JP2006227793A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関するものであって、電動機制御装置の制御パラメータ調整を最適に行うことを目的とした、制御パラメータ調整結果を確認するための電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法並びに電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device used in a positioning device such as a semiconductor manufacturing device or a machine tool or an industrial robot, and is intended to optimally adjust a control parameter of the motor control device. results relates control parameter setting method and motor control apparatus for controlling parameters sensitivity analysis apparatus and motor controller of a motor control apparatus for verifying.
従来、電動機制御装置の制御パラメータ調整を最適に行うことを目的とした、制御パラメータ調整結果を確認するための電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置については、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。 Conventionally, a control parameter sensitivity analysis device for a motor control device for confirming a control parameter adjustment result for the purpose of optimally adjusting a control parameter of the motor control device is disclosed in, for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2. There is something that was done.
まず、第１従来技術である特許文献１は、運動機構の動特性の経時的な変化を短時間かつ高精度に捕捉して同定することを目的として提案された露光装置及び除振装置、システム同定装置及びその方法であって、運動機構において、その運動を制御するためのアクチュエータに疑似不規則信号を印加し、この疑似不規則信号の時系列データとともに運動機構の運動状態を計測するセンサの時系列データを収集してデータ記憶手段に記憶させ、該データ記憶手段に記憶させた時系列データに対してフィルタリングを施し、このフィルタリングしたデータを使ってシステム同定を施し、システム同定によって算出した数学モデルを使って運動機構の特性値を導出し、特性値の変化を経時的に捕捉して運動機構の性能維持の適否を自己診断するようになっている。具定例は以下に示す。 First, Patent Document 1 as a first prior art discloses an exposure apparatus, a vibration isolation apparatus, and a system proposed for the purpose of capturing and identifying changes over time in dynamic characteristics of a motion mechanism with high accuracy in a short time. An identification apparatus and method for a sensor that applies a pseudo-random signal to an actuator for controlling the motion in a motion mechanism and measures the motion state of the motion mechanism together with time-series data of the pseudo-random signal. The time series data is collected and stored in the data storage means, the time series data stored in the data storage means is filtered, the system identification is performed using the filtered data, and the mathematics calculated by the system identification Deriving characteristic values of the motion mechanism using a model and capturing changes in the characteristic values over time to self-diagnose the suitability of maintaining the performance of the motion mechanism Going on. Specific examples are shown below.
図１８は第１従来技術の半導体製造装置におけるアクティブ除振装置に適用したシステム同定装置および方法を示したブロック図、図１９は第１従来技術におけるアクティブ除振装置とそれに搭載されたＸＹステージの構造を示す図である。
図１８において、２０１は除振台を含む露光装置本体であり、除振台の制御には以下に示すセンサとアクチュエータが取り付けられている。すなわち、ＡＣは振動検出手段となる加速度センサ２５１、ＰＯは位置計測手段となる位置センサ２５２、ＳＶは大重量の除振台を含む装置本体を支持するサーボバルブ、ＰＲは空気ばね内の圧力を計測する圧力センサ２５３、ＬＭは除振台の振動を抑制する電磁モータである。これらセンサとアクチュエータを表わす記号は、方位と除振台における部位とを示している。
FIG. 18 is a block diagram showing a system identification apparatus and method applied to an active vibration isolator in a semiconductor manufacturing apparatus according to the first prior art, and FIG. 19 shows an active vibration isolator according to the first prior art and an XY stage mounted thereon. It is a figure which shows a structure.
In FIG. 18, reference numeral 201 denotes an exposure apparatus main body including a vibration isolation table, and the following sensors and actuators are attached to control the vibration isolation table. That is, AC is an acceleration sensor 251 serving as vibration detection means, PO is a position sensor 252 serving as position measurement means, SV is a servo valve that supports the apparatus main body including a heavy vibration isolation table, and PR is the pressure in the air spring. The pressure sensors 253 and LM to measure are electromagnetic motors that suppress vibrations of the vibration isolation table. Symbols representing these sensors and actuators indicate a direction and a portion of the vibration isolation table.
また、図１９において、除振台２０２の上にはＸＹステージ２０３が搭載されており、センサとアクチュエータとを内蔵する能動マウント２０４−１、２０４−２、２０４−３によって支持されている。この加速度センサＡＣ−Ｘ１は、能動マウント２０４−１内のＸ方向の振動を計測する。加速度センサＡＣ−Ｚ１、−Ｚ２、−Ｚ３、−Ｘ１、−Ｙ２、−Ｙ３の出力は運動モード抽出演算手段２０５に導かれる。ここでは、除振台２０２の並進や回転といった運動モードの信号、いわゆる運動モード加速度信号（ａｘ，ａｙ，ａｚ，ａθｘ，ａθｙ，ａθｚ）を求めている。次に、運動モード加速度信号は積分補償器２０６に導かれて運動モードごとの速度信号へと変換されている。続いて、各運動モードごとにダンピングを調整するためのゲイン補償器２０７へと導かれ、その出力信号は運動モード駆動信号（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｄθｘ，ｄθｙ，ｄθｚ）となる。この信号は運動モード分配演算手段２０８を通って各能動マウントの各アクチュエータが発生すべき駆動信号（ｄｚ１，ｄｚ２，ｄｚ３，ｄｘ１，ｄｙ２，ｄｙ３）となり、この信号でドライバ２０９が励起される。このような振動制御系の構成によって、除振台２０２の振動特性は運動モードごとにほぼ非干渉に調整することができる。
また、上述の電磁モータＬＭに対する振動制御系の各ドライバ２０９の前段には加算端子が設けられており、そこには多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号発生器２１０の出力が、スイッチ２１１を介して接続されている。スイッチ２１１は各能動マウント内の全電磁モータＬＭへの接続のオンオフを管理する。図示の場合、全電磁モータＬＭがＭ系列信号によって加振される。
加振中の除振台２０２の挙動は、露光装置本体２０１に装着する振動計測手段ＡＣ、位置計測手段ＰＯ、圧力計測手段ＰＲを含めて運動状態を計測する他のセンサの出力信号で捉え、Ｍ系列信号発生器２１０の信号とともにデータ記憶部２１２に収集される。
次に、データ記憶部２１２に収集された時系列データは、プリフィルタリング部２１３にてフィルタリング処理される。続いて、システム同定部２１４においてフィルタリングされた入出力データに対して同定がなされる。ここでシステム同定とは、入出力データを使って数学モデルを導出することである。最後に、システム同定部２１４で取得した数学モデルは特性抽出・診断部２１５に送られて、ここで更に特性抽出および診断のためのデータ変換が行なわれる。
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In FIG. 19, an XY stage 203 is mounted on the vibration isolation table 202 and supported by active mounts 204-1, 204-2, and 204-3 that incorporate sensors and actuators. The acceleration sensor AC-X1 measures vibration in the X direction in the active mount 204-1. The outputs of the acceleration sensors AC-Z1, -Z2, -Z3, -X1, -Y2, and -Y3 are guided to the motion mode extraction calculation means 205. Here, the signal of the motion mode such translation and rotation of the anti-vibration table 202, a so-called motion mode acceleration signals (a x, a y, a z, a θx, a θy, a θz) seeking. Next, the motion mode acceleration signal is guided to the integral compensator 206 and converted into a velocity signal for each motion mode. Subsequently, it is led to a gain compensator 207 for adjusting damping for each motion mode, and its output signal is a motion mode drive signal (d x , d y , d z , d θx , d θy , d θz ). It becomes. This signal becomes a drive signal (d z1 , d z2 , d z3 , d x1 , d y2 , d y3 ) to be generated by each actuator of each active mount through the motion mode distribution calculation means 208, and the driver 209 with this signal Is excited. With such a configuration of the vibration control system, the vibration characteristics of the vibration isolation table 202 can be adjusted to be substantially non-interfering for each motion mode.
Further, an addition terminal is provided in the preceding stage of each driver 209 of the vibration control system for the electromagnetic motor LM, and the output of the multi-channel / non-correlated / M-sequence signal generator 210 is passed through the switch 211. Connected. The switch 211 manages on / off of connections to all the electromagnetic motors LM in each active mount. In the case of illustration, all the electromagnetic motors LM are vibrated by the M series signal.
The behavior of the vibration isolation table 202 during vibration is captured by the output signals of other sensors that measure the movement state including the vibration measurement means AC, the position measurement means PO, and the pressure measurement means PR that are mounted on the exposure apparatus main body 201. The data is collected in the data storage unit 212 together with the signal from the M-sequence signal generator 210.
Next, the time series data collected in the data storage unit 212 is filtered by the pre-filtering unit 213. Subsequently, the system identification unit 214 identifies the input / output data filtered. Here, the system identification is to derive a mathematical model using input / output data. Finally, the mathematical model acquired by the system identification unit 214 is sent to the characteristic extraction / diagnosis unit 215, where further data extraction for characteristic extraction and diagnosis is performed.
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このように、第１従来技術の装置は、閉ループもしくは開ループの制御系を構成するシステムに対して、疑似不規則信号（Ｍ系列信号）を印加して装置を構成する各要素の特性を同定し、装置の生産効率、運転効率を犠牲にすることなく、半導体露光装置のような産業機器の自己診断や異常検出を迅速に行うことができる。 As described above, the first prior art device identifies the characteristics of each element constituting the device by applying a pseudo irregular signal (M-sequence signal) to the system constituting the closed loop or open loop control system. In addition, self-diagnosis and abnormality detection of industrial equipment such as a semiconductor exposure apparatus can be quickly performed without sacrificing the production efficiency and operation efficiency of the apparatus.
次に、第２従来技術である特許文献２について説明する。
図２０は、第２従来技術における位置決め制御方法で行われる伝達関数を繰り返し修正しながら制御を行う方法を説明した模式図である。
第２従来技術は、制御指令と制御対象の動作間の入出力特性を精度良く求めて制御指令を決定し制御対象に希望する動作を確実に実行させることを目的として提案された位置決め制御方法及び装置である。
具体的には、図２０に示すように、始めに既知の入力と応答から求めた伝達関数Ｈ１を用いて、希望する応答Ｏから入力１を計算し、目標入力位置データとして位置決め装置に教示する。このとき、得られた応答１が希望する許容値内に誤差が収束していなければ、式（Ｈｉ＋１（ｊω）＝Ｏｉ（ｊω）／Ｉｉ（ｊω））によって周波数領域の応答Ｏｉを用いて伝達関数Ｈ２を計算する。この伝達関数Ｈ２を用いて希望する応答より新たな入力２を算出して目標入力位置データとする。この操作を誤差が収束するまで繰り返し、伝達関数を修正しながら所定の制御結果が得られるまで繰り返すことにより、高精度な位置決めを実現されるというものである。つまり、伝達関数を繰り返し修正しながら位置決め制御を行うことにより効率的かつ高精度になるように目標入力位置データを求めるものである。
Next, Patent Document 2 which is the second prior art will be described.
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a method of performing control while repeatedly correcting a transfer function performed by the positioning control method in the second conventional technique.
The second conventional technique is a positioning control method proposed for the purpose of accurately obtaining an input / output characteristic between a control command and an operation of a control target, determining the control command, and causing the control target to reliably perform a desired operation, and Device.
Specifically, as shown in FIG. 20, first, the input 1 is calculated from the desired response O using the transfer function H 1 obtained from the known input and the response, and is taught to the positioning device as target input position data. To do. At this time, if the obtained response 1 does not converge within the desired tolerance, the frequency domain response O i is expressed by the equation (H i + 1 (jω) = O i (jω) / I i (jω)). calculating a transfer function H 2 used. Using this transfer function H 2 , a new input 2 is calculated from the desired response and used as target input position data. By repeating this operation until the error converges and repeating the transfer function until a predetermined control result is obtained while correcting the transfer function, highly accurate positioning is realized. That is, the target input position data is obtained so as to be efficient and highly accurate by performing positioning control while repeatedly correcting the transfer function.
次に、図２１は第２従来技術における位置決め制御方法を適用した装置（ＮＣタレットパンチプレス）及びその制御ブロック図を示したものであり、図２２は同じく、第２従来技術における位置決め制御方法を適用した装置の他の制御ブロック図を示したものである。
まず、図２１において、３０１はキャリッジ、３０２はＡＣサーボモータ、３０３はボールねじ、３０４はサーボアンプ、３０５はＮＣコントロールユニットである。
図２１に示すように制御対象としてのキャリッジ３０１の駆動系にはＡＣサーボモータ３０２とボールねじ３０３により駆動される。
さらにこの位置決め制御は、ＡＣサーボモータ３０２を用いたディジタルフィードバックされ、ＡＣサーボモータ３０２はサーボアンプ４を介してＮＣコントロールユニット３０５により駆動制御される。
ＡＣサーボモータ３０２のＮＣコントロールユニット３０５における制御プロセスは、
まず、ステップ状の入力位置データをかたちづくるプロファイルデータを入力し、そのプロファイルデータに基づいて目標入力位置指令データを算出し、その目標入力位置指令データにより前記ＡＣサーボモータ３０２を運転する。またそれと共にその目標入力位置指令データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する。
次にレーザ測長機により測定されたキャリッジ３０１の実移動量をサンプリングして、目標入力位置指令データとの誤差により、精度を判定する。その判定結果が問題なければ、前記目標入力位置指令データでＡＣサーボモータ３０２の駆動を続ける。
また、その判定結果が限界値を越えた場合には、前記実移動量データを高速フーリエ変換し、前記目標入力位置指令データのフーリエ変換データと前記実移動量データのフーリエ変換データとから伝達関数を算出する。
次いでその伝達関数と目標入力位置指令データのフーリエ変換データとから再度目標入力位置データを算出し、その再度算出された新目標入力位置データを逆フーリエ変換する。得られた新目標入力位置データにより前記ＡＣサーボモータ３０２を運転する。
次に再度レーザ測長機で測定したキャリッジ３０１の実移動量をサンプリングし、目標入力位置データとの誤差により、精度を判定する。その判定結果が問題なければ、前記新目標入力位置データでＡＣサーボモータ３０２の駆動を続ける。また、その判定結果が限界値を越えた場合には、前記実移動量データをフーリエ変換し、前記新目標入力位置データのフーリエ変換データと前記実移動量データのフーリエ変換データとから再度伝達関数を算出し、その伝達関数と目標入力位置指令データのフーリエ変換データとから再度別の新目標入力位置データを算出し、その再度算出された新目標入力位置データを逆フーリエ変換する。それにより得られた新目標入力位置データにより前記ＡＣサーボモータ２を運転する。
したがって、以上の図２１のブロック図に示されるように従来の例においては伝達関数を算出する目標入力位置データに常に最新の目標入力位置データを用いる。
Next, FIG. 21 shows an apparatus (NC turret punch press) to which the positioning control method in the second prior art is applied and its control block diagram, and FIG. 22 shows the positioning control method in the second prior art. It shows another control block diagram of the applied device.
First, in FIG. 21, 301 is a carriage, 302 is an AC servo motor, 303 is a ball screw, 304 is a servo amplifier, and 305 is an NC control unit.
As shown in FIG. 21, the drive system of the carriage 301 as a control target is driven by an AC servo motor 302 and a ball screw 303.
