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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】調整支援装置、制御システム及び調整支援方法
(51)【国際特許分類】
G05B 13/04 20060101AFI20240709BHJP
G05B 11/32 20060101ALI20240709BHJP
G05B 19/4155 20060101ALI20240709BHJP
G05B 13/02 20060101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
G05B13/04
G05B11/32 F
G05B19/4155 V
G05B13/02 L
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023503766
(86)(22)【出願日】2022-02-24
(86)【国際出願番号】 JP2022007677
(87)【国際公開番号】W WO2022186051
(87)【国際公開日】2022-09-09
【審査請求日】2023-10-10
(31)【優先権主張番号】P 2021032675
(32)【優先日】2021-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390008235
【氏名又は名称】ファナック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100160794
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 寛明
(72)【発明者】
【氏名】恒木 亮太郎
【審査官】牧 初
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２０／００３７３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－３４６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１１７８５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｂ １１／００－１３／０４
Ｇ０５Ｂ １７／００－１７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータ、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する機械モデル作成部と、前記機械モデル及びフィードフォワード処理部を含む、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションするシミュレーション部と、
位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータとを調整する調整部と、
を備え、
前記調整部は、前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、それぞれの前記加減速時定数及び前記パラメータを調整する、調整支援装置。
【請求項2】
前記サーボ制御装置の制御ループの周波数特性を測定する周波数特性測定部を備え、機械モデル作成部は、前記周波数特性測定部にて測定した前記周波数特性に基づいて前記機械モデルを作成することを特徴とする、請求項１に記載の調整支援装置。
【請求項3】
前記調整部は機械学習を用いて、前記加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータを調整する請求項１又は２に記載の調整支援装置。【請求項4】
前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、サイクルタイムを含むサーボ状態を示す情報をユーザに提示する出力部を備えた請求項１から３のいずれか1項に記載の調整支援装置。【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の調整支援装置と、モータを制御するサーボ制御装置と、
位置指令を前記サーボ制御装置に出力する数値制御装置と、
を備えた制御システム。
【請求項6】
前記調整支援装置は、調整したパラメータを、前記サーボ制御装置のフィードフォワード処理部のパラメータに設定する、請求項５に記載の制御システム。【請求項7】
コンピュータに、モータ、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する処理と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部を含むシミュレーション部で、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションする処理と、
前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータとを調整する処理と、
を行わせる調整支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、調整支援装置、制御システム、及び調整支援方法に関し、特に、加減速時定数及びフィードフォワードパラメータの調整の支援を行う、調整支援装置、制御システム及び調整支援方法に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械、ロボット又は産業機械の初号機などにおけるサーボ制御装置のサーボ調整では、まずゲイン・フィルタ及び加減速等の最低限の機能を行い、その上で機械に応じて必要な機能を選び、その機能の調整が実施される。
【0003】
サーボ制御装置のサーボ調整に関する技術は、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【0004】
特許文献１には、サーボモータの制御パラメータ調整方法が記載されている。この制御パラメータ調整方法は、モータの駆動制御を行うための位置制御器および速度制御器を有する制御器をモデル化した制御器モデル、モータをモデル化したモータモデル、およびモータに接続された負荷をモデル化した負荷モデルを含むシミュレーションモデルを生成する工程と、シミュレーションモデルを用いたシミュレーションを速度制御モードで実行し、速度制御器のパラメータを評価して最適値を選出する工程と、選出された速度制御器のパラメータを用いて、シミュレーションを位置速度制御モードで実行し、位置制御器のパラメータを評価して最適値を選出する工程と、を含んでいる。
【0005】
特許文献２には、サーボ制御装置の構成要素の学習されたパラメータ又は第１の物理量と評価関数値を取得して、このパラメータ、第１の物理量又はパラメータから求められる第２の物理量と、評価関数値との関係を示す情報から機械学習の経過又は結果を確認することができる情報を出力する出力装置が記載されている。そして、特許文献２には、パラメータをサーボ制御装置の構成要素の伝達関数の係数としたとき、出力装置が、この情報に基づいて、係数の次数の変更指示を、サーボ制御装置に対して行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第２０２０／００３７３８号
【文献】特開２０２０－０７１５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
サーボ制御装置のサーボ調整における機能の選定には、専門的な知識が必要なことが多い。例えば、フィードフォワードの調整は、通常、剛体を前提とした簡単なモデルを用いて行い、次数が高次のフィードフォワードが用意されていても、高次のフィードフォワードを用いて調整されることは必ずしも多くない。
そのため、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合とのシミュレーションを行って、実際の機械を動作させることなく、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータとの調整の支援を行う、調整支援装置、制御システム、及び調整支援方法が望まれる。
そのため、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合とのシミュレーションを行って、実際の機械を動作させることなく、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータとの調整の支援を行う、調整支援装置、制御システム、及び調整支援方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
（１） 本開示の第１の態様は、モータ、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する機械モデル作成部と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部を含む、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションするシミュレーション部と、
位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータとを調整する調整部と、
を備え、
前記調整部は、前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、それぞれの前記加減速時定数及び前記パラメータを調整する、調整支援装置である。
