CN102778860A - 位置控制装置的控制参数调整方法及控制参数调整系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位置控制装置的控制参数调整方法及控制参数调整系统，其简化了调整位置控制装置的控制参数的作业，该位置控制装置的多个驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系。通过位置控制装置（28）同时驱动两个驱动系统的马达（16、24）并采用各驱动系统的定位数据，使用遗传算法对各驱动系统的定位数据的特征量进行评价，对位置控制装置的控制参数进行调整，以使评价值满足要求性能（设计规格）。此时优选为，作为各驱动系统的定位数据，采用位置指令波形、实际位置波形及转矩波形，将定位波形作为各驱动系统的定位数据的特征量进行评价。另外，作为调整对象的控制参数例如是位置指令参数、反馈增益参数及前馈增益参数。

Description

位置控制装置的控制参数调整方法及控制参数调整系统

技术领域

本发明涉及具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统的位置控制装置的控制参数调整方法及控制参数调整系统的发明。

背景技术

在具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统的位置控制装置中，有时多个驱动系统的齿轮等相接触而具有在驱动时相互受到摩擦力的关系。例如，在旋转头型零件安装机中，如专利文献1（日本特开2004-39818号公报）所记载的那样，设置有使零件安装机的安装头旋转的R轴驱动系统和使支撑于安装头的多个吸嘴旋转的Q轴驱动系统，两驱动系统的齿轮等相接触而具有在驱动时相互受到摩擦力的关系。在此种结构中，各驱动系统的驱动状态有可能因作用于各驱动系统的摩擦力而受影响，从而导致位置控制性能恶化。

因此，以往，在具备具有相互受到摩擦力的关系的多个驱动系统的位置控制装置中，在调整控制参数的工序，熟练者一边考虑作用于各驱动系统的摩擦力的影响，一边尝试性地改变控制参数，从而驱动各驱动系统并对位置控制性能进行计测，通过多次反复执行以上的处理，来检索使位置控制性能满足要求性能的控制参数。

专利文献1：日本特开2004-39818号公报

专利文献2：WO03/067306号公报

但是，在上述现有的控制参数的调整方法中，需要作业者的熟练性和庞大的工时数，存在着即使是熟练者也会在控制参数的调整作业中花费大量时间的问题。

作为该问题的解决对策，近年来，作为高效调整控制参数的手法，如专利文献2（WO03/067306号公报）所记载的那样，提出了使用遗传算法的方案，但在该专利文献2中，不具有多个驱动系统在驱动时相互受到摩擦力的关系，因此，对于每个驱动系统均使用遗传算法来调整控制参数。

但是，像旋转头型零件安装机那样，在具有多个驱动系统在驱动时相互受到摩擦力的关系的位置控制装置中，如专利文献2所示，由于会受到来自其他驱动系统的摩擦力的影响，所以即使对每个驱动系统均使用遗传算法来调整控制参数，也无法得到最优的控制参数。

发明内容

因此，本发明所要解决的问题在于，能够简化对具有多个驱动系统在驱动时相互受到摩擦力的关系的位置控制装置的控制参数进行调整的作业。

为解决上述问题，技术方案1是一种位置控制装置的控制参数调整方法，用于对位置控制装置的控制参数进行调整，所述位置控制装置具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统，所述多个驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系，其中，通过所述位置控制装置同时驱动所述多个驱动系统并采用各驱动系统的定位数据，使用遗传算法对所述各驱动系统的定位数据的特征量进行评价，对所述位置控制装置的控制参数进行调整，以使评价值满足要求性能。

在本发明的控制参数调整方法中，同时驱动多个驱动系统并采用各驱动系统的定位数据，因此，当使用遗传算法对位置控制装置的控制参数进行调整时，可以一边考虑作用于各驱动系统的摩擦力的影响一边调整控制参数，从而能够简化对具有多个驱动系统在驱动时相互受到摩擦力的关系的位置控制装置的控制参数进行调整的作业。

