JPH04127201A - 産業用システムの制御特性のチューニング方法 - Google Patents
産業用システムの制御特性のチューニング方法Info
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- JPH04127201A JPH04127201A JP2247155A JP24715590A JPH04127201A JP H04127201 A JPH04127201 A JP H04127201A JP 2247155 A JP2247155 A JP 2247155A JP 24715590 A JP24715590 A JP 24715590A JP H04127201 A JPH04127201 A JP H04127201A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はサーボ機構により機械の動作を制御する産業用
システムの制御特性のチューニング方法に関する。
システムの制御特性のチューニング方法に関する。
［従来の技術］
通常、サーボ機構により機械の動作を制御するとき、第
３図に示されているように、制御部４はプラント（サー
ボモータが組込まれた機械）２の出力値を指令偵と比較
してサーボモータ（以下、モータと略称する）の操作量
を演算し、モータを駆動する。
３図に示されているように、制御部４はプラント（サー
ボモータが組込まれた機械）２の出力値を指令偵と比較
してサーボモータ（以下、モータと略称する）の操作量
を演算し、モータを駆動する。
第４図はこのような産業用システムのブロック線図であ
る。
る。
産業用システムは、コントローラ１とプラント２を備え
、フィードバック経路には、位置検出器１４と微分要素
１５を備えて構成されている。
、フィードバック経路には、位置検出器１４と微分要素
１５を備えて構成されている。
コントローラｌは指令設定部３と制御部４を備え、制御
部４は位置制御部５、速度および電流制御部６によフて
構成されている。
部４は位置制御部５、速度および電流制御部６によフて
構成されている。
位置制御部５は減算器７、積分器８、比例制御器９を備
えている。減算器７は指令設定部３が単位時間当りのパ
ルス数（ｐ、ｐ、ｓ）の形で出力した位置指令（機械を
指定した速度で運転させながらその位置を制御する場合
には、指令設定部は、その指定された速度に対応するｐ
、ｐ、ｓを出力し、現在布に出力されたパルスの総数（
ｐ、ｐ、ｓの積分値）が現在の位置に対応するように、
ｐ、ｐ、ｓの形式で位置指令を出力する。積分器８は、
そのために必要である。）から速度フィードバックを減
算し、誤差信号６を生成する。積分器８−（伝達関数１
／Ｓ）は誤差信号εを積分し、位置設定値（位置指令の
積分値）と位置検出値（速度フィードバックの積分値）
との差を位置偏差信号ε２として出力する。比例制御器
９（比例ゲインにＰ）は位置偏差信号を増幅し、速度指
令ｅＶとして出力する。速度および電流制御部６は減算
器ｌＯ１速度制御部１１、電流ループ１２によって構成
されている。
えている。減算器７は指令設定部３が単位時間当りのパ
ルス数（ｐ、ｐ、ｓ）の形で出力した位置指令（機械を
指定した速度で運転させながらその位置を制御する場合
には、指令設定部は、その指定された速度に対応するｐ
、ｐ、ｓを出力し、現在布に出力されたパルスの総数（
ｐ、ｐ、ｓの積分値）が現在の位置に対応するように、
ｐ、ｐ、ｓの形式で位置指令を出力する。積分器８は、
そのために必要である。）から速度フィードバックを減
算し、誤差信号６を生成する。積分器８−（伝達関数１
／Ｓ）は誤差信号εを積分し、位置設定値（位置指令の
積分値）と位置検出値（速度フィードバックの積分値）
との差を位置偏差信号ε２として出力する。比例制御器
９（比例ゲインにＰ）は位置偏差信号を増幅し、速度指
令ｅＶとして出力する。速度および電流制御部６は減算
器ｌＯ１速度制御部１１、電流ループ１２によって構成
されている。
減算器１０は速度フィードバックの、速度指令ｅＶに対
する偏差を生成し、速度偏差信号ε９として出力する。
する偏差を生成し、速度偏差信号ε９として出力する。
速度制御部１１は比例ゲインＫｖの比例要素と、積分時
間Ｔ１の積分要素で成り、速度偏差信号ε９に応答して
電流指令ｅ１を出力する（第４図には、比例ゲインＫｖ
、積分要素のゲインＭ−、／／Ｔ−ｅ為メ〉ト←々頑ギ
ノ〜）１碕４ト１ぼ１１野６）ゲイン１／（ＴＩＳ）、
前向き比例ゲインＫｖて表しである）。
間Ｔ１の積分要素で成り、速度偏差信号ε９に応答して
電流指令ｅ１を出力する（第４図には、比例ゲインＫｖ
、積分要素のゲインＭ−、／／Ｔ−ｅ為メ〉ト←々頑ギ
ノ〜）１碕４ト１ぼ１１野６）ゲイン１／（ＴＩＳ）、
前向き比例ゲインＫｖて表しである）。
電流ループ１２は比例制御方式で、総合比例ゲインに１
を有し、電流指令ｅ１に応答して操作量ｙを出力する。
を有し、電流指令ｅ１に応答して操作量ｙを出力する。
プラント２は操作ｆｆ１ｙを入力し、機械（図示せず）
を動作させる。第４図においては、プラント２の動作は
、操作量ｙからトルクを生成する要素１３１と、トルク