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部を含む、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションするシミュレーション部と、
位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータとを調整する調整部と、
を備え、
前記調整部は、前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、それぞれの前記加減速時定数及び前記パラメータを調整する、調整支援装置である。
【0009】
（２） 本開示の第２の態様は、上記（１）に記載の調整支援装置と、モータを制御するサーボ制御装置と、位置指令を前記サーボ制御装置に出力する数値制御装置と、を備えた制御システムである。
【0010】
（３） 本開示の第３の態様は、コンピュータに、
モータ、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する処理と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部を含むシミュレーション部で、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションする処理と、
前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータとを調整する処理と、
を行わせる調整支援方法である。
モータ、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する処理と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部を含むシミュレーション部で、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションする処理と、
前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータとを調整する処理と、
を行わせる調整支援方法である。
【発明の効果】
【0011】
本開示の各態様によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合とのシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータとの調整の支援を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の一実施形態の調整支援装置を含む制御システムの一構成例を示すブロック図である。
【図2】シミュレーション部の一構成例を示すブロック図である。
【図3】モータ及び工作機械の機構部の機械モデルを示す図である。
【図4】周波数特性測定部により測定される入出力ゲインと位相遅れの周波数特性の一例を示す図である。
【図5】３つの例における、位置指令の一回微分値と位置偏差の変動、及びサイクルタイムを示す特性図である。
【図6】ＣＮＣ装置の一構成例を示すブロック図である。
【図7】サーボ制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図8】調整支援装置の動作を示すフローチャートである。
【図9】制御システムの他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本開示の一実施形態の調整支援装置を含む制御システムの一構成例を示すブロック図である。
図１に示す制御システム１０は、数値制御装置となるコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ装置）２０、サーボ制御装置３０、調整支援装置４０及びモータ５０を備えている。なお、図１では、ＣＮＣ装置２０、サーボ制御装置３０及び調整支援装置４０は分離して示されているが、調整支援装置４０は、ＣＮＣ装置２０又はサーボ制御装置３０に含まれてもよい。
制御システム１０のモータ５０によって駆動される対象は、例えば、工作機械、ロボット、又は産業機械の機構部である。モータ５０は、工作機械、ロボット又は産業機械等の一部として設けられてもよい。また、制御システム１０は、工作機械、ロボット、又は産業機械等の一部として設けられてもよい。
（第１実施形態）
図１は本開示の一実施形態の調整支援装置を含む制御システムの一構成例を示すブロック図である。
図１に示す制御システム１０は、数値制御装置となるコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ装置）２０、サーボ制御装置３０、調整支援装置４０及びモータ５０を備えている。なお、図１では、ＣＮＣ装置２０、サーボ制御装置３０及び調整支援装置４０は分離して示されているが、調整支援装置４０は、ＣＮＣ装置２０又はサーボ制御装置３０に含まれてもよい。
制御システム１０のモータ５０によって駆動される対象は、例えば、工作機械、ロボット、又は産業機械の機構部である。モータ５０は、工作機械、ロボット又は産業機械等の一部として設けられてもよい。また、制御システム１０は、工作機械、ロボット、又は産業機械等の一部として設けられてもよい。
【0014】
モータ５０によって駆動される対象が３軸加工機の場合は、例えば、被加工物（ワーク）を搭載するテーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、工具を装着した主軸をＺ軸方向に移動させて、ワークを加工するために、制御システム１０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ方向に対してそれぞれ図１に示すサーボ制御装置３０及びモータ５０を備えている。３軸加工機の機構部は、例えば、ボールネジとボールネジに接続に接続されるテーブルである。また、制御システム１０は、主軸の回転を制御する主軸モータ制御部（不図示）及びモータ（不図示）を備えている。以下、モータ５０によって駆動される対象が工作機械の機構部である場合を取り上げて説明する。
【0015】
ＣＮＣ装置２０は、加工プログラムに基づいて位置指令を生成して、サーボ制御装置３０及び調整支援装置４０に出力する。
サーボ制御装置３０は、位置指令に基づいてトルク指令を生成して、モータ５０を制御する。
サーボ制御装置３０は、位置指令に基づいてトルク指令を生成して、モータ５０を制御する。
【0016】
調整支援装置４０は、機械モデル作成部５００によって、モータ５０及び工作機械の機構部の機械モデルを作成し、シミュレーション部６００に機械モデルを設定する。調整支援装置４０の自動調整部７００は、位置指令を生成するＣＮＣ装置２０及びサーボ制御装置３０と同様な構成のシミュレーション部６００を用いて、ＣＮＣ装置２０及びサーボ制御装置３０をシミュレーションする。
具体的には、調整支援装置４０は、サーボ制御装置３０の後述する位置フィードフォワード計算部３０８及び速度フィードフォワード計算部３０９の少なくとも一方の伝達関数の次数を変更した場合の、ＣＮＣ装置２０の位置指令を生成するための加減速時定数と、位置フィードフォワード計算部３０８及び速度フィードフォワード計算部３０９の少なくとも一方の伝達関数の係数と、を調整する動作をシミュレーションする。そして、調整支援装置４０は、シミュレーション結果に基づいて、ＣＮＣ装置２０の加減速時定数と、位置フィードフォワード計算部３０８及び速度フィードフォワード計算部３０９の少なくとも一方の伝達関数の次数及び係数と、を設定する。
モータ５０は、直線運動をするリニアモータ又は回転軸を有するモータ等を用いることができる。
具体的には、調整支援装置４０は、サーボ制御装置３０の後述する位置フィードフォワード計算部３０８及び速度フィードフォワード計算部３０９の少なくとも一方の伝達関数の次数を変更した場合の、ＣＮＣ装置２０の位置指令を生成するための加減速時定数と、位置フィードフォワード計算部３０８及び速度フィードフォワード計算部３０９の少なくとも一方の伝達関数の係数と、を調整する動作をシミュレーションする。そして、調整支援装置４０は、シミュレーション結果に基づいて、ＣＮＣ装置２０の加減速時定数と、位置フィードフォワード計算部３０８及び速度フィードフォワード計算部３０９の少なくとも一方の伝達関数の次数及び係数と、を設定する。
モータ５０は、直線運動をするリニアモータ又は回転軸を有するモータ等を用いることができる。
【0017】
以下、調整支援装置４０の構成及び動作について説明する。ＣＮＣ装置２０及びサーボ制御装置３０の構成及び動作については後述する。
【0018】
＜調整支援装置４０＞
図１に示すように、調整支援装置４０は、周波数特性測定部４００、機械モデル作成部５００、シミュレーション部６００、調整部となる自動調整部７００及び出力部８００を備えている。図２はシミュレーション部６００の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、ＣＮＣ装置２０によってサーボ制御装置３０を動作させて、機械モデル作成部５００により機械モデルを作成した後は、調整支援装置４０の自動調整部７００は、シミュレーション部６００との間でシミュレーションを行い、次数が異なる、後述するシミュレーション部６００の位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）を複数設定して、それぞれの次数での、後述する位置指令生成部６１１の加減速時定数、及び位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを調整する。