Further, this positioning control is digitally fed back using an AC servo motor 302, and the AC servo motor 302 is driven and controlled by the NC control unit 305 via the servo amplifier 4.
The control process in the NC control unit 305 of the AC servo motor 302 is as follows:
First, profile data that forms step-like input position data is input, target input position command data is calculated based on the profile data, and the AC servo motor 302 is operated based on the target input position command data. At the same time, the target input position command data is fast Fourier transformed (FFT).
Next, the actual movement amount of the carriage 301 measured by the laser length measuring device is sampled, and the accuracy is determined based on an error from the target input position command data. If there is no problem in the determination result, the AC servo motor 302 is continuously driven with the target input position command data.
When the determination result exceeds the limit value, the actual movement amount data is subjected to fast Fourier transform, and a transfer function is obtained from the Fourier transform data of the target input position command data and the Fourier transform data of the actual movement amount data. Is calculated.
Next, the target input position data is calculated again from the transfer function and the Fourier transform data of the target input position command data, and the newly calculated new target input position data is subjected to inverse Fourier transform. The AC servo motor 302 is operated based on the obtained new target input position data.
Next, the actual movement amount of the carriage 301 measured again by the laser length measuring device is sampled, and the accuracy is determined based on an error from the target input position data. If there is no problem in the determination result, the AC servo motor 302 is continuously driven with the new target input position data. If the determination result exceeds the limit value, the actual movement amount data is subjected to Fourier transform, and the transfer function is again obtained from the Fourier transform data of the new target input position data and the Fourier transform data of the actual movement amount data. Is calculated again from the transfer function and the Fourier transform data of the target input position command data, and the newly calculated new target input position data is subjected to inverse Fourier transform. The AC servo motor 2 is operated based on the new target input position data obtained thereby.
Therefore, as shown in the block diagram of FIG. 21, in the conventional example, the latest target input position data is always used as the target input position data for calculating the transfer function.
また、以上の位置決め制御運転において、図２２のブロック図に示されるように検出される実移動量データの精度判定により、実移動量データと目標入力位置データとの誤差が限界値以下に収束した場合には、判定手段の判定によって目標入力位置指令データで制御対象を位置決め制御運転する。
一方検出される実移動量データと目標入力位置データとの誤差が一定以下に収束しない場合には、判定手段による判定に基づき伝達関数を修正しながら行う第１の補正を停止し、時間データによる目標入力位置データ補正を行う第２の補正を行い、その第２の補正後の目標入力位置データを最終目標入力位置データとして制御対象を位置決め制御運転する。かかる第２の補正は目標入力と実移動量との誤差の時間データに基づいて新目標入力位置データを算出する補正である。
In the above positioning control operation, the error between the actual movement amount data and the target input position data has converged below the limit value due to the accuracy determination of the actual movement amount data detected as shown in the block diagram of FIG. In such a case, a positioning control operation is performed on the object to be controlled with the target input position command data according to the determination by the determination means.
On the other hand, when the error between the detected actual movement amount data and the target input position data does not converge below a certain level, the first correction performed while correcting the transfer function based on the determination by the determination means is stopped, and the time data is used. The second correction for correcting the target input position data is performed, and the control target is positioned and controlled using the target input position data after the second correction as the final target input position data. The second correction is correction for calculating new target input position data based on time data of an error between the target input and the actual movement amount.
このように、従来の位置決め制御方法及びその装置は、公知の手法である逆伝達関数補償法を用いて、繰り返し伝達関数補正による制御方法に伝達関数の補正精度を向上させる改良を加え、目標入力位置データを求めるのである。
しかしながら、第１従来技術におけるシステム同定装置及びその方法は、閉ループの制御系においても、疑似不規則信号（Ｍ系列信号）を印加して装置を構成する各要素の特性を同定することになっているが、閉ループの制御系に、疑似不規則信号（Ｍ系列信号）などを印加した場合には、アクチュエータへ供給する電流（トルクや推力）が飽和するので、制御系に制限がかかりシステム本来の応答を把握できないというような問題があった。つまり、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを把握できないという問題があった。 However, the system identification device and the method thereof in the first conventional technique identify characteristics of each element constituting the device by applying a pseudo irregular signal (M-sequence signal) even in a closed-loop control system. However, if a pseudo-random signal (M-sequence signal) or the like is applied to the closed loop control system, the current (torque and thrust) supplied to the actuator is saturated, so the control system is restricted and the system's original There was a problem that the response could not be grasped. In other words, there is a problem that it is impossible to grasp whether the characteristics of the machine and the control parameter setting match.
また、第２従来技術における位置決め制御方法及びその装置は、初めに既知の入力と応答から求めた伝達関数Ｈ１を、目標入力位置データと実移動応答データから伝達関数Ｈ２に修正する方法で、伝達関数を求めているが、伝達関数を繰り返し修正しながら位置決め制御を行うことにより効率的かつ高精度になるように目標入力位置データを求めており、最適な制御系のパラメータを調整できないという問題があった。 Further, the positioning control method and apparatus in the second prior art is a method in which the transfer function H 1 first obtained from the known input and response is corrected from the target input position data and the actual movement response data to the transfer function H 2. The transfer function is calculated, but the target input position data is determined to be efficient and highly accurate by performing positioning control while repeatedly correcting the transfer function, and the optimal control system parameters cannot be adjusted. There was a problem.
上記のような従来技術にある位置決め装置などでは、制御パラメータを機械に最適になるように調整するために。例えば、機械の特性と制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針となるものであって、ゲイン余裕や位相余裕を把握することで制御系の安定判別を可能とする一巡開ループ周波数応答特性の採用が望まれる。 In order to adjust the control parameters so as to be optimal for the machine, such as the positioning device in the prior art as described above. For example, it is a guideline indicating whether the machine characteristics and control parameter settings match, and it is a loop-loop frequency response characteristic that makes it possible to determine the stability of the control system by grasping the gain margin and phase margin Adoption of is desired.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、実測した開ループ周波数応答特性（機械特性）から制御器モデルを利用することにより、一巡開ループ周波数応答特性を推定すると共に制御パラメータの設定具合を把握することができ、さらに制御パラメータの設定具合により目標の周波数特性となるゲイン余裕や位相余裕を予測することが可能な電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法並びに電動機制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem. By utilizing a controller model from the measured open-loop frequency response characteristics (mechanical characteristics), the loop-loop frequency response characteristics are estimated and control parameters are estimated. The control parameter sensitivity analysis device of the motor control device and the control of the motor control device capable of predicting the gain margin and the phase margin that become the target frequency characteristics according to the control parameter setting state An object is to provide a parameter setting method and an electric motor control device .
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段と、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
The invention of the control parameter sensitivity analysis device of the electric motor control device according to claim 1 generates an instruction signal and an electric motor attached to a machine, a detecting means for detecting an operation amount of the electric motor or a detected object comprising the machine An open loop frequency response characteristic measuring means for measuring an open loop frequency response characteristic that does not include the characteristics of the controller, in an electric motor control device comprising a command device that performs a command signal and a controller that drives the electric motor in response to the command signal;
A controller model of a controller of the motor control device; computing means for calculating a loop-opening frequency response characteristic from the measured open-loop frequency response characteristic and the controller model; control parameters of the controller and the loop-opening And a sensitivity analysis device that analyzes the relationship between changes in the loop frequency response characteristics.
請求項２に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、予め前記機械の質量や剛性から数値演算により算出した機械モデルを用いて、前記電動機の位置と前記機械に取り付けた検出手段の位置との間における伝達関数を求めることにより得られる機械特性の伝達関数数値モデルと、前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、前記伝達関数数値モデルと前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴としている。 The invention of the control parameter sensitivity analysis device for the motor control device according to claim 2 generates a command signal and a motor attached to the machine, a detecting means for detecting an operation amount of the motor or a detected object comprising the machine. And a controller for driving the motor upon receipt of a command signal, using a machine model calculated in advance by numerical calculation from the mass and rigidity of the machine, the position of the motor and the A transfer function numerical model of mechanical characteristics obtained by obtaining a transfer function between the position of the detection means attached to the machine, a controller model of the controller of the motor control device, the transfer function numerical model and the control Calculating means for calculating a loop open loop frequency response characteristic from a model, control parameters of the controller and the loop open loop frequency response characteristic It is characterized in that a sensitivity analysis device for sensitivity analysis the relationship between the change.
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、前記一巡開ループ周波数応答特性と目標とする一巡開ループ周波数応答特性の差異と、前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記制御パラメータの変化量を推定するものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the control parameter sensitivity analyzing apparatus for the motor control apparatus according to the first or second aspect, wherein the sensitivity analyzing apparatus is configured to obtain the one open loop frequency response characteristic and a target one open loop frequency response characteristic. Based on the difference and the partial differentiation of the control parameter of the mathematical model of the one-round loop frequency response characteristic, the amount of change in the control parameter approaching the target one-round loop frequency response characteristic is estimated.
また、請求項４の発明は、請求項１または２記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、前記制御パラメータを変化させた場合の一巡開ループ周波数応答特性を算出し、前記制御パラメータの変化による前記一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control apparatus according to the first or second aspect, wherein the sensitivity analysis apparatus changes the control parameter within a predetermined range and step size. In this case, a single loop frequency response characteristic is calculated, and a change in the single loop frequency response characteristic due to a change in the control parameter is estimated.
また、請求項５の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記検出手段は、前記電動機または前記機械の位置、速度、加速度の何れかを検出してその動作量とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the control parameter sensitivity analyzing apparatus for an electric motor control apparatus according to the first aspect, the detecting means detects any one of the position, speed, and acceleration of the electric motor or the machine. The amount of movement.
また、請求項６の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器は、複数の前記制御パラメータを備えるものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the control parameter sensitivity analyzing apparatus for an electric motor control apparatus according to the first or second aspect, the controller includes a plurality of the control parameters.
また、請求項７の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器は、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御するものである。 Further, the invention according to claim 7 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control device according to claim 1 or 2, wherein the controller includes at least one closed loop, and each of the control command and the control system according to a unit system. The electric motor is controlled so as to match the operation amounts of the components.
また、請求項８の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記演算手段は、計測した前記開ループ周波数応答特性を数値モデル化する数値モデル化手段を備え、前記開ループ周波数応答特性を数値モデル化し、前記電動機制御装置の制御器の前記制御器モデルと開ループ周波数応答特性の数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出するものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the control parameter sensitivity analyzing apparatus for an electric motor control apparatus according to the first aspect, the calculation means includes numerical modeling means for numerically modeling the measured open loop frequency response characteristics. The open loop frequency response characteristic is converted into a numerical model, and a one-round open loop frequency response characteristic is calculated from the controller model of the controller of the motor control device and a numerical model of the open loop frequency response characteristic.
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記数値モデル化手段は、前記開ループ周波数応答特性を、機械共振周波数、減衰、ばね乗数、負荷もしくは負荷慣性モーメントのような機械特性に分類されるパラメータから構成される数値モデルに数値化するものである。 Further, the invention of claim 9 is the control parameter sensitivity analysis apparatus of the motor control device according to claim 8, wherein the numerical modeling means includes a mechanical resonance frequency, attenuation, spring multiplier, It is digitized into a numerical model composed of parameters classified into mechanical characteristics such as load or load inertia moment.
また、請求項１０の発明は、請求項２、８、９の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記電動機の電動機モデルと、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段の検出手段モデルと、指令信号を発生する指令器の指令器モデルと、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器の前記制御器モデルを備えた電動機制御装置の電動機制御装置モデルを有し、制御器の制御パラメータと等価な制御器モデルの制御パラメータと前記数値モデル化手段により数値化した前記開ループ周波数応答特性の数値モデルを用いて、指令入力に対する応答を時系列データとして出力する電動機制御装置の動作シミュレータを備えるものである。 The invention of claim 10 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for a motor control device according to any one of claims 2, 8, and 9, wherein the motor model of the motor and the motor or the machine are made up of the machine. An electric motor comprising a detecting means model for detecting means for detecting an operation amount of a detecting body, a commander model for a commander that generates a command signal, and a controller model for a controller that receives the command signal and drives the motor The controller has a motor controller model of the controller, and uses the control parameter of the controller model equivalent to the control parameter of the controller and the numerical model of the open loop frequency response characteristic quantified by the numerical modeling means to input a command The operation simulator of the electric motor control apparatus which outputs the response with respect to time series data is provided.
また、請求項１１の発明は、請求項７に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、複数の前記制御パラメータを有する場合に、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つゲインバランス式を備えるものである。 Further, the invention of claim 11 is the control parameter sensitivity analysis apparatus of the motor control apparatus according to claim 7, wherein the sensitivity analysis apparatus has a response characteristic of a control characteristic that changes when the sensitivity analysis apparatus has a plurality of the control parameters. In addition, it has a gain balance type that keeps the balance.
また、請求項１２の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、前記制御パラメータに機械パラメータを含め、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と推定した前記一巡開ループ周波数応答との差異と、推定した前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記機械パラメータを含めた前記制御パラメータの変化量を推定するものである。 The invention according to claim 12 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control apparatus according to claim 1 or 2, wherein the sensitivity analysis apparatus includes a mechanical parameter in the control parameter and is a target single loop frequency. The machine that approaches the target open loop frequency response characteristic from the difference between the response characteristic and the estimated open loop frequency response and the partial differentiation of the control parameter of the mathematical model of the estimated open loop frequency response characteristic The amount of change of the control parameter including the parameter is estimated.
また、請求項１３の発明は、請求項１または７に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得るものである。 Further, the invention of claim 13 is the control parameter sensitivity analyzer of the motor control device of claim 1 or 7, further comprising at least one closed loop that receives and outputs a control command, and is provided in the unit system. At the same time, the motor is controlled so that the control command and the operation amount of each component coincide with each other, and an adder is provided in at least one closed loop, and a signal from the command generator is input to the adder. Thus, the open loop frequency response characteristic measuring means obtains a frequency characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic.
また、請求項１４の発明は、請求項１，２、７の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器は、少なくとも１つ以上の閉ループと、少なくとも１つ以上の閉ループを開閉するスイッチを備えるものである。 Further, the invention of claim 14 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for an electric motor control device according to any one of claims 1, 2, and 7, wherein the controller includes at least one closed loop and at least one closed loop. A switch for opening and closing two or more closed loops is provided.
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、機械の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、前記検出手段の信号を（―）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記検出手段の信号応答から得られる閉ループ外乱応答周波数特性を得る閉ループ外乱周波数応答特性計測手段と、とを備えるものである。 Further, the invention according to claim 15 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control device according to claim 1, wherein the detection means for detecting the operation amount of the machine, the command device for generating the command signal, the command signal, And a subtractor for inputting the signal of the detection means to the (−) terminal, and a signal for the subtractor to output a control command. The motor is controlled so as to match the control command and the operation amount of each component according to a unit system, and an adder is provided in the at least one closed loop. The open loop frequency response characteristic measuring means for obtaining a frequency characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic by inputting a signal of the command generator to an adder; and at least 1 Closed loop disturbance frequency response characteristic measuring means for obtaining a closed loop disturbance response frequency characteristic obtained from the signal of the command generator added to the adder provided in the closed loop and the signal response of the detection means, and It is.