から速度を生成する要素１３□で表わされている。要素
１３１の伝達関数はに１であり要素１３□の伝達関数は
Ｈ（ｓ）である。プラント２がモータ単体の場合には、
）１（ｓ）＝ （Ｊｓ）−’である。ここでＪはモータ
の慣性モーメントである。
を動作させる。第４図においては、プラント２の動作は
、操作量ｙからトルクを生成する要素１３１と、トルク
から速度を生成する要素１３□で表わされている。要素
１３１の伝達関数はに１であり要素１３□の伝達関数は
Ｈ（ｓ）である。プラント２がモータ単体の場合には、
）１（ｓ）＝ （Ｊｓ）−’である。ここでＪはモータ
の慣性モーメントである。
（Ｑ置検出器１４は、制御しようとするプラント２の位
置情報（以下、位置と略称する）をパルス数として検出
する。微分要素１５は、位置検出器１４の出力を入力し
、速度（ｐ 、 ｐ 、 ｓ）フィードバックを出力す
る。
置情報（以下、位置と略称する）をパルス数として検出
する。微分要素１５は、位置検出器１４の出力を入力し
、速度（ｐ 、 ｐ 、 ｓ）フィードバックを出力す
る。
この産業用システムの速度ループの伝達関数６１は次式
で表わされる。
で表わされる。
ここでＫは速度ループの総合比例ゲインて、に＝ Ｋｖ
Ｋ、に、 （２）である。
Ｋ、に、 （２）である。
また制御対象がモータ単体の場合には、速度ループの伝
達関数ＧＯは次式のように、２次系で表わされる。
達関数ＧＯは次式のように、２次系で表わされる。
ここでに、、＝に／Ｊである。
さらに位置ループの伝達関数Ｇ３は次式て表わされる。
式（１）〜（４）から明らかなように、第４図の産業用
システムにおいては、プラント特性Ｈ（ｓ）が数式によ
って少くとも近似的に表現でき、かつ、その係数が正確
に把握できる場合には、制御部の各ゲインを最適の制御
か得られるように決定することができる。しかし、プラ
ントの特性は近似的に表現できるけれど、その係数を正
確には把握できない場合には、制御部の各ゲインは次の
ようにして調整される。
システムにおいては、プラント特性Ｈ（ｓ）が数式によ
って少くとも近似的に表現でき、かつ、その係数が正確
に把握できる場合には、制御部の各ゲインを最適の制御
か得られるように決定することができる。しかし、プラ
ントの特性は近似的に表現できるけれど、その係数を正
確には把握できない場合には、制御部の各ゲインは次の
ようにして調整される。
先ず、制御部４を構成する各ループのゲインを０に設定
して、電流ループのゲインを０から少しずつ大きくして
いく。そうすると、プラントと共振する周波数において
、電流出力値に発振現象か現われる。この時、この発振
現象が現われるゲインの値より低めに電流ループのゲイ
ンを設定をする。同様にして、速度ループ、位置ループ
のゲインの設定をする。以−ヒにより設定されたゲイン
を制御部４の各ゲインとする。
して、電流ループのゲインを０から少しずつ大きくして
いく。そうすると、プラントと共振する周波数において
、電流出力値に発振現象か現われる。この時、この発振
現象が現われるゲインの値より低めに電流ループのゲイ
ンを設定をする。同様にして、速度ループ、位置ループ
のゲインの設定をする。以−ヒにより設定されたゲイン
を制御部４の各ゲインとする。
［発明が解決しようとする課題］
前記の産業用システムの制御特性のチューニング方法に
おいては、プラントが、アクチュエータをモータで駆動
する産業用ロボットやＮＣ装置である場合には、発振時
の動作の安全性が保証できないのでシステムに損傷を与
える可能性がある。
おいては、プラントが、アクチュエータをモータで駆動
する産業用ロボットやＮＣ装置である場合には、発振時
の動作の安全性が保証できないのでシステムに損傷を与
える可能性がある。
また、人間が介在して、制御対象の出力を観測するので
ゲインにばらつきを生じ、システムの動作の均一を保証
することができないという問題点がある。
ゲインにばらつきを生じ、システムの動作の均一を保証
することができないという問題点がある。
本発明の目的は、産業用システムを発振させないでばら
つきのない所望の制御特性を得ることができる、産業用
システムの制御特性のチューニング方法を提供すること
にある。
つきのない所望の制御特性を得ることができる、産業用
システムの制御特性のチューニング方法を提供すること
にある。
［課題を解決するための手段］
本発明の第１の産業用システムの制御特性のチューニン
グ方法は、少くとも電流ループ、速度ループで成るサー
ボ機構を含み、サーボモータに接続された機械の動作を
制御する産業用システムの制御特性を自動調整する、産
業用システムのチューニング方法において、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を１次系の形式（ＪＩＩＳ）−’
に換算し、前記電流ループを比例制御方式または比例制
御に近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ル
ープをＩ−Ｐ制御方式に構成して、前記速度ループを２
次系に構成し、２次系に構成された前記速度ループが所