図１に示すように、調整支援装置４０は、周波数特性測定部４００、機械モデル作成部５００、シミュレーション部６００、調整部となる自動調整部７００及び出力部８００を備えている。図２はシミュレーション部６００の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態では、ＣＮＣ装置２０によってサーボ制御装置３０を動作させて、機械モデル作成部５００により機械モデルを作成した後は、調整支援装置４０の自動調整部７００は、シミュレーション部６００との間でシミュレーションを行い、次数が異なる、後述するシミュレーション部６００の位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）を複数設定して、それぞれの次数での、後述する位置指令生成部６１１の加減速時定数、及び位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを調整する。
【0019】
周波数特性測定部４００は、サーボ制御装置３０の制御ループとなる位置ループの周波数特性を測定する。具体的には、位置指令及びサーボ制御装置３０の位置フィードバックから、入出力ゲインと位相遅れの周波数特性を求める。なお、位置ループの周波数特性は、シミュレーション部６００の後述する位置フィードフォワード処理部６０８２の係数ａｉ、ｂｊの調整のために用いられる機械モデルの作成に必要となるが、後述する速度フィードフォワード処理部６０９２の係数の調整のために用いられる機械モデルの作成には、制御ループとなる速度ループの周波数特性、すなわち、速度指令と速度フィードバックから求めた入出力ゲインと位相遅れの周波数特性が必要となる。ここでは、周波数特性測定部４００は、位置フィードフォワード処理部６０８２の調整のために用いられる機械モデルの作成のために位置ループの周波数特性を測定している。
なお、制御ループには、位置ループ、速度ループの他に他のループ、例えば不図示の電流ループも含まれる。サーボ制御装置３０が速度制御部３０５の後段に電流制御部を有して電流フィードバックが行われ、電流フィードフォワード処理部を含む電流フィードフォワード計算部を有する場合には、周波数特性測定部４００は、サーボ制御装置３０の制御ループとなる電流ループの周波数特性を測定する。具体的には、トルク指令及びサーボ制御装置３０の電流フィードバックから、入出力ゲインと位相遅れの周波数特性を求める。後述する図７のサーボ制御装置３０には、電流制御部及び電流フィードフォワード計算部が示されていないが、電流制御部及び電流フィードフォワード計算部を含めることができる。
電流ループの周波数特性は、サーボ制御装置３０と同様な構成のシミュレーション部６００の電流フィードフォワード計算部の電流フィードフォワード処理部の係数（後述する数式３と同様の伝達関数の係数）の調整のために用いられる機械モデルの作成に必要となる。電流制御部及び電流フィードフォワード計算部については、例えば、特開２０１９－１６４４８４号公報に記載されている。
なお、制御ループには、位置ループ、速度ループの他に他のループ、例えば不図示の電流ループも含まれる。サーボ制御装置３０が速度制御部３０５の後段に電流制御部を有して電流フィードバックが行われ、電流フィードフォワード処理部を含む電流フィードフォワード計算部を有する場合には、周波数特性測定部４００は、サーボ制御装置３０の制御ループとなる電流ループの周波数特性を測定する。具体的には、トルク指令及びサーボ制御装置３０の電流フィードバックから、入出力ゲインと位相遅れの周波数特性を求める。後述する図７のサーボ制御装置３０には、電流制御部及び電流フィードフォワード計算部が示されていないが、電流制御部及び電流フィードフォワード計算部を含めることができる。
電流ループの周波数特性は、サーボ制御装置３０と同様な構成のシミュレーション部６００の電流フィードフォワード計算部の電流フィードフォワード処理部の係数（後述する数式３と同様の伝達関数の係数）の調整のために用いられる機械モデルの作成に必要となる。電流制御部及び電流フィードフォワード計算部については、例えば、特開２０１９－１６４４８４号公報に記載されている。
【0020】
機械モデル作成部５００は、例えば、図３に示すような２慣性系により機械モデルを作成する。このような機械モデルは、例えば、“ＮＣ工作機械の送り軸のための２慣性系モデルによる低周波振動抑制制御の研究” 2016年82 巻8 号p.745-750，精密工学会誌に記載されている。なお、機械モデル作成部５００は、２慣性系により機械モデルを作成することに限定されず、他方の方法によりモデルを作成することができ、例えば、物理モデルではなく、後述する数式３のような多項式の伝達関数に対して、測定した周波数特性をブラックボックスモデルとしてフィッティングすることで機械モデルを作成することもできる。
モータ５０及び工作機械の機構部の機械モデルは、例えば、負荷の固有角周波数ω０、ダンピング係数ζを用いて、数式１（以下に数１として示す）で示される。数式１は、モータ位置から負荷位置までの伝達関数である。
機械モデル作成部５００は、数式１の負荷の固有角周波数ω０及びダンピング係数ζを、周波数特性測定部４００により測定される入出力ゲインと位相遅れの周波数特性を用いて求めることができる。図４は周波数特性測定部４００により測定される入出力ゲインと位相遅れの周波数特性の一例を示す図である。ダンピング係数ζは、図４の入出力ゲインのピーク周波数ｆｐ、ピーク周波数ｆｐのときの入出力ゲインのピーク値より３ｄＢ下がった点の周波数幅Δｆから、式Δｆ／ｆｐを用いて求めることができる。負荷の固有角周波数ω０はω０＝２πｆｐから求めることができる。
また、機械モデルは、図３に示すような２慣性系により機械モデルを用い、モータのイナーシャ、負荷イナーシャ、共振周波数、及び共振時のゲインのピーク値から求めてもよい。
機械モデルは、例えば、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋｍ、ダンパ定数Ｃｍを用いて、数式２（以下に数２として示す）で示される。数式２は、モータ位置から負荷位置までの伝達関数である。
モータ５０及び工作機械の機構部の機械モデルは、例えば、負荷の固有角周波数ω０、ダンピング係数ζを用いて、数式１（以下に数１として示す）で示される。数式１は、モータ位置から負荷位置までの伝達関数である。
【数1】
また、機械モデルは、図３に示すような２慣性系により機械モデルを用い、モータのイナーシャ、負荷イナーシャ、共振周波数、及び共振時のゲインのピーク値から求めてもよい。
機械モデルは、例えば、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋｍ、ダンパ定数Ｃｍを用いて、数式２（以下に数２として示す）で示される。数式２は、モータ位置から負荷位置までの伝達関数である。
【数2】
【0021】
負荷イナーシャは負荷イナーシャ推定部により推定することができる。負荷イナーシャ推定部は、例えば、調整支援装置４０内に設けることができる。負荷イナーシャ推定部は、モータ５０に流れる電流値を取得するとともに、モータ５０から速度検出値を取得する。負荷イナーシャ推定部は、例えば、特開２０１０－１４８１７８号公報に記載された制御装置のイナーシャ推定方法を用いて負荷イナーシャを推定することができる。特開２０１０－１４８１７８号公報に記載された制御装置は、モータへのトルク指令に正弦波状指令を加える手段と、モータに流れる電流値を取得する手段と、モータの加速度値を取得する手段と、正弦波状指令の複数周期にわたる電流値と加速度値から得た電流代表値と加速度代表値、及びモータのトルク定数からモータによる被駆動体のイナーシャ（負荷イナーシャ）を推定する手段と、を備えている。加速度は速度検出値を微分することで求めることができる。
電流代表値Ｉ、加速度代表値ａ、トルク定数Ｋｔとすると、イナーシャＪは、Ｊ＝Ｉ・Ｋｔ／ａの関係式により求めることができる。
電流代表値Ｉ、加速度代表値ａ、トルク定数Ｋｔとすると、イナーシャＪは、Ｊ＝Ｉ・Ｋｔ／ａの関係式により求めることができる。
【0022】
シミュレーション部６００の構成例は図２に示される。
図２に示すように、シミュレーション部６００は、減算器６０１、位置制御部６０２、加算器６０３、減算器６０４、速度制御部６０５、加算器６０６、積分器６０７、位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９を備えている。位置フィードフォワード計算部６０８は、微分器６０８１と、位置フィードフォワード処理部６０８２とを備えている。速度フィードフォワード計算部６０９は、２回微分器６０９１と、速度フィードフォワード処理部６０９２とを備えている。これらの構成は後述するサーボ制御装置３０と同様である。なお、図２では図示していないが、サーボ制御装置３０が電流制御部及び電流フィードフォワード計算部を含む場合は、シミュレーション部６００も同様に、電流制御部及び電流フィードフォワード計算部を含む。
また、シミュレーション部６００は、機械モデル作成部５００により作成された機械モデル６１０、及びＣＮＣ装置２０と同様の位置指令を生成する位置指令生成部６１１を備えている。ここでは、機械モデル６１０は、周波数特性測定部４００により測定される入出力ゲインと位相遅れの周波数特性を用いて数式１より求められる。位置指令生成部６１１における、位置指令を生成するための加減速時定数は、自動調整部７００が調整する。位置指令生成部６１１は、ここでは、シミュレーション部６００に設けられているが、シミュレーション部６００外に設けられてもよい。
図２に示すように、シミュレーション部６００は、減算器６０１、位置制御部６０２、加算器６０３、減算器６０４、速度制御部６０５、加算器６０６、積分器６０７、位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９を備えている。位置フィードフォワード計算部６０８は、微分器６０８１と、位置フィードフォワード処理部６０８２とを備えている。速度フィードフォワード計算部６０９は、２回微分器６０９１と、速度フィードフォワード処理部６０９２とを備えている。これらの構成は後述するサーボ制御装置３０と同様である。なお、図２では図示していないが、サーボ制御装置３０が電流制御部及び電流フィードフォワード計算部を含む場合は、シミュレーション部６００も同様に、電流制御部及び電流フィードフォワード計算部を含む。
