果にバラツキがなく均一な特性が得られる。さらに，振動が少なく目標位置に短時間で移動する制御システムを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施例のシステム構成であり，被制御物がロボットアームの場合を例として示す。
【００１７】
図２ (a)は本発明のシステム構成である。
図２ (a)において，
Ａは制御装置である。
【００１８】
５は加速度パターン設定手段である。
６は加速度パターン調整部である。
９は加速度パターン発生部である。
【００１９】
２１はモータ制御部である（図１の駆動制御手段に相当する）。
２２はサーボモータである（図１の駆動装置に相当する）。
２５はロボットアームであって，被制御物である。
【００２０】
２６は加速度センサであって，ロボットアーム２５の先端等に取りつけられていて，ロボットアーム２５の先端部の加速度を検出するものであり，振動を測定するものである。
【００２１】
２７は振動値入力部であって，加速度センサ２６の求めた加速度に基づく振動値（ロボットアームの先端に生じる加速度）を入力するものである。
２８は位置検出部であって，サーボモータの回転数等をエンコードし，ロボットアーム２５の位置を判定するものである。
【００２２】
３０は入出力装置であって，最大速度，最大加速度，加速度パターンの種類等の初期値を入力したり，あるいは求めた加速度パターン，応答特性等を出力するものである。
【００２３】
図２ (b)は加速度パターン設定手段，モータ制御部の実施例の構成である。
３３はＣＰＵ，３４はＲＡＭである。３６は加速度パターン発生プログラムである。３７は加速度パターン調整プログラムである。３８は入出力制御プログラムである。３９はモータ制御プログラムである。
【００２４】
加速度パターン調整部６で評価計算をする関数の例は次のとおりである。
0003657718.tif 000002
但し，Ｗ：重み係数
α（ｔ）：加速度センサ出力
ｒｅｆ：目標値もしくは理想的な応答波形（シミュレーションにより求める時）
Ｘ（ｔ）：位置の実測値である。
【００２５】
Ｔ：時間であって，スタートからの時間もしくは（暫定時間−ｔ）である。
ｉは各サンプル周期の番号を表す
図２の構成を説明する。
【００２６】
初期値で与えられる加速度パターンに従って，各部が動作しているとする。加速度センサ２６はロボットアーム２５が移動する時に生じる振動の加速度を検出する。振動値入力部２７は加速度センサ２６の検出する加速度を求める。また，位置検出部２８はサーボモータの回転数をエンコードしロボットアーム２５の移動量（移動位置）を求める。
【００２７】
加速度パターン調整部６はロボットアーム２５の先端の振動値とその位置のデータを入力する。そして，加速度パターン調整部６において，評価値算出部（図１参照）は，評価値を上記評価関数により求める。加速度パターン変更部（図１参照）は評価値が最小と判定されるかどうか判断する。そして，評価値が最小であると判定されない場合には，速度，加速度，あるいは加加速度等を変更し，加速度パターン発生部９は加速度パターンの変更された加速度パターンを発生する。
【００２８】
モータ制御部２１は変更された加速度パターンに従ってサンプリング毎の目標位置を発生し，サーボモータ２２を駆動する。サーボモータ２２に駆動されロボットアーム２５が目標位置に向かって移動する。
【００２９】
上記の処理を一定時間繰り返し，評価値が最小となる加速度パターンを求め，最適加速度パターンとして設定する。
図３は本発明の加速度パターン調整部の実施例である。
【００３０】
図３において，
５は加速度パターン設定手段である。
６は加速度パターン調整部である。
【００３１】
６’は偏差検出手段であって，ロボットアームの最終目標値ｒｅｆとロボットアームの先端の位置Ｘ（ｔ），加速度センサの振動値（加速度α（ｔ））を入力するものである。
【００３２】
７は評価値算出部であって，最終目標値ｒｅｆと位置Ｘ（ｔ）との差および，，振動値（加速度α（ｔ））に従って，前述の評価関数により加速度を求めるものである。
【００３３】
８は加速度パターン変更部であって，評価値に基づいて加速度パターンの変更をする必要の有無を判定し，変更する必要がある場合には速度，加速度，加加速度等を変更するものである。
