JPWO2014167851A1 - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明のモータ駆動装置（２）は、指令応答設定部（２２）と、位置速度制御部（２３）と、負荷特性補償部（２４）と、サーボ調整部（６）と、指令応答設定機能（２２１）と、剛性設定機能（２３１）と、評価指標測定機能（２７）と、記憶部（２８）と、を備える。サーボ調整部（６）は、複数の指令応答指標（６１）と、複数の剛性指標（６２）と、を記憶する。また、サーボ調整部（６）は、各々の指令応答指標（６１）と剛性指標（６２）とを組み合わせて評価指標測定パターン（６３）を生成する。生成された評価指標測定パターン（６３）に従って、順次、指令応答指標（６１）と剛性指標（６２）とを変更しながらモータ（３）を駆動する。

Description

本発明は、サーボモータを制御するモータ駆動装置に関するものであり、特に、サーボ調整に関する。

近年、組み込みマイコン（Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）が高性能化している。また、従来のＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に対してカスタマイズ可能な要素を組み合わせた集積回路が発展している。組み込みマイコンには、ＲＩＳＣマイコン（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などがある。集積回路には、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ-ｏｎ-ａ-Ｃｈｉｐ）などがある。

現在、これらの組み込みマイコンや集積回路を用いることで、モータ駆動装置は、サーボモータを外部からの指令に基いて駆動するにあたり、基本機能に加えて、さまざまに自動調整する機能を有している。基本機能とは、サーボモータを駆動制御する位置、速度、電流制御などをいう。

図１９は、従来のモータ駆動装置のブロック図である。

図１９に示すように、モータ駆動装置１００２は、モータ３を駆動制御する基本機能を有する。図中、基本性能は、一重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが実線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

上位装置１は、モータ駆動装置１００２に外部位置指令を送信する。上位装置１から送信された外部位置指令は、モータ駆動装置１００２の指令選択部２１によって受信される。指令選択部２１は、後述する試運転機能２１１から送信される内部位置指令と、上位装置１から送信された外部位置指令とのいずれか一方を選択する。指令選択部２１は、指令選択部２１にて選択された、内部位置指令と外部位置指令とのうちいずれか一方を、選択後位置指令として指令応答設定部２２に送信する。

指令応答設定部２２では、選択後位置指令に対してフィルタ演算処理を行う。指令応答設定部２２にてフィルタ演算処理が行われた後、指令応答設定部２２は、フィルタ演算処理した結果をフィルタ後位置指令として位置速度制御部２３に送信する。

位置速度制御部２３は、受信したフィルタ後位置指令と、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報とを用いて、フィードバック制御演算を行う。フィードバック制御演算は、ＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に代表される。位置速度制御部２３にてフィードバック制御演算が行われた後、位置速度制御部２３は、位置偏差が０となるようなトルク指令を負荷特性補償部２４に送信する。

負荷特性補償部２４は、位置速度制御部２３から送信されたトルク指令に対して、総イナーシャに応じたスケーリング処理を行う。総イナーシャとは、モータ３および負荷５などによるイナーシャをいう。負荷特性補償部２４は、スケーリング処理を行うことで、負荷イナーシャの差異を吸収する。

また、負荷特性補償部２４は、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報より、モータ３および負荷５の摩擦トルクを推定する。負荷特性補償部２４は、推定した摩擦トルクをあらかじめ加算して、補償後トルク指令を生成する。負荷特性補償部２４は、生成された補償後トルク指令を共振抑制部２５に送信する。

モータ３と負荷５との共振特性により、振動が引き起こされることがある。振動が励起されないよう、共振抑制部２５は、補償後トルク指令から特定の周波数成分を除去する、ノッチフィルタ処理、あるいは、ローパスフィルタ処理を行う。共振抑制部２５は、ノッチフィルタ処理、あるいは、ローパスフィルタ処理を行った結果を、フィルタ後トルク指令としてモータ３に送信する。

共振抑制部２５から送信されたフィルタ後トルク指令が用いられる電流制御や、パワー回路を介して、モータ３は、制御される。モータ３は、受信したフィルタ後トルク指令どおりのトルクを出力するように制御される。モータ３の動きは、接続された負荷５やエンコーダ４に伝えられる。モータ３の動きは、エンコーダ４を介して、モータ位置情報としてモータ駆動装置１００２にフィードバックされる。

次に、図１９に示すように、モータ駆動装置１００２は、自動調整機能を有する。図中、自動調整機能は、二重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが破線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

例えば、特許文献１に示されるように、試運転機能２１１は、モータ駆動装置１００２の内部で、往復運転パターンを生成する。往復運転パターンは、ある傾きの加減速度を有する、一定量の三角波である。往復運転パターンは、正負を有する。

一般的に、試運転機能２１１は、外部からのパラメータが設定されることにより、モータ駆動装置１００２が内蔵するＮＣ演算処理によって指令パターンがリアルタイムに自動で計算される。外部からのパラメータとは、移動量、最高速度、加速時間、減速時間、停止時間などをいう。試運転機能２１１は、一定周期毎に内部位置指令を生成する機能である。

なお、試運転機能２１１から指令選択部２１に内部位置指令を送信する際、試運転機能２１１は、指令選択部２１が内部位置指令を選択するような付加情報を送信することもできる。このように、付加情報を送信すれば、試運転機能２１１から指令選択部２１の動作を指定できる。

例えば、特許文献２に示されるように、指令応答設定機能２２１は、位置指令の応答性を決める指令前置フィルタの遮断周波数を決定する。指令応答設定機能２２１は、モータ駆動装置１００２の外部から剛性値という１つの指標が与えられる。指令応答設定機能２２１は、与えられた剛性値と、モータ駆動装置１００２に内蔵されるテーブルから、指令前置フィルタの遮断周波数を決定する。

一般的に、指令応答設定機能２２１は、つぎの形態で示す、１つ、あるいは、複数の指令応答指標を受信することで、指令応答設定部２２の１つ、または、複数のパラメータを自動設定する。つまり、指令応答指標が受信される形態は、一次遅れや二次遅れのフィルタ時定数や、減衰比で、より細かい周波数特性を指示するものがある。あるいは、指令応答指標が受信される形態は、立ち上がり時間や遅延時間、オーバーシュート量などの時間応答の過渡特性を指示するものがある。指令応答設定機能２２１は、指令応答設定部２２に対する送信や受信の関係が、指令応答指標とできる限り一致するよう、指令応答設定部２２の１つ、または、複数のパラメータを自動設定する。

例えば、特許文献３に示されるように、剛性設定機能２３１は、サーボ剛性を代表する１パラメータを指標としている。剛性設定機能２３１は、サーボ剛性を代表する１パラメータに一定の比率を掛けて、速度比例ゲインや速度積分ゲイン、位置比例ゲインを連動して設定する。また、先に示した特許文献２のように、剛性値に対応したテーブルから、位置速度制御部のゲイン設定を決定してもよい。

一般的に、剛性設定機能２３１は、１つ、あるいは、複数の剛性指標を受信し、位置速度制御部２３の外乱応答が剛性指標にできるだけ一致するよう、位置速度制御部２３の１つ、または、複数のパラメータを自動設定する。

例えば、特許文献４に示されるように、負荷特性測定機能２４１は、モータ３に送信されるフィルタ後トルク指令、および、エンコーダ４から送信されるモータ位置情報と、その高次差分である速度・加速度から、最小二乗推定を用いて、摩擦特性を自動で推定する。摩擦特性とは、モータ３および負荷５などによるイナーシャを合わせた総イナーシャや、常に一定で働く偏荷重トルク、動作方向に依存する動摩擦トルク、動作速度に比例する粘性摩擦トルクなどをいう。

また、負荷特性測定機能２４１は、推定された結果を負荷特性補償部２４に対して、リアルタイムに反映させる。よって、どのような負荷５が接続されても、負荷特性測定機能２４１は、指令応答指標や剛性指標で指定された同じ応答性を得ることができる、適応ロバスト性を有する。

例えば、特許文献５に示されるように、適応フィルタ機能２５１は、再帰型のノッチフィルタを用いた適応アルゴリズムにより、モータ速度から抽出した高周波成分をできるだけ０に近づけるよう、共振抑制部２５のパラメータを自動調整する。また、適応フィルタ機能２５１は、つぎのバリエーションを有する。つまり、バリエーションのひとつは、トルク指令から振動成分を抽出する。他のバリエーションは、モデル応答との差から振動成分を抽出する。あるいは、他のバリエーションは、適応フィルタを複数持つ。さらに他のバリエーションは、ノッチ周波数だけではなく、幅や深さ、Ｑ値を自動調整する、というものなどがある。

一般的に、適応フィルタ機能２５１は、何らかの方法で、モータ３と負荷５との共振特性に起因する振動成分を抽出する。適応フィルタ機能２５１は、規範入力との差を最小にする適応アルゴリズムにより、共振抑制部２５のフィルタパラメータを自動調整する。

例えば、特許文献６に示されるように、発振検知機能２６は、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報から変動分を抽出する。発振検知機能２６は、抽出された変動分と、しきい値との比較、継続時間の判定などにより、モータ３および負荷５の発振状態を検出する。

発振検知機能２６が発振を検知した場合、発振検知機能２６は、前述の剛性設定機能２３１に発振検知情報を伝達する。このようにして、発振検知機能２６は、フィードバックループの周波数帯域幅が狭くなるような剛性値を選択して、発振を自動的に抑制する。

例えば、特許文献７に示されるように、評価指標測定機能２７は、入出力データを周期的に測定して記憶する。評価指標測定機能２７は、評価指標に対応した入出力データから、評価値を算出、表示、蓄積する機能である。入出力データとは、指令選択部２１の位置指令出力、エンコーダ４のモータ位置出力、負荷特性補償部２４のトルク指令出力などをいう。評価指標とは、整定時間やオーバーシュート、トルク変動などをいう。本機能の重要な側面は、いずれもリアルタイムに取得できる膨大なモータ制御情報から、より意味のある少数の評価指標にデータ圧縮することである。

また、例えば、特許文献８には、剛性指標に相当するゲインパラメータ値と、指令応答指標に相当する目標応答特性調整ゲインの調整方法が示されている。

特開平５−３４６３５９号公報 特開２００７−３３６７９２号公報 特開平６−３１９２８４号公報 特開２００５−１６８１６６号公報 特開２００４−２７４９７６号公報 国際公開第２００８／０８７８９３号 国際公開第２００９／０９６１６９号 特開２００６−２５４６３０号公報

本発明が対象とするモータ駆動装置は、モータを駆動する。モータ駆動装置は、指令応答設定部と、位置速度制御部と、負荷特性補償部と、サーボ調整部と、指令応答設定機能と、剛性設定機能と、評価指標測定機能と、記憶部と、を備える。

指令応答設定部は、位置指令を受信し、特定の周波数帯域を除去するフィルタ処理を行う。また、指令応答設定部は、フィルタ処理を行なった結果をフィルタ後位置指令として送信する。

位置速度制御部は、フィルタ後位置指令と、エンコーダから送信されたモータ位置情報と、を受信する。位置速度制御部は、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との偏差を０とするようなトルク指令を生成する。位置速度制御部は、生成したトルク指令を送信する。

負荷特性補償部は、トルク指令を受信し、モータとモータに加えられた負荷とのイナーシャ推定値を乗じる。負荷特性補償部は、イナーシャ推定値を乗じた後、負荷の摩擦トルク推定値を加算して、モータを駆動する補償後トルク指令を生成する。負荷特性補償部は、生成した補償後トルク指令を送信する。

サーボ調整部は、複数の指令応答指標と、複数の剛性指標と、を記憶する。また、サーボ調整部は、各々の指令応答指標と剛性指標とを組み合わせて評価指標測定パターンを生成する。

指令応答設定機能は、サーボ調整部より送信される、評価指標測定パターンを構成する指令応答指標に従い、指令応答設定部のフィルタ特性を自動で設定する。

剛性設定機能は、サーボ調整部より送信される、評価指標測定パターンを構成する剛性指標に従い、位置速度制御部のパラメータを自動で設定する。

評価指標測定機能は、位置指令と、モータ位置情報と、補償後トルク指令と、の少なくとも一つから導き出された評価指標を自動で測定する。

記憶部は、評価指標測定機能で測定された結果を記憶する。

特に、モータ駆動装置は、生成された評価指標測定パターンに従って、順次、指令応答指標と剛性指標とを変更しながらモータを駆動する。

図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１における他のモータ駆動装置のブロック図である。 図２Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定部２２を説明する要部ブロック図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す移動平均フィルタステップ応答２２ａを説明する特性図である。 図２Ｃは、図２Ａに示す一時遅れフィルタステップ応答２２ｂを説明する特性図である。 図２Ｄは、図２Ａに示す２次フィルタ周波数特性２２ｃを説明する特性図である。 図２Ｅは、図２Ａに示す制振フィルタ周波数特性２２ｄを説明する特性図である。 図３は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３を説明する要部ブロック図である。 図４は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３の他の実施の形態を説明する要部ブロック図である。 図５は、図１Ａ、図１Ｂに示す負荷特性補償部２４を説明する要部ブロック図である。 図６は、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定機能２２１を説明する要部ブロック図である。 図７Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す剛性設定機能２３１を説明する要部ブロック図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す剛性テーブル２３１ａを説明する説明図である。 図８は、図１Ａ、図１Ｂに示す評価指標測定機能２７を説明する要部ブロック図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置のサーボ調整を説明するフローチャートである。 図９Ｂは、図９Ａとともに本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置のサーボ調整を説明するフローチャートである。 図１０Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１０Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性を含む剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１１Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１２Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１３Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１４Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。 図１４Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。 図１４Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。 図１５Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。 図１５Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。 図１５Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。 図１６は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、摩擦補償値に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。 図１７Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１７Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最大剛性指標から制振探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１８は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、制振フィルタの深さ設定に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。 図１９は、従来のモータ駆動装置のブロック図である。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置は、後述する構成により、サーボ調整について、細かな知識や十分な経験を持たない作業者でも、簡単にサーボ調整に関する結果を得ることができる。得られたサーボ調整に関する結果は、用途毎に異なる評価指標の要求を満足するとともに、より安定性が高い。

つまり、従来のモータ駆動装置は、つぎの改善すべき点を有していた。すなわち、従来のモータ駆動装置は、各種の自動調整機能が個別に最適化される。よって、従来のモータ駆動装置は、サーボ調整の一連の流れに対して、整合がとれていない。

例えば、指令応答設定機能２２１は、指令応答指標を高くするほど、位置決め制御（ＰＴＰ制御：Ｐｏｉｎｔ Ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌともいう。）では、整定時間を短くできる。指令応答設定機能２２１は、指令応答指標を高くするほど、軌跡制御（ＣＰ制御：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐａｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ）では、追従誤差を小さくできる。しかし、指令応答設定機能２２１では、外部位置指令の離散化や指令分解能の設定により、制約を受ける。

また、モータ３と負荷５とが固定される装置自体の剛性によって、指令応答設定機能２２１は、機台振動を考慮して指令応答指標を低くする場合もある。このような判断を行う場合、作業者には、上位装置の理解や、実機を運用した経験が求められる。

つぎに、剛性設定機能２３１は、剛性指標を高くするほど、外乱抑圧特性が改善する。よって、剛性設定機能２３１は、ＰＴＰ制御では、ＣＰ制御と比べてオーバーシュート量を小さくできる。剛性設定機能２３１は、ＣＰ制御では、ＰＴＰ制御と比べて追従誤差を小さくできる。しかし、剛性指標をどこまで高くできるかは、位置速度制御部２３のフィードバック制御の安定性に大きく依存する。よって、最適な調整を行うために、作業者には、制御理論に関する知識が求められる。

また、位置速度制御部２３と、負荷特性補償部２４の総イナーシャと、共振抑制部２５の設定は、正しい順番で設定しなければならない。これらの設定が、正しい順番で設定されない場合、フィードバックの安定性が損なわれ、剛性指標で指定した応答性が得られないことがある。あるいは、最悪の場合、モータ３が不安定化して発振することもある。つまり、作業者には、制御理論だけでなく、サーボ調整の手順を把握していることが求められる。

つぎに、評価指標測定機能２７は、モータを制御する基本機能には影響を与えない。しかし、評価指標によっては、正しい測定結果を得るために、指令パターンや基本機能の設定に一定の制約がかかる場合がある。一例として、ＰＴＰ制御における位置決め整定時間が挙げられる。位置決め整定時間は、外部位置指令が停止した時点から、モータ位置が位置決め完了範囲内に入った時点までと定義される。

ところが、指令応答指標や剛性指標が低いため、モータ位置が位置決め完了範囲に入る前に、次の外部位置指令変化が始まることがある。このような場合、当然ながら、位置決め整定時間は、測定できない。つまり、作業者が、評価指標の意味や、評価指標測定機能の測定方法を理解していないと、サーボ調整の結果を正しく判定することはできない。

これら個々の自動調整機能を有効、無効とする、あるいは、モード設定を行うなどの操作は、通常、個別にモータ駆動装置の外部から行われる。しかし、サーボ調整を行うために、作業者が、すべての自動調整機能を正しい順番で操作することは、非常に困難であった。