望の制御特性をもつとき、その速度ループを規範速度ル
ープとして、該規範速度ループの動作を記述する固有角
周波数ωｎと減衰定数ζを設定し、前記速度ループの積
分時間を２ζ／ωｎに調整し、総合比例ケインを２ζω
ｎＪｅに調整する。
グ方法は、少くとも電流ループ、速度ループで成るサー
ボ機構を含み、サーボモータに接続された機械の動作を
制御する産業用システムの制御特性を自動調整する、産
業用システムのチューニング方法において、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を１次系の形式（ＪＩＩＳ）−’
に換算し、前記電流ループを比例制御方式または比例制
御に近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ル
ープをＩ−Ｐ制御方式に構成して、前記速度ループを２
次系に構成し、２次系に構成された前記速度ループが所
望の制御特性をもつとき、その速度ループを規範速度ル
ープとして、該規範速度ループの動作を記述する固有角
周波数ωｎと減衰定数ζを設定し、前記速度ループの積
分時間を２ζ／ωｎに調整し、総合比例ケインを２ζω
ｎＪｅに調整する。
本発明の第２の産業用システムの制御特性のチューニン
グ方法は、 電流ループ、速度ループ、位置ループで成るサーボ機構
を含み、位置指令に応答してサーボモータに接続された
機械の動作を制御する産業用システムの制御特性を自動
調整する、産業用システムのチューニング方法であって
、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を１次系の形式（Ｊｅｓ）−’に
換算し、前記電流ループを比例制御方式または比例制御
に近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ルー
プをＩＪ制御方式に構成して、前記速度ループを２次系
に構成し、２次系に構成された前記速度ループが所望の
制御特性をもつとき、その速度ループを規範速度ループ
として、該規範速度ループの動作を記述する固有角周波
数ωｎと減衰定数ζを設定し、位置ループの比例ゲイン
を０に設定し、規範速度ループの固有角周波数ωｎに比
べて充分に小さい角周波数ωｎと一定の振幅Ａをもつ第
１のチューニング用速度指令を速度ループに入力し、第
１のチューニング用速度指令に応答して制御対象が出力
する速度の振幅を観測してこれを第１の振幅Ａ、とし、 前記固有角周波数ωｎに等しい角周波数と航記振幅Ａを
もつ第２のチューニング用速度指令を速度ループに入力
し、第２のチューニング用速度指令に応答して制御対象
が出力する速度の振幅を観測して、これを第２の振幅Ａ
２とし、 第１の振幅Ａ、に対する第２の振幅＾２の比Ａ２／ＡＩ
が１７（２ζ）に等しくなるように、速度ループの総合
比例ゲインを調整する。
グ方法は、 電流ループ、速度ループ、位置ループで成るサーボ機構
を含み、位置指令に応答してサーボモータに接続された
機械の動作を制御する産業用システムの制御特性を自動
調整する、産業用システムのチューニング方法であって
、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を１次系の形式（Ｊｅｓ）−’に
換算し、前記電流ループを比例制御方式または比例制御
に近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速度ルー
プをＩＪ制御方式に構成して、前記速度ループを２次系
に構成し、２次系に構成された前記速度ループが所望の
制御特性をもつとき、その速度ループを規範速度ループ
として、該規範速度ループの動作を記述する固有角周波
数ωｎと減衰定数ζを設定し、位置ループの比例ゲイン
を０に設定し、規範速度ループの固有角周波数ωｎに比
べて充分に小さい角周波数ωｎと一定の振幅Ａをもつ第
１のチューニング用速度指令を速度ループに入力し、第
１のチューニング用速度指令に応答して制御対象が出力
する速度の振幅を観測してこれを第１の振幅Ａ、とし、 前記固有角周波数ωｎに等しい角周波数と航記振幅Ａを
もつ第２のチューニング用速度指令を速度ループに入力
し、第２のチューニング用速度指令に応答して制御対象
が出力する速度の振幅を観測して、これを第２の振幅Ａ
２とし、 第１の振幅Ａ、に対する第２の振幅＾２の比Ａ２／ＡＩ
が１７（２ζ）に等しくなるように、速度ループの総合
比例ゲインを調整する。
［作 用］
プラントに組込まれているモータの、入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数は（Ｊ６Ｓ）−’であり、か−）
、電流ループは比例制御方式で構成され、速度ループは
Ｉ−Ｐ制御方式に構成されているので、速度ループの伝
達関数は、式（３）のに□にに、Ｉ ｅ＝ Ｋ／、］
ｅを代入した形式の２次系になる。したがって、 Ｋ、ｅ＝ ２ζωｎ すなわち、次式 ％式％ を満足するように積分定数下７、総合比例ケインＫを調
整することにより、速度ループに所望の制御特性を持た
せることができる。
る出力速度の伝達関数は（Ｊ６Ｓ）−’であり、か−）
