(57)【要約】【課題】調整処理を行うＣＰＵへの別電源を準備できない環境においても制御パラメータの自動調整を行うことのできる制御パラメータ調整装置を提供する。【解決手段】本発明の制御パラメータ調整装置は制御装置との接続／分離が可能であり、調整機能を実行するＣＰＵへの電源は制御装置から供給される構造を有する。これにより電源環境によらず確実に制御パラメータの自動調整を可能とする。【選択図】図１
2005310023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータの制御装置の制御パラメータ調整装置であって、制御パラメータ調整機能を実行するＣＰＵへの電源が前記制御装置から供給される構造を有し、かつ前記制御装置と接続および分離が可能な構造を有し、前記制御パラメータ調整機能は、前記制御装置で制御される対象の周波数特性を測定する機能と、測定された周波数特性に基づいて制御パラメータを算出する機能と、算出された制御パラメータを制御装置に設定する機能とを有することを特徴とする制御パラメータ調整装置。
【請求項２】
サーボモータの制御装置の制御パラメータ調整装置であって、制御パラメータ調整機能を実行するＣＰＵへの電源が前記制御装置から供給される構造を有し、かつ前記制御装置と接続および分離が可能な構造を有し、前記制御パラメータ調整機能は、制御パラメータを変更する機能と、前記制御装置の動作状態を取得する機能と、前記動作状態に基づいて制御パラメータを算出する機能と、算出された制御パラメータを制御装置に設定する機能とを有することを特徴とする制御パラメータ調整装置。
【請求項３】
制御パラメータ調整機能の実行状況を示す機能を有することを特徴とする請求項１から請求項２いずれかに記載の制御パラメータ調整装置。
【請求項４】
算出された制御パラメータを表示する機能を有することを特徴とする請求項１から請求項２いずれかに記載の制御パラメータ調整装置。
【請求項５】
不揮発性メモリを着脱する機構を有し、制御パラメータ調整機能を実行して得られるデータを前記機構に取り付けられた不揮発性メモリに記憶する機能を有することを特徴とする請求項１から請求項２いずれかに記載の制御パラメータ調整装置。
【請求項６】
制御パラメータ調整機能を実行して得られるデータを記憶する不揮発性メモリを有することを特徴とする請求項１から請求項２いずれかに記載の制御パラメータ調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータの制御装置の制御パラメータを自動的に調整する装置に関し、特に電源環境によらず確実に制御パラメータ調整を行うことのできる制御パラメータ調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用機械の送り軸等に使用されているサーボモータの制御性能を十分なものとするためには、制御装置の制御パラメータを適切な値に調整する必要がある。制御パラメータにはゲインや総イナーシャ等数多くあり、これら制御パラメータを自動的に調整するために、例えば、サーボモータに所定の動作を行わせるための調整用プログラムを制御装置へ送出し、送出された調整用プログラムによって駆動されるサーボモータのサーボ情報を解析し、解析結果に基づいて制御装置の制御パラメータを求め、求めたパラメータを制御装置へ送出する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この制御パラメータ調整動作は制御パラメータ調整装置内のＣＰＵによって制御される。
