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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft ein Servosteuerverfahren und eine Servosteuervorrichtung zur Durchführung des Servosteuerverfahrens, beispielsweise zum Steuern eines Servomotors zum Antreiben einer CNC-Werkzeugmaschine.
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Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind bekannt aus
DE 199 63 414 A1 .
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Hintergrund der Erfindung
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In einer CNC Werkzeugmaschine dreht üblicherweise ein Servomotor eine Kugelgewindespindel zum Antreiben, um dadurch einen Tisch mit einem daran befestigten Werkzeug zu bewegen. Daher besteht beispielsweise zum Ausführen eines Kreisschnittes, wie wohlbekannt, ein Problem der Verringerung der Arbeitsgenauigkeit, da die Tischbewegungsrichtung nicht unmittelbar geschaltet wird bedingt durch Totgang der Kugelgewindespindel, der Reibung jedes Teils einer Maschine etc., und ein quadrantaler Vorsprung genannter Vorsprung tritt in der Nähe der Quadrantengrenze an der Schnittfläche des Werkstücks auf.
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9 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik, dazu gedacht, das Auftreten eines solchen quadrantalen Vorsprungs zu verhindern etc. In 9 kennzeichnet die Ziffer 1 einen Positionsbefehlsgenerierabschnitt, die Ziffer 2 kennzeichnet einen Positionssteuerabschnitt, die Ziffer 3 kennzeichnet einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt, die Ziffer 4 kennzeichnet einen Stromsteuerabschnitt, die Ziffer 5 kennzeichnet eine Leistungsverstärkerschaltung, die Ziffer 6 kennzeichnet einen Servomotor zum Antreiben eines Maschinensystems 16, die Ziffer 7 kennzeichnet einen Codierer oder das Erfassen der Drehposition des Servomotors 6 und die Ziffer 8 kennzeichnet eine Differenziervorrichtung zum Differenzieren eines Positionserfassungssignals 10, das von dem Codierer 7 ausgegeben worden ist zum Berechnen der Geschwindigkeit. Der Codierer 7 und die Differenziervorrichtung 8 bilden eine Motorgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung. Die Ziffer 9 kennzeichnet eine Positionsbefehlsausgangsgröße, nachfolgend auch als Positionsbefehl bezeichnet, von dem Positionsbefehlsgenerierabschnitt 1, die Ziffer 10 kennzeichnet die Positionsrückmeldung des Positionserfassungssignalausgangs von dem Codierer 7, die Ziffer 11 kennzeichnet eine Geschwindigkeitssteuerausgangsgröße, nachfolgend auch als Geschwindigkeitsbefehl bezeichnet, von dem Positionssteuerabschnitt 2, die Ziffer 12 kennzeichnet die Geschwindigkeitsrückmeldung eines Geschwindigkeitserfassungssignalausgangs von der Differenziervorrichtung 8, die Ziffer 13 kennzeichnet ein Geschwindigkeitsabweichungssignal der Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl 11 und der Geschwindigkeitsrückmeldung 12, die Ziffer 14 kennzeichnet eine Strombefehlsausgangsgröße, nachfolgend auch als Strombefehl bezeichnet von dem Geschwindigkeitssteuerabschnitt 3, die Ziffer 15 kennzeichnet ein Stromrückmeldungssignal, das einen Stromfluss in den Servomotor 6 anzeigt, die Ziffer 16 kennzeichnet das Maschinensystem einer CNC-Werkzeugmaschine usw., angetrieben von dem Servomotor 6, die Ziffer 17 kennzeichnet ein Lastdrehmoment, das durch die Reaktionskraft erzeugt wird, die angewendet wird von dem Maschinensystem 16 auf den Servomotor 6 oder durch Reibung, die Ziffer 18 kennzeichnet einen Geschwindigkeitsproportionalitätssteuerabschnitt in dem Geschwindigkeitssteuerabschnitt 3, die Ziffer 19 kennzeichnet einen Geschwindigkeitsintegrationssteuerabschnitt in dem Geschwindigkeitssteuerabschnitt 3, die Ziffer 20 kennzeichnet eine Proportionalitätstermbefehlsausgangsgröße durch den Geschwindigkeitsproportionalitätssteuerabschnitt 18, und die Ziffer 21 kennzeichnet eine Integrationstermbefehlsausgangsgröße durch den Geschwindigkeitsintegrationssteuerabschnitt 19, wobei der Integrationstermbefehl addiert wird zu dem Proportionalitätstermbefehl 20 zum Generieren des Strombefehls 14.
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Die Ziffer 22 kennzeichnet einen Korrektursignalgenerierabschnitt zum Unterdrücken eines Fehlers relativ zur Befehlsposition, die auftritt, wenn die Richtung des Servomotors 6 oder der Maschine umgekehrt wird durch den Effekt von Reibung etc. und zum Verhindern des Auftretens eines Quadrantalvorsprungs etc., wenn ein Kreisschneiden ausgeführt wird, und die Ziffer 23 kennzeichnet eine Strombefehlskorrektursignalausgangsgröße (Korrekturwert) durch den Korrektursignalgenerierabschnitt 22.
