DE102004008406A1

DE102004008406A1 - Regel-/Steuerantrieb

Info

Publication number: DE102004008406A1
Application number: DE102004008406A
Authority: DE
Inventors: Kotaro Nagaoka; Tomonori Sato; Hidetoshi Ikeda; Teiji Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: CN100351726C; JP4391218B2; JP2004272883A; CN1523465A; DE102004008406B4; US6943522B2; US20040183494A1

Abstract

Ein Regel-/Steuerantrieb (1) umfasst eine Ausgleichseinheit (4) für mechanische Eigenschaften, um Komponenten zu dämpfen, die vorbestimmte Frequenzen haben und Eigenschaften einer Maschine (2) entsprechen, welche in einem von einem FIR-Filter (3) korrigierten Positionsbefehlssignal enthalten sind, um Optimalwertsignale zu berechnen, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine zusammenhängen, und eine Rückkopplungsausgleichseinheit (5), um die Maschine (2) entsprechend den Optimalwertsignalen anzutreiben. Deshalb kann der Regel-/Steuerantrieb Vibrationen reduzieren, die ihren Ursprung in den Eigenschaften der Maschine (2) nehmen. Zusätzlich können, weil das FIR-Filter (3) den Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad problemlos symmetrisch werden lassen kann, und, wenn die Maschine sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfads bewegen lässt, die beiden Ansprechpfade des Umlaufs einander anpassen lassen kann, maschinell bearbeitete Flächen ohne Unregelmäßigkeiten bereitgestellt werden, wenn eine hin- und hergehende Bearbeitung durchgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Regel-/Steuerantrieb zum Antreiben einer Lastmaschine wie einer Zugspindel zur Verwendung bei einem Bearbeitungswerkzeug, oder einem Arm zur Verwendung bei einem Industrieroboter, indem ein Motor eingesetzt wird. Im Spezielleren bezieht sie sich auf einen Regel-/Steuerantrieb, um eine Bahnsteuerung an einer Maschine durchzuführen, die zwei oder mehr Achsen aufweist.

Beschreibung des verwandten Stands der Technik

Im Stand der Technik wurden Regel-/Steuerantriebe zur Durchführung einer Vorwärtskopplungssteuerung bereitgestellt, um eine Verzögerung im Ansprechen auf einen Befehlswert eines zu steuernden Betrags wie der Position oder Geschwindigkeit einer Zielmaschine auszugleichen. Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2762364 (Bezugsschrift 1) einen Regel-/Steuerantrieb zur Differenzierung eines Positionsbefehlssignals, um einen Vorwärtskopplungssteuerungsbetrag zu erhalten, der mit der Position einer Zielmaschine zusammenhängt, um den Vorwärtskopplungssteuerungsbetrag zu einem Steuerbetrag zu addieren, der erfasst wird, indem eine Positionsschleifensteuerung durchgeführt wird, um ein Geschwindigkeitsbefehlssignal zu erhalten, um einen Vorwärtskopplungssteuerungsbetrag, der mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, welcher erhalten wird, indem der mit der Position der Zielmaschine zusammenhängende Vorwärtskopplungssteuerungsbetrag differenziert wird, zu einem Wert zu addieren, der erfasst wird, indem eine Geschwindigkeitsschleifensteuerung durchgeführt wird, um ein elektrisches Strombefehlssignal zu erhalten, und um eine Steuerung/Regelung durchzuführen, wodurch das Positionssteuerungsansprechen verbessert wird (siehe z.B. 1 der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2762364).

Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung (TOKKAI) Nr. 2000-92882 (Bezugsschrift 2) offenbart einen Regel-/Steuerantrieb, bei dem eine simulierte Steuerschaltung so aufgebaut ist, dass sie ein mechanisches Systemmodell steuert, das als Doppelmassenschwingungssystem angenähert und mit einem Drehmomentübertragungssystem, einer Lastmaschine und einem Elektromotor versehen ist, und dass sie die Position, die Drehzahl und das Drehmoment der simulierten Steuerschaltung zu einem Wert addiert, der als Vorwärtskopplungssteuerungsbetrag erfasst wird, indem eine Positions- und Geschwindigkeitsschleifensteuerung durchgeführt wird, wodurch das Positionssteuerungsansprechen verbessert wird, ohne Vibrationen anzuregen, selbst wenn die Steifigkeit des zu steuernden Ziels gering ist und das zu steuernde Ziel Resonanzeigenschaften aufweist (siehe z.B. 25 der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung (TOKKAI) Nr. 2000-92882).

Ein Problem bei dem Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2762364 offenbart ist, besteht darin, dass, obwohl der Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik eine adäquate Leistung bieten kann, wenn die Steifigkeit des Ziels groß ist und das zu steuernde Ziel als steifer Körper vorausgesetzt werden kann, mechanische Resonanzvibrationen Vibrationen bei der Position und Geschwindigkeit des zu steuernden Ziels hervorrufen können, welche zu steuernde Beträge sind, wenn der Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik auf ein zu steuerndes Ziel angewandt wird, das geringe Steifigkeit und Resonanzeigenschaften aufweist, und das Positionssteuerungsansprechen zunimmt, die Positionsgenauigkeit und Bahnnachführungsgenauigkeit abnehmen, wie in 13 gezeigt ist.

Ein Problem bei dem Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik, der in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung (TOKKAI) Nr. 2000-92882 offenbart ist, besteht darin, dass, wenn das zu steuernde Ziel als Doppelmassenschwingungssystem angenommen werden kann, während die Position des zu steuernden Ziels jederzeit vollständig auf die Position der simulierten Steuerschaltung anspricht und deshalb das Ansprechen der Positionssteuerung verbessert werden kann, ohne Vibrationen anzuregen, die simulierte Steuerschaltung ein Rückkopplungsregelsystem darstellt, und deshalb das Impulsansprechen nicht symmetrisch ausgelegt werden kann. Im Ergebnis wird der Ansprechpfad des zu steuernden Ziels nicht symmetrisch, selbst wenn ein symmetrischer Pfad als Befehlspfad vorgesehen ist, und deshalb kann, wenn das zu steuernde Ziel angewiesen wird, sich zwischen zwei Positionen entlang ein und desselben Befehlspfads zu bewegen, so dass sich die Bewegungsrichtung wie in 14 gezeigt verändert, ein Unterschied zwischen den beiden Ansprechpfaden des Umlaufs auftreten. Dies führt zum Entstehen von Kratzern auf einer maschinell bearbeiten Fläche einer Form, wenn die Form durch eine hin- und hergehende Bearbeitung bearbeitet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Regel-/Steuerantrieb bereitzustellen, der Vibrationen reduzieren kann, die ihren Ursprung in mechanischen Eigenschaften nehmen, und der die beiden Ansprechpfade auf einem Umlauf eines zu steuernden Ziels so auslegen kann, dass sie einander angepasst gesteuert werden können.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Regel-/Steuerantrieb mit einer Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften zum Dämpfen von Komponenten bereitgestellt, die jeweils eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, und die jeweils einer Eigenschaft einer anzutreibenden Zielmaschine entsprechen, welche in einem Positionsbefehlssignal enthalten sind, das durch eine FIR-Filtereinheit korrigiert wird, um mehrere Optimalwertsignale zu berechnen, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen, und mit einer Rückkopplungsausgleichseinheit, um die anzutreibende Zielmaschine entsprechend den mehreren Optimalwertsignalen anzutreiben, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen.