【００３４】
９は加速度パターン発生部である。
図３の構成の動作を説明する。
偏差検出手段６’は目標値（ｒｅｆ），位置Ｘ（ｔ），振動値（加速度α（ｔ））を入力し，評価値算出部７は前述の評価関数に従って評価値を求める。
【００３５】
評価関数は，振動（加速度α（ｔ））が小さい程，関数値（評価値）が小さくなる。加速度パターン変更部８は評価値をもとに加速度パターンを変更する必要があるか，あるいはないかを判定する。加速度パターンの変更を必要とする場合には，加速度パターンを少し変更し（変更方法については後述する），加速度パターン発生部９は変更された加速度パターンを発生する。モータ制御部２１は，その加速度パターンに基づいて，サンプリング毎の移動目標値を求め，サーボモータを駆動する。
【００３６】
加速度パターン変更部における最小評価値の判定および加速度パターンの変更方法は次のとおりである。
まず，評価値の目標値を定めて置く。そして，整定時間の範囲内で加速度パターンを変更し，評価値の目標値に一番近い評価値を最小と判断する。あるいは，整定時間が終了する前に，一定の範囲内で評価値の目標値に近いものが見つかったら，その評価値を最小と判断する。そして，加速度パターンの変更は次のように行う。
【００３７】
例えば，台形の加速度パターンを求める場合，加速度，最大速度，減速度の次のような組合せを考える。そして，速度，加速度のパラメータ値を少し増加もしくは減少させた次のような組合せについて，各加速度パターンを求め，それぞれのパターンにより被制御物を駆動する。そして，それぞれの加速度パターンの評価値を算出する。
【００３８】
▲１▼  加速度を増加する。最大速度を増加する。減速度を増加する。
▲２▼  加速度を増加する。最大速度を減少する。減速度を増加する。
▲３▼  加速度を減少する。最大速度を増加する。減速度を減少する。
【００３９】
▲４▼  加速度を減少する。最大速度を減少する。減速度を減少する。
その評価値のうち，評価値が小さい一つもしくは複数の加速度パターンを求める。そして，その選んだ数点の加速度パターンについて同様の処理をくり返し，最小の評価値の加速度パターンを求め，それを最適加速度パターンとして設定する。
【００４０】
なお，上記の加速度と減速度は符号が異なるとした場合の組合わせであって，それぞれの絶対値が異なるようにする場合に，８通りの組合せが考えられ，その中から評価関数を小さくする組合せを一つもしくは複数選択する。あるいは，パラメータの一つのみを変更し，他は，変更しないようにして評価関数の変化を判定するようにしても良い。
【００４１】
図４〜図８を参照して，本発明の加速度パターンの発生方法について説明する。
図４は加速度パターンの例であり，台形パターンを示す。
【００４２】
台形パターンの生成に必要なパラメータは速度と加速度であり，最大速度（Ｖｍａｘ）と最大加速度ａ0 を条件として与える。
台形パターンを３つの領域（(1) ，(2) ，(3) ）に分割して考える。
【００４３】
台形パターンの発生のロジックは次の通りである。
(1)   加速段階
一定加速を行い，最大速度（Ｖmax ）に達すると定速度段階(2) に移行する。
但し，位置成分（例えば，ロボットアームの位置）が全工程（開始位置から目標位置まで）の１／２に達したら，規定時間定速度を維持したあと直ちに減速段階に移行する。
【００４４】
(2)   定速度段階
加速を行わず一定の速度で移動する。目標までの距離が(1) に要した距離になったら，減速段階に移行する。但し，位置成分（スタートからの移動距離）が全工程の１／２に達したら直ちに減速段階に移行する（図４ (b)参照）。
【００４５】
(3)   減速段階
一定減速を行い，速度が０（ゼロ）に達したら，加速度パターンの生成を終了する。但し，パターンの生成は，離散的な演算であり，最終目標位置に対して誤差を持つことが考えられるので，次に，目標位置調整段階の処理を行う。
【００４６】
(4)   目標位置調整段階
(3) の段階で計算された位置（Ｘ）が最終目標（ｒｅｆ）近傍（差がε）未満）に達したら，残差をｎ当分し，サンプリング毎に加算する。残差がλ未満となったら目標位置に到達したとみなし，次の制御安定待ち段階に移行する。
