本发明涉及一种进行伺服驱动器(servodriver)的控制参数(parameter)设定的控制装置、控制方法以及控制程序。
背景技术：
创作出各种驱动伺服马达(servomotor)的伺服驱动器的控制参数的调整方法。例如，在专利文献1中，记载了一种定位控制装置的控制参数调整装置。
所述控制参数调整装置向伺服驱动器发送控制参数，并从伺服驱动器获取实际位置数据。控制参数调整装置从标准位置数据与实际位置数据中提取出稳定特征量，并使用容许值来评价稳定特征量。控制参数调整装置使用所述评价结果来进行控制参数的调整。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2009-122778号公报
技术实现要素：
但是，仅根据位置数据来进行控制参数的调整的方法中，无法控制直至到达所述目标位置为止的动作。由此，无法使伺服马达进行与目的或状况相应的更高精度的动作。
因此，本发明的目的在于提供一种技术，设定使伺服马达进行与目的或状况相应的更高精度的动作的控制参数。
本发明的控制装置具备动作数据获取部、数据评价部及参数决定部。动作数据获取部获取包含伺服马达的速度或扭矩的动作数据。数据评价部使用作为动作数据的目标的标准数据与动作数据，来算出评价值。参数决定部使用评价值，来决定对控制伺服马达的动作的伺服驱动器给予的控制参数。
此结构中，使用伺服马达的速度或扭矩来决定控制参数。
本发明的控制装置中，若评价值处于容许值的范围外，则参数决定部变更控制参数，若评价值处于容许值的范围内，则参数决定部维持控制参数。
此结构中，通过设置与适当的控制参数对应的评价值的容许值，从而切实地判断所调整的控制参数是否适当或是否需要变更。
根据本发明，能够准确地设定使伺服马达进行与目的或状况相应的更高精度的动作的控制参数。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
图2是表示控制参数的示例的表。
图3是表示评价值的概念的图。
图4是表示本发明的第1实施方式的控制方法的流程图。
图5是表示评价值的计算方法的流程图。
图6是表示本发明的实施方式与以往实施方式中的动作数据与标准数据之差的图表。
图7是表示本发明的第1实施方式的另一控制方法的流程图。
图8a表示使用各参数区域时的动作数据的波形，图8b是表示各参数区域的关系的图。
图9是表示本发明的第2实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
图10a是表示控制参数值与可设定范围的关系的图，图10b是表示评价值的因更新次数引起的变化的图。
图11是表示本发明的第3实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
图12是表示本发明的第4实施方式的控制系统的结构的框图。
图13a是表示服务器中的标准数据的存储处理的流程图，图13b是表示服务器中的标准数据的发送处理的流程图。
图14是表示根据多个控制装置的动作数据设定最佳的标准数据，并发送至多个控制装置的处理的流程图。
[符号的说明]
1、1a、1b、1c：控制系统
10、10a、101、102、103：控制装置
11：目标设定部
13：控制参数设定部
14、83：接口部(if)
15：显示部
80：服务器
81：控制部
82：标准数据存储部
90、91、92、93：伺服驱动器
100：操作受理部
112：标准数据设定部
113：容许值设定部
114：初始控制参数设定部
115：指令数据设定部
131：数据评价部
132：参数决定部
133：动作数据获取部
900、901、902、903：伺服马达
910、911、912、913：对象装置
920：计测器
δv：速度差
nw1、nw90：网络
re1、re2、re3：参数区域
s101～s106、s131～s133、s201、s206、s301～s303、s311～s313、s401～s404：步骤
t1～tn：时刻
xc：标准数据
xr：动作数据
具体实施方式
参照附图来说明本发明的第1实施方式的控制装置、控制方法及控制程序。图1是表示本发明的第1实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。图2是表示评价值的概念的图。图3是表示更新对象的控制参数的示例的表。