つぎに、特許文献８には、剛性指標に相当するゲインパラメータ値と、指令応答指標に相当する目標応答特性調整ゲインの調整方法が示されている。しかし、モータ駆動装置は、用いられる用途によって、求められる評価指標は異なる。すべての用途に対して、最適な調整結果を得ることは困難であった。

また、ゲインパラメータ値は、機械振動が発生しない限度まで高められた設定となる。よって、ゲインパラメータ値は、求められる評価指標を満足しつつ、制御として安定性が高い、調整結果が得られるとは限らない。

また、剛性指標に相当するゲインパラメータ値と、指令応答指標に相当する目標応答特性調整ゲインと、を変更した際の評価指標の傾向を知ることはできない。よって、ゲインパラメータ値は、設定値を選択する範囲において、十分な幅がない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。

（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１における他のモータ駆動装置のブロック図である。

図１９に示した、従来のモータ駆動装置１００２と同様の構成要素には、同じ符号を付与し、説明を援用する。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、モータ３を駆動する。モータ駆動装置２は、指令応答設定部２２と、位置速度制御部２３と、負荷特性補償部２４と、サーボ調整部６と、指令応答設定機能２２１と、剛性設定機能２３１と、評価指標測定機能２７と、記憶部２８と、を備える。

指令応答設定部２２は、位置指令を受信し、特定の周波数帯域を除去するフィルタ処理を行う。また、指令応答設定部２２は、フィルタ処理を行なった結果をフィルタ後位置指令として送信する。

位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令と、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報と、を受信する。位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との偏差を０とするようなトルク指令を生成する。位置速度制御部２３は、生成したトルク指令を送信する。

負荷特性補償部２４は、トルク指令を受信し、モータ３とモータ３に加えられた負荷５とのイナーシャ推定値を乗じる。負荷特性補償部２４は、イナーシャ推定値を乗じた後、負荷５の摩擦トルク推定値を加算して、モータ３を駆動する補償後トルク指令を生成する。負荷特性補償部２４は、生成した補償後トルク指令を送信する。

サーボ調整部６は、複数の指令応答指標６１と、複数の剛性指標６２と、を記憶する。また、サーボ調整部６は、各々の指令応答指標６１と剛性指標６２とを組み合わせて評価指標測定パターン６３を生成する。

指令応答設定機能２２１は、サーボ調整部６より送信される、評価指標測定パターン６３を構成する指令応答指標に従い、指令応答設定部のフィルタ特性を自動で設定する。

剛性設定機能２３１は、サーボ調整部６より送信される、評価指標測定パターン６３を構成する剛性指標６２に従い、位置速度制御部２３のパラメータを自動で設定する。

評価指標測定機能２７は、位置指令と、モータ位置情報と、補償後トルク指令と、の少なくとも一つから導き出された評価指標を自動で測定する。

記憶部２８は、評価指標測定機能２７で測定された結果を記憶する。

特に、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する。

評価指標は、少なくとも位置決め整定時間と、オーバーシュート量と、振動レベルと、位置決め完了出力信号変化回数とのうち、ひとつ以上を用いることができる。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、サーボ調整について、詳細な知識を持たない作業者でも、用途毎に異なった評価指標を満たしつつ、より安定性が高いサーボ調整を行うことができる。

以下、図１Ａから図８を用いて、主にハードウェア構成について、詳細に説明する。

はじめに、図１Ａに示すモータ駆動装置２と図１Ｂに示すモータ駆動装置２との違いは、記憶部２８を設置する位置の違いである。図１Ａに示すモータ駆動装置２は、モータ３を駆動する基本機能を有するモータ駆動部２ａと、記憶部２８とが、別の構造体で構成される。図１Ｂに示すモータ駆動装置２は、モータ３を駆動する基本機能を有する部分と、記憶部２８とが、一体で構成される。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施の形態１におけるモータ駆動装置２の主な特徴は、つぎのとおりである。すなわち、自動調整機能に関する外部との送受信が、サーボ調整部６を介して行われる。サーボ調整部６によって、自動調整機能に関する制御が可能となる。

また、本実施の形態１において、図１９で示した従来のモータ駆動装置１００２から、必ずしも必要ではない、つぎの構成要素を省いている。すなわち、従来のモータ駆動装置１００２から、指令選択部２１と、共振抑制部２５と、発振検知機能２６と、試運転機能２１１と、負荷特性測定機能２４１および適応フィルタ機能２５１と、が省かれる。

図１Ａに示すように、本実施の形態１において、モータ３を駆動制御する基本機能は、上位装置１と、モータ駆動部２ａと、モータ３と、を接続して実現される。モータ駆動部２ａは、指令応答設定部２２と、位置速度制御部２３と、負荷特性補償部２４と、を有する。

まず、図１Ａに示すように、モータ駆動装置２は、モータ３を駆動制御する基本性能を有する。図中、基本性能は、一重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが実線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

上位装置１は、モータ駆動装置２に外部位置指令を送信する。上位装置１から送信された外部位置指令は、モータ駆動装置２の指令応答設定部２２によって受信される。

なお、モータ駆動装置２の内部において、内部位置指令を生成する試運転機能を有する場合、指令応答設定部２２は、外部位置指令に代えて、内部位置指令を用いてもよい。

図２Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定部２２を説明する要部ブロック図である。図２Ｂは、図２Ａに示す移動平均フィルタステップ応答２２ａを説明する特性図である。図２Ｃは、図２Ａに示す一時遅れフィルタステップ応答２２ｂを説明する特性図である。図２Ｄは、図２Ａに示す２次フィルタ周波数特性２２ｃを説明する特性図である。図２Ｅは、図２Ａに示す制振フィルタ周波数特性２２ｄを説明する特性図である。

図２Ａに示すように、指令応答設定部２２は、上位装置１から送信される外部位置指令を受けて、つぎの工程を経た後、フィルタ後位置指令を送信する。

すなわち、図２Ａ、図２Ｂに示すように、移動平均フィルタステップ応答２２ａは、外部位置指令と、後述する指令応答設定機能２２１から送信された移動平均回数と、を受信する。移動平均フィルタステップ応答２２ａは、指令応答設定機能２２１から指定された移動平均回数の移動平均処理を行う。

図２Ａ、図２Ｃに示すように、一次遅れフィルタステップ応答２２ｂは、移動平均フィルタステップ応答２２ａで移動平均処理された結果と、指令応答設定機能２２１から送信された指令応答時定数と、を受信する。一次遅れフィルタステップ応答２２ｂは、指令応答時定数にステップ応答特性を加える。

図２Ａ、図２Ｄに示すように、２次フィルタ周波数特性２２ｃは、一次遅れフィルタステップ応答２２ｂから得た結果と、指令応答設定機能２２１から送信された、２次フィルタ周波数と減衰比と、を受信する。２次フィルタ周波数特性２２ｃは、２次フィルタ周波数と減衰比とで規定された結果を送信する。

図２Ａ、図２Ｅに示すように、制振フィルタ周波数特性２２ｄは、２次フィルタ周波数特性２２ｃから得た結果と、指令応答設定機能２２１から送信された、制振周波数と深さと、を受信する。制振フィルタ周波数特性２２ｄは、制振周波数と深さとで定義される制振フィルタを経た結果、フィルタ後位置指令を得る。指令応答設定部２２は、制振フィルタ周波数特性２２ｄが得たフィルタ後位置指令を、つぎの工程へ送信する。

図３は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３を説明する要部ブロック図である。

図３に示すように、位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令とともに、駆動対象であるモータ３に接続されたエンコーダ４より、モータ位置情報を受信する。位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との偏差が０となるトルク指令を送信する。

具体的には、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との差異である位置偏差が計算される。また、位置速度制御部２３には、後述する剛性設定機能２３１から位置ループゲインが送信される。

位置速度制御部２３では、位置偏差に対して、剛性設定機能２３１から指定された位置ループゲインを乗じる、位置比例処理２３ａが行われる。位置速度制御部２３では、位置比例処理２３ａの結果として、速度指令が得られる。

また、位置速度制御部２３では、モータ位置情報の差分などから、実現可能な速度検出処理２３ｅが行われる。位置速度制御部２３では、速度検出処理２３ｅの結果として、モータ速度が得られる。

位置速度制御部２３では、速度指令とモータ速度との差異である、速度偏差が算出される。

位置速度制御部２３には、剛性設定機能２３１から速度ループゲインと速度ループ積分時定数とが送信される。

位置速度制御部２３では、算出された速度偏差と、剛性設定機能２３１から指定された速度ループゲインとによる速度比例処理２３ｂが行われる。また、位置速度制御部２３では、算出された速度偏差と、速度ループ積分時定数とによる速度積分処理２３ｃが行われる。位置速度制御部２３では、速度比例処理２３ｂと速度積分処理２３ｃから送信される値が加算された結果、内部トルク指令が得られる。

位置速度制御部２３には、剛性設定機能２３１からトルクフィルタ時定数が送信される。

位置速度制御部２３では、剛性設定機能２３１から指定されたトルクフィルタ時定数を用いて、内部トルク指令と一次遅れフィルタとのトルクフィルタ処理２３ｄが行われる。位置速度制御部２３では、トルクフィルタ処理２３ｄの結果として、トルク指令が得られる。位置速度制御部２３は、得たトルク指令を、つぎの工程へ送信する。

なお、応答性を改善するため、速度指令は、フィルタ後位置指令の差分より、実現可能な、速度フィードフォワード処理２３ｆを経た結果を加算してもよい。

図４は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３の他の実施の形態を説明する要部ブロック図である。

ここで、図４に示す、他の位置速度制御部１２３の具体例について、説明する。位置速度制御部１２３では、フィルタ後位置指令の一階差分や二階差分と、フィルタ処理とを組み合わせて、フィードフォワード指令生成処理を行うことにより、実現可能な、つぎの３つの指令が、同時に生成される。

すなわち、第１の生成される指令は、位置比例処理２３ａが受信するフィードフォワード位置指令である。第２の生成される指令は、速度フィードフォワード処理２３ｆが受信するフィードフォワード速度指令である。第３の生成される指令は、トルクフィードフォワード処理２３ｇが受信するフィードフォワードトルク指令である。

位置速度制御部１２３は、駆動対象であるモータ３に接続されたエンコーダ４から送信されたモータ位置情報を、受信する。位置速度制御部１２３では、フィードフォワード位置指令との差異である位置偏差が算出される。また、位置速度制御部１２３には、後述する剛性設定機能２３１から位置ループゲインが送信される。位置速度制御部１２３では、算出された位置偏差に対して、剛性設定機能２３１から指定された位置ループゲインを乗じる、位置比例処理２３ａが行われる。位置速度制御部１２３では、位置比例処理２３ａの結果として、速度指令が得られる。

本構成において、位置速度制御部１２３では、フィードフォワード速度指令を受信する速度フィードフォワード処理２３ｆが送信する値に対して、速度指令が加算される。位置速度制御部１２３では、モータ位置情報の差分などから、実現可能な速度検出処理２３ｅを経て、モータ速度が得られる。位置速度制御部１２３では、速度指令とモータ速度との差異である速度偏差が算出される。

位置速度制御部１２３には、剛性設定機能２３１から速度ループゲインと速度ループ積分時定数とが送信される。

位置速度制御部１２３では、算出された速度偏差と、剛性設定機能２３１から指定された速度ループゲインとによる速度比例処理２３ｂが行われる。また、位置速度制御部１２３では、算出された速度偏差と、速度ループ積分時定数とによる速度積分処理２３ｃが行われる。位置速度制御部１２３では、速度比例処理２３ｂと速度積分処理２３ｃから送信される値が加算された結果、内部トルク指令が得られる。

本構成において、位置速度制御部１２３では、フィードフォワードトルク指令を受信するトルクフィードフォワード処理２３ｇが送信する値に対して、内部トルク指令が加算される。

また、位置速度制御部１２３には、剛性設定機能２３１からトルクフィルタ時定数が送信される。

位置速度制御部１２３では、内部トルク指令が加算されたトルクフィードフォワード処理２３ｇが送信する値に対して、剛性設定機能２３１から指定されたトルクフィルタ時定数を有する、一次遅れフィルタによるトルクフィルタ処理２３ｄが行われる。位置速度制御部１２３では、トルクフィルタ処理２３ｄの結果として、トルク指令が得られる。位置速度制御部１２３は、得られたトルク指令を、つぎの工程へ送信する。

本構成において、フィルタ後位置指令が十分滑らかであれば、位置速度制御部１２３は、外乱トルクによる影響を考慮しない理想的な状態で、フィルタ後位置指令に対するモータ位置を完全に追従することができる。

モータ駆動装置２は、それぞれに独立して設定できる２つの制御要素を得ることができる。ひとつは、後述する指令応答設定機能２２１による指令応答指標が、指令応答を自由に制御できる。もうひとつは、後述する剛性設定機能２３１による剛性指標が、外乱応答を自由に制御できる。

図５は、図１Ａ、図１Ｂに示す負荷特性補償部２４を説明する要部ブロック図である。

図５に示すように、負荷特性補償部２４では、トルク指令に対してイナーシャ補償処理２４ａが施される。イナーシャ補償処理２４ａとは、トルク指令に対して、事前に設定された負荷特性が指定するイナーシャ推定値が乗じられるものである。このように、モータ３および負荷５の総イナーシャに応じたスケーリング処理を行うことで、負荷特性補償部２４では、さまざまな負荷５によって異なる、モータを等価したイナーシャの差異が吸収できる。

また、負荷特性補償部２４では、後述する具体例のような、想定できる範囲の摩擦補償を行うことにより、即応性の改善や、動作方向または速度による応答の差異を軽減できる。すなわち、第１の摩擦補償としては、負荷特性が指定する偏荷重推定値をトルク指令に加算する、偏荷重補償処理２４ｂがある。第２の摩擦補償としては、動摩擦補償処理２４ｃがある。動摩擦補償処理２４ｃは、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報からモータ速度を算出する。動摩擦補償処理２４ｃは、動摩擦推定値をモータ速度方向に応じてトルク指令に加減算する。第３の摩擦補償としては、粘性摩擦補償処理２４ｄがある。粘性摩擦補償処理２４ｄは、粘性摩擦係数推定値とモータ速度とを乗じて、トルク指令に加算する。

負荷特性補償部２４は、上述した、さまざまな負荷特性補償を行った結果として、補償後トルク指令を送信する。

なお、動摩擦補償、粘性摩擦補償に用いられるモータ速度情報は、位置速度制御部２３が動作する限り、速度指令に追従する。よって、負荷特性補償部２４は、モータ速度情報に代えて、位置指令の差分などから算出される速度指令を用いれば、負荷変動による影響を受けることがない。その結果、負荷特性補償部２４は、安定した補償値を得ることも可能である。

モータ３には、電流制御やパワー回路を介して、電圧や電流が供給される。負荷特性補償部２４から送信された補償後トルク指令に従って、モータ３に供給される電圧や電流が調整される。よって、補償後トルク指令に応じて、モータ３の出力トルクは変化する。この結果、モータ３に接続された負荷５が、動作する。

ところで、モータ３と、モータ３に接続された負荷５との共振特性により、振動が引き起こされることがある。そこで、共振抑制部がモータ駆動装置２に取り付けられると、共振抑制部が、負荷特性補償部２４より送信された補償後トルク指令から、特定の周波数成分を除去する。つまり、共振抑制部によるフィルタ処理を行うことで、共振を引き起こす振動が励起されないようにできる。

次に、図１Ａに示すように、モータ駆動装置２は、自動調整機能を有する。図中、自動調整機能は、二重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが破線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

図６は、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定機能２２１を説明する要部ブロック図である。

図６に示すように、指令応答設定機能２２１は、サーボ調整部６から、指令応答指標として、つぎの信号を受信する。すなわち、指令応答指標は、移動平均時間と時定数、および、制振周波数と深さ、を含む。また、指令応答指標は、指令応答設定機能２２１が受け取った指令応答指標を、指令応答設定部２２へ反映する機会を示す信号を含む。指令応答設定機能２２１が受け取った指令応答指標を、指令応答設定部２２へ反映する機会を示す信号を、指令応答指標反映開始信号という。

この指令応答指標反映開始信号がオンの場合、移動平均時間設定処理２２１ａは、指令応答設定部２２に向けて、移動平均回数を送信する。指令応答設定部２２内に含まれる移動平均フィルタステップ応答２２ａの演算周期で、移動平均時間を除すれば、移動平均回数が算出される。

例えば、２次フィルタ設定処理２２１ｃは、２次フィルタの減衰比を１に固定する。例えば、２次フィルタ設定処理２２１ｃは、２次フィルタの周波数を、指令応答指標に含まれる時定数の逆数を２πで割った値とする。

制振フィルタ設定処理２２１ｄは、指令応答指標に含まれる、制振周波数と深さに関する設定を、そのまま制振フィルタ２２ｄに送信する。

その他に、指令応答設定部２２は、指令応答時定数のステップ応答特性を有する、一次遅れフィルタステップ応答２２ｂがある。この一次遅れフィルタステップ応答２２ｂの指令応答時定数は、指令応答設定機能２２１内で演算しなくてもよい。一次遅れフィルタステップ応答２２ｂの指令応答時定数は、手動設定パラメータである、一次遅れスムージング時定数から設定してもよい。