【特許文献１】特開平８−２２１１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の技術は、調整プログラムの読み出しと制御装置への送出、送出された調整プログラムによって駆動される時のサーボ情報の解析、解析結果に基づく制御装置の制御パラメータの算出等、多くの処理行うＣＰＵを有しているが、ＣＰＵへの電源供給に関しては考慮されていない。制御パラメータの調整作業は制御装置を含む機械構成が変わった時などにも行われ、環境によってはコンセント等、制御パラメータ調整装置用の別電源を準備できない場合もある。この場合、制御パラメータの調整作業ができない。バッテリーを制御パラメータ調整装置内に具備しこれによってＣＰＵを動作させる手段も考えられるが、その場合もバッテリーが切れる可能性があり課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の制御パラメータ調整装置は、制御装置との接続／分離が可能であり、制御パラメータ調整機能を実行するＣＰＵの電源を制御装置から供給する構造を有する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の制御パラメータ調整装置によれば、制御装置との接続／分離が可能であり、制御パラメータ調整機能を実行するＣＰＵの電源を制御装置から供給する構造を有しているので、電源環境によらず確実に制御パラメータの調整が可能である。また、電源コードやバッテリー等の電源供給のための部品が不要なので小型化でき、持ち運びが容易になる。
【０００６】
また、制御装置で制御される対象の周波数特性を測定する機能と、測定された周波数特性に基づいて制御パラメータを算出する機能と、算出された制御パラメータを制御装置に設定する機能とを有するので、自動的な制御パラメータの調整が可能となる。
【０００７】
また、制御パラメータを変更する機能と、前記制御装置の動作状態を取得する機能と、前記動作状態に基づいて制御パラメータを算出する機能と、算出された制御パラメータを制御装置に設定する機能とを有するので、自動的な制御パラメータの調整が可能となる。
【０００８】
また、制御パラメータ調整機能の動作状態を示す機能を有するので、待機中、制御パラ
メータ算出中等、現在の動作状態を容易に確認できる。
【０００９】
また、調整した結果の表示機能を有するので算出された制御パラメータを容易に確認できる。
【００１０】
また、調整作業中のデータを保存できる不揮発性メモリを有する、あるいは不揮発性メモリを取り付け可能な構造を有しているので、調整作業中のデータを保存でき、調整後にデータを参照できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１において、制御対象３はサーボモータ１とサーボモータ１に連結された負荷２から成り、制御装置４はサーボモータ１を駆動することにより制御対象３を制御する。制御パラメータ調整装置５ａは接続ケーブル６を介して制御装置４と接続部７において接続／分離が可能な構造となっており、制御パラメータ調整時に接続を行う。図１は接続された状態を示す。
【００１３】
制御パラメータ調整装置５ａは、状態表示部８、調整機能実行ボタン９を有する。
【００１４】
図２は図１における制御パラメータ調整装置５ａと接続ケーブル６の詳細を示す図である。ＣＰＵ５１ａは制御パラメータ調整装置５ａの内部に配置され、演算処理、データの送受信等を行う。ＣＰＵ５１ａを動作させるための電源は、接続ケーブル６内の電源線６１を介して制御装置４から供給される構造になっている。また、接続ケーブル６は外部データ送受信線６２を有し、制御装置４との情報データの送受信に用いられる。ＣＰＵ５１ａは内部データ送受信線５２ａを介して状態表示部８、調整機能実行ボタン９と接続されている。
【００１５】
次に、制御パラメータ調整装置５ａの動作について説明する。接続ケーブル６が制御装置４に接続され、制御パラメータ制御装置５ａのＣＰＵ５１ａに電源が供給されると、状態表示部８は通電状態を示す表示をする。例えば状態表示部８にＬＥＤを用い赤く点灯させる。制御装置はサーボモータを駆動させるための電源を有するので制御パラメータ調整装置へ給電することができる。
【００１６】
制御パラメータを調整する時は、調整機能実行ボタン９を押す。すると内部データ送受信線５２ａを介してＣＰＵ５１ａにボタンを押したことが伝達され、ＣＰＵ５１ａは制御パラメータ調整機能を実行する。以下制御パラメータ調整機能の詳細を説明する。
【００１７】