如图1所示，控制系统1具备控制装置10、伺服驱动器90、伺服马达900、对象装置910及计测器920。控制装置10具备目标设定部11、控制参数设定部13、接口(interface，if)部14及操作受理部100。控制参数设定部13具备数据评价部131、参数决定部132、及动作数据获取部133。
目标设定部11及控制参数设定部13包含中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、微处理器(microprocessingunit，mpu)等信息处理装置与由所述信息处理装置所执行的程序。
控制装置10的接口部14经由网络(network)nw1而连接于伺服驱动器90。伺服驱动器90是被给予控制装置10所设定的控制参数的设备(device)。伺服驱动器90连接于作为控制对象的伺服马达900，伺服马达900安装于对象装置910。而且，控制装置10的接口部14经由网络nw1而连接于计测器920。计测器920将伺服马达900作为计测对象。另外，计测器920也可将对象装置910作为直接的计测对象。
伺服驱动器90根据从控制装置10所给予的控制参数、及成为动作数据的基础的指令数据，来进行伺服马达900的控制。通过所述伺服马达900的动作，执行对象装置910中的规定节拍(tact)。
计测器920对伺服马达900的速度或扭矩进行计测，生成速度数据或扭矩数据。除此以外，计测器920也可对伺服马达900的位置进行计测，生成位置数据。另外，计测器920也可直接计测对象装置910的规定速度、振动、位置，而生成速度数据、振动数据、位置数据。
操作受理部100包含键盘(keyboard)、鼠标(mouse)或触摸屏(touchpanel)等，受理来自操作员(operator)的操作。例如，操作受理部100从操作员受理控制参数的设定操作。操作受理部100基于所述操作的受理，指示目标设定部11及控制参数设定部13执行控制参数的最佳化处理。另外，操作受理部100也可不内置于控制装置10中而位于外部。
目标设定部11具备标准数据设定部112、容许值设定部113、初始控制参数设定部114、及指令数据设定部115。标准数据设定部112通过操作员的操作输入，来设定成为伺服马达900的动作标准的标准数据。标准数据是与后述的动作数据同样地，将伺服马达900的动作数值化而成，表示速度、扭矩(torque)、位置等。
另外，标准数据也可对应于伺服马达900的每个种类而预先存储，根据操作受理部100对伺服马达900的模型(model)的选择，目标设定部11读出所存储的标准数据。而且，目标设定部11也可通过操作员利用操作受理部100来手动输入，而设定标准数据。标准数据例如是表示图2的虚线的数据。标准数据设定部112将标准数据输出至数据评价部131。
容许值设定部113通过操作员的操作输入，来设定在后述的参数决定时所利用的评价值的容许值。容许值是根据伺服马达900的动作精度、响应速度等来适当设定。容许值设定部113将容许值输出至参数决定部132。
初始控制参数设定部114设定参数决定部132的初始值。此时，初始控制参数设定部114设定对伺服马达900所设定的所有参数。
指令数据设定部115设定指令数据，并经由接口部14而输出至伺服驱动器90。另外，指令数据设定部115也可输出至数据评价部131。
动作数据获取部133经由接口部14及网络nw1来从计测器920获取速度数据或扭矩数据以作为动作数据。此时，也可与速度数据或扭矩数据一同获取位置数据来作为动作数据。另外，动作数据获取部133也可获取振动数据来作为动作数据。动作数据获取部133将动作数据输出至数据评价部131。动作数据例如是表示图2的实线的数据。动作数据获取部133将动作数据输出至数据评价部131。
数据评价部131使用动作数据与标准数据来算出评价值。具体而言，如图2所示，数据评价部131在时间轴上对动作数据与标准数据进行离散采样，获取各时刻tm(m＝1～n)的动作数据xr(tn)与标准数据xc(tn)。数据评价部131算出各时刻tm时的动作数据xr(tn)与标准数据xc(tn)的差值(将标准数据xc(tn)作为基准的差值)。数据评价部131根据所述差值来算出范数(norm)，以作为评价值。数据评价部131将评价值输出至参数决定部132。
作为范数，可采用l1范数、l2范数、l∞范数(动作数据与标准数据之差的最大值)等。l1范数是动作数据与标准数据之差的总和，l2范数是动作数据与标准数据之差的平方和，l∞范数是动作数据与标准数据之差的最大值。这些范数只要根据目的来适当选择即可。在使用l1范数的情况下，能够缩短稳定时间。在使用l∞范数的情况下，能够减小过冲(overshot)量。在使用l2范数的情况下，能够适当调整稳定时间与过冲量。
此时，数据评价部131根据控制参数的决定间隔，使用所述决定间隔的时间内所含的动作数据与标准数据来算出范数，并作为评价值。
参数决定部132对评价值与容许值进行比较，决定适合于伺服驱动器90的控制参数。此时，如上所述，参数决定部132的初始参数是由初始控制参数设定部114所设定。并且，所决定的控制参数例如是图3所示的位置环增益(gain)、速度环增益、速度环积分时间常数等与位置及速度相关的参数等。另外，在进行速度控制的情况下，只要至少包含与速度相关的控制参数即可，在进行扭矩控制的情况下，只要至少包含与扭矩相关的控制参数即可。进而，通过加上与位置相关的控制参数，能够更适当地设定伺服驱动器90的控制参数。
此种结构中，如下述那样反复决定控制参数。
数据评价部131使用前次由参数决定部132输出控制参数后处于规定时间内的动作数据和与此对应的标准数据来算出范数，并作为评价值而输出至参数决定部132。
参数决定部132使用所述评价值来决定此次的控制参数，并输出至伺服驱动器90。伺服驱动器90使用此次的控制参数来使伺服马达900进行动作。计测器920对所述动作进行计测，生成动作数据。动作数据获取部133获取此动作数据。
数据评价部131使用此次的动作数据和与此对应的标准数据来算出范数，并作为评价值而输出至参数决定部132。参数决定部132使用此评价值来决定下次的控制参数，并输出至伺服驱动器90。以下反复进行这些处理。
在此处理中，若评价值小于容许值，则参数决定部132维持当前设定的控制参数。另一方面，若评价值为容许值以上，则参数决定部132使用已知的最佳化算法来变更控制参数。
通过使用此结构及处理，能够准确地设定使伺服马达进行仅依靠位置数据无法实现的、与目的或状况相应的更高精度的动作的控制参数。
具体而言，此结构对于注重低电力、低扭矩或高扭矩追随性的伺服马达的动作时有效。例如，在以低电力为目的的情况下，能够抑制消耗电力。在以低扭矩为目的的情况下，能够进一步调高速度而提高节拍时间。或者，在以低扭矩为目的的情况下，能够引入额定功率小的伺服马达，从而实现伺服系统的成本降低。在以高扭矩追随性为目的的情况下，能够实现通过对象装置所成形的产品的品质提高。
所述说明中，表示了分为多个功能部来进行控制参数的设定的实施方式，但也可如上所述通过信息处理装置与程序来执行图4、图5所示的处理。另外，以下的各步骤的具体处理已述，因此省略具体说明。图4是表示本发明的第1实施方式的控制方法的流程图。另外，图4表示一次的控制参数的决定、发送，图4的步骤s102以后的处理是依序反复执行。图5是表示评价值的计算方法的流程图。
信息处理装置设定标准数据、指令数据、初始控制参数及容许值(s101)。信息处理装置从计测器920获取伺服马达900的动作数据(s102)。另外，动作数据也可从伺服驱动器90获取。
信息处理装置使用标准数据与动作数据来算出评价值(s103)。更具体而言，信息处理装置对标准数据与动作数据进行离散采样(s131)。信息处理装置在各采样时刻，将标准数据作为基准来算出动作数据与标准数据的差值(s132)。信息处理装置根据各采样时刻的差值来算出范数，以作为评价值(s133)。
若评价值为容许值以上(容许值所容许的范围外)(s104：否(no))，则信息处理装置变更控制参数(s106)，并输出至伺服驱动器90。若评价值小于容许值(s104：是(yes))，则信息处理装置不变更控制参数，而将当前的控制参数发送至伺服驱动器90(s105)。另外，在不变更控制参数的情况下，也可不进行向伺服驱动器90的输出。
图6是表示本发明的实施方式与以往实施方式中的动作数据与标准数据之差的图表。优选所述差为小。在图6中，实线表示采用了本发明的实施方式的情况，虚线表示采用了以往的实施方式的情况。在图6中，横轴为时间，纵轴为速度差δv。另外，关于扭矩也获得同样的结果，因此省略与扭矩相关的记载。
如图6所示，通过使用本发明的实施方式，局部性地产生的差变小。即，能够实现更接近标准数据的控制。另外，所述局部性地产生差的部位是使速度急剧变化的部位，通过使用本发明的实施方式，即使在此种部位，也能够实现更准确地追随于标准数据的控制。即，能够根据伺服驱动器90、伺服马达900、对象装置910而实现更适合的控制。
另外，所述说明中，表示了针对一个控制参数的评价值的计算方法，而针对多个控制参数的评价值能够利用下述方法来算出。
(1)将多个评价值加权相加。
(2)限制1个评价值，将其他评价值最小化(容许值内)。
在(1)的情况下，能够设定更适当的控制参数，在(2)的情况下，能够缩短稳定时间。例如，在(2)的情况下，若注重速度的精度，则将速度评价值的加权设为可变，而将其他评价值的加权设为固定，由此，既能提高速度的精度，又能缩短稳定时间。
而且，也可对所述控制装置、控制方法及控制程序进行如下处理。图7是表示本发明的第1实施方式的另一控制方法的流程图。图8a及图8b是用于说明参数的设定区域的限制的图，图8a表示使用各参数区域时的动作数据的波形，图8b是表示各参数区域的关系的图。另外，图8a及图8b中，表示两种控制参数(参数a及参数b)的情况，但即使是一种或三种以上，也能够适用同样的概念。
在所述控制装置、控制方法及控制程序中，对控制参数的可设定区域进行规定。其他处理则与第1实施方式的控制装置、控制方法及控制参数相同，省略相同部位的说明。
如图7所示，控制装置(信息处理装置)进行参数区域的设定(s201)。所谓参数区域，是指在控制参数的最佳化算法中，对控制参数的可设定值的范围进行规定者。并且，若评价值为容许值以上(s104：否)，则控制装置(信息处理装置)在通过所述参数区域而设定为可利用的控制参数的范围内，进行控制参数的变更(s206)。
具体而言，如图8a、图8b所示，设定参数区域re1、re2、re3。参数区域re1是使用下述控制参数的情况，即，动作数据的波形的上升平缓且对标准数据的初始的追随性低，动作数据须耗费时间而与标准数据一致。参数区域re2是使用下述控制参数的情况，即，尽管动作数据的波形的上升比标准数据迟缓，但对标准数据有一定程度的追随性，在稍许过冲后，动作数据一致于标准数据。参数区域re3是使用下述控制参数的情况，即，初始时的动作数据对标准数据的追随性高，但会反复振动。
此时，例如不利用参数区域re3。将参数区域re1用于最佳化算法的执行中，但不用于最终决定的控制参数。将参数区域re2用于最佳化算法的执行中、及最终决定的控制参数。
通过进行此种控制参数的限制，能够更切实地设定适合的控制参数。
接下来，参照附图来说明本发明的第2实施方式的控制装置、控制方法及控制程序。图9是表示本发明的第2实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
如图9所示，第2实施方式的控制系统1a的控制装置10a与第1实施方式的控制装置10的不同之处在于，具备显示部15。控制装置10a的其他基本结构与控制装置10同样，省略同样部位的说明。
显示部15显示与控制装置10a所执行的控制参数的设定相关的数据(评价图像)。例如，显示部15如所述的图2所示，显示所述的动作数据与标准数据的波形。由此，操作员能够以标准数据为基准来容易地认识到伺服马达900会根据所设定的控制参数而如何动作。而且，显示部15显示所述的参数区域，从而能够容易地认识到，通过最佳化算法的执行，对于各区域在哪个位置设定控制参数。另外，显示部15也可不内置于控制装置10a中，而位于外部。
图10a及图10b是表示第2实施方式的控制装置中的显示画面例的图。图10a是表示控制参数值与可设定范围的关系的图，横轴为更新次数(使用最佳化算法的控制参数的设定变更次数)，纵轴为控制参数值。图10b是表示评价值的因更新次数引起的变化的图，横轴为更新次数，纵轴为评价值。在图10a的情况下，操作员能够容易地认识到控制参数是否处于规定的参数区域内。在图10b的情况下，操作员能够容易地认识到评价值已收敛为小的值。
由此，操作员能够容易地认识到控制参数是否已设定为最佳。
接下来，参照附图来说明本发明的第3实施方式的控制装置、控制方法及控制程序。图11是表示本发明的第3实施方式的控制装置及控制系统的主要结构的框图。
如图11所示，第3实施方式的控制系统1b相对于第1实施方式的控制系统1，不同之处在于计测器920连接于伺服驱动器90。控制系统1b的其他基本结构与控制系统1同样，省略同样部位的说明。
计测器920对伺服马达900的位置、速度或扭矩等进行检测，生成动作数据(位置数据、速度数据或扭矩数据等)。计测器920将动作数据输出至伺服驱动器90。
伺服驱动器90将来自计测器920的动作数据输出至控制装置10。或者，伺服驱动器90生成基于来自计测器920的动作数据的、其他种类的动作数据，并输出至控制装置10。例如，伺服驱动器90在从计测器920获取位置数据时，根据位置数据的时间变化量来算出速度数据，由此，生成包含所述速度数据的动作数据。伺服驱动器90将自身所生成的动作数据输出至控制装置10。此时，伺服驱动器90也可将自身所生成的动作数据与由计测器920所生成的动作数据成组地输出至控制装置10。
即使为此种结构，也能够获得与第1实施方式同样的作用效果。
接下来，对于本发明的第4实施方式的控制系统，参照附图来进行说明。图12是表示本发明的第4实施方式的控制系统的结构的框图。另外，以下，表示了控制装置、伺服驱动器、伺服马达及对象装置分别为三个的情况，但无论是两个还是四个以上，均能够适用本实施方式的结构。
如图12所示，控制系统1c具备服务器80、控制装置101、控制装置102、控制装置103、伺服驱动器91、伺服驱动器92、伺服驱动器93、伺服马达901、伺服马达902、伺服马达903及对象装置911、对象装置912、对象装置913。
控制装置101、控制装置102、控制装置103是与所述的控制装置10、控制装置10a同样，伺服驱动器91、伺服驱动器92、伺服驱动器93是与所述的伺服驱动器90同样。伺服马达901、伺服马达902、伺服马达903是与所述的伺服马达900同样，对象装置911、对象装置912、对象装置913是与所述的对象装置910同样。控制装置101连接于伺服驱动器91，伺服驱动器91连接于伺服马达901，伺服马达901连接于对象装置911。控制装置102连接于伺服驱动器92，伺服驱动器92连接于伺服马达902，伺服马达902连接于对象装置912。控制装置103连接于伺服驱动器93，伺服驱动器93连接于伺服马达903，伺服马达903连接于对象装置913。
服务器80具备控制部81、标准数据存储部82及接口(interface，if)部83。服务器80经由接口部83而连接于网络nw90，并经由所述网络nw90而连接于控制装置101、控制装置102、控制装置103。
控制部81执行后述的各处理。标准数据存储部82存储标准数据。
(与使用条件相应的标准数据的选择、存储)
图13a是表示服务器中的标准数据的存储处理的流程图。
如图13a所示，服务器80的控制部81从控制装置101、控制装置102、控制装置103获取使用条件与动作数据(s301)。所谓使用条件，是指伺服驱动器、伺服马达、对象装置在使用下的温度等。控制部81从所获取的多个动作数据中，选择与使用条件相应的最佳动作数据(s302)。控制部81将最佳动作数据作为标准数据而存储于标准数据存储部82中(s303)。此时，控制部81关联于使用条件来存储标准数据。
通过进行此种处理，从而能够选择与使用条件相应的标准数据并预先存储于服务器80中。由此，如以下所示，在多个控制装置中，能够利用与使用条件相应的标准数据。
(与使用条件相应的标准数据的选择、发送)
图13b是表示服务器中的标准数据的发送处理的流程图。
如图13b所示，服务器80的控制部81从控制装置101、控制装置102、控制装置103中有标准数据获取请求的控制装置，获取使用条件(s311)。控制部81选择与使用条件相应的标准数据，并从标准数据存储部82中予以读出(s312)。控制部81将所选择的标准数据，发送至有标准数据获取请求的控制装置(s313)。
通过进行此种处理，控制装置101、控制装置102、控制装置103能够使用与使用条件相应的标准数据来执行控制参数的最佳化。
(根据多个控制装置的动作数据设定最佳的标准数据)
图14是表示根据多个控制装置的动作数据设定最佳的标准数据，并发送至多个控制装置的处理的流程图。
如图14所示，服务器80的控制部81将初始控制参数发送至多个控制装置101、102、103(s401)。控制部81从多个控制装置101、102、103，获取基于初始控制参数而获得的动作数据(s402)。控制部81使用从多个控制装置101、102、103获取的动作数据来算出标准数据(s403)。具体而言，控制部81算出多个动作数据的平均值，并根据所述平均值来算出标准数据。控制部81将标准数据发送至多个控制装置101、102、103(s404)。
通过进行此种处理，能够在多个控制装置101、102、103间设定控制性能之差少的标准数据。并且，多个控制装置101、102、103使用所述标准数据来设定控制参数，由此，能够抑制控制装置101、102、103间的控制性能之差。