【００４７】
(5)   制御安定待ち段階
サンプリングされたサーボモータの回転数のエンコーダ値と目標位置との偏差（ｅ）を確認し，偏差がλ2 未満となり，かつそれが一定期間（１サンプリングの間）連続したら制御が安定したとみなし，制御を完了する。
【００４８】
図５は上記の関係をまとめたものである。
図５において，Ｖ0 は初期速度である。Ｘ0 は初期位置である。Ｖk はＫ番目のサンプリングの速度である。Ｖmax は最大速度である。ｒｅｆは最終目標位置である。Ｔは開始からの時間である。
【００４９】
図６，図７，図８によりＳ字パターンの生成方法について説明する。
図６はＳ字パターンの例である。
Ｓ字パターンの生成に必要なパラメータのうち，最大加速度（Ａmax ），加加速度Ａ’および最大速度Ｖmax はあらかじめ与えておく。
【００５０】
生成する加速度のパターンを７つの領域に分割して考える。
(1) 加加速段階
一定のレート（加加速度）で加加速を行い，最大加速度に達すると定加速度段階に移行する。但し，位置成分が全工程の１／２に達したら，規定時間定速度を維持したあと直ちに(8) の段階に移行する。移行に先立ち，現状の加速度を符号反転する。
【００５１】
(2) 定加速度段階
加加速を行わず，一定の加速度で移動する。速度成分（Ｖ）が最大速度に達する工程のうち(1) に要した加速期間を除いた値に達したら減減速段階に移行する。但し，位置成分が全工程の１／２に達したら，規定時間定速度を維持したあと，直ちに(7) の段階へ移行する。移行に先立ち，現状の加速度の符号を反転する。
【００５２】
(3) 減減速段階
一定の割合で減減速を行い，速度が既定値（Ｖmax ）（最大速度）に達すると，減減速段階を終了し，揃速段階に移行する。但し，位置成分が全工程のうちの１／２に達したら，規定時間だけ定速度を維持したあと直ちに(6) の段階へ移行する。移行に先立ち，現状の加速度の符号を反転する。
【００５３】
(4) 揃速度段階
速度が最大速度（Ｖmax ）になるまで，速度成分を調整する。速度成分が規定の最大速度に達したら定加速度第二段階へ移行する。
【００５４】
(5) 定速度第二段階
加速を行わず，一定の速度で移動する。最終生成パターン（位置＝Ｘ）が全工程のうち(1) に要した距離を除いた値に達したら減減速第二段階に移行する。但し，位置成分が全工程の１／２に達したら，直ちに(6) の段階へ移行する。
【００５５】
(6) 減減速度第二段階
一定の割合（加加速度）で減減速を行い，負の最大加速度（−Ａmax ）に達すると，加速度第二段階へ移行する。この段階中に位置成分が全工程の１／２に達したら，オーバーラン（位置成分の最終値が最終目標値を越える）は避けられないため，パターンの生成を続行する。
【００５６】
(7) 定加速第二段階
加加速を行わず，一定の加速度で移動する。速度成分（Ｖ）が速度ゼロに達する工程のうち(6) に要した減速期間を除いた値に達したら加加速第二段階に移行する。この段階中に位置成分が全工程の１／２に達したら，オーバラン（位置成分の最終値が最終目標値を越える）は避けられないため，パターンの生成を続行する。
【００５７】
(8) 加加速第二段階
一定の割合で加加速を行い，加速度がゼロに達したら，揃速度第二段階に移行する。この段階中に位置成分が全工程の１／２に達したら，オーバラン（位置成分の最終値が最終目標値を越える）は避けられないため，パターンの生成を続行する（(9) に移行する）。
【００５８】
(9) 揃速度第二段階
速度がゼロになるまで，速度成分を調整する。速度成分がゼロになったら目標位置調整段階に移行する。
【００５９】
(10)  目標位置調整段階
(9) の最後で計算された位置（Ｘ）が最終目標位置（ｒｅｆ）近傍（差がε未満）となったら，残差をｎ等分し，サンプリング毎に加算する。残差がλ未満となったら目標位置に到達したとみなし，制御安定待ち段階へ移行する。
【００６０】
(11)  制御安定待ち段階
サンプリングされたエンコーダ値と最終目標位置との偏差（ｅ）を確認し，偏差がλ2 となりかつ，それが一定期間（１サンプリング）連続したら制御が安定したとみなし，制御を完了する。
【００６１】
図７，図８は上記のＳ字パターンの発生方法をまとめたものである。