図３は制御装置４を含む制御ブロック図で速度フィードバック制御系の例を示す。速度指令が与えられると、サーボモータ１の検出されたモータ速度との速度偏差が計算される。次にこの速度偏差と、この速度偏差に速度積分ゲインを乗じて積分した値が加算される。そして、この加算値に速度比例ゲインが乗算され、乗算値をフィルタに通した値をトルク指令として算出し、このトルク指令に従ってサーボモータ１を駆動する。この場合の制御パラメータは、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン、フィルタ設定値である。
【００１８】
図４は制御パラメータ調整機能の処理を説明するためのフローチャートである。制御パラメータ調整機能が開始されると、ステップ１として、制御装置を含む制御対象の周波数特性を測定する。制御装置４にホワイトノイズのトルク指令でサーボモータ１を駆動する指令を与える。続いて、制御パラメータ調整装置５ａは駆動時のトルク指令とモータ速度
の情報をサンプリングする。そしてサンプリングデータをＦＦＴ等で周波数解析することによって制御対象の周波数特性、すなわち図４におけるトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出する。
【００１９】
ステップ２として、算出された周波数特性から制御対象の特徴量を算出する。特徴量としては、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャ等である。共振周波数、反共振周波数は算出された周波数特性のゲイン特性の変曲点から算出でき、総イナーシャは算出された周波数特性のゲイン特性の低周波領域のゲインから算出できる。
【００２０】
図５は算出される周波数特性のゲイン特性の例である。ゲイン変曲点であるＡ点の周波数を調べることによって共振周波数が、ゲイン変曲点であるＢ点の周波数を調べることによって反共振周波数が、ゲイン特性の低周波領域の延長ラインと０ｄＢラインとの交差点Ｃの周波数の逆数から総イナーシャを求めることができる。
【００２１】
ステップ３として、最大速度比例ゲインの算出を行う。制御対象の周波数特性に共振周波数から共振周波数が算出された場合、所定周波数成分を抑圧するフィルタであるノッチフィルタを設定することにより制御安定性を図ることができる場合がある。従って、ステップ３では算出された共振周波数を抑圧周波数とするノッチフィルタの付加条件を変更しながら各条件における速度比例ゲインを算出し最大速度比例ゲインの算出を行う。
【００２２】
速度比例ゲインの算出について図６を用いて説明する。図６は図４における速度偏差出力点からモータ速度までの周波数特性の例を示す。図６は速度積分ゲインとフィルタは設定されていない状態での周波数特性である。
【００２３】
図６において速度比例ゲインを大きくすると、周波数特性のゲイン特性が全体的に上がる。逆に速度比例ゲインを小さくすると、周波数特性のゲイン特性が全体的に下がる。ナイキストの安定定理より、位相が−１８０［ｄｅｇ］以下となる周波数領域でゲインが０［ｄＢ］以下ならば安定は保証されるので、図６の周波数特性において−１８０［ｄｅｇ］になる周波数におけるゲインが０［ｄＢ］になる速度比例ゲインを算出する。ノッチフィルタを付加する場合は、付加するノッチフィルタの周波数特性を加えた周波数特性を用いて同様の速度比例ゲインの算出を行う。
【００２４】
そしてノッチフィルタの付加条件ごとに算出された速度比例ゲインのうち最大値を求め、この速度比例ゲインとノッチフィルタの付加条件をステップ３における最終的な算出値とする。
【００２５】
ステップ４では速度積分ゲインを算出する。速度積分ゲインは、ステップ３で算出された最終的な速度比例ゲイン算出値とステップ２で得られた総イナーシャ値に基づく演算式を予め用意しておきこれを用いて演算する。
【００２６】
ステップ４が終了した時点で速度比例ゲイン、速度積分ゲイン、フィルタ設定値がそろい、制御パラメータ算出が完了する。
【００２７】
算出された制御パラメータは外部データ送受信線６１を介して制御装置４に設定される。
【００２８】