また、シミュレーション部６００は、機械モデル作成部５００により作成された機械モデル６１０、及びＣＮＣ装置２０と同様の位置指令を生成する位置指令生成部６１１を備えている。ここでは、機械モデル６１０は、周波数特性測定部４００により測定される入出力ゲインと位相遅れの周波数特性を用いて数式１より求められる。位置指令生成部６１１における、位置指令を生成するための加減速時定数は、自動調整部７００が調整する。位置指令生成部６１１は、ここでは、シミュレーション部６００に設けられているが、シミュレーション部６００外に設けられてもよい。
【0023】
位置指令生成部６１１から出力された位置指令は、減算器６０１、位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９に入力される。
減算器６０１は、位置指令生成部６１１から入力される位置指令を受け、位置指令と位置フィードバックされた検出位置との差を求め、その差を位置偏差として位置制御部６０２に出力する。
減算器６０１は、位置指令生成部６１１から入力される位置指令を受け、位置指令と位置フィードバックされた検出位置との差を求め、その差を位置偏差として位置制御部６０２に出力する。
【0024】
位置制御部６０２は、位置偏差にポジションゲインＫｐを乗じた値を、速度指令として加算器６０３に出力する。
位置フィードフォワード計算部６０８は、微分器６０８１と、位置フィードフォワード処理部６０８２とを備えている。位置フィードフォワード処理部６０８２はフィードフォワード処理部となる。
位置フィードフォワード計算部６０８の微分器６０８１は、入力される位置指令を微分して定数αを掛け、位置フィードフォワード処理部６０８２は微分器６０８１の出力に、数式３（以下に数３として示す）で示す伝達関数Ｆ（ｓ）で示された位置フィードフォワード処理を行い、その処理結果を位置フィードフォワード項として、加算器６０３に出力する。数式３の係数ａｉ、ｂｊ(ｍ≧ｉ≧０，ｎ≧ｊ≧０、ｍ、ｎは０又は自然数で、次数となる)は、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の各係数である。次数を設定するとは、数ｍと数ｎのうちの一方又は両方を設定することをいう。係数ａｉ、ｂｊは位置フィードフォワード処理部６０８２のパラメータとなる。
位置フィードフォワード計算部６０８は、微分器６０８１と、位置フィードフォワード処理部６０８２とを備えている。位置フィードフォワード処理部６０８２はフィードフォワード処理部となる。
位置フィードフォワード計算部６０８の微分器６０８１は、入力される位置指令を微分して定数αを掛け、位置フィードフォワード処理部６０８２は微分器６０８１の出力に、数式３（以下に数３として示す）で示す伝達関数Ｆ（ｓ）で示された位置フィードフォワード処理を行い、その処理結果を位置フィードフォワード項として、加算器６０３に出力する。数式３の係数ａｉ、ｂｊ(ｍ≧ｉ≧０，ｎ≧ｊ≧０、ｍ、ｎは０又は自然数で、次数となる)は、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の各係数である。次数を設定するとは、数ｍと数ｎのうちの一方又は両方を設定することをいう。係数ａｉ、ｂｊは位置フィードフォワード処理部６０８２のパラメータとなる。
【数3】
【0025】
加算器６０３は、速度指令と位置フィードフォワード計算部６０８の出力値（位置フィードフォワード項）とを加算して、フィードフォワード制御された速度指令として減算器６０４に出力する。減算器６０４は加算器６０３の出力と速度フィードバックされた速度検出値との差を求め、その差を速度偏差として速度制御部６０５に出力する。
【0026】
速度制御部６０５は、速度偏差に積分ゲインＫ１ｖを乗じて積分した値と、速度偏差に比例ゲインＫ２ｖを乗じた値とを加算して、トルク指令として加算器６０６に出力する。
【0027】
速度フィードフォワード計算部６０９は、２回微分器６０９１と、速度フィードフォワード処理部６０９２とを備えている。速度フィードフォワード処理部６０９２はフィードフォワード処理部となる。
速度フィードフォワード計算部６０９の２回微分器６０９１は、入力される位置指令値を２回微分して定数βを掛け、速度フィードフォワード処理部６０９２は２回微分器６０９１の出力に、数式４（以下に数４として示す）で示された伝達関数Ｇ（ｓ）で示される速度フィードフォワード処理を行い、その処理結果を速度フィードフォワード項として、加算器６０６に出力する。数式４の係数ｃｉ、ｄｊ(ｐ≧ｉ≧０，ｑ≧ｊ≧０、ｐ、ｑは０又は自然数で、次数となる)は、速度フィードフォワード処理部６０９２の伝達関数Ｇ（ｓ）の各係数である。次数を設定するとは、数ｐと数ｑのうちの一方又は両方を設定することをいう。係数ｃｉ、ｄｊは速度フィードフォワード処理部６０９２のパラメータとなる。
速度フィードフォワード計算部６０９の２回微分器６０９１は、入力される位置指令値を２回微分して定数βを掛け、速度フィードフォワード処理部６０９２は２回微分器６０９１の出力に、数式４（以下に数４として示す）で示された伝達関数Ｇ（ｓ）で示される速度フィードフォワード処理を行い、その処理結果を速度フィードフォワード項として、加算器６０６に出力する。数式４の係数ｃｉ、ｄｊ(ｐ≧ｉ≧０，ｑ≧ｊ≧０、ｐ、ｑは０又は自然数で、次数となる)は、速度フィードフォワード処理部６０９２の伝達関数Ｇ（ｓ）の各係数である。次数を設定するとは、数ｐと数ｑのうちの一方又は両方を設定することをいう。係数ｃｉ、ｄｊは速度フィードフォワード処理部６０９２のパラメータとなる。
【数4】
【0028】
加算器６０６は、トルク指令と速度フィードフォワード計算部６０９の出力値（速度フィードフォワード項）とを加算して、フィードフォワード制御されたトルク指令として機械モデル６１０に出力する。
機械モデル６１０は、機械モデルの速度を速度フィードバックとして減算器６０４に入力する。速度は積分器６０７で積分されて位置フィードバックとして減算器６０１に入力される。
機械モデル６１０は、機械モデルの速度を速度フィードバックとして減算器６０４に入力する。速度は積分器６０７で積分されて位置フィードバックとして減算器６０１に入力される。
【0029】
自動調整部７００は、次数が異なる、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）を複数設定して、それぞれの次数での、位置指令生成部６１１の加減速時定数、及び位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを調整する。なお、速度フィードフォワード処理部６０９２の伝達関数Ｇ（ｓ）の係数ｃｉ、ｄｊの調整は、速度ループの周波数特性を求めて機械モデルを作成することで可能となるが、ここでは、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊの調整のみを行うものとして説明する。
自動調整部７００は、位置指令生成部６１１の加減速時定数を、サイクルタイムが小さくないように調整し、また位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを、位置偏差が低減するように調整する。
そして、自動調整部７００は、複数の次数の各次数と、各次数における、調整された加減速時定数及び調整された係数ａｉ、ｂｊによる、シミュレーション部６００の位置指令の一回微分値と位置偏差と、を出力部８００に出力する。
自動調整部７００は、位置指令生成部６１１の加減速時定数を、サイクルタイムが小さくないように調整し、また位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを、位置偏差が低減するように調整する。
そして、自動調整部７００は、複数の次数の各次数と、各次数における、調整された加減速時定数及び調整された係数ａｉ、ｂｊによる、シミュレーション部６００の位置指令の一回微分値と位置偏差と、を出力部８００に出力する。
【0030】
位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎは、例えば、ｍ＝０、ｎ＝０と、ｍ、ｎ≧１とに設定する。ｍ、ｎ≧１の場合の次数ｍ、ｎは、例えば、低周波（１００Ｈｚ程度まで周波数）での共振点の個数に応じて決めることができる。具体的には、１つの共振点であるならば２次、２つの共振点ならば４次と決めることができる。次数ｍ、ｎの値は、ユーザが予め決めてもよく、自動調整部７００が共振点の個数に応じて決めてもよい。
位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊの初期値は、ユーザによって決められる。
位置指令生成部６１１の加減速時定数の初期値は、ユーザによって決められる。例えば、小型の工作機械の加減速設定をして、揺れやすい設定とする。自動調整部７００は、この初期値から振動を抑えられるような加減速時定数に調整する。
位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊの初期値は、ユーザによって決められる。
位置指令生成部６１１の加減速時定数の初期値は、ユーザによって決められる。例えば、小型の工作機械の加減速設定をして、揺れやすい設定とする。自動調整部７００は、この初期値から振動を抑えられるような加減速時定数に調整する。
【0031】