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In der Einrichtung gemäß dem Stand der Technik wird der Korrekturwert 23 entsprechend dem Reibungsbetrag addiert, wenn die Richtung des Servomotors 6 umgekehrt wird und als Korrekturbetrag wird der als ein Parameter voreingestellte Wert verwendet oder der im Speicher gespeicherte optimale Wert für jede Bedingung der Vorschubrate und Beschleunigung wird verwendet. Der Korrekturbetrag wird hinzugefügt als eine Zeitfunktion oder eine Bewegungsdistanz oder eine Vorschubratenfunktion in einigen Fällen.
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Jedoch muss in der Servosteuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik als der oben erwähnte Korrekturbetrag der optimale Wert unter einer vorbestimmten Bedingung zuvor bestimmt werden bei der Maschineneinstellzeit und der Reibungsbetrag usw. der Fehlersuche zu der Richtungsumkehrzeit wechselt bedingt durch eine langfristige Variation stark und die Differenz in der Bedingung der Maschinenposition etc. und es ist schwierig, den optimalen Korrekturbetrag zu bestimmen.
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Selbst wenn der Korrekturbetrag bestimmt ist, wird es schwierig, im Laufe der Zeit die optimale Wirkung bereitzustellen; dies ist ein Problem.
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Außerdem kann in Maschinensystemen mit großer elastischer Änderung in der Torsion der Kugelgewindespindel, eines Dichtmaterials (das gleitend im Umfangsbereich der Welle des Servomotors etc. vorgesehen ist, um Öl etc. davon abzuhalten, in den Innenbereich des Servomotors einzudringen, wobei der äußere Anteil des Dichtungsmaterials im Basisabschnitt befestigt ist), etc. eine Korrektur vorgenommen werden an einem durch eine nachfolgende Verzögerung bedingten Fehler (quadrantaler Vorsprung), der zur Richtungsumkehrzeit auftritt, aber ein durch spätere Torsionsaufhebung etc. auftretendes Unterschreiten kann nicht unterstützt werden. Die 10A und 10B zeigen Simulationen des Verhaltens zur Richtungsumkehrzeit vor der Korrektur in einem Maschinensystem mit großer elastischer Änderung in der Torsion einer Kugelgewindespindel, eines Dichtungsmaterials etc.; 10A zeigt die Rundheitsgenauigkeit und 10B zeigt Geschwindigkeit und Stromwellenform zur Richtungsumkehrzeit. Das Ergebnis des Vornehmens einer Korrektur im in 9 gezeigten Stand der Technik in einem solchen Maschinensystem ist in den 11A und 11B gezeigt. In den 11A und 11B zeigt 11A die Rundheitsgenauigkeit und 11B zeigt Geschwindigkeit und Stromwellenform zur Richtungsumkehrzeit.
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In der Korrektur gemäß dem Stand der Technik wird der dem Reibungsbetrag entsprechende Korrekturwert hinzugefügt zu der Richtungsumkehrzeit derart, dass der Korrekturbetrag graduell erhöht wird ansprechend auf den Abstand von der Richtungsumkehr. Den Korrekturwert auf ein System mit Elastizität der Torsion etc. in einem Maschinensystem anzuwenden, kann in unmittelbarer Überkorrektur resultieren, wie in den 11A und 11B gezeigt und selbst in einem solchen Fall gibt es keine Vorrichtung zum Ändern des Korrekturwerts und dementsprechend tritt ein Unterschreiten auf.
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Eine in 12 gezeigte Einrichtung existiert als eine Servosteuereinrichtung in einem anderen Stand der Technik.
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In
12 ist die in der
JP-A-1-276315 offenbarte Erfindung gezeigt. In der Figur kennzeichnet Xc einen Positionsbefehl, die Ziffer
101 kennzeichnet einen Subtrahierer zum Vergleichen des Positionsbefehls Xc mit einem Ausgangssignal X eines Positionsdetektors
106 zum Durchführen von Subtraktion und Ausgeben der Abweichung E, die Ziffer
102 kennzeichnet einen Verstärker zum Verstärken der Abweichung E und Ausgeben eines Geschwindigkeitsbefehls V, die Ziffer
103 kennzeichnet eine Geschwindigkeitssteuerung zum Steuern des Antriebsausgangs eines Servomotors
104 ansprechend auf den eingegebenen Geschwindigkeitsbefehl V, die Ziffer
105 kennzeichnet eine Arbeitsmaschine, wobei beispielsweise eine Werkzeugmaschine bewegt wird oder ein Arbeitstisch, an dem ein Werkstück platziert ist, bewegt wird durch Antreiben des Servomotors
104, die Ziffer
106 kennzeichnet einen Positionsdetektor zum Erfassen der Position der oben erwähnten mobilen Einheit in der Arbeitsmaschine
105 und die Ziffer
107 kennzeichnet einen Idealpositionsrechner. Dieser Idealpositionsrechner ist aus einem Subtrahierer
108 zum Ausgeben der Abweichung Ei zwischen dem Positionsbefehl Xc und einer Idealposition Xi zusammengesetzt, einem Verstärker
109 zum Verstärken der Abweichung Ei und zum Ausgeben eines Geschwindigkeitssignals Vi, und einem Integrator
110 zum Durchführen von Zeitquadratur des Geschwindigkeitssignals Vi (Geschwindigkeitsbefehl) und Ausgeben eines Idealpositionssignals Xi entsprechend der Idealposition.