Weil die Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften auf diese Weise Komponenten dämpft, die jeweils eine vorbestimmte Frequenz aufweisen und jeweils einer Eigenschaft der anzutreibenden Zielmaschine entsprechen, welche im Positionsbefehlssignal enthalten sind, um die mehreren Optimalwertsignale zu berechnen, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen, kann der Regel-/Steuerantrieb Vibrationen reduzieren, die in den Eigenschaften der Maschine ihren Ursprung nehmen. Da darüber hinaus die Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften die berechneten Optimalwertsignale an die Rückkopplungsausgleichseinheit schicken, macht es der Regel-/Steuerantrieb möglich, dass die Position der Maschine vollständig auf den Eingang der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften, d.h. den Ausgang der FIR-Filtereinheit, anspricht. Da darüber hinaus die FIR-Filtereinheit den Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad auf einfache Weise symmetrisch werden lassen kann und, wenn die Zielmaschine dazu gebracht wird, sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfads zu bewegen, die beiden Ansprechpfade des Umlaufs der Zielmaschine einander anpassen kann, kann der Regel-/Steuerantrieb maschinell bearbeitete Flächen bereitstellen, die keine Unregelmäßigkeiten aufweisen, selbst wenn eine hin- und hergehende Bearbeitung durchgeführt wird.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hervor, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Schema, das symmetrisches Impulsansprechen zeigt;
3 ist ein Blockschema, das den gesamten Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielma-schine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
5 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
6A ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
6B ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
7 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Schema, das ein Beispiel einer Verstärkungskurve eines IIR-Filters fünfter Ordnung zeigt;
9A ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
9B ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
10 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
12 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die von einem Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
14 ist ein Schema, das den Befehlspfad, der für eine Zielmaschine vorgesehen ist, die von einem weiteren Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der in der Figur gezeigte Regel-/Steuerantrieb 1 treibt eine Maschine 2 an und steuert sie (d.h. eine anzutreibende Zielmaschine) nach einem Positionsbefehlssignal. Im Regel-/Steuerantrieb 1 nimmt eine FIR-Filtereinheit 3 (FIR – Finite Impulse Response), also eine Filtereinheit mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls, eine Korrektur am eingegebenen Positionsbefehlssignal vor, eine Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften dämpft Komponenten, die jeweils eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, welche einer Eigenschaft der Maschine 2 entspricht, wobei diese Komponenten in das korrigierte Positionsbefehlssignal aufgenommen werden, und berechnet mehrere Optimalwertsignale, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine 2 zusammenhängen, und eine Rückkopplungsausgleichseinheit 5 treibt die Maschine 2 entsprechend den mehreren Optimalwertsignalen an, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine 2 zusammenhängen. Die FIR-Filtereinheit 3 ist mit einem FIR-Filter 6 versehen.
Zusätzlich dämpft in der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften eine Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 eine Komponente, die eine Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist, welche in das Positionsbefehlssignal aufgenommen wird, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, ein Differenzierer 8 differenziert das Positionsbefehlssignal, eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 dämpft eine Komponente, die die Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist, welche in dem vom Differenzierer 8 berechneten differenzierten Wert aufgenommen wird, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Geschwindigkeit der Maschine 2 zusammenhängt, eine Berechnungseinheit 10 differenziert den vom Differenzierer 8 berechneten differenzierten Wert und multipliziert das differenzierte Ergebnis mit der Gesamtträgheit der Maschine 2, eine Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 dämpft eine Komponente, die eine Resonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist, welche in einem von der Berechnungseinheit 10 berechneten Wert aufgenommen wird, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt.
Zusätzlich subtrahiert in der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 ein Subtrahierer 12 ein Motorpositionssignal vom Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, und liefert das Subtraktionsergebnis an eine Positionssteuerungseinheit 13. Die Positionssteuerungseinheit 13 erfasst ein Geschwindigkeitssteuerungssignal aus dem Subtraktionsergebnis vom Subtrahierer 12. Ein Addierer/Subtrahierer 14 addiert das Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, zum Geschwindigkeitssteuerungssignal, subtrahiert ein Motordrehzahlsignal vom Additionsergebnis und liefert das Subtraktionsergebnis an eine Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15. Die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 erfasst ein Drehmomentsteuerungssignal aus dem Subtraktionsergebnis vom Addierer/Subtrahierer 14, und ein Addierer 16 addiert das Optimalwertsignal, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, zu einem Drehmomentsteuerungssignal aus der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 und liefert das Additionsergebnis als Motordrehmomentbefehlssignal an die Maschine 2. Die Maschine 2 ist mit einem Motor 17 versehen, um eine Last 18 entsprechend dem Motordrehmomentbefehlssignal aus der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 anzutreiben.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. In 1 wird das eingegebene Positionsbefehlssignal vom FIR-Filter 6 geglättet und dann an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften geschickt. Das FIR-Filter 6 besteht aus zwei oder mehr Filtern mit gleitendem Mittelwert, die in Reihe angeordnet sind, wovon jedes eine Zeitkonstante T_f aufweist. Die Zeitkonstante eines Filters mit gleitendem Mittelwert entspricht einem Wert, der erhalten wird, indem die Anzahl der Abgriffe des Filters mit gleitendem Mittelwert mit einer Abtastperiode multipliziert wird. Zusätzlich wird die Zeitkonstante T_f so aus abgerufenen Pfadgenauigkeitsparametern berechnet, dass ein Ansprechpfad einem abgerufenen Grad an Pfadgenauigkeit genügt, indem vorbestimmte Berechnungen durchgeführt werden. Die abgerufenen Pfadgenauigkeitsparameter können ein Eckendurchhang sein, wenn man die Zielmaschine eine Ecke durchlaufen lässt (d.h. ein Abstand zwischen dem Ansprechpfad und der Eckenspitze, wenn sich die Zielmaschine der Eckenspitze am meisten nähert), ein Betrag einer Einwärtsbiegung in einem Bogen (d.h. ein Abnahmebetrag beim Radius des Ansprechpfads im Hinblick auf einen angewiesenen Radius), usw.
In der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften wird ein an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegtes Eingangssignal x_r1 zuerst an die Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 angelegt, und dann berechnet die Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 aus dem Eingangssignal x_r1 ein Optimalwertsignal x_a, das mit der Position der Maschine zusammenhängt. Die Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 ist eine Berechnungseinheit, die eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 2 dämpft und weiterleitet, welche im Eingangssignal x_r1 enthalten ist. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal x_r1 und dem Ausgangssignal x_a wird durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben, worin s ein Laplace-Operator ist.
Das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegte Eingangssignal x_r1 wird weiter in die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 eingegeben, nachdem es vom Differenzierer 8 differenziert wurde, und dann berechnet die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 aus dem differenzierten Eingangssignal v_r1 ein Optimalwertsignal v_a, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt. Die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 ist eine Berechnungseinheit, die eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 2 dämpft und weiterleitet, welche im Eingangssignal x_r1 enthalten ist. Ein Verhältnis zwischen dem differenzierten Eingangssignal v_r1 und dem Ausgangssignal v_a wird durch die folgende Gleichung (2) wiedergegeben:
Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Differenzierers 8, nachdem es differenziert wurde, in die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 eingegeben und dann von der Berechnungseinheit 10 mit der Gesamtträgheit J der Maschine 2 multipliziert, und die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 berechnet dann aus dem Ausgang der Berechnungseinheit 10 ein Optimalwertsignal τ_a, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. Die Gesamtträgheit J ist die Summe der Trägheit des Motors 17 und der Trägheit der Last 18. Die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 ist eine Berechnungseinheit, die eine Komponente mit einer Resonanzfrequenz ω_p der Maschine 2 dämpft und weiterleitet, welche im an diese angelegten Eingangssignal τ_r1 enthalten ist. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal τ_r1 und dem Ausgangssignal τ_a wird durch die folgende Gleichung (3) wiedergegeben:
Dann werden das Optimalwertsignal x_a, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, das Optimalwertsignal v_a, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, und das Optimalwertsignal τ_a, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, in die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 eingegeben. In der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 subtrahiert der Subtrahierer 12 das Motorpositionssignal x_m, das von der Maschine 2 an ihn geschickt wurde, vom Optimalwertsignal x_a, das mit der Position der Maschine zusammenhängt und schickt das Subtraktionsergebnis an die Positionssteuerungseinheit 13, und die Positionssteuerungseinheit 13 bestimmt ein Geschwindigkeitssteuerungssignal v_c aus dem vom Subtrahierer 12 kommenden Subtraktionsergebnis. Obwohl die Positionssteuerungseinheit 13 jeden Aufbau haben kann, solange nur das Rückkopplungssteuerungssystem stabil wird, wird im Allgemeinen ein Proportionalregler o. dgl. als Positionssteuerungseinheit 13 verwendet. Der Addierer/Subtrahierer 14 subtrahiert dann das aus der Maschine 2 an ihn geschickte Motordrehzahlsignal v_m von einem Wert, der erhalten wird, indem das Optimalwertsignal v_a, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, zum Geschwindigkeitssteuerungssignal v_c aus der Positionssteuerungseinheit 13 addiert wird, und liefert das Subtraktionsergebnis an die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15. Die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 bestimmt dann aus dem Subtraktionsergebnis ein Drehmomentsteuerungssignal τ_c. Obwohl die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 jeden Aufbau haben kann, solange nur das Rückkopplungssteuerungssystem stabil wird, wird im Allgemeinen ein Proportional-Integralregler o. dgl. als Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 verwendet. Der Addierer 16 addiert das Optimalwertsignal τ_a, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, zum aus der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 kommenden Drehmomentsteuerungssignal τ_c und liefert dann das Additionsergebnis als Motordrehmomentbefehlssignal τ_m an die Maschine 2. Im Ergebnis wird der Motor 17 vom Motordrehmomentbefehlssignal angetrieben. In der Maschine 2 ist der auf einem Motorhalterungssockel angebrachte Motor mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung mit der Last 18 gekoppelt und liefert sowohl das Motorpositionssignal x_m als auch das Motordrehzahlsignal v_m an den Regel-/Steuerantrieb, indem er einen Drehzahlsensor verwendet, der im Motor 17 eingebaut ist. Das vom Motor 17 erzeugte Drehmoment kann schnell auf das Motordrehmomentbefehlssignal τ_m aus den Regel-/Steuerantrieb ansprechen.