また、請求項１６の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、機械の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、
前記検出手段の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、前記制御器から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器の手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段とを備えるものである。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided the control parameter sensitivity analyzing apparatus for the motor control device according to the first aspect, wherein the detecting means for detecting the operation amount of the machine, the command device for generating the command signal, and the command signal are received. A motor controller comprising a controller for driving the motor,
A subtractor that inputs the signal of the detection means to the (−) terminal, and at least one closed loop that receives the signal of the subtractor and outputs a control command, and includes the control command and the unit system. The motor is controlled to match the operation amounts of the respective components, an adder is provided in at least one closed loop, and the command generator signal is input to the adder, whereby the open loop The open loop frequency response characteristic measuring means for obtaining a frequency characteristic equivalent to the frequency response characteristic, and a driving force that is output from the controller and serves as torque or thrust before the adder provided in at least one closed loop. A driving force detecting means for detecting, a signal of the command generating device applied to the adder provided in at least one closed loop, and a signal detected by the driving force detecting means; Those having a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means for obtaining a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristics obtained from the response.
また、請求項１７の発明は、請求項１６に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段から得た前記閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から、一巡開ループ周波数応答特性を算出する一巡開ループ周波数応答特性演算手段を備えるものである。 Further, the invention according to claim 17 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control device according to claim 16, wherein the loop is driven from the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic obtained from the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means. One round open loop frequency response characteristic calculating means for calculating the open loop frequency response characteristic is provided.
また、請求項１８の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、入力手段と、表示装置と、記憶装置とのいずれかを少なくとも１つ以上を備えるものである。 The invention according to claim 18 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control device according to claim 1 or 2, further comprising at least one of an input means, a display device, and a storage device. It is.
また、請求項１９の発明は、請求項１、２、７の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器もしくは前記制御器モデルは各種制御則を揃えた制御則データベースを備えるものである。 The invention according to claim 19 is the control parameter sensitivity analysis apparatus for the motor control device according to any one of claims 1, 2, and 7, wherein the controller or the controller model has various control laws. A control law database is provided.
また、請求項２０の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得し、前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を演算処理し、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、前記制御器の制御パラメータを決定するという手順をとったのである。 According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided an electric motor attached to a machine, detection means for detecting an operation amount of a detected object made of the electric motor or the machine, a command device for generating a command signal, and a command signal. In the method for setting a control parameter of an electric motor control device comprising a controller that drives the electric motor, an open loop frequency response characteristic that does not include the characteristic of the controller is obtained, and the open loop frequency response characteristic and the controller A loop circuit frequency response characteristic is calculated from the controller model, a sensitivity analysis process is performed to analyze the relationship between the control parameter of the controller and the change of the loop loop frequency response characteristic, and the control parameter of the controller is determined. The procedure to do was taken.
また、請求項２１の発明は、機械の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得する処理し、前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する処理し、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、閉ループを構成する電動機制御装置に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測して一巡開ループ周波数応答特性を算出して、前記制御器の制御パラメータの安定度を確認するという手順をとったのである。 According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided a control parameter for an electric motor control device comprising a detecting means for detecting an operation amount of a machine, a command device for generating a command signal, and a controller for driving the motor upon receiving the command signal. In the setting method, processing for obtaining an open-loop frequency response characteristic that does not include the characteristics of the controller, and processing for calculating a one-round open-loop frequency response characteristic from the open-loop frequency response characteristic and the controller model of the controller A sensitivity analysis process for sensitivity analysis of a relationship between a control parameter of the controller and a change in the frequency response characteristic of the open loop, and the command generation device added to the adder provided in the motor control device constituting a closed loop. The closed loop disturbance driving force response frequency characteristic obtained from the signal and the signal response detected by the driving force detecting means is measured to calculate a loop open loop frequency response characteristic. , Than it took steps that check the stability of the control parameters of the controller.
また、請求項２２の発明は、請求項２０または２１に記載の電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、前記開ループ周波数応答特性を取得する処理では、前記電動機制御装置を開ループ化して前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する、もしくは、数値演算して開ループ周波数応答特性と等価な前記機械の電動機が駆動する駆動部と前記機械の前記検出手段が付く動作量検出部の間の機械特性の伝達関数数値モデルを算出する、もしくは、前記電動機制御装置を閉ループ化して閉ループに設けられた加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得るという手順をとったのである。 Further, the invention according to claim 22 is the method for setting the control parameter of the motor control device according to claim 20 or 21, wherein in the process of obtaining the open loop frequency response characteristic, the motor control device is made open loop, Measures the open loop frequency response characteristics not including the characteristics of the controller, or calculates the operation amount of the drive unit driven by the motor of the machine equivalent to the open loop frequency response characteristics by numerical calculation and the detection means of the machine By calculating a transfer function numerical model of mechanical characteristics between the detection units, or by inputting the signal of the command generation device to an adder provided in a closed loop by closing the motor control device, the open loop frequency The response characteristic measuring means takes a procedure of obtaining a frequency characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic.
また、請求項２３の発明は、請求項２０または２１に記載の電動機制御装置制御パラメータの設定方法において、前記感度解析処理では、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と前記一巡開ループ周波数応答との差異と、前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記制御パラメータの変化量を推定する、あるいは、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、前記制御パラメータを変化させた場合の一巡開ループ周波数応答特性を算出し、前記制御パラメータの変化による前記一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するいう手順をとったのである。
さらに、請求項２４の発明は、請求項１乃至請求項１９の何れか一項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置を用いることで、制御パラメータ調整を最適に行うように電動機を制御する電動機制御装置を特徴としている。
Further, the invention of claim 23 is the motor control device control parameter setting method according to claim 20 or 21, wherein in the sensitivity analysis process, a target loop-opening loop frequency response characteristic, the loop-opening loop frequency response, And the amount of change in the control parameter that approaches the target single loop frequency response characteristic is estimated or arbitrarily determined in advance from the partial differential of the control parameter of the mathematical model of the single loop frequency response characteristic In the range and step size, a single loop frequency response characteristic when the control parameter is changed is calculated, and a change of the loop frequency response characteristic due to the control parameter change is estimated. It is.
Further, the invention of claim 24 controls the motor so as to optimally adjust the control parameter by using the control parameter sensitivity analysis device of the motor control device according to any one of claims 1 to 19. It features an electric motor control device.
請求項１に記載の発明によると、制御パラメータを高ゲインに設定していても、トルク飽和もしくは推力飽和を起こすことなく、開ループ周波数応答特性を計測することができ、さらに前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係がわかるので、目標とする制御パラメータ値が明確になり、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。 According to the first aspect of the present invention, even when the control parameter is set to a high gain, the open loop frequency response characteristic can be measured without causing torque saturation or thrust saturation, and the control of the controller Since the relationship between the parameter and the change in the loop response frequency characteristic is known, the target control parameter value is clarified, and the adjustment of the motor control device can be easily performed.
請求項２の記載の発明によると、電動機制御装置の制御対象の機械特性が伝達関数数値モデルとして与えられれば、一巡開ループ周波数応答特性により制御系の安定判別できる。 According to the second aspect of the present invention, if the mechanical characteristics of the controlled object of the motor control device are given as a transfer function numerical model, the stability of the control system can be determined based on the open loop frequency response characteristics.
また、請求項３に記載の発明によると、目標とする一巡開ループ周波数応答特性の変化に対する制御パラメータ感度解析により、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づけるための制御パラメータの変化量を推定できるので、制御パラメータへの変化量、つまりは目標とする制御パラメータ値が明確になり、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。 According to the third aspect of the present invention, the amount of change in the control parameter to approximate the target one-round loop frequency response characteristic is estimated by the control parameter sensitivity analysis with respect to the target one-round loop frequency response characteristic. Therefore, the change amount to the control parameter, that is, the target control parameter value is clarified, and the adjustment of the motor control device can be easily performed.
また、請求項４に記載の発明によると、制御パラメータを高ゲインに設定していても、トルク飽和（もしくは推力飽和）を起こすことなく、開ループ周波数応答特性を計測することができ、一巡開ループ周波数応答特性を推定することができ、制御パラメータの変化に対する一巡開ループ周波数応答特性の変化を示す制御パラメータ感度解析により、一巡開ループ周波数応答特性の変化を予測でき、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。 According to the fourth aspect of the present invention, even when the control parameter is set to a high gain, the open loop frequency response characteristic can be measured without causing torque saturation (or thrust saturation). The loop frequency response characteristics can be estimated, and the control parameter sensitivity analysis that shows the change in the open loop frequency response characteristic with respect to the change in the control parameter can predict the change in the open loop frequency response characteristic, and the motor controller can be adjusted. Easy to implement.
また、請求項５に記載の発明によると、前記電動機制御装置の検出手段の種類や設置場所に係わらず一巡開ループ周波数応答特性を推定することができる。 According to the invention described in claim 5, it is possible to estimate the open loop frequency response characteristic regardless of the type of the detection means of the electric motor control device and the installation location.
また、請求項６に記載の発明によると、制御器に複数の制御パラメータを有することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the controller can have a plurality of control parameters.
また、請求項７に記載の発明によると、制御器が複数の閉ループを構成することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the controller can form a plurality of closed loops.
また、請求項８に記載の発明によると、開ループ周波数応答特性部分も数値化して、一巡開ループ周波数応答特性を推定することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the open loop frequency response characteristic portion can also be digitized to estimate the open loop frequency response characteristic.
また、請求項９に記載の発明によると、開ループ周波数応答特性を機械特性のパラメータから構成される数値モデルに数値化するので、機械特性の要因を明確に数値モデル化できる効果がある。 According to the ninth aspect of the invention, since the open loop frequency response characteristic is digitized into a numerical model composed of mechanical characteristic parameters, there is an effect that a factor of the mechanical characteristic can be clearly modeled.
また、請求項１０に記載の発明によると、一巡開ループ周波数応答特性の推定結果に加えて、動作シミュレーションにより、電動機制御装置の調整を確認することができる。 According to the invention described in claim 10, in addition to the estimation result of the open loop frequency response characteristic, the adjustment of the motor control device can be confirmed by the operation simulation.
また、請求項１１に記載の発明によると、複数の前記制御パラメータを有する場合にも、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つ制御パラメータ感度解析により、一巡開ループ周波数応答特性の変化を予測でき、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。 According to the invention of claim 11, even when there are a plurality of the control parameters, a change in the loop response frequency response characteristic is achieved by the control parameter sensitivity analysis that maintains a balance while changing the response of the control characteristics. Therefore, adjustment of the motor control device can be easily performed.
また、請求項１２に記載の発明によると、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づけるための要因や一巡開ループ周波数応答特性を変化させる要因として機械パラメータの変化量を考慮できる。 According to the invention described in claim 12, the amount of change in the machine parameter can be taken into account as a factor for approaching the target loop open loop frequency response characteristic or a factor for changing the loop open loop frequency response characteristic.
また、請求項１３に記載の発明によると、制御ループを組んでいるので、前記電動機の動作による位置ずれを起こすことなく、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を計測することができる。さらに機械的な位置ずれが起こらないので、位置変化による機械共振のずれを生じることなく、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を計測することができる。 According to the invention described in claim 13, since the control loop is formed, it is possible to measure the frequency response characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic without causing a positional shift due to the operation of the electric motor. . Furthermore, since no mechanical misalignment occurs, a frequency response characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic can be measured without causing a mechanical resonance misalignment due to a position change.
また、請求項１４に記載の発明によると、開ループと閉ループを選択できるので、通常動作と、位置ずれを起こさずに開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を計測することと、開ループ周波数応答特性の計測することを選択できる。 According to the invention described in claim 14, since the open loop and the closed loop can be selected, the normal operation, the measurement of the frequency response characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic without causing the positional shift, You can choose to measure frequency response characteristics.
また、請求項１５に記載の発明によると、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針のひとつとして、閉ループ外乱周波数応答特性計測手段により閉ループ外乱応答周波数特性を計測することができ、制御パラメータの設定具合を把握することができる。 According to the invention described in claim 15, the closed-loop disturbance response frequency characteristic is measured by the closed-loop disturbance frequency response characteristic measuring means as one of the guidelines indicating whether the machine characteristic and the control parameter setting match. It is possible to grasp the setting condition of the control parameter.
また、請求項１６に記載の発明によると、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針のひとつとして、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段により閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測することができ、制御パラメータの設定具合を把握することができる。 According to the sixteenth aspect of the present invention, the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic is measured by the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means as one of the guidelines indicating whether the characteristics of the machine and the control parameter setting match. Can be measured, and the setting condition of the control parameter can be grasped.
また、請求項１７に記載の発明によると、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針を、一巡開ループ周波数応答特性演算手段により閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から、一巡開ループ周波数応答特性を算出することができ、制御系の安定度を判定することができる。 According to the seventeenth aspect of the present invention, a guideline indicating whether the characteristics of the machine and the setting of the control parameter coincide with each other from the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic by the single loop open loop frequency response characteristic calculation means. The open loop frequency response characteristic can be calculated, and the stability of the control system can be determined.
また、請求項１８に記載の発明によると、入力手段により、制御パラメータの値や、目標とする一巡開ループ周波数応答特性などを入力できる。
表示装置により、計測した開ループ周波数応答特性や、推定した一巡開ループ周波数応答特性や、目標とする一巡開ループ周波数応答特性などを周波数軸上のグラフとして表示するか、動作シミュレーションや実動作の結果を時間軸上のグラフとして表示するか、感度解析結果を数値として表示するかにより視覚的に確認できる。
記憶装置により、各種結果や諸条件を記憶するので、日時や場所を変えて一巡開ループ周波数応答特性の推定や制御パラメータ感度解析を実施できる。
According to the invention described in claim 18, the value of the control parameter, the target loop open loop frequency response characteristic, and the like can be input by the input means.
Display the measured open-loop frequency response characteristics, the estimated loop-open loop frequency response characteristics, the target loop-open loop frequency response characteristics, etc. as a graph on the frequency axis, or perform an operation simulation or actual operation. It can be visually confirmed whether the result is displayed as a graph on the time axis or the sensitivity analysis result is displayed as a numerical value.
Since various results and various conditions are stored by the storage device, it is possible to estimate the open loop frequency response characteristics and perform the control parameter sensitivity analysis by changing the date and place.
また、請求項１９に記載の発明によると、現状とは異なる制御則を用いた場合の一巡開ループ周波数応答特性を推定することができる。 According to the nineteenth aspect of the present invention, it is possible to estimate the open loop frequency response characteristics when a control law different from the current state is used.
また、請求項２０に記載の発明によると、一巡開ループ周波数応答特性を予測して、制御パラメータの設定ができる。 According to the invention as set forth in claim 20, the control parameter can be set by predicting the open loop frequency response characteristic.
また、請求項２１に記載の発明によると、また、請求項２３に記載の発明によると、一巡開ループ周波数応答特性を予測して、制御パラメータの設定し、設定した制御パラメータで制御系の安定度をゲイン余裕、位相余裕を確認して制御パラメータの設定を完了できる。 Further, according to the invention described in claim 21, and according to the invention described in claim 23, the loop response frequency response characteristic is predicted, the control parameter is set, and the control system is stabilized with the set control parameter. Control parameters can be set by checking the gain margin and phase margin.
