DE102018007107A1

DE102018007107A1 - Steuereinrichtung und maschinenlerneinrichtung

Info

Publication number: DE102018007107A1
Application number: DE102018007107.4A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Iljima
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2019-03-21
Also published as: JP2019053594A; CN109507879A; US20190086888A1; JP6646025B2; CN109507879B; US10691091B2

Abstract

Eine Steuereinrichtung ist mit einer Wiederholungssteuereinheit, die dafür konfiguriert ist, basierend auf einem Positionsbefehl für jede Steuerperiode eines Motors, einer Positionsabweichung, die die Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer Position des Motors darstellt, und einem Parameter für eine wiederholte Steuerung einen Positionsausgleichswert zu berechnen, und einer Maschinenlerneinrichtung ausgestattet, die dafür konfiguriert ist, den durch die Wiederholungssteuereinheit berechneten Positionsausgleichswert vorherzusagen, wobei die Maschinenlerneinrichtung ein Lernmodell erstellt, um basierend auf dem Positionsbefehl, der Positionsabweichung und dem Positionsausgleichswert eine Zielfunktion zu minimieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung und eine Maschinenlerneinrichtung und im Besonderen eine Steuereinrichtung und eine Maschinenlerneinrichtung, die dafür konfiguriert sind, durch maschinelles Lernen eine Möglichkeitsbestimmung einer wiederholten Lernsteuerung und eine automatische Einstellung durchzuführen.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Wiederholte Lernsteuerung ist als Verfahren zum Konvergieren einer Steuerabweichung zu nahe null bekannt, um dadurch beim Durchführen einer Bearbeitung oder dergleichen in Antwort auf Befehle identischer Muster, die wiederholt ausgegeben werden, die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern. Bei dieser herkömmlichen wiederholten Lernsteuerung werden die identischen Muster in festen Musterperioden wiederholt angewiesen. Insbesondere werden Korrekturdaten, die in einer unmittelbar vorausgehenden Musterperiode gemäß einer Positionsabweichung für jede Steuerperiode erhalten werden, zuvor in einem Lernspeicher gespeichert. Auf dieser Grundlage wird durch Addieren von im Lernspeicher gespeicherten Korrekturdaten für eine entsprechende Steuerperiode in der unmittelbar vorausgehenden Musterperiode zu der Positionsabweichung für jede Steuerperiode in der aktuellen Musterperiode die Positionsabweichung zu null konvergiert (siehe offengelegte japanische Patentanmeldungen Nr. 07-104823, 06-309021 , etc.). Die wiederholte Lernsteuerung ist zur wiederholten Ausführung der Befehle der identischen Muster effektiv, z.B. bei Kolbendrehmaschinen, die Querschnittsformen der identischen Muster aufweisen.
Da das Steuerverhalten im Falle einer Durchführung der wiederholten Lernsteuerung jedoch auch von der Betriebsform, -geschwindigkeit und dergleichen abhängig ist, lassen sich Parameter zum Stabilisieren des Betriebs eines Steuerobjekts nicht leicht festlegen. Zum Stabilisieren des Steuerverhaltens muss daher ein versierter Bediener die Parametereinstellung und Betriebsversuche für das Steuerobjekt wiederholen.
Außerdem kann es, abhängig von den Inhalten und dem Objekt der Steuerung, nicht zweckmäßig sein, die wiederholte Lernsteuerung zu verwenden. Selbst der versierte Bediener kann jedoch nicht sofort bestimmen, ob die Verwendung der wiederholten Lernsteuerung zweckmäßig ist, und kann dies nur anhand des Ergebnisses der Wiederholung der obigen Parametereinstellung bestimmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuereinrichtung und eine Maschinenlerneinrichtung bereitzustellen, die dazu fähig sind, zu bestimmen, ob eine wiederholte Lernsteuerung auf ein Steuerobjekt mit Nichtlinearität anwendbar ist, und Parameter für die wiederholte Lernsteuerung festzulegen.