なお、指令応答指標は、さまざまな形や組み合わせで設定される。例えば、指令応答指標は、単に、指令応答カットオフ周波数といった単一の値で設定される。また、指令応答指標は、一次遅れのフィルタ時定数や、二次遅れのフィルタ時定数、あるいは、減衰比といった周波数特性の全体を指示する形で設定される。あるいは、指令応答指標は、立ち上がり時間や遅延時間、オーバーシュート量などの過渡特性を指示する形で設定される。指令応答設定部２２全体の送受信関係が指令応答指標にできるだけ一致するよう、指令応答設定部２２は、フィルタ特性を自動で設定されるようにしてもよい。

図７Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す剛性設定機能２３１を説明する要部ブロック図である。図７Ｂは、図７Ａに示す剛性テーブル２３１ａを説明する説明図である。

図７に示すように、剛性設定機能２３１は、サーボ調整部６から剛性指標を受信する。

サーボ調整部６から送信された剛性指標反映開始信号がオンの場合、剛性テーブル２３１ａは、剛性テーブル２３１ａ内に記憶されたテーブルを参照して、位置速度制御部２３へのパラメータセットを送信する。本実施の形態では、剛性指標は、０から３１までの３２段階の値から成る。剛性指標は、剛性指標の値が大きいほど、位置速度制御部２３の外乱を抑圧する特性が高くなるような、バラメータセットを送信する。パラメータセットは、位置ループゲインＫｐ、速度ループゲインＫｖｐ、速度ループ積分時定数Ｔｉ、トルクフィルタ時定数ＴＦを有する。

なお、剛性指標は、一般に外乱を抑圧する特性に関係する剛性指標を入力して、位置速度制御部２３の送受信関係が剛性指標にできるだけ一致するよう、位置速度制御部２３のパラメータセットを自動で設定するようにしてもよい。一般的に、外乱を抑圧する特性に関係する剛性指標には、外乱トルクからモータ速度までの周波数応答全体に関する指標や、速度変動率やジッタなどの定常特性に関する指標などがある。

また、剛性設定機能２３１が剛性指標を受信してから、剛性設定機能２３１が位置速度制御部２３にパラメータセットを送信する工程において、今回、例示したように、剛性指標から一義的に内部パラメータが決められる剛性テーブルを用いるものがある。その他、本工程は、つぎに示すような、さまざまな自動設定方法を用いることができる。すなわち、本工程は、ある一つの内部パラメータと剛性指標との関係だけが定義されており、その他は内部パラメータ間の比率から計算されるものを用いることができる。さらに、本工程は、剛性指標だけではなく、負荷特性補償部２４の設定も入力として、複数のパラメータを含む計算式から内部パラメータを決めるものなども、用いることができる。

図８は、図１Ａ、図１Ｂに示す評価指標測定機能２７を説明する要部ブロック図である。

図８に示すように、評価指標測定機能２７は、エンコーダ４からモータ位置情報を、上位装置１から外部位置指令を、負荷特性補償部２４から補償後トルク指令を、受信する。評価指標測定機能２７は、サーボ調整部６から、位置決め完了範囲、最大トルク制限、振動検知レベルなどの測定閾値を受信する。評価指標測定機能２７は、サーボ調整部６から送信された制御信号に応じて、サーボ調整部６に対して、各種評価指標を送信する。制御信号には、測定開始信号、測定回数、最大停止時間などがある。

評価指標そのものや、評価指標の計算方法は、多岐にわたる。一例として、図８を用いて、実施の形態に示した評価指標の計算方法について、以下に説明する。

図８に示すように、位置決め整定時間は、上位装置１から送信された外部位置指令が停止した後、位置偏差がサーボ調整部６から送信される位置決め完了範囲以内となるまでの時間で、測定できる。位置偏差とは、外部位置指令とエンコーダ４から送信されたモータ位置情報との偏差である。

オーバーシュート量は、タクト間における最大位置偏差と最小位置偏差のうち、外部位置指令の方向と逆向きのものと定義できる。

振動レベルおよび振動周波数は、いくつかの計算方法がある。振動レベルおよび振動周波数は、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報に基いて、振動成分を抽出する方法がある。振動レベルおよび振動周波数は、負荷特性補償部２４から送信された補償後トルク指令から、特定周波数帯域の振動成分を抽出する方法もある。サーボ調整部６から送信された振動検知レベルと、振動レベルおよび振動周波数とを比較すれば、振動検出が可能である。

位置決め完了出力信号は、位置偏差が位置決め完了範囲内に入るとオンし、位置偏差が位置決め完了範囲外ではオフする信号として、一般的である。以下、位置決め完了出力信号をＩＮＰということもある。ＩＮＰは、タクト間のＩＮＰ信号変化回数を、位置決め整定の指標とすることもできる。ＩＮＰ変化回数は、外部位置指令が停止した後に限定してもよい。

指令速度やモータ速度は、上位装置１から送信された外部位置指令や、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報の差分から計算される。

トルク指令は、負荷特性補償部２４から送信された補償後トルク指令から得ることができる。

位置偏差は、外部位置指令と、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報との偏差となる。

これらの値のうち、タクト間で最大値あるいは最小値となるものを評価指標とする。このような評価指標を用いれば、タクト間で生じる動作のうち、かなりの部分が把握される。

トルク指令は、タクト間の２乗積算平方根より実効値が求められる。求められたトルク指令は、モータ３やモータ駆動装置２の容量を選定する際などで、非常に有用な評価指標となる。

上述したように、リアルタイムに取得できる、膨大な量のモータ制御に関する情報が存在する。評価指標測定機能２７では、これら膨大な量のモータ制御に関する情報を、一定のアルゴリズムで、より意味のある、少ない数の評価指標として、圧縮することが求められる。

図９Ａ、図９Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置のサーボ調整を説明するフローチャートである。

図９Ａ、図９Ｂには、図１Ａ、図１Ｂで示したモータ駆動装置２が有する基本機能と自動調整機能について、サーボ調整する際のステップが示される。本実施の形態１におけるモータ駆動装置２では、後述するサーボ調整のステップが、図１Ａ、図１Ｂで示されたサーボ調整部６内で実施される。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

第１の摩擦補償測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、時定数が最小となる指令応答指標６１と、時定数が最小となる指令応答指標６１に対応する剛性指標６２と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、剛性指標６２を、順次、変更しながら、モータ３が駆動される。第１の摩擦補償測定パターンは、すべての組み合わせで位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

各々の第１の摩擦補償測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる摩擦補償値が探索されて、その結果が記憶される。

または、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

第２の摩擦補償測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、応答性が最低となる剛性指標６２と、応答性が最低となる剛性指標６２に対応する指令応答指標６１と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、指令応答指標６１を、順次、変更しながら、モータ３が駆動される。第２の摩擦補償測定パターンは、すべての組み合わせで位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

各々の第２の摩擦補償測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる摩擦補償値が探索されて、その結果が記憶される。

あるいは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

第３の摩擦補償測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、時定数が最小となる指令応答指標６１と、応答性が最低となる剛性指標６２と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、モータ３が駆動される。第３の摩擦補償測定パターンは、位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

第３の摩擦補償測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる摩擦補償値が探索されて、その結果が記憶される。

位置決め指標は、少なくとも位置決め整定時間と、オーバーシュート量と、位置決め完了出力信号変化回数とのうち、ひとつ以上を用いることができる。

摩擦補償値の探索は、位置決め指標が最良となるように、摩擦補償値を増加または減少させて探索される。摩擦補償値の探索は、位置決め指標が良化する方向に、摩擦補償値を増加または減少させることを繰り返すことで、探索される。

ところで、位置決め指標が良化する方向の具体例として、以下にその一例を示す。なお、位置決め指標が良化する方向は、以下の内容に限定されるものではない。

位置決め整定時間が短いほど、位置決め指標は良化する。オーバーシュート量が小さいほど、位置決め指標は良化する。位置決め完了出力信号変化回数は、外部位置指令が０となってから、１回だけ変化することが望ましい。振動レベルが小さいほど、位置決め指標は良化する。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、測定範囲内の全パターンにおいて、オーバーシュートがない。または、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、オーバーシュートが位置決め完了範囲内に収まる測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終調整結果を選択する際の選択肢の幅を広げることができる。

以下、図９Ａから図１６を用いて、主にソフトウェア構成について、詳細に説明する。

図９Ａに示すように、ステップ１では、事前に決定された最高剛性より、指令応答測定を行う剛性指標範囲と指令応答指標範囲とが決定される。

最高剛性の決定は、次のように行われる。まず、予め定められた初期指令応答指標が指令応答設定部２２に設定される。また、予め定められた初期剛性指標が剛性設定機能２３１に設定される。初期指令応答指標および初期剛性指標は、モータ３および負荷５の発振が起こらないよう、応答性を低くしておくことが望ましい。

次に、上位装置１から送信された外部位置指令の動作パターンが、決定される。動作パターンに基いて、負荷特性が測定される。負荷特性の測定が適切に行われるよう、動作パターンは、加速度や最高速度、あるいは、トルク指令が大きくなるように設定されることが望ましい。負荷特性として、イナーシャ、偏加重、動摩擦、および、粘性摩擦係数の各推定値が測定される。測定された各推定値は、負荷特性補償部２４のイナーシャ補償処理２４ａ、偏加重補償処理２４ｂ、動摩擦補償処理２４ｃ、および、粘性摩擦補償処理２４ｄに設定される。

次に、決定された動作パターンについて、剛性指標を上げながら、負荷特性が測定される。最高剛性には、モータ３および負荷５の発振が起こる剛性指標から、一定のマージンが確保された低い剛性指標が採用される。なお、モータ３および負荷５の振動レベルに制限値が規定されている場合、最高剛性には、振動レベルが制限値を超えたときの剛性指標、の直前の剛性指標が採用される。

モータ３と、モータ３に接続される負荷５との共振特性により引き起こされる振動が励起されないよう、補償後トルク指令から特定の周波数成分を除去する、フィルタ処理が施されることがある。フィルタ処理が施される共振抑制部が存在する場合、負荷特性の測定は、フィルタ処理を活用しながら、行われる。すなわち、フィルタ処理を活用しながら剛性指標が上げられる。負荷特性の測定は、剛性指標毎に、共振抑制部の設定値を記憶しておくことが望ましい。

図１０Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１０Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性を含む剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。

図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、最高剛性から、剛性指標範囲と指令応答指標範囲とが、決定される。図１０Ａに示すように、指令応答指標範囲は、最高剛性から指令応答指標Ｎｏ．１から指令応答指標Ｎｏ．６までの６パターンが選び出される。図１０Ｂに示すように、剛性指標範囲は、最高剛性を含む、最高剛性から５段階下の剛性指標までの６パターンが選択される。選択された剛性指標範囲と、選び出された指令応答指標範囲とを組み合わせて、３６パターンが設定される。後述するステップ４−２において、設定された３６パターンについては、順次、指令応答指標と剛性指標とが変更されながら、評価指標が測定される。また、後述するステップ２−２およびステップ３−２においても、設定された３６パターンにおける剛性指標範囲と指令応答指標範囲とが、用いられる。

なお、当然のことながら、設定されたパターンの組み合わせ数は、測定精度と測定時間との兼ね合いにより、必要に応じて増減してもよい。図１０Ｂに示すように、この組み合わせは、剛性指標を縦軸、指令応答指標を横軸とした場合、碁盤目に並ぶように配置される。

図９Ａに示すように、ステップ２−１からステップ２−６では、ステップ１の前に設定された、動摩擦補償処理２４ｃおよび粘性摩擦補償処理２４ｄである、摩擦補償値の最適値が、探索される。

ステップ２−１では、ステップ１で決定された、剛性指標範囲と指令応答指標範囲とに基いて、摩擦補償値の最適値が探索される際の、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とが、決定される。

図１１Ａから図１３Ｂには、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とが決定される例が、示される。

具体的には、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。

図１１Ｂに示すように、剛性指標範囲が、そのまま摩擦補償探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲の中で、時定数が最小となる指令応答指標Ｎｏ．６が、摩擦補償探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とに基いて、６パターンが設定される。後述するステップ２−２において、設定された６パターンについては、順次変更されながら、各パターンにおける摩擦補償値の最適値が探索される。

図１２Ｂに示すように、剛性指標範囲の中で最小の剛性指標が、摩擦補償探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲である、指令応答指標Ｎｏ．１から指令応答指標Ｎｏ．６が、そのまま摩擦補償探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とに基いて、６パターンが設定される。後述するステップ２−２において、設定された６パターンについては、順次変更されながら、各パターンにおける摩擦補償値の最適値が探索される。

図１３Ｂに示すように、剛性指標範囲の中で最小の剛性指標が、摩擦補償探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲の中で、時定数が最小となる指令応答指標Ｎｏ．６が、摩擦補償探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とで決められる１パターンについて、摩擦補償値の最適値が探索される。

この具体例では、剛性指標範囲よりも摩擦補償探索剛性指標範囲が、狭く設定される。また、指令応答指標範囲よりも摩擦補償探索指令応答指標範囲が、狭く設定される。

しかし、剛性指標範囲を摩擦補償探索剛性指標範囲とし、かつ、指令応答指標範囲を摩擦補償探索指令応答指標範囲として、全組み合わせパターンにおける摩擦補償値の最適値が探索されてもよい。つまり、摩擦補償値の最適値が探索される範囲は、測定時間との兼ね合いにより、必要に応じて拡大してもよい。

図９Ａに示すように、ステップ２−２では、後述するステップ２−３で実際の動作が行われる前に、ステップ２−１で決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲との組み合わせパターンに従って、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。指令応答設定部２２は、指令応答設定機能２２１により、指令応答指標に従って設定される。位置速度制御部２３は、剛性設定機能２３１により、剛性指標に従って設定される。

ステップ２−３では、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。ここで、評価指標は、位置決め精度に関する整定時間、オーバーシュート量、ＩＮＰ変化回数などがある。記憶部２８の記憶容量に制限がなければ、できるだけ多くの評価指標が収集されることが好ましい。測定された結果は、剛性指標と指令応答指標との組み合わせパターンと対応付けて、摩擦補償値とともに記憶部２８に記憶される。

なお、図１Ａ、図１Ｂに示すように、測定された結果が記憶できるのであれば、記憶部２８は、モータ３を駆動する基本機能から離れた場所でもよい。

ステップ２−４では、摩擦補償値の最適値について、探索が完了したかどうか、が判定される。フローチャートは、探索が完了していれば、ステップ２−６へ進む。フローチャートは、探索が完了していなければ、ステップ２−５へ進む。

ステップ２−５では、動摩擦、および、粘性摩擦係数の推定値が変更される。ステップ２−５では、動摩擦補償処理２４ｃ、および、粘性摩擦補償処理２４ｄが再設定される。推定値の変更は、ステップ１の前に測定された負荷特性に対して一定の倍率が積算された操作量を、現在の推定値から加減算すればよい。変更が完了すれば、フローチャートは、ステップ２−３に戻る。ステップ２−３では、再び、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。

ステップ２−６では、ステップ２−１で決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲との全ての組み合わせに対して、摩擦補償値の最適値探索が完了したか、が判定される。探索が完了していなければ、フローチャートは、ステップ２−２に戻る。ステップ２−２では、再び、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。全探索が完了していれば、フローチャートは、ステップ３−１へ進む。

ここで、ステップ２−１において、図１１Ａから図１３Ｂに至る過程を経て、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とが、決定される理由について、図１４Ａから図１５Ｃを用いて説明する。

図１４Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。図１４Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。図１４Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。

図１５Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。図１５Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。図１５Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。

図１４Ａから図１４Ｃには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおける、位置決め整定時間、オーバーシュート量、振動レベルについて、実際に測定した結果が示される。

図１４Ａに示すように、位置決め整定時間を示す数値は、数値が大きいほど、外部位置指令が停止してから位置偏差が位置決め完了範囲以内となるまでの時間が長いことを意味する。図１４Ｂに示すように、オーバーシュート量を示す数値は、数値が大きいほど、目標位置を行き過ぎた量が大きいことを意味する。図１４Ｃに示すように、振動レベルを示す数値は、数値が大きいほど、位置偏差について、振動成分の振幅が大きいことを意味する。

斜線部分は、つぎの経過を経て、位置決め完了出力信号割れ（ＩＮＴ割れ）が発生していることを意味する。すなわち、外部位置指令が停止してから、位置偏差が位置決め完了範囲以内となる。その後、目標位置を行き過ぎたため、位置偏差が位置決め完了範囲以外となる。その後、再び、位置偏差が位置決め完了範囲以内となる。

実際に測定した今回の場合、位置決め完了範囲を５と設定した。よって、図１４Ｂに示すように、オーバーシュート量が６以上でＩＮＰ割れが発生していることが分かる。

なお、ＩＮＰ割れの発生は、位置決め完了出力信号の変化回数からも判断できる。外部位置指令が停止してから、位置決め完了出力信号の変化回数が１回であれば、ＩＮＰ割れの発生はない。外部位置指令が停止してから、位置決め完了出力信号の変化回数が１回より大きければ、ＩＮＰ割れが発生していることになる。

図１５Ａには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおける位置決め整定時間について、図１４Ａの測定結果から分かる傾向が示される。