また、請求項２２に記載の発明によると、前記電動機制御装置を開ループ化して開ループ周波数応答特性を計測するか、もしくは数値演算して機械特性の伝達関数数値モデルを算出して開ループ周波数応答特性と等価な特性を得るか、前記電動機制御装置を閉ループ化して開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得るか、いずれかにより開ループ周波数応答特性を取得する処理ができる。 According to a twenty-second aspect of the present invention, the motor control device is made open-loop to measure an open-loop frequency response characteristic, or a numerical function is calculated to calculate a transfer function numerical model of a mechanical characteristic to obtain an open-loop frequency. A process for obtaining an open loop frequency response characteristic can be performed by either obtaining a characteristic equivalent to the response characteristic or by obtaining a frequency characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic by closing the motor control device.
また、請求項２３に記載の発明によると、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づける制御パラメータの変化量を推定するか、もしくは制御パラメータの変化量に対してどの位一巡開ループ周波数応答特性が変化するかを推定する。
いずれかの感度解析する処理ができる。
さらに、請求項２４の発明によると、請求項１乃至請求項１９の何れか一項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置を用いて、制御パラメータ調整を最適に行うように電動機制御装置によって電動機を制御することで、請求項１乃至請求項１９に記載の効果と同じ効果を得ることができる。
According to the invention of claim 23, the amount of change in the control parameter that approximates the target one-open loop frequency response characteristic is estimated, or how much the one-open loop frequency response characteristic with respect to the change amount of the control parameter. Is estimated to change.
Either sensitivity analysis process can be performed.
Furthermore, according to the invention of claim 24, the motor control device is configured so as to optimally adjust the control parameter by using the control parameter sensitivity analysis device of the motor control device according to any one of claims 1 to 19. By controlling the electric motor according to, the same effects as those described in claims 1 to 19 can be obtained.
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
図１は本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の全体構成図、図２は第１実施例における電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の制御ブロック図である。なお、本例ではまず、電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成について説明する。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a control parameter sensitivity analysis apparatus for an electric motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a control block diagram of the control parameter sensitivity analysis apparatus for the electric motor control apparatus according to the first embodiment. In this example, first, the configuration of the control parameter sensitivity analysis device of the motor control device will be described.
図において、１は電動機、２は検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は制御パラメータ感度解析装置、１４ａ，１４ｂはスイッチ、１５は制御則データベース、１６ａ，１６ｂは加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３５は駆動力検出手段、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段である。なお、本実施例では電動機が回転型モータの例を示しており、検出手段２は回転型モータに付加されたエンコーダとなっている。 In the figure, 1 is an electric motor, 2 is a detection means, 3 is a controller, 4 is a command device, 5 is a machine, 6 is an open-loop frequency response characteristic measurement means, 7 is a calculation means, 8 is an input device, and 9 is an output device. 10 is a storage device, 11 is a gain balance equation, 12 is a control parameter sensitivity analyzer, 14a and 14b are switches, 15 is a control law database, 16a and 16b are adders, 17 is an operation simulator, 23 is a controller model, 35 is a driving force detecting means, 37 is a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means, and 38 is a loop-opening loop frequency response characteristic calculating means. In the present embodiment, the electric motor is an example of a rotary motor, and the detection means 2 is an encoder added to the rotary motor.
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、機械５に取り付けられた電動機１と、該電動機１または該機械５からなる被検出体の動作量を検出する検出手段２と、指令信号を発生する指令器４と、指令信号を受けて電動機１を駆動する制御器３とからなる電動機制御装置において、制御器３の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段６と、前記電動機制御装置の制御器の制御器モデル２３と、計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段７と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置１２とを備えた点である。
The features of the present invention are as follows.
That is, the motor 1 attached to the machine 5, the detection means 2 for detecting the operation amount of the detected object comprising the motor 1 or the machine 5, the command device 4 for generating the command signal, and the command signal In an electric motor control device comprising a controller 3 for driving the electric motor 1, an open loop frequency response characteristic measuring means 6 for measuring an open loop frequency response characteristic not including the characteristic of the controller 3, and a controller of the electric motor control device The controller model 23, the calculation means 7 for calculating the open loop frequency response characteristic from the measured open loop frequency response characteristic and the controller model, the control parameter of the controller and the change of the open loop frequency response characteristic And a sensitivity analysis device 12 for analyzing the sensitivity of the relationship.
また、感度解析装置１２は、該一巡開ループ周波数応答特性と目標とする一巡開ループ周波数応答特性の差異と、該一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく制御パラメータの変化量を推定するものとなっている。
また、感度解析装置１２は、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、制御パラメータを変化させた場合の該一巡開ループ周波数応答特性を算出し、制御パラメータの変化による該一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するものとなっている。
また、感度解析装置１２は、複数の制御パラメータを有する場合に、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つゲインバランス式を備えたものとなっている。
また、感度解析装置１２は、制御パラメータに機械パラメータを含め、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と推定した該一巡開ループ周波数応答との差異と、推定した該一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく機械パラメータを含めた制御パラメータの変化量を推定するものとなっている。
Further, the sensitivity analysis device 12 sets the target based on the difference between the one-round loop frequency response characteristic and the target one-round loop frequency response characteristic and the partial differentiation of the control parameter of the mathematical model of the single loop-frequency response characteristic. The amount of change in the control parameter that approaches the loop-opening loop frequency response characteristic is estimated.
Further, the sensitivity analyzer 12 calculates the loop-opening loop frequency response characteristic when the control parameter is changed within a predetermined range and step size, and the loop-opening loop frequency response due to the change of the control parameter. The change in characteristics is estimated.
Further, the sensitivity analysis device 12 is provided with a gain balance equation that maintains a balance while changing the responsiveness of the control characteristics when having a plurality of control parameters.
In addition, the sensitivity analysis device 12 includes a machine parameter as a control parameter, a difference between the target one-round loop frequency response characteristic and the estimated one-round loop frequency response characteristic, and a formula of the estimated one-round loop frequency response characteristic. Based on the partial differentiation of the control parameters of the model, the amount of change in the control parameters including the machine parameters approaching the target single loop frequency response characteristic is estimated.
また、制御器３は、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて制御指令とそれぞれの成分の動作量を一致するように電動機１を制御するようになっている。
さらに、制御器３の前後には、制御器３から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた加算器１６ｂの手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段３５と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた加算器１６ａに加えた指令発生装置の信号と駆動力検出手段３５が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７を備えたものとなっている。
そして、演算手段７は、計測した該開ループ周波数応答特性を数値モデル化する数値モデル化手段を備え、該開ループ周波数応答特性を数値モデル化し、電動機制御装置の制御器３の制御器モデル２３と開ループ周波数応答特性の数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出するようになっている。
The controller 3 includes at least one closed loop, and controls the electric motor 1 so that the control command and the operation amount of each component coincide with each other in accordance with the unit system.
Further, before and after the controller 3, a driving force detection means 35 that detects a driving force that is output from the controller 3 and that becomes a torque or thrust before the adder 16b provided in at least one closed loop, and at least Closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic for obtaining a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic obtained from the signal of the command generator added to the adder 16a provided in one closed loop and the signal response detected by the driving force detection means 35 The measuring means 37 is provided.
The computing means 7 includes numerical modeling means for numerically modeling the measured open loop frequency response characteristics, numerically modeling the open loop frequency response characteristics, and the controller model 23 of the controller 3 of the motor control device. Then, the open loop frequency response characteristic is calculated from the numerical model of the open loop frequency response characteristic.
次に、制御パラメータ設定方法の手順を図２および図３に基づいて述べる。なお、図３は第１実施例における電動機制御装置の制御パラメータ設定方法の手順を示すフローチャート図である。
まず、ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性を計測する手順について説明する。
ステップＳＴ０１には、ＳＴ０１ａとＳＴ０１ｂとＳＴ０１ｃがある。このうち、ステップＳＴ０１ａにおける開ループ周波数応答特性を取得する処理では、電動機制御装置を開ループ化して前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測するよになっている。また、ステップＳＴ０１ｂでは、電動機制御装置を閉ループ化して閉ループに設けられた加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を計測するようになっている。さらに、ステップＳＴ０１ｃでは、数値演算して開ループ周波数応答特性と等価な前記機械の電動機が駆動する駆動部と前記機械の前記検出手段が付く動作量検出部の間の機械特性の伝達関数数値モデルを算出するようになっている。本実施例では先にステップＳＴ０１ａについて述べ、ステップＳＴ０１ｂは第４実施例にて、ステップＳＴ０１ｃは第５実施例にて説明する。
ステップＳＴ０１ａについて具体的に説明する。
電動機制御装置の制御器を作用させるようなフィードバックループを持つ閉ループでは、周波数応答特性を得るための指令信号を入力すると、トルク飽和を起こすため、スイッチ１４を切り替え開ループとする。スイッチ１４ａと１４ｂは指令器４の指令信号Ｃを電動機１および負荷である機械５に与え、この応答Ｒを検出手段３が検出する。スイッチ１４ｃにより、フィードバックループを切り、開ループとする。
開ループ周波数応答特性計測手段６は、指令信号Ｃと応答Ｒを受け取り、開ループ周波数応答特性を得る。
Next, the procedure of the control parameter setting method will be described based on FIG. 2 and FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the control parameter setting method of the motor control device in the first embodiment.
First, the procedure for measuring the open loop frequency response characteristic in step ST01 will be described.
Step ST01 includes ST01a, ST01b, and ST01c. Among these, in the process of acquiring the open loop frequency response characteristics in step ST01a, the motor control device is opened and the open loop frequency response characteristics not including the characteristics of the controller are measured. In step ST01b, the motor control device is closed and the signal of the command generator is input to an adder provided in the closed loop, so that the open loop frequency response characteristic measuring means Equivalent frequency characteristics are measured. Further, in step ST01c, a transfer function numerical model of a mechanical characteristic between a drive unit driven by the electric motor of the machine equivalent to an open-loop frequency response characteristic and an operation amount detection unit attached to the detection unit of the machine is calculated. Is calculated. In this embodiment, step ST01a will be described first, step ST01b will be described in the fourth embodiment, and step ST01c will be described in the fifth embodiment.
Step ST01a will be specifically described.
In a closed loop having a feedback loop that operates the controller of the motor control device, when a command signal for obtaining a frequency response characteristic is input, torque saturation occurs, so that the switch 14 is switched to an open loop. The switches 14a and 14b give the command signal C of the command device 4 to the motor 1 and the machine 5 as a load, and the response R is detected by the detection means 3. With the switch 14c, the feedback loop is cut to open.
The open loop frequency response characteristic measuring means 6 receives the command signal C and the response R, and obtains an open loop frequency response characteristic.
次に、ステップＳＴ０２の開ループ周波数応答特性の計測結果から一巡開ループ周波数応答特性を推定する手順について説明する。
ステップＳＴ０２には、ＳＴ０２ａとＳＴ０２ｂがある。
ステップＳＴ０２ａの場合、開ループ周波数応答特性計測手段６で得た開ループ周波数応答特性Ｈをデジタルデータとして持っているため、演算装置７が持っている制御器３の制御器モデル２３により、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
図４は、開ループ周波数応答特性Ｈと制御器モデルＧと指令信号Ｃと応答信号Ｒの関係を示す図である。
図５は、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを示す図である。一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは指令信号Ｃが制御器モデルＧと開ループ周波数応答特性Ｈと介して応答信号Ｒに至る特性である。
制御器モデル２３の特性である制御パラメータＧがあれば、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは、式（１）のようになる。演算装置７が制御器モデル２３を周波数領域のモデルとして備えておけば、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
Next, a procedure for estimating the open loop frequency response characteristic from the measurement result of the open loop frequency response characteristic in step ST02 will be described.
Step ST02 includes ST02a and ST02b.
In the case of step ST02a, since the open loop frequency response characteristic H obtained by the open loop frequency response characteristic measuring means 6 is provided as digital data, the circuit is opened by the controller model 23 of the controller 3 possessed by the arithmetic unit 7. The loop frequency response characteristic Zo can be estimated.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship among the open loop frequency response characteristic H, the controller model G, the command signal C, and the response signal R.
FIG. 5 is a diagram showing the open loop frequency response characteristic Zo. The one-round open loop frequency response characteristic Zo is a characteristic that the command signal C reaches the response signal R through the controller model G and the open loop frequency response characteristic H.
If there is a control parameter G that is a characteristic of the controller model 23, the open loop frequency response characteristic Zo is expressed by the following equation (1). If the arithmetic unit 7 includes the controller model 23 as a frequency domain model, the open loop frequency response characteristic Zo can be estimated.
一方、ステップＳＴ０２ｂの場合、開ループ周波数応答特性Ｈを数値モデル化する。例えば、公知の式（２）のように数値化する。 On the other hand, in the case of step ST02b, the open loop frequency response characteristic H is numerically modeled. For example, it is quantified as a well-known formula (2).
ここで、ｓ：ラプラス演算子、ａｉ，ｂｉ：係数を示す。
ステップＳＴ０２ｂの場合、前記式（２）のように、数値化すれば、制御モデルが周波数領域のモデルでなくとも、実機の制御器３と等価な制御モデルを利用できる。このため、周波数領域の式（１）に反映することが複雑になるような場合でも、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。後述する動作シミュレーションの構成および操作から一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
後述する一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの計測と同じ手順で、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
Here, s: Laplace operator, a i , b i : coefficients.
In the case of step ST02b, if the control model is not a frequency domain model, it is possible to use a control model equivalent to the actual controller 3 if it is digitized as in the above equation (2). For this reason, even when it is complicated to reflect in Formula (1) of the frequency domain, it is possible to estimate the open loop frequency response characteristic Zo. One-round loop frequency response characteristic Zo can be estimated from the configuration and operation of an operation simulation described later.
The one-round loop frequency response characteristic Zo can be estimated by the same procedure as the measurement of the one-round loop frequency response characteristic Zo described later.
なお、開ループ周波数応答特性Ｈの数値モデル化を、式（２）にて説明したが、他のモデルにて数値化してもよい。
ステップＳＴ０２ｂの数値モデル化の例について追加説明する。
ここで、図６は、本発明の実施例の２慣性系に近似できる開ループ周波数応答特性の計測結果および数値モデルの１例を示すグラフである。図７は、本発明の実施例の多慣性系に近似できる開ループ周波数応答特性の計測結果および数値モデルの１例を示すグラフである。また、図８は、本発明の実施例の２慣性系のばね・マス・モデル図、図９は、本発明の実施例の多慣性系のばね・マス・モデル図である。
ここで、実線は計測した開ループ周波数応答特性を示し、破線は数値モデル化した開ループ周波数応答特性を示している。
図６のように開ループ周波数応答特性が２慣性系に近似できるような特性であれば、図８の電動機１側を駆動して検出手段２ａの応答で得た開ループ周波数応答特性Ｈ１１は以下に示す式（３）を用いて数値モデル化できる。
In addition, although numerical modeling of the open loop frequency response characteristic H was demonstrated by Formula (2), you may digitize with another model.
An example of numerical modeling in step ST02b will be additionally described.