Eine Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine durch einen Motor angetriebene Werkzeugmaschine und umfasst eine Befehlserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Positionsbefehl für jede Steuerperiode des Motors zu erzeugen, eine Positionsermittlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Position des Motors zu ermitteln, eine Positionsabweichungserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Positionsabweichung zu erzeugen, die die Differenz zwischen dem Wert des durch die Befehlserzeugungseinheit erzeugten Positionsbefehls und der durch die Positionsermittlungseinheit ermittelten Position des Motors darstellt, eine Wiederholungssteuereinheit, die dafür konfiguriert ist, basierend auf dem Wert der durch die Positionsabweichungserzeugungseinheit erzeugten Positionsabweichung und einem Parameter für eine wiederholte Steuerung einen Positionsausgleichswert zu berechnen, und eine Maschinenlerneinrichtung, die dafür konfiguriert ist, den durch die Wiederholungssteuereinheit berechneten Positionsausgleichswert vorherzusagen. Die Maschinenlerneinrichtung ist dafür konfiguriert, ein Lernmodell zu erstellen, um basierend auf dem Positionsbefehl, der Positionsabweichung und dem Positionsausgleichswert eine Zielfunktion zu minimieren.
Die Maschinenlerneinrichtung kann so konfiguriert sein, dass ihr Lernmodell ein nichtlineares Modell ist, das eine Vielzahl Perzeptrons kombiniert, und dafür konfiguriert sein, das Gewicht einer Verbindung des nichtlinearen Modells zu bestimmen, um die Zielfunktion zu minimieren. Außerdem kann die Maschinenlerneinrichtung dafür konfiguriert sein, die Wiederholungssteuerungsparameter basierend auf dem Gewicht der Verbindung des nichtlinearen Modells zu bestimmen, wenn die Zielfunktion minimiert werden kann.
Die Maschinenlerneinrichtung kann dafür konfiguriert sein, einen Betrieb der Wiederholungssteuereinheit zu deaktivieren, wenn die Zielfunktion nicht minimiert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei der wiederholten Lernsteuerung eine endgültige Steuerbedingung erhalten werden, ohne dass ein Einstellungsversuch erforderlich wäre, so dass das Risiko eines Schwingungsverhaltens bei einem Einstellvorgang ausgeräumt werden kann. Außerdem ist es möglich, einen Bewertungswert der Stabilität eines Steuerobjekts zu erhalten, obgleich es schwierig ist, dessen Stabilität quantitativ zu bewerten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung einer Steuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steuereinrichtung von 1;
3 ist eine Darstellung, die mehrschichtige Perzeptrons veranschaulicht; und
4 ist ein Flussdiagramm, das die Grundzüge einer durch die Steuereinrichtung von 1 ausgeführten Verarbeitung darstellt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung, die Hauptteile einer Steuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Eine Steuereinrichtung 1 kann als Steuereinrichtung zum Steuern beispielsweise einer Werkzeugmaschine ausgeführt sein. Eine CPU (Zentraleinheit) 11 der Steuereinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Prozessor zum allgemeinen Steuern der Steuereinrichtung 1. Die CPU 11 liest ein in einem ROM 12 gespeichertes Systemprogramm über einen Bus 20 aus und steuert die gesamte Steuereinrichtung 1 gemäß diesem Systemprogramm. In einem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten, verschiedene durch einen Bediener über eine Eingabeeinheit (nicht gezeigt) eingegebene Daten und dergleichen zwischengespeichert.
Ein nichtflüchtiger Speicher 14 ist als Speicher ausgeführt, der beispielsweise durch eine Batterie (nicht gezeigt) gestützt wird, so dass sein Speicherzustand selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn die Steuereinrichtung 1 abgeschaltet ist. In dem nichtflüchtigen Speicher 14 werden ein über eine Schnittstelle 15 eingelesenes Programm zur wiederholten Steuerung, ein über die Anzeige-/MDI-Einheit 70 (später beschrieben) eingegebenes Programm und dergleichen gespeichert. Das im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherte Programm zur wiederholten Steuerung kann während der Anwendungszeit auf das RAM 13 ausgedehnt werden. Außerdem werden im Vorfeld verschiedene zum Betrieb der Steuereinrichtung 1 erforderliche Systemprogramme (die ein Systemprogramm zum Steuern des Austausches mit einer später beschriebenen Maschinenlerneinrichtung 100 umfassen) in das ROM 12 geschrieben.
Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle zum Verbinden der Steuervorrichtung 1 und eines externen Geräts 72, wie etwa eines Adapters. Das Programm zur wiederholten Steuerung und verschiedene Parameter werden von Seiten des externen Geräts 72 eingelesen. Außerdem können das Programm zur wiederholten Steuerung und die verschiedenen Parameter, die in der Steuervorrichtung 1 editiert werden, über das externe Gerät 72 in eine externe Speichereinrichtung gespeichert werden. Eine programmierbare Maschinensteuereinrichtung (PMC/Programmable Machine Controller) 16 steuert Peripheriegeräte (z.B. einen Aktor, wie etwa eine Roboterhand zum Werkzeugaustausch) der Werkzeugmaschine durch Ausgeben von Signalen an diese über eine Ein-/Ausgabe- (I/O-) Einheit 17 gemäß einem in der Steuereinrichtung 1 gespeicherten Sequenzprogramm. Außerdem führt die PMC 16 bei Empfang von Signalen von verschiedenen Schaltern eines am Hauptkörper der Werkzeugmaschine befindlichen Bedienpanels eine notwendige Signalverarbeitung durch und übermittelt die verarbeiteten Signale anschließend an die CPU 11.
Die Anzeige-/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabeeinrichtung, die mit einer Anzeigeeinrichtung, einer Tastatur und dergleichen ausgestattet ist, wobei eine Schnittstelle 18 Befehle und Daten von der Tastatur der Anzeige-/MDI-Einheit 70 empfängt und diese an die CPU 11 übermittelt. Eine Schnittstelle 19 ist mit einem Bedienpanel 71 verbunden, das mit einem manuellen Impulsgeber und dergleichen ausgestattet ist, der dazu verwendet wird, Achsen manuell anzutreiben.
Eine Achsensteuerschaltung 30 zum Steuern der Achsen der Werkzeugmaschine empfängt einen Bewegungsbefehlsbetrag jeder Achse von der CPU 11 und gibt einen Befehl für die Achse an einen Servoverstärker 40 aus. Bei Empfang dieses Befehls treibt der Servoverstärker 40 einen Servomotor 50 zum Bewegen der Achsen der Werkzeugmaschine an. Der Servomotor 50 der Achsen weist einen eingebauten Positions-/Drehzahldetektor auf und führt ein Positions-/Drehzahlrückkopplungssignal von diesem Positions-/Drehzahldetektor zur Achsensteuerschaltung 30 zurück, wodurch eine Positions-/Drehzahlrückkopplungsregelung durchgeführt wird. In der Hardwarekonfigurationsdarstellung von 1 sind jeweils nur eine Achsensteuerschaltung 30, ein Servoverstärker 40 und ein Servomotor 50 dargestellt. Tatsächlich werden diese Elemente jedoch in einer Anzahl bereitgestellt, die den zu steuernden Achsen der Werkzeugmaschine entspricht.
Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Spindeldrehbefehl für die Werkzeugmaschine und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Bei Empfang dieses Spindeldrehzahlsignals dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit einer angewiesenen Drehzahl, wodurch das Werkzeug angetrieben wird.
Ein Positionscodierer 63 ist mit dem Spindelmotor 62 verbunden. Der Positionscodierer 63 gibt in Synchronisation mit der Drehung einer Spindel Rückkopplungsimpulse aus, wobei die Rückkopplungsimpulse durch die CPU 11 gelesen werden.
Eine Schnittstelle 21 ist eine Schnittstelle zum Verbinden der Steuereinrichtung 1 und der Maschinenlerneinrichtung 100. Die Maschinenlerneinrichtung 100 umfasst einen Prozessor 101 zum Steuern der gesamten Maschinenlerneinrichtung 100, ein RAM 103 zur Zwischenspeicherung bei jedem mit maschinellem Lernen in Zusammenhang stehenden Verarbeitungsschritt, und einen nichtflüchtigen Speicher 104, der dazu verwendet wird, Lernmodelle und dergleichen zu speichern. Die Maschinenlerneinrichtung 100 kann verschiedene Informationen (z.B. einen von der CPU 11 an die Achsensteuerschaltung 30 ausgegebenen Bewegungsbefehlsbetrag jeder Achse, einen Positionsbefehlswert, einen vom Servomotor 50 erhaltenen Positions-/Drehzahlrückkopplungswert, etc.) überwachen, die über die Schnittstelle 21 durch die Steuereinrichtung 1 erfasst werden können. Außerdem bestimmt Steuereinrichtung 1 basierend auf den von der Maschinenlerneinrichtung 100 ausgegebenen Werten, ob eine wiederholte Lernsteuerung auf die Steuerung eines Steuerobjekts anwendbar ist, und legt Parameter für die wiederholte Lernsteuerung fest.