調整機能実行ボタン９が押されてから制御パラメータの調整結果が算出されるまでの期間、状態表示部８は調整機能実行中を示す表示をする。例えば状態表示部８にＬＥＤを用い赤色で点滅動作をさせる。最終的に算出された制御パラメータを制御装置４に設定して調整作業を終了すると、状態表示部８は制御パラメータ調整完了を示す表示をする。例え
ば状態表示部８にＬＥＤを用い赤色で点灯させる。
【００２９】
制御パラメータ調整作業終了後は接続ケーブル６と制御装置４を分離することができる。
【００３０】
このように本発明の制御パラメータ調整装置は、制御装置との接続／分離が可能であり、調整機能を実行するＣＰＵの電源は制御装置から供給される構造を有するため、電源環境によらず確実に制御パラメータの調整が可能である。
【００３１】
なお、本実施例において制御パラメータ調整装置は接続ケーブルを介して接続部で制御装置と接続可能としたが、接続ケーブルなしに直接接続できる構造としてもよい。
【００３２】
また、本実施例において任意の時点で調整作業が開始できるよう接続ケーブル内の電源線の途中にスイッチを付加してもよい。
【００３３】
また、本実施例において電源線と外部データ送受信線を接続ケーブル内に配置するとしたが、同様の機能を有すれば別々に配置してもよい。
【００３４】
また、本実施例において制御パラメータ調整装置は調整機能実行ボタンを有するとしたが、ＣＰＵ５１ａに制御パラメータ調整機能を実行させる機能を有するのであれば、スイッチやタッチパネル等で構成してもよい。
【００３５】
また、本実施例において制御パラメータの調整方法として速度制御系の例を示したが、位置制御系としてもよい。
【００３６】
また、本実施例の制御パラメータ調整機能の速度比例ゲイン算出ステップにおいて、０以上の値である位相余裕α［ｄｅｇ］を用い、−１８０＋α［ｄｅｇ］になる周波数におけるゲインが０［ｄＢ］になる速度比例ゲインを算出するとしてもよい。
【００３７】
また、本実施例において制御パラメータ調整装置の調整方法として、制御対象の周波数特性を測定し、周波数特性に基づいて制御パラメータを算出し調整するとしたが、サーボモータを駆動し、制御パラメータを変更しながら回転位置等サーボモータの動作状態を測定し、測定した動作状態に基づいて制御パラメータを調整するとしてもよい。このような調整技術として、例えば、特許文献２記載の方法がある。
【特許文献２】特開平７−１０７７６６号公報  また、本実施例において制御パラメータ調整装置の動作状態を示すのに状態表示部を設けたが、ユーザーへ動作状態を提供できるものであれば、スピーカー等を設け音声情報で動作状態を示すとしてもよい。
【実施例２】
【００３８】
図７は本発明の第２の実施例を説明するための図である。実施例１で示した図１と同じものには同じ番号を付し説明は省略する。図７においては新たに制御パラメータ表示部１０が追加されている。
【００３９】
図８は図７における制御パラメータ調整装置５ｂと接続ケーブル６の詳細を示す図である。実施例１で示した図２と同じものには同じ番号を付し説明は省略する。ＣＰＵ５１ｂは制御パラメータ５ｂの内部に配置され、演算処理、データの送受信等を行う。ＣＰＵ５１ｂを動作させるための電源は、接続ケーブル６内の電源線６１を介して制御装置４から供給される構造になっている。また、接続ケーブル６は外部データ送受信線６２を有し、制御装置４との情報データの送受信に用いられる。ＣＰＵ５１ｂは内部データ送受信線５
２ｂを介して状態表示部８、調整機能実行ボタン９、制御パラメータ表示部１０と接続されている。
【００４０】
制御パラメータ表示部１０はＣＰＵ５１ｂによって算出された制御パラメータを表示する機能を有する。表示データは内部データ送受信線５２ｂを介してＣＰＵ５１ｂから制御パラメータ表示部１０に送信される。
【００４１】
これにより算出された制御パラメータを容易に確認できる。
【００４２】
なお、本実施例において制御パラメータ調整装置は状態表示部８を有するとしているが、制御パラメータ調整装置の動作状態が分かれば、制御パラメータ表示部１０内で状態表示させるとしてもよい。
【実施例３】
【００４３】