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Ziffer 111 kennzeichnet einen Subtrahierer zum Ausgeben der Abweichung zwischen der Subtrahierer Ei und der Abweichung E, Ziffer 112 kennzeichnet einen Verstärker zum Multiplizieren der durch den Subtrahier 111 ausgegebenen Abweichung um eine Korrekturverstärkung und Ziffer 113 kennzeichnet einen Addierer zum Addieren der mit dem Korrekturverstärkungsfaktor multiplizierten Abweichung zu dem Geschwindigkeitsbefehl V.
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Die Servosteuereinrichtung addiert das Ergebnis der Multiplikation des Fehlers zwischen der Idealposition und der tatsächlichen Position mit dem Verstärkungsfaktor und des Verstärkens des Multiplikationsergebnisses zu dem Geschwindigkeitsbefehl V, um den Geschwindigkeitsbefehl Vd zu verringern, wenn die von dem Positionsdetektor 106 erfasste Position zur Idealposition vorauseilt und erhöht den Geschwindigkeitsbefehl V, wenn die Position hinter der Idealposition ist.
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Jedoch verstärkt die in
12 gezeigte Einrichtung immer den Fehler zwischen der Idealposition und der tatsächlichen Position, um eine Korrektur vorzunehmen sowie auch zur Richtungsumkehrzeit und bringt somit Probleme des leichten Einführens von Maschinenresonanz und Vibrationen mit sich und der Unstabilität und wenn der Verstärkungsfaktor eingestellt wird, während Sicherheit eine Wichtigkeit beigemessen wird, ist er nicht in der Lage, den Fehler zufriedenstellend zu unterdrücken, der durch eine nachfolgende Verzögerung bewirkt wird, die zur Drehrichtungsumkehrzeit auftritt. Die
13A bis
13C zeigen Simulationen des Verhaltens, wenn eine Korrektur der in der in
JP-A-1-276315 offenbarten Erfindung ausgeführt wird an dem Maschinensystem mit großer elastischer Änderung in der Torsion einer Kugelgewindespindel, eines Dichtungsmaterials etc., wie in
11A und
11B gezeigt;
13A zeigt die Rundheitsgenauigkeit und
13B zeigt Geschwindigkeit und Stromwellenform zur Drehrichtungsumkehrzeit. Maschinenvibration wird leicht eingeführt und die Position, die Geschwindigkeit und die Stromwellenform sind wie Vibration und quadrantale Vorsprünge in der Rundheitsgenauigkeit werden auch vergleichsweise groß belassen.
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Aus
US 5,598,077 ist eine Motorsteuerung bekannt, die einen Stördrehmomentschätzer und eine Einheit zur Berechnung einer Backlash-Beschleunigung aufweist.
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Aus
EP 0 547 239 B1 ist ein Backlash-Beschleunigungs-Steuerverfahren bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Servosteuerverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, das Änderungen in der Korrekturwirkung unterdrücken kann, die bedingt sind durch Variation des Reibungsbetrags und der Arbeitsbedingungen, selbst in einem Maschinensystem mit großer elastischer Torsion einer Kugelgewindespindel, eines Dichtungsmaterials etc., so dass Unterschneiden und Instabilität verhindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird ordnungsgemäß gelöst wie in den Ansprüchen 1 und 5 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein Servosteuerverfahren bereitgestellt zum Generieren eines Geschwindigkeitsbefehls basierend auf dem Unterschied zwischen einem Positionsbefehl und der tatsächlichen Positionsrückmeldung und zum Steuern eines Servomotors basierend auf dem Strombefehl, wobei eine Idealposition berechnet wird basierend auf einem Ideal-Servosystemmodell, die Differenz zwischen der berechneten Idealposition und der tatsächlichen Positionsrückmeldung multipliziert wird mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor nur für eine vorbestimmte Zeit von der Richtungsumkehrzeit der Idealposition und das Ergebnis hinzugefügt wird zu dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl als Korrekturbetrag.
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In dem Servosteuerverfahren gemäß der Erfindung wird der oben erwähnte Verstärkungsfaktor bevorzugt bedämpft in einer vorbestimmten Zeit mit einem Maximalwert zur Richtungsumkehrzeit der Idealposition.
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In dem Servosteuerverfahren gemäß der Erfindung wird der Unterschied zwischen der Idealposition und der tatsächlichen Positionsrückmeldung zur Richtungsumkehrzeit der Idealposition bevorzugt als ein Versatzwert gespeichert und der Versatzwert wird bevorzugt subtrahiert von der oben erwähnten Differenz und das Subtraktionsergebnis wird multipliziert mit dem oben erwähnten Verstärkungsfaktor.
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Im Servosteuerverfahren nach der Erfindung wird bevorzugt ein zur Differenz zwischen der Idealposition und der tatsächlich rückgemeldeten Position proportionaler Koeffizient als oben erwähnter Verstärkungsfaktor verwendet.
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Erfindungsgemäß wird außerdem eine Servosteuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt.
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Die Servosteuereinrichtung gemäß der Erfindung umfasst bevorzugt eine Speichervorrichtung zum Speichern der Differenz zwischen der Idealposition und der tatsächlichen Positionsrückmeldung zur Richtungsumkehrzeit der Idealposition als einen Versatzwert und eine Subtraktionsvorrichtung zum Subtrahieren des Versatzwertes, der in der Speichervorrichtung gespeichert ist von der oben erwähnten Differenz, wobei das von der Subtraktionsvorrichtung bereitgestellte Subtraktionsergebnis multipliziert wird mit dem oben erwähnten Verstärkungsfaktor.