Weil im Steuer-/Regelantrieb mit dem vorstehend erwähnten Aufbau entsprechend den Vibrationseigenschaften der Maschine 2 die Optimalwertsignale, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine zusammenhängen, welche so angemessen berechnet werden, dass die Position der Last der Maschine 2 vollständig auf das Eingangssignal x_r1 anspricht, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, an die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt werden, spricht die Lastposition x₁ vollständig auf das Eingangssignal x_r1 an, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird. Dieses Merkmal kann durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden, die ein Verhältnis zwischen dem Motordrehzahlbefehlssignal τ_m und der Motorposition x_m zeigt, wenn die Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystem angenähert werden kann.
Darüber hinaus wird ein Verhältnis zwischen der Motorposition x_m und der Lastposition x₁ durch die folgende Gleichung (5) wiedergegeben:
Zusätzlich wird ein Verhältnis zwischen der Motordrehzahl v_m und der Motorposition x_m durch die folgende Gleichung (6) wiedergegeben: vm(s) – s·xm(s) (6)
Zusätzlich wird, wenn die Transferfunktionen der Positionssteuerungseinheit 13 und der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 durch C_p(s) bzw. C_v(s) dargestellt werden, ein Verhältnis zwischen dem Ein- und Ausgang der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 durch die folgende Gleichung (7) wiedergegeben: τm(s) – Cv(s)(Cp(s)(xa(s) – xm(s)) + va(s) – vm(s)) + τa(s) (7)
Unter Berücksichtigung der Gleichungen (1) bis (5) und der Verhältnisse, die durch die Gleichungen (6) und (7) gezeigt sind, wird ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal x_r1 das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, und die Lastposition x₁ der Maschine 2 nach Ausführungsform 1 als x₁ = x_r1 bestimmt. Anders ausgedrückt spricht die Lastposition x₁ vollständig auf das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften 4 angelegte Eingangssignal x_r1 an. Deshalb werden die Ansprecheigenschaften der Maschine 2, die ein Ansprechen auf die Lastposition im Hinblick auf die Befehlsposition aufweisen, mit den Ansprecheigenschaften des FIR-Filters 6 in Übereinstimmung gebracht.
2 ist ein Schema, das symmetrisches Impulsansprechen zeigt. Wenn das FIR-Filter 6 ein Impulsansprechen aufweist, das dem in 2 gezeigten nahe kommt, ist hinlänglich bekannt, dass ein symmetrischer Eingang, der an das FIR-Filter angelegt wird, einen symmetrischen Ausgang hervorbringt, und deshalb wird ein Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad symmetrisch und Hin- und Rückansprechpfade haben fast dieselbe Form, wenn die Last der Maschine dazu gebracht wird, sich hin- und herbewegend entlang desselben Pfads zu bewegen. Zusätzlich wird, wenn das FIR-Filter 6 ein vollständig symmetrisches Impulsansprechen hat, d.h., wenn das FIR-Filter 6 ein FIR-Filter mit linearer Phase ist, der Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad vollständig symmetrisch. Deshalb passen sich die beiden Ansprechpfade des Umlaufs des Ziels einander an, wenn man das anzutreibende Ziel sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfads bewegen lässt. Deshalb kann man davon ausgehen, dass, wenn das Optimalwertsignal τ_r1, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, die vierte oder niedrigere Ableitung des Eingangssignals x_r1 enthält, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, und das Eingangssignal x_r1 das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, nicht ausreichend geglättet wird, das Optimalwertsignal τ_r1, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, einen Impuls mit einem sehr großen Wert aufweist und einen schlechten Einfluss auf die Maschine 2 hat. Da das FIR-Filter 6 aus zwei oder mehr in Reihe angeordneten Filtern mit gleitendem Mittelwert besteht, bringt, wenn das Positionsbefehlssignal x_r1 einen Beschleunigungsschrittbefehl anzeigt, der weitverbreitet zur Positionssteuerung eingesetzt wird, die vierte Ableitung des Eingangssignals x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, kein Impulssignal hervor, und deshalb kann das Optimalwertsignal τ_r1, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, daran gehindert werden, einen Impuls mit einer sehr großen Komponente zu enthalten. Da darüber hinaus das FIR-Filter 6 ein vollständig symmetrisches Impulsansprechen aufweist, wird der Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad vollständig symmetrisch, und deshalb passen sich die beiden Ansprechpfade des Umlaufs der Zielmaschine einander an, wenn man das anzutreibende Ziel sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfads bewegen lässt.
Vorzugsweise ist das FIR-Filter 6 ein Filter mit einer linearen Phasenkennlinie wie etwa ein FIR-Filter mit linearer Phase. Als Alternative kann das FIR-Filter 6 ein allgemeines FIR-Filter sein, das keine lineare Phasenkennlinie aufweist. Da der Ausgang eines solchen allgemeinen FIR-Filters von einem Eingang in der Vergangenheit bestimmt wird, der während einer vergangenen endlichen Zeitperiode angelegt wurde, kann im Vergleich dazu, dass eine andere Filterart als FIR-Filter verwendet wurden, d.h. ein IIR-Filter (IIR – Infinite Impulse Response), problemlos ein symmetrischer Ansprechpfad bereitgestellt werden. Eine ausführliche Erklärung von FIR-Filtern findet sich beispielsweise in „Introduction to Filter Circuits" von F. R. Connor (Morikita Suppan). Als Nächstes werden die Vorteile, die durch den Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 1 bereitgestellt werden, in Simulation erklärt. 3 ist ein Blockschema, das die Gesamtheit eines Systems mit zwei Regel-/Steuerantrieben nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, treiben ein x-Achsen-Regel-/Steuerantrieb 1a und ein y-Achsen-Regel-/Steuerantrieb 1b eine Maschine 2 mit zwei Freiheitsgraden an (d.h. zwei Achsen der freien Bewegung), indem sie einen x-Achsen-Motor 17a und einen y-Achsen-Motor 17b verwenden. 4 ist ein Schema, das einen Befehlspfad, der für das Ziel vorgesehen ist, das durch den Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad des anzutreibenden Ziels zeigt. In der Figur entspricht der Befehlspfad der Form einer Ecke mit einem Winkel von 90°, und der Ansprechpfad ist vorgesehen, wenn man das anzutreibende Ziel sich zwischen zwei Positionen und in zwei Bewegungsrichtungen A und B entlang desselben Pfads bewegen lässt. In diesem Fall beträgt die Resonanzfrequenz ω_p der Maschine 2 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine beträgt 200 rad/s. Es wäre festzuhalten, dass in dem in 4 gezeigten Beispiel im Vergleich zum Fall aus dem Stand der Technik, der durch die Bezugsschrift 1 aufgezeigt wird, Vibrationen noch weiter reduziert sind, und der Unterschied zwischen den Ansprechpfaden des Umlaufs ist im Vergleich zu dem Fall aus dem Stand der Technik, der durch die Bezugsschrift 2 aufgezeigt wird, noch weiter reduziert. Im Ergebnis kann das Regel-/Steuerantriebssystem nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bei der maschinellen Bearbeitung einer Form o. dgl. mit einer hin- und hergehenden Bearbeitung verhindern, dass Kratzer auf einer bearbeiteten Fläche der Form gemacht werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann, wenn die Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystem angenommen werden kann und die Dämpfungseigenschaften der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung vernachlässigt werden können, die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften Optimalwertsignale, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine 2 zusammenhängen, unter Verwendung charakteristischer Werte der Maschine 2 bestimmen (z.B. die Resonanzfrequenz, Parallelresonanzfrequenz und die Gesamtträgheit der Maschine), wodurch Vibrationen reduziert werden, die ihren Ursprung in den Eigenschaften der Maschine 2 nehmen.