、電流ループは比例制御方式で構成され、速度ループは
Ｉ−Ｐ制御方式に構成されているので、速度ループの伝
達関数は、式（３）のに□にに、Ｉ ｅ＝ Ｋ／、］
ｅを代入した形式の２次系になる。したがって、 Ｋ、ｅ＝ ２ζωｎ すなわち、次式 ％式％ を満足するように積分定数下７、総合比例ケインＫを調
整することにより、速度ループに所望の制御特性を持た
せることができる。
プラントに接続されているモータの実効慣性モーメント
Ｊ。は、本出願人の出願に係かる特開昭６１−２４．４
２８６号公報に記載された方法によって定めることがで
きる（後述）。
Ｊ。は、本出願人の出願に係かる特開昭６１−２４．４
２８６号公報に記載された方法によって定めることがで
きる（後述）。
総合比例ゲインには、実効慣性モーメント、１、を定め
なくても、 次のようにして調整することかて きる。
なくても、 次のようにして調整することかて きる。
いま、
規範速度ループの周波数応答を
とする。式（９）
％式％（０）
になる。したがって、一定の振幅Ａと、規範速度ループ
の固有角周波数ω１に比べて充分に小さい角周波数を持
つ速度指令を速度ループに入力したとき出力される速度
の振幅Ａ、を測定し、次に、同じ振幅Ａをもち固有角周
波数ωｎに等しい角周波数をもつ速度指令を速度ループ
に入力したとき出力される速度の振幅＾２を測定し、Ａ
２がＡ、の２ζ分の１になるように、総合比例ゲインＫ
を調整すれば、式（７）を満足するにが得られる。通常
、総合比例ゲインにの調整は、速度比例ゲインＫｖを調
整することによフて行わ」する。
の固有角周波数ω１に比べて充分に小さい角周波数を持
つ速度指令を速度ループに入力したとき出力される速度
の振幅Ａ、を測定し、次に、同じ振幅Ａをもち固有角周
波数ωｎに等しい角周波数をもつ速度指令を速度ループ
に入力したとき出力される速度の振幅＾２を測定し、Ａ
２がＡ、の２ζ分の１になるように、総合比例ゲインＫ
を調整すれば、式（７）を満足するにが得られる。通常
、総合比例ゲインにの調整は、速度比例ゲインＫｖを調
整することによフて行わ」する。
［実施例］
次に本発明の実施例について説明する。
本発明の産業用システムの制御特性のチューニング方法
においては、規範速度ループが定めらねると、式（８）
から積分時間Ｔ、は直ちに定まる。しかし、総合比例ゲ
インには規範速度ループの係数ζ、ωｎのほかに、モー
タの実効慣性モーメントＪ、、に依存する。したかりて
、第１の実施例においては、実効慣性モーメントＪ、、
を定めて総合比例ゲインＫを定める方法を開示し、第２
の実施例では実効慣性モーメントＪ、を明示的に定めな
いで総合比例ゲインＫを定める方法を開示する。
においては、規範速度ループが定めらねると、式（８）
から積分時間Ｔ、は直ちに定まる。しかし、総合比例ゲ
インには規範速度ループの係数ζ、ωｎのほかに、モー
タの実効慣性モーメントＪ、、に依存する。したかりて
、第１の実施例においては、実効慣性モーメントＪ、、
を定めて総合比例ゲインＫを定める方法を開示し、第２
の実施例では実効慣性モーメントＪ、を明示的に定めな
いで総合比例ゲインＫを定める方法を開示する。
先ず、第１の実施例を説明する。
実効慣性モーメントＪｅとは、モータを機械に接続して
回転させる場合において、機械がモータの回転に与える
効果をモータの慣性モーメントの変化に換算して、こわ
を負荷慣性モーメントハとするとき、モータ単体の慣性
モーメントＪと負荷慣性モーメンｈ、ＩＸとの和、ずな
わちＪ、＝ Ｊ＋、Ｉ、て定義される量である。負荷慣
性モーメントＪＸをモタの慣性モーメントＪに対する換
算比Ｘを使ってＪ、＝Ｊｘと記述するとＪｅ＝ （１＋
ｘ）Ｊになる。また機械に接続されたモータの、トルク
を入力とし速度を出力とする伝達関数は（Ｊｐｓ）−’
になり、−次系の形式になる。
回転させる場合において、機械がモータの回転に与える
効果をモータの慣性モーメントの変化に換算して、こわ
を負荷慣性モーメントハとするとき、モータ単体の慣性
モーメントＪと負荷慣性モーメンｈ、ＩＸとの和、ずな
わちＪ、＝ Ｊ＋、Ｉ、て定義される量である。負荷慣
性モーメントＪＸをモタの慣性モーメントＪに対する換
算比Ｘを使ってＪ、＝Ｊｘと記述するとＪｅ＝ （１＋
ｘ）Ｊになる。また機械に接続されたモータの、トルク
を入力とし速度を出力とする伝達関数は（Ｊｐｓ）−’
になり、−次系の形式になる。
Ｆ記の、実効慣性モーメントｊｅの定義からＪｌの値は
次のようにして定められる。
次のようにして定められる。
速度ループに所定の速度指令をステップ入力した後、所
定時間を経過したときのモータの速度υをモータ東体の
場合、およびモータに機械を接続した場合について測定
し、モータ単体の場合の速度をυ。、モータに機械を接
続した場合の速度をυ、とすると、Ｊウー（ｖ ｏ／υ
８）Ｊである（特開昭６１−２４４２８６号公報参照）
。
定時間を経過したときのモータの速度υをモータ東体の
場合、およびモータに機械を接続した場合について測定
し、モータ単体の場合の速度をυ。、モータに機械を接
続した場合の速度をυ、とすると、Ｊウー（ｖ ｏ／υ
８）Ｊである（特開昭６１−２４４２８６号公報参照）
。