2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der Steuereinrichtung 1 und der Maschinenlerneinrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform.
Jeder der in 2 gezeigten Funktionsblöcke wird umgesetzt, wenn die CPU 11 der Steuereinrichtung 1 und der Prozessor 101 der Maschinenlerneinrichtung 100, die in 1 gezeigt sind, ihre jeweiligen Systemprogramme und Steuerungsvorgänge verschiedener Teile (Achsensteuerschaltung 30, etc.) der Steuereinrichtung 1 und der Maschinenlerneinrichtung 100 für jede Steuerperiode T ausführen.
Die Steuereinrichtung 1 hat eine Funktion zum Durchführen einer Steuerung, so dass sich die Position des Servomotors 50 in einer wiederholten Steuerperiode L in einem vorgegebenen Muster bewegt. Die Steuereinrichtung 1 der vorliegenden Erfindung umfasst eine Befehlserzeugungseinheit 120, eine Positionsabweichungserzeugungseinheit 130, eine Positionsermittlungseinheit 150 und eine Wiederholungssteuereinheit 160.
Die Befehlserzeugungseinheit 120 erzeugt basierend auf einem Befehl, der aus dem im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherten Programm zur wiederholten Steuerung ausgelesen wird, einen Positionsbefehl für den Servomotor 50 für jede Steuerperiode T der Steuereinrichtung 1 und gibt den erzeugten Positionsbefehl an die Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 und die Maschinenlerneinrichtung 100 aus.
Die Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 erzeugt eine Positionsabweichung, die die Differenz zwischen dem von der Befehlserzeugungseinheit 120 empfangenen Positionsbefehl für den Servomotor 50 und der durch die Positionsermittlungseinheit 150 ermittelten Position des Servomotors 50 darstellt, und gibt die erzeugte Positionsabweichung an den Servomotor 50, die Wiederholungssteuereinheit 160 und die Maschinenlerneinrichtung 100 aus.
Die Befehlserzeugungseinheit 120, die Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 und die Positionsermittlungseinheit 150 sind Strukturen zur Positionsrückkopplungsregelung, die herkömmlicherweise durchgeführt wird. Bei der wiederholten Lernsteuerung wird zusätzlich zu diesen Strukturen die Wiederholungssteuereinheit 160 hinzugefügt.
Die Wiederholungssteuereinheit 160 berechnet basierend auf der von der Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 empfangenen Positionsabweichung für jede Steuerperiode T und in einer Parameterspeichereinheit 170 gespeicherten Parametern einen Positionsausgleichswert und gibt den berechneten Positionsausgleichswert aus. Wenn durch die Maschinenlerneinrichtung 100 derzeit ein Lernmodell erstellt wird, berechnet die Wiederholungssteuereinheit 160 den Positionsausgleichswert unter Verwendung eines derzeit in der Parameterspeichereinheit 170 gespeicherten Parameters (eines Anfangsparameters, der durch den Bediener oder dergleichen in der Anfangsphase des Betriebs der Steuereinrichtung 1 festgelegt wird). Wenn nach dem Abschluss der Erstellung des Lernmodells durch die Maschinenlerneinrichtung 100 bestimmt wird, dass die wiederholte Lernsteuerung anwendbar ist, berechnet die Wiederholungssteuereinheit 160 den Positionsausgleichswert dagegen unter Verwendung der durch die Maschinenlerneinrichtung 100 festgelegten und in der Parameterspeichereinheit 170 gespeicherten Parameter. Der durch die Wiederholungssteuereinheit 160 ausgegebene Positionsausgleichswert wird in einem Addierer 180 zu der von der Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 ausgegebenen Positionsabweichung addiert und das Ergebnis der Addition an den Servomotor 50 ausgegeben. Die Wiederholungssteuereinheit 160 ist eine Struktur zur wiederholten Lernsteuerung, die in herkömmlichen Techniken, wie etwa den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 07-104823 und 06-309021 , offenbart ist. Da die Details des Betriebs der Wiederholungssteuereinheit 160 bereits bekannt sind, wird hier auf eine genaue Beschreibung derselben verzichtet.