Darüber hinaus macht es der Regel-/Steuerantrieb für die Position der Maschine 2, indem er die von der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften erfassten Optimalwertsignale an die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 schickt, möglich, vollständig auf den Eingang der. Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften, d.h. den Ausgang der FIR-Filtereinheit 3 anzusprechen. Da die FIR-Filtereinheit 3 den Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad problemlos symmetrisch werden lassen kann, und, wenn man die Zielmaschine sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfads bewegen lässt, die beiden Ansprechpfade des Umlaufs der Zielmaschine einander anpassen lassen kann, kann der Regel-/Steuerantrieb zusätzlich maschinell bearbeitete Flächen ohne Unregelmäßigkeiten bereitstellen, auch wenn eine hin- und hergehende Bearbeitung durchgeführt wird.
Zusätzlich kann, weil die FIR-Filtereinheit 3 aus zwei oder mehr in Reihe angeordneten Filtern mit gleitendem Mittelwert aufgebaut ist und die Zeitkonstante jedes Filters mit gleitendem Mittelwert entsprechend der angeforderten Pfadgenauigkeit eingestellt ist, die Symmetrie des Ansprechpfads aufrechterhalten werden und das Signal, das in die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 eingegeben wird, kann ein Impulssignal mit einer großen Amplitude werden. Im Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass die Maschine 2 mit einem großen Schlag beaufschlagt wird, und es ist möglich, einen Fehler des Ansprechpfads im Hinblick auf den Befehlspfad in die angeforderte Pfadgenauigkeit fallen zu lassen.
Ausführungsform 2.
5 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur ist ein Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung in einer Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet und hat eine Zeitkonstante, die entsprechend der Dämpfungskonstante, Parallelresonanzfrequenz und Lastträgheit der Maschine 2 eingestellt ist, so dass der Einfluss der Dämpfungseigenschaften der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung reduziert ist. Das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung ist so aufgebaut, dass es ein Positionsbefehlssignal korrigiert, das von einer FIR-Filtereinheit 3 gefiltert wurde. Eine Positionsbefehlsberechnungseinheit 22 dämpft dann eine Komponente, die eine Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist, welche im vom Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung korrigierten Positionsbefehlssignal enthalten ist, unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Position der Maschine zusammenhängt. Eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 dämpft eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2, welche in einem von einem Differenzierer 8 berechneten Wert enthalten ist, unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt. Eine Drehmomentberechnungseinheit 24 dämpft eine Komponente mit einer Resonanzfrequenz der Maschine 2, welche in einem von der Berechnungseinheit 10 berechneten Wert enthalten ist, unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. Der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung hat denselben Aufbau wie derjenige von 1, mit der Ausnahme, dass die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung umfasst, das so aufgebaut ist, dass es, wie zuvor erwähnt, das durch die FIR-Filtereinheit 3 gefilterte Positionsbefehlssignal korrigiert, und die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22, die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 und die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften ist jeweils so aufgebaut, dass sie die Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung berücksichtigt.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. In 5 unterscheidet sich der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung von demjenigen der zuvor erwähnten Ausführungsform 1, indem, nach der Korrektur des Eingangssignals x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung das Eingangssignal x_r1 an sowohl die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22 als auch den Differenzierer 8 schickt, und die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22, die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 und die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften ist jeweils so aufgebaut, dass sie die Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung berücksichtigt.
Beim Regel-/Steuerantrieb nach der vorstehend erwähnten Ausführungsform 1 bestehen, wenn der Einfluss der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung der Maschine nicht vernachlässigt werden kann, Fälle, bei denen der Einfluss der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 eine Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, und einer Lastposition x₁ verursachen kann, und die Lastposition x₁ kann nicht dazu ausgelegt werden, ordnungsgemäß auf das Eingangssignal x_r1 anzusprechen, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird.
Die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung 21 erster Ordnung ist so eingestellt, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, und der Lastposition x₁ aufgehoben wird, wobei die Phasenverschiebung aufgrund von Flüssigkeitsreibung der Maschine ihren Ursprung in der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 hat. Das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung nimmt eine Korrektur am Eingangssignal x_r1 vor, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal x_r1 und einem Ausgangssignal x_r2 des Verzögerungsfilters 21 erster Ordnung wird durch die folgende Gleichung (8) wiedergegeben:
Indem die Dämpfungskonstante c, die Parallelresonanzfrequenz ω_z, und die Lastträgheit J₁ der Maschine 2 verwendet werden, wird ζ_z durch die folgende Gleichung (9) wiedergegeben:
Die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22 dämpft eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 2, welche in dem durch das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung korrigierte Eingangssignal x_2r enthalten ist, unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2, und gibt eine gedämpfte Komponente aus. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal x_r2 und dem Ausgangssignal x_a der Positionsbefehlsberechnungseinheit 22 wird durch die folgende Gleichung (10) wiedergegeben:
Die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 dämpft eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 2, welche in dem vom Differenzierer 8 kommenden Eingangssignal v_r1 enthalten ist, unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2, und gibt eine gedämpfte Komponente aus. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal v_r1 und dem Ausgangssignal v_a der Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 wird durch die folgende Gleichung (11) wiedergegeben:
Die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 dämpft eine Komponente mit einer Resonanzfrequenz ω_p der Maschine 2, welche im Eingangssignal τ_r1 enthalten ist, unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2, und gibt die gedämpfte Komponente aus. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal τ_r1 und dem Ausgangssignal τ_a der Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 wird durch die folgende Gleichung (12) wiedergegeben:
Indem die Dämpfungskonstante c, die Parallelresonanzfrequenz ω_p, die Lastträgheit J₁ und die Motorträgheit J_m der Maschine 2 verwendet werden, wird ζ_z durch die folgende Gleichung (13) wiedergegeben:
Selbst wenn die Maschine 2 Dämpfungseigenschaften aufgrund von Flüssigkeitsreibung o. dgl. aufweist, kann der wie oben aufgebaute Regel-/Steuerantrieb die Lastposition x₁ vollständig auf das Eingangssignal x_r1 ansprechen lassen, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird. Dieses Merkmal kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Anders ausgedrückt wird, wenn die Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystem angenähert werden kann und Dämpfungseigenschaften aufweist, ein Verhältnis zwischen einem Motordrehzahlbefehlssignal τ_m und der Motorposition x_m durch die folgende Gleichung (14) wiedergegeben werden:
Darüber hinaus wird ein Verhältnis zwischen der Motorposition x_m und der Lastposition x₁ durch die folgende Gleichung (15) wiedergegeben:
Darüber hinaus sind ein Verhältnis zwischen der Motordrehzahl v_m und der Motorposition x_m und ein Verhältnis zwischen einem Eingang und einem Ausgang einer Rückkopplungsausgleichseinheit 5 jeweils dieselben wie diejenigen des Regel-/Steuerantriebs nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1, und werden durch die Gleichungen (6) bzw. (7) wiedergegeben. Wenn die Gleichungen (6) und (7) und (8) bis (15) aufgestellt werden, wird ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 2 angelegt wird, und der Position x₁ der Last der Maschine 2 zu x₁ = x_r1. Anders ausgedrückt, spricht die Lastposition x₁ vollständig auf das Eingangssignal x_r1 an, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird. Deshalb werden die Ansprecheigenschaften der Maschine 2, die ein Ansprechen der Lastposition im Hinblick auf die Befehlsposition aufweisen, mit den Ansprecheigenschaften des FIR-Filters 6 in Übereinstimmung gebracht, und es kann ein Ansprechpfad erfasst werden, der symmetrisch ist und keine Vibrationen anregt.
Als Nächstes werden die Vorteile, die durch den Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 2 bereitgestellt werden, in Simulation erklärt. 6A ist ein Blockschema, das einen Befehlspfad, der für die Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt. 6A zeigt einen Befehlspfad und einen Ansprechpfad der Maschine 2, die vom Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 2 angetrieben wird, wobei die Maschine zwei Freiheitsgrade hat, d.h. zwei Achsen (x- und y-Achse) der freien Bewegung, und 6B zeigt einen Befehlspfad, der für die Maschine 2 vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der Maschine. In diesen Figuren entspricht der Befehlspfad der Form einer Ecke mit einem Winkel von 90°, und es wird davon ausgegangen, dass die Resonanzfrequenz ω_p der Maschine 2 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 200 rad/s beträgt. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass das Dämpfungsverhältnis ζ_p der Maschine 2 0,2 beträgt. Wie aus dem in den 6A und 6B gezeigten Beispiel ersichtlich ist, kann, wenn die Maschine 2 Dämpfungseigenschaften aufweist, der Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 2 im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Regel-/Steuerantrieb nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 verwendet wird, Vibrationen im Ansprechpfad noch weiter reduzieren.