位置決め整定時間については、指令応答性が支配的である。よって、指令応答指標が大きい、つまり時定数が小さいほど、位置決め整定時間は短くなる。位置決め整定時間については、剛性指標の影響は小さい。しかし、剛性指標が大きくなるほど、位置決め整定時間は短くなる。

図１５Ｂには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおけるオーバーシュート量について、図１４Ｂの測定結果から分かる傾向が示される。

剛性指標が小さいほど、オーバーシュート量は大きくなる。また、指令応答指標が大きい、つまり時定数が小さいほど、オーバーシュート量は大きくなる。

図１５Ｃには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおける振動レベルについて、図１４Ｃの測定結果から分かる傾向が示される。

振動レベルについては、外乱応答性が支配的である。よって、剛性指標が大きいほど、振動レベルは大きくなる。なお、振動レベルについて、指令応答指標の影響はほとんどない。

ここで、図９Ａに示したステップ２−５における、摩擦補償値の変更方法について、図１６を用いて説明する。

図１６は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、摩擦補償値に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。

摩擦補償値が小さすぎると、位置偏差は、（１）で示される状態となる。この場合、オーバーシュート量が大きく、ＩＮＰ割れが発生する。

摩擦補償値を大きくしていくと、位置偏差は、（２）で示される状態となる。この場合、オーバーシュート量は、ちょうど位置決め完了範囲内に収まる。また、位置決め整定時間は、最短となる。

さらに、摩擦補償値を大きくしていくと、位置偏差は、（３）あるいは（４）で示される状態となる。これらの場合、オーバーシュートは発生しなくなる。位置決め整定時間は、位置偏差が（２）で示される状態よりも長くなる。

以上のことから、ステップ２−５における、摩擦補償値の変更は、次のように行えばよいことがわかる。

すなわち、オーバーシュートが許容できる場合、ＩＮＰ割れが発生していれば、摩擦補償値を大きくする。また、ＩＮＰ割れが発生していなければ、摩擦補償値を小さくする。この調整を、ＩＮＰ割れの発生とＩＮＰ割れの未発生について、変化が発生するまで、繰り返し行う。

オーバーシュートが許容できない場合、オーバーシュートが発生していれば、摩擦補償値を大きくする。また、オーバーシュートが発生していなければ、摩擦補償値を小さくする。この調整を、オーバーシュートの発生とオーバーシュートの未発生について、変化が発生するまで、繰り返し行う。

以上の説明から明らかなように、オーバーシュート量、指令応答指標、剛性指標について、つぎの（ａ）から（ｃ）の組み合わせとする。すなわち、（ａ）オーバーシュート量は大きい、（ｂ）指令応答指標は大きい、（ｃ）剛性指標は小さい、という３つの条件の組み合わせである。

本組み合わせにより、摩擦補償値を最適に調整すれば、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全ての組み合わせにおいて、ＩＮＰ割れがない、あるいは、オーバーシュートがない、測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終の調整結果を選出する際、選択の幅が広くなる。

また、指令応答指標が大きく、剛性指標が小さい、組み合わせを選出することができる。よって、作業者は、位置決め整定時間をあまり長くすることなく、サーボモータを制御するにあたり、安定性が高い調整結果を得ることができる。

さらに、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

制振測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、応答性が最高となる剛性指標６２と、応答性が最高となる剛性指標６２に対応する指令応答指標６１と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、モータ３が駆動される。制振測定パターンは、位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

制振測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる制振周波数と深さ設定値とが探索されて、その結果が記憶される。

位置決め指標は、少なくとも位置決め整定時間と、振動レベルと、振動周波数とのうち、ひとつ以上を用いることができる。

制振周波数と深さ設定値との探索は、位置決め指標が最良となるように、深さ設定値を増加または減少させて探索される。制振周波数と深さ設定値との探索は、位置決め指標が良化する方向に、深さ設定値を増加または減少させることを繰り返すことで、探索される。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、測定範囲内の全パターンにおいて、振動レベルが低い測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終調整結果を選択する際、選択肢の幅を広げることができる。

以下、図９Ｂ、図１７Ａから図１８を用いて、主にソフトウェア構成について、さらに、詳細に説明する。

図９Ｂに示すように、ステップ３−１からステップ３−６では、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される。

ステップ３−１では、ステップ１で決定された、剛性指標範囲と指令応答指標範囲とに基いて、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される際の、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲とが、決定される。このとき、制振周波数の初期値は、制振フィルタが無効となる周波数に設定する。また、深さ設定の初期値は、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍となる深さに設定する。

なお、制振周波数および深さ設定について、適切な値の概算値が分かっていれば、この概算値を初期値としてもよい。

図１７Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１７Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最大剛性指標から制振探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。

図１７Ｂに示すように、剛性指標範囲の中で最大の剛性指標が、制振探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲の中で、時定数が最小となる指令応答指標Ｎｏ．６が、制振探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲とで決められる１パターンについて、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される。

この具体例では、剛性指標範囲よりも制振探索剛性指標範囲が、狭く設定される。また、指令応答指標範囲よりも制振探索指令応答指標範囲が、狭く設定される。

しかし、剛性指標範囲を制振探索剛性指標範囲とし、かつ、指令応答指標範囲を制振探索指令応答指標範囲として、全組み合わせパターンにおける制振周波数と深さ設定の最適値が探索されてもよい。つまり、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される範囲は、測定時間との兼ね合いにより、必要に応じて拡大してもよい。

図９Ｂに示すように、ステップ３−２では、後述するステップ３−３で実際の動作が行われる前に、ステップ３−１で決定された、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲との組み合わせパターンに従って、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。指令応答設定部２２は、指令応答設定機能２２１により、指令応答指標に従って設定される。位置速度制御部２３は、剛性設定機能２３１により、剛性指標に従って設定される。

ステップ３−３では、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。ここで、評価指標は、位置決め精度に関する整定時間、オーバーシュート量、ＩＮＰ変化回数、振動レベル、振動周波数などがある。記憶部２８の記憶容量に制限がなければ、できるだけ多くの評価指標が収集されることが好ましい。測定された結果は、剛性指標と指令応答指標との組み合わせパターンと対応付けて、制振周波数と深さ設定とともに記憶部２８に記憶される。

なお、図１Ａ、図１Ｂに示すように、測定された結果が記憶できるのであれば、記憶部２８は、モータ３を駆動する基本機能から離れた場所でもよい。

ステップ３−４では、制振周波数と深さ設定の最適値について、探索が完了したかどうか、が判定される。探索が完了していれば、フローチャートは、ステップ３−６へ進む。探索が完了していなければ、フローチャートは、ステップ３−５へ進む。

ステップ３−５では、制振周波数と深さ設定が変更される。ステップ３−５では、制振フィルタ設定処理２２１ｄを介して、制振フィルタ２２ｄの周波数特性が変更される。制振周波数の変更は、評価指標の振動周波数を制振周波数として設定すればよい。深さ設定の変更は、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍から１倍となるまで、浅くすればよい。例えば、深さ設定の変更は、０．１倍や０．０１倍といった一定間隔で、浅くすればよい。変更が完了すれば、フローチャートは、ステップ３−３に戻る。ステップ３−３では、再び、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。

ステップ３−６では、ステップ３−１で決定された、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲との全ての組み合わせに対して、制振周波数と深さ設定の最適値探索が完了したか、が判定される。探索が完了していなければ、フローチャートは、ステップ３−２に戻る。ステップ３−２では、再び、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。全探索が完了していれば、フローチャートは、ステップ４−１へ進む。

ここで、ステップ３−１において、図１７Ａ、図１７Ｂに示す過程を経て、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲とが、決定される理由について、図１４Ａから図１５Ｃ、図１８を用いて説明する。

剛性指標と指令応答指標とを変更した際の振動レベルについては、図１４Ａから図１５Ｃを用いて、先に説明した通りである。すなわち、振動レベルは、剛性指標が大きいほど振動が大きい。また、振動レベルは、指令応答指標の影響はほとんどない。

図１８は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、制振フィルタの深さ設定に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。

位置偏差の振動周波数が制振周波数として正しく設定されている場合、制振フィルタの深さ設定を浅くする。つまり、制振フィルタの入力に対する出力が、１倍に近づけられる。この場合、振動成分が完全に除去されず、位置偏差は、（３）で示されるように振動状態となる。

また、制振フィルタの深さ設定を深くする。つまり、制振フィルタの入力に対する出力が、０倍に近づけられる。この場合、振動成分が過剰に除去されると、応答の遅れは大きくなる。位置偏差は、（１）で示されるように振動状態となる。

つぎに、制振フィルタの深さ設定を、適切に設定する。この場合、振動成分が適切に除去される。位置偏差は、（２）で示されるように振動がなくなる。

つまり、位置偏差の振動が大きいと、ＩＮＰ割れの発生によって、位置決め整定時間が（２）よりも長い、（１）および（３）のようになる。

以上のことから、ステップ３−５における、制振フィルタの深さ設定の変更は、次のように行えばよいことがわかる。

すなわち、制振フィルタの深さ設定の初期値が、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍となる深さに設定されている場合、深さ設定が１倍に近づくように、徐々に浅くする。

制振フィルタの深さ設定の初期値が、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍となる深さに設定されていない場合、振動レベルが減少する方向に、深さ設定を浅くする、あるいは、深くする。この調整を、振動レベルが減少から増加に転じるまで、繰り返し行う。

なお、制振フィルタの深さ設定の変更に伴う、振動周波数の変動は、基本的には発生しない。よって、制振周波数の設定は、位置偏差の振動成分から振動周波数を抽出して、制振周波数として設定すればよい。制振周波数の設定は、最初に１回のみ設定すればよい。あるいは、制振周波数の設定は、深さ設定の変更が発生する毎に、都度、設定し直してもよい。

以上の説明から明らかなように、振動レベル、剛性指標について、つぎの（ａ）（ｂ）の組み合わせとする。すなわち、（ａ）振動レベルは大きい、（ｂ）剛性指標は大きい、の２つの条件の組み合わせである。

本組み合わせにより、制振周波数と深さ設定を最適に調整すれば、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全ての組み合わせにおいて、振動レベルが小さい、測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終の調整結果を選出する際、選択の幅が広くなる。

なお、ステップ２−１からステップ２−６までと、ステップ３−１からステップ３−６までとは、順番を逆にしても良い。

図９Ｂに示すように、ステップ４−１からステップ４−３では、ステップ１で決定された、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全組み合わせパターンについて、評価指標が測定される。

ステップ４−１では、ステップ４−２で実際に動作が行われる前に、ステップ１で決定された剛性指標範囲と指令応答指標範囲とに基いて、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。指令応答設定部２２は、指令応答設定機能２２１により、指令応答指標に従って設定される。位置速度制御部２３は、剛性設定機能２３１により、剛性指標に従って設定される。

また、ステップ２−１からステップ２−６で探索された、剛性指標と指令応答指標との組み合わせにおける摩擦補償値の最適値に基いて、動摩擦、および、粘性摩擦係数の推定値が変更される。また、摩擦補償値の最適値に基いて、動摩擦補償処理２４ｃ、および、粘性摩擦補償処理２４ｄが設定される。

ステップ４−２では、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。各動作の評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。ここで、評価指標は、位置決め精度に関する整定時間、オーバーシュート量、ＩＮＰ変化回数、振動レベルなどがある。記憶部２８の記憶容量に制限がなければ、できるだけ多くの評価指標が収集されることが好ましい。測定された結果は、剛性指標と指令応答指標との組み合わせパターンと対応付けて、記憶部２８に記憶される。

ステップ４−３では、ステップ１で決定された剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全組み合わせパターンについて、測定が完了したかどうか、が判定される。測定が完了していなければ、フローチャートは、ステップ４−１に戻る。ステップ４−１では、再び、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。測定が完了していれば、フローチャートは、ステップ５へ進む。

図９Ｂに示すように、ステップ５では、まず、推奨条件が選択される。推奨条件は、用途に応じて、予め定義された選択肢から選択される。また、推奨条件は、評価指標がグラフ表示されて、図的に選択されてもよい。あるいは、推奨条件は、指令応答指標と剛性指標とのマトリクスに対して評価指標が表示される。そして、推奨条件は、指令応答指標と剛性指標との組み合わせが、直接、指定されてもよい。指令応答指標と剛性指標とのマトリクスに対して評価指標が表示されることで、剛性指標または指令応答指標が変更された際の、評価指標の傾向が把握できる。

換言すれば、指令応答指標と剛性指標との組み合わせパターンの中から、１つ以上の候補が選出される方法であれば、どのような方法でも許容される。

図９Ｂに示すように、ステップ６では、ステップ４−１からステップ４−３の評価指標測定結果に基いて、ステップ５で選択された推奨条件に従って、最も優先順位が高い指令応答指標と剛性指標との組み合わせが、最終調整結果として選出される。推奨条件が並べ替え条件を含む場合、優先順位の２番目以降の候補について、示してもよい。

また、指令応答指標と剛性指標とのマトリクスに対して評価指標が表示されていれば、要求が満足される中で、より剛性指標が低い、指令応答指標と剛性指標との組み合わせが選出される。よって、作業者は、サーボモータを制御するにあたり、安定性が高い調整結果を得ることができる。

最後に、モータ駆動装置２のすべての自動調整機能が無効化されて、ステップ６が終了する。

指令応答設定機能２２１は、指令応答指標が、実際の指令応答設定部２２に反映されないよう、反映開始信号がオフにされる。また、剛性設定機能２３１は、剛性指標が、実際の位置速度制御部２３に反映されないよう、反映開始信号をオフにしておく。

本発明のモータ駆動装置は、サーボ調整について、十分な知識や経験を持たない作業者でも、用途毎に異なった評価指標を満足しつつ、安定性が高い調整結果を簡単に得ることができる。

１ 上位装置
２，１００２ モータ駆動装置
２ａ モータ駆動部
３ モータ
４ エンコーダ
５ 負荷
６ サーボ調整部
２２ 指令応答設定部
２３，１２３ 位置速度制御部
２４ 負荷特性補償部
２７ 評価指標測定機能
２８ 記憶部
６１ 指令応答指標
６２ 剛性指標
６３ 評価指標測定パターン
２２１ 指令応答設定機能
２３１ 剛性設定機能

本発明は、サーボモータを制御するモータ駆動装置に関するものであり、特に、サーボ調整に関する。

近年、組み込みマイコン（Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）が高性能化している。また、従来のＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に対してカスタマイズ可能な要素を組み合わせた集積回路が発展している。組み込みマイコンには、ＲＩＳＣマイコン（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などがある。集積回路には、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ-ｏｎ-ａ-Ｃｈｉｐ）などがある。

現在、これらの組み込みマイコンや集積回路を用いることで、モータ駆動装置は、サーボモータを外部からの指令に基いて駆動するにあたり、基本機能に加えて、さまざまに自動調整する機能を有している。基本機能とは、サーボモータを駆動制御する位置、速度、電流制御などをいう。

図１９は、従来のモータ駆動装置のブロック図である。

図１９に示すように、モータ駆動装置１００２は、モータ３を駆動制御する基本機能を有する。図中、基本性能は、一重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが実線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

上位装置１は、モータ駆動装置１００２に外部位置指令を送信する。上位装置１から送信された外部位置指令は、モータ駆動装置１００２の指令選択部２１によって受信される。指令選択部２１は、後述する試運転機能２１１から送信される内部位置指令と、上位装置１から送信された外部位置指令とのいずれか一方を選択する。指令選択部２１は、指令選択部２１にて選択された、内部位置指令と外部位置指令とのうちいずれか一方を、選択後位置指令として指令応答設定部２２に送信する。

指令応答設定部２２では、選択後位置指令に対してフィルタ演算処理を行う。指令応答設定部２２にてフィルタ演算処理が行われた後、指令応答設定部２２は、フィルタ演算処理した結果をフィルタ後位置指令として位置速度制御部２３に送信する。

位置速度制御部２３は、受信したフィルタ後位置指令と、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報とを用いて、フィードバック制御演算を行う。フィードバック制御演算は、ＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に代表される。位置速度制御部２３にてフィードバック制御演算が行われた後、位置速度制御部２３は、位置偏差が０となるようなトルク指令を負荷特性補償部２４に送信する。

負荷特性補償部２４は、位置速度制御部２３から送信されたトルク指令に対して、総イナーシャに応じたスケーリング処理を行う。総イナーシャとは、モータ３および負荷５などによるイナーシャをいう。負荷特性補償部２４は、スケーリング処理を行うことで、負荷イナーシャの差異を吸収する。

また、負荷特性補償部２４は、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報より、モータ３および負荷５の摩擦トルクを推定する。負荷特性補償部２４は、推定した摩擦トルクをあらかじめ加算して、補償後トルク指令を生成する。負荷特性補償部２４は、生成された補償後トルク指令を共振抑制部２５に送信する。

モータ３と負荷５との共振特性により、振動が引き起こされることがある。振動が励起されないよう、共振抑制部２５は、補償後トルク指令から特定の周波数成分を除去する、ノッチフィルタ処理、あるいは、ローパスフィルタ処理を行う。共振抑制部２５は、ノッチフィルタ処理、あるいは、ローパスフィルタ処理を行った結果を、フィルタ後トルク指令としてモータ３に送信する。