Here, FIG. 6 is a graph showing an example of the measurement result and numerical model of the open loop frequency response characteristic that can be approximated to the two-inertia system of the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing an example of a measurement result of an open loop frequency response characteristic that can be approximated to the multi-inertia system of an embodiment of the present invention and a numerical model. FIG. 8 is a two-inertia spring / mass model diagram of the embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a multi-inertia spring / mass model diagram of the embodiment of the present invention.
Here, the solid line indicates the measured open loop frequency response characteristic, and the broken line indicates the numerically modeled open loop frequency response characteristic.
If the open-loop frequency response characteristic can be approximated to a two-inertia system as shown in FIG. 6, the open-loop frequency response characteristic H 11 obtained by driving the motor 1 in FIG. Numerical modeling can be performed using the following equation (3).
ここで、Ｊ１は電動機側の負荷慣性モーメント、Ｊ２は負荷側の負荷慣性モーメント、ｋはばね定数、ｄは減衰である。ＪはＪ１とＪ２の和である。 Here, J 1 is the load inertia of the motor side, J 2 is load inertia of the load, k is the spring constant, d is the attenuation. J is the sum of J 1 and J 2.
さらに、式（３）は、負荷もしくは負荷慣性モーメントＪ１、Ｊ２、ばね定数ｋ、減衰ｄという物理量を用いて数値化したが、開ループ周波数応答特性から得られる共振周波数ω、***振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａという特性量を用いて数値化しても良い。
式（３）を変形したのが、式（４）である。
Further, the expression (3) is quantified using physical quantities such as load or load inertia moments J 1 , J 2 , spring constant k, and damping d, but the resonance frequency ω and anti-resonance frequency obtained from the open loop frequency response characteristics It may be quantified using the characteristic quantities ω a and the damping ratios ζ and ζ a .
Expression (4) is a modification of Expression (3).
ここで、
Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２
ω＝√（ｋ（１／Ｊ１＋１／Ｊ２））
ζ＝（ｄ／２）√（（１／Ｊ１＋１／Ｊ２）／ｋ）
ωａ＝√（ｋ／Ｊ２）
ζａ＝（ｄ／２）√（Ｊ２／ｋ）
さらに、図７のように開ループ周波数応答特性が多慣性系に近似できるような特性であれば、式（５）を用いて数値モデル化できる。
here,
J = J1 + J2
ω = √ (k (1 / J 1 + 1 / J 2 ))
ζ = (d / 2) √ ((1 / J 1 + 1 / J 2 ) / k)
ωa = √ (k / J2)
ζa = (d / 2) √ (J 2 / k)
Furthermore, if the open loop frequency response characteristic can be approximated to a multi-inertia system as shown in FIG. 7, it can be numerically modeled using Equation (5).
ここで、Ｎ：共振の数を示す。
この例では、図９のように多慣性の場合、負荷もしくは負荷慣性モーメントＪ１、Ｊ２、・・・・、ＪＮ、ばね定数ｋ１、‥ｋＮ、減衰ｄ１、‥ｄＮという物理量を用いてモデル化しても良いが、多慣性になると、その推定・同定が困難なため、開ループ周波数応答特性から得られる共振周波数ωｒ、とその減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒを用いて、１自由度系の振動の総和として、比例粘性減衰として式（５）のように数値化している。
高次の共振の影響Ｂを考慮すると、余剰剛性Ｂを含めた式（６）としても良い。
Here, N represents the number of resonances.
In this example, the case of multi-inertia as shown in FIG. 9, the load or moment of inertia J 1, J 2, ····, J N, the spring constant k 1, ‥ k N, attenuation d 1, that ‥ d N Modeling may be performed using physical quantities. However, since it is difficult to estimate and identify the multi-inertia, the resonance frequency ω r obtained from the open-loop frequency response characteristic, the damping ratio ζ r , the amplitude and the phase A Using r , the sum of the vibrations of the one-degree-of-freedom system is quantified as equation (5) as proportional viscosity damping.
Considering the influence B of higher-order resonance, the equation (6) including the excess stiffness B may be used.
一般粘性減衰系を適用すると、式（６）は式（７）となる When a general viscous damping system is applied, equation (6) becomes equation (7)
ここで、Ｕｒ，Ｖｒ：振幅および位相、σｒ：減衰を示す。 Here, U r , V r : amplitude and phase, and σ r : attenuation.
次に、ステップＳＴ０３の感度解析について説明する。
制御パラメータの変化に対する一巡開ループ周波数応答特性の感度解析であるＳＴ０３ａの場合は、複数の一巡開ループ周波数応答特性を推定する。予め任意に定めた範囲で、任意に定めた刻み幅で、制御パラメータＧを変更し、新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定し、グラフを重ねて出力装置９に表示する。これにより、制御パラメータＧの違いによる相対的な一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの違いが視覚的に明確になる。
なお、多重ループを構成するなど制御パラメータＧが複数ある場合には、制御パラメータのバランスを保つゲインバランス式１１にしたがって、制御パラメータＧを変更すれば良い。
Next, the sensitivity analysis in step ST03 will be described.
In the case of ST03a, which is a sensitivity analysis of a single loop frequency response characteristic with respect to a change in control parameter, a plurality of loop loop frequency response characteristics are estimated. The control parameter G is changed within a predetermined range within a predetermined range, a new open loop frequency response characteristic Zo is estimated, and graphs are superimposed and displayed on the output device 9. Thereby, the difference in the relative open loop frequency response characteristic Zo due to the difference in the control parameter G is visually clarified.
Note that when there are a plurality of control parameters G such as a multiple loop, the control parameter G may be changed according to the gain balance equation 11 that maintains the balance of the control parameters.
一巡開ループ周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析であるステップＳＴ０３ｂの場合は、まず、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’を入力装置８より入力する。
現状の推定した一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づけるため、式（８）によるその差異ΔＺｏは
ΔＺｏ＝Ｚｏ−Ｚｏ’ 式（８）
と、前記式（１）からなる現状の推定した一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの制御パラメータＧの偏微分と、制御パラメータの変化量ΔＧは、式（９）の関係となる
In the case of step ST03b, which is sensitivity analysis of a control parameter with respect to a change in the loop-opening loop frequency response characteristic, first, a target loop-opening loop frequency response characteristic Zo ′ is input from the input device 8.
In order to make the current estimated loop-opening loop frequency response characteristic Zo close to the target loop-opening loop frequency response characteristic Zo ′, the difference ΔZo according to the equation (8) is ΔZo = Zo−Zo ′ Equation (8)
Then, the partial differential of the control parameter G of the currently estimated loop-opening loop frequency response characteristic Zo consisting of the equation (1) and the control parameter change amount ΔG have the relationship of the equation (9).
式（９）を詳しく書けば、 If formula (9) is written in detail,
となる。ここで、制御パラメータＧは複数の要素ｇ１，ｇ２，・・・・ｇｎを持つこととして表現している。
これより、例えばガウス・ニュートン法によって、制御パラメータの変化量ΔＧを導けば感度解析ができる。
また、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’と現状の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの差異に重みＷを付けて、制御パラメータの変化量ΔＧを導いても良い。
It becomes. Here, the control parameter G is expressed as having a plurality of elements g 1 , g 2 ,... Gn .
Thus, sensitivity analysis can be performed by deriving the control parameter change amount ΔG, for example, by the Gauss-Newton method.
Further, the control parameter change amount ΔG may be derived by adding a weight W to the difference between the target one-round loop frequency response characteristic Zo ′ and the current one-round loop frequency response characteristic Zo.
なお、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの推定時に、ステップＳＴ０２ｂを経由した場合には、式（１）中の開ループ周波数応答特性Ｈが数値モデルとなるので、これらを制御パラメータに含めて変化量ΔＧを求めても良い。このような利用については、第３実施例にて別途説明する。 Note that, when the loop-opening loop frequency response characteristic Zo is estimated, if the process goes through step ST02b, the open-loop frequency response characteristic H in the equation (1) becomes a numerical model, and these are included in the control parameters and the amount of change ΔG may be obtained. Such use will be described separately in the third embodiment.
ただし、式（９）もしくは式（１０）から制御パラメータの変化量ΔＧを導いた場合、変化量ΔＧが目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づかない場合がある。つまり、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に対する制御パラメータ変更の感度が高いが、ΔＺｏが増大するような変更量ΔＧを算出する場合がある。
この場合、反復計算により、制御パラメータ感度解析結果を収束させる。式（１２）のように制御パラメータを逐次更新し、収束した変更量ΔＧを導出する。
Ｇｎ＝Ｇｎ−１＋ΔＧ 式（１２）
また、以前の値よりΔＺｏが増大する場合には、式（１３）のように制御パラメータを逐次更新し、ΔＺｏが減少するようにする。
Ｇｎ＝Ｇｎ−１＋ｅ・ΔＧ 式（１３）
ここで、０＜ｅ＜１
以上のように、制御パラメータ変更後の一巡開ループ周波数応答特性を予測できる。
こうして得られた制御パラメータの変化量ΔＧは表示装置により視覚的に確認できる。
However, when the change amount ΔG of the control parameter is derived from the equation (9) or the equation (10), the change amount ΔG may not be close to the target single loop frequency response characteristic Zo ′. That is, there is a case where the change amount ΔG is calculated such that ΔZo increases although the sensitivity of the control parameter change to the open loop frequency response characteristic Zo ′ is high.
In this case, the control parameter sensitivity analysis result is converged by iterative calculation. The control parameter is sequentially updated as in Expression (12), and the converged change amount ΔG is derived.
Gn = Gn-1 + (DELTA) G Formula (12)
When ΔZo increases from the previous value, the control parameter is sequentially updated as shown in Equation (13) so that ΔZo decreases.
Gn = Gn-1 + e * (DELTA) G Formula (13)
Where 0 <e <1
As described above, it is possible to predict the open loop frequency response characteristic after changing the control parameter.
The control parameter change amount ΔG thus obtained can be visually confirmed by the display device.
以上のように、ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析もしくはステップＳＴ０３ｂによる周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析が実施され、一巡開ループ周波数応答特性すなわち動作性能を示す指針に対する制御パラメータの関係を把握できた。 As described above, the sensitivity analysis of the frequency response characteristic with respect to the change of the control parameter in step ST03a or the sensitivity analysis of the control parameter with respect to the change of the frequency response characteristic in step ST03b is performed, and the guideline indicating the loop-opening loop frequency response characteristic, that is, the operation performance. The relationship of control parameters to
ステップＳＴ０４にて、実際の電動機制御装置が目標とする性能を引き出すよう、制御器の制御パラメータを設定し、確認する。
図１、図２に示すスイッチ１４ａ，１４ｂにより、指令器の信号が制御器３に入り検出手段２の応答をフィードバックするように閉ループとし、実際に電動機を動作させて動作性能を確認する。
In step ST04, the control parameters of the controller are set and confirmed so as to bring out the target performance of the actual motor control device.
The switches 14a and 14b shown in FIGS. 1 and 2 form a closed loop so that the command signal enters the controller 3 and feeds back the response of the detecting means 2, and the motor is actually operated to confirm the operation performance.
ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性Ｈの数値モデルを作成していれば、ステップＳＴ０４ｂの実機検証の前に、ステップＳＴ０４ａにて数値演算により動作シミュレーションにて事前検討しても良い。
図１０は、動作シミュレーションの構成ブロック図である。
図１０は、指令器モデル２４と制御器モデル２３と電動機および負荷機械モデル２１、２５を有し、フィードバックループを構成しており、指令器モデル２４が出力する指令信号を制御器モデル２３に入力し、制御器モデル２３からの出力を電動機および負荷機械モデル２１、２５に入力し、電動機および負荷機械モデル２１、２５からの出力を、前記指令信号から差し引くように制御器モデル２３に入力するようにした、いわゆる電動機制御装置モデルを示している。なお、機械の動作量を検出する検出手段モデルは図示していない。上記の電動機制御装置モデルは、実機の電動機制御装置を模した構成となっているので、ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性の数値モデルを作成していれば、この数値モデルを電動機および負荷機械モデルとすれば、動作シミュレーションを実施できる。
これは、図２のブロック図と同じ構成である。
実機検証ＳＴ０４もしくは動作シミュレーションＳＴ０４ｂでは、ステップＳＴ０３ｂにて推定した複数の一巡開ループ周波数応答特性を参考に、制御器の制御パラメータを任意に定めても良いし、ステップＳＴ０３ｂによって得た目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づく変化量を、制御器の制御パラメータに反映させてもよい。
なお、操作者の煩雑な操作が必要とならぬように、ステップＳＴ０３の出力値が実機検証ＳＴ０４ｂもしくは動作シミュレーションＳＴ０４で用いる設定値に自動的に反映させても良い。
また、ステップＳＴ０４の実機検証の結果も表示装置である出力装置９により、検出手段２の応答などが視覚的に確認できる。
If a numerical model of the open-loop frequency response characteristic H is created in step ST02b, prior to actual machine verification in step ST04b, it may be preliminarily examined by operation simulation by numerical calculation in step ST04a.
FIG. 10 is a configuration block diagram of the operation simulation.
FIG. 10 includes a commander model 24, a controller model 23, and motor and load machine models 21 and 25, constituting a feedback loop, and inputting a command signal output from the commander model 24 to the controller model 23. The output from the controller model 23 is input to the electric motor and load machine models 21 and 25, and the output from the electric motor and load machine models 21 and 25 is input to the controller model 23 so as to be subtracted from the command signal. A so-called motor control device model is shown. Note that a detection means model for detecting the operation amount of the machine is not shown. Since the above motor control device model has a configuration simulating an actual motor control device, if a numerical model of an open loop frequency response characteristic is created in step ST02b, this numerical model is used as the motor and the load machine. If it is a model, an operation simulation can be performed.
This is the same configuration as the block diagram of FIG.
In actual machine verification ST04 or operation simulation ST04b, the control parameters of the controller may be arbitrarily determined with reference to a plurality of open loop frequency response characteristics estimated in step ST03b, or the target round obtained in step ST03b. The amount of change approaching the open loop frequency response characteristic Zo ′ may be reflected in the control parameter of the controller.
Note that the output value of step ST03 may be automatically reflected in the setting value used in the actual machine verification ST04b or the operation simulation ST04 so that the operator does not need a complicated operation.
Further, the result of the actual machine verification in step ST04 can also visually confirm the response of the detection means 2 by the output device 9 which is a display device.
実機検証ＳＴ０４が完了すれば、制御系の安定度を定量的に確認するために、ＳＴ０５にて一巡開ループ周波数応答特性を計測し、ゲイン余裕・位相余裕を把握することができる。
図１１は、一巡開ループ周波数応答特性の計測を説明する簡略化したブロック図である。
図１１は、図２、図４、図９から必要な部分を抜粋している。ここで、Ｃは図４と同様指令信号、Ｒは応答信号、Ｈは開ループ周波数応答特性、Ｇは制御器モデルである。ｂは制御器モデルのフィードバック系に施される補償であり、単位換算等を含む。また、Ｄは外乱入力、Ｔはトルクである。図１１は図９の動作シミュレーションの構成と等価である。
一巡開ループ周波数応答特性を求めるには、図１に示した閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７により、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測し、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８により、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から一巡開ループ周波数応答特性を算出する。
閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは、電動機制御装置を閉ループにして図１１の外乱入力ＤとトルクＴを計測すれば、式（１４）のように求められる。
When the actual machine verification ST04 is completed, in order to quantitatively check the stability of the control system, it is possible to measure the open loop frequency response characteristic in ST05 and grasp the gain margin / phase margin.
