DE112020001285T5

DE112020001285T5 - Vorrichtung, verfahren und programm zur unterstützung derparametereinstellung

Info

Publication number: DE112020001285T5
Application number: DE112020001285.9T
Authority: DE
Inventors: Takanobu Matsuura; Mamoru Egi; Yasushi Ono
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-12-02
Also published as: US20220147007A1; JP7268419B2; JP2020149623A; CN113490890B; WO2020189406A1; CN113490890A

Abstract

Eine Technik erleichtert die Voreinstellung von Parametern zur Steuerung eines Steuerziels, das eine Lastvorrichtung umfasst, deren Maschinenparameter, wie z.B. die Trägheit, in Abhängigkeit von ihrer Stellung oder ihrem Zustand veränderbar sind. Eine Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung (10) zum Unterstützen einer Steuervorrichtung (30) beim Einstellen von Steuerparametern umfasst einen ersten Spezifizierer (14), der Bewertungsindexwerte angibt, die die Steuerstabilität oder die Steuerleistung der Steuervorrichtung (30) anhand von Frequenzgangkennlinien eines Steuerziels (40) in Stellungen der Lastvorrichtung (42) mit maximaler Trägheit und minimaler Trägheit anzeigen, und einen zweiten Spezifizierer (14), der einen kombinierten Bewertungsindexwert angibt, der einen Bewertungsindexwert in der Stellung der Lastvorrichtung (42) im Betrieb basierend auf den durch den ersten Spezifizierer (14) angegebenen Bewertungsindexwerten in den Stellungen der Lastvorrichtung (42) mit maximaler Trägheit und minimaler Trägheit darstellt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung, ein Verfahren zur Unterstützung der Parametereinstellung und ein Programm zur Unterstützung der Parametereinstellung, um eine Steuervorrichtung, die ein Steuerziel einschließlich einer Lastvorrichtung und eines Motors steuert, bei der Einstellung von Parameterwerten zu unterstützen.
HINTERGRUND
Bei einem System wie einem Roboter mit serieller Verbindung hat eine von einem Motor angetriebene Lastvorrichtung Maschinenparameter (einschließlich Trägheit oder Trägheitsmoment), die in Abhängigkeit von der Stellung der Lastvorrichtung veränderbar sind. Daher müssen verschiedene Steuerparameter für eine Steuervorrichtung, die ein Steuerziel (einschließlich der Lastvorrichtung und des Motors) in einem solchen System steuert, in einen Wertebereich fallen, der ein angemessenes Steuern des Steuerziels unabhängig von der Stellung der Lastvorrichtung ermöglicht. Bekannte Technologien zur Einstellung von Steuerparametern einer Steuervorrichtung (siehe z. B. Patentliteratur 1) wurden jedoch anhand fester Maschinenparameter einer Lastvorrichtung entwickelt. Bei einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines Steuerziels, das eine Lastvorrichtung mit Maschinenparametern umfasst, die in Abhängigkeit von deren Stellung veränderbar sind, erfordert die Einstellung oder Anpassung verschiedener Steuerparameter die Wiederholung einer Reihe von Vorgängen, einschließlich der Einstellung und Anpassung von Steuerparameterwerten, der Auswertung, der Änderung der Stellung der Lastvorrichtung und der Auswertung.
Ein möglicher Ansatz für dieses Problem ist ein Verfahren zur Einstellung von Steuerparametern, die eine stabile Steuerung unabhängig von der Stellung einer Lastvorrichtung ermöglichen, indem Einstellindizes in mehreren Stellungen der Lastvorrichtung kombiniert werden und ein Kennfeld der kombinierten Einstellindizes angezeigt wird. Ein solches Verfahren umfasst die Ermittlung von Einstellindizes, die die typischen Stellungen der Lastvorrichtung mit ihrer veränderlichen Trägheit widerspiegeln, z. B. die Stellungen der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit. Die Suche nach den Stellungen der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit erfordert jedoch eine Schätzung dieser Stellungen anhand der Struktur der Lastvorrichtung oder eine trial-and-error (Versuch-und-Irrtum) -Schätzung oder eine Bewertung der Trägheit für alle Stellungen. Die Suche nach den Stellungen der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit verursacht daher Schwierigkeiten. Außerdem ist es zeitaufwändig, mittels einer bekannten Technik für jede der zahlreichen Stellungen ein Einstellungskennfeld zu erstellen.
Eine bekannte Technik in diesem Zusammenhang umfasst die Voreinstellung einer Verstärkung für einen Trägheitsänderungsbereich, die Ermittlung der Gesamtträgheit in Echtzeit und die Einstellung einer proportionalen Verstärkung des Stellungsregelkreises, einer proportionalen Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und einer integralen Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises anhand des geschätzten Bereichs der Gesamtträgheit (siehe z. B. Patentliteratur 2). Genauer gesagt, bestimmt die in Patentliteratur 2 beschriebene bekannte Technik die proportionale Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises anhand eines voreingestellten maximalen Geschwindigkeitsansprechwertes und der in Echtzeit geschätzten maximalen und minimalen Trägheitswerte und bestimmt eine weitere Verstärkung unter Verwendung eines konstanten Verhältnisses zur proportionalen Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises. Diese Technik erfordert jedoch eine Echtzeit-Schätzung der Trägheit und kann die Steuerung komplizierter machen und die Betriebslast erhöhen.
Unter solchen Umständen wurde auf Techniken gewartet, die die Voreinstellung von Parametern zum Steuern eines Steuerziels erleichtern, das eine Lastvorrichtung umfasst, deren Maschinenparameter, wie z. B. die Trägheit, in Abhängigkeit von ihrer Stellung oder ihrem Zustand veränderbar sind.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Veröffentlichte ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2017-167607
Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 5200648