共振抑制部２５から送信されたフィルタ後トルク指令が用いられる電流制御や、パワー回路を介して、モータ３は、制御される。モータ３は、受信したフィルタ後トルク指令どおりのトルクを出力するように制御される。モータ３の動きは、接続された負荷５やエンコーダ４に伝えられる。モータ３の動きは、エンコーダ４を介して、モータ位置情報としてモータ駆動装置１００２にフィードバックされる。

次に、図１９に示すように、モータ駆動装置１００２は、自動調整機能を有する。図中、自動調整機能は、二重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが破線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

例えば、特許文献１に示されるように、試運転機能２１１は、モータ駆動装置１００２の内部で、往復運転パターンを生成する。往復運転パターンは、ある傾きの加減速度を有する、一定量の三角波である。往復運転パターンは、正負を有する。

一般的に、試運転機能２１１は、外部からのパラメータが設定されることにより、モータ駆動装置１００２が内蔵するＮＣ演算処理によって指令パターンがリアルタイムに自動で計算される。外部からのパラメータとは、移動量、最高速度、加速時間、減速時間、停止時間などをいう。試運転機能２１１は、一定周期毎に内部位置指令を生成する機能である。

なお、試運転機能２１１から指令選択部２１に内部位置指令を送信する際、試運転機能２１１は、指令選択部２１が内部位置指令を選択するような付加情報を送信することもできる。このように、付加情報を送信すれば、試運転機能２１１から指令選択部２１の動作を指定できる。

例えば、特許文献２に示されるように、指令応答設定機能２２１は、位置指令の応答性を決める指令前置フィルタの遮断周波数を決定する。指令応答設定機能２２１は、モータ駆動装置１００２の外部から剛性値という１つの指標が与えられる。指令応答設定機能２２１は、与えられた剛性値と、モータ駆動装置１００２に内蔵されるテーブルから、指令前置フィルタの遮断周波数を決定する。

一般的に、指令応答設定機能２２１は、つぎの形態で示す、１つ、あるいは、複数の指令応答指標を受信することで、指令応答設定部２２の１つ、または、複数のパラメータを自動設定する。つまり、指令応答指標が受信される形態は、一次遅れや二次遅れのフィルタ時定数や、減衰比で、より細かい周波数特性を指示するものがある。あるいは、指令応答指標が受信される形態は、立ち上がり時間や遅延時間、オーバーシュート量などの時間応答の過渡特性を指示するものがある。指令応答設定機能２２１は、指令応答設定部２２に対する送信や受信の関係が、指令応答指標とできる限り一致するよう、指令応答設定部２２の１つ、または、複数のパラメータを自動設定する。

例えば、特許文献３に示されるように、剛性設定機能２３１は、サーボ剛性を代表する１パラメータを指標としている。剛性設定機能２３１は、サーボ剛性を代表する１パラメータに一定の比率を掛けて、速度比例ゲインや速度積分ゲイン、位置比例ゲインを連動して設定する。また、先に示した特許文献２のように、剛性値に対応したテーブルから、位置速度制御部のゲイン設定を決定してもよい。

一般的に、剛性設定機能２３１は、１つ、あるいは、複数の剛性指標を受信し、位置速度制御部２３の外乱応答が剛性指標にできるだけ一致するよう、位置速度制御部２３の１つ、または、複数のパラメータを自動設定する。

例えば、特許文献４に示されるように、負荷特性測定機能２４１は、モータ３に送信されるフィルタ後トルク指令、および、エンコーダ４から送信されるモータ位置情報と、その高次差分である速度・加速度から、最小二乗推定を用いて、摩擦特性を自動で推定する。摩擦特性とは、モータ３および負荷５などによるイナーシャを合わせた総イナーシャや、常に一定で働く偏荷重トルク、動作方向に依存する動摩擦トルク、動作速度に比例する粘性摩擦トルクなどをいう。

また、負荷特性測定機能２４１は、推定された結果を負荷特性補償部２４に対して、リアルタイムに反映させる。よって、どのような負荷５が接続されても、負荷特性測定機能２４１は、指令応答指標や剛性指標で指定された同じ応答性を得ることができる、適応ロバスト性を有する。

例えば、特許文献５に示されるように、適応フィルタ機能２５１は、再帰型のノッチフィルタを用いた適応アルゴリズムにより、モータ速度から抽出した高周波成分をできるだけ０に近づけるよう、共振抑制部２５のパラメータを自動調整する。また、適応フィルタ機能２５１は、つぎのバリエーションを有する。つまり、バリエーションのひとつは、トルク指令から振動成分を抽出する。他のバリエーションは、モデル応答との差から振動成分を抽出する。あるいは、他のバリエーションは、適応フィルタを複数持つ。さらに他のバリエーションは、ノッチ周波数だけではなく、幅や深さ、Ｑ値を自動調整する、というものなどがある。

一般的に、適応フィルタ機能２５１は、何らかの方法で、モータ３と負荷５との共振特性に起因する振動成分を抽出する。適応フィルタ機能２５１は、規範入力との差を最小にする適応アルゴリズムにより、共振抑制部２５のフィルタパラメータを自動調整する。

例えば、特許文献６に示されるように、発振検知機能２６は、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報から変動分を抽出する。発振検知機能２６は、抽出された変動分と、しきい値との比較、継続時間の判定などにより、モータ３および負荷５の発振状態を検出する。

発振検知機能２６が発振を検知した場合、発振検知機能２６は、前述の剛性設定機能２３１に発振検知情報を伝達する。このようにして、発振検知機能２６は、フィードバックループの周波数帯域幅が狭くなるような剛性値を選択して、発振を自動的に抑制する。

例えば、特許文献７に示されるように、評価指標測定機能２７は、入出力データを周期的に測定して記憶する。評価指標測定機能２７は、評価指標に対応した入出力データから、評価値を算出、表示、蓄積する機能である。入出力データとは、指令選択部２１の位置指令出力、エンコーダ４のモータ位置出力、負荷特性補償部２４のトルク指令出力などをいう。評価指標とは、整定時間やオーバーシュート、トルク変動などをいう。本機能の重要な側面は、いずれもリアルタイムに取得できる膨大なモータ制御情報から、より意味のある少数の評価指標にデータ圧縮することである。

また、例えば、特許文献８には、剛性指標に相当するゲインパラメータ値と、指令応答指標に相当する目標応答特性調整ゲインの調整方法が示されている。

特開平５−３４６３５９号公報 特開２００７−３３６７９２号公報 特開平６−３１９２８４号公報 特開２００５−１６８１６６号公報 特開２００４−２７４９７６号公報 国際公開第２００８／０８７８９３号 国際公開第２００９／０９６１６９号 特開２００６−２５４６３０号公報

本発明が対象とするモータ駆動装置は、モータを駆動する。モータ駆動装置は、指令応答設定部と、位置速度制御部と、負荷特性補償部と、サーボ調整部と、指令応答設定機能と、剛性設定機能と、評価指標測定機能と、記憶部と、を備える。

指令応答設定部は、位置指令を受信し、特定の周波数帯域を除去するフィルタ処理を行う。また、指令応答設定部は、フィルタ処理を行なった結果をフィルタ後位置指令として送信する。

位置速度制御部は、フィルタ後位置指令と、エンコーダから送信されたモータ位置情報と、を受信する。位置速度制御部は、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との偏差を０とするようなトルク指令を生成する。位置速度制御部は、生成したトルク指令を送信する。

負荷特性補償部は、トルク指令を受信し、モータとモータに加えられた負荷とのイナーシャ推定値を乗じる。負荷特性補償部は、イナーシャ推定値を乗じた後、負荷の摩擦トルク推定値を加算して、モータを駆動する補償後トルク指令を生成する。負荷特性補償部は、生成した補償後トルク指令を送信する。

サーボ調整部は、複数の指令応答指標と、複数の剛性指標と、を記憶する。また、サーボ調整部は、各々の指令応答指標と剛性指標とを組み合わせて評価指標測定パターンを生成する。

指令応答設定機能は、サーボ調整部より送信される、評価指標測定パターンを構成する指令応答指標に従い、指令応答設定部のフィルタ特性を自動で設定する。

剛性設定機能は、サーボ調整部より送信される、評価指標測定パターンを構成する剛性指標に従い、位置速度制御部のパラメータを自動で設定する。

評価指標測定機能は、位置指令と、モータ位置情報と、補償後トルク指令と、の少なくとも一つから導き出された評価指標を自動で測定する。

記憶部は、評価指標測定機能で測定された結果を記憶する。

特に、モータ駆動装置は、生成された評価指標測定パターンに従って、順次、指令応答指標と剛性指標とを変更しながらモータを駆動する。

図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１における他のモータ駆動装置のブロック図である。 図２Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定部２２を説明する要部ブロック図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す移動平均フィルタステップ応答２２ａを説明する特性図である。 図２Ｃは、図２Ａに示す一時遅れフィルタステップ応答２２ｂを説明する特性図である。 図２Ｄは、図２Ａに示す２次フィルタ周波数特性２２ｃを説明する特性図である。 図２Ｅは、図２Ａに示す制振フィルタ周波数特性２２ｄを説明する特性図である。 図３は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３を説明する要部ブロック図である。 図４は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３の他の実施の形態を説明する要部ブロック図である。 図５は、図１Ａ、図１Ｂに示す負荷特性補償部２４を説明する要部ブロック図である。 図６は、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定機能２２１を説明する要部ブロック図である。 図７Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す剛性設定機能２３１を説明する要部ブロック図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す剛性テーブル２３１ａを説明する説明図である。 図８は、図１Ａ、図１Ｂに示す評価指標測定機能２７を説明する要部ブロック図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置のサーボ調整を説明するフローチャートである。 図９Ｂは、図９Ａとともに本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置のサーボ調整を説明するフローチャートである。 図１０Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１０Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性を含む剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１１Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１２Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１３Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１４Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。 図１４Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。 図１４Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。 図１５Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。 図１５Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。 図１５Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。 図１６は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、摩擦補償値に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。 図１７Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１７Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最大剛性指標から制振探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。 図１８は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、制振フィルタの深さ設定に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。 図１９は、従来のモータ駆動装置のブロック図である。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置は、後述する構成により、サーボ調整について、細かな知識や十分な経験を持たない作業者でも、簡単にサーボ調整に関する結果を得ることができる。得られたサーボ調整に関する結果は、用途毎に異なる評価指標の要求を満足するとともに、より安定性が高い。

つまり、従来のモータ駆動装置は、つぎの改善すべき点を有していた。すなわち、従来のモータ駆動装置は、各種の自動調整機能が個別に最適化される。よって、従来のモータ駆動装置は、サーボ調整の一連の流れに対して、整合がとれていない。

例えば、指令応答設定機能２２１は、指令応答指標を高くするほど、位置決め制御（ＰＴＰ制御：Ｐｏｉｎｔ Ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌともいう。）では、整定時間を短くできる。指令応答設定機能２２１は、指令応答指標を高くするほど、軌跡制御（ＣＰ制御：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐａｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ）では、追従誤差を小さくできる。しかし、指令応答設定機能２２１では、外部位置指令の離散化や指令分解能の設定により、制約を受ける。

また、モータ３と負荷５とが固定される装置自体の剛性によって、指令応答設定機能２２１は、機台振動を考慮して指令応答指標を低くする場合もある。このような判断を行う場合、作業者には、上位装置の理解や、実機を運用した経験が求められる。

つぎに、剛性設定機能２３１は、剛性指標を高くするほど、外乱抑圧特性が改善する。よって、剛性設定機能２３１は、ＰＴＰ制御では、ＣＰ制御と比べてオーバーシュート量を小さくできる。剛性設定機能２３１は、ＣＰ制御では、ＰＴＰ制御と比べて追従誤差を小さくできる。しかし、剛性指標をどこまで高くできるかは、位置速度制御部２３のフィードバック制御の安定性に大きく依存する。よって、最適な調整を行うために、作業者には、制御理論に関する知識が求められる。

また、位置速度制御部２３と、負荷特性補償部２４の総イナーシャと、共振抑制部２５の設定は、正しい順番で設定しなければならない。これらの設定が、正しい順番で設定されない場合、フィードバックの安定性が損なわれ、剛性指標で指定した応答性が得られないことがある。あるいは、最悪の場合、モータ３が不安定化して発振することもある。つまり、作業者には、制御理論だけでなく、サーボ調整の手順を把握していることが求められる。

つぎに、評価指標測定機能２７は、モータを制御する基本機能には影響を与えない。しかし、評価指標によっては、正しい測定結果を得るために、指令パターンや基本機能の設定に一定の制約がかかる場合がある。一例として、ＰＴＰ制御における位置決め整定時間が挙げられる。位置決め整定時間は、外部位置指令が停止した時点から、モータ位置が位置決め完了範囲内に入った時点までと定義される。

ところが、指令応答指標や剛性指標が低いため、モータ位置が位置決め完了範囲に入る前に、次の外部位置指令変化が始まることがある。このような場合、当然ながら、位置決め整定時間は、測定できない。つまり、作業者が、評価指標の意味や、評価指標測定機能の測定方法を理解していないと、サーボ調整の結果を正しく判定することはできない。

これら個々の自動調整機能を有効、無効とする、あるいは、モード設定を行うなどの操作は、通常、個別にモータ駆動装置の外部から行われる。しかし、サーボ調整を行うために、作業者が、すべての自動調整機能を正しい順番で操作することは、非常に困難であった。

つぎに、特許文献８には、剛性指標に相当するゲインパラメータ値と、指令応答指標に相当する目標応答特性調整ゲインの調整方法が示されている。しかし、モータ駆動装置は、用いられる用途によって、求められる評価指標は異なる。すべての用途に対して、最適な調整結果を得ることは困難であった。

また、ゲインパラメータ値は、機械振動が発生しない限度まで高められた設定となる。よって、ゲインパラメータ値は、求められる評価指標を満足しつつ、制御として安定性が高い、調整結果が得られるとは限らない。

また、剛性指標に相当するゲインパラメータ値と、指令応答指標に相当する目標応答特性調整ゲインと、を変更した際の評価指標の傾向を知ることはできない。よって、ゲインパラメータ値は、設定値を選択する範囲において、十分な幅がない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。

（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１における他のモータ駆動装置のブロック図である。

図１９に示した、従来のモータ駆動装置１００２と同様の構成要素には、同じ符号を付与し、説明を援用する。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、モータ３を駆動する。モータ駆動装置２は、指令応答設定部２２と、位置速度制御部２３と、負荷特性補償部２４と、サーボ調整部６と、指令応答設定機能２２１と、剛性設定機能２３１と、評価指標測定機能２７と、記憶部２８と、を備える。

指令応答設定部２２は、位置指令を受信し、特定の周波数帯域を除去するフィルタ処理を行う。また、指令応答設定部２２は、フィルタ処理を行なった結果をフィルタ後位置指令として送信する。

位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令と、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報と、を受信する。位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との偏差を０とするようなトルク指令を生成する。位置速度制御部２３は、生成したトルク指令を送信する。

負荷特性補償部２４は、トルク指令を受信し、モータ３とモータ３に加えられた負荷５とのイナーシャ推定値を乗じる。負荷特性補償部２４は、イナーシャ推定値を乗じた後、負荷５の摩擦トルク推定値を加算して、モータ３を駆動する補償後トルク指令を生成する。負荷特性補償部２４は、生成した補償後トルク指令を送信する。

サーボ調整部６は、複数の指令応答指標６１と、複数の剛性指標６２と、を記憶する。また、サーボ調整部６は、各々の指令応答指標６１と剛性指標６２とを組み合わせて評価指標測定パターン６３を生成する。

指令応答設定機能２２１は、サーボ調整部６より送信される、評価指標測定パターン６３を構成する指令応答指標に従い、指令応答設定部のフィルタ特性を自動で設定する。

剛性設定機能２３１は、サーボ調整部６より送信される、評価指標測定パターン６３を構成する剛性指標６２に従い、位置速度制御部２３のパラメータを自動で設定する。

評価指標測定機能２７は、位置指令と、モータ位置情報と、補償後トルク指令と、の少なくとも一つから導き出された評価指標を自動で測定する。

記憶部２８は、評価指標測定機能２７で測定された結果を記憶する。

特に、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する。

評価指標は、少なくとも位置決め整定時間と、オーバーシュート量と、振動レベルと、位置決め完了出力信号変化回数とのうち、ひとつ以上を用いることができる。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、サーボ調整について、詳細な知識を持たない作業者でも、用途毎に異なった評価指標を満たしつつ、より安定性が高いサーボ調整を行うことができる。

以下、図１Ａから図８を用いて、主にハードウェア構成について、詳細に説明する。

はじめに、図１Ａに示すモータ駆動装置２と図１Ｂに示すモータ駆動装置２との違いは、記憶部２８を設置する位置の違いである。図１Ａに示すモータ駆動装置２は、モータ３を駆動する基本機能を有するモータ駆動部２ａと、記憶部２８とが、別の構造体で構成される。図１Ｂに示すモータ駆動装置２は、モータ３を駆動する基本機能を有する部分と、記憶部２８とが、一体で構成される。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施の形態１におけるモータ駆動装置２の主な特徴は、つぎのとおりである。すなわち、自動調整機能に関する外部との送受信が、サーボ調整部６を介して行われる。サーボ調整部６によって、自動調整機能に関する制御が可能となる。

