CN102608948B - 数字控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行具有多个轴的机床的数字控制装置，具有用于每个要操控的轴的传动调节器，其中所述传动调节器能关于机器参数（Kp、Ki、Kd、MP、Tt）被确定参数并且因此能根据最不同的应用被匹配，其特征在于，经由传动调节器中的分接点能选择可变调节参量（wnom、wact、Iqnom、Iqact、Unom、vnom、anom、I_int）和机器参数（Kp、Ki、Kd、MP、Tt），以便被考虑作为用户定义的函数的自变量或参数来计算输出值，所述输出值用于与函数有关地影响传动调节器之一。

Description

数字控制装置

技术领域

本发明涉及一种数字控制装置，如通常被使用用于操控（ansteuern）机床的传动的数字控制装置。这种数字控制装置用在最不同的机器类型上并且因此必须尽可能好地可与相应的机器匹配。

背景技术

数字控制装置必须可以操控具有多个运动轴的机器。因此例如机床被扩展为5轴加工，其中除了已经较长时间常见的三个线性轴以外还有两个旋转轴或角度轴，以便能够尽可能在一个设定（Aufspannung）中从所有侧加工工件。

对于这种机床的每次传动，控制装置必须准备好传动调节器，该传动调节器的任务在于，使相应的轴根据零件程序（Teileprogramm）运动。

为此从所谓的内插器向传动调节器输出位置额定值。用于轴的常见传动调节器的方块图在图1中示出。位置实际值xact与位置额定值xnom的偏差被给出到位置调节器上，该位置调节器形成速度或转速额定值wnom，其方式是将该偏差与放大因子Kv相乘。速度额定值wnom在速度调节器2中被处理。该速度调节器2的输出作为电流额定值Iqnom被传递给电流调节器3，最后通过该电流调节器3操控该轴的电机4。电流实际值Iqact、速度实际值wact和位置实际值xact在此如常见的那样被使用，以闭合级联调节回路。

为了能够更快地对位置额定值的变化作出反应，在避开相应调节器的情况下借助于预控制单元1对转速（或者速度）和电流进行预控制。为此，利用微分器D确定位置额定值xnom的第一或第二导数，所述第一或第二导数作为vnom或anom被输送给速度调节器2或电流调节器3。

滤波器v-FIt、I-FIt、U-FIt、FIR可以在传动调节器中的最不同的位置处起作用，利用这些滤波器可以阻尼不期望的共振。

如这里所示的调节回路可通过大量的参数调整。因此，不同调节回路的P分量、I分量和D分量的放大因子Kp、Ki、Kd作为机器参数存放在控制装置中。相同的情况适用于滤波器的频率响应或时间常数Tt。机器参数MP也是对于这样可调整的参数的示例，其中在位置额定值xnom的第二导数被接入到电流调节器3之前，所述位置额定值xnom的第二导数与所述机器参数MP相乘。

所有这些调整由机床的制造商进行，以便将数字控制装置最优地与机床相匹配。零件程序应当尽可能快地生产具有干净表面的尽可能尺寸精确的工件。

发明内容

本发明的任务是，改进数字控制装置的参数确定以及尤其是数字控制装置的传动调节器的参数确定，并且提供将数字控制装置与机床相匹配的完全新的可能性。

该任务通过具有如下特征的装置解决。根据本发明的用于运行具有多个轴的机床的数字控制装置，具有用于每个要操控的轴的传动调节器，其中所述传动调节器能关于机器参数被确定参数并且因此能根据最不同的机床被匹配，其特征在于，在传动调节器中的分接点处能选择可变调节参量和机器参数，以便被考虑作为用户定义的函数的自变量或参数来计算输出值，其中所述输出值用于与函数有关地影响传动调节器之一，其中能从在函数库中提供的多个函数中选择用户定义的函数。根据所述的数字控制装置的进一步改进，函数库的所选择的第一函数的输出值被用作函数库的所选择的第二函数的自变量或参数，从而形成用户定义的函数，该用户定义的函数是在函数库中可供使用的函数的交联。优选地，将输出值以加法、乘法的方式或者通过数学卷积引回到传动调节器之一中的接入点。可以借助于输出值确定机器参数。能为输出值定义极限值。用于用户定义的函数的自变量或者参数的至少一个分接点可以位于与接入点不同的传动调节器中。用户定义的函数可以考虑机床的不同轴的机械耦合。