Wie zuvor erwähnt, dämpft nach dieser Ausführungsform 2 jeweils die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22, die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 und die Drehzahlbefehlsberechnungseinheit 24 der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften eine Komponente mit einer Parallelresonanz- oder Resonanzfrequenz der Maschine 2 unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der Maschine 2 aufgrund der Flüssigkeitsreibung der Maschine, und das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnung hat eine Zeitkonstante, die so eingestellt ist, das die Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, und der Lastposition x₁ aufgehoben wird, wobei die Phasenverschiebung aufgrund der Flüssigkeitsreibung der Maschine ihren Ursprung in der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 nahm, und ist so aufgebaut, dass am Eingangssignal x_r1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt wird, eine Korrektur vorgenommen wird. Deshalb kann, selbst wenn die Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystem angenommen werden kann und die Maschine 2 aufgrund ihrer Flüssigkeitsreibung Dämpfungseigenschaften aufweist, der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung die Maschinenposition, d.h. die Lastposition, vollständig auf den Eingang der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften, d.h. den Ausgang der FIR-Filtereinheit 3 ansprechen lassen, ohne mechanische Vibrationen anzuregen.
Ausführungsform 3.
7 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist ein IIR-Filter 31 fünfter Ordnung (oder n-ter Ordnung) in einer Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet. Das IIR-Filter fünfter Ordnung hat eine Eigenschaft, gewünschte Frequenzen auszuschalten, und korrigiert ein Positionsbefehlssignal, das eine FIR-Filtereinheit durchläuft. Der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung hat denselben Aufbau wie derjenige von 1, mit der Ausnahme, dass die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften das Filter 31 fünfter Ordnung umfasst, das so aufgebaut ist, dass es das von der FIR-Filtereinheit 3 gefilterte Positionsbefehlssignal korrigiert.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. In 7 unterscheidet sich der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung von demjenigen der zuvor erwähnten Ausführungsform 1, indem die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften, nachdem unter Verwendung des IIR-Filter 31 fünfter Ordnung das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegte Eingangssignal x_r1 korrigiert wurde, das korrigierte Eingangssignal sowohl an eine Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 als auch einen Differenzierer 8 schickt. Es kann davon ausgegangen werden, dass das IIR-Filter 31 fünfter Ordnung einen durch die folgende Gleichung (16) gezeigten Aufbau hat:
worin K₁ bis K₅ Parameter sind, die Pole zeigen, die die Frequenzlöscheigenschaften des IIR-Filters 31 fünfter Ordnung bestimmen.
8 ist ein Schema, das ein Beispiel einer Verstärkungskurve des IIR-Filters fünfter Ordnung zeigt. Das Beispiel von 8 zeigt die Verstärkungskurve des IIR-Filters 31 fünfter Ordnung bei K₁ = K₂ = K₃ = K₄ = K₅ = 1000. Aus dieser Figur wird ersichtlich, dass Komponenten von Frequenzen, die höher sind als 400 rad/s, vom IIR-Filter fünfter Ordnung ausgeschaltet werden.
Nach dem Regel-/Steuerantrieb mit solch einem Aufbau können, auch wenn die Maschine 2 nicht als Doppelmassenschwingungssystem angenähert werden kann und ein weiterer Resonanzpunkt in einem Frequenzbereich vorkommt, der höher ist als die Resonanzfrequenz ω_p der Maschine, weil Komponenten von Frequenzen, die nahe am anderen Resonanzpunkt liegen, vom IIR-Filter 31 fünfter Ordnung ausgeschaltet werden, Vibrationen im Ansprechpfad reduziert werden. Auch wenn das Positionsbefehlssignal hochfrequentes Rauschen enthält und somit Vibrationen im Ansprechpfad hervorgerufen werden, weil Komponenten hoher Frequenzen, die im Positionsbefehlssignal enthalten sind, vom IIR-Filter 31 fünfter Ordnung ausgeschaltet werden, können darüber hinaus Vibrationen im Ansprechpfad reduziert werden.
Als Nächstes werden Vorteile, die vom Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 3 bereitgestellt werden, basierend auf Simulationsergebnissen erläutert. 9 ist ein Schema, das einen Befehlspfad, der für die Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt. 9A zeigt einen Befehlspfad und einen Ansprechpfad der Maschine 2, die vom Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 3 angetrieben wird, wobei die Maschine zwei Freiheitsgrade hat, d.h. zwei Achsen (x- und y-Achse) der freien Bewegung, und 9B zeigt einen Befehlspfad, der für die Maschine 2 vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der Maschine. In diesen Figuren entspricht der Befehlspfad der Form einer Ecke mit einem Winkel von 90°, und es wird davon ausgegangen, dass die Resonanzfrequenz ω_p der Maschine 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 200 rad/s beträgt. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass die Maschine 2 eine zweite Resonanzfrequenz von 1000 rad/s und eine zweite Parallelresonanzfrequenz von 700 rad/s hat. Wie aus dem in den 9A und 9B gezeigten Beispiel ersichtlich ist, kann der Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 3, wenn die Maschine 2 nicht als Doppelmassenschwingungssystem angenähert werden kann und sowohl eine zweite Resonanzfrequenz als auch eine zweite Parallelresonanzfrequenz hat, Vibrationen im Ansprechpfad im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Regel-/Steuerantrieb nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 verwendet wird, weiter reduzieren.
Wie zuvor erwähnt, kann nach dieser Ausführungsform 3, weil die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften mit dem IIR-Filter 31 fünfter Ordnung versehen ist, das die Eigenschaft hat, gewünschte Frequenzen auszuschalten und das eingegebene Positionsbefehlssignal korrigiert, wenn hochfrequentes Rauchen im Positionsbefehlssignal enthalten ist, und wenn ein weiterer Resonanzpunkt und ein weiterer Parallelresonanzpunkt in einem Frequenzbereich vorkommen, der höher ist als die Resonanz- und Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2, welche Parameter der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften sind, der schlechte Einfluss auf den Ansprechpfad reduziert werden. Nach dieser Ausführungsform ist das IIR-Filter 31 fünfter Ordnung mit fünf Sollpolen in der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet. Als Alternative kann ein IIR-Filter erster oder höherer Ordnung in der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet werden.
Ausführungsform 4.
10 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur schickt der Regel-/Steuerantrieb ein Positionsbefehlssignal, das direkt an einer Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften anliegt, als Optimalwertsignal, das mit der Position einer Maschine 2 zusammenhängt, an einen Subtrahierer 12. Ein Differenzierer 8 differenziert das eingegebene Positionsbefehlssignal, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Geschwindigkeit der Maschine 2 zusammenhängt, und schickt es dann an einen Addierer/Subtrahierer 14. Eine Berechnungseinheit 10 differenziert das vom Differenzierer 8 berechnete differenzierte Positionsbefehlssignal weiter und multipliziert das differenzierte Ergebnis mit der Gesamtträgheit der Maschine 2, und ein Vibrationsreduktionsfilter 41 dämpft eine Komponente mit einer Resonanzfrequenz der Maschine 2, die im Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnet wurde, und verstärkt eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2, die in dem Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnet wurde, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der Maschine 2 zusammenhängt, und schickt es an einen Addierer 16. Der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung hat denselben Aufbau wie derjenige von 1, mit der Ausnahme, dass die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften wie vorstehend aufgebaut ist.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. In 10 wird das direkt an der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften anliegende Positionsbefehlssignal x_r als Optimalwertsignal x_a, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, an eine Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt. Darüber hinaus wird das Positionsbefehlssignal vom Differenzierer 8 differenziert und dann als Optimalwertsignal v_a, das mit der Geschwindigkeit der Maschine 2 zusammenhängt, an die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt. Zusätzlich wird das differenzierte Signal, nachdem es vom Differenzierer 8 berechnet wurde, von der Berechnungseinheit 10 weiter differenziert, und wird dann mit der Gesamtträgheit der Maschine 2 multipliziert, das Multiplikationsergebnis wird an das Vibrationsreduktionsfilter 41 geschickt, und das Ausgangssignal des Vibrationsreduktionsfilters 41 wird als Optimalwertsignal τ_a, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, an die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt. Die Strukturen und Arbeitsabläufe der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 und der Maschine 2 sind dieselben wie diejenigen nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1.