このようにして求められた実効慣性モーメントＪ０と規
範速度ループの固有振動数ωｎ、減衰定数ζを用いて式
（ア）から総合比率ゲインＫが定められる。
範速度ループの固有振動数ωｎ、減衰定数ζを用いて式
（ア）から総合比率ゲインＫが定められる。
次に第２の実施例を説明する。
第１図は本発明の第２のチューニング方法を通用する産
業用システムの一実施例のブロック図である。
業用システムの一実施例のブロック図である。
本実施例の産業用システムは、通常動作モードとチュー
ニングモートとの、２つのモートの動作を行うことがで
きる。通常動作モートにおいては第４図の産業用システ
ムと同一の動作を行い、チューニングモードにおいては
、本発明によるチューニングを行う。したがって、本実
施例の産業用システムは、第４図の産業用システムと同
一の構成要素と、チューニングを行うために付加された
構成要素から成っている。第１図においては、第４図の
産業用システムの構成要素と同一の構成要素には同一の
番号が付けられている。
ニングモートとの、２つのモートの動作を行うことがで
きる。通常動作モートにおいては第４図の産業用システ
ムと同一の動作を行い、チューニングモードにおいては
、本発明によるチューニングを行う。したがって、本実
施例の産業用システムは、第４図の産業用システムと同
一の構成要素と、チューニングを行うために付加された
構成要素から成っている。第１図においては、第４図の
産業用システムの構成要素と同一の構成要素には同一の
番号が付けられている。
産業用システムはコンｔ・ローラＩＡとプラント２、位
置検出器１４．微分要素１５から成っている。このうち
、プラント２１位置検出器１４．微分要素１５は第４図
の対応する要素と同一である。
置検出器１４．微分要素１５から成っている。このうち
、プラント２１位置検出器１４．微分要素１５は第４図
の対応する要素と同一である。
コントローラＩＡは、指令設定部３Ａ、制御部４Ａ、チ
ューニング用指令設定部３Ｂ、状態観測部１６によって
構成されている。このうち、制御部４Ａは、その速度制
御部１１の入力部にチューニング用指令の入力端子が設
けられていること以外は第４図の制御部４と同一である
。
ューニング用指令設定部３Ｂ、状態観測部１６によって
構成されている。このうち、制御部４Ａは、その速度制
御部１１の入力部にチューニング用指令の入力端子が設
けられていること以外は第４図の制御部４と同一である
。
状態観測部１６は、微分要素１５の出力、すなわちモー
タ１３の速度フィードバックを入力し、通常動作モード
には該速度フィードバックを制御部４Ａに転送し、チュ
ーニングモートには、チューニング用指令に応答して生
成される速度フィードバックの振幅を検出し、該検出値
をチューニング時信号として指令設定部３Ａに出力する
。指令設定部３Ａは、通常動作モードては（７置指令を
制御部４Ａの位置制御部５に出力し、チューニングモー
ドでは、チューニング時信号を入力すると、チューニン
グ用指令設定部３Ｂに対し、チューニング指令信号を出
力すると共に、制御部４Ａの制御パラメータ（比例ゲイ
ンと積分時間）を変更する。チューニング用指令設定部
３Ｂは、チューニング指令信号を受信すると、所定の振
幅と指定された周波数をもつチューニング用指令を制御
部４Ａの速度制御部１１に出力する。
タ１３の速度フィードバックを入力し、通常動作モード
には該速度フィードバックを制御部４Ａに転送し、チュ
ーニングモートには、チューニング用指令に応答して生
成される速度フィードバックの振幅を検出し、該検出値
をチューニング時信号として指令設定部３Ａに出力する
。指令設定部３Ａは、通常動作モードては（７置指令を
制御部４Ａの位置制御部５に出力し、チューニングモー
ドでは、チューニング時信号を入力すると、チューニン
グ用指令設定部３Ｂに対し、チューニング指令信号を出
力すると共に、制御部４Ａの制御パラメータ（比例ゲイ
ンと積分時間）を変更する。チューニング用指令設定部
３Ｂは、チューニング指令信号を受信すると、所定の振
幅と指定された周波数をもつチューニング用指令を制御
部４Ａの速度制御部１１に出力する。
次に本実施例の動作を説明する。第２図は本実施例の産
業用システムの動作を表わすブロック線図である。
業用システムの動作を表わすブロック線図である。
前記したように本実施例の産業用システムは、通常動作
モードでは第４図の産業用システムと同一の動作をする
。
モードでは第４図の産業用システムと同一の動作をする
。
チューニングモートては、オペレータは先ず規範速度ル
ープの固有振動数ωｎ、ｆＡ衰定数ζをチューニング用
指令設定部３Ｂに設定する。本実施例では、ζ＝１に設
定する。指令設定部３Ａは、初期パラメータとして、位
置制御部５の比例ゲインＫＰを０に設定し、速度制御部
１１の積分時間Ｔ、を２／ωｎ（式８参照〉に設定する
。その他の比例ゲインは、モータか産業用ロボットやＮ
Ｃ装置に組込まれたとき、■−常な動作を行うことがで
きる値に設定する。
ープの固有振動数ωｎ、ｆＡ衰定数ζをチューニング用
指令設定部３Ｂに設定する。本実施例では、ζ＝１に設
定する。指令設定部３Ａは、初期パラメータとして、位