図９は本発明の制御量演算部のフローチャートである。
Ｓ１  初期値を設定する。初期値は初期パターンの他，加速度パターンの最大速度，最大加速度，パターンの種類，制限条件等のチューニングパラメータを与える。
【００６２】
Ｓ２  サーボモータの回転数のエンコーダ値を読み取る（位置Ｘ（ｔ）を求める）。
Ｓ３  パターン生成ロジック（図４〜図８において説明した加速度パターン発生方法）により，加速度パターンを発生する。
【００６３】
Ｓ４  求めた加速度でサーボモータを駆動するためのフィードバック制御をする。
Ｓ５  加速度センサの出力の電圧（加速度（振動値））を読み取り，メモリに保持する。
【００６４】
Ｓ６  最終目標位置に到達するまでＳ２〜Ｓ５を繰り返し，最終目標位置に到達したか判定し，到達していれば制御を終了する。
Ｓ７  前述の評価関数を使用して評価計算をする。
【００６５】
Ｓ８  最大速度，加速度（減速度），加加速度（加減速度）等の加速度パラメータを変更した，評価値を比較し，評価値が減少する条件（パラメータを変更する条件）を求める（チューニング）。
【００６６】
Ｓ９  チューニング結果（評価値の比較結果）が良好であれば（評価値を最小とする加速度パターンが求まる），加速度パターンのチューニングを終了する。チューニング結果が良好でなければＳ１０に進む。
【００６７】
Ｓ１０  加速度パターン調整のパラメータを調整し，Ｓ２以降の処理を繰り返す。
チューニングは，前述の加速度パターン変更部の加速度パターンの変更方法に従う（図３の説明参照）。
【００６８】
図１０は本発明の実施例２の構成である。
図１０は，複数のモータ（モータ１，モータ２，モータ３）をロボットアームの先端７４の振動が最小になるように予め定めた一定時間（整定時間）の間に各モータの加速度パターンを調整するものである。
【００６９】
図１０において，
２６は加速度センサである。
２７は振動値入力部である。
【００７０】
７１は関節１であって，モータ１で動作するものである。
７２は関節２であって，モータ２で動作するものである。
７３は関節３であって，モータ３で動作するものである。
【００７１】
７４はロボットアームの先端である。
７５はロボットアームの基台である。
８１は制御装置１であって，本発明の加速度パターン設定手段，パターン発生部，位置検出部，モータ制御部，モータ駆動装置等を含むものであって（図１参照），関節１（７１）のモータ１の加速度パターンの設定，駆動を行うものである。
【００７２】
８２は制御装置２であって，関節２（７２）のモータ２の加速度パターンの設定，駆動を行うものである。
８３は制御装置３であって，関節３（７３）のモータ３の加速度パターンの設定，駆動を行うものである。
【００７３】
図１０の構成の動作を説明する。
制御装置１（８１）は加速度パターン１を発生し，モータ１を駆動する。制御装置２（８２）は加速度パターン２を発生し，モータ２を駆動する。制御装置３（８３）は加速度パターン３を発生し，モータ３を駆動する。
【００７４】
制御装置１（８１），制御装置２（８２），制御装置３（８３）は加速度センサ２６の検出した振動値を入力する。そして，例えば，制御装置１（８１）はモータ１の振動値（α（ｔ）），位置Ｘ（ｔ）を入力し，最終目標値（ｒｅｆ）とにより評価関数を計算して評価値を求め，整定時間の間に加速度センサ２６の検出する振動値を最小にする最適加速度パターン１を求める。同様に，制御装置２（８２），制御装置３（８３）も加速度パターン１の振動値およびそれぞれの制御物の位置を入力して評価値を求め，整定時間の間にロボットアームの先端の振動数が最小になるような加速度パターン２，加速度パターン３を求める。
【００７５】
本実施例によれば，一定の整定時間の間にアームの先端７４の振動を最小にするように各関節（関節１，関節２，関節３）を駆動する加速度パターンを求めることができる。性能のよいロボットアームとすることができる。
【００７６】
図１１は本発明の実施例３であって，本発明の方法による最適加速度パターンの設定と最適制御ゲインの設定を一定の整定時間の間に行うものである（最適制御ゲインの調整方法の詳細は特開平８−１６２０５号参照）。
【００７７】
図１１において，