図９は本発明の第３の実施例を説明するための図である。実施例２で示した図７と同じものには同じ番号を付し説明は省略する。図９においては新たに調整結果書き込みボタン１１が追加されている。
【００４４】
図１０は図９における制御パラメータ調整装置５ｃと接続ケーブル６の詳細を示す図である。実施例２で示した図８と同じものには同じ番号を付し説明は省略する。ＣＰＵ５１ｃは制御パラメータ調整装置５ｃの内部に配置され、演算処理、データの送受信等を行う。ＣＰＵ５１ｃを動作させるための電源は、接続ケーブル６内の電源線６１を介して制御装置４から供給される構造になっている。また、接続ケーブル６は外部データ送受信線６２を有し、制御装置４との情報データの送受信に用いられる。ＣＰＵ５１ｃは内部データ送受信線５２ｃを介して状態表示部８、調整機能実行ボタン９、制御パラメータ表示部１０、調整結果書き込みボタン１１と接続されている。
【００４５】
次に、制御パラメータ調整装置５ｃの動作について説明する。接続ケーブル６が制御装置４に接続され、制御パラメータ制御装置５ａのＣＰＵ５１ｃに電源が供給されると、状態表示部８は通電状態を示す表示をさせる。例えば状態表示部８にＬＥＤを用い赤く点灯させる。
【００４６】
制御パラメータを調整する時は、調整機能実行ボタン９を押す。すると内部データ送受信線５２ｃを介してＣＰＵ５１ｃにボタンを押したことが伝達され、ＣＰＵ５１ｃは制御パラメータ調整機能を実行する。具体的な制御パラメータ調整方法としては、実施例１に説明した方法がある。そして最終的に算出された制御パラメータを制御パラメータ表示部１０に表示する。
【００４７】
調整機能実行ボタン９が押されてから制御パラメータの調整結果が算出されるまでの期間、状態表示部８は調整機能実行中を示す表示をする。例えば状態表示部８にＬＥＤを用い赤色で点滅動作をさせる。制御パラメータを算出すると、状態表示部８は制御パラメータ算出完了を示す表示をする。例えば状態表示部８にＬＥＤを用い緑色を点灯させる。
【００４８】
続いて、調整結果書き込みボタン１１を押す。すると内部データ送受信線５２ｃを介してＣＰＵ５１ｃにボタンを押したことが伝達され、ＣＰＵ５１ｃは算出された制御パラメータを外部データ送受信線６２を介して制御装置４に送信および設定する。
【００４９】
制御装置４に送信して調整作業を終了すると、状態表示部８は制御パラメータ調整完了を示す表示をする。例えば状態表示部８にＬＥＤを用い赤色で点灯させる。
【００５０】
制御パラメータ調整作業終了後は接続ケーブル６と制御装置４を分離することができる。
【００５１】
これにより算出された制御パラメータを調整者が確認した上で制御装置へ反映できる。
【００５２】
なお、本実施例において制御パラメータ調整装置は状態表示部８を有するとしているが、制御パラメータ調整装置の動作状態が分かれば、制御パラメータ表示部１０内で状態表示させるとしてもよい。
【００５３】
また、本実施例において制御パラメータ調整装置は調整機能実行ボタン、調整結果書き込みボタンを有するとしたが、同様の機能を有するのであれば、スイッチやタッチパネルボタンとしてもよい。
【実施例４】
【００５４】
図１１は本発明の第４の実施例を説明するための図である。実施例３で示した図９と同じものには同じ番号を付し説明は省略する。図１１においては新たに演算データ保存ボタン１２、不揮発性メモリ挿入部１３が追加されている。不揮発性メモリ挿入部１３には不揮発性メモリを取り付けることができる。
【００５５】
図１２は図１１における制御パラメータ調整装置５ｄと接続ケーブル６の詳細を示す図である。実施例３で示した図１０と同じものには同じ番号を付し説明は省略する。ＣＰＵ５１ｄは制御パラメータ調整装置５ｄの内部に配置され、演算処理、データの送受信等を行う。ＣＰＵ５１ｄを動作させるための電源は、接続ケーブル６内の電源線６１を介して制御装置４から供給される構造になっている。また、接続ケーブル６は外部データ送受信線６２を有し、制御装置４との情報データの送受信に用いられる。ＣＰＵ５１ｄは内部データ送受信線５２ｄを介して状態表示部８、調整機能実行ボタン９、制御パラメータ表示部１０、調整結果書き込みボタン１１、演算データ保存ボタン１２、不揮発性メモリ挿入部１３と接続されている。