Als Nächstes wird der Betrieb des Vibrationsreduktionsfilters 41 erklärt. Es wird davon ausgegangen, dass ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal τ_r1, das an das Vibrationsreduktionsfilter 41 angelegt wird, und dem Ausgangssignal τ_a des Vibrationsreduktionsfilters 41 durch die folgende Gleichung (17) wiedergegeben wird, indem die Resonanzfrequenz ω_p und die Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 2 verwendet werden.
Das Vibrationsreduktionsfilter 41 dämpft somit die Komponente mit der Resonanzfrequenz der Maschine 2, welche im Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnet wurde, und verstärkt die Komponente mit der Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2, welche im Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnet wurde.
Der Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform, der einen solch einfachen Aufbau hat, kann mechanische Vibrationen reduzieren. Wenn darüber hinaus die Maschine 2 zwischen einem Motor 17 und einer Last 18 von diesem eine hohe Steifigkeit aufweist, und eine geringe Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und einem Motorhalterungssockel, auf dem der Motor montiert ist, und mechanische Vibrationen aufgrund von Resonanz und Parallelresonanz auftreten, die zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockel auftritt, werden Vibrationskomponenten, die von der Resonanz und Parallelresonanz stammen, die zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockel auftreten, durch das Vibrationsreduktionsfilter 41 beseitigt, und die Lastposition x₁ spricht vollständig auf das Positionsbefehlssignal x_r an. Dieses Merkmal kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Anders ausgedrückt, wenn die Maschine 2 als Modell mit einer ausreichend hohe Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und der Last 18 und einer niedrigen Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockel angenähert werden kann, wird ein Verhältnis zwischen einem Motordrehmomentbefehlssignal τ_m und einer Motorposition x_m durch die folgende Gleichung (18) wiedergegeben:
Darüber hinaus wird ein Verhältnis zwischen der Motorposition x_m und einer Lastposition x₁ durch die folgende Gleichung (19) wiedergegeben:
Darüber hinaus sind das Verhältnis zwischen einer Motordrehzahl v_m und der Motorposition x_m , und ein Verhältnis zwischen dem Ein- und Ausgang der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 dieselben wie diejenigen des Regel-/Steuerantriebs nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1, und werden durch die Gleichungen (6) bzw. (7) wiedergegeben. Wenn die Gleichungen (6) und (7) und (17) bis (19) aufgestellt werden, wird das Verhältnis zwischen dem eingegebenen Positionsbefehlssignal x_r, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 4 angelegt wird, und die Position x₁ der Last der Maschine 2 zu x₁ = x_r. Anders ausgedrückt entspricht die Lastposition x₁ vollständig dem eingegebenen Positionsbefehlssignal x_r. Deshalb können mechanische Vibrationen wirksam reduziert werden.
Als Nächstes werden Vorteile, die durch den Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 4 bereitgestellt werden, basierend auf Simulationsergebnissen erläutert. 11 ist ein Schema, das einen Befehlspfad, der für die Zielmaschine vorgesehen ist, die von dem Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der anzutreibenden Maschine zeigt. 11 zeigt einen Befehlspfad und einen Ansprechpfad der Maschine 2, die vom Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 4 angetrieben wird, wobei die Maschine zwei Freiheitsgrade hat, d.h. zwei Achsen (eine x- und eine y-Achse) der freien Bewegung. In der Figur entspricht der Befehlspfad der Form einer Ecke mit einem Winkel von 90°, und der Ansprechpfad ist vorgesehen, wenn man das anzutreibende Ziel sich zwischen zwei Positionen und in zwei Bewegungsrichtungen A und B entlang desselben Pfads bewegen lässt. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Maschine eine ausreichend hohe Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und dessen Last 18 und eine geringe Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockel, auf dem der Motor angebracht ist, hat, und dass die Resonanzfrequenz ω_p der Maschine 2 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ω_z der Maschine 2 200 rad/s beträgt. Wie aus dem in 11 gezeigten Beispiel ersichtlich ist, kann der Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 4, auch wenn die Maschine 2 eine geringe Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und dessen Motorhalterungssockel hat, Vibrationen im Ansprechpfad und den Unterschied zwischen den beiden Ansprechpfaden des Umlaufs im Vergleich zu dem Fall weiter reduzieren, bei dem Regel-/Steuerantriebe aus dem Stand der Technik verwendet werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann nach dieser Ausführungsform 4 der Regel-/Steuerantrieb, weil das Vibrationsreduktionsfilter 41 die Komponente mit der Resonanzfrequenz der Maschine 2 dämpft, die in dem von der Berechnungseinheit 10 berechneten Wert enthalten ist, und die Komponente mit der Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 verstärkt, die in dem von der Berechnungseinheit 10 berechneten Wert enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, die Wirkung entfalten, Vibrationen mit einem einfacheren Aufbau als demjenigen des Regel-/Steuerantriebs nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 zu reduzieren. Insbesondere, wenn Vibrationen aufgrund geringer Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockel der Maschine 2 auftreten, können Vibrationen in der Maschine 2 reduziert werden.
Ausführungsform 5
12 ist ein Blockschema, das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur ist eine Positionsbefehlskorrektureinheit 51 zwischen einer FIR-Filtereinheit 3 und einer Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet. Die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 hat eine Eigenschaft, den Einfluss eines FIR-Filters 6 und eines IIR-Filters 31 auf die Abnahme ihrer Verstärkungen in einem Frequenzbereich zu reduzieren, der niedriger ist als die Grenzfrequenzen dieser Filter, und korrigiert ein Positionsbefehlssignal, das durch das FIR-Filter 6 läuft.
Ein Simulationspositionsregelkreis 52 führt eine Simulation einer Rückkopplungsausgleichseinheit 5 basierend auf sowohl einem Optimalwertsignal durch, das mit der Position einer Maschine zusammenhängt, als auch einem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, um ein Simulationsgeschwindigkeitssignal zu berechnen. Eine Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 berechnet ein Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderung beim Vorzeichen des Simulationsgeschwindigkeitssignals, und liefert dann das Drehmomentkorrektursignal an den Addierer 16 der Rückkopplungsausgleichseinheit 5. In der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 subtrahiert ein Subtrahierer 54 ein Simulationspositionssignal vom Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, und liefert dann das Subtraktionsergebnis an eine zweite Positionssteuerungseinheit 55. Die zweite Positionssteuerungseinheit 55 führt dieselbe Berechnung durch wie die Positionssteuerungseinheit 13, die in Ausführungsform 1 erläutert ist, und liefert das Berechnungsergebnis dann an den Addierer 56. Der Addierer 56 addiert den Ausgang der zweiten Positionssteuerungseinheit 55 zum Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, um das Simulationsgeschwindigkeitssignal zu erhalten, und ein Integrator 57 integriert das Simulationsgeschwindigkeitssignal, um das Simulationspositionssignal zu erhalten. Der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung hat denselben Aufbau wie derjenige von 7 mit der Ausnahme, dass der Regel-/Steuerantrieb noch die Positionsbefehlskorrektureinheit 51, die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 und die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 umfasst.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. Wie in 12 gezeigt ist, unterscheidet sich der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung dadurch von demjenigen nach der zuvor erwähnten Ausführungsform 3, dass die Positionsbefehlskorrektureinheit 51, nachdem sie das Ausgangssignal der FIR-Filtereinheit 3 korrigiert hat, dieses an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften schickt, die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 das Simulationsgeschwindigkeitssignal sowohl aus dem Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, als auch dem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, erhält, welche von der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften an sie geschickt wurden, und die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 das Drehmomentkorrektursignal aus dem an sie geschickten Simulationsgeschwindigkeitssignal berechnet und es an den Addierer 16 schickt, um den Addierer 16 das Drehmomentkorrektursignal zum Motordrehmomentbefehlssignal addieren zu lassen.
Das FIR-Filter 6 und das IIR-Filter 31 fünfter Ordnung glätten das eingegebene Positionsbefehlssignal, um zu verhindern, dass Signale, die in die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 eingegeben werden, zu großen Impulsen werden, wodurch verhindert wird, dass ein schlechter Einfluss auf die Maschine 2 ausgeübt wird. Diese Filter können auch Vibrationen im Ansprechpfad reduzieren, indem sie Komponenten mit zu hohen Frequenzen, die im Positionsbefehlssignal enthalten sind, ausschalten. Dennoch sinken, weil diese Filter beide Tiefpassfilter sind, ihre Verstärkungen, wenn die Frequenz des Eingangs zunimmt. Die Verstärkungen dieser Filter können auch dann in einem niederfrequenten Bereich von Frequenzen etwas abnehmen, die niedriger als die Grenzfrequenz sind, und dies führt dazu, dass der Radius des Ansprechpfads kleiner wird als der Radius des Befehlspfads, wenn der Befehlspfad einen Bogen umfasst.