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In der erfindungsgemäßen Servosteuereinrichtung wird bevorzugt ein Koeffizient proportional zur Differenz zwischen der Idealposition und der tatsächlich rückgemeldeten Position verwendet als oben erwähnter Verstärkungsfaktor.
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In dem Servosteuerverfahren und seiner Einrichtung gemäß der Erfindung ist das oben erwähnte Ideal-Servosystemmodell bevorzugt ein Modell, das eine Verzögerung eines Positionsschleifensystems von dem Positionsbefehl zu der Positionsrückmeldung berücksichtigt und eine mechanische Verzögerung eines zu steuernden Objektes.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung.
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2A bis 2C sind Zeichnungen zum Zeigen des Simulationsergebnisses, wenn die Servosteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung angewendet wird auf ein Maschinensystem mit großer elastischer Änderung.
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3 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung.
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4A und 4B sind Zeichnungen zum Zeigen des Simulationsergebnisses, wenn die Servosteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung angewendet wird auf ein Maschinensystem mit großer elastischer Änderung.
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5 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung.
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6 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung.
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7 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung.
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8 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 der Erfindung.
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9 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik.
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10A und 10B sind Zeichnungen zum Zeigen des Simulationsergebnisses, wenn keine Korrektur verwendet wird in einem Maschinensystem mit großer elastischer Änderung.
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11A und 11B sind Zeichnungen zum Zeigen des Simulationsergebnisses, wenn die Servosteuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik angewendet wird in einem Maschinensystem mit großer elastischer Änderung.
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12 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Servosteuereinrichtung gemäß einem anderen Stand der Technik.
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13A bis 13C sind Zeichnungen zum Zeigen des Simulationsergebnisses, wenn die Servosteuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik angewendet wird auf das Maschinensystem mit großer elastischer Änderung.
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Beste Art zur Ausführung der Erfindung
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Ausführungsform 1.
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1 ist ein Blockdiagramm der Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung.
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In der Figur kennzeichnet die Ziffer 24 ein Idealmodell eines Positionsschleifensystems, auch Ideal-Servosystemmodell genannt, in das eine PositionsbefehlsAusgangsgröße 9 von einem Positionsbefehlgenerierabschnitt 1 eingegeben wird, Ziffer 33 kennzeichnet ein Ausgangsgeschwindigkeitssignal des Idealmodells 24 des Positionsschleifensystems, Ziffer 25 kennzeichnet ein Idealmodell unter Berücksichtigung einer Verzögerung eines Maschinensystems mit großer elastischer Änderung, Ziffer 41 kennzeichnet einen Subtraktionsabschnitt zum Ausgeben einer Differenz 27 zwischen einer Position 26 des Idealmodells, auch Idealposition genannt, und tatsächlicher Positionsrückmeldung 10 und Ziffer 28 kennzeichnet einen Verstärkungsfaktor. Je größer die Verstärkung 28 bzw. der Verstärkungsfaktor eingestellt ist, eine umso größere Korrekturwirkung kann entsprechend erwartet werden. Tatsächlich ist jedoch zum Verbessern der Korrekturwirkung die Ansprechempfindlichkeit eines Geschwindigkeitsschleifensteuersystems, das das Maschinensystem enthält, erforderlich und wenn die Ansprechempfindlichkeit gering ist, wird ein Servosystem unstabil und demnach wird beim Anwenden auf eine tatsächliche Maschine die Verstärkung bestimmt abhängig von dem Geschwindigkeitsschleifensteuersystem. Die Ziffer 42 kennzeichnet einen Multiplikationsabschnitt zum Multiplizieren der Differenz 27 zwischen der Position 26 des Idealmodells und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10 durch die Verstärkung 28 und zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsbefehlskorrekturwerts (Korrekturwert) 29 und die Ziffer 43 kennzeichnet einen Additionsabschnitt zum Addieren des Geschwindigkeitsbefehlskorrekturwerts 29, das von dem Multiplikationsabschnitt 42 ausgegeben wird, zu einem Geschwindigkeitsbefehl 11.
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Dieselben Ziffern wie die in 8 gezeigten, kennzeichnen Komponenten ähnlich den in 8 gezeigten.
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Die Servosteuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist aufgebaut wie oben beschrieben und der Betrieb der Servosteuereinrichtung ist wie folgt: Die Zeit, zu der die Richtung des Idealmodells wechselt, wird angenommen als Korrekturzeit und nur für eine vorbestimmte Zeit von der Richtungswechselzeit bis zum Zeitpunkt, zu dem ein Strombefehl einen Wert erhält, der die statische Reibung übersteigt (die vorbestimmte Zeit ist in einem Parameter voreingestellt) oder nur für die Zeit, bis die Bewegungsdistanz des Idealmodells nach der Richtungsumkehr multipliziert mit einer Federkonstanten etc. des Maschinensystems gleich oder größer wird als ein die statische Reibung übersteigender Wert (der Wert ist ebenfalls in einem Parameter voreingestellt), multipliziert der Multiplikationsabschnitt 42 die Differenz 27 zwischen der Position 26 des Idealmodells und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10 mit deren Verstärkungsfaktor 28, hierbei den Geschwindigkeitsbefehlskorrekturwert 29 generierend und der Additionsabschnitt 43 addiert den Korrekturwert 29 zu dem Geschwindigkeitsbefehl 11 der Positionssteuerausgangsgröße.