【００５６】
調整機能が実行され制御パラメータが算出された時点以降で演算データ保存ボタン１２を押すと、調整機能実行中に演算に用いられたデータを不揮発性メモリ挿入部１３に取り付けられた不揮発性メモリに保存することができる。演算に用いられたデータは、例えば算出された制御パラメータや制御装置４から受信したトルク指令やモータ速度の情報等である。
【００５７】
これにより制御パラメータの調整結果や制御パラメータ算出に用いられたデータを保存できるので、調整結果の事後検証等が可能になる。
【００５８】
なお、本実施例において制御パラメータ調整装置は状態表示部を有するとしたが、制御パラメータ調整装置の動作状態が分かれば、制御パラメータ表示部内等で状態表示させるとしてもよい。
【００５９】
また、本実施例において制御パラメータ調整装置は調整機能実行ボタン、調整結果書き込みボタン、演算データ保存ボタンを有するとしたが、同様の機能を有するのであれば、スイッチやタッチパネル等で構成してもよい。
【００６０】
また、本実施例の制御パラメータ調整装置は不揮発性メモリ挿入部を有し、不揮発性メモリの取り付けと調整機能実行中に演算に用いられたデータの保存ができるとしたが、不揮発性メモリが制御パラメータ調整装置に内蔵された構造としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の制御パラメータ調整装置は、制御パラメータ調整装置のＣＰＵへの別電源が準備できない環境での制御パラメータの調整に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１における制御パラメータ調整装置を含むシステム図
【図２】本発明の実施例１における制御パラメータ調整装置と接続ケーブルの詳細図
【図３】制御装置４を含む制御ブロック図
【図４】制御パラメータ調整機能の処理を説明するためのフローチャート
【図５】制御パラメータ調整機能で測定される周波数特性のゲイン特性図
【図６】図４における速度偏差出力点からモータ速度までの周波数特性図
【図７】本発明の実施例２における制御パラメータ調整装置を含むシステム図
【図８】本発明の実施例２における制御パラメータ調整装置と接続ケーブルの詳細図
【図９】本発明の実施例３における制御パラメータ調整装置を含むシステム図
【図１０】本発明の実施例３における制御パラメータ調整装置と接続ケーブルの詳細図
【図１１】本発明の実施例４における制御パラメータ調整装置を含むシステム図
【図１２】本発明の実施例４における制御パラメータ調整装置と接続ケーブルの詳細図
【符号の説明】
【００６３】
１  サーボモータ
２  負荷
３  制御対象
４  制御装置
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  制御パラメータ調整装置
６  接続ケーブル
７  接続部
８  状態表示部
９  調整機能実行ボタン
１０  制御パラメータ表示部
１１  調整結果書き込みボタン
１２  演算データ保存ボタン
１３  不揮発性メモリ挿入部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ  内部データ送受信線
６１  電源線
６２  外部データ送受信線
【図１】
2005310023.tif 000003
【図２】
2005310023.tif 000004
【図３】
2005310023.tif 000005
【図４】
2005310023.tif 000006
【図５】
2005310023.tif 000007
【図６】
2005310023.tif 000008
【図７】
2005310023.tif 000009
【図８】
2005310023.tif 000010
【図９】
2005310023.tif 000011
【図１０】
2005310023.tif 000012
【図１１】
2005310023.tif 000013
【図１２】
2005310023.tif 000014