Die Maschinenlerneinrichtung 100 der Steuereinrichtung 1 führt das sogenannte maschinelle Lernen hingegen basierend auf dem von der Befehlserzeugungseinheit 120 ausgegebenen Positionsbefehl für jede Steuerperiode T und der von der Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 ausgegebenen Positionsabweichung für jede Steuerperiode T durch und bestimmt basierend auf dem Lernergebnis die Anwendbarkeit des wiederholten maschinellen Lernens und legt die Parameter (in der Parameterspeichereinheit 170 gespeicherte Parameter) für die wiederholte Lernsteuerung fest.
Wie durch die Funktionsblöcke in 2 gezeigt, umfasst die Maschinenlerneinrichtung 100 der Steuereinrichtung 1 eine Zustandsüberwachungseinheit 106, eine Maschinenlerneinheit 110, eine Bestimmungseinheit 112 und eine Parameterberechnungseinheit 114. Die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwacht von der Befehlserzeugungseinheit 120 ausgegebene Positionsbefehlsdaten S1 für jede Steuerperiode T und von der Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 ausgegebene Positionsabweichungsdaten S2 für jede Steuerperiode T als Zustandsgrößen S. Die Maschinenlerneinheit 110 führt das maschinelle Lernen basierend auf den Zustandsgrößen S durch. Die Bestimmungseinheit 112 bestimmt die Anwendbarkeit der wiederholten Lernsteuerung basierend auf dem Ergebnis des maschinellen Lernens durch die Maschinenlerneinheit 110. Die Parameterberechnungseinheit 114 berechnet die Parameter für die wiederholte Lernsteuerung basierend auf dem Ergebnis des Lernens durch die Maschinenlerneinheit 110 und gibt diese aus.
Die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwacht die von der Befehlserzeugungseinheit 120 ausgegebenen Positionsbefehlsdaten S1 für jede Steuerperiode T, die von der Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 ausgegebenen Positionsabweichungsdaten S2 für jede Steuerperiode T und die Positionsausgleichswertdaten S3, die den von der Wiederholungssteuereinheit 160 ausgegebenen Positionsausgleichswert angeben, als Zustandsgrößen S in einem Zustand, in dem die wiederholte Lernsteuerung basierend auf den in der Parameterspeichereinheit 170 gespeicherten Parametern durchgeführt wird. Während das Lernen durch die Maschinenlerneinheit 110 durchgeführt wird, überwacht die Zustandsüberwachungseinheit 106 die von der Befehlserzeugungseinheit 120 ausgegebenen Positionsbefehlsdaten S1 für jede Steuerperiode T, die von der Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 ausgegebenen Positionsabweichungsdaten S2 für jede Steuerperiode T und die Positionsausgleichswertdaten S3, die den von der Wiederholungssteuereinheit 160 ausgegebenen Positionsausgleichswert angeben.