此时，如技术方案2所示，优选为，作为各驱动系统的定位数据，采用位置指令波形、实际位置波形及转矩波形，将定位波形作为各驱动系统的定位数据的特征量来进行评价。由此，能够提高位置控制精度。

另外，如技术方案3所示，当将本发明应用于具备反馈控制系统和前馈控制系统的位置控制装置中时，优选为，使用遗传算法对位置指令参数、反馈增益参数及前馈增益参数进行调整。由此，能够以最优的条件使反馈控制系统和前馈控制系统这两个系统工作，能够同时地实现定位响应性（高速化）的提高和停止位置精度的提高。

以上说明的技术方案1～3能够应用于具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统且多个驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系的各种位置控制装置，例如，如技术方案4所示，也可以应用于具有使零件安装机的安装头旋转的R轴驱动系统和使支撑于所述安装头的多个吸嘴旋转的Q轴驱动系统的位置控制装置。在旋转头型零件安装机中，R轴驱动系统和Q轴驱动系统的齿轮等相接触而具有在驱动时相互受到摩擦力的关系，因此，若应用本发明，则能够简化对用于控制R轴驱动系统和Q轴驱动系统的控制参数进行调整的作业。

另外，技术方案5记载的是技术思想与技术方案1所记载的“位置控制装置的控制参数调整方法”实质上相同的“位置控制装置的控制参数调整系统”。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例中的安装头驱动装置的结构的图。

图2是表示控制参数调整程序的处理流程的流程图。

标号说明

11…安装头驱动装置

12…吸嘴

13…安装头

14…R轴

15…R轴齿轮

16…R轴马达

17…齿轮

20、21…Q轴齿轮

22…旋转轴

23…齿轮

24…Q轴马达

25…齿轮

28…位置控制装置

29、30…旋转角度传感器

具体实施方式

以下，说明将用于实施本发明的实施方式应用于旋转头型零件安装机的控制参数调整方法而具体化的实施例。

首先，利用图1对安装头驱动装置11的结构进行说明。

朝下支撑多个吸嘴12的安装头13嵌装于R轴14的下端，在该R轴14的上端嵌装有R轴齿轮15。固定于R轴马达16的旋转轴的齿轮17与该R轴齿轮15啮合，R轴齿轮15通过R轴马达16的齿轮17的旋转而进行旋转，安装头13以R轴14为中心而与多个吸嘴12一体地旋转。

上下两级的Q轴齿轮20、21以能够旋转的方式支撑于R轴14上，嵌装于同各吸嘴12一体旋转的旋转轴22的上端的齿轮23与下级的Q轴齿轮21啮合。固定于Q轴马达24的旋转轴上的齿轮25与上级的Q轴齿轮20啮合，Q轴齿轮20、21通过Q轴马达24的齿轮25的旋转而一体地旋转，各齿轮23旋转，各吸嘴12以各旋转轴22为中心进行旋转。

R轴马达16和Q轴马达24分别由位置控制装置28进行控制。在R轴马达16和Q轴马达24上分别搭载有用于检测马达旋转角度的回转式编码器等旋转角度传感器29、30，各旋转角度传感器29、30的输出信号被输入至位置控制装置28。

位置控制装置28由反馈控制系统（F/B控制系统）和前馈控制系统（F/F控制系统）组合而成，该位置控制装置28如下地进行控制，一边读取旋转角度传感器29、30的输出信号并检测位置控制对象（安装头13和吸嘴12）的位置，一边驱动R轴马达16和Q轴马达24，持续驱动，直到使位置控制对象到达指令位置为止。

在如上所述地构成的安装头驱动装置11中，使安装头13旋转的R轴驱动系统和使支撑于安装头13的多个吸嘴12旋转的Q轴驱动系统相接触，而具有在驱动时相互受到摩擦力的关系。因此，在对位置控制装置28的控制参数进行调整的工序中，需要考虑作用于各驱动系统的摩擦力的影响。