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Die
2A bis
2C stellen das Simulationsergebnis dar und zeigen die Wirkung, die erreicht wird, wenn die Korrektur der Ausführungsform angewendet wird an einem Maschinensystem mit großer elastischer Änderung. Es ist zu erkennen, dass, weil der Korrekturbetrag ansprechend auf einen zu jedem Zeitpunkt auftretenden Fehler bestimmt wird, Unterschreiten etc., das zur Korrekturzeit im in den
11A und
11B gezeigten Stand der Technik auftritt auch unterdrückt wird, und dass keine Maschinenvibration veranlasst wird und eine stabile und hochgenaue Korrekturwirkung bereitgestellt werden kann verglichen mit dem Ergebnis, wenn die Korrektur ausgeführt wird gemäß der Erfindung der numerischen Steuereinrichtung, die in
JP-A-1-276315 offenbart ist.
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Ausführungsform 2.
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3 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung.
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Die Ausführungsform 2 wird bereitgestellt durch Ändern des Verstärkungsfaktors, um dem der Multiplikationsabschnitt 42 die Differenz 27 zwischen der Position 26 des Idealmodells und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10 multipliziert nach Richtungsumkehr in der Ausführungsform 1 zu einem Verstärkungsfaktor 28A, bedämpft basierend auf einer Zeitfunktion mit dem Maximalwert (der Verstärkung) bei der Richtungsumkehrzeit oder einer Funktion der Idealmodellposition (um tatsächliche Operationen präzise auszuführen, kann die Neigung konstant sein, aber um einer lokalen Korrektur bei Richtungsumkehr Wichtigkeit zu geben, ist eine Bedämpfung basierend auf exponentieller Bedämpfung etc. auch wirksam). Andere Komponenten sind ähnlichen denen in der ersten Ausführungsform.
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Die Servosteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung ist aufgebaut, wie oben beschrieben, und der Betrieb der Servosteuereinrichtung ist wie folgt: Die Zeit, wenn die Richtung des Idealmodells ändert, wird als Korrekturstartzeit angenommen und ein Multiplikationsabschnitt 42 multipliziert eine Differenz 27 zwischen einer Position 26 eines Idealmodells und tatsächlicher Positionsrückmeldung 10 um die Verstärkung 28A (Verstärkung, bedämpft basierend auf der Zeitfunktion als dem Maximalwert bei der Richtungsumkehrzeit oder der Funktion der Idealmodellposition), hierdurch einen Geschwindigkeitsbefehlskorrekturwert 29 generierend, und ein Additionsabschnitt 43 addiert den Korrekturwert 29 zu einem Geschwindigkeitsbefehl 11 der Positionssteuerausgangsgröße.
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4A und 4B stellen das Simulationsergebnis dar, die Wirkung anzeigend, die produziert wird, wenn die Korrektur der Ausführungsform ausgeführt wird. Da das Gewicht der Verstärkung des Korrekturbetrags intensiv angehoben werden kann zur Richtungsumkehrzeit, ist es außerdem schwierig, Maschinenvibration zu veranlassen und es wird ermöglicht, die Korrekturwirkung zu verbessern.
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Ausführungsform 3
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5 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung.
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In der Figur kennzeichnet Ziffer 30 einen Speicherabschnitt zum Speichern einer Differenz 27 zwischen einer Position 26 eines Idealmodells und tatsächlicher Positionsrückmeldung 10 unmittelbar nach Richtungsumkehr als einen Versatzwert 31. Der alte Versatzwert 31 wird jedes Mal überschrieben mit dem neuen, wenn die Richtung umgekehrt wird. Ziffer 44 kennzeichnet einen Subtraktionsabschnitt zum Ausgeben einer Differenz 32 zwischen der Differenz 27 zwischen der Position 26 des Idealmodells und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10 nach Richtungsumkehr und dem Versatzwert 31. Andere Komponenten sind ähnlich denen in der Ausführungsform 2.
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Die Servosteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung ist aufgebaut, wie oben beschrieben und der Betrieb der Servosteuereinrichtung ist wie folgt: Erstens wird die Differenz 27 zwischen der Position 26 des Idealmodells und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10 unmittelbar nach Richtungsumkehr als Versatzwert 31 gespeichert im Speicherabschnitt 30. Der Subtraktionsabschnitt 38 subtrahiert den Versatzwert 31 von der Differenz 27 zwischen der Position 26 des Idealmodells und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10 nach Richtungsumkehr, ein Multiplikationsabschnitt 42 multipliziert die bereitgestellte Differenz 32 mit einer Verstärkung 28A (Verstärkung bedämpft basierend auf einer Zeitfunktion mit dem Maximalwert zur Richtungsumkehrzeit oder einer Funktion der Idealmodellposition, hierdurch einen Geschwindigkeitsbefehlskorrekturwert 29 generierend und ein Additionsabschnitt 37 addiert den Korrekturwert 29 zu einem Geschwindigkeitsbefehl 11 des Positionssteuerausgangs.
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Entsprechend wird ein Fehler zwischen dem Idealmodell und dem tatsächlichen Motor oder der Positionsrückmeldung des Maschinensystems entfernt, die auftritt bedingt durch einen Modellierfehler zu der Hochgeschwindigkeits-, Hochbeschleunigungsbetriebszeit und eine Korrektur wird nur ausgeführt an dem Zielfehler zu der Quadrantenumschaltzeit und es wird ermöglicht, eine stabile Einstellung vorzunehmen zur weiteren Verbesserung der Unterdrückungswirkung quadrantaler Vorsprünge.