図１１の構成において，加速度パターン設定手段５，加速度パターン調整部６，加速度パターン発生部９，サーボモータ２２，ロボットアーム２５，振動値入力部２７，入出力装置は前述のものと同様である。
【００７８】
２１はモータ制御部（図１の駆動制御部に相当する）であって，加速度パターン発生部９の発生した加速度パターンに従ってサーボモータのサンプル毎の移動目標値を発生してサーボモータ２２を駆動するものである。そして，制御ゲイン調整部を備えて，サーボモータの応答特性が最善になるように制御ゲインを調整するものである。
【００７９】
９１は制御目標値出力部であって，サーボモータの制御信号を出力ものである。
９２は制御ゲイン調整部であって，加速度パターン発生部９の発生した加速度パターンに従ってサーボモータ２２を駆動する場合の制御量の理論値と実際に駆動して得られる制御量との差を基にサーボモータの応答特性が最善になるような制御ゲインを求め，設定するものである。
【００８０】
９３は最適加速度パターンに従って動作する場合の理論的な制御量を演算するものである。
図１１の構成の動作は後述する。
【００８１】
図１２は制御ゲイン調整部のブロック図である。
図１２において，
９２は制御ゲイン調整部である。
【００８２】
１１９は偏差検出部であって，最終目標値（ｒｅｆ）と制御値（位置検出部の検出した位置）との偏差を検出するものである。
１２０は調整演算部であって，偏差に対して比例，積分，微分の調整演算を行うものである。
【００８３】
１２０ａは比例演算部である。
１２０ｂは積分演算部である。
１２０ｃは微分演算部である。
【００８４】
１２１は係数制御部であって，調整演算部１２０の各項の係数を制御するものである。
１２２は応答特性検出部であって，実際に駆動して得られる制御量と理論的制御量との差を検出するものである。
【００８５】
１２３は評価値算出部であって，応答特性計算部９３で計算した最適加速度パターンにより駆動した場合の理論的制御量と，最適加速度パターンで実際に駆動して得られる制御量との差に基づいて評価値を算出するものである。
【００８６】
図１２において，評価値算出部１２３は，次の評価関数で偏差を応答特性を評価する。
Ｊ＝Σ｛ｔ2 （Ｙｓ（ｔ）−Ｙ（ｔ））｝2 ＋Σ｛δ2 （ｔ）2 ｝
ここで，Ｙｓ（ｔ）はシュミレーション値であって，最適加速度パターンにより駆動した場合に得られる理論的制御量である。
【００８７】
Ｙ（ｔ）は，加速度パターンで駆動した時に実際に得られる制御量である。
δ2 （ｔ）は重み係数である。
比例演算部の制御ゲインの係数Ｋｐ，積分演算部の制御ゲインの係数Ｋｉ，微分演算部の制御ゲインの係数Ｋｄの各係数を増減する組合せを考え，例えば，
▲１▼  Ｋｉ増，Ｋｉ増，Ｋｄ減，▲２▼  Ｋｉ増，Ｋｉ減，Ｋｄ減等の８種類の組合せを考え，それぞれの場合について評価値を求め，評価値の小さい一つもしくは複数の組合せを求める。そして，その係数についてさらに増減する組合せを求めて，評価値を求める処理を繰り返し，整定時間の範囲で評価値を最小とする係数を求める。そして，その係数を最適制御ゲインとして設定する。
【００８８】
図１３は本発明の実施例４の構成である。図１３は，複数のモータにより駆動されるシステムにおいて，制御物の振動が最小になるように，整定時間の範囲内で，各モータの最適加速度パターン，最適制御ゲインを求めるものである。
【００８９】
制御物は図１０と同様のロボットアームである。制御装置１，制御装置２，制御装置３が，それぞれアームの先端７４の振動が最小になるようにモータ１（７１），モータ２（７２），モータ３（７３）の加速度パターンを設定，ぞれぞれのモータを駆動する点は，図１０の場合と同様である。図１３では制御装置１（８１），制御装置２（８２），制御装置３（８３）がそれぞれに，制御ゲイン調整部を備え，それぞれの最適加速度パターンのもとに，それぞれのモータの制御ゲインを最適に設定するものである。
【００９０】
図１３において，
制御装置１はアームの先端７４の先端の振動が最小になるようにモータ１の速度パターン１を設定する。制御装置２はアームの先端７４の先端の振動が最小になるようにモータ２の速度パターン２を設定する。制御装置３はアームの先端７４の振動が最小になるようにモータ３の速度パターン３を設定する。
【００９１】