ÜBERBLICK
TECHNISCHES PROBLEM
In Reaktion auf das obige Problem sind ein oder mehrere erfindungsgemäße Aspekte auf ein Verfahren zur Erleichterung der Voreinstellung von Parameterwerten für das Steuern eines Steuerziels gerichtet, das eine Lastvorrichtung umfasst, die Maschinenparameter wie z. B. Trägheit aufweist, die entsprechend ihrer Stellung oder ihres Zustands veränderbar sind.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Aspekt ist eine Vorrichtung zum Unterstützen einer Steuervorrichtung beim Einstellen von Steuerparametern zum Steuern eines Steuerziels, das eine Lastvorrichtung und einen Motor zum Antreiben der Lastvorrichtung mit einer Trägheit umfasst, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb veränderbar ist. Die Unterstützungsvorrichtung für die Parametereinstellung umfasst einen ersten Spezifizierer, der Bewertungsindexwerte angibt, die die Steuerstabilität oder die Steuerleistung der Steuervorrichtung anhand von Frequenzgangkennlinien des Steuerziels in einer Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler Trägheit und in einer Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit anzeigen, und einen zweiten Spezifizierer, der einen kombinierten Bewertungsindexwert angibt, der einen Bewertungsindexwert in der Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb anhand der durch den ersten Spezifizierer angegebenen Bewertungsindexwerte in der Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit darstellt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gibt der erste Spezifizierer Bewertungsindexwerte an, die die Steuerstabilität oder Steuerleistung einer Steuervorrichtung anhand der Frequenzgangkennlinie eines Steuerziels in Stellungen der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit angeben. Basierend auf den Bewertungsindexwerten gibt der zweite Spezifizierer einen kombinierten Bewertungsindexwert an, der einen Bewertungsindexwert in der Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb darstellt.
Die Struktur nach dem obigen Aspekt kann somit die Bewertungsindexwerte angeben, die die Änderung der Trägheit der Lastvorrichtung im Betrieb widerspiegeln, und kann Steuerparameter basierend auf den Bewertungsindexwerten einstellen. Das Steuerziel bezieht sich hier auf ein System mit einer Lastvorrichtung und einem Motor, der die Lastvorrichtung antreibt. Die Bewertungsindexwerte zeigen die Steuerstabilität oder die Steuerleistung des Steuerziels an und können beispielsweise einen Spitzenwert der Stellungsregelkreisverstärkung, einen Spitzenwert der Geschwindigkeitsregelkreisverstärkung oder beides umfassen.
Bei dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der erste Spezifizierer die Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit der maximalen Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung mit der minimalen Trägheit anhand einer Frequenzgangkennlinie in einer vorbestimmten Referenzstellung der Lastvorrichtung im Betrieb anhand eines Verhältnisses der Trägheit der Lastvorrichtung in der Referenzstellung zu der Trägheit der Lastvorrichtung in der Stellung mit der maximalen Trägheit, und eines Verhältnisses der Trägheit der Lastvorrichtung in der Referenzstellung zu der Trägheit der Lastvorrichtung in der Stellung mit der minimalen Trägheit erhalten.
In dieser Struktur erhält der erste Spezifizierer die Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit nicht separat. Der erste Spezifizierer kann die Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in einer Referenzstellung der Lastvorrichtung erhalten und die Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in den Stellungen der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit anhand des Verhältnisses der Trägheit der Lastvorrichtung in der Referenzstellung zur Trägheit der Lastvorrichtung in der Stellung mit maximaler Trägheit und dem Verhältnis der Trägheit der Lastvorrichtung in der Referenzstellung zur Trägheit der Lastvorrichtung in der Stellung mit minimaler Trägheit erhalten.
Diese Struktur erleichtert es, die Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in den Stellungen der Lastvorrichtung mit maximaler und minimaler Trägheit zu erhalten. Diese Struktur erleichtert die Einstellung von Parametern für die Steuerung eines Steuerziels mit einer Lastvorrichtung, deren Trägheit während des Betriebs der Lastvorrichtung veränderbar ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der erste Spezifizierer die Referenzstellung als die Stellung der Lastvorrichtung mit der geringsten Trägheit bestimmen. Diese Struktur kann die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung und in der Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit erhalten, was die Möglichkeit erhöht, eine Frequenzgangkennlinie in einer stabileren Weise zu erhalten, und die Einstellung von Parametern für eine gleichmäßigere Steuerung eines Steuerziels ermöglicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der erste Spezifizierer die Bewertungsindexwerte in der Stellung der Lastvorrichtung mit der maximalen Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung mit der minimalen Trägheit für jeden von mehreren Zuständen der Steuervorrichtung angeben, in denen die Steuervorrichtung unterschiedliche Werte für mindestens einen Steuerparameter aufweist. Der zweite Spezifizierer kann den kombinierten Bewertungsindexwert für jeden der mehreren Zustände der Steuervorrichtung angeben.
In dieser Struktur gibt der erste Spezifizierer Bewertungsindexwerte für mehrere Zustände der Steuervorrichtung an, und der zweite Spezifizierer gibt einen kombinierten Bewertungsindexwert für jeden Zustand der Steuervorrichtung an. Dies erleichtert die Auswahl des Zustands der Steuervorrichtung, um einen optimalen kombinierten Bewertungsindexwert zu erhalten, und erleichtert somit die Einstellung eines optimalen Steuerparameters.
Die Parametereinstellung-Unterstützungsvorrichtung nach dem obigen erfindungsgemäßen Aspekt kann ferner eine Anzeige umfassen, die jeden kombinierten Bewertungsindexwert, der durch den zweiten Spezifizierer angegeben wurde, in Verbindung mit Informationen anzeigt, die einen entsprechenden Zustand der Vielzahl von Zuständen der Steuervorrichtung anzeigen, die jeweils den angegebenen kombinierten Bewertungsindexwert haben.
In dieser Struktur kann die Anzeige beispielsweise ein Stabilitätskennfeld anzeigen, das kombinierte Bewertungsindexwerte in verschiedenen Farben unter Verwendung von Parametern anzeigt, die die Zustände der Steuervorrichtung auf der horizontalen Achse und der vertikalen Achse angeben. Die kombinierten Bewertungsindexwerte werden in Verbindung mit Informationen angezeigt, die die Zustände der Steuervorrichtung mit bestimmten kombinierten Bewertungsindexwerten angeben, um die Einstellung der optimalen Parameter zu erleichtern.
Bei dem erfindungsgemäßen Aspekt kann der erste Spezifizierer eine Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung im Betrieb für eine vorbestimmte Einzelfrequenz erhalten, um einen Trägheitswert der Lastvorrichtung in einer vorbestimmten Stellung zu erhalten.
In dieser Struktur kann die Frequenzgangkennlinie für einen einzelnen Frequenzeingang während des Betriebs der Lastvorrichtung wiederholt überprüft werden, und das Verhältnis der Trägheit in der Referenzstellung zur Trägheit in jeder Stellung kann berechnet werden. Dieser einzige kontinuierliche Vorgang kann die Ermittlung eines Bereichs für die Änderung der Trägheit der Lastvorrichtung im Betrieb weiter erleichtern.
Bei dieser Struktur kann der erste Spezifizierer den Trägheitswert der Lastvorrichtung in der vorbestimmten Stellung anhand einer Verstärkungskennlinie der Lastvorrichtung im Betrieb für die vorbestimmte Einzelfrequenz und eines vorbestimmten Parameters, der im Voraus festgelegt wurde, berechnen. Der vorbestimmte Parameter kann hier eine Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises und ein eingestellter Trägheitswert J₀ sein. Dies kann die Berechnung des Trägheitswertes der Lastvorrichtung in jeder Stellung anhand der Verstärkungskennlinie, der Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreis Kvp und des eingestellten Trägheitswertes J₀ mit der
unten beschriebenen Formel (1) erleichtern. $Tr \ddot{a} gheit J = (Kvp \cdot J_{0}) / (ω \cdot | G (j ω) |)$
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann einem Betriebsbefehlssignal, das an die Lastvorrichtung im Betrieb gerichtet ist, ein sinusförmiges Signal überlagert werden.
Ein konkretes Frequenzsignal ist zu verwenden, um eine Frequenzgangkennlinie einer vorbestimmten Einzelfrequenz während des Betriebs der Lastvorrichtung zu erhalten. Wenn die Lastvorrichtung jedoch als Reaktion auf einen Befehl, wie z. B. einen Befehl für eine gleichmäßige Bewegung, arbeitet, umfasst der Betriebsbefehl kein Frequenzsignal und kann Schwierigkeiten bei der Ermittlung der Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz verursachen.
Wenn ein an die Lastvorrichtung gerichteter Betriebsbefehl mehrere Frequenzkomponenten umfasst, kann die Lastvorrichtung die Frequenzgangkennlinie für die einzelne Frequenz nicht korrekt ermitteln, da sie durch die mehreren Frequenzkomponenten beeinflusst wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass einem an die Lasteinrichtung gerichteten Betriebsbefehlssignal im Betrieb ein Sinussignal überlagert wird. Auf diese Weise lassen sich die Frequenzgangkennlinien für eine einzige Frequenzeingabe unabhängig von der Art des Betriebsbefehls zuverlässiger ermitteln. Bei dem zu überlagernden Sinussignal kann es sich um ein Sinussignal handeln, das sich auf die eine Frequenz bezieht, oder um die Summe von Sinuswellen mit mehreren unterschiedlichen Frequenzen.
Beim obigen erfindungsgemäßen Aspekt kann das zu überlagernde sinusförmige Signal eine Frequenz haben, die niedriger ist als eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz der Lastvorrichtung. Wenn die Frequenz des zu überlagernden sinusförmigen Signals der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz entspricht oder höher ist als diese, entsteht eine große Lücke zwischen einem tatsächlichen Steuerziel und einem Steuerzielmodell, das zur Ermittlung der Trägheit verwendet wird. Dies kann dazu führen, dass die Trägheit nicht korrekt ermittelt wird. Ist hingegen die Frequenz des zu überlagernden Sinussignals kleiner als die Resonanz- und die Antiresonanzfrequenz der Lastvorrichtung, kann die Trägheit der Lastvorrichtung zuverlässiger und korrekter ermittelt werden.
Als Frequenz des zu überlagernden sinusförmigen Signals kann eine Frequenz, die niedriger ist als die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung, anhand der an der Referenzstellung erhaltenen Frequenzgangkennlinie bestimmt werden. Die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung können leicht ermittelt werden, und somit kann die Frequenz des Sinussignals einfacher als Frequenz bestimmt werden, die niedriger als die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung ist.
Beim obigen Aspekt kann die Frequenz des zu überlagernden sinusförmigen Signals in einem Band liegen, das bei der Referenzstellung ungefähr bei -20 dB/dec in der Frequenzgangkennlinie des offenen Regelkreises liegt. Ist die Frequenz des zu überlagernden sinusförmigen Signals niedriger als die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung, so kann der Effekt der Resonanz oder Antiresonanz zu Schwierigkeiten bei der Erzielung einer korrekten Frequenzgangkennlinie für die einzelne Frequenz führen. Liegt die Frequenz des zu überlagernden sinusförmigen Signals dagegen in einem Bereich, der bei der Referenzstellung ungefähr -20 dB/dec in der Frequenzgangkennlinie des offenen Regelkreises entspricht, kann der Effekt der Resonanz oder Antiresonanz zuverlässiger eliminiert und somit eine korrekte Frequenzgangkennlinie für die Einzelfrequenz erhalten werden.
Erfindungsgemäß kann das Sinussignal während des Betriebs der Lastvorrichtung dem Betriebsbefehlssignal in einem Abschnitt zum Betrieb der Lastvorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit überlagert werden.
Ein Befehl zur Einstellung der Geschwindigkeit der Lastvorrichtung kann ein zu überlagerndes Frequenzsignal umfassen, um die Frequenzgangkennlinie zu überprüfen. Die Frequenzgangkennlinie für das tatsächlich überlagerte sinusförmige Signal kann nicht korrekt ermittelt werden. Im Gegensatz dazu kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung während des Betriebs der Lastvorrichtung das Sinussignal dem Betriebsbefehlssignal in einem Abschnitt für den Betrieb der Lastvorrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit überlagert werden. Dies reduziert die Möglichkeit, unbeabsichtigte Frequenzsignale in das Betriebsbefehlssignal einzukoppeln, und kann die Frequenzgangkennlinie für das überlagerte Frequenzsinussignal korrekter erhalten.
Erfindungsgemäß kann das Betriebsbefehlssignal, dem das sinusförmige Signal überlagert wird, einen Stellungsbefehl, einen Geschwindigkeitsbefehl oder einen Drehmomentbefehl umfassen. Diese Struktur ermöglicht eine geeignete Auswahl eines Signals, auf dem ein sinusförmiges Signal überlagert wird, um die Frequenzgangkennlinie zu erhalten, und kann den Freiheitsgrad bei der Messung verbessern.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Steuerziel eine Vielzahl von miteinander gekoppelten Lastvorrichtungen umfassen. Der erste Spezifizierer kann den Bewertungsindexwert für jede der mehreren Lastvorrichtungen angeben, die im Steuerziel umfasst sind. Der zweite Spezifizierer kann den kombinierten Bewertungsindexwert für jede der mehreren Lastvorrichtungen, die in dem Steuerziel umfasst sind, angeben und einen kombinierten Bewertungsindexwert für das Steuerziel anhand des kombinierten Bewertungsindexwertes für jede der mehreren Lastvorrichtungen angeben.
Beispiele für Lastvorrichtungen sind Gantry-Vorrichtungen, die die gleichzeitige Steuerung der Ausgänge mehrerer Achsen umfassen. Ein Steuerziel wird als eine Kombination mehrerer Lastvorrichtungen betrachtet. Bei dieser Struktur kann die Anwendung von Parametern, die für eine bestimmte Achse festgelegt wurden, auf eine andere Achse eine instabile Bewegung der Achse verursachen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gibt der erste Spezifizierer einen Bewertungsindexwert für jede der in einem Steuerziel umfassten Lastvorrichtungen an, und der zweite Spezifizierer gibt einen kombinierten Bewertungsindexwert für jede der in einem Steuerziel umfassten Lastvorrichtungen an, um einen kombinierten Bewertungsindexwert für das gesamte Steuerziel anhand des kombinierten Bewertungsindexwerts für jede Lastvorrichtung anzugeben.
Genauer gesagt kann der zweite Spezifizierer zum Beispiel einen kombinierten Bewertungsindexwert für jede der in einem Steuerziel umfassten Lastvorrichtungen angeben und den niedrigeren der kombinierten Bewertungsindexwerte für die Lastvorrichtungen als kombinierten Bewertungsindexwert für das gesamte Steuerziel bestimmen. Diese Struktur kann einen kombinierten Bewertungsindexwert für das gesamte Steuerziel erhalten, der bewirkt, dass das Steuerziel, das eine Kombination der Lastvorrichtungen umfasst, stabil arbeitet, und kann Steuerparameter einstellen, die bewirken, dass das Steuerziel, das mehrere gekoppelte Lastvorrichtungen (Achsen) umfasst, stabiler arbeitet.
Die Parametereinstellung-Unterstützungsvorrichtung nach dem obigen erfindungsgemäßen Aspekt kann ferner eine zweite Anzeige umfassen, die den kombinierten Bewertungsindexwert für das durch den zweiten Spezifizierer angegebene Steuerziel in Verbindung mit Informationen anzeigt, die einen entsprechenden Zustand der Vielzahl von Zuständen der Steuervorrichtung anzeigen, die jeweils den angegebenen kombinierten Bewertungsindexwert aufweisen.
Die zweite Anzeige zeigt ein Stabilitätskennfeld an, das auf einem kombinierten Bewertungsindexwert für das gesamte Steuerziel einschließlich der mehreren Lastvorrichtungen basiert. Genauer gesagt kann die zweite Anzeige ein Stabilitätskennfeld anzeigen, die als kombinierten Bewertungsindexwert für das gesamte Steuerziel den niedrigeren der kombinierten Bewertungsindexwerte in den Stabilitätskennfeldern für die Lastvorrichtungen anzeigt. Dies ermöglicht die Überprüfung von Steuerparametern, die dazu führen, dass sich die mehreren Lastvorrichtungen (Achsen) mit einem einzigen Stabilitätskennfeld stabil bewegen, und ermöglicht somit die Einstellung von Steuerparametern, die dazu führen, dass sich die mehreren Lastvorrichtungen (Achsen) stabil bewegen und die gleichen Ausgaben liefern.
Bei einem erfindungsgemäßen Aspekt kann der kombinierte Bewertungsindexwert, der durch den zweiten Spezifizierer angegeben wird, in Verbindung mit der Information angezeigt werden, die den entsprechenden Zustand der Vielzahl von Zuständen der Steuervorrichtung anzeigt, die jeweils den angegebenen kombinierten Bewertungsindexwert haben, und das Anzeigen kann das Anzeigen eines Zustands der Steuervorrichtung mit dem kombinierten Bewertungsindexwert, der eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, zusammen mit einer vorbestimmten Optimalwertmarkierung umfassen.
Das Stabilitätskennfeld zeigt kombinierte Bewertungsindexwerte und Markierungen, die anzeigen, dass die kombinierten Bewertungsindexwerte vorbestimmte Bedingungen erfüllen. Dies ermöglicht eine klarere und einfachere Darstellung einer Kombination von Steuerparametern, die die vorgegebenen Bedingungen in der Stabilitätskennfeld erfüllen.
Die vorbestimmte Bedingung kann sein, dass eine Norm von einem Ursprung (Punkt, an dem alle Zustände der Steuervorrichtung, die mit den kombinierten Bewertungsindexwerten verbunden sind, ihre Minimalwerte auf der Anzeige haben), die von der zweiten Anzeige angezeigt wird, maximal ist, dass der kombinierte Bewertungsindexwert maximal ist, oder dass einer des mindestens einen Steuerparameters maximal ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine Geschwindigkeitsreglerverstärkung anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit der minimalen Trägheit bestimmt werden, und eine Positionsreglerverstärkung kann anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit der maximalen Trägheit bestimmt werden.
Beim obigen Aspekt wird die Geschwindigkeitsreglerverstärkung als Regelparameter anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit bestimmt, und die Positionsreglerverstärkung wird als Regelparameter anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler Trägheit bestimmt. In diesem Fall können die Verstärkungen des Geschwindigkeitsreglers (Kvp und Ki) anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit bestimmt werden, und die Verstärkung des Stellungsreglers (Kpp) kann als Regelparameter anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler Trägheit bestimmt werden. Auf diese Weise können optimale Werte für die Regelparameter, einschließlich der Geschwindigkeitsreglerverstärkungen (Kvp und Ki) und der Positionsreglerverstärkung (Kpp), genauer ermittelt werden.
Eine Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung sein, die bei der Einstellung von Steuerparametern eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Steuerziels unterstützt, welche eine Lastvorrichtung und einen Motor zum Antreiben der Lastvorrichtung mit einer Trägheit, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb veränderbar ist, umfasst. Die Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung kann einen Computer mit installierter Werkzeugsoftware umfassen. Die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung kann eine Anweisungseinheit, die eine Anweisung über eine Bewegung und eine Stellung der Lastvorrichtung an die Steuervorrichtung liefert, eine Erfassungseinrichtung, die von der Steuervorrichtung ein Signal erhält, das für die Lastvorrichtung gemessen wird und mindestens einer aktuellen Stellung, einer aktuellen Geschwindigkeit oder einem aktuellen Drehmoment der Lastvorrichtung entspricht, einen Einzelfrequenzkomponenten-Erfasser, der eine Reihe von Befehlssignalen erzeugt, die jeweils durch Überlagerung eines sinusförmigen Signals mit einer einzigen Frequenz mit mindestens einem Stellungsbefehl, einem Geschwindigkeitsbefehl oder einem Drehmomentbefehl zur Steuerung der Lastvorrichtung erhalten werden, umfassen, die Anweisungseinheit veranlasst, die Befehlssignale an die Steuervorrichtung zu liefern, und eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag in der Einzelfrequenz aus einem Signal erhält, das als Reaktion auf die Befehlssignale gemessen und von der Erfassungseinrichtung erhalten wird, einen Stellungsschätzer für spezifische Trägheit, der die Anweisungseinheit veranlasst, die Steuervorrichtung anzuweisen, eine Reihe von Stellungen zu implementieren, die während der Bewegung der Lastvorrichtung im Betrieb gebildet werden, den Einzelfrequenzkomponenten-Erfasser veranlasst, die Verstärkung oder den Phasenverschiebungsbetrag in der Einzelfrequenz in jeder der Stellungen zu erhalten, und Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit aus der Verstärkung in jeder Stellung schätzt, einen Frequenzgang-Ermittler, der die Anweisungseinheit veranlasst, die Steuervorrichtung anzuweisen, die Lastvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs in einer aus der Reihe von Stellungen ausgewählten Referenzstellung in Schwingung zu versetzen, und eine Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung aus dem von dem Ermittler erhaltenen Signal ermittelt, einen Frequenzgang-Schätzer, der Frequenzgangkennlinien von Verstärkungen in den geschätzten Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit aus der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung, die durch die Frequenzganggewinnungseinrichtung erhalten wird, und einer Verstärkung oder einem Phasenverschiebungsbetrag für die einzelne Frequenz in jeder der Stellungen, die durch die Einzelfrequenzkomponentengewinnungseinrichtung erhalten wird, schätzt, einen Kennfeldgenerator, der ein maximales Trägheitsstabilitätskennfeld in einer Stellung mit der maximalen Trägheit und ein minimales Trägheitsstabilitätskennfeld in einer Stellung mit der minimalen Trägheit aus den Frequenzgangkennlinien, die durch den Frequenzgang-Schätzer geschätzt werden, erzeugt, einen Generator für kombinierte Kennfelder, der ein kombiniertes Stabilitätskennfeld durch Kombinieren des maximalen Trägheitsstabilitätskennfeldes und des minimalen Trägheitsstabilitätskennfeldes erzeugt, und eine Parametriereinheit, die das kombinierte Stabilitätskennfeld anzeigt, eine Bezeichnung einer Stellung auf dem kombinierten Stabilitätskennfeld empfängt und einen Steuerparameter anhand eines vertikalen Achsenwertes und eines horizontalen Achsenwertes der bezeichneten Stellung einstellt.
Ein Verfahren zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt kann ein Verfahren zur Unterstützung bei der Einstellung von Steuerparametern einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines Steuerziels sein, die eine Lastvorrichtung und einen Motor zum Antrieb der Lastvorrichtung mit einer Trägheit, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb veränderbar ist, umfasst. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: Erhalten einer Frequenzgangkennlinie für ein Eingangssignal einer einzelnen Frequenz in einer Reihe von Stellungen der in Betrieb befindlichen Lastvorrichtung, Erhalten einer Frequenzgangkennlinie für einen vorbestimmten Frequenzbereich in einer Referenzstellung, die aus der Reihe von Stellungen der in Betrieb befindlichen Lastvorrichtung ausgewählt wird, Erhalten von maximalen und minimalen Trägheitswerten oder Verhältnissen der in der Referenzstellung erhaltenen Trägheit zu den maximalen und minimalen Trägheitswerten, Schätzen von Frequenzgangkennlinien in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert, Erzeugen von Stabilitätskennfeldern in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und in der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert anhand der geschätzten Frequenzgangkennlinien in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert, Kombinieren des Stabilitätskennfelds in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und des Stabilitätskennfelds in der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert und Einstellen eines Steuerparameters anhand der Kombination der Stabilitätskennfeldern.
Ein Programm zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt kann ein Programm sein, das einen Computer veranlasst, mindestens eine der folgenden Aufgaben auszuführen:

Ermitteln der Frequenzgangkennlinie für das Eingangssignal der Einzelfrequenz,
Ermitteln der Frequenzgangkennlinie für den vorbestimmten Frequenzbereich in der Referenzstellung, Ermitteln der maximalen und minimalen Trägheitswerte oder
der Trägheitsverhältnisse, Abschätzen der Frequenzgangkennlinien in den Stellungen, Erzeugen der Stabilitätskennfelder, Kombinieren der Stabilitätskennfelder und Einstellen der Steuerparameter.

Diese Aspekte im Zusammenhang mit dem obigen Thema können je nach Ausführung kombiniert werden.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN
Die Struktur gemäß den obigen Aspekten kann auf einfachere Weise Steuerparameter für die Steuerung eines Steuerziels vorgeben, das eine Lastvorrichtung mit Maschinenparametern einschließlich Trägheit umfasst, die entsprechend ihrer Stellung oder ihrem Zustand veränderbar sind.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems, das eine Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung, eine Motorsteuerung und ein Steuerziel nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerparameter einer Motorsteuerung nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschreibt.
3 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
4 ist eine Ansicht, das eine geschlossene Stellungsregelkreis-Kennlinie Gp_closed und eine offene Stellungsregelkreis-Kennlinie Gp_open nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschreibt.
5 ist eine Ansicht, die eine geschlossene Geschwindigkeitsregelkreis-Kennlinie Gv_closed und eine offene Geschwindigkeitsregelkreis-Kennlinie Gv_open nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschreibt.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten eines Parametereinstellungsverfahrens nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zeigt.
7 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Stellung einer Lastvorrichtung und der Zeit sowie die Beziehung zwischen einer Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) für einen Eingang einer bestimmten Frequenz und der Zeit nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zeigt.
8 ist eine beispielhafte Auftragung, die eine Frequenzgangkennlinie in einer Referenzstellung nach einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zeigt.
9 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Stellung einer Lastvorrichtung und der Zeit sowie die Beziehung zwischen den Trägheitswerten der Lastvorrichtung und der Zeit in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Ansicht, die eine Frequenzgangkennlinie an einer Referenzstellung, einer Stellung, an der die Trägheit minimal ist, und einer Stellung, an der die Trägheit maximal ist, zeigt, die in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geschätzt wird.
Die 11A und 11B sind Ansichten mit Stabilitätskennfeldern für eine Stellung mit maximaler Trägheit und eine Stellung mit minimaler Trägheit in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Ansicht, die ein kombiniertes Stabilitätskennfeld in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
13 ist eine Ansicht, die eine Frequenzgangkennlinie an einer Referenzstellung, einer Stellung, an der die Trägheit minimal ist, und einer Stellung, an der die Trägheit maximal ist, zeigt, die in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform geschätzt wird.
14 ist eine Ansicht, die eine Frequenzgangkennlinie in einer Stellung mit minimaler Trägheit zeigt, die durch Division einer in einer Referenzstellung erhaltenen Frequenzgangkennlinie durch ein minimales Trägheitsverhältnis in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform geschätzt wird.
15 ist eine Ansicht, die eine Frequenzgangkennlinie in einer Stellung mit maximaler Trägheit zeigt, die durch Division einer in einer Referenzstellung erhaltenen Frequenzgangkennlinie durch ein maximales Trägheitsverhältnis in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform geschätzt wird, wenn die Referenzstellung als Stellung mit minimaler Trägheit bestimmt wird.
16 ist eine Ansicht, die die geschätzten Werte und die tatsächlichen Werte der Frequenzgangkennlinien in der Stellung mit minimaler Trägheit und in der Stellung mit maximaler Trägheit in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
17 ist eine Ansicht, die ein Betriebsbefehlssignal einer Lastvorrichtung in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
18 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung und der Frequenz eines Sinussignals zeigt, das bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform überlagert werden soll.
19 ist ein Blockdiagramm, das die Punkte zeigt, an denen Befehlssignale, die die Überlagerung eines sinusförmigen Signals anweisen, in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eingegeben werden.
20A und 20B sind Ansichten, die kombinierte Stabilitätskennfelder für jede Lastvorrichtung in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen.
21 ist eine Ansicht, die ein achsenkombiniertes Stabilitätskennfeld in der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
22A und 22B sind Ansichten, die Stabilitätskennfelder zeigen, in denen Kombinationen optimaler Steuerparameter in einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform markiert sind.
23A und 23B sind Ansichten, die ein Stabilitätskennfeld zur Bestimmung einer Geschwindigkeitsreglerverstärkung aus einer Frequenzgangkennlinie in einer Stellung mit minimaler Trägheit und eine Stabilitätsauftragung zur Bestimmung einer Positionsreglerverstärkung anhand der Frequenzcharakteristik in einer Stellung mit maximaler Trägheit in einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Verwendung
Es werden nun erfindungsgemäße Anwendungsbeispiele beschrieben. Eine Parametereinstellung-Unterstützungsvorrichtung 10 (im Folgenden einfach als Einstellunterstützungsvorrichtung 10 bezeichnet) ist in erfindungsgemäßen Anwendungsbeispielen auf eine Motorsteuerung 30 anwendbar, die ein Steuerziel 40 steuert, das eine Lastvorrichtung 42 und einen Motor 41 umfasst, der die Lastvorrichtung 42 antreibt, wie in 1 gezeigt. Genauer gesagt, stellt die Einstellunterstützungsvorrichtung 10 zur Steuerung des Steuerziels 40 Steuerparameter in der Motorsteuerung 30 ein. 2 ist ein Blockdiagramm einer Rückkopplungssteuerung des Steuerziels 40. Zu den Regelparametern gehören beispielsweise die Proportionalverstärkung Kpp des Stellungsregelkreises, die Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises und die Integralverstärkung Ki des Geschwindigkeitsregelkreises.
Alle bekannten Technologien, die sich auf die Einstellung der Steuerparameter der Motorsteuerung 30 beziehen, wurden anhand fester Maschinenparameter der Lastvorrichtung 42 entwickelt. Daher umfasst die Einstellung verschiedener Steuerparameter der Motorsteuerung 30, die das Steuerziel 40 einschließlich der Lastvorrichtung 42 steuert, deren Maschinenparameter in Abhängigkeit von ihrer Stellung veränderbar sind, die Wiederholung einer Reihe von Vorgängen, einschließlich der Einstellung von Steuerparameterwerten, der Bewertung, der Änderung der Stellung der Lastvorrichtung und der Bewertung.
In den erfindungsgemäßen Anwendungsbeispielen wird, wie in dem Parametereinstellungsverfahren in 6 gezeigt, eine Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 im Betrieb für eine einzelne Frequenz erhalten (S101), und im Betrieb wird die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung der Lastvorrichtung 42 erhalten (S102). Dann werden die maximalen und minimalen Trägheitswerte (Trägheitsmoment) für den Betrieb der Lastvorrichtung 42 ermittelt, oder die Verhältnisse der in der Referenzstellung erhaltenen Trägheit zu den maximalen und minimalen Trägheitswerten für den Betrieb der Lastvorrichtung 42 werden ermittelt (S103), um die Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 im Betrieb in den Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit zu schätzen (S104).
Anhand der Frequenzgangkennlinien in den Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit wird für jede Stellung ein Stabilitätskennfeld erzeugt (S105), und ein kombiniertes Stabilitätskennfeld wird durch Kombination der Stabilitätskennfelder für die jeweiligen Stellungen erzeugt (S106). Die 11A und 11B zeigen Beispiel-Stabilitätskennfelder in den Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit. 12 zeigt ein Beispiel für ein kombiniertes Stabilitätskennfeld. Mit diesem kombinierten Stabilitätskennfeld werden Steuerparameter für die Steuerung der Lastvorrichtung 42 eingestellt (S107), um eine instabile Steuerung aufgrund einer Änderung der Trägheit der Lastvorrichtung 42 im Betrieb zu reduzieren, und ermöglicht einen stabileren Betrieb der Lastvorrichtung 42.
Ein erfindungsgemäßes Anwendungsbeispiel ermöglicht die Einstellung von Steuerparametern, die die Änderung der Trägheit der Lastvorrichtung 42 im Betrieb widerspiegeln, basierend auf der Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 im Betrieb für eine einzelne Frequenz und der Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 in der Referenzstellung.
In einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt das Stabilitätskennfeld Bewertungsindexwerte, die einer Kombination aus einem vertikalen Achsenwert und einem horizontalen Achsenwert entsprechen, wobei der vertikalen Achse und der horizontalen Achse zwei unterschiedliche Parameter zugeordnet sind. Die Parameter, die der vertikalen Achse und der horizontalen Achse zugeordnet sind, sind zwei Parameter, die aus der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises, der Integralverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Proportionalverstärkung des Stellungsregelkreises ausgewählt werden. Die Werte der Bewertungsindizes können in einem dreidimensionalen Stabilitätskennfeld neben verschiedenen Farben oder Mustern auch durch Balken mit unterschiedlichen Längen (Höhen) in Z-Richtung angezeigt werden.
Genauer gesagt können Beispiele für eine Kombination von Parametern, die der vertikalen Achse und der horizontalen Achse in dem Stabilitätskennfeld zugeordnet sind, drei Kombinationen oder eine Kombination aus der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Proportionalverstärkung des Stellungsregelkreises, eine Kombination aus der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Integralverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und eine Kombination aus der Integralverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Proportionalverstärkung des Stellungsregelkreises umfassen.
Die Kombination von Regelparametern, die der vertikalen Achse und der horizontalen Achse zugewiesen sind, wird von einem Benutzer anhand der Regelparameter, die eingestellt oder stabilisiert werden sollen, ausgewählt. Zur Einstellung der Regelparameter, die beispielsweise einen Geschwindigkeitsregelkreis und die Stabilität widerspiegeln, kann die Kombination aus der proportionalen Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der proportionalen Verstärkung des Stellungsregelkreises ausgewählt werden. Zur Einstellung der Parameter der Geschwindigkeitssteuerung kann die Kombination aus der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Integralverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises gewählt werden. Der durch die Kombination der der vertikalen Achse und der horizontalen Achse zugeordneten Regelparameter vorgegebene Zustand entspricht erfindungsgemäß einem Zustand einer Steuervorrichtung.
Wenn die Kombination aus der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Proportionalverstärkung des Stellungsregelkreises oder die Kombination aus der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und der Integralverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises als Kombination der Parameter, die der vertikalen Achse und der horizontalen Achse zugeordnet sind, ausgewählt wird, ist die Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises als horizontale Achse zu verwenden. Dies liegt daran, dass die Integralverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und die Proportionalverstärkung des Stellungsregelkreises in Abhängigkeit von der Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises begrenzt sind.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren im Einzelnen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm einer Einstellunterstützungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Einstellunterstützungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterstützt eine Motorsteuerung 30 bei der Einstellung von Steuerparametern. Die Motorsteuerung 30 steuert einen Motor 41, der eine Lastvorrichtung 42 antreibt, deren Maschinenparameter, einschließlich der Trägheit, in Abhängigkeit von ihrer Stellung oder ihrem Zustand veränderbar sind.
Die Motorsteuerung 30 steuert den Motor 41 entsprechend einem Befehl (einem Stellungsbefehl, einem Drehmomentbefehl oder einem Geschwindigkeitsbefehl), der von einem Host-Gerät (nicht dargestellt), wie einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), eingegeben wird. Ein Teil, der den Motor 41 und die Lastvorrichtung 42 umfasst, wird im Folgenden als Steuerziel 40 bezeichnet. Ein Teil, der die Motorsteuerung 30 und das Steuerziel 40 umfasst, wird im Folgenden als Servosystem bezeichnet.
Als Reaktion auf die Eingabe eines Stellungsbefehls von der Host-Vorrichtung arbeitet die Motorsteuerung 30 beispielsweise als Stellungsregler 31, Geschwindigkeitsregler 32, Stromregler 34 oder Geschwindigkeitsdetektor 35, wie in 2 gezeigt. Der Geschwindigkeitsdetektor 35 gibt die Geschwindigkeit (im Folgenden „erfasste Geschwindigkeit“) des Steuerziels 40 aus, indem er die Stellung (im Folgenden „erfasste Stellung“) des Steuerziels 40 differenziert, die von einem an dem Motor 41 oder der Lastvorrichtung 42 angebrachten Encoder (nicht dargestellt) erfasst wird.
Der Stellungsregler 31 hat eine proportionale Verstärkung des Stellungsregelkreises Kpp als Regelparameter. Wie in der Abbildung dargestellt, empfängt der Stellungsregler 31 eine Stellungsabweichung zwischen dem Stellungssollwert und der erfassten Stellung. Der Stellungsregler 31 berechnet einen Geschwindigkeitsbefehl oder eine Stellungsabweichung multipliziert mit einer Stellungsregelkreis-Proportionalverstärkung Kpp und gibt den Geschwindigkeitsbefehl aus. Der Geschwindigkeitsregler 32 führt eine Proportional-Integral (Pl)-Regelung durch, wobei er die Geschwindigkeitsabweichung oder die Abweichung zwischen dem Geschwindigkeitssollwert und der erfassten Geschwindigkeit als Stellgröße und den Drehmoment-Sollwert als Regelgröße verwendet. Der Geschwindigkeitsregler 32 hat eine Proportionalverstärkung Kvp und eine Integralverstärkung Ki als Regelparameter.
Der Geschwindigkeitsregler 32 umfasst einen Drehmomentfilter (Tiefpassfilter) und einen Kerbfilter, der ein- und ausgeschaltet werden kann (zwischen funktionsfähig und nicht funktionsfähig umgeschaltet wird). Der Drehmomentfilter im Geschwindigkeitsregler 32 hat eine Grenzfrequenz als Steuerparameter (im Folgenden auch als Filterparameter bezeichnet). Der Kerbfilter im Geschwindigkeitsregler 32 hat eine Mittenfrequenz, eine Kerbtiefe und einen Q-Faktor (= Mittenfrequenz/Kerbbreite) als Regelparameter (im Folgenden auch als Filterparameter bezeichnet). Der Stromregler 34 erzeugt als Reaktion auf den Drehmomentbefehl des Geschwindigkeitsreglers 32 einen Antriebsstrom und speist diesen in den Motor 41 ein.
Ausgehend von den obigen Ausführungen werden nun der Aufbau und die Funktionsweise der Einstellunterstützungsvorrichtung 10 im Detail beschrieben.
3 ist ein funktionelles Blockdiagramm der Einstellunterstützungsvorrichtung 10. Die Einstellunterstützungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Personal Computer (PC), in dem ein Einstellungsunterstützungsprogramm installiert ist. Wie in 3 gezeigt, bewirkt das im PC installierte Einstellungsunterstützungsprogramm, dass ein Gehäuse (oder ein Teil, der eine Zentraleinheit (CPU) und periphere Geräte umfasst) 13 des PCs als Prozessor 14, eine Benutzerschnittstelle (UI) 15 und eine Anzeigesteuerung 16 funktioniert.
Die Anzeigesteuerung 16 ist ein Funktionsblock, der die vom Prozessor 14 oder von der Benutzeroberfläche 15 angezeigten Bilder auf dem Bildschirm eines Anzeigegeräts 12 anzeigt. Die Benutzeroberfläche 15 ist ein Funktionsblock, der es einem Benutzer ermöglicht, ein Eingabegerät 11 einschließlich einer Maus und einer Tastatur zu bedienen, um die Art der vom Prozessor 14 auszuführenden Prozesse und die Prozessbedingungen, unter denen der Prozess ausgeführt werden soll, zu bestimmen, und der den Prozessor 14 veranlasst, den vom Benutzer bestimmten Prozess unter den vom Benutzer bestimmten Prozessbedingungen auszuführen. Der Prozessor 14 ist ein Funktionsblock, der einen Parametereinstellungsprozess (später beschrieben) und andere Prozesse durchführen kann. Der Prozessor 14 umfasst eine Anweisungseinheit 14a, eine Erfassungseinrichtung 14b, eine Erfassungseinheit für Einzelfrequenzkomponenten 14c, einen Schätzer 14d für die spezifische Trägheitsstellung, einen Frequenzgangermittler 14e für den Frequenzgang, einen Schätzer 14f für den Frequenzgang, einen Kennfeldgenerator 14g, einen Generator 14h für kombinierte Kennfelder und eine Parametriereinheit 14i.
Die Anweisungseinheit 14a im Prozessor 14 gibt der Motorsteuerung 30 Anweisungen über die Bewegung und Stellung der Lastvorrichtung 42. Die Erfassungseinrichtung 14b erhält von der Motorsteuerung 30 ein Signal, das der gemessenen aktuellen Stellung der Lastvorrichtung 42 entspricht. Anstelle eines Signals, das der aktuellen Stellung entspricht, kann das von der Erfassungseinrichtung 14b erhaltene Signal auch ein Signal sein, das der aktuellen Geschwindigkeit oder dem aktuellen Drehmoment entspricht.
Der Einzelfrequenzkomponenten-Generator 14c erzeugt ein Befehlssignal, das sich auf einen Stellungsbefehl zur Steuerung der Lastvorrichtung 42 bezieht, und veranlasst die Anweisungseinheit 14a, das Befehlssignal an die Motorsteuerung 30 zu liefern. Anhand eines Signals, das als Reaktion auf das Befehlssignal gemessen und von der Erfassungseinrichtung 14b erhalten wird, erhält die Einzelfrequenzkomponenten-Erfassungseinheit 14c eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag für eine vorbestimmte Einzelfrequenz. Anstelle des Stellungsbefehls kann das Befehlssignal ein Geschwindigkeitsbefehl oder ein Drehmomentbefehl sein.
