DD138449B1

DD138449B1 - Lageregelkreis fuer ueberschwingfreies und zeitsparendes positionieren

Info

Publication number: DD138449B1
Application number: DD20737978A
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: 1980-08-27
Also published as: DD138449A1; DE2919722C2; DE2919722A1; CS220574B1; BG34423A1; SU1026119A1

Description

-л- 20737

Titel der Erfindung

Lageregelkreis für überschwingfreies und zeitsparendes Positionieren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Lageregelkreise_r die zum Zweck des überschwingfreien und zugleich in geringer Zeit ablaufenden numerischen Positionierens mit einer Zusatzschaltung versehen sind. Diese Zusatzschaltung nimmt Einfluß auf den Verlauf der Ausgangsgeschwindigkeit des Lageregelkreises sowohl während des Hochlaufens als auch während des Bremsens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Lageregelkreise mit einer Zusatzschaltung, die ein zeitsparendes numerisches Positionieren ohne Überschwingen in der Zielposition realisieren, sind bereits bekannt· Man erreicht die kurze Positionierzeit und das überschwingfreie Einfahren des bewegten Teils in die programmierte Zielposition durch entsprechende Beeinflussung des Geschwindigkeitsverlaufs während der Beschleunigungs·* und

-г- 207379

der Verzögerungsphase des Positioniervorgangs· Der Geschwindigkeitsverlauf wird durch Maßnahmen, die direkt oder indirekt auf den Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor Einfluß nehmen, während der genannten Phasen verändert·

In diesem Zusammenhang ist aus DE-AS 1 109 249 bekannt, bei einem Lageregelkreis mit unterlagertem Drehzahlregelkreis und diesem wiederum unterlagertem Stromregelkreis der in Abhängigkeit von der Lageabweichung gestalteten Sollgeschwindigkeit einen parabelförmigen Verlauf zu geben. Dieser Verlauf wird mit Hilfe von Dioden, Widerständen und Schwellwertgliedern durch einen Polygonzug angenähert .

Aus DE-/AS 2 201 924 ist auch bekannt, einen parabolischen Zusammenhang zwischen der Lageabwaichung und der Positionier Sollgeschwindigkeit durch ein Rechenglied zu realisieren, wobei die parabelförmige Beziehung durch den Verlauf der statischen Kennlinie von Bauelementen hergestellt wird. Weiterhin ist aus DE-AS 2 304 833 bekannt, bei großer Lageabweichung eine parabelförmige Verstärkungskennlinie zu realisieren" und bei kleiner Lageabwsichung, die sich bei fortschreitende«! Positioniervorgang einstellt, auf eine gerade Verstärkungskennlinie umzuschalten. Letztere verwirklicht eine konstante Verstärkung unabhängig von der Lageabweichung.

Allen vorgenannten Lösungen haftet der Nachteil an, eine Beeinflussung der Geschwindigkeitskreisverstärkung in Abhängigkeit von der aktuellen Lageabweichung erfolgt. Dieser Nachteil äußert sich zum einen in einer stoßartigen hohen Anfahrbeschleunigung· Diese ist bei verschiedenen Maschinen, beispielsweise Werkzeugmaschinen, wegen der damit verbundenen Schwingungsariregung und hohen mechanischen Beanspruchung der Übertragungselemente unerwünscht. Nachteilig ist aber zum anderen auch der hohe Geräteaufwand für die Realisierung einer parabolischen Abhängigkeit _e wie

207379

sie zwischen dem Geschwindigkeitsverlauf und der Lageabweichung vorgesehen ist.

Aus DE-AS 2 310 443 ist weiterhin bereits bekannt, die Kreisverstärkung in Abhängigkeit sowohl von der Lageabweichung als auch vom Quadrat der Drehzahl zu beeinflussen. Trotz des erhöhten Schaltungsaufwandes treten die vorstehend beschriebenen Nachteile unverändert auf.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, daß die Gefahr der Anregung mechanischer Schwingungen bei schnellen und überschwingfreien Positioniervorgängen herabgesetzt, dabei hohe Geschwindigkeitskreisverstärkungen im'Arbeitsvorschubbereich ermöglicht und der dabei verwendete Geräteaufwand vermindert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mängel haben ihre Ursache darin, daß die Beeinflussung des Geschwindigkeitsverlaufs ohne Berücksichtigung des Beschleunigungsverlaufs in ausschließlicher oder überwiegender Abhängigkeit van der Lageabweichung erfolgt.

Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lageregelkreis für überschwingfreieo und zeitsparendes numerisches Positionieren mit einem Subtrahierer, der die Wegdifferenz zwischen Lagesollwert und Lageistwert bildet, einem Stellglied und einer Zusatzschaltung, die auf den Geschwindigkeitsverlauf des zu positionierenden Teils während des Hochlaufens und während des Bremsens Einfluß nimmt, zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor im Hinblick auf die Vermeidung unstetiger Beschleunigungen variabel gestaltet ist·

207379

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein mit seinem ersten Eingang an den Ausgang des Subtrahierers und mit seinem zweiten Eingang ah den Ausgang einer Arithmetikeinheit angeschlossener sowie ausgangsseitig mit dem Stellglied verbundener Produktbildner vorgesehen ist und die Arithmetikeinheit über einen ersten und über einen zweiten Eingang getrennt jeweils mit einem der beiden Eingänge oder mit dem Ausgang des Subtrahierers sowie außerdem mit einer Konstantsignalquelle verbunden ist· In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Arithmetikeinheit für den Fallf daß sie über ihren ersten Eingang von der Wegdifferenz und über ihren zweiten Eingang vom Lagesollwert beaufschlagt ist, an ihrem ersten und zweiten Eingang je ein Differenzierglied mit je einem nachgeschalteten Absolutwertbildner, einen mit seinen beiden Eingängen getrennt an den Ausgang je eines der Absolutwertbildner angeschlossenen Addierer, einen dem Addierer nachgeschalteten Verstärker und ein mit seinem Subtrahendeneingang an den Verstärker angeschlossenes Subtraktionsglied auf_r mit dessen Minuendensingang die Konstantsignalquelle verbunden 1st«.

Der Produktbildner, die Arithmetikeinheit, die Konstantsignalquelle und deren Anordnung im Lageregelkreis bewirken, daß während eines Positioniervorgangs der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor so verändert wird, daß Unstetigkeiten in der Beschleunigung abgebaut werden.

Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnungc Dabei ist im Vorwärtsxweig eines Lagoregslkreises zwischen einem Subtrahierer 1 und dem Istwertausgang des Lageregelkreises ein Produktbildner 2 und ein demselben nachgeschaltetes Stellglied 3 angeordnete Das Stellglied 3 setzt sich aus einem Motor 4 und aus einem Getriebe 5 zusammen.

- 207379

Der Rückwärtszweig des Lageregelkreises enthält ein Lagemeßglied 6, dessen Ausgang auf den Istwerteingang des Subtrahierers 1 geführt ist·

An den Sollvverteingang des Subtrahierers 1 ist ein erstes Differenzierglied 7, an den Ausgang des Subtrahierers 1 ein zweites Differenzierglied 8 angeschlossen· Dem Differenzierglied 7 ist ein erster ,Absolutwertbildner 9 und dem Differenzierglied 8 ein zweiter Absolutwertbildner 10 nachgeschaltet· Die Ausgänge beider Absolutwertbildner 9 und 10 führen auf getrennte Eingänge eines Addierers 11, dem ausgangsseitig ein Verstärker 12 folgt· Ein Subtraktionsglied 13 ist über seinen Subtrahendencingang mit dem Ausgang des Verstärkers 12 verbunden, während sein Minuendeneingang an eine Konstantsignalquelle 14 angeschlossen ist« Ausgangsseitig führt das Subtraktionsglied 13 auf einen separaten Eingang des Produktbildners 2· Die Differenzierglieder 7 und 8, die Absolutwertbildner 9 und 10, der Addierer 11, der Verstärker 12 und das Subtraktionsglied 13 sind Bestandteile einer Arithmetikeinhsit 15.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt г

Der Lagesollvvert Sc₀Ti wird dem Sollwerteingang, der vom Lagemeßglied 6 ausgegebene Lageistwert S.^ hingegen dem Istvverteingang des Subtrahierers 1 zugeführt. Aus beiden Eingangsgrößen bildet der Subtrahierer die Wegdifferenz Δ s. Diese Wegdifferenz да wird im Produktbildner 2 mit einem Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor k_v multipliziert, so daß die dem Stellglied 3 zugeführte Wegdifferenz verändert wird und den Wert As¹= к -As annimmt·

Der Motor 4 erzeugt nach Maßgabe der '.Vegdifferenz ^s¹ über das Getriebe 5 eine translatorische oder rotatorische Bewegung, als deren Ergebnis am Istwertausgang des Lageregel-

207379

kreises die aktuellen Lageistwerte zustande kommen· Das erste Differenzierglied 7 bildet ein Ausgangssignal, das der zeitlichen Änderung des Lagesollwertes s ,, entspricht, demzufolge bei Vorgabe eines neuen Sollwertes zunächst einen hohen Wert annimmt und danach bis auf den Wert Null zurückgeht« Das zweite Differenzierglied 8 bildet hingegen ein Ausgangssignal, deren Größe der zeitlichen Änderung der Wegdifferenz entspricht. Die Absolutwertbildner 9 und 10 stellen die Unabhängigkeit der Ausgangssignale beider Differenzierglieder 7 und 8 vom Vorzeichen her. Im Addierer 11 werden die beiden so behandelten Signale zusammengefaßt und ihre Summe wird im nachfolgenden Verstärker 12 mit dem Verstärkungsfaktor k,, beaufschlagt .