置制御部５の比例ゲインＫＰを０に設定し、速度制御部
１１の積分時間Ｔ、を２／ωｎ（式８参照〉に設定する
。その他の比例ゲインは、モータか産業用ロボットやＮ
Ｃ装置に組込まれたとき、■−常な動作を行うことがで
きる値に設定する。
ここで、指令設定部３Ａは位置指令値を０にし、チュー
ニング用指令設定部３Ｂにチューニング指令信号を与え
る。チューニング用指令設定部３Ｂは、速度制御部１１
に低周波速度指令として周波数が０．１Ｈｚ〜ＩＨｚで
振幅がＡの正弦波を与える。状態観測部１６は低周波速
度指令に応答してプラント２から出力されるモータの速
度のピーク値を検出し、この値をＡ１とする。ピーク値
Ａ１が検出されると、低周波ピーク検出信号が、チュー
ニング時信号として指令設定Ｒ３Ａに与えられる。
ニング用指令設定部３Ｂにチューニング指令信号を与え
る。チューニング用指令設定部３Ｂは、速度制御部１１
に低周波速度指令として周波数が０．１Ｈｚ〜ＩＨｚで
振幅がＡの正弦波を与える。状態観測部１６は低周波速
度指令に応答してプラント２から出力されるモータの速
度のピーク値を検出し、この値をＡ１とする。ピーク値
Ａ１が検出されると、低周波ピーク検出信号が、チュー
ニング時信号として指令設定Ｒ３Ａに与えられる。
指令設定部３Ａは、この信号をチューニング用指令設定
部３Ｂへ送信する。チューニング用指令設定部３Ｂは、
低周波ピーク検出信号を受けとると、角周波数が規範速
度ループの固有角周波数ωｎに等しく、振幅がＡの正弦
波の速度指令を速度制御部１１に与える。状態観測部１
６は、この角周波数ωｎの速度指令に応答して出力され
るモータの速度のピーク値を検出し、この値をＡ２とす
る。Ａ２がＡＩの１７２であれば、速度ループは規範速
度ループに一致したことになる。もし、Ａ２がＡ１／２
よりも大きければ、指令設定部ＳＡは速度制御部１１の
比例ゲインＫｖを小さくし、小さければ比例ゲインＫｖ
を大きくしてＡ２がＡ１の１／２になるように比例ゲイ
ンＫｖを調整する。
部３Ｂへ送信する。チューニング用指令設定部３Ｂは、
低周波ピーク検出信号を受けとると、角周波数が規範速
度ループの固有角周波数ωｎに等しく、振幅がＡの正弦
波の速度指令を速度制御部１１に与える。状態観測部１
６は、この角周波数ωｎの速度指令に応答して出力され
るモータの速度のピーク値を検出し、この値をＡ２とす
る。Ａ２がＡＩの１７２であれば、速度ループは規範速
度ループに一致したことになる。もし、Ａ２がＡ１／２
よりも大きければ、指令設定部ＳＡは速度制御部１１の
比例ゲインＫｖを小さくし、小さければ比例ゲインＫｖ
を大きくしてＡ２がＡ１の１／２になるように比例ゲイ
ンＫｖを調整する。
以上の処理で、比例ゲインＫｖを調整するときには、状
態観測部１６がチューニング時信号によって指令設定部
３Ａにその調整を指示し、指令設定部が比例ゲイ〉・に
、を変更する。また、比例ゲインＫＶの調整が終了した
ときには、状態観測部１６がチューニング時信号によっ
て指令設定部３Ａに調整の終了を指示し、指令設定部３
Ａはチューニング指令信号によってチューニング用指令
設定部３Ｂに、チューニング用指令の出力の停止を指示
する。
態観測部１６がチューニング時信号によって指令設定部
３Ａにその調整を指示し、指令設定部が比例ゲイ〉・に
、を変更する。また、比例ゲインＫＶの調整が終了した
ときには、状態観測部１６がチューニング時信号によっ
て指令設定部３Ａに調整の終了を指示し、指令設定部３
Ａはチューニング指令信号によってチューニング用指令
設定部３Ｂに、チューニング用指令の出力の停止を指示
する。
速度ループの調整が終了すると、次に位置ループの調整
が行われる。
が行われる。
位置ループは、位置制御部５が比例制御方式の場合には
３次系になり、Ｉ−Ｐ制御方式の場合には４次系になる
。いずれの場合においても、オペレータは規範位置ルー
プを設定し、指令設定部３Ａは、位置ループが規範位置
ループに一致するように、位置ループの比例ゲインＫＰ
および、もし位置制御部５がｒ−ｐ制御方式の場合には
積分時間を定める。
３次系になり、Ｉ−Ｐ制御方式の場合には４次系になる
。いずれの場合においても、オペレータは規範位置ルー
プを設定し、指令設定部３Ａは、位置ループが規範位置
ループに一致するように、位置ループの比例ゲインＫＰ
および、もし位置制御部５がｒ−ｐ制御方式の場合には
積分時間を定める。
位置制御部５が比例制御方式である場合には、速度ルー
プの伝達関数をＧｖとすると、位置ループの伝達関数Ｇ
ｐは、 て与えられ、Ｇνとして、制御パラメータが調整された
伝達関数を用いれば、容易に位置ループを規範位置ルー
プに一致させることができる。
プの伝達関数をＧｖとすると、位置ループの伝達関数Ｇ
ｐは、 て与えられ、Ｇνとして、制御パラメータが調整された
伝達関数を用いれば、容易に位置ループを規範位置ルー
プに一致させることができる。
最後に、速度ループの調整は、実用的には前記第１．第
２の実施例を折衷して次のように行われる。
２の実施例を折衷して次のように行われる。
（ａ）予め、モータに接続すべき種々の機械に対して換
算比Ｘを定めておく。
算比Ｘを定めておく。
