控制参数调整装置的制作方法

本发明涉及诸如工作机械的伺服控制装置之类的对控制参数进行调整的控制参数调整装置。

背景技术：

工作机械的伺服控制装置以使机械所具有的刀具或者工作台等被驱动体的位置追随于指令值的方式生成针对致动器的指令。伺服控制装置的致动器存在诸如旋转电动机、线性电动机以及压电元件等多种。

如下伺服控制被称为轨迹控制或者轮廓运动控制，即，像工作机械的伺服控制装置那样，为了对设计出的形状进行加工，以使相对于工件的刀具位置准确地追随于所指示的路径的方式驱动机械装置中的机械系统。上述控制是使用数控装置或者附属于数控装置的伺服控制装置而精密地进行的。作为控制对象的机械装置中的机械系统具有多个轴，针对构成轴的电动机各自使用伺服控制装置而进行驱动控制。

在伺服控制装置中，由于存在于机械系统的摩擦或机械构造的振动之类的干扰因素而发生响应误差。作为典型的例子，在使用正交的2台伺服控制装置而指示出圆弧轨迹的情况下，存在如下响应误差，即，在圆弧的象限切换部分，在进给轴的移动方向反转时所产生的响应误差。对于该误差，由于如果在半径方向上将误差量放大而进行描绘，则轨迹成为向外侧凸起状地伸出的形状，因此被称为象限凸起。如果发生像象限凸起那样的轨迹的响应误差，则在加工结果中发生筋状瑕疵或者损伤，这种情况并非优选。作为其他例子，存在加减速时发生的机械振动。机械振动是由在电动机的加减速时产生的驱动力或者驱动反作用力导致机械构造进行振动而发生的。如果发生机械振动，则由于在加工面发生筋状瑕疵或者不均匀，因而非优选。

关于由摩擦或者振动导致的响应误差的校正，大多使用如下方法，即，通过使用模型对所发生的误差进行预测，输入为了将误差抵消而所需的校正指令，从而抑制误差。为此，需要决定使所发生的响应误差量小于或等于容许值的模型参数。

由于为了向实际的伺服控制装置的控制器进行安装而对误差的模型进行线性近似或者低维化，因此即使根据所测定的结果对参数值进行辨识，有时所发生的响应误差量也非最小。因此，需要具有控制参数调整功能的控制参数调整装置，其中，该控制参数调整功能用于进行使得在伺服控制中发生的响应误差量小于或等于容许值的模型参数的探索或者微调整。

例如，在专利文献1中，在为了对象限凸起进行校正而具有如下模型的伺服控制装置中，直至圆弧运动中所发生的象限凸起量变得小于或等于阈值为止，重复进行扭矩指令的校正以及校正扭矩的更新，其中，该模型在运动方向反转时阶梯状地输入校正扭矩。由此，公开了决定最优的参数的方式。

专利文献1：日本特开平11－24754号公报

技术实现要素：

为了更高精度地对象限凸起进行校正，仅利用1种参数则其效果有限，需要使用大于或等于2种的多种参数。但是，为了将专利文献1所公开的方法应用于由多个参数构成的校正模型的参数探索，存在以下的课题。

第一课题在于，不能应对无法独立地决定参数的情况。如果所有参数都是独立的，则只要利用专利文献1所公开的方法针对每个参数而决定使得象限凸起量最小的值，则能够找到使得象限凸起量最小的参数组合。但是，在参数不独立、决定某个参数时响应误差的趋势根据其他参数的值而不同的情况下，不能应用上述方法。

第二课题在于，不能应对小于或等于容许值的参数组合存在多个的情况。关于由多种参数构成的模型，具有并非所有参数均独立的情况、小于或等于容许值的参数组合存在多个的情况。在该情况下，需要从成为候补的参数组合中决定一个最优选的组合。

另外，还考虑了使用干扰观测器等在线地对模型参数进行辨识的方法，但如前所述，由于校正模型进行了近似或者低维化，因此辨识出的参数不一定使所发生的误差最小化。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种控制参数调整装置，该控制参数调整装置能够高精度且简便地对由多种参数构成的模型的最优参数组合进行调整。

为了解决上述课题，实现目的，本发明的特征在于，具有：指令值生成部，其对位置指令进行指示；伺服控制部，其对驱动指令进行运算，该驱动指令使被驱动体的响应位置追随于位置指令；校正模型部，其使用由大于或等于2种参数表示的模型而生成校正指令，该校正指令对位置指令和响应位置之差、即响应误差进行校正；以及参数探索部，其利用参数的值的多个组合中使得响应误差最小的参数的值的组合而对模型进行修正。本发明的特征在于，基于驱动指令及校正指令而驱动被驱动体。

发明的效果

本发明所涉及的控制参数调整装置具有如下效果，即，能够高精度且简便地对由多种参数构成的模型的最优参数的组合进行调整。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的控制参数调整装置的结构的框图。

图2是表示实施方式1所涉及的控制参数调整装置的硬件结构的图。

图3是表示实施方式1所涉及的控制参数调整装置的控制对象即机械装置的机械结构的一个例子的侧视图。

图4是表示实施方式1所涉及的伺服控制部的结构的例子的框图。

图5是实施方式1所涉及的校正模型部的传递函数由算式(2)表示时的频率响应的波特图。

图6是表示以不使用实施方式1所涉及的校正模型部的状态驱动了电动机的情况下在反馈位置a产生的进行振动的响应误差的时序波形的图。

图7是表示使用实施方式1中的控制参数调整装置实施的控制参数调整的过程的流程图。

图8是对实施方式1中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图9是对实施方式1中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图10是表示本发明的实施方式2所涉及的控制参数调整装置的结构的框图。

图11是表示实施方式2所涉及的输入输出部的结构的一个例子的框图。

图12是实施方式2中传递函数由算式(4)表示时的频率响应的波特图。

图13是表示以不使用实施方式2所涉及的校正模型部的状态驱动了电动机的情况下在反馈位置a产生的进行振动的响应误差的时序波形的图。

图14是表示使用实施方式2中的控制参数调整装置实施的控制参数调整过程的流程图。

图15是对实施方式2中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图16是对实施方式2中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图17是表示本发明的实施方式3所涉及的控制参数调整装置的结构的框图。

图18是表示实施方式3中的进行摩擦校正时的校正模型部的结构的例子的框图。

图19是表示实施方式3中的伺服控制部模型的结构的例子的框图。

图20是表示实施方式3中的摩擦模型的详细结构的框图。

图21是表示使用实施方式3所涉及的控制参数调整装置实施的控制参数调整过程的流程图。

图22是对实施方式3中的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图23是对实施方式3中的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图24是实施方式3中在输出装置处显示的运动轨迹的象限切换位置处的放大图。

图25是表示本发明的实施方式4中的控制参数调整过程的流程图。

图26是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图27是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图28是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图29是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图30是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图31是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图32是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图33是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图34是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图35是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图36是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图37是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图38是表示本发明的实施方式5中的控制参数调整过程的流程图。

图39是对实施方式5的圆弧条件1下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图40是对实施方式5的圆弧条件2下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。

图41是对实施方式5的圆弧条件1下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图42是对实施方式5的圆弧条件2下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

图43是实施方式5中在输出装置上显示的圆弧条件1下的运动轨迹的象限切换位置处的放大图。

图44是实施方式5中在输出装置上显示的圆弧条件2下的运动轨迹的象限切换位置处的放大图。

图45是表示使用本发明的实施方式6中的控制参数调整装置实施的控制参数调整过程的流程图。

图46是表示本发明的实施方式7所涉及的控制参数调整装置的结构的框图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的控制参数调整装置进行详细说明。此外，本发明不限定于本实施方式。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的控制参数调整装置1a的结构的框图。在图1中，控制参数调整装置1a的致动器即电动机2具体地说是旋转电动机。与电动机2连接有作为控制对象的被驱动体即机械装置5。控制参数调整装置1a具有：指令值生成部4，其生成大于或等于1种位置指令b；伺服控制部3，其输出驱动指令；校正模型部6，其生成校正指令；以及参数探索部7，其输出模型参数的变更指令e。

图2是表示实施方式1所涉及的控制参数调整装置1a的硬件结构的图。控制参数调整装置1a具有：诸如CPU(Central Processing Unit)之类的运算装置41，其进行运算处理；存储器42，其被运算装置41用作工作区域；存储装置43，其对软件进行存储；以及通信装置44，其具有与外部进行通信的功能。图1所示的控制参数调整装置1a的功能是通过由运算装置41执行软件而实现的。

图3是表示实施方式1所涉及的控制参数调整装置1a的控制对象即机械装置5的机械结构的一个例子的侧视图。机械装置5的控制对象是工作台84。假设作为致动器的电动机2如图3所示那样被组装于机械系统。与电动机2的旋转轴连结有滚珠丝杠82。在滚珠丝杠82组装有由螺母83、工作台84构成的可动部。螺母83被固定于工作台84的背面，将滚珠丝杠82的旋转运动变换为直线运动。另外，工作台84由在此处未图示的引导机构进行支撑，除可动方向以外的自由度受到约束。

如图3所示，在电动机2安装有电动机位置检测器81。电动机位置检测器81的具体例子是旋转编码器。另外，为了对作为控制对象的工作台84的位置进行测定而安装有工作台位置检测器85。工作台位置检测器85的具体例子是线性编码器。机械装置5将所检测到的电动机位置或者工作台位置中的某一个或者二者作为响应位置、即反馈位置a而输出至伺服控制部3。

此外，工作台位置检测器85能够对工作台84的移动距离进行测定，与此相对，由电动机位置检测器81所直接检测的位置是电动机2的旋转角度。但是，通过将电动机2每旋转1周的工作台移动距离即滚珠丝杠螺距与该旋转角度相乘，再除以电动机旋转1周的角度2π[rad]，从而能够换算为工作台84的移动方向的长度。

将为了求出反馈位置a而使用电动机位置检测器81的情况称为半封闭环控制(semi-closed loop control)。将为了求出反馈位置a而使用电动机位置检测器81和工作台位置检测器85这二者、或者仅使用工作台位置检测器85的情况称为全封闭环控制(full closed loop control)。

位置指令b被从指令值生成部4输入至伺服控制部3，且反馈位置a被从机械装置5输入至伺服控制部3。图4是表示实施方式1所涉及的伺服控制部3的结构的例子的框图。

如图4所示，伺服控制部3具有：加减法部30，其求出位置指令b和响应位置即反馈位置a之差、即响应误差；位置控制部31，其接收由加减法部30所求出的偏差；微分运算部33，其执行微分运算；加减法部32，其求出由位置控制部31所求出的速度指令和由微分运算部33所求出的实际速度之间的偏差；以及速度控制部34，其输出作为驱动指令的扭矩指令c。

在图4中，加减法部30求出位置指令b和反馈位置a之间的偏差、即位置偏差，向位置控制部31输出。位置控制部31以使从加减法部30输入的位置偏差变小的方式执行比例控制等位置控制处理，输出使位置偏差变小的速度指令。另外，微分运算部33对反馈位置a进行微分而求出实际速度。其中，在全封闭环控制的情况下，将电动机位置检测器81的检测值输入至微分运算部33，将工作台位置检测器85的检测值输入至加减法器30。

另外，加减法部32求出由位置控制部31所求出的速度指令和由微分运算部33所求出的实际速度之间的偏差、即速度偏差，向速度控制部34输出。速度控制部34以使从加减法部32输入的速度偏差变小的方式进行比例积分控制等速度控制处理，输出扭矩指令c。

通常，电动机2是按照经由伺服控制部3的伺服控制而运算出的扭矩指令c直接驱动的。但是，在本实施方式1所涉及的控制参数调整装置1a中，如图1所示那样设置加减运算器9，经由伺服控制部3的伺服控制而运算出的扭矩指令c成为加减运算器9的一个输入。

校正模型部6生成用于对所发生的响应误差进行抑制的校正指令即校正扭矩d。校正模型部6是用于对机械装置5的振动进行抑制的振动模型，是由大于或等于2种参数表示的模型。实施方式1中的校正模型部6由利用以下的算式(1)表示的2次传递函数表示。

【算式1】

在算式(1)中，校正模型部6是由共振频率ω和衰减系数ζ这2个参数构成的、对机械振动进行近似后的传递函数模型，s表示拉普拉斯运算符。通过使用对机械振动进行近似后的传递函数模型，从而能够以短时间执行后述的参数的探索。对于共振频率ω和衰减系数ζ，由于彼此因对方的参数值而引起振动模型的特性发生变化，因此它们是不能独立地决定的、不独立的2个参数。校正模型部6输出校正扭矩d，该校正扭矩d相当于在被输入了位置指令b时机械所发生的振动的扭矩力分量。

加减运算器9通过从扭矩指令c中减去校正扭矩d，从而求出去除了励振分量之后的扭矩指令f，将扭矩指令f输出至电动机2。即，被驱动体由扭矩指令f进行驱动。由此，在机械装置5发生的振动受到抑制。

指令值生成部4生成针对伺服控制部3的位置指令b。在这里，重复地指示单纯的2个地点间的往复运动。作为具体例子，假设是进给速度为5000(m/min)、20mm的范围的往复运动。

伺服控制部3每完成1次往复运动，参数探索部7对反馈位置a的数据进行测定并存储。另外，将模型参数的变更指令e输出至校正模型部6。此时，将作为模型参数的共振频率ω及衰减系数ζ分别以恒定的单位幅度即△ω及△ζ逐次进行变更。

如果所有的测定结束，则选择变更后的参数中响应误差的评价函数H最小的参数组合，并对校正模型部6进行指示。

现在，对于从位置指令b起至反馈位置a为止的机械装置5的频率响应，在算式(1)中将共振频率设为45Hz、即ω＝90π，将衰减系数设为5％、即ζ＝0.05，从而能够利用以下的算式(2)所示的2次传递函数表示。

【算式2】

图5是实施方式1所涉及的校正模型部6的传递函数由算式(2)表示时的频率响应的波特图。图6是表示以不使用实施方式1所涉及的校正模型部6的状态驱动了电动机2的情况下在反馈位置a产生的进行振动的响应误差的时序波形的图。

对此时使用控制参数调整装置1a实施的控制参数调整的过程进行说明。图7是表示使用实施方式1中的控制参数调整装置1a实施的控制参数调整的过程的流程图。

首先，在步骤S1中，对参数探索时使用的评价函数H进行定义。评价函数H根据控制的目的而不同，但在这里，如以下的算式(3)所示，定义为位置指令b和反馈位置a之间的最大误差。其中，abs是绝对值函数，max是对最大值进行提取的函数。评价函数H是对所发生的响应误差量进行评价的评价函数。

【算式3】

H＝max(abs(b-a)) …(3)

在步骤S2中，对校正模型部6的模型参数的初始值进行设定。在这里对ω＝40Hz、ζ＝0.01进行设定。并且，将共振频率ω的参数变更次数i以及衰减系数ζ的参数变更次数j均初始化为0，将参数变更次数的上限值n设定为10。另外，设定为△ω＝1、△ζ＝0.01。

在步骤S3中，由指令值生成部4对工作台84的往复运动进行指示，使工作台84进行往复驱动。

在步骤S4中，将往复运动中的反馈位置a存储于参数探索部7，对响应误差进行测定。

在步骤S5中，对是否为共振频率ω的参数变更次数i＝n进行判断。在i小于n的情况(步骤S5：No)下进入步骤S6，设为ω＝ω+△ω以及i＝i+1而对ω和i的值进行变更，返回步骤S3重复进行测定。

在步骤S5中i＝n的情况(步骤S5：Yes)下，设为ω＝40以及i＝0，将ω及i的值恢复为初始值(步骤S7)。然后，在步骤S8中，对是否为衰减系数ζ的参数变更次数j＝n进行判断。在j小于n的情况(步骤S8：No)下进入步骤S9，设为ζ＝ζ+△ζ以及j＝j+1而对ζ和j的值进行变更，返回步骤S3重复进行测定。

在步骤S8中j＝n的情况(步骤S8：Yes)下，由于由此结束了n²个条件的测定，因此在步骤S10中，从测定结果中，从参数的值的多个组合中选择成为使得评价函数H最小的参数值组合的、共振频率ω及衰减系数ζ的值，将该参数的值设定于校正模型部6而对模型进行修正。

图8是对实施方式1中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。图9是对实施方式1中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。

如图8及图9所示，在将参数设定为算式(2)所示的、共振频率为45Hz且衰减系数为5％时，由于所发生的响应误差的值变得最小，因此参数探索部7将该参数的值的组合输出至校正模型部6而对模型进行修正。

如以上说明所述，在实施方式1所涉及的控制参数调整装置1a中，能够由指令值生成部4对参数进行变更而重复发出诸如工作台84的往复运动之类的重复位置指令，同时，以短时间达到最优的参数的值的组合。由此，即使由多个参数构成的模型所显现出来的系统的特性是未知的，也能够高精度且简便地决定最优的参数组合。

另外，对于表示校正模型部6的大于或等于2种参数，无论它们对响应误差的影响彼此独立还是不独立，都能够应用上述的参数最优化的方法，因此还能够应用于大于或等于2种非独立的参数。即，即使在大于或等于2种参数是不能够利用该参数的线性算式对施加给响应误差的影响进行表示的非独立参数的情况下，也能够应用上述的参数最优化的方法。

实施方式2

图10是表示本发明的实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b的结构的框图。实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b的结构、和实施方式1所涉及的控制参数调整装置1a的结构的不同点在于，有无输入输出部8。从实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b去除输入输出部8后的部分的硬件结构也与图2相同。

输入输出部8是如下接口，即，接收由用户进行的参数探索的初始值和评价函数的输入，将由参数探索部7进行的参数调整的结果输出至用户。从输入输出部8向参数探索部7传送的信息表示为信号p，从参数探索部7向输入输出部8传送的信息表示为信号q。

图11是表示实施方式2所涉及的输入输出部8的结构的一个例子的框图。输入装置88是操作者进行输入的输入装置。输入装置88的具体例子是键盘。输出装置89将调整结果输出至操作者。输出装置89的具体例子是监视器。此外，输入输出部8也可以是将输入装置88和输出装置89一体化后的触摸面板那样的结构。从输入装置88向参数探索部7传送的信息是信号p，从参数探索部7向输出装置89传送的信息是信号q。

在实施方式2中，假设校正模型部6的校正模型是与算式(1)相同的2次传递函数。

假设从位置指令b至反馈位置a为止的机械装置5的频率响应如以下的算式(4)所示能够由共振频率ω₁＝45Hz、ω₂＝47Hz、衰减系数ζ₁＝5％、ζ₂＝10％的4次传递函数表示。

【算式4】

图12是实施方式2中传递函数由算式(4)表示时的频率响应的波特图。图13是表示以不使用实施方式2所涉及的校正模型部6的状态驱动了电动机2的情况下在反馈位置a产生的进行振动的响应误差的时序波形的图。

如上所述，在机械系统的特性由4次传递函数表示的情况下，最优选为在校正模型部6也使用与机械系统的特性相同的4次传递函数模型。但是，通常，由于进行校正模型部6的运算的CPU及存储器42的制约，校正模型部6的次数的扩展是有限的。

在上述情况下，需要使用有限次数的校正模型来寻找使得评价函数H最小的参数组合。但是，在多个共振频率或者反共振频率存在于接近的频率的情况下，有时难以通过理论计算而导出使得评价函数最小的最优参数组合。

图14是表示使用实施方式2中的控制参数调整装置1b实施的控制参数调整过程的流程图。

首先，用户在步骤S201中利用输入输出部8输入评价函数H，在步骤S202中利用输入输出部8输入初始值。

在步骤S201中，将评价函数H如以下的算式(5)所示那样作为T秒期间的响应误差的平方平均和而输入。其中，△t是反馈位置a的采样时间。

【算式5】

在步骤S202中，将初始值输入为ω＝40、ζ＝0.01、△ω＝1、△ζ＝0.01。同时还输入n＝10、i＝0及j＝0。

从步骤S3至步骤S9为止与实施方式1的图7相同。

在步骤S210中，由于所有的参数组合的测定已结束，因此对评价函数H的值进行计算，将计算结果显示于输出装置89。

图15是对实施方式2中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。图16是对实施方式2中的2个参数ω及ζ各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。输入输出部8将图15或图16所示的图表输出至输出装置89。

在步骤S211中，用户基于评价函数H的结果而选择最优选的参数组合，将最终设定的ω及ζ输入至输入装置88。在图15中，在共振频率为43Hz及衰减系数为2％这一参数组合下，评价函数H的值变得最小。在步骤S212中，从用户输入的参数即ω及ζ的值被设定于校正模型部6。

如以上说明所述，通过使用实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b，从而即使在机械特性的次数和校正模型的次数不同的情况下，也能够有效地决定最优的参数组合。

实施方式3

图17是表示本发明的实施方式3所涉及的控制参数调整装置1c的结构的框图。实施方式3所涉及的控制参数调整装置1c的结构、和实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b的结构的不同点在于，与指令值生成部4分别连接有伺服控制部3a及3b、校正模型部6a及6b，分别对应于这些部件而设置有加减运算器9a及9b、电动机2a及2b、机械装置5a及5b。

对于图3所示的机械装置5，由于在进给方向上仅具有1个自由度，因此为了进行平面内的轮廓运动，需要使用2台。具体地说，对于正交的2个机械装置5a及5b，如果对机械装置5a赋予正弦波指令、对机械装置5b赋予相位延迟90度后的正弦波指令即余弦波指令，则机械装置5a及5b的工作台的合成运动轨迹成为圆弧形状，进行圆弧运动。

关于控制参数调整装置1c，为了对由于摩擦的影响而发生的象限凸起进行校正，在校正模型部6a及6b使用表示象限凸起的模型即摩擦校正模型。图18是表示实施方式3中的进行摩擦校正时的校正模型部6a的结构的例子的框图。校正模型部6a由伺服控制部模型61和摩擦模型62构成。其中，在旋转系统产生的摩擦扭矩和在直线运动系统产生的摩擦力能够使用旋转直线运动的变换系数而进行等价变换，因此下面不对摩擦扭矩和摩擦力严格地进行区分。

校正模型部6a的伺服控制部模型61针对位置指令b1而对假定在机械装置5a不存在摩擦的情况下的理想的伺服响应进行计算。将此时计算出的理想的模型位移g和模型速度h输出至摩擦模型62。摩擦模型62根据模型位移g和模型速度h，对在机械装置5a发生的摩擦力进行预测。另外，将预测出的摩擦力作为校正扭矩d而输出。

图19是表示实施方式3中的伺服控制部模型61的结构的例子的框图。伺服控制部模型61具有：位置控制部模型611，其生成模型速度指令i；速度控制部模型612，其输出模型扭矩指令l；机械模型613，其是表示机械特性的模型；位移运算部614，其对位移量进行计算；微分运算部615及616，其执行微分运算；以及加减运算器631及632，其执行加减运算。

位置控制部模型611使用与位置控制部31相同的控制法则，将加减运算器631所计算出的、位置指令b和模型位置m之间的差值作为输入，生成模型速度指令i，并输出至加减运算器632。另外，速度控制部模型612使用与速度控制部34相同的控制法则，根据加减运算器632所计算出的、模型速度指令i和模型速度h之间的差值而求出模型扭矩指令l，并输出至机械模型613。机械模型613是表示机械装置5a的从扭矩指令起至反馈位置a1为止的特性的模型。机械模型613具体地说是由以下的算式(6)所示的、电动机2a所承受的负载惯量J的倒数的2阶积分。

【算式6】

机械模型613使用模型扭矩指令l对模型位置m进行计算。微分运算部615及616对模型位置m进行微分，求出模型速度h并分别输出。另外，位移运算部614将模型位置m作为输入而对从运动方向反转的位置起的位移量进行计算，并输出模型位移g。

如以上说明所述，伺服控制部模型61根据位置指令b而对在机械装置5a不存在摩擦的情况下的理想的模型位移g及模型速度h进行计算并输出。

图20是表示实施方式3中的摩擦模型62的详细结构的框图。摩擦模型62由位移相关摩擦模型621、速度相关摩擦模型622、和加法器623构成，该位移相关摩擦模型621对与位移相关的摩擦分量进行计算，该速度相关摩擦模型622对与速度相关的摩擦分量进行计算，该加法器623执行加法运算。位移相关摩擦模型621的具体例子是库伦(Coulomb)摩擦模型。另外，速度相关摩擦模型622的具体例子是粘性摩擦模型。

位移相关摩擦模型621将模型位移g作为输入，对相当于库伦摩擦的、与位移相关的摩擦分量进行计算并输出。速度相关摩擦模型622将模型速度h作为输入，对与粘性相应的摩擦分量进行计算。加法器623将与位移相关的摩擦分量和与速度相关的摩擦分量之和作为校正扭矩d而输出。

位移相关摩擦模型621具体地说是由以下的算式(7)所表示的库伦摩擦模型。其中，k是弹性系数，g_max是至转变为库伦摩擦为止所需的位移量、即库伦摩擦转变位移。

【算式7】

速度相关摩擦模型622具体地说是由以下的算式(8)所表示的比例粘性摩擦模型。其中，c是粘性系数。

【算式8】

f(h)＝c·h …(8)

对使用控制参数调整装置1c实施的参数调整进行说明。在这里，假定在机械装置5a及5b发生的摩擦力仅为位移相关摩擦。此时粘性系数c＝0。

图21是表示使用实施方式3所涉及的控制参数调整装置1c实施的控制参数调整过程的流程图。在下面示出与图14所示的控制参数调整装置1b的控制参数调整过程的流程图的不同点。

在图21中，要探索的参数被变更为弹性系数k及库伦摩擦转变位移g_max，将弹性系数k的参数变更次数设为i、将库伦摩擦转变位移g_max的参数变更次数设为j。在步骤S301中，与步骤S201不同，将评价函数H定义为象限凸起量，并将其输入。由于要探索的参数被变更为k及g_max，因此在步骤S302中，与步骤S202不同，除了上述参数k及g_max的初始值以外，还对评价函数的容许值H0的值进行设定。在步骤S303中，与步骤S3不同，按照圆弧轨迹而驱动机械装置5a及5b。在步骤S310中，与步骤S210不同，不仅输出评价函数的图，还将评价函数值小于或等于所设定的评价函数容许值H0的运动轨迹全部重叠地描绘而显示于输出装置89。另外，由于图21中进行探索的参数是k及g_max，因此在步骤S307中，与步骤S7不同，对k进行初始化。另外，在步骤S306中，与步骤S6不同，设为k＝k+△k。在步骤S309中，与步骤S9不同，设为g_max＝g_max+△g_max。

在步骤S301中，如以下的算式(9)所示，将象限凸起量的最大值和最小值之差作为评价函数H而进行设定。其中，假设x是机械装置5a的反馈位置a1、y是机械装置5b的反馈位置a2。

【算式9】

在步骤S302中，对要探索的参数的初始值和评价函数的容许值H0进行设定。在这里，由于要探索的参数是k及g_max，因此输入k及g_max的初始值、△k及△g_max。同时还输入n＝10、i＝0及j＝0。并且，将评价函数的容许值H0设定为3μm。

在步骤S310中，对评价函数H进行计算，输出评价函数的图。

图22是对实施方式3中的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。图23是对实施方式3中的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。输入输出部8将图22或图23所示的图表输出至输出装置89。

根据图22或图23，评价函数H小于或等于容许值H0的参数组合存在多个，但由于摩擦的模型化误差的影响，不存在呈完全正圆的结果。因此，可以想到象限凸起的形状根据参数的组合而不同，但仅使用图示出评价函数H的3维图表，用户难以选择最优的参数。因此，控制参数调整装置1c在步骤S310中将与评价函数值小于或等于所设定的评价函数容许值H0的参数值组合相对应的运动轨迹全部重叠地描绘而像图24那样显示于输出装置89。此时，也可以同时将评价函数值小于或等于容许值H0的参数值组合也与运动轨迹相对应地显示于输出装置89。

图24是实施方式3中在输出装置89上显示的运动轨迹的象限切换位置处的放大图。在图24中，横轴表示X轴位置，纵轴表示Y轴位置。“5μm/div”表示纵轴的刻度的间隔为5μm。如图24所示，即使是相同的评价函数的容许值，根据参数组合的不同，象限凸起的形状也不同。此时，根据进行加工的条件的不同，对未得到校正而残留的凸起的形状所要求的规格不同。具体地说，在外径加工中，如果象限凸起的形状咬入作为基准的圆的内侧，则在加工面处可能发生损伤，非优选。另一方面，在内径加工的情况下，如果凸起伸出至作为基准的圆的外侧，则可能发生损伤。另外，在以圆度为优先的加工中，优选的是评价函数值成为最小的条件。

在输入评价函数H时，能够选择及决定与所要求的规格相应的函数，但存在如下问题，即，对与所要求的轨迹形状严格对应的评价函数H进行设计是花费时间的。

因此，在步骤S311中，在控制参数调整装置1c中，根据显示于输出装置89的运动轨迹，用户对与最优选的形状的运动轨迹相对应的参数k及g_max各自的值进行选择并输入至输入装置88，选择优选的波形。即，输入装置88接收用户从评价函数值小于或等于容许值H0的多个参数组合中选择的参数组合。

在步骤S312中，参数探索部7将参数变更指令e1及e2输出至校正模型部6a及6b，该参数变更指令e1及e2对与在步骤S311中所选择的波形相对应的参数k及g_max各自的值的组合进行指示。参数变更指令e1最终被输入至图20的位移相关摩擦模型621。

如以上说明所述，通过使用实施方式3所涉及的控制参数调整装置1c，从而对由于摩擦而发生的象限凸起的参数进行探索，由此能够将象限凸起最小化。另外，由于能够针对每个圆弧运动图案来调整效果处于支配性地位的参数，因此能够高效且高精度地对满足所要求的运动轨迹形状的控制参数进行探索。

实施方式4

实施方式4中的控制参数调整装置的结构与实施方式3所涉及的控制参数调整装置1c的结构相同。

在实施方式4中，假定在机械装置5a及5b发生的摩擦力是位移相关摩擦和速度相关摩擦这2种。此时，应该进行调整的参数是弹性系数k、库伦摩擦转变位移量g_max以及粘性系数c这3个。

图25是表示本发明的实施方式4中的控制参数调整过程的流程图。下面示出图25的流程图和图21所示的实施方式3中的控制参数调整过程的流程图之间的不同点。

在步骤S402中，除了步骤S302的内容以外，还对粘性系数c的初始值和△c进行设定，将粘性系数c的参数变更次数p初始化为p＝0。在图25中对图21追加步骤S414，对g_max及j进行初始化。在图25中对图21追加步骤S415，对是否为粘性系数c的参数变更次数p＝n进行判断，在p小于n的情况(步骤S415：No)下，在步骤S416中将c和p的值变更为c＝c+△c及p＝p+1，返回步骤S303重复进行测定。并且，在p＝n的情况(步骤S415：Yes)下，进入步骤S410。步骤S410与步骤S310的不同点在于，由于参数有3个，因此将1个参数设为中介变量，针对剩下的2个参数的值分别描绘评价函数的多个3维图表。并且，在图25中对图21追加步骤S417，由用户进行是否需要详细探索的输入。在图25中对图21追加步骤S418，对是否需要详细探索进行判断，在需要详细探索的情况(步骤S418：Yes)下，返回步骤S402，新输入参数的详细探索条件。在不需要详细探索的情况(步骤S418：No)下，进入步骤S411。

在步骤S411中，除了参数k及g_max以外还选择c的值并输入至输入装置88，选择优选的波形。

在步骤S412中，参数探索部7将参数变更指令e1及e2输出至校正模型部6a及6b，该参数变更指令e1及e2对与在步骤S411中所选择的波形相对应的参数k、g_max以及c各自的值的组合进行指示。参数变更指令e1最终被输入至图20的位移相关摩擦模型621及速度相关摩擦模型622。

在对3个参数进行探索的情况下，如果以所有的设定条件进行n次探索，则需要进行驱动次数为n³次的测定，存在如下课题，即，如果将n设定为大的值，则花费时间。例如，在n＝10的情况下，需要1000次测定。另一方面，如果将n设定为小的值，则可能达不到收敛于目标容许误差的参数。

在实施方式4所涉及的控制参数调整装置1c中，将在步骤S410中进行一次探索后的结果显示于输出装置89。此时，在进行调整的参数大于或等于3个的情况下，不能利用3维图表进行表示。因此，将任意1个参数设为中介变量，针对剩下的2个参数的值分别描绘评价函数的多个3维图表，并显示于输出装置89。

图26至图31是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置1c中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。图26至图31分别对应于c为2、4、6、8、10、12[Nm·min/mm]的情况。图32至图37是在实施方式4所涉及的控制参数调整装置1c中将1个参数c作为中介变量而对剩下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。图32至图37分别对应于c为2、4、6、8、10、12[Nm·min/mm]的情况。输入输出部8将图26至图31或图32至图37所示的图表输出至输出装置89。此外，关于使用上述多个3维图表进行的显示，即使参数大于或等于4种，也能够将显示出2个参数和评价函数H的值之间的关系的3维图表与剩下的参数的不同值的组合相对应而显示多个。

此时，用户对输出至输出装置89的参数探索结果是否满足所要求的规格进行判断，在不满足所要求的规格的情况下，在步骤S417中输入需要详细探索。另外，基于在步骤S410中显示的图表而决定详细地进行探索的区域。

由此，在步骤S418中变为Yes，再次转移至步骤S402，对探索的初始值进行变更，指示进行详细的探索。通过重复上述作业，从而能够以短时间达到满足要求的参数。

如以上说明所述，通过使用实施方式4所涉及的控制参数调整装置1c，从而即使在由大于或等于3个参数构成的模型的参数探索中，也能够以短时间且有效地达到满足评价函数的容许值H0的参数。

实施方式5

实施方式5中的参数调整装置的结构与实施方式3所涉及的控制参数调整装置1c的结构相同。

图38是表示本发明的实施方式5中的控制参数调整过程的流程图。下面示出图38的流程图和图21所示的实施方式3中的控制参数调整过程的流程图的不同点。

图21的步骤S303及S4的部分在图38中变更为步骤S513、S514、S523及S524。利用不同的2个圆弧的运动条件而驱动工作台84，对各自的响应误差进行测定。

具体地说，在步骤S513中以与圆弧条件1相对应的圆弧轨迹1驱动工作台84，在步骤S514对此时的响应误差进行测定。并且，在步骤S523中以与圆弧条件2相对应的圆弧轨迹2驱动工作台84，在步骤S524中对此时的响应误差进行测定。

在以不同的圆弧半径、进给速度而驱动了机械装置5a及5b的情况下，有时摩擦特性变化、象限凸起的形状变化。在上述情况下，需要在不同的圆弧的运动条件下对响应误差进行测定而决定参数。

在图38的步骤S310中，将在不同的2种圆弧条件下测定出的评价函数描绘于各个不同的图表上，并显示于输出装置89。在这里，假设上述圆弧条件1是半径为10mm且进给速度为800mm/min、圆弧条件2是半径为20mm且进给速度为3000mm/min。

图39是对实施方式5的圆弧条件1下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。图40是对实施方式5的圆弧条件2下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维条形图。图41是对实施方式5的圆弧条件1下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。图42是对实施方式5的圆弧条件2下的2个参数k及g_max各自的值与评价函数H的值之间的关系进行显示的3维网格图。输入输出部8将图39及图40、或者图41及图42所示的图表输出至输出装置89。

并且，控制参数调整装置1c在步骤S310中将与评价函数值小于或等于所设定的评价函数容许值H0的参数k及g_max相对应的运动轨迹全部重叠地描绘而像图43及图44那样显示于输出装置89。图43是实施方式5中在输出装置89上显示的圆弧条件1下的运动轨迹的象限切换位置处的放大图。图44是实施方式5中在输出装置89上显示的圆弧条件2下的运动轨迹的象限切换位置处的放大图。在图43及图44中，横轴表示X轴位置，纵轴表示Y轴位置。“5μm/div”表示纵轴的刻度的间隔为5μm。

在步骤S311中，用户从显示于输出装置89的在2种圆弧条件下测定出的评价函数H的图表中对2个运动轨迹中最优选的参数k及g_max的值的组合进行选择，并输入至输入装置88。

如以上说明所述，通过使用实施方式5所涉及的控制参数调整装置1c，从而能够在不同的运动条件下决定更适当的参数组合。

实施方式6

实施方式6中的控制参数调整装置的结构与实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b的结构相同。

图45是表示使用本发明的实施方式6中的控制参数调整装置实施的控制参数调整过程的流程图。下面叙述图45的流程图与图14的流程图之间的不同点。

在图45的步骤S602中，除了图14的步骤S202的内容以外，用户还输入并设定评价函数H的容许值H0。在图45中，步骤S613被插入至步骤S4和S5之间，还追加有步骤S614。在图45中，图14的步骤S210、S211以及S212被置换为与图7相同的步骤S 10。

在参数的最优化中，即使校正模型的参数不是使得评价函数最小的条件，如果收敛于小于或等于某个容许值，则大多也没有问题。在上述情况下，也可以不执行所有的参数组合的测定。

因此，在实施方式6中，在步骤S613中，每当运动条件下的测定结束1次，则对评价函数H进行计算，判定是否为H≤H0。在评价函数H的值小于或等于在步骤S602中输入的容许值H0的情况(步骤S613：Yes)下，将参数的探索中止(步骤S614)。将此时的ω及ζ的值存储于存储器42或存储装置43，参数探索部7将该参数的值的组合设定于校正模型部6而对模型进行修正。

在评价函数H的值比容许值H0大的情况(步骤S613：No)下，进入步骤S5，与实施方式1同样地对参数进行变更，重复进行测定，如果H≤H0不成立，则最终在步骤S8中变为Yes，进行图7的步骤S10的处理。

如以上说明所述，通过使用实施方式6所涉及的控制参数调整装置1b，从而能够以更短的时间找到评价函数值小于或等于容许值H0的参数组合。

实施方式7

图46是表示本发明的实施方式7所涉及的控制参数调整装置1d的结构的框图。实施方式7所涉及的控制参数调整装置1d的结构、和实施方式2所涉及的控制参数调整装置1b的结构的不同点在于有无传感器10。

在工作机械中，为了提高加工物的精度，需要对刀具前端和工件前端的相对位移进行反馈。但是，通常，即使使用了工作台位置检测器85，也只能对工作台84的位置进行测定。因此，在工作台84和刀具之间存在主轴等机械构造的情况下，工作台位置和刀具前端位置的响应是不同的。因此，即使以工作台位置对校正模型部6的参数进行了调整，对于刀具前端位置，校正参数有时也不能最优化。

在实施方式7中，将由安装于刀具前端附近的传感器10所测定的传感器信号r输入至参数探索部7。传感器信号r表示刀具和工件之间的相对位移。参数探索部7还基于传感器信号r而对校正模型部6的模型进行修正。

传感器10的具体例子是对加速度进行测定的加速度传感器或者对刀具和工件间的相对位移进行测定的2维编码器。

由于参数探索部7能够将传感器信号r用于评价函数，因此与使用反馈位置a的情况相比，能够更精密地对刀具前端的特性进行评价。对于实施方式7中的评价函数，在使用栅格编码器(grid encoder)作为传感器10的情况下，可以想到使用以下算式(10)所示的传感器信号r和位置指令b之差。

【算式10】

H＝max(abs(b-r)) …(10)

如以上说明所述，通过使用实施方式7所涉及的控制参数调整装置1d，从而通过将传感器信号r用于响应误差的评价函数H，由此能够将传感器信号r也用于机械端的评价。

在以上的实施方式中示出的结构表示的是本发明的内容的一个例子，还能够与其他公知的技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，还能够对结构的一部分进行省略、变更。

在以上的实施方式中，作为具体例子，以使用了旋转电动机的伺服控制装置作为控制参数调整装置而进行了说明。但是，即使是由除旋转电动机以外的致动器所驱动的伺服控制装置，也能够使用相同的控制方式进行控制，上述实施方式的控制方式不受伺服控制装置的机械结构限定。

标号的说明

1a、1b、1c 控制参数调整装置，2、2a、2b 电动机，3、3a、3b 伺服控制部，4 指令值生成部，5、5a、5b 机械装置，6、6a、6b 校正模型部，7 参数探索部，8 输入输出部，9、9a、9b 加减运算器，10 传感器，30、32 加减法部，31 位置控制部，33、615、616 微分运算部，34 速度控制部，41 运算装置，42 存储器，43 存储装置，44 通信装置，61 伺服控制部模型，62 摩擦模型，611 位置控制部模型，612 速度控制部模型，613 机械模型，614 位移运算部，621 位移相关摩擦模型，622 速度相关摩擦模型，623 加法器，81 电动机位置检测器，82 滚珠丝杠，83 螺母，84 工作台，85 工作台位置检测器。