制御ゲイン調整部１（１２１’）は加速度パターン１でモータ１を駆動した場合の理論的制御量と実際にパターン１で駆動して得られる制御量との差を基に評価値を計算し，評価値が最小となる制御ゲインを設定する。制御ゲイン調整部２（１２２’）は加速度パターン２でモータ２を駆動した場合の理論的制御量と実際にパターン２で駆動して得られる制御量との差を基に評価値を計算し，評価値が最小となる制御ゲインを設定する。制御ゲイン調整部３（１２３’）は加速度パターン３でモータ３を駆動した場合の理論的制御量と実際にパターン３で駆動して得られる制御量との差を基に評価値を計算し，評価値が最小となる制御ゲインを設定する。
【００９２】
図１４は台形パターンによる応答特性と振動の状態を示すものである。
図１４ (a)は台形パターンにおけるチューニング前とチューニング後の応答特性の変化を示すものである。横軸は時間であり，縦軸は位置である。
【００９３】
チューニングにより応答特性が改善されていることが示されている。
図１４ (b)は台形パターンにより発生する振動の状態を示す。横軸は時間であり，縦軸は加速度である。図示のように振動しながら目標位置に到達することを示す。
【００９４】
図１５はＳ字パターンによる応答特性と振動の状態を示すものである。
図１５ (a)はＳ字パターンにおけるチューニング前とチューニング後の応答特性の変化を示すものである。横軸は時間であり，縦軸は位置である。
【００９５】
チューニングにより応答特性が改善されていることが示されている。
図１５ (b)はＳ字パターンにより発生する振動の状態を示す。横軸は時間であり，縦軸は加速度である。図示のように振動しながら目標位置に到達することを示す。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば，制御物に発生する振動を最小とする最適な速度・加速度の組合せの加速度パターンを短時間に求めることができる。また，振動が最小になる加速度パターンを計算機により評価値を計算して求めるので，調整された結果にバラツキがなく均一な特性が得られる。そのため，応答特性が高速なロボット等を容易に得ることができる。
【００９７】
また，複数のモータを備え，任意のモータが他のモータの負荷になって駆動するような場合にも，被制御物の振動を最小にするそれぞれのモータの加速度パターンを容易に求めることができる。また，求めた加速度パターンにより駆動した場合の最適制御ゲインも自動的に求めることができるので，応答特性のすぐれた制御システムを容易に実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例１のシステム構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の加速度パターン調整部の実施例を示す図である。
【図４】本発明の加速度パターンの例を示す図である。
【図５】本発明の台形パターンの生成条件を示す図である。
【図６】本発明の加速度パターンの例を示す図である。
【図７】本発明のＳ字パターンの生成条件を示す図である。
【図８】本発明のＳ字パターンの生成条件を示す図である。
【図９】本発明の加速度パターン設定手段のフローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の実施例２を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３を示す図である。
【図１２】本発明で実施例する制御ゲイン調整部の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例４を示す図である。
【図１４】本発明の台形パターンの応答特性と振動の例を示す図である。
【図１５】本発明のＳ字パターンの応答特性と振動の例を示す図である。
【符号の説明】
１：被制御物
２：振動検出手段
５：加速度パターン設定手段
７：評価値算出部
８：加速度パターン変更部
９：加速度パターン発生部
１１：駆動制御手段
１２：駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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