（ｂ）モータを機械から切断して、すなわち、モータ単
体を制御対象として、第２の実施例の方法で速度ループ
の比例ゲインに、。を定める。
体を制御対象として、第２の実施例の方法で速度ループ
の比例ゲインに、。を定める。
（ｃ）モータを、換算比Ｘの機械に接続したときの比例
ゲインＫＶＩをＫＶＯ（＋ ＋ ｘ）に定める。
ゲインＫＶＩをＫＶＯ（＋ ＋ ｘ）に定める。
以上の処理によって、モータが機械に接続された速度ル
ープを規範速度ループに一致させることができる。
ープを規範速度ループに一致させることができる。
（ｄ）さらに高精度の調整をする場合には、（ｃ）によ
って得られた比例ゲインＫｖｌを初期設定値として、第
２の実施例の方法によって比例ゲインを再調整する。
って得られた比例ゲインＫｖｌを初期設定値として、第
２の実施例の方法によって比例ゲインを再調整する。
指令設定部は、比例ゲインの初期設定値ＫＶＩ と再調
整値ＫＶ２どの比から実効慣性モーメントＪｅの見積り
誤差を算出しく式７参照）、正確な実効慣性モーメント
、または換算比Ｘを把握することができる。
整値ＫＶ２どの比から実効慣性モーメントＪｅの見積り
誤差を算出しく式７参照）、正確な実効慣性モーメント
、または換算比Ｘを把握することができる。
以上の実施例においては、電流ループの制御方式を比例
制御方式としたが、電流ループに積分要素等を加えても
、電流ループが比例制御に近似され得る制御方式であれ
ば、または、速度ループの閉ループ伝達関数が２次系に
近似できれば、実用上、何らの問題はないことが実験的
に知られている。
制御方式としたが、電流ループに積分要素等を加えても
、電流ループが比例制御に近似され得る制御方式であれ
ば、または、速度ループの閉ループ伝達関数が２次系に
近似できれば、実用上、何らの問題はないことが実験的
に知られている。
以上説明したように本発明は、速度ループを２次系に構
成し、該２次系が規範速度ループに一致するように比例
ゲインおよび積分時間を自動調整をすることにより次の
効果を有する。
成し、該２次系が規範速度ループに一致するように比例
ゲインおよび積分時間を自動調整をすることにより次の
効果を有する。
（１）産業用システムを発振させることなくその制御特
性を調整することができ、その結果、発振時の動作の安
全性が保証されない場合でも、システムに損傷を与える
心配かなく望ましい調整をすることができる。
性を調整することができ、その結果、発振時の動作の安
全性が保証されない場合でも、システムに損傷を与える
心配かなく望ましい調整をすることができる。
（２）人間を介在させないで自動調整をすることができ
るので、ばらつきのない均一の調整をすることができる
。
るので、ばらつきのない均一の調整をすることができる
。
（３）調整によって得られた高鯖度の実効慣性モーメン
トの値を用いて、簡単な演算たけで、モータが組込まれ
ている産業用ロボットやＮＣ装置毎に所望の制御パラメ
ータを設定することかできる。
トの値を用いて、簡単な演算たけで、モータが組込まれ
ている産業用ロボットやＮＣ装置毎に所望の制御パラメ
ータを設定することかできる。
第１図は本発明の第２のチューニング方法を適用する産
業用システムの一実施例のブロック図、第２図は第１図
の実施例の産業用システムの動作を表わすブロック線図
、第３図は従来の産業用システムの構成の概略を示すブ
ロック図、第４図は第３図の産業用システムのブロック
線図である。 １ 。 ２ ・ ３゜ Ｂ ４゜ ５ ・ ６゜ ７゜ ８ ・ ９ ・ １Ａ・・・コントローラ、 ・・プラント、 ３Ａ・・・指令設定部、 ・・・チューニング用指令設定部、 ４Ａ・・・制御部、 ・・位置制御部、 ６Ａ・・・速度および電流制御部、 １０．１１・・・減算器、 ・・積分器、 ・・比例制御器、 ・・・速度制御部、 ・・・電流ループ、 ・・・モータ、 ・・・位置検出器、 ・微分要素、 ・状態観測部。
業用システムの一実施例のブロック図、第２図は第１図
の実施例の産業用システムの動作を表わすブロック線図
、第３図は従来の産業用システムの構成の概略を示すブ
ロック図、第４図は第３図の産業用システムのブロック
線図である。 １ 。 ２ ・ ３゜ Ｂ ４゜ ５ ・ ６゜ ７゜ ８ ・ ９ ・ １Ａ・・・コントローラ、 ・・プラント、 ３Ａ・・・指令設定部、 ・・・チューニング用指令設定部、 ４Ａ・・・制御部、 ・・位置制御部、 ６Ａ・・・速度および電流制御部、 １０．１１・・・減算器、 ・・積分器、 ・・比例制御器、 ・・・速度制御部、 ・・・電流ループ、 ・・・モータ、 ・・・位置検出器、 ・微分要素、 ・状態観測部。
Claims (2)
- （１）少くとも電流ループ、速度ループで成るサーボ機
構を含み、サーボモータに接続された機械の動作を制御
する産業用システムの制御特性を自動調整する、産業用
システムのチューニング方法において、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を１次系の形式（Ｊ＿ｅｓ）＾−
＾１に換算し、前記電流ループを比例制御方式または比
例制御に近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速