Deshalb korrigiert die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 das eingegebene Positionsbefehlssignal so, dass der Einfluss des FIR-Filters 6 und IIR-Filters 31 fünfter Ordnung auf die Abnahme ihrer Verstärkungen hin reduziert wird. Ein Verhältnis zwischen dem Eingangssignal x_r1, das an die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 angelegt wird, und einem Ausgangssignal x_r11 aus der Positionsbefehlskorrektureinheit 51 wird durch die folgende Gleichung (20) wiedergegeben: xr11(s) =(1 + α·s)xr1 (20)worin α ein Parameter ist, der zum Erhöhen oder Senken des Korrekturbetrags verwendet wird und so eingestellt ist, dass die Abnahme bei den Verstärkungen im niedrigen Frequenzbereich von der Frequenz des Positionsbefehlssignals x_r bis zur Frequenz des Ausgangs x_r2 des IIR-Filters 31 fünfter Ordnung unter einen gewünschten Wert geht.
Darüber hinaus kann, wenn eine Reibungskraft auf den Motor 17 wirkt, wenn sich die Drehrichtung des Motors 17 umkehrt, eine Zeitverzögerung bei der Nachführung des Ausgangs der FIR-Filtereinheit 3 durch die Position der Maschine 2 auftreten, und dies führt zum Auftreten eines Unterschieds zwischen dem Befehls- und Ansprechpfad. In diesem Fall kann, indem ein Korrekturbefehl zur Korrektur des Drehmomentbefehlssignals vorgesehen wird, wenn sich das Vorzeichen der Motordrehzahl ändert, verhindert werden, dass eine Zeitverzögerung beim Verfolgen des Ausgangs der FIR-Filtereinheit 3 durch die Position der Maschine 2 auftritt. Nach dem Verfahren des Vorsehens des Korrekturbefehls, wenn sich das Vorzeichen des Motordrehzahlsignals ändert, kann jedoch, wenn sich das Vorzeichen des Motordrehzahlsignals aufgrund einer geringen Wirbelströmung ändert, die am Motor 17 oder der Last 18 anliegt, wenn der Motor 17 steht, die Drehrichtung des Motors 17 als umgekehrt angenommen werden, und deshalb wird unerwünschter Weise der Korrekturbefehl bereitgestellt.
Hingegen führt die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 eine Simulation der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 basierend auf sowohl dem Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, als auch dem Optimalwertsignal durch, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, um ein Simulationsgeschwindigkeitssignal zu berechnen, und liefert dieses dann an die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53. In der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 subtrahiert der Subtrahierer 54 das Simulationspositionssignal vom Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, und liefert das Subtraktionsergebnis an die zweite Positionssteuerungseinheit 55. Die zweite Positionssteuerungseinheit 55 führt dieselbe Berechnung durch wie die Positionssteuerungseinheit 13, die in Ausführungsform 1 erläutert ist, und schickt dann das Berechnungsergebnis an den Addierer 56. Der Addierer 56 addiert den Ausgang der zweiten Positionssteuerungseinheit 55 zum Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, um das Simulationsgeschwindigkeitssignal zu erhalten, und der Integrator 57 integriert das Simulationsgeschwindigkeitssignal, um das Simulationspositionssignal zu erhalten. Die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 berechnet das Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderung beim Vorzeichen des Simulationsgeschwindigkeitssignals, und schickt es dann an den Addierer 16. Das Drehmomentkorrektursignal hat einen Wert, der entsprechend einer Veränderung beim Drehmoment des Motors vorbestimmt wird, wenn sich die Drehrichtung des Motors 17 umkehrt, welcher Wert vorab gemessen wird.
Wie zuvor erwähnt, wird nach dieser Ausführungsform 5, weil die von ihnen selbst verursachte Abnahme bei den Verstärkungen in einem niederfrequenten Bereich des FIR-Filters 6 und IIR-Filters 31 fünfter Ordnung durch die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 ausgeglichen wird, wenn der Befehlspfad einen Bogen enthält, der Radius des Ansprechpfads niemals kleiner als der Radius des Befehlspfads, und der Unterschied zwischen dem Befehlspfad und dem Ansprechpfad kann verringert werden. Darüber hinaus kann, weil die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 das Simulationsgeschwindigkeitssignal sowohl aus dem Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, als auch dem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit zusammenhängt, berechnet, und die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 das Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderung im Vorzeichen des Simulationsgeschwindigkeitssignals berechnet und dann das Drehmomentkorrektursignal zum Motordrehmomentbefehlssignal addiert, verhindert werden, dass eine Zeitverzögerung bei der Nachführung des Ausgangs der FIR-Filtereinheit 3 durch die Position der Maschine 2 auftritt, und der Unterschied zwischen dem Befehlspfad und dem Ansprechpfad kann verringert werden.
Nach dieser Ausführungsform 5 ist der Regel-/Steuerantrieb zusätzlich zum Aufbau des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 3, wie zuvor erläutert, noch mit der Positionsbefehlskorrektureinheit 51, der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 und der Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 versehen. Als Alternative kann der Regel-/Steuerantrieb darüber hinaus nur mit der Positionsbefehlskorrektureinheit 51 oder nur mit der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 und der Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 der zuvor erwähnten zusätzlichen Bauteile versehen sein.
Zusätzlich ist nach dieser Ausführungsform 5, wie zuvor erwähnt, die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 zwischen der FIR-Filtereinheit 3 und der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet. Als Alternative kann die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 vor der FIR-Filtereinheit 3 oder hinter der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angeordnet sein.
Darüber hinaus addiert nach dieser Ausführungsform 5 der Regel-/Steuerantrieb das Drehmomentkorrektursignal zum Motordrehmomentbefehlssignal. Als Alternative kann der Regel-/Steuerantrieb das Drehmomentkorrektursignal zum Optimalwertsignal addieren, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. In diesem Fall kann der Regel-/Steuerantrieb, wenn die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 ein Regel-/Steuergerät ist, das eine Proportional- und Integralsteuerung durchführt, das Drehmomentkorrektursignal alternativ zu einem integrierten Posten addieren, der durch die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 erhalten wird.
Zusätzlich empfängt nach jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 die mehreren Optimalwertsignale, die jeweils, wie zuvor erwähnt, mit der Position, Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine zusammenhängen. Als Alternative kann die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 ein Optimalwertsignal empfangen, das mit der Beschleunigung der Maschine zusammenhängt, anstatt des Optimalwertsignals, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. In diesem Fall kann die Berechnungseinheit 10 nach jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen durch eine Berechnungseinheit ersetzt werden, die nur das vom Differenzierer 8 erhaltene, differenzierte Ergebnis differenziert. Diese Variante kann denselben Vorteil bereitstellen. Als Alternative kann die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 ein Optimalwertsignal empfangen, das mit einem elektrischen Strom zusammenhängt, der in der Maschine fließt, anstatt des Optimalwertsignals, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. In diesem Fall kann die Berechnungseinheit 10 nach einer der zuvor erwähnten Ausführungsformen durch eine Berechnungseinheit ersetzt werden, die das vom Differenzierer 8 erhaltene, differenzierte Ergebnis mit einem Wert multipliziert, der dadurch erhalten wird, dass die Gesamtträgheit der Maschine 2 durch die Drehmomentkonstante des Motors 17 anstatt die Gesamtträgheit der Maschine 2 dividiert wird. Diese Variante kann denselben Vorteil bereitstellen.
Darüber hinaus ist nach jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen der Motor 17 von der Rotationsart, um, wie zuvor erwähnt, ein Drehmoment zu erzeugen. Als Alternative kann der Motor 17 von der linearen Art sein, um einen Schub zu erzeugen. In diesem Fall kann in jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen Trägheit durch Masse und Drehmoment durch Schub ersetzt werden. Diese Variante kann denselben Vorteil bereitstellen.
Wie zuvor erwähnt, wird der Regel-/Steuerantrieb nach der vorliegenden Erfindung auf die Positionssteuerung der Zielmaschine angewandt. Alternativ kann der Regel-/Steuerantrieb nach der vorliegenden Erfindung auf die Geschwindigkeitssteuerung der Zielmaschine angewandt werden. Wird der Regel-/Steuerantrieb nach der vorliegenden Erfindung auf die Geschwindigkeitssteuerung der Zielmaschine angewandt, besteht keine Notwendigkeit, die Rückkopplungsschleife, die mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, und die Vorwärtskopplungsschleife, die mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, vorzusehen. Diese Variante kann denselben Vorteil bereitstellen.