因此，在本实施例中，在对位置控制装置28的控制参数进行调整的工序中，通过位置控制装置28同时驱动两个驱动系统的马达16、24并采用各驱动系统的定位数据，使用遗传算法对各驱动系统的定位数据的特征量进行评价，对位置控制装置28的控制参数进行调整，以使评价值满足要求性能（设计规格）。此时，优选为，作为各驱动系统的定位数据，采用位置指令波形、实际位置波形及转矩波形，将定位波形作为各驱动系统的定位数据的特征量来进行评价。另外，作为调整对象的控制参数，设为位置指令参数、反馈增益参数及前馈增益参数即可。

以上说明的本实施例的控制参数的调整是通过控制参数调整用计算机（控制参数调整单元）按照图2的控制参数调整程序并按以下的步骤来执行的。当本程序被启动时，通过位置控制装置28同时驱动两个驱动系统的马达16、24（步骤101Q、101R），采用各驱动系统的定位数据即位置指令波形、实际位置波形及转矩波形（步骤102Q、102R）。在最初的驱动时，位置控制装置28的控制参数被自动设定成初始值（例如设计值、中值等）。

在接下来的步骤103Q、103R中计算出对各驱动系统的定位性能的评价值。此处，作为评价项目，例如，可列举出以下的（1）～（6）。此外，这些评价项目只是一个示例，当然也可以根据设计规格来变更评价项目。

（1）转矩饱和

其是在作业者定义的任意评价时间内对实际转矩波形是否偏离设计规格转矩上限值进行评价的函数。具体而言，在评价时间内，对转矩值饱和了的期间内的旋转角度传感器29、30的输出脉冲（编码器脉冲）的计数乘以任意的加权函数，将由此得到的值作为评价值。

（2）停止位置精度

其是在设计规格移动时间内对实际位置波形是否到达设计规格停止位置精度内进行评价的函数。具体而言，在评价时间内，对

“∣目标停止位置精度－实际最大停止位置精度∣÷目标停止位置精度”

乘以任意权数，将由此得到的值作为评价值。

（3）移动时间

其是在设计规格移动时间内对实际位置波形是否到达进行评价的函数。具体而言，在评价时间内，对

“∣目标移动时间－实际移动时间∣÷目标移动时间”

乘以任意的权数，将由此得到的值作为评价值。

（4）偏差积分

其是在到达设计规格移动时间内之后对实际位置波形相对于目标停止位置是否具有高收敛性进行评价的函数。具体而言，在评价时间内，对位置偏差的绝对值的积分乘以任意的权数，将由此得到的值作为评价值。

（5）振动条件

其是在作业者定义的任意评价时间内对实际位置波形中是否包括振动的要素进行评价的函数。具体而言，在评价时间内，对位置偏差的振动波形的有无乘以任意的权数，将由此得到的值作为评价值。

（6）过冲条件

其是在实际位置波形暂时到达目标停止位置之后对背离设计规格精度阈值的背离性进行评价的函数。具体而言，在评价时间内，对最大过冲量乘以任意的权数，将由此得到的值作为评价值。

另外，各评价项目（1）～（6）的“权数”是作业者能够任意设定的系数，是表示各评价项目的优先度的值，优先度越高则值越大（优先度越低则值越小）。由此，成为在优先度高的评价项目中评价值相对地变大的结构。

在计算出各评价项目（1）～（6）的评价值之后，向步骤104前进，计算出两个驱动系统的各评价项目（1）～（6）的评价值的总和（总值），将该总和设为最终的评价值。之后，向步骤105前进，对评价值的总和是否满足设计规格（要求性能）进行判定，若判定为评价值的总和不满足设计规格，则向步骤106前进，将本次的评价值的总和与此时的最优解进行比较，对本次的评价值的总和是否大于此时的最优解进行判定（步骤107）。其结果为，若判定为本次的评价值的总和大于此时的最优解，则向步骤108前进，将本次的评价值的总和判断为新的最优解，并对该新的最优解进行更新、保存。