FIG. 11 is a simplified block diagram illustrating the measurement of the open loop frequency response characteristics.
FIG. 11 is an excerpt of the necessary parts from FIGS. 2, 4, and 9. Here, C is a command signal as in FIG. 4, R is a response signal, H is an open loop frequency response characteristic, and G is a controller model. b is compensation applied to the feedback system of the controller model, and includes unit conversion and the like. D is a disturbance input and T is a torque. FIG. 11 is equivalent to the configuration of the operation simulation of FIG.
In order to obtain the single loop open loop frequency response characteristic, the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring unit 37 shown in FIG. 1 is used to measure the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic, and the single loop open loop frequency response characteristic calculating unit 38 is used. A loop open loop frequency response characteristic is calculated from the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic.
The closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic Zc can be obtained as shown in Expression (14) if the disturbance input D and the torque T in FIG.
また、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏと閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは式（１５）のような関係がある。 Further, the open loop frequency response characteristic Zo and the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic Zc have a relationship as shown in Expression (15).
つまり、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（１６）となる。 That is, the open loop frequency response characteristic Zo is expressed by Equation (16).
図１、図２を使って一巡開ループ周波数応答特性の計測を説明する。
電動機制御装置は閉ループにするので、図２のスイッチ１４ｃを閉じ、閉ループ化する。
スイッチ１４ａは指令器４の指令信号Ｃを外乱Ｄとして与えるため、スイッチ１４ｂ側にする。スイッチ１４ｂは、制御器３のトルクＴと外乱Ｄを加算器１６ｂに与えるように作用し、電動機１および機械５に駆動力を与える。電動機１もしくは機械５の応答を検出手段２が検出して、スイッチ１４ａを介して加算器１６ａから制御器３にフィードバックする。
閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７は、前記式（１４）を用いて、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測する。一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８は、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃを用いて、前記式（１５）に従い、前記式（１６）で示される一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを算出する。
一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを出力装置９にグラフ化しボード線図やナイキスト線図で示せば、ゲイン余裕・位相余裕が判断できるので、制御系の安定を判定できる。
The measurement of the open loop frequency response characteristic will be described with reference to FIGS.
Since the motor control device is in a closed loop, the switch 14c in FIG. 2 is closed to form a closed loop.
The switch 14a is set to the switch 14b side in order to give the command signal C of the command device 4 as the disturbance D. The switch 14b acts to give the torque T and disturbance D of the controller 3 to the adder 16b, and gives driving force to the electric motor 1 and the machine 5. The detection means 2 detects the response of the electric motor 1 or the machine 5, and feeds it back from the adder 16a to the controller 3 via the switch 14a.
The closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring unit 37 measures the closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic using the equation (14). The single loop frequency response characteristic calculation means 38 calculates the single loop frequency response characteristic Zo represented by the above equation (16) according to the above equation (15) using the closed loop disturbance driving force response frequency characteristic Zc.
If the loop open loop frequency response characteristic Zo is graphed on the output device 9 and shown in a Bode diagram or a Nyquist diagram, the gain margin and the phase margin can be determined, so that the stability of the control system can be determined.
また、記憶装置１０に、前記開ループ周波数応答特性、前記開ループ周波数応答特性の数値モデル、推定した前記一巡開ループ周波数応答特性、制御パラメータを変化させた場合の前記一巡開ループ周波数応答特性、前記制御器モデルの前記制御パラメータ、計測した前記一巡開ループ周波数応答特性、前記制御器の前記制御パラメータ、目標に近づくよう推定した前記制御パラメータの変化量、もしくは前記電動機制御装置の構成諸元などを記憶できるので、一巡開ループ周波数応答特性の推定や電動機制御装置の制御パラメータ感度解析を日時や場所を変えて実施できる。 Further, in the storage device 10, the open loop frequency response characteristic, a numerical model of the open loop frequency response characteristic, the estimated one open loop frequency response characteristic, the one open loop frequency response characteristic when a control parameter is changed, The control parameter of the controller model, the measured loop open loop frequency response characteristics, the control parameter of the controller, the amount of change of the control parameter estimated to approach the target, or the configuration specifications of the motor control device, etc. Thus, it is possible to perform estimation of the open loop frequency response characteristics and analysis of control parameter sensitivity of the motor control device at different dates and places.
さらに、制御器モデルの制御則のデータベース１５ａを備えているので、現状の制御器の制御則以外を適用した場合の一巡開ループ周波数応答特性を推定でき、その場合の周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析もしくは制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析が実施できる。
前記制御器が持つ制御則のデータベース１５ｂから入力装置８により制御則を変更しても良い。
Furthermore, since the control model database 15a of the controller model is provided, it is possible to estimate the open loop frequency response characteristic when a control rule other than the current controller control law is applied, and to control the change in the frequency response characteristic in that case. Parameter sensitivity analysis or sensitivity analysis of frequency response characteristics with respect to changes in control parameters can be performed.
The control law may be changed by the input device 8 from the control law database 15b of the controller.
このように、本実施例に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置は、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５などを備えた制御パラメータ感度解析機能を有しているため、一巡開ループ周波数応答特性を推定し、周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析もしくは制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析し、一巡開ループ周波数応答特性、すなわち動作性能を示す指針に対する制御パラメータの関係を把握することができ、また、一巡開ループ周波数応答特性により制御系の安定度を判定できるので、制御パラメータを機械に最適になるように調整し、動作性能を向上することができる。 As described above, the control parameter sensitivity analysis apparatus of the motor control apparatus according to this embodiment includes the open loop frequency response characteristic measurement means 6, the calculation means 7, the gain balance equation 11, the sensitivity analysis apparatus 12, and the control law database. 15 has a control parameter sensitivity analysis function, etc., so that the loop response frequency response characteristic is estimated, and the sensitivity analysis of the control parameter with respect to the change of the frequency response characteristic or the sensitivity analysis of the frequency response characteristic with respect to the change of the control parameter Therefore, it is possible to grasp the relationship of the control parameter to the loop response frequency characteristic, that is, the guideline indicating the operation performance, and the stability of the control system can be determined by the loop loop frequency response characteristic. It is possible to improve the operation performance by adjusting to be optimal.
第２実施例にて、電動機を並進型リニアモータとした事例を説明する。
図１２は本発明の第２実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成を示す図である。
ブロック図は第１実施例の図２と同様になる。図において、１は電動機、２は検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は感度解析装置、１５は制御則データベース、１６は加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段となっている。また電動機１は、並進型リニアモータであり、検出手段２は、並進型リニアモータの可動子および機械５の負荷の動作量を検出するリニアエンコーダとなっており、第１実施例とは異なる。
第２実施例が従来技術と異なる点は、第１実施例と同様に、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５と、動作シミュレータ１７と、制御器モデル２３と、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７と、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８を備えた部分である。
第２実施例は、電動機１と検出手段２が第１実施例と構成が異なるが、ブロック図は第１実施例の図２と同じである。このため、ステップＳＴ０１からＳＴ０５までの動作は、第１実施例と同じである。
このように、第１実施例のような構成をしているので、第１実施例と同じ効果を得ることができる。電動機１が回転型モータであっても、並進型リニアモータであっても同様の効果を得ることができる。
In the second embodiment, an example in which the electric motor is a translational linear motor will be described.
FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the control parameter sensitivity analysis apparatus of the motor control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The block diagram is the same as FIG. 2 of the first embodiment. In the figure, 1 is an electric motor, 2 is a detection means, 3 is a controller, 4 is a command device, 5 is a machine, 6 is an open-loop frequency response characteristic measurement means, 7 is a calculation means, 8 is an input device, and 9 is an output device. 10 is a storage device, 11 is a gain balance type, 12 is a sensitivity analysis device, 15 is a control law database, 16 is an adder, 17 is an operation simulator, 23 is a controller model, 37 is a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measurement Means 38 is a loop-opening loop frequency response characteristic computing means. The electric motor 1 is a translational linear motor, and the detection means 2 is a linear encoder that detects the amount of movement of the translational linear motor mover and the load of the machine 5, which is different from the first embodiment.
The second embodiment differs from the prior art in that, like the first embodiment, the open loop frequency response characteristic measuring means 6, the calculating means 7, the gain balance equation 11, the sensitivity analysis device 12, and the control law database. 15, an operation simulator 17, a controller model 23, a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring unit 37, and a one-open loop frequency response characteristic calculating unit 38.
In the second embodiment, the configuration of the electric motor 1 and the detection means 2 is different from that of the first embodiment, but the block diagram is the same as FIG. 2 of the first embodiment. For this reason, the operations from step ST01 to ST05 are the same as those in the first embodiment.
Thus, since it has composition like a 1st example, the same effect as a 1st example can be acquired. Even if the electric motor 1 is a rotary motor or a translational linear motor, the same effect can be obtained.
第３実施例にて、電動機を回転型モータとし、負荷側の検出手段を追加したフルクローズド制御の事例を説明する。制御パラメータの感度解析について追加説明し、機械パラメータを制御パラメータに含めて制御パラメータ感度解析を実施する事例を説明する。
図１３は本発明の第３実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成を示す図である。
図１４は本発明の第３実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の電動機制御装置部分を示すブロック図である。
図１３、図１４において、１は電動機、２ａ，２ｂは検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は感度解析装置、１４はスイッチ、１５は制御則データベース、１６は加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３５は駆動力検出手段、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段となっている。
図１３には、電動機制御装置部分のみのブロック図を表示している。
また、電動機１は、回転型モータであり、検出手段２は、回転型モータに付加されたエンコーダ２ａと機械５の負荷の動作量を検出するリニアエンコーダ２ｂとなっており、速度を検出する回転型エンコーダ２ａと、位置を検出するリニアエンコーダ２ｂの両方を備えたフルクローズド制御系となっている。
さらに、制御器３は、位置ループと速度ループの多重ループ系を構成しており、位置ループには、位置ループゲインＫｐ、速度ループには、速度ループゲインＫｖと積分時定数Ｔｉを有する位置比例‐速度比例・積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成し、加えてトルクフィルタＴｆを有し、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆという４つの制御パラメータＧを持つ構成になっている。
このような点が第１および第２実施例とは異なる構成になっている。
本発明が従来技術と異なる点は、第１および第２実施例と同様に、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５と、動作シミュレータ１７と、制御器モデル２３と、駆動力検出手段３５と、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７と、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８を備えた部分である。
In the third embodiment, an example of full-closed control in which the electric motor is a rotary motor and load side detection means is added will be described. An additional explanation will be given for sensitivity analysis of control parameters, and a case will be described in which machine parameters are included in the control parameters and control parameter sensitivity analysis is performed.
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the control parameter sensitivity analysis apparatus of the motor control apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a motor control device portion of the control parameter sensitivity analysis device of the motor control device according to the third embodiment of the present invention.
13 and 14, 1 is an electric motor, 2 a and 2 b are detection means, 3 is a controller, 4 is a command device, 5 is a machine, 6 is an open loop frequency response characteristic measurement means, 7 is a calculation means, and 8 is an input. Device, 9 output device, 10 storage device, 11 gain balance type, 12 sensitivity analysis device, 14 switch, 15 control law database, 16 adder, 17 operation simulator, 23 controller model, Reference numeral 35 denotes a driving force detecting means, 37 a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means, and 38 a single-open loop frequency response characteristic calculating means.
FIG. 13 shows a block diagram of only the motor controller.
The electric motor 1 is a rotary motor, and the detection means 2 is an encoder 2a added to the rotary motor and a linear encoder 2b that detects the operation amount of the load of the machine 5, and a rotation that detects the speed. This is a full-closed control system including both a type encoder 2a and a linear encoder 2b for detecting a position.
Further, the controller 3 constitutes a multiple loop system of a position loop and a speed loop. The position loop has a position loop gain Kp for the position loop, and a position proportionality having a speed loop gain Kv and an integration time constant Ti for the speed loop. -The speed proportional / integral (P-PI) control is configured, the torque filter Tf is additionally provided, and four control parameters G such as Kp, Kv, Ti, and Tf are configured.
Such a point is different from the first and second embodiments.
The present invention is different from the prior art in that, like the first and second embodiments, the open loop frequency response characteristic measuring means 6, the calculating means 7, the gain balance equation 11, the sensitivity analyzing apparatus 12, the control law This is a part provided with a database 15, an operation simulator 17, a controller model 23, a driving force detection means 35, a closed loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means 37, and a one-round open loop frequency response characteristic calculating means 38.
本実施例においても、ステップＳＴ０１からＳＴ０４までの動作は、第１実施例と基本的には同じである。
検出手段２ａ，２ｂと多重ループ系の構成による第１、第２実施例と異なる点を中心に説明する。
ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性の計測では、トルクからモータ速度・検出手段２ａまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＶと、トルクから機械負荷位置・検出手段２ｂまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＤという異なる２種類の開ループ周波数応答特性が存在している。
よって、第１および第２実施例と同様に開ループ周波数応答特性Ｈを計測し、２種類の開ループ周波数応答特性ＨＶとＨＤを得る。
Also in this embodiment, the operations from step ST01 to ST04 are basically the same as those in the first embodiment.
The description will focus on differences from the first and second embodiments due to the configuration of the detection means 2a, 2b and the multiple loop system.
The measurement of the open-loop frequency response characteristics of the step ST01, the mechanical properties of the open-loop frequency response H V of the mechanical properties to the motor speed-detecting means 2a from the torque, from the torque to the machine load position and detecting means 2b two open-loop frequency response characteristic different from that open-loop frequency response H D is present.
Therefore, similarly to the first and second embodiment measures the open-loop frequency response H, to obtain two kinds of open-loop frequency response H V and H D.
ステップＳＴ０２では第１および第２実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定するが、ＳＴ０２ａもしくはＳＴ０２ｂ経由の結果により、２種類の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定する。
前記式（１）に対応する制御パラメータは、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆから成る位置比例・速度比例積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成しているので、開ループ周波数応答特性ＨＶと、開ループ周波数応答特性ＨＤを用いて示すと、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（１７）のようになる。
In step ST02, the single loop frequency response characteristic Zo is estimated in the same manner as in the first and second embodiments, but two types of loop loop frequency response characteristics Zo are estimated based on the result via ST02a or ST02b.
Control parameter corresponding to the formula (1) is, Kp, Kv, Ti, so constitute a position proportional-velocity proportional integral (P-PI) control consisting of Tf, and the open-loop frequency response H V, open When denoted by the loop frequency response characteristic H D, round the open-loop frequency response characteristic Zo is as equation (17).
ここで、開ループ周波数応答特性ＨＶと、開ループ周波数応答特性ＨＤは応答の単位系が異なる。
なお、第１実施例で説明したように閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃと一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは、前記式（１５）の関係があるため、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは式（１８）のようになる。
Here, the open-loop frequency response H V, the open-loop frequency response H D different unit system response.