Die Maschinenlerneinheit 110 erzeugt das Lernmodel für die wiederholte Lernsteuerung (d.h. führt das maschinelle Lernen durch) gemäß einem beliebigen Lernalgorithmus, was kollektiv als maschinelles Lernen bezeichnet wird, basierend auf den Positionsbefehlsdaten S1, den Positionsabweichungsdaten S2 und den Positionsausgleichswertdaten S3, die durch die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwacht werden. Die Maschinenlerneinheit 110 erstellt das Lernmodell basierend auf einem Befehlswert (Positionsbefehlsdaten S1), einem Rückkopplungswert (Positionsabweichungsdaten S2) und einer Antwort darauf (Positionsausgleichswertdaten S3) in dem Zustand, in dem die wiederholte Lernsteuerung basierend auf den in der Parameterspeichereinheit 170 gespeicherten Parametern durchgeführt wird. Ein nichtlineares Modell, wie etwa das in 3 gezeigte, das eine Vielzahl Perzeptrons kombiniert, kann für das durch die Maschinenlerneinheit 110 erstellte Lernmodel verwendet werden. In einem solchen Fall wird die Erstellung des Lernmodells (maschinelles Lernen) durch die Maschinenlerneinheit 110 durch Einstellen von Maschinenlernparametern w (Gewichte von Verbindungen zwischen den Perzeptrons; Gewichtsmatrizen w1, w2 und w3 in 3) durchgeführt, um den Wert einer durch den folgenden Ausdruck (1) angegebenen Verlustfunktion L(w) zu minimieren: $L (w) = \sum_{i = 1}^{N} l (r^{i}, y_{1}^{i}; w) \to min$
Die Maschinenlerneinheit 110 wiederholt Vorgänge zum Minimieren des Werts der obigen Verlustfunktion L(w) basierend auf den durch die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwachten Zustandsgrößen S. Wenn es der Maschinenlerneinheit 110 gelungen ist, den Wert der Verlustfunktion L(w) beispielsweise auf einen vorgegebenen Schwellenwert oder darunter zu verringern, gibt sie dahingehend eine Nachricht aus, dass die Erstellung des Lernmodells vollendet wurde, woraufhin die Erstellung des Lernmodells (maschinelles Lernen) beendet wird. Wenn es dagegen der Maschinenlerneinheit 110 in einer vorgegebenen Anzahl von Vorgängen zum Minimieren des Werts der obigen Verlustfunktion L(w) nicht gelungen ist, den Wert der Verlustfunktion L(w) auf den vorgegebenen Schwellenwert oder darunter zu verringern (d.h. wenn bei der Erstellung des Lernmodells keine Konvertierung erfolgt ist), gibt sie nach dem Wiederholen der beispielsweise auf den durch die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwachten Zustandsgrößen S basierenden Minimierungsvorgänge dahingehend eine Nachricht aus, dass die Erstellung des Lernmodells nicht vollendet wurde, woraufhin die Erstellung des Lernmodells (maschinelles Lernen) endet.
Die Bestimmungseinheit 112 bestimmt die Anwendbarkeit der wiederholten Lernsteuerung basierend auf einer Erfolgs-/Misserfolgsnachricht bezüglich der Erstellung des Lernmodells von der Maschinenlerneinheit 110. Wenn die Erstellung des Lernmodells durch die Maschinenlerneinheit 110 erfolgreich ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 112, dass die wiederholte Lernsteuerung auf ein übliches Steuersystem anwendbar ist und gibt dementsprechend eine Nachricht aus. Wenn dagegen die Erstellung des Lernmodells durch die Maschinenlerneinheit 110 nicht erfolgreich ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 112, dass die wiederholte Lernsteuerung nicht auf das Steuersystem anwendbar ist und schaltet die Maschinenlerneinrichtung 100 ab.
Wenn durch die Bestimmungseinheit 112 bestimmt wird, dass die wiederholte Lernsteuerung auf das übliche Steuersystem anwendbar ist, konvertiert die Parameterberechnungseinheit 114 unter Verwendung einer voreingestellten Abbildungsfunktion die Maschinenlernparameter w des durch die Maschinenlerneinheit 110 erstellten Lernmodells in Wiederholungslernsteuerungsparameter p. Die Abbildungsfunktion, die durch die Parameterberechnungseinheit 114 zum Konvertieren der Maschinenlernparameter w in die Wiederholungslernsteuerungsparameter p verwendet wird, kann zweckmäßig eine Abbildungsfunktion sein, die zuvor durch ein Experiment oder dergleichen anhand der Maschinenlernparameter des Lernmodells erhalten wurde, das durch die Maschinenlerneinheit 110 in dem üblichen Steuersystem erstellt wurde, auf das die wiederholte Lernsteuerung anwendbar ist, und die Parameter steuern, die durch die auf das übliche Steuersystem angewandte wiederholte Lernsteuerung gelernt wurden.
Außerdem kann das durch die Maschinenlerneinheit 110 erstellte Lernmodell (gelernte Modell) auch auf andere Steuereinrichtungen angewandt werden, die die gleiche wiederholte Steuerung durchführen. In Fabriken, in denen eine Vielzahl Werkzeugmaschinen desselben Modells aufgestellt ist, beispielsweise um identische Produkte zu bearbeiten, wird das Lernmodell in der einzelnen Steuereinrichtung 1 durch die obige Maschinenlerneinheit 110 erstellt, so dass die durch die Parameterberechnungseinheit 114 basierend auf dem erstellten gelernten Modell berechneten Wiederholungslernsteuerungsparameter p in den Steuereinrichtungen zum Steuern der einzelnen Werkzeugmaschinen festgelegt und verwendet werden können.