また、本実施の形態１において、図１９で示した従来のモータ駆動装置１００２から、必ずしも必要ではない、つぎの構成要素を省いている。すなわち、従来のモータ駆動装置１００２から、指令選択部２１と、共振抑制部２５と、発振検知機能２６と、試運転機能２１１と、負荷特性測定機能２４１および適応フィルタ機能２５１と、が省かれる。

図１Ａに示すように、本実施の形態１において、モータ３を駆動制御する基本機能は、上位装置１と、モータ駆動部２ａと、モータ３と、を接続して実現される。モータ駆動部２ａは、指令応答設定部２２と、位置速度制御部２３と、負荷特性補償部２４と、を有する。

まず、図１Ａに示すように、モータ駆動装置２は、モータ３を駆動制御する基本性能を有する。図中、基本性能は、一重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが実線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

上位装置１は、モータ駆動装置２に外部位置指令を送信する。上位装置１から送信された外部位置指令は、モータ駆動装置２の指令応答設定部２２によって受信される。

なお、モータ駆動装置２の内部において、内部位置指令を生成する試運転機能を有する場合、指令応答設定部２２は、外部位置指令に代えて、内部位置指令を用いてもよい。

図２Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定部２２を説明する要部ブロック図である。図２Ｂは、図２Ａに示す移動平均フィルタステップ応答２２ａを説明する特性図である。図２Ｃは、図２Ａに示す一時遅れフィルタステップ応答２２ｂを説明する特性図である。図２Ｄは、図２Ａに示す２次フィルタ周波数特性２２ｃを説明する特性図である。図２Ｅは、図２Ａに示す制振フィルタ周波数特性２２ｄを説明する特性図である。

図２Ａに示すように、指令応答設定部２２は、上位装置１から送信される外部位置指令を受けて、つぎの工程を経た後、フィルタ後位置指令を送信する。

すなわち、図２Ａ、図２Ｂに示すように、移動平均フィルタステップ応答２２ａは、外部位置指令と、後述する指令応答設定機能２２１から送信された移動平均回数と、を受信する。移動平均フィルタステップ応答２２ａは、指令応答設定機能２２１から指定された移動平均回数の移動平均処理を行う。

図２Ａ、図２Ｃに示すように、一次遅れフィルタステップ応答２２ｂは、移動平均フィルタステップ応答２２ａで移動平均処理された結果と、指令応答設定機能２２１から送信された指令応答時定数と、を受信する。一次遅れフィルタステップ応答２２ｂは、指令応答時定数にステップ応答特性を加える。

図２Ａ、図２Ｄに示すように、２次フィルタ周波数特性２２ｃは、一次遅れフィルタステップ応答２２ｂから得た結果と、指令応答設定機能２２１から送信された、２次フィルタ周波数と減衰比と、を受信する。２次フィルタ周波数特性２２ｃは、２次フィルタ周波数と減衰比とで規定された結果を送信する。

図２Ａ、図２Ｅに示すように、制振フィルタ周波数特性２２ｄは、２次フィルタ周波数特性２２ｃから得た結果と、指令応答設定機能２２１から送信された、制振周波数と深さと、を受信する。制振フィルタ周波数特性２２ｄは、制振周波数と深さとで定義される制振フィルタを経た結果、フィルタ後位置指令を得る。指令応答設定部２２は、制振フィルタ周波数特性２２ｄが得たフィルタ後位置指令を、つぎの工程へ送信する。

図３は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３を説明する要部ブロック図である。

図３に示すように、位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令とともに、駆動対象であるモータ３に接続されたエンコーダ４より、モータ位置情報を受信する。位置速度制御部２３は、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との偏差が０となるトルク指令を送信する。

具体的には、フィルタ後位置指令とモータ位置情報との差異である位置偏差が計算される。また、位置速度制御部２３には、後述する剛性設定機能２３１から位置ループゲインが送信される。

位置速度制御部２３では、位置偏差に対して、剛性設定機能２３１から指定された位置ループゲインを乗じる、位置比例処理２３ａが行われる。位置速度制御部２３では、位置比例処理２３ａの結果として、速度指令が得られる。

また、位置速度制御部２３では、モータ位置情報の差分などから、実現可能な速度検出処理２３ｅが行われる。位置速度制御部２３では、速度検出処理２３ｅの結果として、モータ速度が得られる。

位置速度制御部２３では、速度指令とモータ速度との差異である、速度偏差が算出される。

位置速度制御部２３には、剛性設定機能２３１から速度ループゲインと速度ループ積分時定数とが送信される。

位置速度制御部２３では、算出された速度偏差と、剛性設定機能２３１から指定された速度ループゲインとによる速度比例処理２３ｂが行われる。また、位置速度制御部２３では、算出された速度偏差と、速度ループ積分時定数とによる速度積分処理２３ｃが行われる。位置速度制御部２３では、速度比例処理２３ｂと速度積分処理２３ｃから送信される値が加算された結果、内部トルク指令が得られる。

位置速度制御部２３には、剛性設定機能２３１からトルクフィルタ時定数が送信される。

位置速度制御部２３では、剛性設定機能２３１から指定されたトルクフィルタ時定数を用いて、内部トルク指令と一次遅れフィルタとのトルクフィルタ処理２３ｄが行われる。位置速度制御部２３では、トルクフィルタ処理２３ｄの結果として、トルク指令が得られる。位置速度制御部２３は、得たトルク指令を、つぎの工程へ送信する。

なお、応答性を改善するため、速度指令は、フィルタ後位置指令の差分より、実現可能な、速度フィードフォワード処理２３ｆを経た結果を加算してもよい。

図４は、図１Ａ、図１Ｂに示す位置速度制御部２３の他の実施の形態を説明する要部ブロック図である。

ここで、図４に示す、他の位置速度制御部１２３の具体例について、説明する。位置速度制御部１２３では、フィルタ後位置指令の一階差分や二階差分と、フィルタ処理とを組み合わせて、フィードフォワード指令生成処理を行うことにより、実現可能な、つぎの３つの指令が、同時に生成される。

すなわち、第１の生成される指令は、位置比例処理２３ａが受信するフィードフォワード位置指令である。第２の生成される指令は、速度フィードフォワード処理２３ｆが受信するフィードフォワード速度指令である。第３の生成される指令は、トルクフィードフォワード処理２３ｇが受信するフィードフォワードトルク指令である。

位置速度制御部１２３は、駆動対象であるモータ３に接続されたエンコーダ４から送信されたモータ位置情報を、受信する。位置速度制御部１２３では、フィードフォワード位置指令との差異である位置偏差が算出される。また、位置速度制御部１２３には、後述する剛性設定機能２３１から位置ループゲインが送信される。位置速度制御部１２３では、算出された位置偏差に対して、剛性設定機能２３１から指定された位置ループゲインを乗じる、位置比例処理２３ａが行われる。位置速度制御部１２３では、位置比例処理２３ａの結果として、速度指令が得られる。

本構成において、位置速度制御部１２３では、フィードフォワード速度指令を受信する速度フィードフォワード処理２３ｆが送信する値に対して、速度指令が加算される。位置速度制御部１２３では、モータ位置情報の差分などから、実現可能な速度検出処理２３ｅを経て、モータ速度が得られる。位置速度制御部１２３では、速度指令とモータ速度との差異である速度偏差が算出される。

位置速度制御部１２３には、剛性設定機能２３１から速度ループゲインと速度ループ積分時定数とが送信される。

位置速度制御部１２３では、算出された速度偏差と、剛性設定機能２３１から指定された速度ループゲインとによる速度比例処理２３ｂが行われる。また、位置速度制御部１２３では、算出された速度偏差と、速度ループ積分時定数とによる速度積分処理２３ｃが行われる。位置速度制御部１２３では、速度比例処理２３ｂと速度積分処理２３ｃから送信される値が加算された結果、内部トルク指令が得られる。

本構成において、位置速度制御部１２３では、フィードフォワードトルク指令を受信するトルクフィードフォワード処理２３ｇが送信する値に対して、内部トルク指令が加算される。

また、位置速度制御部１２３には、剛性設定機能２３１からトルクフィルタ時定数が送信される。

位置速度制御部１２３では、内部トルク指令が加算されたトルクフィードフォワード処理２３ｇが送信する値に対して、剛性設定機能２３１から指定されたトルクフィルタ時定数を有する、一次遅れフィルタによるトルクフィルタ処理２３ｄが行われる。位置速度制御部１２３では、トルクフィルタ処理２３ｄの結果として、トルク指令が得られる。位置速度制御部１２３は、得られたトルク指令を、つぎの工程へ送信する。

本構成において、フィルタ後位置指令が十分滑らかであれば、位置速度制御部１２３は、外乱トルクによる影響を考慮しない理想的な状態で、フィルタ後位置指令に対するモータ位置を完全に追従することができる。

モータ駆動装置２は、それぞれに独立して設定できる２つの制御要素を得ることができる。ひとつは、後述する指令応答設定機能２２１による指令応答指標が、指令応答を自由に制御できる。もうひとつは、後述する剛性設定機能２３１による剛性指標が、外乱応答を自由に制御できる。

図５は、図１Ａ、図１Ｂに示す負荷特性補償部２４を説明する要部ブロック図である。

図５に示すように、負荷特性補償部２４では、トルク指令に対してイナーシャ補償処理２４ａが施される。イナーシャ補償処理２４ａとは、トルク指令に対して、事前に設定された負荷特性が指定するイナーシャ推定値が乗じられるものである。このように、モータ３および負荷５の総イナーシャに応じたスケーリング処理を行うことで、負荷特性補償部２４では、さまざまな負荷５によって異なる、モータを等価したイナーシャの差異が吸収できる。

また、負荷特性補償部２４では、後述する具体例のような、想定できる範囲の摩擦補償を行うことにより、即応性の改善や、動作方向または速度による応答の差異を軽減できる。すなわち、第１の摩擦補償としては、負荷特性が指定する偏荷重推定値をトルク指令に加算する、偏荷重補償処理２４ｂがある。第２の摩擦補償としては、動摩擦補償処理２４ｃがある。動摩擦補償処理２４ｃは、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報からモータ速度を算出する。動摩擦補償処理２４ｃは、動摩擦推定値をモータ速度方向に応じてトルク指令に加減算する。第３の摩擦補償としては、粘性摩擦補償処理２４ｄがある。粘性摩擦補償処理２４ｄは、粘性摩擦係数推定値とモータ速度とを乗じて、トルク指令に加算する。

負荷特性補償部２４は、上述した、さまざまな負荷特性補償を行った結果として、補償後トルク指令を送信する。

なお、動摩擦補償、粘性摩擦補償に用いられるモータ速度情報は、位置速度制御部２３が動作する限り、速度指令に追従する。よって、負荷特性補償部２４は、モータ速度情報に代えて、位置指令の差分などから算出される速度指令を用いれば、負荷変動による影響を受けることがない。その結果、負荷特性補償部２４は、安定した補償値を得ることも可能である。

モータ３には、電流制御やパワー回路を介して、電圧や電流が供給される。負荷特性補償部２４から送信された補償後トルク指令に従って、モータ３に供給される電圧や電流が調整される。よって、補償後トルク指令に応じて、モータ３の出力トルクは変化する。この結果、モータ３に接続された負荷５が、動作する。

ところで、モータ３と、モータ３に接続された負荷５との共振特性により、振動が引き起こされることがある。そこで、共振抑制部がモータ駆動装置２に取り付けられると、共振抑制部が、負荷特性補償部２４より送信された補償後トルク指令から、特定の周波数成分を除去する。つまり、共振抑制部によるフィルタ処理を行うことで、共振を引き起こす振動が励起されないようにできる。

次に、図１Ａに示すように、モータ駆動装置２は、自動調整機能を有する。図中、自動調整機能は、二重線で囲われたブロックを用いて、各ブロックが破線で接続された、つぎの流れにより、実現される。

図６は、図１Ａ、図１Ｂに示す指令応答設定機能２２１を説明する要部ブロック図である。

図６に示すように、指令応答設定機能２２１は、サーボ調整部６から、指令応答指標として、つぎの信号を受信する。すなわち、指令応答指標は、移動平均時間と時定数、および、制振周波数と深さ、を含む。また、指令応答指標は、指令応答設定機能２２１が受け取った指令応答指標を、指令応答設定部２２へ反映する機会を示す信号を含む。指令応答設定機能２２１が受け取った指令応答指標を、指令応答設定部２２へ反映する機会を示す信号を、指令応答指標反映開始信号という。

この指令応答指標反映開始信号がオンの場合、移動平均時間設定処理２２１ａは、指令応答設定部２２に向けて、移動平均回数を送信する。指令応答設定部２２内に含まれる移動平均フィルタステップ応答２２ａの演算周期で、移動平均時間を除すれば、移動平均回数が算出される。

例えば、２次フィルタ設定処理２２１ｃは、２次フィルタの減衰比を１に固定する。例えば、２次フィルタ設定処理２２１ｃは、２次フィルタの周波数を、指令応答指標に含まれる時定数の逆数を２πで割った値とする。

制振フィルタ設定処理２２１ｄは、指令応答指標に含まれる、制振周波数と深さに関する設定を、そのまま制振フィルタ２２ｄに送信する。

その他に、指令応答設定部２２は、指令応答時定数のステップ応答特性を有する、一次遅れフィルタステップ応答２２ｂがある。この一次遅れフィルタステップ応答２２ｂの指令応答時定数は、指令応答設定機能２２１内で演算しなくてもよい。一次遅れフィルタステップ応答２２ｂの指令応答時定数は、手動設定パラメータである、一次遅れスムージング時定数から設定してもよい。

なお、指令応答指標は、さまざまな形や組み合わせで設定される。例えば、指令応答指標は、単に、指令応答カットオフ周波数といった単一の値で設定される。また、指令応答指標は、一次遅れのフィルタ時定数や、二次遅れのフィルタ時定数、あるいは、減衰比といった周波数特性の全体を指示する形で設定される。あるいは、指令応答指標は、立ち上がり時間や遅延時間、オーバーシュート量などの過渡特性を指示する形で設定される。指令応答設定部２２全体の送受信関係が指令応答指標にできるだけ一致するよう、指令応答設定部２２は、フィルタ特性を自動で設定されるようにしてもよい。

図７Ａは、図１Ａ、図１Ｂに示す剛性設定機能２３１を説明する要部ブロック図である。図７Ｂは、図７Ａに示す剛性テーブル２３１ａを説明する説明図である。

図７に示すように、剛性設定機能２３１は、サーボ調整部６から剛性指標を受信する。

サーボ調整部６から送信された剛性指標反映開始信号がオンの場合、剛性テーブル２３１ａは、剛性テーブル２３１ａ内に記憶されたテーブルを参照して、位置速度制御部２３へのパラメータセットを送信する。本実施の形態では、剛性指標は、０から３１までの３２段階の値から成る。剛性指標は、剛性指標の値が大きいほど、位置速度制御部２３の外乱を抑圧する特性が高くなるような、バラメータセットを送信する。パラメータセットは、位置ループゲインＫｐ、速度ループゲインＫｖｐ、速度ループ積分時定数Ｔｉ、トルクフィルタ時定数ＴＦを有する。

なお、剛性指標は、一般に外乱を抑圧する特性に関係する剛性指標を入力して、位置速度制御部２３の送受信関係が剛性指標にできるだけ一致するよう、位置速度制御部２３のパラメータセットを自動で設定するようにしてもよい。一般的に、外乱を抑圧する特性に関係する剛性指標には、外乱トルクからモータ速度までの周波数応答全体に関する指標や、速度変動率やジッタなどの定常特性に関する指標などがある。

また、剛性設定機能２３１が剛性指標を受信してから、剛性設定機能２３１が位置速度制御部２３にパラメータセットを送信する工程において、今回、例示したように、剛性指標から一義的に内部パラメータが決められる剛性テーブルを用いるものがある。その他、本工程は、つぎに示すような、さまざまな自動設定方法を用いることができる。すなわち、本工程は、ある一つの内部パラメータと剛性指標との関係だけが定義されており、その他は内部パラメータ間の比率から計算されるものを用いることができる。さらに、本工程は、剛性指標だけではなく、負荷特性補償部２４の設定も入力として、複数のパラメータを含む計算式から内部パラメータを決めるものなども、用いることができる。

図８は、図１Ａ、図１Ｂに示す評価指標測定機能２７を説明する要部ブロック図である。

図８に示すように、評価指標測定機能２７は、エンコーダ４からモータ位置情報を、上位装置１から外部位置指令を、負荷特性補償部２４から補償後トルク指令を、受信する。評価指標測定機能２７は、サーボ調整部６から、位置決め完了範囲、最大トルク制限、振動検知レベルなどの測定閾値を受信する。評価指標測定機能２７は、サーボ調整部６から送信された制御信号に応じて、サーボ調整部６に対して、各種評価指標を送信する。制御信号には、測定開始信号、測定回数、最大停止時間などがある。

評価指標そのものや、評価指標の計算方法は、多岐にわたる。一例として、図８を用いて、実施の形態に示した評価指標の計算方法について、以下に説明する。

図８に示すように、位置決め整定時間は、上位装置１から送信された外部位置指令が停止した後、位置偏差がサーボ調整部６から送信される位置決め完了範囲以内となるまでの時間で、測定できる。位置偏差とは、外部位置指令とエンコーダ４から送信されたモータ位置情報との偏差である。

オーバーシュート量は、タクト間における最大位置偏差と最小位置偏差のうち、外部位置指令の方向と逆向きのものと定義できる。

振動レベルおよび振動周波数は、いくつかの計算方法がある。振動レベルおよび振動周波数は、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報に基いて、振動成分を抽出する方法がある。振動レベルおよび振動周波数は、負荷特性補償部２４から送信された補償後トルク指令から、特定周波数帯域の振動成分を抽出する方法もある。サーボ調整部６から送信された振動検知レベルと、振動レベルおよび振動周波数とを比較すれば、振動検出が可能である。

位置決め完了出力信号は、位置偏差が位置決め完了範囲内に入るとオンし、位置偏差が位置決め完了範囲外ではオフする信号として、一般的である。以下、位置決め完了出力信号をＩＮＰということもある。ＩＮＰは、タクト間のＩＮＰ信号変化回数を、位置決め整定の指標とすることもできる。ＩＮＰ変化回数は、外部位置指令が停止した後に限定してもよい。

指令速度やモータ速度は、上位装置１から送信された外部位置指令や、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報の差分から計算される。

トルク指令は、負荷特性補償部２４から送信された補償後トルク指令から得ることができる。

位置偏差は、外部位置指令と、エンコーダ４から送信されたモータ位置情報との偏差となる。

これらの値のうち、タクト間で最大値あるいは最小値となるものを評価指標とする。このような評価指標を用いれば、タクト間で生じる動作のうち、かなりの部分が把握される。

トルク指令は、タクト間の２乗積算平方根より実効値が求められる。求められたトルク指令は、モータ３やモータ駆動装置２の容量を選定する際などで、非常に有用な評価指標となる。

上述したように、リアルタイムに取得できる、膨大な量のモータ制御に関する情報が存在する。評価指標測定機能２７では、これら膨大な量のモータ制御に関する情報を、一定のアルゴリズムで、より意味のある、少ない数の評価指標として、圧縮することが求められる。

図９Ａ、図９Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置のサーボ調整を説明するフローチャートである。

図９Ａ、図９Ｂには、図１Ａ、図１Ｂで示したモータ駆動装置２が有する基本機能と自動調整機能について、サーボ調整する際のステップが示される。本実施の形態１におけるモータ駆動装置２では、後述するサーボ調整のステップが、図１Ａ、図１Ｂで示されたサーボ調整部６内で実施される。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

第１の摩擦補償測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、時定数が最小となる指令応答指標６１と、時定数が最小となる指令応答指標６１に対応する剛性指標６２と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、剛性指標６２を、順次、変更しながら、モータ３が駆動される。第１の摩擦補償測定パターンは、すべての組み合わせで位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

各々の第１の摩擦補償測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる摩擦補償値が探索されて、その結果が記憶される。

または、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

第２の摩擦補償測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、応答性が最低となる剛性指標６２と、応答性が最低となる剛性指標６２に対応する指令応答指標６１と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、指令応答指標６１を、順次、変更しながら、モータ３が駆動される。第２の摩擦補償測定パターンは、すべての組み合わせで位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

各々の第２の摩擦補償測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる摩擦補償値が探索されて、その結果が記憶される。

あるいは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

第３の摩擦補償測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、時定数が最小となる指令応答指標６１と、応答性が最低となる剛性指標６２と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、モータ３が駆動される。第３の摩擦補償測定パターンは、位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

第３の摩擦補償測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる摩擦補償値が探索されて、その結果が記憶される。

位置決め指標は、少なくとも位置決め整定時間と、オーバーシュート量と、位置決め完了出力信号変化回数とのうち、ひとつ以上を用いることができる。

摩擦補償値の探索は、位置決め指標が最良となるように、摩擦補償値を増加または減少させて探索される。摩擦補償値の探索は、位置決め指標が良化する方向に、摩擦補償値を増加または減少させることを繰り返すことで、探索される。

ところで、位置決め指標が良化する方向の具体例として、以下にその一例を示す。なお、位置決め指標が良化する方向は、以下の内容に限定されるものではない。

位置決め整定時間が短いほど、位置決め指標は良化する。オーバーシュート量が小さいほど、位置決め指標は良化する。位置決め完了出力信号変化回数は、外部位置指令が０となってから、１回だけ変化することが望ましい。振動レベルが小さいほど、位置決め指標は良化する。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、測定範囲内の全パターンにおいて、オーバーシュートがない。または、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、オーバーシュートが位置決め完了範囲内に収まる測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終調整結果を選択する際の選択肢の幅を広げることができる。

以下、図９Ａから図１６を用いて、主にソフトウェア構成について、詳細に説明する。

図９Ａに示すように、ステップ１では、事前に決定された最高剛性より、指令応答測定を行う剛性指標範囲と指令応答指標範囲とが決定される。

最高剛性の決定は、次のように行われる。まず、予め定められた初期指令応答指標が指令応答設定部２２に設定される。また、予め定められた初期剛性指標が剛性設定機能２３１に設定される。初期指令応答指標および初期剛性指標は、モータ３および負荷５の発振が起こらないよう、応答性を低くしておくことが望ましい。

次に、上位装置１から送信された外部位置指令の動作パターンが、決定される。動作パターンに基いて、負荷特性が測定される。負荷特性の測定が適切に行われるよう、動作パターンは、加速度や最高速度、あるいは、トルク指令が大きくなるように設定されることが望ましい。負荷特性として、イナーシャ、偏加重、動摩擦、および、粘性摩擦係数の各推定値が測定される。測定された各推定値は、負荷特性補償部２４のイナーシャ補償処理２４ａ、偏加重補償処理２４ｂ、動摩擦補償処理２４ｃ、および、粘性摩擦補償処理２４ｄに設定される。

次に、決定された動作パターンについて、剛性指標を上げながら、負荷特性が測定される。最高剛性には、モータ３および負荷５の発振が起こる剛性指標から、一定のマージンが確保された低い剛性指標が採用される。なお、モータ３および負荷５の振動レベルに制限値が規定されている場合、最高剛性には、振動レベルが制限値を超えたときの剛性指標、の直前の剛性指標が採用される。

モータ３と、モータ３に接続される負荷５との共振特性により引き起こされる振動が励起されないよう、補償後トルク指令から特定の周波数成分を除去する、フィルタ処理が施されることがある。フィルタ処理が施される共振抑制部が存在する場合、負荷特性の測定は、フィルタ処理を活用しながら、行われる。すなわち、フィルタ処理を活用しながら剛性指標が上げられる。負荷特性の測定は、剛性指標毎に、共振抑制部の設定値を記憶しておくことが望ましい。

図１０Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１０Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性を含む剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。

図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、最高剛性から、剛性指標範囲と指令応答指標範囲とが、決定される。図１０Ａに示すように、指令応答指標範囲は、最高剛性から指令応答指標Ｎｏ．１から指令応答指標Ｎｏ．６までの６パターンが選び出される。図１０Ｂに示すように、剛性指標範囲は、最高剛性を含む、最高剛性から５段階下の剛性指標までの６パターンが選択される。選択された剛性指標範囲と、選び出された指令応答指標範囲とを組み合わせて、３６パターンが設定される。後述するステップ４−２において、設定された３６パターンについては、順次、指令応答指標と剛性指標とが変更されながら、評価指標が測定される。また、後述するステップ２−２およびステップ３−２においても、設定された３６パターンにおける剛性指標範囲と指令応答指標範囲とが、用いられる。

なお、当然のことながら、設定されたパターンの組み合わせ数は、測定精度と測定時間との兼ね合いにより、必要に応じて増減してもよい。図１０Ｂに示すように、この組み合わせは、剛性指標を縦軸、指令応答指標を横軸とした場合、碁盤目に並ぶように配置される。

図９Ａに示すように、ステップ２−１からステップ２−６では、ステップ１の前に設定された、動摩擦補償処理２４ｃおよび粘性摩擦補償処理２４ｄである、摩擦補償値の最適値が、探索される。

ステップ２−１では、ステップ１で決定された、剛性指標範囲と指令応答指標範囲とに基いて、摩擦補償値の最適値が探索される際の、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とが、決定される。

図１１Ａから図１３Ｂには、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とが決定される例が、示される。

具体的には、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最小剛性指標から摩擦補償探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。

図１１Ｂに示すように、剛性指標範囲が、そのまま摩擦補償探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲の中で、時定数が最小となる指令応答指標Ｎｏ．６が、摩擦補償探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とに基いて、６パターンが設定される。後述するステップ２−２において、設定された６パターンについては、順次変更されながら、各パターンにおける摩擦補償値の最適値が探索される。

図１２Ｂに示すように、剛性指標範囲の中で最小の剛性指標が、摩擦補償探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲である、指令応答指標Ｎｏ．１から指令応答指標Ｎｏ．６が、そのまま摩擦補償探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とに基いて、６パターンが設定される。後述するステップ２−２において、設定された６パターンについては、順次変更されながら、各パターンにおける摩擦補償値の最適値が探索される。

図１３Ｂに示すように、剛性指標範囲の中で最小の剛性指標が、摩擦補償探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲の中で、時定数が最小となる指令応答指標Ｎｏ．６が、摩擦補償探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とで決められる１パターンについて、摩擦補償値の最適値が探索される。

この具体例では、剛性指標範囲よりも摩擦補償探索剛性指標範囲が、狭く設定される。また、指令応答指標範囲よりも摩擦補償探索指令応答指標範囲が、狭く設定される。

しかし、剛性指標範囲を摩擦補償探索剛性指標範囲とし、かつ、指令応答指標範囲を摩擦補償探索指令応答指標範囲として、全組み合わせパターンにおける摩擦補償値の最適値が探索されてもよい。つまり、摩擦補償値の最適値が探索される範囲は、測定時間との兼ね合いにより、必要に応じて拡大してもよい。

図９Ａに示すように、ステップ２−２では、後述するステップ２−３で実際の動作が行われる前に、ステップ２−１で決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲との組み合わせパターンに従って、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。指令応答設定部２２は、指令応答設定機能２２１により、指令応答指標に従って設定される。位置速度制御部２３は、剛性設定機能２３１により、剛性指標に従って設定される。

ステップ２−３では、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。ここで、評価指標は、位置決め精度に関する整定時間、オーバーシュート量、ＩＮＰ変化回数などがある。記憶部２８の記憶容量に制限がなければ、できるだけ多くの評価指標が収集されることが好ましい。測定された結果は、剛性指標と指令応答指標との組み合わせパターンと対応付けて、摩擦補償値とともに記憶部２８に記憶される。

なお、図１Ａ、図１Ｂに示すように、測定された結果が記憶できるのであれば、記憶部２８は、モータ３を駆動する基本機能から離れた場所でもよい。

ステップ２−４では、摩擦補償値の最適値について、探索が完了したかどうか、が判定される。フローチャートは、探索が完了していれば、ステップ２−６へ進む。フローチャートは、探索が完了していなければ、ステップ２−５へ進む。

ステップ２−５では、動摩擦、および、粘性摩擦係数の推定値が変更される。ステップ２−５では、動摩擦補償処理２４ｃ、および、粘性摩擦補償処理２４ｄが再設定される。推定値の変更は、ステップ１の前に測定された負荷特性に対して一定の倍率が積算された操作量を、現在の推定値から加減算すればよい。変更が完了すれば、フローチャートは、ステップ２−３に戻る。ステップ２−３では、再び、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。

ステップ２−６では、ステップ２−１で決定された、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲との全ての組み合わせに対して、摩擦補償値の最適値探索が完了したか、が判定される。探索が完了していなければ、フローチャートは、ステップ２−２に戻る。ステップ２−２では、再び、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。全探索が完了していれば、フローチャートは、ステップ３−１へ進む。

ここで、ステップ２−１において、図１１Ａから図１３Ｂに至る過程を経て、摩擦補償探索剛性指標範囲と摩擦補償探索指令応答指標範囲とが、決定される理由について、図１４Ａから図１５Ｃを用いて説明する。

図１４Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。図１４Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。図１４Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の測定結果を示す説明図である。

図１５Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、位置決め整定時間の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。図１５Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、オーバーシュート量の組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。図１５Ｃは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲と指令応答指標範囲のうち、振動レベルの組み合わせパターンの評価指標の傾向を示す説明図である。

図１４Ａから図１４Ｃには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおける、位置決め整定時間、オーバーシュート量、振動レベルについて、実際に測定した結果が示される。

図１４Ａに示すように、位置決め整定時間を示す数値は、数値が大きいほど、外部位置指令が停止してから位置偏差が位置決め完了範囲以内となるまでの時間が長いことを意味する。図１４Ｂに示すように、オーバーシュート量を示す数値は、数値が大きいほど、目標位置を行き過ぎた量が大きいことを意味する。図１４Ｃに示すように、振動レベルを示す数値は、数値が大きいほど、位置偏差について、振動成分の振幅が大きいことを意味する。

斜線部分は、つぎの経過を経て、位置決め完了出力信号割れ（ＩＮＴ割れ）が発生していることを意味する。すなわち、外部位置指令が停止してから、位置偏差が位置決め完了範囲以内となる。その後、目標位置を行き過ぎたため、位置偏差が位置決め完了範囲以外となる。その後、再び、位置偏差が位置決め完了範囲以内となる。

実際に測定した今回の場合、位置決め完了範囲を５と設定した。よって、図１４Ｂに示すように、オーバーシュート量が６以上でＩＮＰ割れが発生していることが分かる。

なお、ＩＮＰ割れの発生は、位置決め完了出力信号の変化回数からも判断できる。外部位置指令が停止してから、位置決め完了出力信号の変化回数が１回であれば、ＩＮＰ割れの発生はない。外部位置指令が停止してから、位置決め完了出力信号の変化回数が１回より大きければ、ＩＮＰ割れが発生していることになる。

図１５Ａには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおける位置決め整定時間について、図１４Ａの測定結果から分かる傾向が示される。

位置決め整定時間については、指令応答性が支配的である。よって、指令応答指標が大きい、つまり時定数が小さいほど、位置決め整定時間は短くなる。位置決め整定時間については、剛性指標の影響は小さい。しかし、剛性指標が大きくなるほど、位置決め整定時間は短くなる。

図１５Ｂには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおけるオーバーシュート量について、図１４Ｂの測定結果から分かる傾向が示される。

剛性指標が小さいほど、オーバーシュート量は大きくなる。また、指令応答指標が大きい、つまり時定数が小さいほど、オーバーシュート量は大きくなる。

図１５Ｃには、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との組み合わせパターンにおける振動レベルについて、図１４Ｃの測定結果から分かる傾向が示される。

振動レベルについては、外乱応答性が支配的である。よって、剛性指標が大きいほど、振動レベルは大きくなる。なお、振動レベルについて、指令応答指標の影響はほとんどない。

ここで、図９Ａに示したステップ２−５における、摩擦補償値の変更方法について、図１６を用いて説明する。

図１６は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、摩擦補償値に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。

摩擦補償値が小さすぎると、位置偏差は、（１）で示される状態となる。この場合、オーバーシュート量が大きく、ＩＮＰ割れが発生する。

摩擦補償値を大きくしていくと、位置偏差は、（２）で示される状態となる。この場合、オーバーシュート量は、ちょうど位置決め完了範囲内に収まる。また、位置決め整定時間は、最短となる。

さらに、摩擦補償値を大きくしていくと、位置偏差は、（３）あるいは（４）で示される状態となる。これらの場合、オーバーシュートは発生しなくなる。位置決め整定時間は、位置偏差が（２）で示される状態よりも長くなる。

以上のことから、ステップ２−５における、摩擦補償値の変更は、次のように行えばよいことがわかる。

すなわち、オーバーシュートが許容できる場合、ＩＮＰ割れが発生していれば、摩擦補償値を大きくする。また、ＩＮＰ割れが発生していなければ、摩擦補償値を小さくする。この調整を、ＩＮＰ割れの発生とＩＮＰ割れの未発生について、変化が発生するまで、繰り返し行う。

オーバーシュートが許容できない場合、オーバーシュートが発生していれば、摩擦補償値を大きくする。また、オーバーシュートが発生していなければ、摩擦補償値を小さくする。この調整を、オーバーシュートの発生とオーバーシュートの未発生について、変化が発生するまで、繰り返し行う。

以上の説明から明らかなように、オーバーシュート量、指令応答指標、剛性指標について、つぎの（ａ）から（ｃ）の組み合わせとする。すなわち、（ａ）オーバーシュート量は大きい、（ｂ）指令応答指標は大きい、（ｃ）剛性指標は小さい、という３つの条件の組み合わせである。

本組み合わせにより、摩擦補償値を最適に調整すれば、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全ての組み合わせにおいて、ＩＮＰ割れがない、あるいは、オーバーシュートがない、測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終の調整結果を選出する際、選択の幅が広くなる。

また、指令応答指標が大きく、剛性指標が小さい、組み合わせを選出することができる。よって、作業者は、位置決め整定時間をあまり長くすることなく、サーボモータを制御するにあたり、安定性が高い調整結果を得ることができる。

さらに、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２は、生成された評価指標測定パターン６３に従って、順次、指令応答指標６１と剛性指標６２とを変更しながらモータ３を駆動する前に、以下の動作を行う。

制振測定パターンが、評価指標測定パターン６３において、応答性が最高となる剛性指標６２と、応答性が最高となる剛性指標６２に対応する指令応答指標６１と、を組み合わせて、決定される。

指令応答設定機能２２１と剛性設定機能２３１とを用いて、モータ３が駆動される。制振測定パターンは、位置決め指標が測定されて、その結果が記憶される。

制振測定パターンにおいて、位置決め指標が最良となる制振周波数と深さ設定値とが探索されて、その結果が記憶される。

位置決め指標は、少なくとも位置決め整定時間と、振動レベルと、振動周波数とのうち、ひとつ以上を用いることができる。

制振周波数と深さ設定値との探索は、位置決め指標が最良となるように、深さ設定値を増加または減少させて探索される。制振周波数と深さ設定値との探索は、位置決め指標が良化する方向に、深さ設定値を増加または減少させることを繰り返すことで、探索される。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置によれば、測定範囲内の全パターンにおいて、振動レベルが低い測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終調整結果を選択する際、選択肢の幅を広げることができる。

以下、図９Ｂ、図１７Ａから図１８を用いて、主にソフトウェア構成について、さらに、詳細に説明する。

図９Ｂに示すように、ステップ３−１からステップ３−６では、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される。

ステップ３−１では、ステップ１で決定された、剛性指標範囲と指令応答指標範囲とに基いて、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される際の、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲とが、決定される。このとき、制振周波数の初期値は、制振フィルタが無効となる周波数に設定する。また、深さ設定の初期値は、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍となる深さに設定する。

なお、制振周波数および深さ設定について、適切な値の概算値が分かっていれば、この概算値を初期値としてもよい。

図１７Ａは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、最高剛性から指令応答指標範囲を決定する例を示す説明図である。図１７Ｂは、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、剛性指標範囲の最大剛性指標から制振探索剛性指標範囲を決定する例を示す説明図である。

図１７Ｂに示すように、剛性指標範囲の中で最大の剛性指標が、制振探索剛性指標範囲と決定される。また、指令応答指標範囲の中で、時定数が最小となる指令応答指標Ｎｏ．６が、制振探索指令応答指標範囲と決定される。

決定された、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲とで決められる１パターンについて、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される。

この具体例では、剛性指標範囲よりも制振探索剛性指標範囲が、狭く設定される。また、指令応答指標範囲よりも制振探索指令応答指標範囲が、狭く設定される。

しかし、剛性指標範囲を制振探索剛性指標範囲とし、かつ、指令応答指標範囲を制振探索指令応答指標範囲として、全組み合わせパターンにおける制振周波数と深さ設定の最適値が探索されてもよい。つまり、制振周波数と深さ設定の最適値が探索される範囲は、測定時間との兼ね合いにより、必要に応じて拡大してもよい。

図９Ｂに示すように、ステップ３−２では、後述するステップ３−３で実際の動作が行われる前に、ステップ３−１で決定された、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲との組み合わせパターンに従って、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。指令応答設定部２２は、指令応答設定機能２２１により、指令応答指標に従って設定される。位置速度制御部２３は、剛性設定機能２３１により、剛性指標に従って設定される。

ステップ３−３では、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。ここで、評価指標は、位置決め精度に関する整定時間、オーバーシュート量、ＩＮＰ変化回数、振動レベル、振動周波数などがある。記憶部２８の記憶容量に制限がなければ、できるだけ多くの評価指標が収集されることが好ましい。測定された結果は、剛性指標と指令応答指標との組み合わせパターンと対応付けて、制振周波数と深さ設定とともに記憶部２８に記憶される。

なお、図１Ａ、図１Ｂに示すように、測定された結果が記憶できるのであれば、記憶部２８は、モータ３を駆動する基本機能から離れた場所でもよい。

ステップ３−４では、制振周波数と深さ設定の最適値について、探索が完了したかどうか、が判定される。探索が完了していれば、フローチャートは、ステップ３−６へ進む。探索が完了していなければ、フローチャートは、ステップ３−５へ進む。

ステップ３−５では、制振周波数と深さ設定が変更される。ステップ３−５では、制振フィルタ設定処理２２１ｄを介して、制振フィルタ２２ｄの周波数特性が変更される。制振周波数の変更は、評価指標の振動周波数を制振周波数として設定すればよい。深さ設定の変更は、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍から１倍となるまで、浅くすればよい。例えば、深さ設定の変更は、０．１倍や０．０１倍といった一定間隔で、浅くすればよい。変更が完了すれば、フローチャートは、ステップ３−３に戻る。ステップ３−３では、再び、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。

ステップ３−６では、ステップ３−１で決定された、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲との全ての組み合わせに対して、制振周波数と深さ設定の最適値探索が完了したか、が判定される。探索が完了していなければ、フローチャートは、ステップ３−２に戻る。ステップ３−２では、再び、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。全探索が完了していれば、フローチャートは、ステップ４−１へ進む。

ここで、ステップ３−１において、図１７Ａ、図１７Ｂに示す過程を経て、制振探索剛性指標範囲と制振探索指令応答指標範囲とが、決定される理由について、図１４Ａから図１５Ｃ、図１８を用いて説明する。

剛性指標と指令応答指標とを変更した際の振動レベルについては、図１４Ａから図１５Ｃを用いて、先に説明した通りである。すなわち、振動レベルは、剛性指標が大きいほど振動が大きい。また、振動レベルは、指令応答指標の影響はほとんどない。

図１８は、本発明の実施の形態１におけるサーボ駆動装置において、制振フィルタの深さ設定に応じた位置決め整定時の位置偏差を示す説明図である。

位置偏差の振動周波数が制振周波数として正しく設定されている場合、制振フィルタの深さ設定を浅くする。つまり、制振フィルタの入力に対する出力が、１倍に近づけられる。この場合、振動成分が完全に除去されず、位置偏差は、（３）で示されるように振動状態となる。

また、制振フィルタの深さ設定を深くする。つまり、制振フィルタの入力に対する出力が、０倍に近づけられる。この場合、振動成分が過剰に除去されると、応答の遅れは大きくなる。位置偏差は、（１）で示されるように振動状態となる。

つぎに、制振フィルタの深さ設定を、適切に設定する。この場合、振動成分が適切に除去される。位置偏差は、（２）で示されるように振動がなくなる。

つまり、位置偏差の振動が大きいと、ＩＮＰ割れの発生によって、位置決め整定時間が（２）よりも長い、（１）および（３）のようになる。

以上のことから、ステップ３−５における、制振フィルタの深さ設定の変更は、次のように行えばよいことがわかる。

すなわち、制振フィルタの深さ設定の初期値が、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍となる深さに設定されている場合、深さ設定が１倍に近づくように、徐々に浅くする。

制振フィルタの深さ設定の初期値が、制振フィルタの入力に対する出力の関係が０倍となる深さに設定されていない場合、振動レベルが減少する方向に、深さ設定を浅くする、あるいは、深くする。この調整を、振動レベルが減少から増加に転じるまで、繰り返し行う。

なお、制振フィルタの深さ設定の変更に伴う、振動周波数の変動は、基本的には発生しない。よって、制振周波数の設定は、位置偏差の振動成分から振動周波数を抽出して、制振周波数として設定すればよい。制振周波数の設定は、最初に１回のみ設定すればよい。あるいは、制振周波数の設定は、深さ設定の変更が発生する毎に、都度、設定し直してもよい。

以上の説明から明らかなように、振動レベル、剛性指標について、つぎの（ａ）（ｂ）の組み合わせとする。すなわち、（ａ）振動レベルは大きい、（ｂ）剛性指標は大きい、の２つの条件の組み合わせである。

本組み合わせにより、制振周波数と深さ設定を最適に調整すれば、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全ての組み合わせにおいて、振動レベルが小さい、測定結果を得ることができる。よって、作業者が、最終の調整結果を選出する際、選択の幅が広くなる。

なお、ステップ２−１からステップ２−６までと、ステップ３−１からステップ３−６までとは、順番を逆にしても良い。

図９Ｂに示すように、ステップ４−１からステップ４−３では、ステップ１で決定された、剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全組み合わせパターンについて、評価指標が測定される。

ステップ４−１では、ステップ４−２で実際に動作が行われる前に、ステップ１で決定された剛性指標範囲と指令応答指標範囲とに基いて、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。指令応答設定部２２は、指令応答設定機能２２１により、指令応答指標に従って設定される。位置速度制御部２３は、剛性設定機能２３１により、剛性指標に従って設定される。

また、ステップ２−１からステップ２−６で探索された、剛性指標と指令応答指標との組み合わせにおける摩擦補償値の最適値に基いて、動摩擦、および、粘性摩擦係数の推定値が変更される。また、摩擦補償値の最適値に基いて、動摩擦補償処理２４ｃ、および、粘性摩擦補償処理２４ｄが設定される。

ステップ４−２では、ステップ１の前に決定された動作パターンに従って、モータが駆動される。各動作の評価指標は、評価指標測定機能２７によって測定される。ここで、評価指標は、位置決め精度に関する整定時間、オーバーシュート量、ＩＮＰ変化回数、振動レベルなどがある。記憶部２８の記憶容量に制限がなければ、できるだけ多くの評価指標が収集されることが好ましい。測定された結果は、剛性指標と指令応答指標との組み合わせパターンと対応付けて、記憶部２８に記憶される。

ステップ４−３では、ステップ１で決定された剛性指標範囲と指令応答指標範囲との全組み合わせパターンについて、測定が完了したかどうか、が判定される。測定が完了していなければ、フローチャートは、ステップ４−１に戻る。ステップ４−１では、再び、剛性指標と指令応答指標との組み合わせが変更される。測定が完了していれば、フローチャートは、ステップ５へ進む。

図９Ｂに示すように、ステップ５では、まず、推奨条件が選択される。推奨条件は、用途に応じて、予め定義された選択肢から選択される。また、推奨条件は、評価指標がグラフ表示されて、図的に選択されてもよい。あるいは、推奨条件は、指令応答指標と剛性指標とのマトリクスに対して評価指標が表示される。そして、推奨条件は、指令応答指標と剛性指標との組み合わせが、直接、指定されてもよい。指令応答指標と剛性指標とのマトリクスに対して評価指標が表示されることで、剛性指標または指令応答指標が変更された際の、評価指標の傾向が把握できる。

換言すれば、指令応答指標と剛性指標との組み合わせパターンの中から、１つ以上の候補が選出される方法であれば、どのような方法でも許容される。

図９Ｂに示すように、ステップ６では、ステップ４−１からステップ４−３の評価指標測定結果に基いて、ステップ５で選択された推奨条件に従って、最も優先順位が高い指令応答指標と剛性指標との組み合わせが、最終調整結果として選出される。推奨条件が並べ替え条件を含む場合、優先順位の２番目以降の候補について、示してもよい。

また、指令応答指標と剛性指標とのマトリクスに対して評価指標が表示されていれば、要求が満足される中で、より剛性指標が低い、指令応答指標と剛性指標との組み合わせが選出される。よって、作業者は、サーボモータを制御するにあたり、安定性が高い調整結果を得ることができる。

最後に、モータ駆動装置２のすべての自動調整機能が無効化されて、ステップ６が終了する。

指令応答設定機能２２１は、指令応答指標が、実際の指令応答設定部２２に反映されないよう、反映開始信号がオフにされる。また、剛性設定機能２３１は、剛性指標が、実際の位置速度制御部２３に反映されないよう、反映開始信号をオフにしておく。

本発明のモータ駆動装置は、サーボ調整について、十分な知識や経験を持たない作業者でも、用途毎に異なった評価指標を満足しつつ、安定性が高い調整結果を簡単に得ることができる。

１ 上位装置
２，１００２ モータ駆動装置
２ａ モータ駆動部
３ モータ
４ エンコーダ
５ 負荷
６ サーボ調整部
２２ 指令応答設定部
２３，１２３ 位置速度制御部
２４ 負荷特性補償部
２７ 評価指標測定機能
２８ 記憶部
６１ 指令応答指標
６２ 剛性指標
６３ 評価指標測定パターン
２２１ 指令応答設定機能
２３１ 剛性設定機能

Claims (10)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   位置指令を受信し、特定の周波数帯域を除去するフィルタ処理を行うとともに、前記フィルタ処理を行なった結果をフィルタ後位置指令として送信する指令応答設定部と、
   前記フィルタ後位置指令と、エンコーダから送信されたモータ位置情報と、を受信し、前記フィルタ後位置指令と前記モータ位置情報との偏差を０とするようなトルク指令を生成し、生成した前記トルク指令を送信する位置速度制御部と、
   前記トルク指令を受信し、前記モータと前記モータに加えられた負荷とのイナーシャ推定値を乗じた後、前記負荷の摩擦トルク推定値を加算して、前記モータを駆動する補償後トルク指令を生成し、生成した前記補償後トルク指令を送信する負荷特性補償部と、
   複数の指令応答指標と、複数の剛性指標と、を記憶するとともに、各々の前記指令応答指標と前記剛性指標とを組み合わせて評価指標測定パターンを生成するサーボ調整部と、
   前記サーボ調整部より送信される、前記評価指標測定パターンを構成する前記指令応答指標に従い、前記指令応答設定部のフィルタ特性を自動で設定する指令応答設定機能と、
   前記サーボ調整部より送信される、前記評価指標測定パターンを構成する前記剛性指標に従い、前記位置速度制御部のパラメータを自動で設定する剛性設定機能と、
   前記位置指令と、前記モータ位置情報と、前記補償後トルク指令と、の少なくとも一つから導き出された評価指標を自動で測定する評価指標測定機能と、
   前記評価指標測定機能で測定された結果を記憶する記憶部と、
   を備え、
   生成された前記評価指標測定パターンに従って、順次、前記指令応答指標と前記剛性指標とを変更しながら前記モータを駆動するモータ駆動装置。
2. 前記評価指標は、少なくとも位置決め整定時間と、オーバーシュート量と、振動レベルと、位置決め完了出力信号変化回数とのうち、ひとつ以上を用いる、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 生成された前記評価指標測定パターンに従って、順次、前記指令応答指標と前記剛性指標とを変更しながら前記モータを駆動する前に、
   前記評価指標測定パターンにおいて、時定数が最小となる前記指令応答指標と、時定数が最小となる前記指令応答指標に対応する前記剛性指標と、を組み合わせて第１の摩擦補償測定パターンを決定し、
   前記指令応答設定機能と前記剛性設定機能とを用いて、前記剛性指標を、順次、変更しながら前記モータを駆動させ、すべての組み合わせで位置決め指標を測定して記憶し、各々の前記第１の摩擦補償測定パターンにおいて、前記位置決め指標が最良となる摩擦補償値を探索して記憶する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 生成された前記評価指標測定パターンに従って、順次、前記指令応答指標と前記剛性指標とを変更しながら前記モータを駆動する前に、
   前記評価指標測定パターンにおいて、応答性が最低となる前記剛性指標と、応答性が最低となる前記剛性指標に対応する前記指令応答指標と、を組み合わせて第２の摩擦補償測定パターンを決定し、
   前記指令応答設定機能と前記剛性設定機能とを用いて、前記指令応答指標を、順次、変更しながら前記モータを駆動させ、すべての組み合わせで位置決め指標を測定して記憶し、各々の前記第２の摩擦補償測定パターンにおいて、前記位置決め指標が最良となる摩擦補償値を探索して記憶する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 生成された前記評価指標測定パターンに従って、順次、前記指令応答指標と前記剛性指標とを変更しながら前記モータを駆動する前に、
   前記評価指標測定パターンにおいて、時定数が最小となる前記指令応答指標と、応答性が最低となる前記剛性指標と、を組み合わせて第３の摩擦補償測定パターンを決定し、
   前記指令応答設定機能と前記剛性設定機能とを用いて前記モータを駆動させて、位置決め指標を測定して記憶し、前記第３の摩擦補償測定パターンにおいて、前記位置決め指標が最良となる摩擦補償値を探索して記憶する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
6. 前記位置決め指標は、少なくとも位置決め整定時間と、オーバーシュート量と、位置決め完了出力信号変化回数とのうち、ひとつ以上を用いる、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記位置決め指標が最良となるように、前記摩擦補償値を増加または減少させて探索する、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 生成された前記評価指標測定パターンに従って、順次、前記指令応答指標と前記剛性指標とを変更しながら前記モータを駆動する前に、
   前記評価指標測定パターンにおいて、応答性が最高となる前記剛性指標と、応答性が最高となる前記剛性指標に対応する前記指令応答指標と、を組み合わせて制振測定パターンを決定し、
   前記指令応答設定機能と前記剛性設定機能とを用いて前記モータを駆動させ、位置決め指標を測定して記憶し、前記制振測定パターンにおいて、前記位置決め指標が最良となる制振周波数と深さ設定値とを探索して記憶する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
9. 前記位置決め指標は、少なくとも位置決め整定時間と、振動レベルと、振動周波数とのうち、ひとつ以上を用いる、請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. 前記位置決め指標が最良となるように、前記深さ設定値を増加または減少させて探索する、請求項８に記載のモータ駆動装置。

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