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Ausführungsform 4
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6 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung.
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In der Fig. Kennzeichnet Ziffer 24 ein Idealmodell eines Positionsschleifensystems, in das ein von einem Positionsbefehlsgenerierabschnitt 1 ausgegebener Positionsbefehl 9 eingegeben wird, Ziffer 33 kennzeichnet ein Ausgangsgeschwindigkeitssignal des Idealmodells 24 des Positionsschleifensystems, Ziffer 25 kennzeichnet ein Idealmodell, eine Verzögerung eines Maschinensystems mit großer elastischer Änderung berücksichtigend, Ziffer 35 kennzeichnet einen Rechner zum Erfassen von Richtungsumkehr basierend auf dem von dem Idealmodell 24 des Positionsschleifensystems generierten Modellgeschwindigkeitssignal 33 und auf das Erfassen einer Richtungsumkehr hin eine Position 36 aus der Richtungsumkehr aus einem Positionsrückmeldungswert berechnend mit der Position bei der Richtungsumkehrzeit als 0 (als Positionsrückmeldungswert ist es im wesentlichen wünschenswert, dass die tatsächliche Positionsrückmeldung 10 verwendet werden sollte, aber wenn die Positionsrückmeldungsauflösung grob ist etc., wird der Korrekturbetrag wie eine Vibration und es gibt eine Möglichkeit, dass Maschinenresonanz veranlasst wird; demnach kann in einem solchen Fall die kumulative Position der Ausgangsposition 26 des Idealmodells verwendet werden), und Ziffer 34 kennzeichnet eine Federkonstante zum Kompensieren von durch elastische Deformation einer Kugelgewindespindel, einer Öldichten, etc. in einem Maschinensystem, wobei die Federkonstante mit dem Rechenwert, der von dem Rechner 35 bereitgestellt wird, multipliziert wird zum Generieren eines Strombefehlskorrekturwertes 23.
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Dieselben Ziffern wie die in 9 gezeigten kennzeichnen ähnliche Komponenten zu den in 9 gezeigten.
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Die Servosteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung ist wie oben beschrieben aufgebaut. Richtungsumkehr wird basierend auf dem Modellgeschwindigkeitssignal 33 erfasst, das von dem Idealmodell 24 des Positionsschleifensystems generiert wird und auf das Erfassen von Richtungsumkehr berechnet der Rechner 35 die Position 36 der Richtungsumkehr aus der Positionsrückmeldung 10 mit der Position bei der Richtungsumkehrzeit als 0 (oder die kumulative Position der Ausgangsposition 26 des Idealmodells) und der Wert wird multipliziert mit der Federkonstanten 34 zum Kompensieren von durch elastische Deformation der Kugelgewindespindel, der Öldichtung etc. bewirkter Torsion in dem Maschinensystem zum Generieren des Strombefehlskorrekturwertes 23. Der Korrekturwert wird addiert zu einem Geschwindigkeitsproportionaltermbefehl 20 und einem Geschwindigkeitsintegraltermbefehl 21, bis er den statischen Reibungsbetrag übersteigt oder bis der Gesamtstrombefehl, zu dem der Korrekturbetrag addiert ist, den statischen Reibungsbetrag übersteigt.
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Entsprechend wird Korrektur proportional zur kumulativen Position von der Richtungsumkehr ausgeführt, um das Lastdrehmoment in der Maschine aufzuheben mit großen federbasierten Elementen wie der Torsion einer Kugelfeder oder einer Kugelgewindespindel aufzuheben und auch das Auftreten von Unterschreiten durch Überkorrektur oder ähnliches wird erschwert durch das Maschinensystem mit Federelementen wie einer elastischen Deformation und es wird auch ermöglicht, eine stabile Korrektur vorzunehmen an Geschwindigkeitsänderungen, Änderungen in der Drehmomentlast etc.
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Ausführungsform 5
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7 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung.
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In der Figur kennzeichnet Ziffer 37 eine Viskositätskonstante zum Kompensieren eines viskosen Reibungsterms, der in dem drehenden Teil einer Kugelschraube auftritt, einer Öldichtung etc. in einem Maschinensystem auf das Erfassen der Richtungsumkehr basierend auf einem Modellgeschwindigkeitssignal 33, das generiert wird von einer Modellpositionsschleife, wobei durch die Viskositätskonstante ein Geschwindigkeitsrückmeldungswert (für den Geschwindigkeitsrückmeldungswert ist es im wesentlichen wünschenswert, dass die tatsächliche Geschwindigkeitsrückmeldung 12 verwendet werden sollte, aber wenn die Geschwindigkeitsrückmeldungsauflösung grob ist etc., wird der Korrekturbetrag wie eine Vibration und es besteht die Möglichkeit, dass Maschinenresonanz veranlasst werden kann; demnach kann in einem solchen Fall das Ausgangsgeschwindigkeitssignal 33 des Idealmodells verwendet werden) wird multipliziert zum Generieren eines Strombefehlkorrekturwertes 38 und Ziffer 39 kennzeichnet einen Additionsabschnitt zum Addieren von dem Strombefehlskorrekturwert 23, der in der Ausführungsform 4 beschrieben worden ist und dem oben erwähnten Strombefehlskorrekturwert 38 und zum Ausgeben eines Strombefehlskorrekturwertes 40. Andere Komponenten sind ähnlich denen in der Ausführungsform 4.