出力部８００は、液晶表示装置等の表示装置、又はプリンター等である。出力部８００は、入力された、各次数における、調整された加減速時定数及び調整された係数ａｉ、ｂｊによる、位置指令の一回微分値及び位置偏差に基づいて、ユーザに、各次数における、調整された加減速時定数及び調整された係数ａｉ、ｂｊによる、シミュレーション部６００の位置偏差の変動及びサイクルタイムを含むサーボ状態を示す情報を例えば表示装置に表示する。ここで、出力とは、ユーザに、各次数における、少なくともサイクルタイムを含むサーボ状態の情報を示す動作をいい、例えば、かかる情報を、表示装置に表示したり、プリンターで用紙に印刷することをいう。各次数及び加減速時定数の値は、サイクルタイムを含むサーボ状態とともに出力される。
【0032】
ユーザは、出力部８００によって示される、複数の次数における、位置偏差の変動、及びサイクルタイムを判断し、サイクルタイムが小さく、位置偏差の変動が減少するように、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数及び位置指令生成部６１１の加減速時定数を入力する。
なお、出力部８００は、各次数における、位置指令の一回微分値と位置偏差の変動、及びサイクルタイムＣＴを示す特性図を出力し、ユーザが複数の特性図から特性図を特定する情報を入力することで、自動調整部７００が、特定された特性図に基づいて、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数及び位置指令生成部６１１の加減速時定数を特定できるようにしてもよい。
なお、出力部８００は、各次数における、位置指令の一回微分値と位置偏差の変動、及びサイクルタイムＣＴを示す特性図を出力し、ユーザが複数の特性図から特性図を特定する情報を入力することで、自動調整部７００が、特定された特性図に基づいて、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数及び位置指令生成部６１１の加減速時定数を特定できるようにしてもよい。
【0033】
自動調整部７００は、入力された次数に、サーボ制御装置３０の後述する位置フィードフォワード処理部３０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎを設定するとともに、入力された次数で調整した、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを、サーボ制御装置３０の位置フィードフォワード処理部３０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊとして設定する。また、自動調整部７００は、入力された加減速時定数に、ＣＮＣ装置２０の加減速時定数を設定する。
なお、自動調整部７００は、出力部８００を用いてユーザにサイクルタイムを含むサーボ状態を示す情報を示すことなく、サイクルタイムが小さく、位置偏差の変動が減少するように、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数と係数、及び位置指令生成部６１１の加減速時定数を決定し、サーボ制御装置３０の位置フィードフォワード処理部３０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数と係数ａｉ、ｂｊ及びＣＮＣ装置２０の加減速時定数として設定してもよい。
なお、自動調整部７００は、出力部８００を用いてユーザにサイクルタイムを含むサーボ状態を示す情報を示すことなく、サイクルタイムが小さく、位置偏差の変動が減少するように、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数と係数、及び位置指令生成部６１１の加減速時定数を決定し、サーボ制御装置３０の位置フィードフォワード処理部３０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数と係数ａｉ、ｂｊ及びＣＮＣ装置２０の加減速時定数として設定してもよい。
【0034】
以下、位置指令生成部６１１の加減速時定数、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数の設定の３つの例について説明する。
（例１）自動調整部７００は、位置指令生成部６１１の加減速時定数を設定し、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎをｍ＝０、ｎ＝０とする（ｍ＝０、ｎ＝０の場合を低次の次数という）。このとき、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数はａ０、ｂ０となる。
（例１）自動調整部７００は、位置指令生成部６１１の加減速時定数を設定し、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎをｍ＝０、ｎ＝０とする（ｍ＝０、ｎ＝０の場合を低次の次数という）。このとき、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数はａ０、ｂ０となる。
【0035】
（例２）自動調整部７００は、位置指令生成部６１１の加減速時定数を例１で設定した加減速時定数よりも小さくし、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎを例１と同じとする。
【0036】
（例３）自動調整部７００は、位置指令生成部６１１の加減速時定数を例２で設定した加減速時定数（例１で設定した加減速時定数よりも小さい加減速時定数）と同じとし、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎを自然数（ｍ、ｎ≧１）とする（ｍ、ｎが自然数の場合を高次の次数という）。このとき、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数は数式３で示した係数ａｉ、ｂｊとなる。自動調整部７００は、位置偏差が低減するように、係数ａｉ、ｂｊを調整する。
【0037】
図５は例１、例２及び例３における、位置指令の一回微分値と位置偏差の変動、及びサイクルタイムＣＴを示す特性図である。
自動調整部７００は、例えば、例１及び例３で設定した、位置指令生成部６１１の加減速時定数及び伝達関数Ｆ（ｓ）の係数のときの、位置指令の一回微分値と位置偏差を出力部８００に出力する。出力部８００は、図５に示す例1及び例３の特性図を例えば表示装置に表示する。
ユーザは、表示装置に表示される、図５の例１及び例３を示す特性から、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎを高次の次数とすれば、位置偏差の変動を抑制しつつ、位置指令生成部６１１の加減速時定数を小さくして、サイクルタイムＣＴ１よりも小さいサイクルタイムＣＴ２（＜ＣＴ１）とすることができることを認識できる。
自動調整部７００は、例えば、例１及び例３で設定した、位置指令生成部６１１の加減速時定数及び伝達関数Ｆ（ｓ）の係数のときの、位置指令の一回微分値と位置偏差を出力部８００に出力する。出力部８００は、図５に示す例1及び例３の特性図を例えば表示装置に表示する。
ユーザは、表示装置に表示される、図５の例１及び例３を示す特性から、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の次数ｍ、ｎを高次の次数とすれば、位置偏差の変動を抑制しつつ、位置指令生成部６１１の加減速時定数を小さくして、サイクルタイムＣＴ１よりも小さいサイクルタイムＣＴ２（＜ＣＴ１）とすることができることを認識できる。
【0038】
自動調整部７００は、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊの調整、及び位置指令生成部６１１の加減速時定数の調整を、機械学習を用いて行うことができる。
【0039】
機械学習の一つである強化学習を用いて、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊ及び速度フィードフォワード処理部６０９２の伝達関数Ｇ（ｓ）の係数ｃｉ、ｄｊを調整する方法を開示した特許文献としては、例えば、特開２０１８－１５２０１２号公報、特開２０１９－１６４４８４号公報が挙げられる。
特開２０１８－１５２０１２号公報には、速度フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数を、位置偏差を用いた強化学習よって学習する機械学習装置が記載されており、速度フィードフォワード計算手段を位置フィードフォワード計算手段に置き替えることで本実施形態に適用できる。特開２０１９－１６４４８４号公報には、速度フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数を、位置偏差を用いた強化学習よって学習した後に、同様に位置フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数を、位置偏差を用いた強化学習よって学習する機械学習装置が記載されている。
なお、特開２０１８－１５２０１２号公報、特開２０１９－１６４４８４号公報では、サーボ制御装置の速度フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数、又は速度フィードフォワード計算手段と位置フィードフォワード計算手段との伝達関数の係数の機械学習について記載しているが、サーボ制御装置３０と同様に構成された、シミュレーション部６００の位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９の伝達関数の係数の機械学習にも同様に適用される。