Der Schätzer 14d für die spezifische Trägheitsstellung veranlasst die Anweisungseinheit 14a, die Motorsteuerung 30 anzuweisen, eine Reihe von Stellungen zu implementieren, die während der Bewegung der Lastvorrichtung 42 im Betrieb gebildet werden, veranlasst den Einzelfrequenzkomponenten-Ermittler 14c, eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag für die vorbestimmte Einzelfrequenz in jeder Stellung zu erhalten, und schätzt Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit basierend auf der Verstärkung in jeder Stellung.
Der Frequenzgangermittler 14e veranlasst die Anweisungseinheit 14a, die Motorsteuerung 30 anzuweisen, die Lastvorrichtung 42 in einem vorbestimmten Frequenzbereich in der aus der Reihe von Stellungen ausgewählten Referenzstellung in Schwingung zu versetzen, und erhält in der Referenzstellung aus dem von der Erfassungseinrichtung 14b erhaltenen Signal die Frequenzgangkennlinie. Der Frequenzgang-Schätzer 14f schätzt die Frequenzgangkennlinie der Verstärkung in den Stellungen mit der geschätzten Trägheit als Maximum und Minimum anhand der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung, die durch den Frequenzgangermittler 14e erhalten wird, und der Verstärkung oder des Phasenverschiebungsbetrags für die obige einzelne Frequenz in jeder Stellung, die durch den Einzelfrequenzkomponenten-Erfasser 14c erhalten wird.
Der Kennfeldgenerator 14g erzeugt anhand der durch den Frequenzgang-Schätzer 14f geschätzten Frequenzgangkennlinien ein maximales Trägheitsstabilitätskennfeld in der Stellung mit der maximalen Trägheit und ein minimales Trägheitsstabilitätskennfeld in der Stellung mit der minimalen Trägheit. Der Generator für kombinierte Kennfelder 14h erzeugt ein kombiniertes Stabilitätskennfeld, indem er das Stabilitätskennfeld maximaler Trägheit und das Stabilitätskennfeld minimaler Trägheit kombiniert. Die Parametriereinheit 14i zeigt das kombinierte Stabilitätskennfeld an, empfängt die Bezeichnung der Stellung auf dem kombinierten Stabilitätskennfeld und stellt die Steuerparameter anhand des vertikalen Achsenwertes und des horizontalen Achsenwertes der bezeichneten Stellung ein.
Die einzelnen Verfahren werden nun nacheinander beschrieben. In jedem im Folgenden beschriebenen Prozess wird die Stellung oder der Zustand der Lastvorrichtung 42 einfach als Stellung der Lastvorrichtung 42 bezeichnet. Eine geschlossene Stellungsregelkreiskennlinie Gp_geschlossen und eine offene Stellungsregelkreiskennlinie Gp_offen entsprechen im Folgenden den Frequenzübertragungsfunktionen der jeweiligen Teile des Servosystems, die in den gestrichelten Rahmen 51 und 52 in 4 umfasst sind. Eine geschlossene Geschwindigkeitsregelkreiskennlinie Gv_geschlossen und eine Geschwindigkeitsregelkreiskennlinie Gv_offen entsprechen den Frequenzübertragungsfunktionen der jeweiligen Teile des Servosystems, die in den gestrichelten Rahmen 53 und 54 in 5 dargestellt sind.
Prozess der Parametereinstellung
6 ist ein Flussdiagramm, das die Details des Parametereinstellungsverfahrens in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bei diesem Prozess handelt es sich um ein Programm, das in einem Speicher (nicht dargestellt) im Gehäuse 13 des PCs gespeichert ist und von dem Prozessor 14 als Reaktion auf die Eingabe eines Verarbeitungsstartbefehls durch einen Benutzer über das Eingabegerät 11 ausgeführt wird.
Wird das Verfahren gestartet, so erhält der Einzelfrequenzkomponenten-Ermittler 14c zunächst in Schritt S101 eine Frequenzgangkennlinie des Steuerziels 40 im Betrieb für eine einzelne Frequenz. Genauer gesagt, als Reaktion auf eine Anweisung von der Anweisungseinheit 14a, erhält die Erfassungseinrichtung 14b eine Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) für eine Eingabe einer bestimmten Frequenz, während der Motor 41 die Lastvorrichtung 42 für eine wiederholte Messung in Echtzeit betreibt.
7 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Stellung der Lastvorrichtung 42 und der Zeit sowie die Beziehung zwischen der Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) und der Zeit. In 7 zeigt die horizontale Achse die Zeit an, und die vertikale Achse zeigt die Stellung (rad) der Lastvorrichtung 42 und die Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) an. Wie in 7 gezeigt, ändert sich die Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) in Abhängigkeit von der Stellung der Lastvorrichtung 42. Die Verarbeitung in Schritt S101 entspricht einem Schritt zur Ermittlung des Einzelfrequenzgangs nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Nach Schritt S101 wird die Verarbeitung in Schritt S102 fortgesetzt.
In Schritt S102 führt der vordefinierte Frequenzgangermittler 14e eine Frequenzganganalyse der Lastvorrichtung 42 in der Referenzstellung durch. 8 zeigt eine beispielhafte Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung. Genauer gesagt, misst der Frequenzgangermittler 14e den Frequenzgang in der Referenzstellung, während er die Frequenz ändert. Die Verarbeitung in Schritt S102 entspricht einem Schritt zur Ermittlung des Referenzfrequenzgangs nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Nach Schritt S102 wird die Verarbeitung in Schritt S103 fortgesetzt.
In Schritt S103 ermittelt der Prozessor 14 maximale und minimale Trägheitswerte für den Betrieb der Lastvorrichtung 42 oder ermittelt ein Verhältnis der in der Referenzstellung ermittelten Trägheit zu den maximalen und minimalen Trägheitswerten für den Betrieb der Lastvorrichtung 42.
Zunächst wird ein Verfahren zur direkten Ermittlung der maximalen und minimalen Trägheitswerte beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Trägheit J anhand der Frequenzgangkennlinie (entsprechend dem Diagramm in 7) für die in S101 gemessene Einzelfrequenz berechnet, wobei die nachstehende Formel (1) die Beziehung zwischen der Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) und den Trägheitswerten ausdrückt. $Tr \ddot{a} gheit J = (Kvp \cdot J_{0}) / (ω \cdot | G (j ω) |)$
In dieser Formel ist Kvp die proportionale Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises und J₀ ein im Voraus festgelegter Trägheitswert.
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit und den oben berechneten Trägheitswerten zeigt. Das in 9 gezeigte Diagramm ermöglicht die Berechnung eines Referenzträgheitswertes J_base, der ein Trägheitswert in der Referenzstellung ist, eines maximalen Trägheitswertes J_max und eines minimalen Trägheitswertes J_min unter Verwendung der folgenden Formeln. ${Referenzwert f \ddot{u} r die Tr \ddot{a} gheit der Referenzstellung J}_{base} = 0,70 \times 10^{- 4} (kg \cdot m 2)$
${maximaler Tr \ddot{a} gheitswert J}_{max} = 0,87 \times 10^{- 4} (kg \cdot m 2)$
${minimaler Tr \ddot{a} gheitswert J}_{min} = 0,43 \times 10^{- 4} (kg \cdot m 2)$
In 9 werden die Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit durch den Schätzer 14d für Stellungen mit spezifischer Trägheit geschätzt.
Es wird nun ein Verfahren zur Ermittlung eines Verhältnisses zwischen der in der Referenzstellung erhaltenen Trägheit und den maximalen und minimalen Trägheitswerten beschrieben. Anhand der in 7 gezeigten Beziehung zwischen der Stellung der Lastvorrichtung 42 und der Zeit und der Beziehung zwischen der Frequenzgangkennlinie (Verstärkungskennlinie) und der Zeit werden unter Verwendung der folgenden Formeln ein maximaler Trägheits-Stellungs-Verstärkungskennwert G_max, ein minimaler Trägheits-Stellungs-Verstärkungskennwert G_min und ein Referenz-Stellungs-Verstärkungskennwert G_base erhalten.
Kennwert der maximalen Trägheitsverstärkung G_max = 0,60
Kennwert der minimalen Trägheitsverstärkung G_min = 1,22
Referenzstellung Verstärkungskennwert G_base = 0,75
Die (oben beschriebenen) Trägheitswerte in der Referenzstellung werden nun beschrieben (die Referenzstellung ist an der Stellung voreingestellt, an der der Trägheitswert J_base der Referenzstellung ermittelt wird).
Referenzwert für die Trägheit der Referenzstellung J_base = 0,70×10^-4 (kg·m2).
Die Verhältnisse zwischen den in der Referenzstellung ermittelten Trägheitswerten und den maximalen und minimalen Trägheitswerten werden anhand der oben genannten Verhältnisse der Verstärkungsmerkmale wie folgt berechnet. ${maximales Tr \ddot{a} gheitsverh \ddot{a} ltnis J}_{max_ratio} = G_{base} {/G}_{max} \approx 1,25$
${minimaler Tr \ddot{a} gheitsverh \ddot{a} ltnis J}_{min_ratio} = G_{base} {/G}_{min} \approx 0,61$
Anhand des ermittelten maximalen Trägheitsverhältnisses J_{max_ratio} und des minimalen Trägheitsverhältnisses J_{min_ratio} werden die maximalen und minimalen Trägheitswerte, die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximaler Trägheit und die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit geschätzt.
Der maximale Trägheitswert und der minimale Trägheitswert werden mit Hilfe der folgenden Formeln ermittelt. ${maximales Tr \ddot{a} gheitsverh \ddot{a} ltnis J}_{max} = J_{base} \times J_{max_ratio} = 0,87 \times 10^{- 4} (kg \cdot m 2)$
${minimaler Tr \ddot{a} gheitsverh \ddot{a} ltnis J}_{min} = J_{base} \times J_{min_ratio} = 0,43 \times 10^{- 4} (kg \cdot m 2)$
Nach Schritt S103 geht die Verarbeitung zu Schritt S104 über. Die Verarbeitung in Schritt S103 entspricht einem Schritt zur Ermittlung des spezifischen Trägheitswertes nach einem erfindungsgemäßen Aspekt.
In Schritt S104 wird der in Schritt S102 erhaltene Verstärkungswert der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung durch das maximale Trägheitsverhältnis J_{max_ratio} und das minimale Trägheitsverhältnis J_{min_ratio} geteilt, um mit dem Frequenzgang-Schätzer 14f die Frequenzgangkennlinien an der Referenzstellung, der Stellung mit minimaler Trägheit und der Stellung mit maximaler Trägheit zu schätzen, wie in 10 gezeigt. Diese Verarbeitung in Schritt S104 entspricht einem Schritt zur Schätzung der Frequenzgangkennlinie nach einem erfindungsgemäßen Aspekt. Nach Schritt S104 geht die Verarbeitung zu Schritt S105 über.
In Schritt S105 erzeugt der Kennfeldgenerator 14g ein Stabilitätskennfeld in jeder Stellung anhand der in Schritt S104 erhaltenen Frequenzgangkennlinien in der Stellung mit maximaler Trägheit und der Stellung mit minimaler Trägheit. Dieses Stabilitätskennfeld zeigt Bewertungsindexwerte, die die Systemstabilität in verschiedenen Farben anzeigen, wobei die proportionale Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises Kvp auf der horizontalen Achse und die proportionale Verstärkung des Stellungsregelkreises Kpp auf der vertikalen Achse dargestellt ist.
Ein Verfahren zur Berechnung der Bewertungsindexwerte wird nun im Detail beschrieben. Der Prozessor 14 steuert die Motorsteuerung 30 zur Messung der geschlossenen Stellungsregelkreiskennlinie Gp_closed (ein Array komplexer Zahlen). Bei diesem Verfahren kann es sich entweder um ein Verfahren handeln, bei dem die geschlossene Stellungsregelkreiskennlinie Gp_closed berechnet wird, indem zyklisch erfasste Stellungen gesammelt werden, während in die Motorsteuerung 30 Stellungsbefehle eingegeben werden, die sich mit der Zeit ändern und viele Frequenzkomponenten umfassen, und indem eine Fourier-Transformation auf die eingegebenen Stellungsbefehle und die gesammelten erfassten Stellungen angewendet wird, um ein Verhältnis zu berechnen, oder um ein Verfahren, bei dem die Motorsteuerung 30 aufgefordert wird, die geschlossene Stellungsregelungskennlinie Gp_closed zu messen, und das Messergebnis von der Motorsteuerung 30 erhalten wird.
Der Prozessor 14 errechnet aus dem Messergebnis eine Steuerzielkennlinie P (Frequenzübertragungsfunktion P des Steuerziels 40). Genauer gesagt gibt der Prozessor 14 eine Kennlinie (Frequenzübertragungsfunktion; gilt im Folgenden in gleicher Weise) Cp des Stellungsreglers 31 und eine Kennlinie Cv des Geschwindigkeitsreglers 32 aus Sollwerten verschiedener Parameter (Kpp, Kvp, Ki und Filterparameter) zu diesem Zeitpunkt (Zeitpunkt der Messung von Gv_closed) vor. Der Prozessor 14 berechnet die Steuerzielkennlinie P anhand der vorgegebenen Kennlinien Cp und Cv, der Kennlinie Cd des Geschwindigkeitsdetektors 35 und Gv_closed (vgl. 5).
Anschließend berechnet der Prozessor 14 die Bewertungsindexwerte für die mehreren eingestellten Gerätezustände anhand der Steuerzielkennlinie P. Genauer gesagt wiederholt der Prozessor 14 für jeden eingestellten Gerätezustand die Verarbeitung, die die Angabe der Kennlinie (Kennlinie Cp des Stellungsreglers 31 und Kennlinie Cv des Geschwindigkeitsreglers 32) jeder Komponente im eingestellten Gerätezustand, die Berechnung von Gp_closed aus den angegebenen Kennlinien jeder Komponente, der Kennlinie Cd und der Steuerzielkennlinie P und die Berechnung des Bewertungsindexwerts anhand des berechneten Gp_closed umfasst.
Die verschiedenen Zustände der vorliegenden Steuervorrichtung weisen unterschiedliche Kombinationen der Stellungsregelkreis-Proportionalverstärkung Kpp und der Geschwindigkeitsregelkreis-Proportionalverstärkung Kvp auf und haben die Geschwindigkeitsregelkreis-Integralverstärkung Ki, die sich aus der Multiplikation der Geschwindigkeitsregelkreis-Proportionalverstärkung Kvp zu 1/4 ergibt, die Grenzfrequenz eines Drehmomentfilters, die sich aus der Multiplikation der Geschwindigkeitsregelkreis-Proportionalverstärkung Kvp zu 6,8 ergibt, und den Filterparameterwert des Kerbfilters, der dem Wert zu Beginn eines ersten Einstellunterstützungsprozesses entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Beispiel für den Bewertungsindexwert ein Spitzenwert der Stellungsverstärkung im geschlossenen Regelkreis verwendet. Der erfindungsgemäße Bewertungsindexwert ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Beispielsweise kann der Bewertungsindexwert ein Spitzenwert der Geschwindigkeitsregelung im geschlossenen Regelkreis, eine offene Stellungsregelkreis-Verstärkungsspanne, eine offene Stellungsregelkreis-Phasenspanne, eine offene Geschwindigkeitsregelkreis-Verstärkungsspanne, eine offene Geschwindigkeitsregelkreis-Phasenspanne oder ein Wert sein, der anhand eines oder mehrerer dieser Werte und Spannen berechnet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Spitzenwert der Stellungsverstärkung im geschlossenen Regelkreis als Bewertungsindexwert wie oben beschrieben verwendet. 11A und 11B zeigen Beispiel-Stabilitätskennfelder gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 11A zeigt ein Beispiel für die Stabilitätskennfeld in der Stellung mit maximaler Trägheit. 11B zeigt ein Beispiel für die Stabilitätskennfeld in der Stellung mit minimaler Trägheit. Der Prozessor 14, der die Verarbeitung in Schritt S105 durchführt, entspricht einem ersten Spezifizierer nach einem erfindungsgemäßen Aspekt. Die Verarbeitung in Schritt S105 entspricht einem Schritt zur Erzeugung eines Stabilitätskennfelds nach einem erfindungsgemäßen Aspekt. Nach Schritt S105 geht die Verarbeitung zu S106 über.
In Schritt S106 kombiniert der Generator für kombinierte Kennfelder 14h das Stabilitätskennfeld in der Stellung mit maximaler Trägheit und das Stabilitätskennfeld in der Stellung mit minimaler Trägheit, um ein kombiniertes Stabilitätskennfeld zu erzeugen, das die Stabilität eines Steuerziels anzeigt, dessen Trägheit veränderlich ist. Genauer gesagt zeigt das kombinierte Stabilitätskennfeld in verschiedenen Farben einen niedrigeren Bewertungsindexwert der Bewertungsindizes in dem Stabilitätskennfeld zwischen dem Bewertungsindex in der Stellung mit maximaler Trägheit und dem Bewertungsindex in der Stellung mit minimaler Trägheit mit der Geschwindigkeitsregelkreis-Proportionalverstärkung Kvp auf der horizontalen Achse und der Stellungsregelkreis-Proportionalverstärkung Kpp auf der vertikalen Achse.
Der niedrigere Wert des Bewertungsindexes entspricht einem kombinierten Wert des Bewertungsindexes nach einem erfindungsgemäßen Aspekt. 12 zeigt ein kombiniertes Stabilitätskennfeld in der vorliegenden Ausführungsform. Der mit einem weißen Kreis markierte Teil in jedem Stabilitätskennfeld stellt Empfehlungswerte (später beschrieben) für Kpp und Kvp dar. Der Prozessor 14, der die Verarbeitung in Schritt S106 durchführt, entspricht nach einem erfindungsgemäßen Aspekt einem zweiten Spezifizierer. Die Verarbeitung in Schritt S106 entspricht einem Erzeugungsschritt für kombinierte Stabilitätskennfelder nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Nach Schritt S106 geht die Verarbeitung zu Schritt S107 über. In Schritt S107 bestimmt die Parametriereinheit 14i die Werte der Stellungsregelkreis-Proportionalverstärkung Kpp und der Geschwindigkeitsregelkreis-Proportionalverstärkung Kvp anhand des kombinierten Stabilitätskennfelds. Genauer gesagt verwendet die Parametriereinheit 14i in dieser Ausführungsform die Empfehlungswerte für die Stellungsregelkreis-Proportionalverstärkung Kpp und die Geschwindigkeitsregelkreis-Proportionalverstärkung Kvp, die in dem kombinierten Stabilitätskennfeld angezeigt werden. Die Verarbeitung in Schritt S107 entspricht einem Parametereinstellschritt nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Nach Schritt S107 ist die Routine beendet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, wie oben beschrieben, die Stabilitätskennfelder in der Stellung mit maximaler Trägheit und in der Stellung mit minimaler Trägheit durch Änderung der Stellung der Lastvorrichtung 42 erzeugt, deren Trägheit während des Betriebs der Vorrichtung veränderbar ist. Die Regelparameter (die Proportionalverstärkung des Stellungsregelkreises Kpp und die Proportionalverstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises Kvp) werden dann anhand des kombinierten Stabilitätskennfelds bestimmt, die durch die Kombination dieser Stabilitätskennfelder erhalten wird. Dies ermöglicht eine zuverlässigere Auswahl von Regelparameterwerten, die einen stabilen Betrieb ermöglichen, unabhängig davon, ob die Trägheit einer in einem Steuerziel umfassten Lastvorrichtung während des Betriebs der Vorrichtung veränderbar ist.
