DD138448B1

DD138448B1 - Schaltungsanordnung zur glaettung unstetig verlaufender sollwertaenderungen

Info

Publication number: DD138448B1
Application number: DD20738078A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Schleicher; Jochen Keller; Bernd Uhlemann
Original assignee: Siegfried Schleicher; Jochen Keller; Bernd Uhlemann
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1980-06-25
Also published as: DE2919730A1; BG38610A1; DE2919730C2; SU1018108A1; CS222971B1; DD138448A1

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Glättung unstetig verlaufender Sollwertänderungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind numerische Steuerungen beliebiger Zweckbestimmung,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der Zeitschrift "Werkstattstechnik" 1975 Heft 11 Seite 689/690 ist bekannt, daß bei Positioniervorgängen an numerisch gesteuerten Maschinen die Art der Vorgabe von Führungsgrößen einen bedeutenden Einfluß auf die erreichbare Positioniergenauigkeit hat. Dieser Zusammenhang gilt umso mehr, je höher die Positioniergeschwindigkeit ist. Auf die sprungförmige Vorgabe eines neuen Ge3chwindigkeitssollwertes vermag das Antriebssystem zwar mit einer zunächst maximal möglichen Beschleunigung und bei Erreichen der neuen Sollposition mit einer maximal möglichen Bremsverzögerung zu reagieren, jedoch ist damit ein überschwingfreies Einfahren in die neue Sollposition nicht zu realisieren.

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Damit der von der Führungsgröße beaufschlagte Lageregelkreis eine hohe Einfahrgenauigkeit bei kurzer Positionierzeit gewährleistet, v/erden die unstetigen Verläufe des Geschwindigkeitssollwertes eingeglättet. Damit wird der Beschleunigungsverlauf des Sollwertes an den vom Antrieb des Lageregelkreises realisierbaren Beschleunigungsverlauf angeglichen. Eine Schaltungsanordnung zur praktischen Realisierung der aufgezeigten Zusammenhänge ist jedoch nicht angegeben.

Aus DE-OS 24 20 285 ist eine Positioniervorrichtung bekannt, die einen rampenförmigen Verlauf der Geschwindigkeit beim Hochlaufen und Bremsen realisiert. Der rampenförmige Geschwindigkeitsverlauf glättet zwar bereits eine ßprungförmige Sollwertänderung in gewissem Umfang, jedoch bleiben die am Beginn und am Ende der Rampe vorhandenen Unstetigkeitsstellen in nachteiliger V/eise noch erhalten. Außerdem muß ein gesonderter Aufwand getrieben werden, damit die Positioniervorrichtung die Wegbilanz einzuhalten vermag.

Weiterhin ist aus DE-AS 1 513 190 eine Vorrichtung zur stetigen Vorgabe eines sprunghaft veränderten Sollwertes für einen Regelkreis bekannt. Diese Vorrichtung enthält ein Potentiometer, an dessen beweglichem Abgriff bei Verschiebung ein rampenförmiger Verlauf des Sollwerts zustande kommt. Die Unstetigkeitsstellen am Beginn und am Ende der Rampe werden abgeflacht, wenn die Potentiometerwicklung als Punktionswicklung mit nichtlinearer funktioneller Zeitabhängigkeit ausgebildet ist.

Diese bekannte Vorrichtung vermeidet Unstetigkeitsstellen im Sollwertverlauf nur bei voller Aussteuerung der Funktionswicklung, das heißt bei einem Soliwertsprung bestimmter Größe,

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Sollwert3prünge anderer Größe verlangen andere Verschiebungen des beweglichen Potentiometerabgriffs, Dabei kommt dann die von der Punktionswicklung verursachte Glättung der Unstetigkeitsstellen am Beginn bzw. am Ende der Rampe nicht zur Wirkung,

Die Anwendungsbreite der Vorrichtung bleibt damit nur auf einen Sollwertsprung bestimmter Größe beschränkt. Das ist für eine Anwendung in numerischen Bahnsteuerungen völlig unzureichend. Außerdem ist ein zusätzlicher Aufwand erforderlich, um die genaue Wegbilanz sicherzustellen, die eine numerische Steuerung gewährleisten muß.

Aus der Zeitschrift "Werkstattstechnik'¹ 1977 Heft 7 Seite 379 ist bekannt, beim zeitoptimalen Positionieren den Einsatz des Bremsvorgangs sowie die Führung der Bremsverzögerung getastet zu berechnen und dazu als Ausgangsgrößen die maximale Beschleunigung, die momentane Geschwindigkeit, den Restverfahrweg und den benötigten Bremsweg zu verwenden und in gegenseitige Beziehung zu setzen. Die erforderliche Rechenzeit läßt nur eine begrenzte Rechengenauigkeit zu. Sollen die Positionierfehler eine bestimmte Größe nicht überschreiten, muß zumindest am Ende des Positioniervorgangs eine geringe Geschwindigkeit beim Durchfahren des Restwegs, der durch den Rechenfehler bestimmt wird, in Kauf genommen werden. Der zeitoptimale Ablauf des Bremsvorgangs ist dadurch gestört.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, den Glättungseffekt einer Schaltungsanordnung zur Glättung unstetig verlaufender Sollwertänderungen zu verbessern sowie den Rechenaufwand insgesamt für die zeitoptimale Positionierung zu vermindern.