4 ist ein schematisches Flussdiagramm einer in der Steuereinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung.
Schritt SA01: Die Steuereinrichtung 1 bestimmt, ob die Maschinenlerneinheit 110 derzeit das Lernmodell erstellt. Wenn die Maschinenlerneinheit 110 derzeit das Lernmodell erstellt, fährt die Verarbeitung mit Schritt SA02 fort. Wenn die Erstellung des Lernmodells durch die Maschinenlerneinheit 110 abgeschlossen ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SA07 fort.
Schritt SA02: Die Befehlserzeugungseinheit 120 erzeugt den Positionsbefehl für den Servomotor 50 für jede Steuerperiode T der Steuereinrichtung 1 basierend auf dem Befehl, der aus dem im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherten Programm zur wiederholten Steuerung ausgelesen wird, und gibt den erzeugten Positionsbefehl an die Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 und die Maschinenlerneinrichtung 100 aus.
Schritt SA03: Die Positionsermittlungseinheit 150 ermittelt die Position des Servomotors 50.
Schritt SA04: Die Positionsabweichungserzeugungseinheit 130 erzeugt die Positionsabweichung, die eine Differenz zwischen dem in Schritt SA02 erzeugten Positionsbefehl für den Servomotor 50 und der in Schritt SA03 ermittelten Position des Servomotors 50 darstellt.
Schritt SA05: Die Wiederholungssteuereinheit 160 berechnet den Positionsausgleichswert basierend auf der in Schritt SA04 erzeugten Positionsabweichung und den in der Parameterspeichereinheit 170 gespeicherten Parametern.
Obgleich der Wert des durch die Befehlserzeugungseinheit erzeugten Positionsbefehls nicht in die Wiederholungssteuereinheit 160 eingegeben wird, gibt es einen Fall (Übersteuerung der Betriebsgeschwindigkeit), in dem der Positionsausgleichswert anhand des Werts eines Positionsbefehls berechnet wird. Die Maschinenlerneinrichtung 100 kann dafür konfiguriert sein, als Simulator für ein Verhalten einer Wiederholungssteuerung zu dienen, wobei in diesem Fall die Maschinenlerneinrichtung 100 keine Simulation durchführen kann, sofern sie nicht den Positionsbefehlswert empfängt.
Schritt SA06: Die Maschinenlerneinheit 110 erstellt das Lernmodell basierend auf dem in Schritt SA02 erzeugten Positionsbefehl des Servomotors 50 (oder dem durch die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwachten Positionsbefehl), der in Schritt SA04 erzeugten Positionsabweichung (oder der durch die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwachten Positionsabweichung) und dem in Schritt SA05 berechneten Positionsausgleichswert (oder dem durch die Zustandsüberwachungseinheit 106 überwachten Positionsausgleichswert).
Schritt SA07: Die Bestimmungseinheit 112 bestimmt, ob bei der Erstellung des Lernmodells (beim maschinellen Lernen) durch die Maschinenlerneinheit 110 eine Konvertierung durchgeführt wird. Wenn bei der Erstellung des Lernmodells eine Konvertierung durchgeführt wird, fährt die Verarbeitung mit Schritt SA08 fort. Wenn bei der Erstellung des Lernmodells keine Konvertierung erfolgt ist, fährt das Verfahren mit Schritt SA09 fort.
Schritt SA08: Die Bestimmungseinheit 112 aktiviert die wiederholte Lernsteuerung durch die Wiederholungssteuereinheit 160 basierend auf der Annahme, dass die wiederholte Lernsteuerung ausführbar ist. Die Parameterberechnungseinheit 114 konvertiert die Maschinenlernparameter w des durch die Maschinenlerneinheit 110 erstellten Lernmodells in die Steuerparameter p und speichert die konvertierten Steuerparameter p in der Parameterspeichereinheit 170.
Schritt SA09: Die Bestimmungseinheit 112 bestimmt, dass die wiederholte Lernsteuerung nicht ausführbar ist und deaktiviert die wiederholte Lernsteuerung durch die Wiederholungssteuereinheit 160.