相对于与，上述步骤107中，若判定为本次的评价值的总和为此时的最优解以下，则向步骤109前进，判断为本次的评价值的总和不是最优解，并废弃本次的评价值的总和，暂缓最优解的更新。

之后，向步骤110前进，将最优解设成规范值，更新下一评价用的各驱动系统的控制参数（位置指令参数、反馈增益参数及前馈增益参数）。接着，使用更新后的控制参数再次同时驱动两个驱动系统的马达16、24（步骤101Q、101R），采用各驱动系统的定位数据即位置指令波形、实际位置波形及转矩波形（步骤102Q、102R），以后，反复执行上述的各步骤的处理，从而进一步检索最优的控制参数。

之后，在上述步骤105中，若判定为评价值的总和满足设计规格，则向步骤111前进，对尝试次数是否超过预先设定的次数进行判定，若判定为尝试次数未超过设定次数，则执行步骤106以后的处理，从而进一步检索最优的控制参数。

另一方面，在上述步骤111中，若判定为尝试次数超过设定次数，则向步骤112前进，将此时的控制参数作为最佳的控制参数进行保存，控制参数的同时调整结束。

在以上说明的本实施例中，在对位置控制装置28的控制参数进行调整的工序中，同时驱动两个驱动系统并采用各驱动系统的定位数据，因此，当使用遗传算法来调整位置控制装置28的控制参数时，能够一边考虑作用于各驱动系统的摩擦力的影响一边调整控制参数，能够简化对具有两个驱动系统在驱动时相互受到摩擦力的关系的位置控制装置28的控制参数进行调整的作业。

另外，本发明不限定于安装头驱动装置11，能够应用于具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统且多个驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系的各种位置控制装置中，因此，也能够应用于具备能够相互独立地驱动三个以上位置控制对象的三个以上驱动系统且三个以上驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系的位置控制装置中。

Claims (5)

1.一种位置控制装置的控制参数调整方法，用于对位置控制装置的控制参数进行调整，所述位置控制装置具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统，所述多个驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系，其特征在于，

通过所述位置控制装置同时驱动所述多个驱动系统并采用各驱动系统的定位数据，使用遗传算法对所述各驱动系统的定位数据的特征量进行评价，对所述位置控制装置的控制参数进行调整，以使评价值满足要求性能。

2.根据权利要求1所述的位置控制装置的控制参数调整方法，其特征在于，

作为所述各驱动系统的定位数据，采用位置指令波形、实际位置波形及转矩波形，并将定位波形作为所述各驱动系统的定位数据的特征量来进行评价。

3.根据权利要求1或2所述的位置控制装置的控制参数调整方法，其特征在于，

所述位置控制装置具备反馈控制系统和前馈控制系统，

使用所述遗传算法进行调整的所述位置控制装置的控制参数为位置指令参数、反馈增益参数及前馈增益参数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的位置控制装置的控制参数调整方法，其特征在于，

所述多个驱动系统是使零件安装机的安装头旋转的R轴驱动系统和使支撑于所述安装头的多个吸嘴旋转的Q轴驱动系统。

5.一种位置控制装置的控制参数调整系统，用于对位置控制装置的控制参数进行调整，所述位置控制装置具备能够相互独立地驱动多个位置控制对象的多个驱动系统，所述多个驱动系统具有在驱动时相互受到摩擦力的关系，其特征在于，

所述位置控制装置的控制参数调整系统具备：

通过所述位置控制装置同时驱动所述多个驱动系统并采用各驱动系统的定位数据的单元；和

控制参数调整单元，使用遗传算法对所述各驱动系统的定位数据的特征量进行评价，对所述位置控制装置的控制参数进行调整，以使评价值满足要求性能。

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