特開２０１８－１５２０１２号公報には、速度フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数を、位置偏差を用いた強化学習よって学習する機械学習装置が記載されており、速度フィードフォワード計算手段を位置フィードフォワード計算手段に置き替えることで本実施形態に適用できる。特開２０１９－１６４４８４号公報には、速度フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数を、位置偏差を用いた強化学習よって学習した後に、同様に位置フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数を、位置偏差を用いた強化学習よって学習する機械学習装置が記載されている。
なお、特開２０１８－１５２０１２号公報、特開２０１９－１６４４８４号公報では、サーボ制御装置の速度フィードフォワード計算手段の伝達関数の係数、又は速度フィードフォワード計算手段と位置フィードフォワード計算手段との伝達関数の係数の機械学習について記載しているが、サーボ制御装置３０と同様に構成された、シミュレーション部６００の位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９の伝達関数の係数の機械学習にも同様に適用される。
【0040】
機械学習の一つである強化学習を用いて、位置指令生成部６１１の加減速を調整する方法を開示した特許文献としては、例えば、特開２０１８－１８１２１７号公報が挙げられ、この方法を加減速時定数の調整に適用することができる。
特開２０１８－１５２０１２号公報には、工作機械の各軸の速度分布（各軸の速度のＮ階時間微分要素）を学習する機械学習装置が記載されている。この機械学習装置は、各軸の速度のＮ階時間微分要素を示す第１の状態データを、環境の現在状態を表す状態変数として観測する状態観測部と、加工済みワークの加工精度、面品位及び加工時間のうち少なくともいずれか１つの適否判定結果を示す判定データを取得する判定データ取得部と、状態変数と判定データとを用いて、各軸の速度のＮ階時間微分要素を、加工済みワークの加工精度、面品位及び加工時間のうち少なくともいずれか１つと関連付けて学習する学習部と、を備える。
加減速時定数を強化学習を用いて調整する場合、加工済みワークの加工精度、面品位及び加工時間のうち少なくともいずれか１つを取得することが求められるが、本実施形態では、シミュレーションで求める。面品位は、例えば、面粗度で求めることができる。なお、シミュレーションにより面粗度を算出する方法は、例えば、”Simulation of Surface roughness and profile in high-speed end milling”, Ki Yong Lee, Myeong Chang Kang, Yung Ho Jeong, Deuk Woo Lee, Jeong Suk Kim, Journal of Materials Processing Technology 113 (2001) 410-415に記載されている。
特開２０１８－１５２０１２号公報には、工作機械の各軸の速度分布（各軸の速度のＮ階時間微分要素）を学習する機械学習装置が記載されている。この機械学習装置は、各軸の速度のＮ階時間微分要素を示す第１の状態データを、環境の現在状態を表す状態変数として観測する状態観測部と、加工済みワークの加工精度、面品位及び加工時間のうち少なくともいずれか１つの適否判定結果を示す判定データを取得する判定データ取得部と、状態変数と判定データとを用いて、各軸の速度のＮ階時間微分要素を、加工済みワークの加工精度、面品位及び加工時間のうち少なくともいずれか１つと関連付けて学習する学習部と、を備える。
加減速時定数を強化学習を用いて調整する場合、加工済みワークの加工精度、面品位及び加工時間のうち少なくともいずれか１つを取得することが求められるが、本実施形態では、シミュレーションで求める。面品位は、例えば、面粗度で求めることができる。なお、シミュレーションにより面粗度を算出する方法は、例えば、”Simulation of Surface roughness and profile in high-speed end milling”, Ki Yong Lee, Myeong Chang Kang, Yung Ho Jeong, Deuk Woo Lee, Jeong Suk Kim, Journal of Materials Processing Technology 113 (2001) 410-415に記載されている。
【0041】
調整支援装置４０に含まれる機能ブロックについて説明した。
これらの機能ブロックを実現するために、調整支援装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置を備える。また、調整支援装置４０のそれぞれは、アプリケーションソフトウェア又はＯＳ（Operating System）等の各種の制御用プログラムを格納したＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の補助記憶装置、及び演算処理装置がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのＲＡＭ（Random Access Memory）といった主記憶装置も備える。
これらの機能ブロックを実現するために、調整支援装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置を備える。また、調整支援装置４０のそれぞれは、アプリケーションソフトウェア又はＯＳ（Operating System）等の各種の制御用プログラムを格納したＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の補助記憶装置、及び演算処理装置がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのＲＡＭ（Random Access Memory）といった主記憶装置も備える。
【0042】
そして、調整支援装置４０において、演算処理装置が補助記憶装置からアプリケーションソフトウェア又はＯＳを読み込み、読み込んだアプリケーションソフトウェア又はＯＳを主記憶装置に展開させながら、これらのアプリケーションソフトウェア又はＯＳに基づいた演算処理を行なう。また、この演算結果に基づいて、各装置が備える各種のハードウェアを制御する。これにより、本実施形態の機能ブロックは実現される。つまり、本実施形態は、ハードウェアとソフトウェアが協働することにより実現することができる。
【0043】
調整支援装置４０の自動調整部７００において機械学習を行う場合には、機械学習に伴う演算量が多いため、調整支援装置４０は、例えば、パーソナルコンピュータにＧＰＵ（Graphics Processing Units）を搭載し、ＧＰＧＰＵ（General-Purpose computing on Graphics Processing Units）と呼ばれる技術により、ＧＰＵを機械学習に伴う演算処理に利用するようにすると高速処理できる。更には、より高速な処理を行うために、調整支援装置４０は、このようなＧＰＵを搭載したコンピュータを複数台用いてコンピュータ・クラスターを構築し、このコンピュータ・クラスターに含まれる複数のコンピュータにて並列処理を行うようにしてもよい。
【0044】
次に、ＣＮＣ装置２０及びサーボ制御装置３０について説明する。
＜ＣＮＣ装置２０＞
図６はＣＮＣ装置の一構成例を示すブロック図である。
図６に示すＣＮＣ装置２０は、プログラム解析部２０１、補間部２０２、加減速制御部２０３及び指令出力部２０４を備えている。ＣＮＣ装置２０は、主軸モータ制御部へ主軸の回転を制御するための動作指令を送るがここでは説明を省略する。
＜ＣＮＣ装置２０＞
図６はＣＮＣ装置の一構成例を示すブロック図である。
図６に示すＣＮＣ装置２０は、プログラム解析部２０１、補間部２０２、加減速制御部２０３及び指令出力部２０４を備えている。ＣＮＣ装置２０は、主軸モータ制御部へ主軸の回転を制御するための動作指令を送るがここでは説明を省略する。
【0045】
プログラム解析部２０１は、加工プログラムから工作機械のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の移動の指令を含むブロックを逐次読みだして解析し、解析結果に基づいて各軸の移動を指令する移動指令データを作成する。
補間部２０２は、プログラム解析部２０１から出力される移動指令データにより指令される移動指令に基づいて、指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成する。
補間部２０２は、プログラム解析部２０１から出力される移動指令データにより指令される移動指令に基づいて、指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成する。
【0046】
加減速制御部２０３は、調整支援装置４０から出力される加減速時定数を用いて加減速時定数の調整を行い、補間部２０２から出力される補間データに基づいて、調整された加減速時定数を用いて加減速処理を行い、補間周期ごとの各軸の加工速度を計算し指令出力部２０４に出力する。
指令出力部２０４は、加減速制御部２０３から出力される各軸の加工速度に基づいて位置指令を生成し、サーボ制御装置３０及び調整支援装置４０に出力する。加減速時定数は位置指令を作成するためのパラメータとなる。
指令出力部２０４は、加減速制御部２０３から出力される各軸の加工速度に基づいて位置指令を生成し、サーボ制御装置３０及び調整支援装置４０に出力する。加減速時定数は位置指令を作成するためのパラメータとなる。
【0047】
＜サーボ制御装置３０＞
図７はサーボ制御装置の一構成例を示すブロック図である。図７においては、サーボ制御装置以外の制御システムの構成部も示されている。図７に示すように、サーボ制御装置３０は、減算器３０１、位置制御部３０２、加算器３０３、減算器３０４、速度制御部３０５、加算器３０６、積分器３０７、位置フィードフォワード計算部３０８、及び速度フィードフォワード計算部３０９を備えている。加算器３０６はモータ５０に接続されている。減算器３０１、位置制御部３０２、加算器３０３、減算器３０４、速度制御部３０５、加算器３０６、積分器３０７、位置フィードフォワード計算部３０８、及び速度フィードフォワード計算部３０９の動作は、既に説明した、減算器６０１、位置制御部６０２、加算器６０３、減算器６０４、速度制御部６０５、加算器６０６、積分器６０７、位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９の動作と同様なので詳細な説明を省略する。
図７はサーボ制御装置の一構成例を示すブロック図である。図７においては、サーボ制御装置以外の制御システムの構成部も示されている。図７に示すように、サーボ制御装置３０は、減算器３０１、位置制御部３０２、加算器３０３、減算器３０４、速度制御部３０５、加算器３０６、積分器３０７、位置フィードフォワード計算部３０８、及び速度フィードフォワード計算部３０９を備えている。加算器３０６はモータ５０に接続されている。減算器３０１、位置制御部３０２、加算器３０３、減算器３０４、速度制御部３０５、加算器３０６、積分器３０７、位置フィードフォワード計算部３０８、及び速度フィードフォワード計算部３０９の動作は、既に説明した、減算器６０１、位置制御部６０２、加算器６０３、減算器６０４、速度制御部６０５、加算器６０６、積分器６０７、位置フィードフォワード計算部６０８、及び速度フィードフォワード計算部６０９の動作と同様なので詳細な説明を省略する。
【0048】
ＣＮＣ装置２０から出力された位置指令は、減算器３０１、位置フィードフォワード計算部３０８、速度フィードフォワード計算部３０９及び調整支援装置４０の周波数特性測定部４００に入力される。
加算器３０６はモータ５０に接続されている。加算器３０６は、トルク指令と速度フィードフォワード計算部３０９の出力値（速度フィードフォワード項）とを加算して、フィードフォワード制御されたトルク指令としてモータ５０に出力してモータ５０を駆動する。
加算器３０６はモータ５０に接続されている。加算器３０６は、トルク指令と速度フィードフォワード計算部３０９の出力値（速度フィードフォワード項）とを加算して、フィードフォワード制御されたトルク指令としてモータ５０に出力してモータ５０を駆動する。
【0049】
モータ５０の回転角度位置は、モータ５０に関連付けられた、位置検出部となるロータリーエンコーダによって検出され、速度検出値は速度フィードバックとして減算器３０４に入力される。速度検出値は積分器３０７で積分されて位置検出値となり、位置検出値は位置フィードバックとして減算器３０１に入力される。
【0050】
【0051】
ステップＳ１１において、周波数特性測定部４００は、制御ループの周波数特性を測定する。
ステップＳ１２において、機械モデル作成部５００は、測定された周波数特性を用いて、図３に示すような２慣性系により数式１に示す機械モデルを、シミュレーション部６００の機械モデル６１０として作成する。
ステップＳ１２において、機械モデル作成部５００は、測定された周波数特性を用いて、図３に示すような２慣性系により数式１に示す機械モデルを、シミュレーション部６００の機械モデル６１０として作成する。
【0052】
ステップＳ１３において、自動調整部７００は、次数が異なる、位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）を複数設定して、それぞれの次数での、位置指令生成部６１１の加減速時定数、及び位置フィードフォワード処理部６０８２の伝達関数Ｆ（ｓ）の係数ａｉ、ｂｊを調整する。
ステップＳ１４において、出力部８００は、次数が高次、低次の場合と、加速時定数の大小の場合との組み合わせでの位置偏差とサイクルタイムを出力する。
ステップＳ１４において、出力部８００は、次数が高次、低次の場合と、加速時定数の大小の場合との組み合わせでの位置偏差とサイクルタイムを出力する。
【0053】
以上説明した実施形態では、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しなかった場合で、位置偏差、サイクルタイム等のサーボ状態の差をシミュレーションにより計算し、効果（サイクルタイム短縮など）をユーザに示すことで、サーボ機能の選定の補助を行うことができる。
本実施形態では、ＣＮＣ装置によってサーボ制御装置を動作させて機械モデルを作成した後は、ＣＮＣ装置によってサーボ制御装置を動作させることなく、調整支援装置は、次数が異なる、シミュレーション部の位置フィードフォワード処理部の伝達関数を複数設定して、それぞれの次数での、位置指令生成部の加減速時定数、位置フィードフォワード処理部の伝達関数の係数を調整できる。
本実施形態では、ＣＮＣ装置によってサーボ制御装置を動作させて機械モデルを作成した後は、ＣＮＣ装置によってサーボ制御装置を動作させることなく、調整支援装置は、次数が異なる、シミュレーション部の位置フィードフォワード処理部の伝達関数を複数設定して、それぞれの次数での、位置指令生成部の加減速時定数、位置フィードフォワード処理部の伝達関数の係数を調整できる。
【0054】
以上本発明に係る各実施形態について説明したが、調整支援装置及び制御システムに含まれる各構成部は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、調整支援装置及び制御システムに含まれる各構成部のそれぞれの協働により行なわれる調整支援方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
【0055】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。
【0056】
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【0057】
＜システム構成の自由度＞
図９は他の構成の制御システムを示すブロック図である。制御システム１０Ａは、図９に示すように、ｎ台のＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、ｎ台のサーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、調整支援装置４０－１～４０－ｎ、及びネットワーク９００を備えている。なお、ｎは任意の自然数である。ｎ台のＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎのそれぞれは図１に示したＣＮＣ装置２０に対応している。ｎ台のサーボ制御装置３０－１～３０－ｎのそれぞれは図１に示したサーボ制御装置３０に対応している。調整支援装置４０－１～４０－ｎは調整支援装置４０に対応している。
図９は他の構成の制御システムを示すブロック図である。制御システム１０Ａは、図９に示すように、ｎ台のＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、ｎ台のサーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、調整支援装置４０－１～４０－ｎ、及びネットワーク９００を備えている。なお、ｎは任意の自然数である。ｎ台のＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎのそれぞれは図１に示したＣＮＣ装置２０に対応している。ｎ台のサーボ制御装置３０－１～３０－ｎのそれぞれは図１に示したサーボ制御装置３０に対応している。調整支援装置４０－１～４０－ｎは調整支援装置４０に対応している。
【0058】
ここで、ＣＮＣ装置２０－１、サーボ制御装置３０－１、及び調整支援装置４０－１は１対１の組とされて、ネットワーク９００を介して通信可能に接続されている。ＣＮＣ装置２０－２～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－２～３０－ｎ及び調整支援装置４０－２～４０－ｎについても、ＣＮＣ装置２０－１、サーボ制御装置３０－１、及び調整支援装置４０－１と同様に接続される。
図９では、ＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、及び調整支援装置４０－１～４０－ｎのｎ個の組は、ネットワーク９００を介して接続されているが、ＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、及び調整支援装置４０－１～４０－ｎのｎ個の組は、接続インタフェースを介して直接接続されてもよい。これらＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、及び調整支援装置４０－１～４０－ｎのｎ個の組は、例えば同じ工場に複数組設置されていてもよく、それぞれ異なる工場に設置されていてもよい。
図９では、ＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、及び調整支援装置４０－１～４０－ｎのｎ個の組は、ネットワーク９００を介して接続されているが、ＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、及び調整支援装置４０－１～４０－ｎのｎ個の組は、接続インタフェースを介して直接接続されてもよい。これらＣＮＣ装置２０－１～２０－ｎ、サーボ制御装置３０－１～３０－ｎ、及び調整支援装置４０－１～４０－ｎのｎ個の組は、例えば同じ工場に複数組設置されていてもよく、それぞれ異なる工場に設置されていてもよい。
【0059】
なお、ネットワーク９００は、例えば、工場内に構築されたＬＡＮ（Local Area Network）や、インターネット、公衆電話網、或いは、これらの組み合わせである。ネットワーク９００における具体的な通信方式や、有線接続および無線接続のいずれであるか等については、特に限定されない。
【0060】
本開示による調整支援装置、制御システム、及び調整支援方法は、上述した実施形態を含め、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。
【0061】
（１） モータ（例えば、モータ５０）、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する機械モデル作成部（例えば、機械モデル作成部５００）と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部（例えば、位置フィードフォワード処理部６０８２、速度フィードフォワード処理部６０９２）を含む、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションするシミュレーション部（例えば、シミュレーション部６００）と、
位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータを調整する調整部（例えば、自動調整部７００）と、
を備え、
前記調整部は、前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、それぞれの前記加減速時定数及び前記パラメータを調整する、調整支援装置（例えば、調整支援装置４０）。
この調整支援装置によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合のシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータの調整の支援を行うことができる。
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部（例えば、位置フィードフォワード処理部６０８２、速度フィードフォワード処理部６０９２）を含む、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションするシミュレーション部（例えば、シミュレーション部６００）と、
位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータを調整する調整部（例えば、自動調整部７００）と、
を備え、
前記調整部は、前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、それぞれの前記加減速時定数及び前記パラメータを調整する、調整支援装置（例えば、調整支援装置４０）。
この調整支援装置によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合のシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータの調整の支援を行うことができる。
【0062】
（２） 前記サーボ制御装置の制御ループの周波数特性を測定する周波数特性測定部（例えば、周波数特性測定部４００）を備え、
機械モデル作成部は、前記周波数特性測定部にて測定した前記周波数特性に基づいて前記機械モデルを作成することを特徴とする、上記（１）に記載の調整支援装置。
機械モデル作成部は、前記周波数特性測定部にて測定した前記周波数特性に基づいて前記機械モデルを作成することを特徴とする、上記（１）に記載の調整支援装置。
【0063】
（３） 前記調整部は機械学習を用いて、前記加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータを調整する上記（１）又は（２）に記載の調整支援装置。
【0064】
（４） 前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、サイクルタイムを含むサーボ状態を示す情報をユーザに提示する出力部（例えば、出力部８００）を備えた上記（１）から（３）のいずれかに記載の調整支援装置。
この調整支援装置によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しなかった場合で、位置偏差、サイクルタイム等のサーボ状態の差をシミュレーションにより計算し、効果（サイクルタイム短縮など）をユーザに示すことで、サーボ機能の選定の補助を行うことができる。
この調整支援装置によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しなかった場合で、位置偏差、サイクルタイム等のサーボ状態の差をシミュレーションにより計算し、効果（サイクルタイム短縮など）をユーザに示すことで、サーボ機能の選定の補助を行うことができる。
【0065】
（５） 上記（１）から（４）のいずれかに記載の調整支援装置（例えば、調整支援装置４０）と、
モータを制御するサーボ制御装置（例えば、サーボ制御装置３０）と、
位置指令を前記サーボ制御装置に出力する数値制御装置(例えばＣＮＣ装置２０)、と、
を備えた制御システム（例えば、制御システム１０）。
この制御システムによれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合のシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータの調整の支援を行うことができる。
モータを制御するサーボ制御装置（例えば、サーボ制御装置３０）と、
位置指令を前記サーボ制御装置に出力する数値制御装置(例えばＣＮＣ装置２０)、と、
を備えた制御システム（例えば、制御システム１０）。
この制御システムによれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合のシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータの調整の支援を行うことができる。
【0066】
（６） 前記調整支援装置は、調整したパラメータを、前記サーボ制御装置のフィードフォワード処理部（例えば、位置フィードフォワード処理部３０８２、速度フィードフォワード処理部３０９２）のパラメータに設定する、上記（５）に記載の制御システム。
【0067】
（７）コンピュータに、
モータ（例えば、モータ５０）、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する処理と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部（例えば、位置フィードフォワード処理部６０８２、速度フィードフォワード処理部６０９２）を含むシミュレーション部（例えば、シミュレーション部６００）で、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションする処理と、
前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータを調整する処理と、
を行わせる調整支援方法。
この調整支援方法によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合のシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータの調整の支援を行うことができる。
モータ（例えば、モータ５０）、及び工作機械、ロボット又は産業機械の機構部の機械モデルを作成する処理と、
前記機械モデル及びフィードフォワード処理部（例えば、位置フィードフォワード処理部６０８２、速度フィードフォワード処理部６０９２）を含むシミュレーション部（例えば、シミュレーション部６００）で、前記モータを制御するサーボ制御装置の動作をシミュレーションする処理と、
前記フィードフォワード処理部の次数を複数設定したときの、位置指令を生成するための加減速時定数と前記フィードフォワード処理部のパラメータを調整する処理と、
を行わせる調整支援方法。
この調整支援方法によれば、高次のフィードフォワードを使用した場合と使用しない場合のシミュレーションを行って、加減速時定数とフィードフォワードのパラメータの調整の支援を行うことができる。
【符号の説明】
【0068】
１０、１０Ａ 制御システム
２０ ＣＮＣ装置
３０ サーボ制御装置
４０ 調整支援装置
５０ モータ
２０１ プログラム解析部
２０２ 補間部
２０３ 加減速制御部
２０４ 指令出力部
３０１、６０１ 減算器
３０２、６０２ 位置制御部
３０３、６０３ 加算器
３０４、６０４ 減算器
３０５、６０５ 速度制御部
３０６、６０６ 加算器
３０７、６０７ 積分器
３０８、６０８ 位置フィードフォワード計算部
３０９、６０９ 速度フィードフォワード計算部
４００ 周波数特性測定部
５００ 機械モデル作成部
６００ シミュレーション部
６１０ 機械モデル
６１１ 位置指令生成部
７００ 自動調整部
８００ 出力部
９００ ネットワーク
２０ ＣＮＣ装置
３０ サーボ制御装置
４０ 調整支援装置
５０ モータ
２０１ プログラム解析部
２０２ 補間部
２０３ 加減速制御部
２０４ 指令出力部
３０１、６０１ 減算器
３０２、６０２ 位置制御部
３０３、６０３ 加算器
３０４、６０４ 減算器
３０５、６０５ 速度制御部
３０６、６０６ 加算器
３０７、６０７ 積分器
３０８、６０８ 位置フィードフォワード計算部
３０９、６０９ 速度フィードフォワード計算部
４００ 周波数特性測定部
５００ 機械モデル作成部
６００ シミュレーション部
６１０ 機械モデル
６１１ 位置指令生成部
７００ 自動調整部
８００ 出力部
９００ ネットワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】