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Darle p^xnp: des 7/esens der Erfindung;

Die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mängel haben ihre Ursache in der fehlenden Realisierung der Glättung einer unstetig verlaufenden Sollwertänderung variabler Größe,

Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Glättung unstetig verlaufender Sollwertänderungen, die in einer numerischen Steuerung vom Interpolator erzeugt und dem Lageregelkreis als Führungsgröße vorgegeben werden, unter Verwendung von Bauelementen, die den Übergang vom bisherigen Sollwert zum neuen Sollwert in einer vorgegebenen funktionellen Zeitabhängigkeit gewährleisten, zu schaffen, bei der die Glättung Unstetigkeitsstellen in Sollwertverläufen vermeidet, unabhängig von der Größe der Sollwertänderung ist und die keiner gesonderten Aufwendungen bedarf, um die Verfahrwegbilanz sicherzustellen und Streuungen des Wegfehlers abzubauen,

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein Differenzbildner, der mit seinem Minuendeneingang an den Ausgang des Interpolators angeschlossen ist, ein dem Differenzbildner nachgeschaltetes Integrierglied, ein über seinen ersten Eingang mit dem Ausgang des Integrierglieds verbundener Produktbildner, eine Rückführung vom Ausgang des Produktbildners zum Subtrahendeneingang des Differenzbildners sowie ein Punktionsbildner vorgesehen sind, des« sen erster und dessen zweiter Eingang getrennt jeweils mit einem der beiden Eingänge oder mit dem Ausgang des Differenzbildners und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Produktbildners verbunden ist*

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In einer vorteilhaften Ausgestaltimg weist der Punktionsbildner für den Pail, daß er über seinen ersten Eingang mit dem Minuendeneingang und über seinen zweiten Eingang mit dem Ausgang des Differenzbildners verbunden ist, eingangsseitig zwei Betragsbildner, ein daran angeschlossenes Summierglied mit nachfolgendem Proportionalglied und ausgangsseitig ein Subtraktionsglied auf, das mit seinem Minuendeneingang an eine Konstantsignalquelle und mit seinem Subtrahendeneingang an den Ausgang des Proportionalglieds angeschlossen ist.

Die Schaltungsanordnung glättet schnelle Sollwertänderungen, wie sie an Unstetigkeitsstellen eines beliebigen Sollwertverlaufs auftreten· Langsame Sollwertänderungen werden hingegen keiner nennenswerten Glättung unterzogen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei aeigen

Pig· 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung

Pig· 2 den Verlauf der Sollwerte und des Verstärkungsfaktors über der Zeit und in Beziehung zueinander.

An einen Interpolator 1 einer numerischen Steuerung ist der Minuendeneingang eines Differenzbildners 2 angeschlossen· Ein Integrierglied 3 ist mit dem Ausgang des Differenzbildners 2, der erste Eingang eines Produktbildners 4 mit dem Ausgang des Integriergliedes 3 und der Lageregelkreis 5 der numerischen Steuerung mit dem Ausgang des Produktbildners verbunden, der außerdem zum Subtrahendeneingang des Differenzbildners 2 rückgeführt ist.

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Ein Punktionsbildner б enthält einen ersten Betragsbildner 7, einen zweiten Betragsbildner 8, ein Summierglied 9, ein Proportionalglied 10 und ein .Subtraktionsglied 11.

Der erste Betragsbildner 7 ist eingangsseitig mit dem Minuendeneingang de3 Differenzbildners 2, der zweite Betragsbildner 8 eingangsseitig mit dem Ausgang des Differenzbiluners 2 verbunden·

Das Summierglied 9 ist mit dem einen Eingang dem ersten Betragsbildner 7 und mit dem anderen Eingang dem zweiten Betragsbildner 0 nachgeschaltet· Das Proportionalglied 10 ist eingangsseitig an den Ausgang des Summierglieds 9 angeschlossen und ausgangsseitig auf den Subtrahenden eingang des Subtraktionsgliedes 11 geführt. Der Minuendeneingang des Subtraktionsglieds 11 ist an eine Konstantsignalquelle 12 angeschlossen. Aucgangsseitig steht das Subtraktionsglied 12 mit dem zweiten Eingang des Produktbildners 4 sowie mit dem Lageregelkreis 5 in Verbindung.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt:

Der Interpolator 1 gibt einen am Anfang und am Ende einer Positionierung sprungförmig verlaufenden Geschwindigkeitssollwert γ. ,-, . aus, dessen Verlauf in Figur 2a) dargestellt ist.

Der Differenzbildner 2 reduziert diesen Geschwindigkeitssollwert Tg -,-, . um den am Ausgang des Produktbildners 4 anstehenden veränderten Geschwindigkeitssollv/ert Vg -,-, /, so daß am Ausgang des Differenzbildners 2 ein Verlauf ν ρ zustande kommt, wie ihn Figur 2b) zeigt. Dieser Wert v~ wird vorn Integrierglied 3 in eine Form ν ^ umgewandelt, wie sie aus Figur 2c) ersichtlich ist.