度ループをＩ＿−Ｐ制御方式に構成して、前記速度ルー
プを２次系に構成し、 ２次系に構成された前記速度ループが所望の制御特性を
もつとき、その速度ループを規範速度ループとして、該
規範速度ループの動作を記述する固有角周波数ω＿ｎと
減衰定数ζを設定し、前記速度ループの積分時間を２ζ
／ω＿ｎに調整し、総合比例ゲインを２ζω＿ｎＪ＿ｅ
に調整することを特徴とする、産業用システムの制御特
性のチューニング方法。 - （２）電流ループ、速度ループ、位置ループで成るサー
ボ機構を含み、位置指令に応答してサーボモータに接続
された機械の動作を制御する産業用システムの制御特性
を自動調整する、産業用システムのチューニング方法に
おいて、 機械に接続されているサーボモータの入力トルクに対す
る出力速度の伝達関数を１次系の形式（Ｊ＿ｅｓ）＾−
＾１に換算し、前記電流ループを比例制御方式または比
例制御に近似され得る制御方式に構成し、かつ、前記速
度ループをＩ＿−Ｐ制御方式に構成して、前記速度ルー
プを２次系に構成し、 ２次系に構成された前記速度ループが所望の制御特性を
もつとき、その速度ループを規範速度ループとして、該
規範速度ループの動作を記述する固有角周波数ω＿ｎと
減衰定数ζを設定し、位置ループの比例ゲインを０に設
定し、規範速度ループの固有角周波数ω＿ｎに比べて充
分に小さい角周波数ω＿ｏと一定の振幅Ａをもつ第１の
チューニング用速度指令を速度ループに入力し、第１の
チューニング用速度指令に応答して制御対象が出力する
速度の振幅を観測してこれを第１の振幅Ａ＿１とし、 前記固有角周波数ω＿ｎに等しい角周波数と前記振幅Ａ
をもつ第２のチューニング用速度指令を速度ループに入
力し、第２のチューニング用速度指令に応答して制御対
象が出力する速度の振幅を観測して、これを第２の振幅
Ａ＿２とし、 第１の振幅Ａ＿１に対する第２の振幅Ａ＿２の比Ａ＿２
／Ａ＿１が１／（２ζ）に等しくなるように、速度ルー
プの総合比例ゲインを調整することを特徴とする産業用
システムの制御特性のチューニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2247155A JP3018445B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 産業用システムの制御特性のチューニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2247155A JP3018445B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 産業用システムの制御特性のチューニング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127201A true JPH04127201A (ja) | 1992-04-28 |
| JP3018445B2 JP3018445B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17159256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2247155A Expired - Fee Related JP3018445B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 産業用システムの制御特性のチューニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018445B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112332731A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种自整定运动控制系统与方法 |
| CN113815431A (zh) * | 2021-10-14 | 2021-12-21 | 河南嘉晨智能控制股份有限公司 | 一种工业车辆驾驶感改善方法 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP2247155A patent/JP3018445B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112332731A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种自整定运动控制系统与方法 |
| CN113815431A (zh) * | 2021-10-14 | 2021-12-21 | 河南嘉晨智能控制股份有限公司 | 一种工业车辆驾驶感改善方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3018445B2 (ja) | 2000-03-13 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |