设定支持装置
阅读说明：本技术 设定支持装置 (Setting support device ) 是由 大野悌 恵木守 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：一种设定支持装置,支持对马达控制装置的多个控制参数的设定,所述马达控制装置使用来自被安装于驱动负载机械的马达的编码器的信息来控制马达,所述设定支持装置包括：确定部,关于多个控制参数中的第一控制参数的值互不相同的多个状态的各状态而确定响应性指标值,所述响应性指标值表示在所述状态下使马达控制装置控制所述马达时的负载机械的响应性；以及提示部,将由所述确定部所确定的关于多个状态的各状态的响应性指标值提示给用户。通过设定支持装置的结构,用户能够以考虑到负载机械的响应性的形式来进行对马达控制装置的控制参数设定。(A setting support device that supports setting of a plurality of control parameters for a motor control device that controls a motor using information from an encoder attached to the motor that drives a load machine, the setting support device comprising: a determination unit that determines a responsiveness index value indicating responsiveness of the load machine when the motor control device is caused to control the motor in each of a plurality of states in which values of a first control parameter are different from each other among the plurality of control parameters; and a presentation unit that presents the responsiveness index value for each of the plurality of states determined by the determination unit to a user. By configuring the setting support device, the user can set the control parameter of the motor control device in a form that takes into account the responsiveness of the load machine.)
技术领域
本发明涉及一种支持对马达控制装置的控制参数的设定的设定支持装置。
背景技术
控制马达的马达控制装置一般具有多个控制参数。并且，有时会因某个控制参数的值而其他控制参数的适当值发生变化，因此开发有支持对马达控制装置的多个控制参数的设定的各种技术(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2017-167607号公报
发明内容
发明所要解决的问题
像这样，开发有支持对马达控制装置的多个控制参数的设定的各种技术。但是，现有的技术基本上是基于安装于马达的编码器(encoder)的输出来将各控制参数的适当值提示给用户，即，仅着眼于马达轴的响应来设定(调整)各控制参数。
并且，由于马达的举动与由马达所驱动的负载机械的举动未必一致，因此若通过以往技术来设定(调整)马达控制装置的各控制参数，则马达轴的过冲(overshoot)量或稳定时间处于容许范围内，但负载机械的过冲量或稳定时间有时会处于容许范围外。
本发明是有鉴于所述现状而完成，其目的在于提供一种设定支持装置，用户能够以考虑到负载机械的响应性的形式来进行对马达控制装置的控制参数设定。
解决问题的技术手段
本发明的一观点的设定支持装置支持对马达控制装置的多个控制参数的设定，所述马达控制装置使用来自被安装于驱动负载机械的马达的编码器的信息来控制所述马达，所述设定支持装置包括：确定部，关于所述多个控制参数中的第一控制参数的值互不相同的多个状态的各状态而确定响应性指标值，所述响应性指标值表示在所述状态下使所述马达控制装置控制所述马达时的所述负载机械的响应性；以及提示部，将由所述确定部所确定的关于所述多个状态的各状态的所述响应性指标值提示给用户。
即，本发明的一观点的设定支持装置能够将表示负载机械的响应性的响应性指标值提示给用户。因而，根据所述设定支持装置，用户能够以考虑到负载机械的响应性的形式来进行对马达控制装置的控制参数设定。
设定支持装置的确定部也可通过基于模型的模拟来确定关于所述多个状态的各状态的所述响应性指标值，所述模型对包含所述负载机械的机械系统进行近似。而且，设定支持装置中的模型也可为至少考虑所述马达的惯量(inertia)与所述负载机械的惯量的多惯性模型。
对于设定支持装置，也可附加“模型制作部，所述模型制作部对系统的频率响应特性进行测定，并基于测定结果来制作所述模型，所述系统是将对所述马达的指令作为输入，将安装于所述负载机械的传感器对所述负载机械的位置、速度、加速度中的任一者的检测结果作为输出”。所述模型制作部也可根据测定出的所述频率响应特性，来确定反共振频率、共振频率、所述反共振频率下的增益、所述共振频率下的增益以及比所述反共振频率低的频率下的增益，并基于确定结果来制作所述模型。
而且，确定部也可关于所述多个状态的各状态，在所述状态下使所述马达控制装置控制所述马达而收集被安装于所述负载机械的传感器的输出，并基于所收集的输出来确定所述响应性指标值。对于设定支持装置，也可采用下述结构，即：“所述确定部关于所述多个状态的各状态还确定马达侧响应性指标值，所述马达侧响应性指标值表示在所述状态下使所述马达控制装置控制所述马达时的、所述马达的马达轴的响应性，将由所述确定部关于各状态而确定的所述响应性指标值，跟由所述确定部关于各状态而确定的所述马达侧响应性指标值一同提示给用户”。
设定支持装置的确定部既可基于来自所述编码器的信息来确定所述马达侧响应性指标值，也可通过模拟来确定所述马达侧响应性指标值。
设定支持装置中的响应性指标值也可为以所述负载机械的坐标系中的单位来表示所述负载机械的响应性的信息。对于设定支持装置，也可采用下述结构，即：“所述确定部确定表示所述负载机械的第一响应性的第一响应性指标值与表示所述负载机械的第二响应性的第二响应性指标值，以作为关于所述多个状态的各状态的所述响应性指标值，所述提示部将关于所述第一响应性指标值处于容许范围内的各状态的第二响应性指标值，以用户能够掌握所述第一响应性指标值不处于容许范围内的各状态的形态而提示给用户”。
对于设定支持装置，也可采用下述结构，即：“所述确定部关于所述多个状态的各状态还确定马达侧响应性指标值，所述马达侧响应性指标值表示在所述状态下使所述马达控制装置控制所述马达时的所述马达的马达轴的响应性，所述提示部关于所述多个状态的各状态，将所述响应性指标值与所述马达侧响应性指标值中的表示响应性更差的值提示给用户”。
进而，对于设定支持装置，也可采用下述结构，即：“所述确定部关于所述多个控制参数中的所述第一控制参数的值与第二控制参数的值的组合互不相同的所述多个状态的各状态，而确定所述响应性指标值，所述提示部通过显示等高线图，从而将关于所述多个状态的各状态的所述响应性指标值提示给用户，所述等高线图是将所述第一控制参数的值、第二控制参数的值分别设为纵轴及横轴中的其中一者、另一者，且以颜色或亮度来表示所述响应性指标值”。
发明的效果
根据本发明，用户能够以考虑到负载机械的响应性的形式来进行对马达控制装置的控制参数设定。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的设定支持装置的使用形态的说明图。
图2是设定支持装置支持控制参数设定的马达控制装置内的控制部的、与马达控制处理功能相关的功能框图。
图3是第一实施方式的设定支持装置的概略结构图。
图4是在模型制作时模型制作部所测定的频率响应特性的说明图。
图5是模型制作部所制作的模型的说明图。
图6是模型制作部对频率响应特性的测定结果例的说明图。
图7A是表示通过使用由模型制作部所制作的模型的模拟而获得的值与实测值的关系的频率-增益特性图。
图7B是表示通过使用由模型制作部所制作的模型的模拟而获得的值与实测值的关系的频率-相位特性图。
图8是响应性指标值计算部的坐标系转换功能的说明图。
图9是显示控制部对评估结果的显示例的说明图。
图10是显示控制部对评估结果的显示例的说明图。
图11是显示控制部对评估结果的显示例的说明图。
图12是显示控制部对评估结果的显示例的说明图。
图13是本发明的第二实施方式的设定支持装置的概略结构图。
图14是用于说明第二实施方式的设定支持装置所包括的模型制作部的功能的图。
图15是本发明的第三实施方式的设定支持装置的概略结构图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式。
《第一实施方式》
图1表示本发明的第一实施方式的设定支持装置10的使用形态。
本实施方式的设定支持装置10是用于支持对控制马达41的马达控制装置20的各种控制参数的设定的装置。
在说明设定支持装置10的详情之前，对马达控制装置20的结构及功能进行说明。如图1所示，马达控制装置20包括非易失性存储器21、马达驱动电路22及控制部23。
马达驱动电路22是在控制部23的控制下，对马达41供给驱动电流的电路。控制部23是包含微控制器、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等处理器及其周边元件的单元。所述控制部23所执行的主要处理是依据从可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)等外部装置输入的指令来控制马达41(马达驱动电路22)的马达控制处理。另外，控制部23被构成(编程)为，也能够执行其他处理。
非易失性存储器21是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable andProgrammable Read Only Memory，EEPROM)等可改写数据的非易失性存储器。在所述非易失性存储器21中，存储由用户所设定的各种控制参数值(位置比例增益、速度比例增益、模型增益等)。
图2表示控制部23的与马达控制处理功能相关的功能框图。如图所示的那样，控制部23被构成(编程)为，作为位置指令滤波器31、位置控制器33、速度控制器35、电流控制器36及速度检测器37发挥功能。
位置指令滤波器31是用于对位置指令进行滤波的数字滤波器。位置控制器33是生成速度指令的功能块，所述速度指令与经位置指令滤波器31滤波的位置指令、和由安装于马达41的编码器43所检测出的马达41的位置(马达轴的位置)之间的偏差相应。速度检测器37是通过对由编码器43所检测的马达41的位置进行微分，从而检测马达41的速度的功能块。速度控制器35是生成电流指令的功能块，所述电流指令与由位置控制器33所生成的速度指令和由速度检测器37所检测出的速度之间的偏差相应。电流控制器36是生成用于将按照来自速度控制器35的电流指令的电流供给至马达41的控制信号(本实施方式中为脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号)并供给至马达驱动电路22的功能块。
所述非易失性存储器21上的各控制参数值是用于对各功能块(位置控制器33等)的具体动作内容进行指定的值，控制部23基于存储在非易失性存储器21中的控制参数值，来决定作为位置控制器33等实际进行的处理的内容。
以下，具体说明设定支持装置10的结构及功能。另外，在以下的说明中，将包含马达控制装置20、马达41、负载机械42等的部分称作马达控制系统。
如上所述，设定支持装置10支持控制参数的设定的马达控制装置20是基于来自编码器43的信息来对马达41进行反馈控制的装置。对于设定支持装置10，为了能够考虑负载机械42的响应性来设定(调整)此种马达控制装置20的各种控制参数值，采用了以下的结构。
如图1所示，设定支持装置10构成为，可连接于马达控制装置20与传感器44，所述传感器44用于检测由马达41所驱动的负载机械42的位置。另外，连接于设定支持装置10的传感器44例如为线性标尺(linear scale)(线性编码器(linear encoder))。
而且，如图3所示，设定支持装置10包括输入装置11、本体部12及显示装置13。
输入装置11是鼠标、键盘等用于输入信息的装置。显示装置13是显示文字、图形等的装置。本体部12是以处理器为中心的单元。在所述本体部12中安装有设定支持程序，通过本体部12内的处理器执行所述设定支持程序，从而本体部12作为模型制作部16、响应性指标值计算部17及显示控制部18发挥功能。
〔模型制作部16〕
首先，使用图4至图6来说明模型制作部16的功能。图4是在模型制作时模型制作部16所测定的频率响应特性的说明图，图5是模型制作部16所制作的模型的说明图。而且，图6是模型制作部16对频率响应特性的测定结果例的说明图。
模型制作部16是制作用于对负载机械42的响应性的指标值(本实施方式中为过冲量及稳定时间)进行模拟的模型的功能块。
模型制作部16在从用户通过对输入装置11的操作而指示了模型的制作时，开始模型制作处理。开始了模型制作处理的模型制作部16首先将规定的指令输入至马达控制装置20，由此来对马达控制系统的、图4中的虚线框内所示的部分的频率响应特性(即，速度频率响应特性)进行测定。
接下来，模型制作部16基于频率响应特性的测定结果，来制作对机械系统进行近似的模型，所述机械系统包含马达41、负载机械42以及连接马达41-负载机械42间的联轴器。
本实施方式的模型制作部16所制作的模型如图4示意性地所示，是利用Ga(s)、Gb(s)及H(s)来对所述机械系统进行近似的所谓的双惯性模型。
此处，Ga(s)、Gb(s)、H(s)分别是由以下的式(1)～式(3)所定义的传递函数。而且，以下的式(1)～式(3)中的Ja是所述机械系统的驱动侧(马达41侧)的惯量，Jb是所述机械系统的被动侧(负载机械42侧)的惯量。K、D分别为所述机械系统的弹簧常数、粘性摩擦系数，s为拉普拉斯算子(Laplace operator)。
[数1]
另外，所述频率响应特性的测定结果如图6所例示的那样，具有增益为最小的反共振频率与增益为最大的共振频率，且比反共振频率低的频率侧的增益以固定的变化率(-20dB/dec)而变化。模型制作部16在根据频率响应特性的测定结果来制作模型时，根据所获得的频率响应特性的、比反共振频率低的频率侧的增益，来计算Ja+Jb，并根据共振比(共振频率与反共振频率之比)来计算Ja与Jb之比。接下来，模型制作部16根据两计算结果来计算Ja、Jb。进而，模型制作部16根据Ja与反共振频率来计算弹簧常数K，并根据反共振频率、共振频率下的增益来计算粘性摩擦D。并且，完成了各种参数计算的模型制作部16结束模型制作处理。
模型制作部16也可制作参数比所述双惯性模型多的模型。但是，即便使用所述双惯性模型，如图7A及图7B所示，也能够良好地推测各频率下的增益、相位。另外，图7A是表示通过使用由本实施方式的模型制作部16所制作的模型的模拟而获得的值与实测值的关系的频率-增益特性图，图7B是表示通过使用所述模型的模拟而获得的值与实测值的关系的频率-相位特性图。
〔响应性指标值计算部17〕
响应性指标值计算部17(图3)是如下所述的功能块，即，通过基于由模型制作部16所制作的模型的模拟，计算表示在各种状态下使马达控制装置20运行时的负载机械42的响应性的响应性指标值(以下也称作负载侧响应性指标值)。此处，所谓各种状态，是指用户指定为设定对象的两个控制参数(以下也称作指定参数)的值互不相同的状态。各种状态既可为两个指定参数以外的控制参数被固定的状态，也可为在两个指定参数以外的控制参数中存在值与指定参数值联动地发生变化的控制参数的状态。
所述响应性指标值计算部17在各状态下的负载侧响应性指标值(负载机械42的过冲量及稳定时间)的计算时，还计算马达41的马达轴的过冲量及稳定时间(以下也称作马达侧响应性指标值)。
而且，响应性指标值计算部17还具有将负载侧响应性指标值转换成负载机械42的坐标系中的值并予以输出的功能。即，使用所述模型(参照图5)而计算的负载侧响应性指标值为马达41的坐标系中的值，但一般而言，若负载侧响应性指标值为负载机械42的坐标系中的值，则容易掌握负载机械42的响应性。因此，响应性指标值计算部17构成为，可设定用于将马达41的坐标系中的值转换成负载机械42的坐标系中的值的转换系数(换言之，表示相对于马达41的位置的单位变化量的、负载机械42的位置变化量的值)。并且，响应性指标值计算部17在设定有转换系数时，如图8示意性地所示的那样，输出将根据模型计算的负载侧响应性指标值乘以所述转换系数所得的值，来作为负载侧响应性指标值的模拟结果。
〔显示控制部18〕
显示控制部18(图3)是将响应性指标值计算部17对各种响应性指标值的计算结果(以下也称作评估结果)以用户所指定的形态而显示于显示装置13的画面上的功能块。
例如，当在将速度比例增益Kvp及模型增益KModel指定为设定对象的模拟已完成的状态下，指示了以通常形态来显示评估结果时，显示控制部18将图9所示那样的图像显示于显示装置13的画面上。即，此时，显示控制部18在显示装置13的画面上同时显示表示负载机械42的过冲量(“负载端过冲量”)的等高线图、表示负载机械42的稳定时间(“负载端稳定时间”)的等高线图、表示马达轴的过冲量(“马达轴过冲量”)的等高线图、及表示马达轴的稳定时间(“马达轴稳定时间”)的等高线图。
而且，当在将速度比例增益Kvp及位置比例增益Kpp指定为设定对象的模拟已完成的状态下，指示了以通常形态来显示评估结果时，显示控制部18将图10所示那样的图像显示于显示装置13的画面上。
显示控制部18在输入有伴随其中一个响应性指标值(即，过冲量或稳定时间)的容许范围的指定的、负载(或马达)响应性指标值的显示指示时，在显示装置13的画面上显示下述等高线图，所述等高线图是另一个负载(或马达)响应性指标值的等高线图，且是用户能够掌握所述其中一个响应性指标值不处于容许范围内的指定参数值的组合的形态的等高线图。具体而言，例如在输入有将稳定时间的容许范围设为0.09sec以下的负载侧响应性指标值的显示指示时，显示控制部18如图11示意性所示，显示下述等高线图，所述等高线图是负载端过冲量的等高线图(图11的下段)，且是将稳定时间不处于容许范围内的区域的颜色设为表示过冲量为最大量的颜色的等高线图。
而且，显示控制部18还具有将下述等高线图显示于显示装置13的画面上的功能，所述等高线图是图12的下段所示的等高线图，即，相对于各指定参数的组合而表示了负载侧响应性指标值、马达侧响应性指标值中的最差值的等高线图。
进而，显示控制部18还构成为，在进行了伴随显示装置13的画面上的任一等高线图内的一点的指定的、规定操作时，进行将关于成为设定对象的两控制参数的马达控制装置20内的设定值变更为所指定的点的值的处理。
如以上所说明的那样，本实施方式的设定支持装置10能够将表示负载机械42的响应性的响应性指标值提示给用户。因而，根据设定支持装置10，用户能够以考虑到负载机械42的响应性的形式来进行对马达控制装置20的控制参数设定。并且，作为其结果，能够抑制负载机械42的过冲量或稳定时间成为容许范围外的控制参数设定的进行。
《第二实施方式》
以下，以与第一实施方式的设定支持装置10不同的部分为中心来说明本发明的第二实施方式的设定支持装置10b的结构、动作。
图13表示第二实施方式的设定支持装置10b的概略结构。
如图所示的那样，设定支持装置10b是将设定支持装置10的本体部12内的模型制作部16(参照图3)替换为模型制作部16b的装置。
模型制作部16b是如下所述的功能块，即，对马达控制系统内的、图14中的虚线框内所示的部分的频率响应特性(即，将对马达41的速度指令作为输入，将被安装于负载机械42的传感器44对负载机械42的位置检测结果作为输出的系统的频率响应特性)进行测定，并根据所述测定结果来制作模型。
即，设定支持装置10b成为如下所述的装置，即，将设定支持装置10变形为直接求出作为模型而使用的传递函数(参照图5)的装置。
具有所述结构的设定支持装置10b也能够将表示负载机械42的响应性的响应性指标值提示给用户。因而，通过设定支持装置10b，用户也能够以考虑到负载机械42的响应性的形式来进行对马达控制装置20的控制参数设定。而且，作为其结果，能够抑制负载机械42的过冲量或稳定时间处于容许范围外的控制参数设定的进行。
《第三实施方式》
以下，以与第一实施方式的设定支持装置10不同的部分为中心来说明本发明的第三实施方式的设定支持装置10c的结构、动作。
图15表示第三实施方式的设定支持装置10c的概略结构。
比较所述图15与图3可明确的是，设定支持装置10c是对设定支持装置10的本体部12(参照图3)实施了下述变形的装置，即，删除模型制作部16，并将响应性指标值计算部17替换为响应性指标值计算部17c。
响应性指标值计算部17c是实测各种响应性指标值(根据编码器43、传感器44的输出来求出各种响应性指标值)的功能块。另外，所谓实测各种响应性指标值，是指使用编码器43、传感器44的输出的测定结果来求出各种响应性指标值。
具有所述结构的设定支持装置10c也能够将表示负载机械42的响应性的响应性指标值提示给用户。因而，通过设定支持装置10c，用户也能够以考虑到负载机械42的响应性的形式来进行对马达控制装置20的控制参数设定。而且，作为其结果，能够抑制负载机械42的过冲量或稳定时间处于容许范围外的控制参数设定的进行。
《变形例》
所述各实施方式的设定支持装置(10、10b、10c)能进行各种变形。例如，也可将第一、第二实施方式的设定支持装置变形为对马达侧响应性指标值或负载侧响应性指标值进行实测的装置。而且，也可将第一实施方式的设定支持装置变形为设定Ja、Jb等而使用的装置。
为了制作模型而测定的频率响应特性既可为将位置指令或扭矩指令作为输入者，也可为将负载机械42的速度或加速度作为输出者。当然也可将设定支持装置变形为，显示形态与所述不同的等高线图(例如显示等值线的等高线图)，或者将设定支持装置变形为，将评估结果以等高线图以外的图(例如图表)予以显示。
《附注》
1、一种设定支持装置(10)，支持对马达控制装置(20)的多个控制参数的设定，所述马达控制装置(20)使用来自被安装于驱动负载机械(42)的马达(41)的编码器(43)的信息来控制所述马达(41)，所述设定支持装置(10)的特征在于包括：
确定部(17、17b、17c)，关于所述多个控制参数中的第一控制参数的值互不相同的多个状态的各状态而确定性能指标值，所述性能指标值表示在所述状态下使所述马达控制装置控制所述马达时的所述负载机械的响应性；以及
提示部(18)，将由所述确定部所确定的关于所述多个状态的各状态的所述性能指标值提示给用户。
符号的说明
10、10b、10c：设定支持装置
11：输入装置
12：本体部
13：显示装置
16、16b：模型制作部
17、17c：响应性指标值计算部
18：显示控制部
20：马达控制装置
21：非易失性存储器
22：马达驱动电路
23：控制部
31：位置指令滤波器
33：位置控制器
35：速度控制器
36：电流控制器
37：速度检测器
41：马达
42：负载机械
43：编码器
44：传感器