As described in the first embodiment, since the closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic Zc and the one-open loop frequency response characteristic Zo have the relationship of the above equation (15), the closed-loop disturbance driving force response frequency property Zc is an equation. (18)
このように、第１実施例と同様に、開ループ周波数応答特性（ＨＤ，ＨＶ）と制御パラメータＧ（Ｋｖ，Ｋｐ，Ｔｉ，Ｔｆ）によって一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定することができる。
また、ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性ＨＤ，ＨＶを第１実施例と同様に数値化した上で、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
開ループ周波数応答特性ＨＤ，ＨＶを前記図８のような２慣性モデルに数値化すると、
Ｊ１側を駆動しＪ２側の応答を検出した場合は、トルクから機械負荷位置・検出手段２ｂまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＤは式（１９）となる。
As described above, the open loop frequency response characteristic Zo can be estimated from the open loop frequency response characteristic (H D , H V ) and the control parameter G (Kv, Kp, Ti, Tf) as in the first embodiment. it can.
Moreover, the open-loop frequency response H D in step ST02b, in terms of the H V were quantified in the same manner as the first embodiment, it may be estimated round open-loop frequency response characteristics Zo.
When the open-loop frequency response characteristics H D and H V are converted into a two-inertia model as shown in FIG.
When driving the J 1 side detects the response of J 2 side, the open-loop frequency response H D as a mechanical characteristic up machine load position and detecting means 2b from the torque becomes equation (19).
Ｊ１側を駆動しＪ１側の応答を検出した場合は、第１の実施例に示した前記式（３）と同等である。これは、トルクからモータ速度・検出手段２ａまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＶに相当する。
以上のようにＳＴ０２ｂが完了すれば、第１実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
なお、第１実施例と同様に、多慣性モデルとして開ループ周波数応答特性を数値化し、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
When driving the J 1 side detects the response of J 1 side is equivalent to the formula shown in the first embodiment (3). This corresponds to the open-loop frequency response H V as the mechanical properties of the torque until the motor speed-detecting means 2a.
When ST02b is completed as described above, the open loop frequency response characteristic Zo can be estimated as in the first embodiment.
As in the first embodiment, the open loop frequency response characteristic may be converted into a numerical value as a multi-inertia model to estimate the open loop frequency response characteristic Zo.
ステップＳＴ０３では、第１実施例と同様に、ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析もしくはステップＳＴ０３ｂによる周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析が実施される。 In step ST03, the sensitivity analysis of the frequency response characteristic with respect to the change of the control parameter in step ST03a or the sensitivity analysis of the control parameter with respect to the change of the frequency response characteristic in step ST03b is performed as in the first embodiment.
ここでは、ＳＴＰ０２ｂにて開ループ周波数応答特性を数値化した場合に、その数値モデルの要素を含めて感度解析する例について追加説明する。
第１実施例と同様にステップＳＴ０３ａとステップＳＴ０３ｂの双方が実施できる。
ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析では、第１実施例と同様に、予め任意に定めた範囲で、任意に定めた刻み幅で、制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）を新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
ステップＳＴＰ０２ｂにて開ループ周波数応答特性を数値化していれば制御パラメータＧと機械のパラメータを変更し、新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
Here, an additional description will be given of an example in which sensitivity analysis including elements of the numerical model is performed when the open loop frequency response characteristics are digitized in STP02b.
Similar to the first embodiment, both step ST03a and step ST03b can be performed.
In the sensitivity analysis of the frequency response characteristic with respect to the change of the control parameter in step ST03a, as in the first embodiment, the control parameter G (Kp, Kv, Ti, Tf) can be used to estimate a new open loop frequency response characteristic Zo.
If the open loop frequency response characteristic is digitized in step STP02b, the control parameter G and the machine parameter can be changed to estimate a new one-round open loop frequency response characteristic Zo.
前記のように開ループ周波数応答特性を２慣性モデルに数値化した場合は、電動機側の負荷慣性モーメントＪ１、負荷側の負荷慣性モーメントＪ２、ばね定数ｋ、減衰ｄを変更して新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
なお、第１実施例で述べたように、２慣性モデルを共振周波数ω、***振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａという特性量を変更して新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
開ループ周波数応答特性を多慣性系に近似した場合は、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を変更しても良いし、多慣性系を比例粘性減衰系ではなく一般粘性減衰系とすれば、各々の共振周波数ω、減衰比ζと、振幅および位相ＵおよびＶ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を変更しても良い
When the open-loop frequency response characteristic is digitized into the two-inertia model as described above, the load inertia moment J 1 on the motor side, the load inertia moment J 2 on the load side, the spring constant k, and the damping d are changed and new values are obtained. One loop frequency response characteristic Zo can be estimated.
As described in the first embodiment, the new inertial loop frequency response characteristic Zo is obtained by changing the characteristic values of the two-inertia model such as the resonance frequency ω, the anti-resonance frequency ω a , and the damping ratio ζ, ζ a. May be estimated.
When the open loop frequency response characteristic is approximated to a multi-inertia system, even if each resonance frequency ω r , damping ratio ζ r , amplitude and phase A r , total load inertia moment J, or excess stiffness B is changed. If the multi-inertia system is not a proportional viscous damping system but a general viscous damping system, each resonance frequency ω, damping ratio ζ, amplitude and phase U and V, total load inertia moment J, or excess stiffness B, May be changed
ステップＳＴ０３ｂによる周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析では、第１実施例と同様に、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’を入力し、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づける制御パラメータＧの変化量を求めるが、制御パラメータＧの中に機械パラメータを含めて感度解析できる。
機械パラメータは、開ループ周波数応答特性をＳＴＯ２ｂにて数値モデル化していれば得られている。
まず、制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）のみの感度解析を示すと、式（２０）のようになる。
In the sensitivity analysis of the control parameter with respect to the change of the frequency response characteristic in step ST03b, the target one-round loop frequency response characteristic Zo ′ is inputted and the target one-round loop frequency response characteristic Zo ′ is input as in the first embodiment. The amount of change in the control parameter G to be close to is obtained, and the sensitivity analysis can be performed by including the machine parameter in the control parameter G.
The machine parameter is obtained if the open loop frequency response characteristic is numerically modeled by STO2b.
First, the sensitivity analysis of only the control parameter G (Kp, Kv, Ti, Tf) is shown as in equation (20).
こうした感度解析を一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏに対して実施すればよい。
開ループ周波数応答特性を２慣性モデルとすれば、負荷慣性モーメントＪ１、負荷側の負荷慣性モーメントＪ２、ばね定数ｋ、減衰ｄ、あるいは、共振周波数ω、***振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａ、多慣性モデルであれば、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、としても良いし、多慣性系を比例粘性減衰系ではなく一般粘性減衰系とすれば、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相ＵｒおよびＶｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）に含めて感度解析できる。
開ループ周波数応答特性を２慣性モデルとすれば、式（２１）を元に感度解析できる。
Such sensitivity analysis may be performed on the open loop frequency response characteristic Zo.
If the open-loop frequency response characteristic is a two-inertia model, load inertia moment J 1 , load-side load inertia moment J 2 , spring constant k, damping d, resonance frequency ω, anti-resonance frequency ω a , and damping thereof In the case of the ratio ζ, ζ a , and the multi-inertia model, the resonance frequency ω r , the damping ratio ζ r , the amplitude and phase A r , the total load inertia moment J, or the excess stiffness B may be used. If the system is not a proportional viscous damping system but a general viscous damping system, each resonance frequency ω r , damping ratio ζ r , amplitude and phase U r and V r , total load inertia moment J, or excess stiffness B Sensitivity analysis can be included in the control parameter G (Kp, Kv, Ti, Tf).
If the open-loop frequency response characteristic is a two-inertia model, sensitivity analysis can be performed based on Equation (21).
なお、２慣性モデルを前記（４）式のように数値化していれば、式（２２）を元に感度解析できる。 Note that if the two-inertia model is digitized as in the above equation (4), the sensitivity analysis can be performed based on the equation (22).
開ループ周波数応答特性を多慣性系に近似し、比例粘性減衰系とすれば、式（２３）を元に感度解析できる。 If the open loop frequency response characteristic is approximated to a multi-inertia system and a proportional viscous damping system is used, sensitivity analysis can be performed based on Equation (23).
このように、ステップＳＴ０３では、第１実施例と同様に、感度解析を実施して、適切な制御パラメータを抽出できる。また、開ループ周波数応答特性Ｈを数値化していれば、機械パラメータを含めて感度解析でき、目標とする動作性能にするための機械側の改良点がわかる。 Thus, in step ST03, as in the first embodiment, sensitivity analysis can be performed to extract appropriate control parameters. If the open loop frequency response characteristic H is quantified, sensitivity analysis including machine parameters can be performed, and the improvement on the machine side for achieving the target operation performance can be understood.
ステップＳＴ０４では、第１実施例と同様に、実機動作の確認や動作シミュレータの活用が可能である。
なお、本事例では、制御器の制御パラメータをフィードバック系のＫｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ４つとしたが、フィードフォワード系のパラメータを構成しても良いし、ノッチフィルタなどを加えて構成しても良い。
In step ST04, as in the first embodiment, it is possible to check actual machine operation and use an operation simulator.
In this example, the control parameters of the controller are four feedback parameters Kp, Kv, Ti, and Tf. However, feedforward parameters may be configured, or a notch filter may be added. .
なお、本事例では、速度を検出する検出手段と位置（変位）を検出する検出手段を用いたが、加速度を検出する検出手段を用いても良い。 In this example, the detection means for detecting the speed and the detection means for detecting the position (displacement) are used. However, a detection means for detecting the acceleration may be used.
第４実施例にて、ステップＳＴ０１ｂの開ループ周波数応答特性の計測について追加説明する。
図１５は本発明の第４の実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の電動機制御装置部分を示すブロック図である。
１は電動機、２ａ，２ｂは検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、１４ａ、１４ｂ、１４ｃはスイッチ、１６ａ，１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは加算器、３５は駆動力検出手段、となっている。
さらに、制御器３は、位置ループと速度ループの多重ループ系を構成しており、位置ループには、位置ループゲインＫｐ、速度ループには、速度ループゲインＫｖと積分時定数Ｔｉを有する位置比例‐速度比例・積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成し、加えてトルクフィルタＴｆを有し、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆという４つの制御パラメータＧを持つ構成になっている。
その他の構成は、第１実施例、第２実施例，第３実施例と同様であり、図１、図２、図１２、図１３のように、出力装置９、記憶装置１０、ゲインバランス式１１、感度解析装置１２、制御則データベース１５、動作シミュレータ１７、制御器モデル２３、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８等を備えているとする。
第１および第２実施例とは異なり、多重ループ系の構成を示しており、第３実施例はフルクローズド制御系であったが、図１５はセミクローズド制御系に成っている点が異なる。
本発明が従来技術と異なる点は、第１実施例，第２実施例、第３実施例と同様であるが、電動機制御装置部分のみしか図１５には示していない。
In the fourth embodiment, the measurement of the open loop frequency response characteristic in step ST01b will be additionally described.
FIG. 15 is a block diagram showing a motor control device portion of a control parameter sensitivity analysis device for a motor control device according to a fourth embodiment of the present invention.
1 is an electric motor, 2a and 2b are detection means, 3 is a controller, 4 is a command device, 5 is a machine, 14a, 14b and 14c are switches, 16a, 16b, 16c and 16d are adders, and 35 is a driving force detection means. It has become.
Further, the controller 3 constitutes a multiple loop system of a position loop and a speed loop. The position loop has a position loop gain Kp for the position loop, and a position proportionality having a speed loop gain Kv and an integration time constant Ti for the speed loop. -The speed proportional / integral (P-PI) control is configured, the torque filter Tf is additionally provided, and four control parameters G such as Kp, Kv, Ti, and Tf are configured.
Other configurations are the same as those in the first, second, and third embodiments. As shown in FIGS. 1, 2, 12, and 13, the output device 9, the storage device 10, and the gain balance type are used. 11, sensitivity analysis device 12, control law database 15, operation simulator 17, controller model 23, closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic measuring means 37, one-round loop frequency response characteristic calculating means 38, and the like.
Unlike the first and second embodiments, the configuration of a multi-loop system is shown. The third embodiment is a full-closed control system, but FIG. 15 is different in that it is a semi-closed control system.
The difference between the present invention and the prior art is the same as in the first, second, and third embodiments, but only the motor control device portion is shown in FIG.
図中は、指令器４の指令信号Ｃをスイッチ１４ａにより、位置ループに加えられるルートと、電動機１の直前に加えられるルートを持っている。
ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性の計測において、ＳＴ０１ｂでは閉ループ状態で、開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を得ることが可能である。
スイッチ１４ｃをＯＮし閉ループ状態とし、検出手段２の応答は加算器１６ａで（−）入力される。制御器３には入力がなく、“０”の入力を保つように制御器３が働きながら、スイッチ１４ａにより指令器４の指令信号Ｃを電動機１の直前の加算器１６ｂに入力され、開ループ周波数応答特性計測手段６は、指令信号Ｃと応答ｒと、一巡したトルク（リニアモータの場合は推力）Ｔを受け取り、開ループ周波数応答特性を得る。
開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性Ｈは式（２４）により得られる。
In the figure, there is a route in which the command signal C of the command device 4 is added to the position loop by the switch 14 a and a route to be added immediately before the motor 1.
In the measurement of the open loop frequency response characteristic in step ST01, it is possible to obtain a frequency response characteristic equivalent to the open loop frequency response characteristic in the closed loop state in ST01b.
The switch 14c is turned on to make a closed loop state, and the response of the detection means 2 is input (-) by the adder 16a. While there is no input to the controller 3 and the controller 3 operates so as to keep the input of “0”, the command signal C of the command device 4 is input to the adder 16b immediately before the motor 1 by the switch 14a, and the open loop The frequency response characteristic measuring means 6 receives the command signal C, the response r, and a round of torque (thrust in the case of a linear motor) T, and obtains an open loop frequency response characteristic.
A frequency response characteristic H equivalent to the open loop frequency response characteristic is obtained by the equation (24).
このように指令信号Ｃと一巡したトルクＴの和の周波数分析結果と、応答ｒの周波数分析結果から周波数応答特性Ｈを得る。
ステップＳＴ０１ｂはＳＴ０１ａと同じ周波数応答特性Ｈを得られるので、ステップＳＴ０２、ＳＴ０３，ＳＴ０４、ＳＴＯＰ５は、第１実施例から３と同様に実施できる。
In this way, the frequency response characteristic H is obtained from the frequency analysis result of the sum of the command signal C and the round of torque T and the frequency analysis result of the response r.
Since step ST01b can obtain the same frequency response characteristic H as ST01a, steps ST02, ST03, ST04, and STOP5 can be performed in the same manner as in the first to third embodiments.
図１５の構成では、ＳＴＯＰ５で計測する一巡開ループ周波数応答特性は以下のようになる。
まず、第１実施例で説明したように閉ループ外乱駆動力応答周波数特性は、式（２５）になる。
In the configuration of FIG. 15, the open loop frequency response characteristic measured by STOP5 is as follows.