Bei der Steuereinrichtung 1 gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Wiederholungslernparameter automatisch erhalten werden, wenn bei der Lernmodellerstellung (Suchversuch nach Maschinenlernparametern) durch die Maschinenlerneinheit 110 der Wert der Verlustfunktion L(w) zu einem Mindestwert konvergiert. Wenn beispielsweise beim Durchführen der wiederholten Steuerung in einer Kolbendrehmaschine die Spindeldrehzahl innerhalb eines moderaten Drehzahlbereichs festgelegt ist, konvergiert der Wert der Verlustfunktion L(w). Wenn die Spindeldrehzahl jedoch in einem Überdrehzahlbereich festgelegt ist, konvergiert der Wert der Verlustfunktion L(w) nicht, sondern divergiert, so dass anhand des Betriebs der Maschinenlerneinheit 110 festgestellt werden kann, dass das wiederholte Lernen nicht anwendbar ist.
Obgleich hierin eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und lässt sich geeignet abwandeln und auf verschiedene Art und Weise umsetzen.
Beispielsweise sind der Lernalgorithmus, der Berechnungsalgorithmus und dergleichen, die durch die Maschinenlerneinrichtung 100 ausgeführt werden, nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt und es stehen verschiedene Algorithmen zur Verfügung.
Außerdem kann, obwohl die Steuereinrichtung 1 und die Maschinenlerneinrichtung 100 bei der vorstehenden Ausführungsform als Einrichtungen beschrieben sind, die unterschiedliche CPUs (Prozessoren) aufweisen, die Maschinenlerneinrichtung 100 alternativ durch die CPU 11 der Steuereinrichtung 1 und die im ROM 12 gespeicherten Systemprogramme implementiert werden.
Des Weiteren wird das Lernmodell bei der vorstehenden Ausführungsform basierend auf dem Positionsbefehlswert (Positionsbefehlsdaten S1), dem Rückkopplungswert (Positionsabweichungsdaten S2) und der Antwort darauf (Positionsausgleichswertdaten S3) als Eingänge erstellt. Zum Reflektieren der dynamischen Eigenschaften von Motoren und dergleichen können jedoch auch Drehmomentbefehlswerte, Motorströme und dergleichen als Eingangswerte verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 07104823 [0002]
JP 06309021 [0002]
JP 7104823 [0025]
JP 6309021 [0025]

Claims

Steuereinrichtung zum Steuern einer durch einen Motor angetriebenen Werkzeugmaschine, wobei die Steuereinrichtung umfasst: - eine Befehlserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, einen Positionsbefehl für jede Steuerperiode des Motors zu erzeugen, - eine Positionsermittlungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Position des Motors zu ermitteln, - eine Positionsabweichungserzeugungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Positionsabweichung zu erzeugen, die die Differenz zwischen dem Wert des durch die Befehlserzeugungseinheit erzeugten Positionsbefehls und der durch die Positionsermittlungseinheit ermittelten Position des Motors darstellt, - eine Wiederholungssteuereinheit, die dafür konfiguriert ist, basierend auf dem Wert der durch die Positionsabweichungserzeugungseinheit erzeugten Positionsabweichung und einem Parameter für eine wiederholte Steuerung einen Positionsausgleichswert zu berechnen, und - eine Maschinenlerneinrichtung, die dafür konfiguriert ist, den durch die Wiederholungssteuereinheit berechneten Positionsausgleichswert vorherzusagen, - wobei die Maschinenlerneinrichtung ein Lernmodell erstellt, um basierend auf dem Positionsbefehl, der Positionsabweichung und dem Positionsausgleichswert eine Zielfunktion zu minimieren.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lernmodell der Maschinenlerneinrichtung ein nichtlineares Modell ist, das eine Vielzahl Perzeptrons kombiniert, und wobei die Maschinenlerneinrichtung das Gewicht einer Verbindung des nichtlinearen Modells bestimmt, um die Zielfunktion zu minimieren.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Maschinenlerneinrichtung die Wiederholungssteuerungsparameter basierend auf dem Gewicht der Verbindung des nichtlinearen Modells bestimmt, wenn die Zielfunktion minimiert werden kann.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Maschinenlerneinrichtung einen Betrieb der Wiederholungssteuereinheit deaktiviert, wenn die Zielfunktion nicht minimiert werden kann.