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Die Servosteuereinrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der Erfindung ist aufgebaut, wie oben beschrieben. Richtungsumkehr wird basierend auf dem Modellgeschwindigkeitssignal 33 erfasst, das generiert wird von dem Idealmodell 24 des Positionsschleifensystems und auf das Erfassen der Richtungsumkehr berechnet der Rechner 35 die Position 36 von der Richtungsumkehr von der Positionsrückmeldung 10 mit der Position bei der Richtungsumkehrzeit zu 0 (oder der kumulativen Position der Ausgangsposition 26 des Idealmodells) und der Wert wird multipliziert mit der Federkonstanten 34 zum Kompensieren von durch elastische Deformation der Kugelfeder oder Kugelgewindespindel, der Öldichtung etc. bewirkter Torsion im Maschinensystem zum Generieren des Strombefehlkorrekturwertes 23.
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Richtungsumkehr wird basierend auf dem Modellgeschwindigkeitssignal 33 erfasst, das generiert wird von dem Idealmodell 24 des Positionsschleifensystems und auf das Erfassen von Richtungsumkehr mit der Position zur Richtungsumkehrzeit als 0 wird die Geschwindigkeitsrückmeldung 12 (oder die Ausgangsgeschwindigkeit 33 des Idealmodells) multipliziert mit der Viskositionskonstanten 37 zum Kompensieren des viskosen Reibungsterms, der im Rotationsteil der Kugelgewindespindel auftritt, der Öldichtung etc. in dem Maschinensystem, hierdurch den Strombefehlkorrekturwert 38 generierend.
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Der Addierer 39 addiert den oben erwähnten Strombefehlskorrekturwert 23 und den Strombefehlskorrekturwert 38 zum Generieren des Strombefehlskorrekturwerts 40. Der Korrekturwert wird addiert zu einem Geschwindigkeitsproportionaltermbefehl 20 und einem Geschwindigkeitsintegraltermbefehl 21, bis er den statischen Reibungsbetrag übersteigt oder bis der Gesamtstrombefehl, zu dem der Korrekturwert addiert wird, den statischen Reibungsbetrag übersteigt.
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Entsprechend wird eine Korrektur bereitgestellt basierend auf dem Viskositätsterm, der dominant wird zur Zeit der Hochgeschwindigkeit, zusätzlich zur Korrektur basierend auf der Federkonstanten in der Ausführungsform 4 und wirksam für die Richtungsumkehr bei niedriger Geschwindigkeit, so dass es ermöglicht wird, eine stabilere, hochgenauerer Korrektur der Geschwindigkeitsänderung durchzuführen als in der Ausführungsform 4.
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Ausführungsform 6
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8 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 der Erfindung.
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Die Ausführungsform 6 wird bereitgestellt durch Festlegen der Federkonstanten 34 des Terms zum Kompensieren der Federkonstanten und der Viskositätskonstanten 37 zum Kompensieren des Viskositätsterm in der Ausgestaltungsform 5 als Verstärkungsfaktor, proportional zu einer Differenz (Fehler) 27 zwischen der Idealmodellposition 26 und einer tatsächlichen Positionsrückmeldung 10.
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Andere Komponenten sind ähnlich zu denen in der Ausgestaltungsform 5.
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Entsprechend wird eine Korrektur proportional zur kumulativen Position von der Richtungsumkehr ausgeführt, um das Lastdrehmoment in einer Maschine mit großen federbasierten Elementen wie einer Torsion einer Kugelfeder oder Kugelgewindespindel auszulöschen, das Auftreten von Unterschreitung durch Überkorrektur oder ähnliches wird ebenfalls erschwert für ein Maschinensystem mit Federelementen wie elastischer Deformation und es wird auch ermöglicht, eine stabile Korrektur zur Geschwindigkeitsänderung vorzunehmen, der Änderung in der Reibungslast etc. und zusätzlich sind die Federkonstante und die Viskositätskonstante zum Bestimmen des Korrekturbetrages variabel gewählt basierend auf dem Fehler von der Idealposition, so dass ein System, das langfristige Variationen der Federkonstanten und der Viskositätskonstante und Maschinenbedingungsänderungen behandeln kann, konstruiert werden kann.
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In der Ausführungsform 6 kann auch nur entweder die Federkonstante 34 des Terms zum Kompensieren der Federkonstanten oder die Viskositätskonstante 37 zum Kompensieren des Viskositätsterms als Verstärkungsfaktor gewählt werden proportional zu dem Unterschied 27 zwischen der Idealmodellposition 26 und der tatsächlichen Positionsrückmeldung 10.