First, as described in the first embodiment, the closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic is expressed by Equation (25).
前記式（１５）の関係から、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（２６）になる。 From the relationship of the equation (15), the open loop frequency response characteristic Zo becomes the equation (26).
以上のように、ステップＳＴ０１は、閉ループ状態でも開ループ周波数応答特性の計測ができる。さらにセミクローズドループ系の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏについて示した。 As described above, step ST01 can measure an open loop frequency response characteristic even in a closed loop state. Further, a single-open loop frequency response characteristic Zo of the semi-closed loop system is shown.
本発明のうち、数値演算により求めた伝達関数数値モデルを用いた一巡開ループ周波数応答特性の算出と、その他の周波数特性について説明する。つまり、前記図３のステップＳＴ０１ｃについて説明する。
数値演算により求めた伝達関数数値モデルを用いた一巡開ループ周波数応答特性を算出すれば、開ループ周波数応答特性は制御対象の機械特性であるため、計測した開ループ周波数応答特性で無くとも、数値モデル化した特性が与えられれば、第１実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
この場合、機械モデルを持つので、第３実施例で説明したように制御パラメータと機械パラメータを含めて感度解析できる。
また、動作シミュレータの活用が可能であるという特徴がある。
Of the present invention, calculation of a loop-opening loop frequency response characteristic using a transfer function numerical model obtained by numerical calculation and other frequency characteristics will be described. That is, step ST01c in FIG. 3 will be described.
If one-round open-loop frequency response characteristics are calculated using a transfer function numerical model obtained by numerical computation, the open-loop frequency response characteristics are the mechanical characteristics of the controlled object. If the modeled characteristics are given, the open loop frequency response characteristics can be estimated as in the first embodiment.
In this case, since the machine model is provided, the sensitivity analysis including the control parameter and the machine parameter can be performed as described in the third embodiment.
In addition, there is a feature that an operation simulator can be used.
図１６は、本発明の第５の実施例である有限要素法の結果図である。
前記電動機制御装置により駆動される電動機が機械に組み込まれており、電動機は検出手段の応答をフィードバックして制御される。この機械の特性を有限要素法により算出する。計算機の中に寸法、機械の物性値を入れて機械モデルとして組み込み、境界条件など諸々の条件を実機に合わせて定義して解けば、機械の固有振動数や振動モードが得られる。固有振動数や振動モードが得られれば、機械モデルの数値化ができるので、電動機の場所と検出手段の場所の間の伝達関数を出力すれば、計測した開ループ周波数応答特性に対応する機械特性の伝達関数数値モデルを把握できる。
図１６は、本発明の第５の実施例である伝達関数数値モデル図である。図１７は、伝達関数数値モデルをボード線図で示したものである。
伝達関数数値モデルは、有限要素法の結果で出力されるパラメータを、例えば、前記式（６）に入力すれば得られる。
この伝達関数数値モデルを例えば図１に示した前記電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の前記演算装置に入力すれば、前記制御モデルを利用して、一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
本発明が従来技術と異なる点は、機械特性である伝達関数数値モデルを実機では無く、有限要素法による数値演算により算出している点である。このことは第１実施例〜第４実施例と異なる部分も同様である。
FIG. 16 is a result diagram of the finite element method according to the fifth embodiment of the present invention.
An electric motor driven by the electric motor control device is incorporated in the machine, and the electric motor is controlled by feeding back the response of the detection means. The characteristics of this machine are calculated by the finite element method. The machine's natural frequency and vibration mode can be obtained by putting the dimensions and physical properties of the machine into a computer, incorporating them as a machine model, and defining and solving various conditions such as boundary conditions according to the actual machine. If the natural frequency and vibration mode are obtained, the machine model can be quantified, so if the transfer function between the location of the motor and the location of the detection means is output, the mechanical properties corresponding to the measured open-loop frequency response characteristics The transfer function numerical model can be grasped.
FIG. 16 is a transfer function numerical model diagram of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 17 shows a Bode diagram of the transfer function numerical model.
The transfer function numerical model can be obtained by inputting parameters output as a result of the finite element method, for example, into the equation (6).
If this transfer function numerical model is input to the arithmetic unit of the control parameter sensitivity analysis device of the motor control device shown in FIG. 1, for example, the open loop frequency response characteristic can be estimated using the control model.
The present invention is different from the prior art in that a transfer function numerical model, which is a mechanical characteristic, is calculated not by an actual machine but by a numerical operation by a finite element method. This also applies to portions different from the first to fourth embodiments.
なお、対象となる機械は、実機が無い図面レベルでも良いし、すでに実機が存在する場合でも良い。得られた伝達関数数値モデルを前記開ループ周波数応答特性とみなし、第１実施例，〜第３実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。 Note that the target machine may be a drawing level without an actual machine, or may be an existing machine. The obtained transfer function numerical model is regarded as the open-loop frequency response characteristic, and the one-round open-loop frequency response characteristic can be estimated in the same manner as in the first to third embodiments.
以上のように、伝達関数数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を推定できるので、制御パラメータを、実機が無くても推定でき、しいては機械の性能を予測できることになる。また、前記機械パラメータを含めた制御の安定性の感度解析を実施できるので、機械を含めて改良を検討でき、機械系と制御系をあわせて性能向上のための対策を実施できる。 As described above, since the open loop frequency response characteristic can be estimated from the transfer function numerical model, the control parameter can be estimated without an actual machine, and the machine performance can be predicted. Further, since the sensitivity analysis of the stability of the control including the machine parameters can be performed, the improvement including the machine can be examined, and the measures for improving the performance can be implemented by combining the mechanical system and the control system.
図３のフローチャートは、電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、電動機制御装置の制御パラメータを設定する処理手順を示すフローチャートでもある。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップＳＴ０１で制御対象（機械特性）の把握をする。次にステップＳＴ０２で一巡開ループ周波数応答特性の推定する。さらに、ステップＳＴ０３で制御パラメータと一巡開ループ周波数応答特性の関係の感度解析を実施する。また、ステップＳＴ０４では、電動機制御装置の実機動作を確認する。
最後にステップＳＴ０５では、一巡開ループ周波数応答特性を計測して制御系安定度を確認する。
このように、制御対象（機械特性）の把握し、機械系の影響度を考慮にいれて制御パラメータ変更による結果の傾向が事前に判るため制御パラメータを選定しやすくなる。さらに、最後に一巡開ループ周波数応答特性を計測するので、ゲイン余裕・位相余裕を観察でき、制御パラメータの適正を確認できるので、最適な電動機制御装置の制御パラメータの設定を行うことができる。
The flowchart of FIG. 3 is also a flowchart showing a processing procedure for setting control parameters of the motor control device in the control parameter sensitivity analysis device of the motor control device. The method of the present invention will be described step by step with reference to this figure.
First, in step ST01, the control target (mechanical characteristics) is grasped. Next, in step ST02, a loop open loop frequency response characteristic is estimated. Further, in step ST03, sensitivity analysis of the relationship between the control parameter and the open loop frequency response characteristic is performed. In step ST04, the actual operation of the motor control device is confirmed.
Finally, in step ST05, the loop response frequency response characteristic is measured to confirm the control system stability.
In this way, it is easy to select the control parameter because the control target (mechanical characteristics) is grasped and the tendency of the result due to the control parameter change is known in advance in consideration of the influence degree of the mechanical system. Furthermore, since the loop response frequency response characteristic is finally measured, the gain margin and the phase margin can be observed, and the appropriateness of the control parameters can be confirmed, so that the optimal control parameters of the motor control device can be set.
開ループ周波数応答特性を計測後、数値演算により一巡開ループ周波数応答特性を推定することによって、周波数応答特性を計測する際に生じる機械への負荷を最小限に留め、一巡開ループ周波数応答特性を確認しながら制御器の制御パラメータを調整するという用途にも適用できる。 After measuring the open-loop frequency response characteristics, by estimating the open-loop frequency response characteristics by numerical calculation, the load on the machine that occurs when measuring the frequency-response characteristics is minimized, and the open-loop frequency response characteristics are reduced. It can also be applied to the use of adjusting the control parameters of the controller while checking.
１ 電動機
２ ２ａ，２ｂ 検出手段
３ 制御器
４ 指令器
５ 機械
６ 開ループ周波数応答特性計測手段
７ 演算手段
８ 入力装置
９ 出力装置
１０ 記憶装置
１１ ゲインバランス式
１２ 感度解析装置
１３ 指令器制御器
１４、１４ａ、１４ｂ スイッチ
１５、１５ａ、１５ｂ 制御則データベース
１６ 加算器
１７ 動作シミュレータ
２１ 電動機モデル
２２ 検出手段モデル（不図示）
２３ 制御器モデル
２４ 指令器モデル
２５ 機械モデル
３１ 位置ループゲイン
３２ 速度ループゲイン
３３ 積分時定数
３４ トルク（推力）フィルタ
３５ 駆動力検出手段
３６ 閉ループ外乱周波数応答特性計測手段
３７ 閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段
３８ 一巡開ループ周波数応答特性演算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor 2 2a, 2b Detection means 3 Controller 4 Commander 5 Machine 6 Open loop frequency response characteristic measurement means 7 Calculation means 8 Input device 9 Output device 10 Storage device 11 Gain balance type 12 Sensitivity analysis device 13 Commander controller 14 , 14a, 14b Switches 15, 15a, 15b Control law database 16 Adder 17 Operation simulator 21 Electric motor model 22 Detection means model (not shown)
23 Controller model 24 Commander model 25 Machine model 31 Position loop gain 32 Speed loop gain 33 Integral time constant 34 Torque (thrust) filter 35 Driving force detecting means 36 Closed loop disturbance frequency response characteristic measuring means 37 Closed loop disturbance driving force response frequency characteristic Measuring means 38 One-round open loop frequency response characteristic calculating means
Claims (24)
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、
前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段と、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、
計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 An electric motor attached to the machine;
Detecting means for detecting an operation amount of a detection object comprising the electric motor or the machine;
A command device for generating a command signal;
In the motor control device comprising a controller that receives the command signal and drives the motor,
An open loop frequency response characteristic measuring means for measuring an open loop frequency response characteristic not including the characteristics of the controller;
A controller model of the controller of the motor control device;
A computing means for calculating a loop open loop frequency response characteristic from the measured open loop frequency response characteristic and the controller model;
A control parameter sensitivity analysis apparatus for an electric motor control apparatus, comprising: a sensitivity analysis apparatus that performs sensitivity analysis on a relationship between a control parameter of the controller and a change in the loop-opening loop frequency response characteristic.
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、
予め前記機械の質量や剛性から数値演算により算出した機械モデルを用いて、前記電動機の位置と前記機械に取り付けた検出手段の位置との間における伝達関数を求めることにより得られる機械特性の伝達関数数値モデルと、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、
前記伝達関数数値モデルと前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 An electric motor attached to the machine;
Detecting means for detecting an operation amount of a detection object comprising the electric motor or the machine;
A command device for generating a command signal;
In the motor control device comprising a controller that receives the command signal and drives the motor,
A mechanical function transfer function obtained by obtaining a transfer function between the position of the electric motor and the position of the detection means attached to the machine, using a machine model calculated in advance by numerical calculation from the mass and rigidity of the machine. A numerical model;
A controller model of the controller of the motor control device;
A computing means for calculating a loop open loop frequency response characteristic from the transfer function numerical model and the controller model;
A control parameter sensitivity analysis apparatus for an electric motor control apparatus, comprising: a sensitivity analysis apparatus that performs sensitivity analysis on a relationship between a control parameter of the controller and a change in the loop-opening loop frequency response characteristic.
少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記検出手段の信号応答から得られる閉ループ外乱応答周波数特性を得る閉ループ外乱周波数応答特性計測手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 A subtractor that inputs the signal of the detection means to the (−) terminal, and at least one closed loop that receives the signal of the subtractor and outputs a control command, and includes the control command and the unit system. The motor is controlled to match the operation amounts of the respective components, an adder is provided in at least one closed loop, and the command generator signal is input to the adder, whereby the open loop The open loop frequency response characteristic measuring means for obtaining a frequency characteristic equivalent to the frequency response characteristic;
Closed loop disturbance frequency response characteristic measuring means for obtaining a closed loop disturbance response frequency characteristic obtained from a signal response of the command generator and the signal response of the detection means applied to the adder provided in at least one closed loop;
The control parameter sensitivity analysis apparatus for an electric motor control apparatus according to claim 1, comprising:
前記制御器から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器の手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段と、
少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 A subtractor that inputs the signal of the detection means to the (−) terminal, and at least one closed loop that receives the signal of the subtractor and outputs a control command, and includes the control command and the unit system. The motor is controlled to match the operation amounts of the respective components, an adder is provided in at least one closed loop, and the command generator signal is input to the adder, whereby the open loop The open loop frequency response characteristic measuring means for obtaining a frequency characteristic equivalent to the frequency response characteristic;
A driving force detecting means for detecting a driving force that is output from the controller and is a torque or thrust before the adder provided in at least one closed loop;
Closed-loop disturbance driving force response for obtaining a closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic obtained from the signal of the command generator applied to the adder provided in at least one closed loop and the signal response detected by the driving force detection means The control parameter sensitivity analysis apparatus for an electric motor control apparatus according to claim 1, further comprising a frequency characteristic measurement unit.
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、
前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得し、
前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を演算処理し、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、
前記制御器の制御パラメータを決定するという手順で処理することを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ設定方法。 An electric motor attached to the machine;
Detecting means for detecting an operation amount of a detection object comprising the electric motor or the machine;
A command device for generating a command signal;
In a method for setting a control parameter of an electric motor control device including a controller that receives an instruction signal and drives the electric motor,
Obtaining an open-loop frequency response characteristic that does not include the characteristic of the controller;
The open loop frequency response characteristic is calculated from the controller model of the controller and the controller model of the controller,
Sensitivity analysis processing for sensitivity analysis of the relationship between the control parameter of the controller and the change in the loop-opening frequency response characteristic,
A control parameter setting method for an electric motor control device, wherein the control parameter is processed by a procedure of determining a control parameter of the controller.
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、
前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得する処理し、
前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する処理し、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、
閉ループを構成する電動機制御装置に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測して一巡開ループ周波数応答特性を算出して、前記制御器の制御パラメータの安定度を確認するという手順で処理することを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ設定方法。 An electric motor attached to the machine;
Detecting means for detecting an operation amount of a detection object comprising the electric motor or the machine;
A command device for generating a command signal;
In a method for setting a control parameter of an electric motor control device including a controller that receives an instruction signal and drives the electric motor,
Processing to obtain an open loop frequency response characteristic not including the characteristic of the controller;
Processing to calculate a loop open loop frequency response characteristic from the open loop frequency response characteristic and a controller model of the controller;
Sensitivity analysis processing for sensitivity analysis of the relationship between the control parameter of the controller and the change in the loop-opening frequency response characteristic,
Measure the closed-loop disturbance driving force response frequency characteristic obtained from the signal of the command generator added to the adder provided in the motor control device constituting the closed loop and the signal response detected by the driving force detection means, A control parameter setting method for an electric motor control device, wherein a loop frequency response characteristic is calculated and processed in a procedure of confirming a stability of a control parameter of the controller.
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