Zusätzlich können nach jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen die Positionsbefehlsbetriebseinheit, die Geschwindigkeitsbefehlsbetriebseinheit und die Drehmomentbefehlsbetriebseinheit die mehreren Optimalwertsignale, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen, entweder mit einer Totzeit multiplizieren, die durch einen Unterscheidungsvorgang hervorgerufen wird, bzw. mit einem Einstellfaktor, der dazu verwendet wird, damit ein leichter Modellfehler des zu steuernden Ziels eingestellt wird. Alternativ können der Differenzierer 8 und die Berechnungseinheit 10 ihre jeweiligen berechneten Wert mit einem ähnlichen Einstellfaktor multiplizieren.
Darüber hinaus sind nach jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen die Bestandteile der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften in unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet, solange nur die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften dieselbe Transferfunktion von ihrem Eingang zu ihrem Ausgang aufweist. Beispielsweise kann das Optimalwertsignal v_a, das mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, dadurch bestimmt werden, dass das Optimalwertsignal x_a, das mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, differenziert wird. Zusätzlich kann in jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen die Differenzierung durch eine Pseudodifferenzierung (Multiplizieren des Unterschieds zwischen dem unmittelbar vorhergehenden und dem aktuellen Wert mit einer Reziproken der Abtastperiode, um eine ungefähre Ableitung zu berechnen) ersetzt werden.
Zusätzlich können nach jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen 1 bis 3 die FIR-Filtereinheit 3 und die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften die Plätze tauschen. Anders ausgedrückt wird das Positionsbefehlssignal direkt an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften angelegt, und die Ausgänge der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften werden dann in die FIR-Filtereinheit 3 eingegeben. Die FIR-Filtereinheit 3 erzeugt schließlich die mehreren Optimalwertsignale, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen, aus den Ausgängen der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften.
Viele stark unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können konstruiert werden, ohne dass dabei der Aussagegehalt und Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen würde. Es sollte klar sein, dass sich die vorliegende Erfindung mit Ausnahme dessen, was in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in der Beschreibung beschrieben sind. BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Regel-/Steuerantrieb (1), dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: eine FIR-Filtereinheit (3), um ein Positionsbefehlssignal zu korrigieren; eine Ausgleichseinheit (4) für mechanische Eigenschaften, um Komponenten zu dämpfen, wovon jede eine vorbestimmte Frequenz hat und einer Eigenschaft einer anzutreibenden Zielmaschine (2) entspricht, welche in dem von der FIR-Filtereinheit korrigierten Positionsbefehlssignal enthalten ist, um mehrere Optimalwertsignale zu berechnen, die jeweils mit einer Position, einer Geschwindigkeit und einem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen; und eine Rückkopplungsausgleichseinheit (5), um die anzutreibende Zielmaschine entsprechend den mehreren Optimalwertsignalen anzutreiben, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment zusammenhängen und von der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften berechnet wurden.
Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften eine Positionsbefehlsberechnungseinheit (7) umfasst, um eine Komponente zu dämpfen, die eine Parallelresonanzfrequenz der anzutreibenden Zielmaschine hat, welche im Positionsbefehlssignal enthalten ist, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, einen Differenzierer (8), um das Positionsbefehlssignal zu differenzieren, eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit (9), um eine Komponente zu dämpfen, die die Parallelresonanzfrequenz der anzutreibenden Maschine hat, welche in einem vom Differenzierer berechneten Wert enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, eine Berechnungseinheit (10), um den vom Differenzierer berechneten Wert zu differenzieren, und um den differenzierten Wert mit der Gesamtträgheit der anzutreibenden Maschine zu multiplizieren, und eine Drehmomentbefehlsberechnungseinheit (11), um eine Komponente zu dämpfen, die eine Resonanzfrequenz der anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in einem von der Berechnungseinheit berechneten Wert enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängt.
Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften ein Verzögerungsfilter (21) erster Ordnung umfasst, um das Positionsbefehlssignal zu korrigieren, wobei das Verzögerungsfilter erster Ordnung eine Zeitkonstante hat, die entsprechend einer Dämpfungskonstante, einer Parallelresonanzfrequenz und einer Trägheit einer Last der anzutreibenden Zielmaschine so eingestellt ist, dass ein Einfluss von Dämpfungseigenschaften der anzutreibenden Zielmaschine reduziert ist, eine Positionsbefehlsberechnungseinheit (22), um eine Komponente zu dämpfen, die die Parallelresonanzfrequenz der Zielmaschine hat, welche im vom Verzögerungsfilter erster Ordnung unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der anzutreibenden Zielmaschine korrigierten Positionsbefehlssignal enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Position der anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt, einen Differenzierer (8), um das vom Verzögerungsfilter erster Ordnung korrigierte Positionsbefehlssignal zu differenzieren, eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit (23), um eine Komponente zu dämpfen, welche die Parallelresonanzfrequenz der Zielmaschine hat, welche in dem vom Differenzierer unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der anzutreibenden Zielmaschine differenzierten Positionsbefehlssignal enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Geschwindigkeit der anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt, eine Berechnungseinheit (10), um einen vom Differenzierer berechneten Wert zu differenzieren, und um den differenzierten Wert mit einer Gesamtträgheit der anzutreibenden Zielmaschine zu multiplizieren, und eine Drehmomentbefehlsberechnungseinheit (24), um eine Komponente zu dämpfen, die eine Resonanzfrequenz der anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in einem von der Berechnungseinheit unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften der anzutreibenden Zielmaschine berechneten Wert enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängt.
Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die FIR-Filtereinheit mit zwei oder mehr Filtern mit gleitendem Mittelwert versehen ist, wovon jeder eine Zeitkonstante hat, die basierend auf der erforderlichen Pfadgenauigkeit eingestellt ist.
Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften ein Filter n-ter Ordnung (31) umfasst (n ist eine beliebige natürliche Zahl), um das Positionsbefehlssignal zu korrigieren, wobei das Filter n-ter Ordnung eine Eigenschaft hat, eine Komponente mit einer gewünschten Frequenz auszuschalten.
Regel-/Steuerantrieb (1), dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Differenzierer (8) zum Differenzieren eines Positionsbefehlssignals, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit einer Geschwindigkeit der anzutreibenden Zielmaschine (2) zusammenhängt; eine Berechnungseinheit (10), um einen vom Differenzierer berechneten Wert zu differenzieren, und um den differenzierten Wert mit der Gesamtträgheit der anzutreibenden Zielmaschine zu multiplizieren; ein Vibrationsreduktionsfilter (41), um eine Komponente zu dämpfen, die eine Resonanzfrequenz der anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in einem von der Berechnungseinheit berechneten Wert enthalten ist, und um eine Komponente zu verstärken, die eine Parallelresonanzfrequenz der anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in dem von der Berechnungseinheit berechneten Wert enthalten ist, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment der anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt; und eine Rückkopplungsausgleichseinheit (5), um die anzutreibende Zielmaschine entsprechend dem Positionsbefehlssignal, dem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt und vom Differenzierer berechnet wurde, und dem Optimalwertsignal, das mit dem Drehmoment der anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt und vom Vibrationsreduktionsfilter berechnet wurde, anzutreiben.
Regel-/Steuerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, darüber hinaus eine Positionsbefehlskorrektureinheit (51) umfassend, um das Positionsbefehlssignal so zu korrigieren, dass ein Einfluss der FIR-Filtereiheit auf eine Verstärkung der FIR-Filtereinheit selbst reduziert ist.
Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbefehlskorrektureinheit das Positionsbefehlssignal korrigiert, indem ein Wert zum Positionsbefehlssignal addiert wird, der durch Multiplizieren des differenzierten Positionsbefehlssignal mit einem Koeffizienten erhalten wurde.
Regel-/Steuerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, darüber hinaus eine Simulationspositionsregelkreiseinheit (52) umfassend, um ein Simulationsgeschwindigkeitssignal entsprechend sowohl dem Optimalwertsignal, das mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, als auch dem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, zu berechnen, welche von der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften berechnet werden, eine Drehmomentkorrekturberechnungseinheit (53), um ein Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderung im Vorzeichen des von der Simulationspositionsregelkreiseinheit berechneten Simulationsgeschwindigkeitssignals zu berechnen, wenn sich eine Drehrichtung der anzutreibenden Zielmaschine umkehrt, und um das Optimalwertsignal zu korrigieren, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, welches von der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften entsprechend dem Drehmomentkorrektursignal berechnet wird.