本发明的基本构思是，使尽可能多的在传动调节器中使用的参量供使用，如机器参数和可变调节参量（额定参量、实际参量、如预控制电流的辅助参量等），以便这些参量可以用作用户定义的函数的参数和自变量。利用该函数于是可以计算出输出值，这些输出值可以用于最不同的目的。

因此，所述输出值可以通过加法、乘法方式或者还作为数学卷积在接入点处馈入到传动调节器中。因此可能例如存在机器的几何误差，该几何误差由支座的与位置有关的挠曲（Durchbiegung）引起。如果将轴的当前位置作为合适函数的自变量馈入以计算挠曲，则可以将输出值用于引起消除所述几何误差的均衡运动。

可替代地，还可以将所述输出值作为参数或自变量输送给另一用户定义的函数。通过用户定义的函数的这种交联，可以由一组简单的函数形成复杂的函数。

此外，输出值还可以用于例如与位置有关地改变本来固定的机器参数。如果例如工件在X-Y平面上运动，并且机器在该平面的确定的区域中倾向于振动，则后者可以是有益的。于是，可以将一定的放大因子在所述区域中匹配为使得机床的机械共振不导致传动调节器的不稳定。在其余区域中，这种匹配不是必要的，在那里可以由于其他参数而更快地和/或更准确地进行定位。因此，机器可以在每个工作点中最优地工作，并且不必为最差的工作点进行参数确定。

有利地可以从一组函数中选择函数。这使得能够通过编辑器通过点击鼠标进行用于参数确定的所需输入，而无需更深的编程知识。

有意义的是，为函数的输出值确定极限值。这防止了应用太大的输出值，所述太大的输出值过于强烈地影响传动调节器或者机器参数。因此可以例如为通过乘法方式接入的输出值确定从0.9至1.1的范围。传动调节器中要影响的参量于是最多改变10%。

调节参量的选择有利地通过到传动调节器中的分接点上的指针进行。因此除了选择函数以外还可以在编辑器中通过点击鼠标选择参数和自变量。这也适用于应当被考虑的固定的机器参数，或者适用于例如用于输出值的定标的简单的常数。

本发明的十分特别的优点在于，所述函数也可以在多个传动调节器上起作用，并且因此例如误差可以通过不同轴的机械耦合得到补偿。也就是，用于函数的参数和自变量的分接点可以完全位于与输出值的接入点不同的传动调节器中。因此，也就是例如轴可以与完全不同的轴的状态有关地被影响，并且这以在计算输出值时提供对具有任意输入参量的任意函数的考虑的所有可能性。

因此，本发明十分显著地扩展了用于对数字控制装置进行参数确定的可能性，并且尤其是在考虑所耦合的轴时提供了完全新的可能性。

附图说明

本发明的其他优点以及细节从根据附图对优选实施方式的后续描述中得出。在此

图1示出具有分接点的传动调节器，

图2示出用于定义用户定义的函数的框图，

图3示出用于影响机器参数的框图。

具体实施方式

上面已经解释过的图1示出用于机床的轴的传动调节器。描绘了用于时变调节参量的大量分接点wnom、wact、Iqnom、Iqact、Unom、vnom、anom、I_int，其中所述时变调节参量例如在编辑器中可供选择用于创建用户定义的函数。这种可变调节参量的示例是相应传动的位置额定值和实际值xnom、xact以及速度额定值和实际值wnom、wact或者电机中的电流额定值和实际值Iqnom、Iqact和电压Unom。但是，如放大因子Kp、Ki、Kd的固定参量以及其他机器参数MP、Tt也可以是用于在用户定义的函数中考虑的有意义的值。

图2示出根据UCCS块7（UserConfigurableControllerStructure，用户可配置控制器结构）的用于定义用户定义的函数的方块图。如所提到的那样，有益的是，可以从函数库5中选择本来的函数。该库5例如包含不同级数的多项式5a、三角函数5b或者还包含2阶滤波器5c。可替代地，也可以用更高阶的唯一的多项式工作，借助于该多项式可以趋近任意的函数。但是，为这样的多项式选择合适的参数和自变量是相当耗费的。

用于定义特定于用户的函数的第一步骤A因此有利地是从函数库5中选择合适的函数。属于步骤A的还有，将函数的参数和自变量与所期望的可变调节参量或固定的机器参数6关联。该函数的输入值可以是来自该调节回路的任意的调节器参量和机器参数，或者是用于定标的固定值，或者也是另一UCCS块的输出值。

因此，对于作为所选择的函数的二次多项式Y=a0+a1*X+a2*X²,动态变量X是函数的自变量，该自变量可以与所观察的传动的实际位置xact关联。系数a0、a1、a2是二次函数的参数。这些参数在此可以分配给固定的机器参数，或者也可以作为数值输入。