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Im Produktbildner 4 wird der Wert v~ mit einem Verstärkungsfaktor к multipliziert, der selbst eine variable Größe ist, vom Funktionsbildner 6 erzeugt wird und einen Verlauf nimmt, den Figur 2d) darstellt« Vom Ausgang des Produktbildners 4 wir*d an den Lageregelkreis 5 der bereits genannte Geschwindigkeitssollwert Vo₀-,-, * ausgegeben« Figur 2e) zeigt, daß dieser Geschwindigkeitssollwert Vo η η л einen prinzipiell rampenförmigen Verlauf nimmt, wobei jedoch die ünstetigkeitsstellen der Rampe eingeglättet sind.

Wird der Lageregelkreis 5 mit dem eingeglätteten Geschwindigkeitssollwert v_g ,-^ . beaufschlagt, dann verläuft der Positioniervorgang zeitoptimal und ohne Überschwingen«

Der Verstärkungsfaktor к ist abhängig von dem von der Konstantsignalquelle 12 erzeugten Verstärkungsfaktor k_Q, vom Abschwächungsfaktor k- des Proportionalglieds 10, von dem vom Betragsbildner 7 verarbeiteten Geschwindigkeitssollwert Vg₀-,-, ₁ und von dem vom Betragsbildner 8 verarbei teten V/ert Vp* Unter Berücksichtigung der seitens des Summierglieds 9 und de3 Subtraktionsglieds 11 erbrachten Verknüpfungsfunktionen ergibt sich

^квко-^к1'^{( |v}Soll 1 I ⁺ I ^V2 I ^}-

Ein ähnlicher Glättungseffekt des Geschwindigkeitssollwertes ^v3_o-i-7 -ι läßt sich auch mit einem Punlctionsbildner 6 verwirklichen, der anders als vorstehend beschrieben aufgebaut ist und demzufolge einen Verstärkungsfaktor erzeugt, dem ein abweichendes Bildungsgesetz zugrunde liegt·

Die direkte Ausgabe des Verstärkungsfaktors к vom Ausgang des Punktionsbildners 6 schafft die Möglichkeit, die Ausgangsgeschwindigkeit des Lageregelkreises 5 noch weiter

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einzuglätten, sofern dieser v/ie gezeigt mit einem speziellen Steuereingang für diesen Verstärkungsfaktor к versehen ist· Das erweist sich besonders bei großen Sollwertsprüngen v_Soll -ι als vorteilhaft«

Wird der getrennte Anschluß beider Betragsbildner 7 und 8 nicht am Minuendeneingang und am Ausgang des Differenzbildners 2 vorgenommen, sondern anstelle dieses Minuendeneingangs oder dieses Ausgangs der Subtrahendeneingang des Differenzbildners 2 verwendet, macht sich eine zusätzliche arithmetische Operation notwendig, damit die Beschaltung des Summierglieds 9 mit den erforderlichen Summanden sichergestellt bleibt.

Claims

-з- 207330 Erfindungsan3pruch:

1· Schaltungsanordming zur Glättung unstetig verlaufender Sollwertänderungen, die in einer numerischen Steuerung vom Interpolator ,erzeugt und dem Lageregellcreis als Pührungsgröße vorgegeben werden, unter Verwendung von Bauelementen, die den Übergang vom bisherigen Sollwert zum neuen Sollwert in einer vorgegebenen funktioneilen Zeitabhängigkeit gewährleisten, gekennzeichnet dadurch, aaß ein Differenzbildner (2), der mit seinem Minuendeneingang an den Ausgang des Interpolators (1) angeschlossen ist, ein dem Differenzbildner (2) nachgeschaltetes Integrierglied (3)» ein über seinen ersten Eingang mit dem Ausgang des Integrierglieds (3) verbundener Produktbildner (4), eine Rückführung vom Ausgang des Produktbildners (4) zum Subtrahendeneingang des Differenzbildners (2) sowie ein Punktionsbildner (6) vorgesehen sind, dessen erster und dessen zweiter Eingang getrennt jeweils mit einem der beiden Eingänge oder mit dem Ausgang des Differenzbildner3 (2) und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Produktbildners (4) verbunden isti

2, Schaltungsanordnung nach Punkt 1, wobei der Punktionsbildner über seinen ersten Eingang mit dem Minuendeneingang und über seinen zweiten Eingang mit dem Ausgang des Differenzbildners verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Punktionsbildner (6) eingangsseitig zwei Betragsbildner (7; 8), ein daran angeschlossenes Summierglied (9) mit nachfolgendem Proportionalglied (10) und ausgangsseitig ein Subtraktionsglied (11) aufweist, das mit seinem Minuendeneingang an eine Konstantsignalquelle (12) und mit seinem Subtrahendeneingang an den Ausgang des Proportionalglieds (10) angeschlossen ist«

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