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Wie oben beschrieben, wird erfindungsgemäß die Idealposition basierend auf dem Ideal-Servosystemmodell berechnet, die Differenz zwischen der berechneten Idealposition und der tatsächlichen Positionsrückmeldung wird berechnet durch die vorbestimmte Verstärkung bzw. den Verstärkungsfaktor für die vorbestimmte Zeit von der Richtungsumkehrzeitidealposition und das Ergebnis wird addiert zu dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl als Korrekturbetrag. Demnach können Variationen in der Korrekturwirkung, die bedingt sind durch die Wirkung der langfristigen Variation des Reibungsbetrags und der Arbeitsbedingungsdifferenz unterdrückt werden und selbst in dem Maschinensystem mit großer elastischer Änderung in Torsion einer Kugelgewindespindel, eines Dichtungsmaterials etc. wird es ermöglicht, Unterschreitung bedingt durch Torsionsaufhebung nach der Korrektur etc. zu unterdrücken. Darüber hinaus kann das Servosystem davon abgehalten werden, instabil zu werden und eine stabile Korrektur wird ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird als die oben erwähnte Verstärkung die in der vorbestimmten Zeit bedämpfte Verstärkung als Maximalwert bei der Richtungsumkehrzeit der Idealposition verwendet, so dass das Servosystem darüber hinaus davon abgehalten werden kann, instabil zu werden und eine genauere Korrektur ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird die Differenz zwischen der Idealposition und der tatsächlichen Positionsrückmeldung zur Richtungsumkehrzeit der Idealposition gespeichert als Versatzwert und der Versatzwert wird subtrahiert von der oben erwähnten Differenz und das Subtraktionsergebnis wird multipliziert mit dem oben erwähnten Verstärkungsfaktor. Demnach kann der Fehler zwischen dem Idealmodell und dem tatsächlichen Motor oder der Positionsrückmeldung des Maschinensystems, die bedingt durch einen Modellierfehler zu der Zeit des Hochgeschwindigkeits-/Hochbeschleunigungsbetriebs auftritt, entfernt werden und eine Korrektur wird nur zur Quadrantenumschaltzeit am Zielfehler ausgeführt und es wird ermöglicht, eine stabile Einstellung für eine verbesserte Unterdrückungswirkung der quadrantalen Vorsprünge vorzunehmen. Dies wird eine wirksame Lösung, weil das Simulationsergebnis des Verhaltens, wenn die in
JP-A-1-276315 offenbarte Korrektur vorgenommen wird, eine Korrektur an jedem Fehler außer dem Ziel mit hoher Verstärkung (Verstärkungswert) leicht Maschinenvibration und Resonanz veranlasst und folglich nur eine Korrektur mit geringer Verstärkung ausgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Idealposition berechnet basierend auf dem Ideal-Servosystemmodell, die oben erwähnte Positionsrückmeldung oder die kumulative Position des Ideal-Servosystemmodells wird multipliziert mit dem vorbestimmten Verstärkungsfaktor nur für die vorbestimmte Zeit der Richtungsumkehrzeit der berechneten Idealposition und das Ergebnis wird addiert zu dem oben erwähnten Strombefehl als Korrekturwert. Demnach wird eine Korrektur proportional zu der kumulativen Position von der Richtungsumkehr ausgeführt, um das Lastdrehmoment in der Maschine mit großen federbasierten Elementen wie einer Torsion einer Kugelgewindespindel odereiner Kugelfeder auszulöschen, das Auftreten eines Unterschreitens bedingt durch Überkorrektur oder ähnliches wird auch erschwert für das Maschinensystem mit Federelementen wie einer elastischen Deformation und es wird auch ermöglicht, eine stabile Korrektur an Geschwindigkeitsänderung, Änderung in der Reibungslast etc. vorzunehmen.
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Erfindungsgemäß wird die oben erwähnte Geschwindigkeitsrückmeldung oder die Geschwindigkeit des Ideal-Servosystemmodells multipliziert mit der vorbestimmten Verstärkung nur für die vorbestimmte Zeit von der Drehrichtungsumkehr der Idealposition und das Ergebnis wird addiert zu dem oben erwähnten Strombefehl als Korrekturbetrag. Demnach wird eine Korrektur basierend auf dem Viskositätsterm, der dominant wird zur Zeit der Hochgeschwindigkeit, bereitgestellt, so dass es ermöglicht wird, eine stabilere hochgenaue Korrektur zur Geschwindigkeitsänderung vorzunehmen als die oben erwähnte Korrektur federbasierter Elemente.
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Erfindungsgemäß wird der Koeffizient proportional zur Differenz zwischen der Idealposition und der tatsächlichen Rückmeldungsposition als oben erwähnter Verstärkungsfaktor verwendet. Dadurch wird eine Korrektur proportional zur kumulativen Position von der Richtungsumkehr ausgeführt, um das Lastdrehmoment in einer Maschine mit großen federbasierten Elementen wie einer Torsion einer Kugelgewindespindel oder einer Kugelfeder ausgelöscht, das Auftreten von Unterschreiten bedingt durch Überkorrektur oder ähnliches wird auch erschwert für ein Maschinensystem mit Federelementen wie elastischer Deformation und es wird auch ermöglicht, eine stabile Korrektur an Geschwindigkeitsänderung, Änderung in der Reibungslast etc. vorzunehmen und zusätzlich sind die Federkonstante und die Viskositätskonstante zum Bestimmen des Korrekturbetrags variabel gestaltet basierend auf dem Fehler von der Idealposition, so dass ein System, das auch langfristige Variationen der Federkonstanten und der Viskositätskonstanten und Maschinenbedingungsänderungen behandeln kann, konstruiert werden kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben, sind das Servosteuerverfahren und seine Einrichtung gemäß der Erfindung geeignet zur Verwendung in der Servosteuerung eines Maschinensystems mit großen elastischen Änderungen in der Torsion oder einer Kugelgewindespindel, eines Dichtungsmaterials etc.