Erste Modifikation
In der vorliegenden, oben beschriebenen Ausführungsform ist die Referenzstellung derart eingestellt, dass sie sich von der Stellung mit maximaler Trägheit und der Stellung mit minimaler Trägheit unterscheidet, jedoch kann die Stellung mit minimaler Trägheit in der obigen Ausführungsform als Referenzstellung eingestellt werden.
Wie in 13 gezeigt, wird die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit erhalten, indem (wie in der ersten Ausführungsform) jeder Verstärkungswert der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung durch das minimale Trägheitsverhältnis Jmin_ratio geteilt wird, und es wird daher erwartet, dass sie die höchste Frequenzgangkennlinie derjenigen unter Referenzstellung, Stellung mit maximaler Trägheit und Stellung mit minimaler Trägheit ist. Wird also die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit geschätzt, indem die Referenzstellung derart eingestellt wird, dass sie sich von der Stellung mit maximaler Trägheit oder der Stellung mit minimaler Trägheit unterscheidet, und wird die in der Referenzstellung erhaltene Frequenzgangkennlinie durch das minimale Trägheitsverhältnis min_ratio geteilt, so kann, wie in 14 gezeigt, keine strenge Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit erhalten werden, und die Regelstabilität kann sich verringern.
In der vorliegenden Modifikation wird die Stellung mit minimaler Trägheit als Referenzstellung festgelegt, und die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimalem Trägheitsmoment wird wie in 15 gezeigt gemessen. Dieser Vorgang kann die Genauigkeit der erhaltenen Frequenzgang-Charakteristik in der Stellung mit minimaler Trägheit und die Stabilität der Steuerung in der Stellung mit minimaler Trägheit verbessern. Wie in 15 gezeigt, ist die Verstärkung der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximaler Trägheit niedriger, indem die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung durch das maximale Trägheitsverhältnis max_ratio geteilt wird. Dadurch kann die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximaler Trägheit stabiler sein. Zweite Änderung
Es wird nun eine zweite Modifikation der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung erhalten, und die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung wird durch das minimale Trägheitsverhältnis min_ratio geteilt, um die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit zu erhalten. Um die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximaler Trägheit zu erhalten, wird die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung wird durch das maximale Trägheitsverhältnis max_ratio geteilt. In einigen Ausführungsformen kann zusätzlich zur Referenzstellung auch der Frequenzgang in der Stellung mit minimaler Trägheit und in der Stellung mit maximaler Trägheit gemessen werden.
16 zeigt die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung, der Stellung mit minimaler Trägheit und der Stellung mit maximaler Trägheit in der zweiten Modifikation. Für die Stellung mit minimaler Trägheit und die Stellung mit maximaler Trägheit sind die geschätzten Werte und die gemessenen Werte aufgetragen. Wie in 16 gezeigt, wird bei der Schätzung der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit durch Division der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung durch das minimale Trägheitsverhältnis min_ratio die Verstärkungsspitze als über 0 dB liegend geschätzt, obwohl die gemessene Verstärkungsspitze unter 0 dB fällt, und diese Schätzung kann eine Absenkung der Verstärkung nach sich ziehen.
Wenn die Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximaler Trägheit geschätzt wird, indem die Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung durch das maximale Trägheitsverhältnis max_ratio geteilt wird, wird die Verstärkungsspitze als ein Wert geschätzt, der eine tatsächliche Messung übersteigt, obwohl eine tatsächliche Verstärkung höher sein kann, aber diese Schätzung kann die Einstellung einer höheren Verstärkung verhindern.
Im Gegensatz dazu ermöglicht die Messung der Frequenzgangkennlinien auch in der Stellung mit maximaler Trägheit und in der Stellung mit minimaler Trägheit, wie in der vorliegenden Modifikation gezeigt, genauere Frequenzgangkennlinien in beiden Stellungen zu erhalten, was eine effizientere Auswahl der optimalen Regelparameter ermöglicht.
Zweite Ausführungsform
Es wird nun eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform der wird nun beschrieben. In dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird die Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz während des Betriebs der Lastvorrichtung berechnet, und die Trägheitswerte werden anhand der Kennlinie berechnet. In einem nachfolgend beschriebenen Beispiel der vorliegenden Ausführungsform wird einem an die Lastvorrichtung gerichteten Fahrbefehl ein sinusförmiges Signal überlagert.
In der ersten Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, die Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz während des Betriebs der Lastvorrichtung 42 berechnet, und die Trägheitswerte werden anhand der Kennlinie berechnet. Genauer gesagt wird die Lastvorrichtung 42 beispielsweise unidirektional betrieben und die Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz (Verstärkungskennlinie) wird wiederholt in Echtzeit überprüft, um die Trägheitswerte der Lastvorrichtung 42 zu berechnen.
Um die Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz zu erhalten, ist ein Frequenzsignal erforderlich. Wenn ein an die Lastvorrichtung 42 gerichteter Betriebsbefehl beispielsweise ein gleichförmiger Bewegungsbefehl ist, umfasst der Betriebsbefehl kein Frequenzsignal, und dies kann zu Schwierigkeiten bei der Ermittlung der Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz führen. Wenn ein Betriebsbefehl mehrere Frequenzkomponenten umfasst, kann die Lastvorrichtung in einigen Ausführungsformen die Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz nicht korrekt ermitteln, da sie von den mehreren Frequenzkomponenten beeinflusst wird.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 17 gezeigt, ein sinusförmiges Signal einem an die Lastvorrichtung 42 gerichteten Betriebsbefehlssignal überlagert. Dieser Vorgang ermöglicht es, dass ein Betriebsbefehlssignal unabhängig von der Art des an die Lastvorrichtung 42 gerichteten Betriebsbefehls ständig eine einzige Frequenz umfasst, und ermöglicht eine genaue Messung der Frequenzgangkennlinie für eine einzige Frequenz. Die Frequenz des zu überlagernden Sinussignals kann eine einzige Frequenz oder die Summe von Sinuswellen mit mehreren unterschiedlichen Frequenzen sein.
18 zeigt die Beziehung zwischen der Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 und der Frequenz des zu überlagernden Sinussignals. Die mit einer durchgezogenen Linie gezeichnete Kurve stellt die Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 dar. Die gestrichelt gezeichnete Gerade stellt die Frequenz des zu überlagernden Sinussignals dar. Die während des Betriebs der Lastvorrichtung 42 wiederholt ermittelte Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz entspricht der in 18 mit einem schwarzen Punkt gekennzeichneten Frequenzgangkennlinie für ein Sinussignal.
Wie in 18 gezeigt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Frequenz des Sinussignals, das dem Betriebsbefehlssignal der Lastvorrichtung 42 überlagert wird, niedriger als die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung 42. Somit kann die Ansprechcharakteristik für einen einzelnen Frequenzeingang genau gemessen werden, ohne durch die Resonanz oder Antiresonanz der Lastvorrichtung 42 beeinflusst zu werden. Die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung 42 können aus der Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 in der Referenzstellung ermittelt werden.
Die Frequenz des Sinussignals, das dem Betriebsbefehlssignal der Lastvorrichtung 42 überlagert werden soll, kann in einem Band liegen, das ungefähr -20 dB/dec in der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung bei offenem Regelkreis entspricht. Dies ermöglicht die Auswahl einer Frequenz in einem Band, das ausreichend weit von den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen entfernt ist, als Frequenz des Sinussignals, das dem Betriebsbefehlssignal der Lastvorrichtung 42 überlagert werden soll, und ermöglicht eine zuverlässigere Messung genauerer Ansprechcharakteristiken ohne die Auswirkungen der Resonanz oder Antiresonanz. Um die Frequenz des dem Betriebsbefehlssignal der Lastvorrichtung 42 zu überlagernden Sinussignals so einzustellen, dass sie niedriger ist als die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Lastvorrichtung 42, müssen die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen im Voraus bekannt sein. Diese Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen werden aus der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung gewonnen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Abschnitt, in dem ein sinusförmiges Signal einem Betriebsbefehl überlagert wird, ein Abschnitt des Betriebsbefehls, der bewirkt, dass die Lastvorrichtung 42 mit einer konstanten Geschwindigkeit arbeitet. Ein Befehl zur Geschwindigkeitsanpassung der Lastvorrichtung 42 kann ursprünglich ein Frequenzsignal zur Überprüfung der Frequenzgangkennlinie für eine einzelne Frequenz umfassen, und die Überlagerung des Befehls mit einem Sinussignal kann die Messgenauigkeit der Frequenzgangkennlinie verringern. Im Gegensatz dazu wird der Abschnitt, in dem ein sinusförmiges Signal einem Betriebsbefehl der Lastvorrichtung 42 überlagert wird, auf einen Abschnitt des Betriebsbefehls festgelegt, in dem die Lastvorrichtung 42 mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben wird. Dies verhindert das Eindringen eines Signals mit einer Frequenz, die der Frequenz des zu überlagernden Sinussignals entspricht, und ermöglicht es, eine genauere Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung 42 für eine einzige Frequenz zu erhalten.
Wie in 19 gezeigt, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Befehlssignal, dem ein sinusförmiges Signal überlagert ist, ein beliebiges Stellungsbefehlssignal, ein Geschwindigkeitsbefehlssignal oder ein Drehmomentbefehlssignal. 19 zeigt das Steuerblockdiagramm der Motorsteuerung 30. Ein sinusförmiges Signal wird dem Stellungssignal, dem Geschwindigkeitsbefehlssignal oder dem Drehmomentbefehlssignal überlagert, und die Ausgabe des Steuerziels 40 als Reaktion auf das resultierende Signal ermöglicht die Überprüfung der Frequenzgangkennlinie für eine einzige Frequenz. Dritte Ausführungsform
Es wird nun eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. In dem in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel umfasst das Steuerziel 40 eine Kombination mehrerer Lastvorrichtungen 42 (mehrere Achsen), und durch Überlappung kombinierter Stabilitätskennfelder, die für die jeweiligen Lastvorrichtungen 42 erhalten werden, wird ein achsenkombiniertes Stabilitätskennfeld erzeugt.
Die vorliegende Ausführungsform umfasst die gleichzeitige Steuerung mehrerer gekoppelter Lastvorrichtungen 42 (im Folgenden einfach als Achsen bezeichnet), z. B. für eine Portalvorrichtung, die sich in zwei Achsen bewegt, mit X-Richtung und Y-Richtung. Die Anwendung eines für die Steuerung einer bestimmten Achse eingestellten Steuerungsparameters auf die Steuerung einer anderen Achse kann zu einem instabilen Betrieb des gesamten Steuerziels 40 führen. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform für jede Achse ein kombiniertes Stabilitätskennfeld erstellt, und die kombinierten Stabilitätskennfelder für die jeweiligen Achsen werden weiter kombiniert, um ein achsenkombiniertes Stabilitätskennfeld zu erstellen.
Genauer gesagt, wird, wie in den 20A und 20B gezeigt, ein kombiniertes Stabilitätskennfeld für jede Lastvorrichtung 42 (Achse), die im Steuerziel 40 umfasst ist, durch Kombination eines Stabilitätskennfelds in der Stellung mit maximaler Trägheit und einem Stabilitätskennfeld in der Stellung mit minimaler Trägheit erzeugt. Dieses kombinierte Stabilitätskennfeld zeigt einen niedrigeren der Bewertungsindexwerte in dem Stabilitätskennfeld in der Maximal-Trägheits-Stellung und in dem Stabilitätskennfeld in der Minimal-TrägheitsStellung.
Wie in 21 gezeigt, werden die kombinierten Stabilitätskennfelder für die jeweiligen Lastvorrichtungen 42 (Achsen) weiter kombiniert, um ein achsenkombiniertes Stabilitätskennfeld zu erzeugen. Dieses achsenkombinierte Stabilitätskennfeld zeigt einen niedrigeren Bewertungsindexwert des kombinierten Stabilitätskennfelds für jede der Lastvorrichtungen 42 (Achse) in Form eines Kennfelds. Das achsenkombinierte Stabilitätskennfeld dient als Sicherheitskennfeld, das die Identifizierung der Betriebsstabilität des Steuerziels 40 mit mehreren gekoppelten Lastvorrichtungen 42 (Achsen) ermöglicht.
Vierte Ausführungsform 4
Es wird nun eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. In dem in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel werden anhand des Stabilitätskennfelds automatisch optimale Regelparameter ausgewählt und angezeigt.
Wie in 12 gezeigt, kann in der erfindungsgemäßen Ausführungsform in dem Stabilitätskennfeld beispielsweise eine Kombination optimaler Regelparameter markiert sein. Allerdings können Regelparameter, die von einem Benutzer mit dem Stabilitätskennfeld entsprechend eingestellt werden, ohne konkreten Gesichtspunkt nicht optimal sein. Im Gegensatz dazu zeigt das Stabilitätskennfeld in der vorliegenden Ausführungsform, wie in den 22A und 22B dargestellt, mit Markierungen optimale Kombinationen an, die jeweils die proportionale Verstärkung des Stellungsregelkreises Kpp auf der vertikalen Achse und die proportionale Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises Kvp auf der horizontalen Achse in dem Stabilitätskennfeld umfassen. Die optimalen Kombinationen werden unter einem bestimmten (konkreten) Gesichtspunkt ermittelt.
In dem in 22A gezeigten Beispiel werden beispielsweise Punkte unter den Kandidatenpunkten, bei denen die Norm (z.B. (Kpp² + Kvp²)^(1/2)) vom Ursprung aus maximal ist, als optimale Punkte bestimmt. Wie in 22B gezeigt, können Punkte, bei denen ein Anpassungsindex (in diesem Beispiel Kvp) maximal ist, als optimale Punkte bestimmt werden. Die Struktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht eine automatische und leicht zu erkennende Anzeige der optimalen Kombinationen, die jeweils die Proportionalverstärkung Kpp des Stellungsregelkreises und die Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises auf der horizontalen Achse unter einem vorbestimmten konkreten Gesichtspunkt umfassen, und erleichtert die Bestimmung der Regelparameter.
Fünfte Ausführungsform 5
Es wird nun eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. In dem in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird die Verstärkung des Geschwindigkeitsreglers anhand der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimalem Trägheitsmoment bestimmt, und die Verstärkung des Stellungsreglers wird anhand der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximalem Trägheitsmoment bestimmt.
In den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden optimale Kombinationen, die jeweils die Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises und die Proportionalverstärkung Kpp des Stellungsregelkreises umfassen, anhand der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit bestimmt. Die Integralverstärkung Ki des Geschwindigkeitsregelkreises wird durch Multiplikation der ermittelten Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises mit einem bestimmten Verhältnis bestimmt. Diese Bestimmung bietet keine Stabilität gegenüber einer Änderung der Integralverstärkung Ki des
Geschwindigkeitsregelkreises.
Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Ausführungsform die Verstärkungen des Geschwindigkeitsreglers (Kvp und Ki) anhand der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit minimaler Trägheit und die Verstärkung des Stellungsreglers (Kpp) anhand der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit maximaler Trägheit bestimmt.
23A und 23B zeigen Stabilitätskennfelder, die in der vorliegenden Ausführungsform erzeugt werden. 23A zeigt eine Stabilitätskennfeld zur Bestimmung der Geschwindigkeitsreglerverstärkungen (Kvp und Ki) anhand der Frequenzgangkennlinie in der trägheitsarmen Stellung. In diesem Diagramm zeigt die horizontale Achse die proportionale Verstärkung Kvp des Geschwindigkeitsreglers und die vertikale Achse die integrale Verstärkung Ki des Geschwindigkeitsreglers an. Anhand dieses Stabilitätskennfelds wird eine Kombination der Verstärkungen des Geschwindigkeitsreglers (Kvp und Ki) bestimmt.
Anschließend wird anhand der Frequenzkennlinie in der Stellung maximaler Trägheit die Proportionalverstärkung Kpp des Stellungsregelkreises, die als Stellungsreglerverstärkung dient, unter Verwendung des in 23B dargestellten Stabilitätsdiagramms bestimmt, in dem die Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises auf einen bestimmten Wert festgelegt ist. Auf diese Weise können die Proportionalverstärkung Kpp des Stellungsregelkreises, die Integralverstärkung Ki des Geschwindigkeitsregelkreises und die Proportionalverstärkung Kvp des Geschwindigkeitsregelkreises genauer ermittelt werden.
Die Elemente in den nachstehenden Aspekten der vorliegenden Erfindung sind mit Bezugsziffern gekennzeichnet, die in den Zeichnungen verwendet werden, um die Entsprechung zwischen diesen Elementen und den Bauteilen in den Ausführungsformen zu zeigen.
Aspekt 1
Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung (10) zum Unterstützen einer Steuervorrichtung (30) zum Steuern eines Steuerziels (40) beim Einstellen von Steuerparametern, wobei das Steuerziel (40) eine Lastvorrichtung (42) und einen Motor (41) zum Antreiben der Lastvorrichtung umfasst, wobei die Lastvorrichtung (42) eine Trägheit aufweist, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung (42) im Betrieb veränderbar ist, wobei die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung (10) umfasst:

einen ersten Spezifizierer (14), der eingerichtet ist, Bewertungsindexwerte anzugeben, die die Steuerstabilität oder die Steuerleistung der Steuervorrichtung (30) anhand von Frequenzgangkennlinien des Steuerziels (40) in einer Stellung der Lastvorrichtung (42) mit maximaler Trägheit und in einer Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit anzeigen; und
einen zweiten Spezifizierer (14), der eingerichtet ist, einen kombinierten Bewertungsindexwert anzugeben, der einen Bewertungsindexwert in der Stellung der Lastvorrichtung (42) im Betrieb anhand der durch den ersten Spezifizierer (14) angegebenen Bewertungsindexwerte in der Stellung der Lastvorrichtung (42) mit maximaler Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung (42) mit minimaler Trägheit anzeigt.

Aspekt 19
Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung (10) zum Unterstützen einer Steuervorrichtung (30) zum Steuern eines Steuerziels (40) beim Einstellen von Steuerparametern, wobei das Steuerziel (40) eine Lastvorrichtung (42) und einen Motor (41) zum Antreiben der Lastvorrichtung umfasst, wobei die Lastvorrichtung (42) eine Trägheit aufweist, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung (42) im Betrieb veränderbar ist, wobei die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung (10) einen Computer umfasst, auf dem eine Werkzeugsoftware installiert ist, wobei die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung (10) umfasst:

eine Anweisungseinheit (14a), die eingerichtet ist, der Steuervorrichtung (30) eine Anweisung über eine Bewegung und eine Stellung der Lastvorrichtung (42) zu erteilen;
eine Erfassungseinrichtung (14b), der eingerichtet ist, von der Steuervorrichtung (30) ein für die Lastvorrichtung (42) gemessenes Signal zu erhalten, das mindestens einer aktuellen Stellung, einer aktuellen Geschwindigkeit oder einem aktuellen Drehmoment der Lastvorrichtung (42) entspricht;
einen Einzelfrequenzkomponenten-Erzeuger (14c), der eingerichtet ist, eine Reihe von Befehlssignalen zu erzeugen, die jeweils dadurch erhalten werden, dass ein sinusförmiges Signal mit einer Einzelfrequenz einem Stellungsbefehl, einem Geschwindigkeitsbefehl oder einem Drehmomentbefehl zum Steuern der Lastvorrichtung (42) überlagert wird, um die Anweisungseinheit (14a) zu veranlassen, die Befehlssignale an die Steuervorrichtung (30) zu liefern, und um eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag in der Einzelfrequenz aus einem Signal zu erhalten, das als Reaktion auf die Befehlssignale gemessen und von dem Erzeuger erhalten wird;
einen Schätzer (14d) für die spezifische Trägheitsstellung, der eingerichtet ist, die Anweisungseinheit zu veranlassen, die Steuervorrichtung (30) anzuweisen, eine Reihe von Stellungen zu implementieren, die während der Bewegung der Lastvorrichtung (42) im Betrieb gebildet werden, um den Einzelfrequenzkomponenten-Ermittler (14c) zu veranlassen, die Verstärkung oder den Phasenverschiebungsbetrag in der Einzelfrequenz in jeder der Stellungen zu erhalten, und Stellungen mit maximaler und minimaler Trägheit aus der Verstärkung in jeder Stellung zu schätzen;
einen Frequenzgang-Ermittler (14e), der eingerichtet ist, die Anweisungseinheit (14a) zu veranlassen, die Steuervorrichtung (30) anzuweisen, die Lastvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs in einer aus der Reihe von Stellungen ausgewählten Referenzstellung in Schwingung zu versetzen, und eine Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung aus dem von der Erfassungseinrichtung (14b) erhaltenen Signal zu erhalten;
einen Frequenzgang-Schätzer (14f), der eingerichtet ist, Frequenzgangkennlinien von Verstärkungen in den geschätzten Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit aus der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung, die durch die Frequenzgang-Ermittler (14e) erhalten wird, und eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag für die einzelne Frequenz in jeder der Stellungen, die durch den Einzelfrequenzkomponenten-Erzeuger (14c) erhalten wird, schätzt;
einen Kennfeldgenerator (14g), der eingerichtet ist, ein Kennfeld der maximalen Trägheitsstabilität in einer Stellung mit der maximalen Trägheit und eine Karte der minimalen Trägheitsstabilität in einer Stellung mit der minimalen Trägheit aus den Frequenzgangkennlinien, die durch den Frequenzgang-Schätzer (14f) geschätzt werden, zu erzeugen;
einen Generator (14h) für kombinierte Kennfelder, der eingerichtet ist, ein kombiniertes Stabilitätskennfeld durch Kombinieren des Kennfelds der maximalen Trägheitsstabilität und des Kennfelds der minimalen Trägheitsstabilität zu erzeugen; und
eine Parametriereinheit (14i), die eingerichtet ist, das kombinierte Stabilitätskennfeld anzuzeigen, eine Zuweisung einer Stellung in dem kombinierten Stabilitätskennfeld zu empfangen und anhand eines vertikalen Achsenwertes und eines horizontalen Achsenwertes der bezeichneten Stellung einen Steuerparameter einzustellen.

Aspekt 20
Parametereinstellungs-Unterstützungsverfahren zum Unterstützen einer Steuervorrichtung (30) zum Steuern eines Steuerziels (40) beim Einstellen von Steuerparametern, wobei das Steuerziel (40) eine Lastvorrichtung (42) und einen Motor zum Antreiben der Lastvorrichtung (42) umfasst, wobei die Lastvorrichtung (42) eine Trägheit aufweist, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung (42) im Betrieb veränderbar ist, wobei das Verfahren umfasst:

Erhalten einer Frequenzgangkennlinie für ein Eingangssignal einer einzelnen Frequenz (S101) in einer Reihe von Stellungen der Lastvorrichtung (42) im Betrieb;
Erhalten einer Frequenzgangkennlinie für einen vorbestimmten Frequenzbereich in einer Referenzstellung (S102), die aus der Reihe von Stellungen der Lastvorrichtung (42) im Betrieb ausgewählt wird;
Ermitteln von maximalen und minimalen Trägheitswerten oder von Verhältnissen der in der Referenzstellung erhaltenen Trägheit (S103) zu den maximalen und minimalen Trägheitswerten;
Schätzen der Frequenzgangkennlinie in der Stellung (S104) mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert;
Erzeugen von Stabilitätskennfeldern (S105) in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert anhand der geschätzten Frequenzgangkennlinien in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert;
Kombinieren der Stabilitätskennfelder (S106) in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und in der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert; und
Einstellen eines Steuerparameters (S107) anhand der Kombination der Stabilitätskennfelder.

Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung (auch: Einstellungsunterstützungsvorrichtung)
11: Eingabegerät
12: Anzeigegerät
13: Gehäuse
14: Prozessor
15: Benutzeroberfläche
16: Anzeigesteuerung
30: Motorsteuerung
31: Stellungsregler
32: Geschwindigkeitsregler
34: Stromregler
35: Geschwindigkeitsdetektor
40: Steuerziel
41: Motor
42: Lastvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017167607 [0005]
JP 5200648 [0005]

Claims

Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung zum Unterstützen einer Steuervorrichtung zum Steuern eines Steuerziels beim Einstellen von Steuerparametern, wobei das Steuerziel eine Lastvorrichtung und einen Motor zum Antreiben der Lastvorrichtung umfasst, wobei die Lastvorrichtung eine Trägheit aufweist, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb veränderbar ist, wobei die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung umfasst: einen ersten Spezifizierer, der eingerichtet ist, Bewertungsindexwerte anzugeben, die die Steuerstabilität oder die Steuerleistung der Steuervorrichtung anhand von Frequenzgangkennlinien des Steuerziels in einer Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler Trägheit und in einer Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit anzeigen; und einen zweiten Spezifizierer, der eingerichtet ist, einen kombinierten Bewertungsindexwert anzugeben, der einen Bewertungsindexwert in der Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb anhand der durch den ersten Spezifizierer angegebenen Bewertungsindexwerte in der Stellung der Lastvorrichtung mit maximaler Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung mit minimaler Trägheit anzeigt.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 1, wobei der erste Spezifizierer die Frequenzgangkennlinien des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit der maximalen Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung mit der minimalen Trägheit anhand einer Frequenzgangkennlinie in einer vorbestimmten Referenzstellung der Lastvorrichtung im Betrieb anhand eines Verhältnisses der Trägheit der Lastvorrichtung in der Referenzstellung zu der Trägheit der Lastvorrichtung in der Stellung mit der maximalen Trägheit, und eines Verhältnisses der Trägheit der Lastvorrichtung in der Referenzstellung zu der Trägheit der Lastvorrichtung in der Stellung mit der minimalen Trägheit erhält.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 2, wobei der erste Spezifizierer die Referenzstellung als die Stellung der Lastvorrichtung mit der geringsten Trägheit bestimmt.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Spezifizierer die Bewertungsindexwerte in der Stellung der Lastvorrichtung mit der maximalen Trägheit und in der Stellung der Lastvorrichtung mit der minimalen Trägheit für jeden einer Mehrzahl von Zuständen der Steuervorrichtung angibt, in denen die Steuervorrichtung unterschiedliche Werte für mindestens einen Steuerparameter aufweist, und der zweite Spezifizierer den kombinierten Bewertungsindexwert für jeden der mehreren Zustände der Steuervorrichtung angibt.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine Anzeige, die eingerichtet ist, jeden kombinierten Bewertungsindexwert, der durch den zweiten Spezifizierer angegeben wird, in Verbindung mit Informationen anzuzeigen, die einen entsprechenden Zustand der Vielzahl von Zuständen der Steuervorrichtung angeben, die jeweils den angegebenen kombinierten Bewertungsindexwert haben.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Spezifizierer eine Frequenzgangkennlinie der Lastvorrichtung im Betrieb für eine vorbestimmte Einzelfrequenz erhält, um einen Trägheitswert der Lastvorrichtung in einer vorbestimmten Stellung zu erhalten.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 6, wobei der erste Spezifizierer den Trägheitswert der Lastvorrichtung in der vorbestimmten Stellung anhand einer Verstärkungskennlinie der Lastvorrichtung im Betrieb für die vorbestimmte Einzelfrequenz und eines vorbestimmten, im Voraus festgelegten Parameters berechnet.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei einem Betriebsbefehlssignal, das an die in Betrieb befindliche Lastvorrichtung gerichtet ist, ein sinusförmiges Signal überlagert ist.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 8, wobei das sinusförmige Signal eine Frequenz aufweist, die niedriger als eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz der Lastvorrichtung ist.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei während des Betriebs der Lastvorrichtung das sinusförmige Signal dem Betriebsbefehlssignal in einem Abschnitt zum Betrieb der Lastvorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit überlagert ist.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Betriebsbefehlssignal, dem das sinusförmige Signal überlagert ist, einen Stellungsbefehl, einen Geschwindigkeitsbefehl oder einen Drehmomentbefehl umfasst.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 4, wobei das Steuerziel eine Vielzahl von miteinander gekoppelten Lastvorrichtungen umfasst, der erste Spezifizierer den Bewertungsindexwert für jede der Vielzahl von Lastvorrichtungen, die in dem Steuerziel umfasst sind, angibt und der zweite Spezifizierer den kombinierten Bewertungsindexwert für jede der Vielzahl von Lastvorrichtungen, die in dem Steuerziel umfasst sind, angibt und einen kombinierten Bewertungsindexwert für das Steuerziel anhand des kombinierten Bewertungsindexwerts für jede der Vielzahl von Lastvorrichtungen angibt.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine zweite Anzeige, die eingerichtet ist, den kombinierten Bewertungsindexwert für das durch den zweiten Spezifizierer angegebene Steuerziel in Verbindung mit Informationen anzuzeigen, die einen entsprechenden Zustand der Vielzahl von Zuständen der Steuervorrichtung angeben, die jeweils den angegebenen kombinierten Bewertungsindexwert aufweisen.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 5 oder Anspruch 13, wobei der kombinierte Bewertungsindexwert, den der zweite Spezifizierer angibt, in Verbindung mit der Information angezeigt wird, die den entsprechenden Zustand der Vielzahl von Zuständen der Steuervorrichtung anzeigt, die jeweils den angegebenen kombinierten Bewertungsindexwert haben, und das Anzeigen ein Anzeigen eines Zustands der Steuervorrichtung mit dem kombinierten Bewertungsindexwert, der eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, zusammen mit einer vorbestimmten Optimalwertmarkierung einschließt.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 14, wobei die vorbestimmte Bedingung ist, dass eine Norm von einem durch die zweite Anzeige angezeigten Ursprung maximal ist.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 14, wobei die vorgegebene Bedingung ist, dass der kombinierte Bewertungsindexwert maximal ist.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 14, wobei die vorgegebene Bedingung ist, dass einer der mindestens einen Steuerparameter maximal ist.
Vorrichtung zur Unterstützung der Parametereinstellung nach Anspruch 1, wobei eine Geschwindigkeitsreglerverstärkung anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit der minimalen Trägheit bestimmt wird, und eine Positionsreglerverstärkung anhand der Frequenzgangkennlinie des Steuerziels in der Stellung der Lastvorrichtung mit der maximalen Trägheit bestimmt wird.
Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung zum Unterstützen einer Steuervorrichtung zum Steuern eines Steuerziels beim Einstellen von Steuerparametern, wobei das Steuerziel eine Lastvorrichtung und einen Motor zum Antreiben der Lastvorrichtung umfasst, wobei die Lastvorrichtung eine Trägheit aufweist, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb veränderbar ist, wobei die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung einen Computer umfasst, auf dem eine Werkzeugsoftware installiert ist, und wobei die Parametereinstellungs-Unterstützungsvorrichtung umfasst: eine Anweisungseinheit, die eingerichtet ist, der Steuervorrichtung eine Anweisung über eine Bewegung und eine Stellung der Ladevorrichtung zu liefern; eine Erfassungseinrichtung, die eingerichtet ist, von der Steuervorrichtung ein für die Lastvorrichtung gemessenes Signal zu erhalten, das mindestens einer aktuellen Stellung, einer aktuellen Geschwindigkeit oder einem aktuellen Drehmoment der Lastvorrichtung entspricht; einen Einzelfrequenzkomponenten-Erfasser, der eingerichtet ist, eine Reihe von Befehlssignalen zu erzeugen, die jeweils dadurch erhalten werden, dass ein sinusförmiges Signal mit einer Einzelfrequenz einem Stellungsbefehl, einem Geschwindigkeitsbefehl oder einem Drehmomentbefehl zur Steuerung der Lastvorrichtung überlagert wird, um die Anweisungseinheit zu veranlassen, die Befehlssignale an die Steuervorrichtung zu liefern, und um eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag in der Einzelfrequenz aus einem Signal zu erhalten, das als Reaktion auf die Befehlssignale gemessen und von der Erfassungseinrichtung erhalten wird; einen Schätzer für die spezifische Trägheitsstellung, der eingerichtet ist, die Anweisungseinheit zu veranlassen, die Steuervorrichtung anzuweisen, eine Reihe von Stellungen zu implementieren, die während der Bewegung der Lastvorrichtung im Betrieb gebildet werden, um den Einzelfrequenzkomponenten-Erfasser zu veranlassen, die Verstärkung oder den Phasenverschiebungsbetrag in der Einzelfrequenz in jeder der Stellungen zu erhalten, und Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit aus der Verstärkung in jeder Stellung zu schätzen; einen Frequenzgang-Ermittler, der eingerichtet ist, die Anweisungseinheit zu veranlassen, die Steuervorrichtung anzuweisen, die Lastvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs in einer aus der Reihe von Stellungen ausgewählten Referenzstellung in Schwingung zu versetzen, und in der Referenzstellung aus dem von der Erfassungseinrichtung erhaltenen Signal eine Frequenzgangkennlinie zu erhalten; einen Frequenzgang-Schätzer, der eingerichtet ist, Frequenzgangkennlinien von Verstärkungen in den geschätzten Stellungen mit der maximalen und minimalen Trägheit aus der Frequenzgangkennlinie in der Referenzstellung, die durch den Frequenzgangermittler erhalten wird, und eine Verstärkung oder einen Phasenverschiebungsbetrag für die einzelne Frequenz in jeder der Stellungen, die durch den Einzelfrequenzkomponentenerfasser erhalten wird, zu schätzen; einen Kennfeldgenerator, der eingerichtet ist, aus den Frequenzgangkennlinien ein Kennfeld der maximalen Trägheitsstabilität in einer Stellung mit der maximalen Trägheit und ein Kennfeld der minimalen Trägheitsstabilität in einer Stellung mit der minimalen Trägheit zu erzeugen, die durch den Frequenzgang-Schätzer geschätzt werden; einen Generator für kombinierte Kennfelder, der eingerichtet ist, ein kombiniertes Stabilitätskennfeld zu erzeugen, indem er das Kennfeld der maximalen Trägheitsstabilität und das Kennfeld der minimalen Trägheitsstabilität kombiniert; und eine Parametriereinheit, die eingerichtet ist, das kombinierte Stabilitätskennfeld anzuzeigen, eine Bezeichnung einer Stellung in dem kombinierten Stabilitätskennfeld zu empfangen und anhand eines vertikalen Achsenwertes und eines horizontalen Achsenwertes der bezeichneten Stellung einen Steuerparameter einzustellen.
Verfahren zum Unterstützen einer Steuervorrichtung zum Steuern eines Steuerziels bei der Einstellung von Steuerparametern, wobei das Steuerziel eine Lastvorrichtung und einen Motor zum Antreiben der Lastvorrichtung umfasst, wobei die Lastvorrichtung eine Trägheit aufweist, die entsprechend einer Stellung der Lastvorrichtung im Betrieb veränderbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Erhalten einer Frequenzgangkennlinie für ein Eingangssignal einer einzigen Frequenz in einer Reihe von Stellungen der Lastvorrichtung im Betrieb; Erhalten einer Frequenzgangkennlinie für einen vorbestimmten Frequenzbereich in einer aus der Reihe der Stellungen der Lastvorrichtung im Betrieb ausgewählten Referenzstellung; Erhalten der maximalen und minimalen Trägheitswerte bzw. des Verhältnisses zwischen der in der Referenzstellung ermittelten Trägheit und den maximalen und minimalen Trägheitswerten; Schätzen der Frequenzgangkennlinie in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert; Erzeugen von Stabilitätskennfeldern in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert anhand der geschätzten Frequenzgangkennlinien in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert; Kombinieren der Stabilitätskennfelder in der Stellung mit dem maximalen Trägheitswert und in der Stellung mit dem minimalen Trägheitswert; und Einstellen eines Steuerparameters anhand der Kombination der Stabilitätskennfelder.
Unterstützungsprogramm für die Parametereinstellung, um einen Computer zu veranlassen, mindestens einen der Schritte nach Anspruch 20 durchzuführen, einschließlich des Erhaltens der Frequenzgangkennlinie für das Eingangssignal der Einzelfrequenz, des Erhaltens der Frequenzgangkennlinie für den vorbestimmten Frequenzbereich in der Referenzstellung, des Erhaltens der maximalen und minimalen Trägheitswerte oder der Trägheitsverhältnisse, des Schätzens der Frequenzgangkennlinien in den Stellungen, des Erzeugens der Stabilitätskennfelder, des Kombinierens der Stabilitätskennfelder und des Einstellens des Steuerparameters.