在另一步骤B中，如上面已经解释的那样，在需要时确定输出参量的极限，该极限不应被超过。

此外，在步骤C中存在调用另一函数的可能性，利用该另一函数，当前函数的函数值或输出参量作为中间结果进一步被处理。通过这种方式，可以从由函数库中取得的简单函数中通过交联简单函数来创建较复杂的函数。

最后在步骤D中必须确定，应当将输出参量（在二次多项式的示例中为函数值Y）接入到什么地方。为此在传动调节器中确定接入点。这种接入点的示例是位置额定值xnom、速度额定值wnom以及电流额定值Iqnom。还必须确定接入类型，如上面已经提到的那样。所有这些步骤可以通过从预先给定的可能性的列表中进行简单选择来完成。由此可以特别简单地实现对用户定义的功能的包含。可以向机床的制造商提供简单的、但是巨大的工件以对数字控制装置确定参数。

如果已经作出了所有选择，则存在完整的UCCS块7。该UCCS块的内容可以存储在文本文件中并且由该控制装置相应地考虑。输出值为此以快速的调节器时钟（高周期性（hochzyklisch）调节器中断）被计算。该UCCS块7完整地定义特定于用户的函数。

表达“用户定义的函数”在本发明的意义上应被理解为，至少函数的自变量和参数由用户或使用者（其通常是机床的制造商，该制造商将控制装置与其机床相匹配）用来自传动调节器的有意义的值占用。有利地，该函数本身也由用户适当地选择。对于输出值的极限和接入点的确定在该意义上也是用户定义的。

图3表明用于使用特定于用户的函数的输出值的另一上面已经提到的可能性。因此可以十分简单地通过如下方式新计算机器参数MP，即作为两个输入参量pInput1、pInput2的乘积生成该机器参数，其中例如一个是用户定义的函数的输出值。此外有益的是，另外还可以乘以用于定标的常数K，并且可以为参数确定极限值LIMIT。如果已经作出了所有选择，则存在完整的UCCP块8（UserConfigurableControllerParameter，用户可配置控制器参数），借助于该UCCP块8可以设置机器参数。相比于UCCS块7，UCCP块8需要明显更少的用户输入并且可以由数字控制装置明显更快地执行，从而该UCCP块8为用于形成输出参量MP的两个输入参量pInput1、pInput2的简单关联形成更加简单和更加快速的替代方案。

Claims (9)

1.用于运行具有多个轴的机床的数字控制装置，具有用于每个要操控的轴的传动调节器，其中所述传动调节器能关于机器参数（Kp、Ki、Kd、MP、Tt）被确定参数并且因此能根据最不同的机床被匹配，其特征在于，在传动调节器中的分接点处能选择可变调节参量（wnom、wact、Iqnom、Iqact、Unom、vnom、anom、I_int）和机器参数（Kp、Ki、Kd、MP、Tt），以便被考虑作为用户定义的函数的自变量或参数来计算输出值，其中所述输出值用于与函数有关地影响传动调节器之一，其中能从在函数库（5）中提供的多个函数（5a、5b、5c）中选择用户定义的函数。

2.根据权利要求1所述的数字控制装置，其特征在于，函数库（5）的所选择的第一函数（5a、5b、5c）的输出值被用作函数库（5）的所选择的第二函数（5a、5b、5c）的自变量或参数，从而形成用户定义的函数，该用户定义的函数是在函数库（5）中可供使用的函数（5a、5b、5c）的交联。

3.根据权利要求1所述的数字控制装置，其特征在于，将输出值以加法、乘法的方式或者通过数学卷积引回到传动调节器之一中的接入点。

4.根据权利要求1所述的数字控制装置，其特征在于，借助于输出值确定机器参数（Kp、Ki、Kd、MP、Tt）。

5.根据权利要求1所述的数字控制装置，其特征在于，能为输出值定义极限值（LIMIT）。

6.根据权利要求3所述的数字控制装置，其特征在于，用于用户定义的函数的自变量或者参数的至少一个分接点位于与接入点不同的传动调节器中。

7.根据权利要求6所述的数字控制装置，其特征在于，用户定义的函数考虑机床的不同轴的机械耦合。

8.根据权利要求1所述的数字控制装置，其特征在于，用于用户定义的函数的分接点位于不同的传动调节器中。

9.根据权利要求8所述的数字控制装置，其特征在于，用户定义的函数考虑机床的不同轴的机械耦合。