Das Subtraktionsglied 13 vermindert eine von der Konstantsignalquelle 14 ausgegebene konstante Ausgangsgröße к um die vom Verstärker 12 ausgegebene variable Größe. Die konstante Ausgangsgröße k_m„_v ist die von der Stabilitat bestimmte maximale Kreisverstärkung· Die Differenz zwischen der konstanten Ausgangsgröße к und der vom Ver·

lh Cf A

stärker 12 ausgegebenen Größe ergibt den bereits genannten Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor k_v, mit dem der Produkt· bildner 2 beaufschlagt wird. Der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor к beträgt somit

к - к - к ' ^dSs0il ^Kv ^Kmax ^Ki

dt

Von dynamischen Parametern des Lageregelkreises selbst beeinflußt wirkt der Geochwindigkeitsverstärkungsfaktor к wiederum auf den dynamischen Parameter Wegdifferenz des Lageregelkreises zurück. Auf diese iVeise beeinflußt der Geschwindigkeitsverstärkungsfaktor k_y das. Drehzahl-, Beschleunigungs- und Verzögerungsverhalten des Motors 4 während eines Positioniervorgangs л Dabei wird bewirkt, daß bai sprung- und rampenförmigen Lagesollwertänderungen sehr

207379

schnelle Geschwindigkeitsänderungen schon im Geschwindigkeitssollwert des Drehzahlregelkreises abgebaut und somit hohe stoß- und sprungförmige Beanspruchungen im gesamten Antriebsteil vermieden werden· Die damit erreichten stetigeren Istgeschwindigkeitsänderungen während eines Positioniervorganes führen zu einer geringeren Schwingungsanregung der Werkzeugmaschine in der Positionierphase und zu geringeren Bauteilbeanspruchungen.

In Verbindung mit diesen Eigenschaften wird bei geringer Geschwindigkeit eine hohe Geschwindigkeitsverstärkung einstellbar, die für kleine Bahnfehler im Bahnsteuerbetrieb notwendig ist.

Wird der getrennte Anschluß beider Diffsrenzierglieder 7 und 8 nicht am Sollwerteingang und am Ausgang des Subtrahierers 1 vorgenommen, sondern anstelle dieses Sollwerteingangs oder dieses Ausgangs der Istwerteingang des Subtrahierers verwendet, so wird eine zusätzliche arithmetische Operation notwendig, mit der die beschriebene Beaufschlagung des Addierers 11 sichergestellt bleibt«

Claims

-в- 207379

Erfindungsanspruch:

1· Lageregelkreis für überschwingfreies und zeitsparendes numerisches Positionieren mit einem Subtrahierer, der die Wegdifferenz zwischen Lagesollwert und Lageistwert bildet, einem Stellglied und einer Zusatzschaltung, die auf den Geschwindigkeitsverlauf des zu positionierenden Teils während des Hochlaufens und während des Bremsens Einfluß nimmt,
gekennzeichnet dadurch,

daß ein mit seinem ersten Eingang an den Ausgang des Subtrahierers (1) und mit seinem zweiten Eingang an den Ausgang einer Arithmetikeinheit (15) angeschlossener sowie ausgangsseitig mit dem Stellglied (3) verbundener Produktbildner (2) vorgesehen ist und die Arithmefikein« heit (15) über einen ersten und über einen zweiten Eingang getrennt jeweils mit einem der beiden Eingänge oder mit dem Ausgang des Subtrahierers (1) sowie außerdem mit einer Konstantsignalquelle (14) verbunden ist.
2. Lageregelkreis nach Punkt 1, wobei die Arithmetikeinheit über ihren ersten Eingang von der Wegdifferenz und über ihren zweiten Eingang vom Lagesollwert beaufschlagt ist,

gekennzeichnet dadurch,

daß die Arithmetikeinheit (15) an ihrem ersten und zweiten Eingang je ein Differenzierglied (7; 8) mit je einem nachgeschalteten Absolutwertbildner (9; 10), einen mit seinen beiden Eingängen getrennt an den Ausgang je eines der Absolutwertbildner (9; 10) angeschlossenen Addierer (11), einen dem Addierer (11) nachgeschalteten Verstärker (12) und ein mit seinem Subtrahendeneingang an den Verstärker (12) angeschlossenes Subtraktionsglied (13) aufweist, mit dessen Minusndenoingang die Konstantsignal· quelle (14) verbunden ist·

Hierzu /j Seite 'Zeichnung