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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerung für eine Antriebseinheit,
die in Verarbeitungsmaschinen, Halbleiter-Herstellungsgerätschaften,
verschiedenen Fördergeräten oder
dergleichen verwendet wird.
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Eine
Motorsteuerung muß Drehmomentbefehle
durch Berechnung mittels eines Rückkopplungskreises
auf der Basis von einer Motordrehzahl oder einem Motorwinkel erzeugen
sowie in korrekter Weise eine Nullpunktfrequenz, eine Filterfrequenz sowie
einen Pol und einen Nullpunkt einer Übertragungsfunktion des Rückkopplungskreises
und dergleichen, die sich auf die Schleifenverstärkung und eine Geschwindigkeits-PI-Regelung beziehen,
bestimmen. Es braucht Zeit, um diese Parameter in individueller
Weise einzustellen; darüber
hinaus ist es für
Unerfahrene schwierig, diese Parameter einzustellen, da zum korrekten
Ausführen
der Einstellung Kenntnisse erforderlich sind.
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Zum
Verbessern der vorstehend beschriebenen Einstellungen ist im Stand
der Technik die Steuerung zum Beispiel derart konfiguriert, daß ein Eingangsparameter
von außen
eingegeben wird und dann die Schleifenverstärkung, der Pol und der Nullpunkt
der Übertragungsfunktion
des Rückkopplungskreises
unter Verwendung einer speziellen Relation bestimmt werden, die
von dem Eingangsparameter abgeleitet wird, so daß die Einstellung mittels eines einzigen
Parameters in einfacher Weise vorgenommen werden kann; diese Vorgehensweise
ist zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
27784/2002 offenbart.
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Es
bestehen Probleme dahingehend, daß nicht nur Personal und Zeit
erforderlich sind, um gute Einstellungen beim individuellen Bestimmen
einer Schleifenverstärkung
eines Rückkopplungskreises, einer
Polfrequenz, einer Nullpunktfrequenz und dergleichen vorzunehmen,
sondern dies ist auch ohne Spezialwissen schwierig.
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Bei
einem System, bei dem Einstellungen mittels eines einzigen Eingabeparameters
vorgenommen werden, wie dies in der vorstehend genannten japanischen
Patentveröffentlichung
beschrieben ist, wird im allgemeinen ein so einfaches Modell eines Regelgegenstandes
verwendet, das einem ganz üblichen
Trägheitskörper (starrer
Körper)
angenähert ist,
und anschließend
wird eine Relationsgleichung auf der Basis von dem einen vorstehend
beschriebenen Parameter bestimmt, so daß das System für die allgemeine
Anwendung und Regelspezifikationen geeignet ist.
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Ein
tatsächlicher
Regelgegenstand weist jedoch solche Charakteristika, wie zum Beispiel
mechanische Resonanzen bei verschiedenen Frequenzen auf, die zu
verschiedenen Eigenschaften von diesem führen. Darüber hinaus sind Regelspezifikationen
nicht dahingehend genormt, welcher Faktor in Abhängigkeit von den Anwendungen,
bei denen die Motorsteuerung Einsatz findet, stärkere Priorität erhält, nämlich Konvergieren
der Geschwindigkeit oder glattes Ansprechen.
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Infolgedessen
bestehend Probleme dahingehend, daß eine herkömmliche Motorsteuerung keinen
korrekten Einstellzustand durch bloße Einstellung unter Verwendung
von einem einzigen Eingabeparameter erreichen kann, so daß in manchen
Fällen Einstellungen
entstehen, die von den korrekten Einstellungen jeweils stark abweichen.
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Diese
Probleme des Standes der Technik werden mit einer Motorsteuerung
gelöst,
wie sie in den Ansprüchen
1, 2 und 5 angegeben ist.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Motorsteuerung
zum Antreiben eines zu regelnden Gegenstands mittels Drehmoment
von einem Motor ansprechend auf einen berechneten Drehmomentbefehl
angegeben, wobei der zu regelnde Gegenstand bzw. Regelgegenstand
mit dem Motor und einer mechanischen Last versehen ist und wobei
die Motorsteuerung folgendes aufweist:
eine Rückkopplungs-Berechnungseinheit,
in die ein Positions-Befehlssignal oder ein Geschwindigkeits-Befehlssignal
sowie ein Motorrotationssignal eingegeben werden, bei dem es sich
um einen detektierten Wert des Rotationswinkels oder der Drehzahl des
Motors handelt, wobei die Rückkopplungs-Berechnungseinheit
zum Berechnen des Drehmomentbefehls durch eine Berechnung vorgesehen
ist, bei der die Übertragungsfunktion
für einen
Rückkopplungskreis
von dem Motorrotationssignal zu dem Drehmomentbefehl einen Pol oder
einen Nullpunkt beinhaltet; eine Ansprechparameter-Eingabeeinheit zum
Eingeben eines Ansprechparameters; und
eine Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines Verhältnisparameters;
wobei
eine Schleifenverstärkung,
bei der es sich um die Verstärkung
des Rückkopplungskreises
handelt, auf der Basis des Ansprechparameters bestimmt wird und
wobei auf der Basis des Ansprechparameters und des Verhältnisparameters
der Pol oder der Nullpunkt des Rückkopplungskreises
in einer derartigen Weise bestimmt wird, daß das Verhältnis einer Ansprechfrequenz,
bei der es sich um den Quotienten der Schleifenverstärkung dividiert
durch einen Trägheitswert
des Regelgegenstands handelt, zu einer Frequenz, die dem Pol oder
dem Nullpunkt des Rückkopplungskreises
entspricht, den durch den Verhältnisparameter
bestimmten Wert hat.
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Gemäß dem ersten
Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung wird eine einfache Einstellung
in Abhängigkeit
von den Regelspezifikationen ermöglicht,
wobei die geeignete Einstellung innerhalb einer kurzen Zeit entsprechend
den Anwendungen erfolgt.
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Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Motorsteuerung zum
Antreiben eines Regelgegenstands mittels Drehmoment von einem Motor
ansprechend auf einen berechneten Drehmomentbefehl angegeben, wobei
der Regelgegenstand mit dem Motor und einer mechanischen Last versehen
ist und wobei die Motorsteuerung folgendes aufweist:
eine Rückkopplungs-Berechnungseinheit,
in die ein Befehlssignal und ein Motorrotationssignal eingegeben
werden, bei dem es sich um einen detektierten Wert des Rotationswinkels
oder der Drehzahl des Motors handelt, wobei die Rückkopplungs-Berechnungseinheit
zum Berechnen des Drehmomentbefehls mit einer Berechnung vorgesehen
ist, bei der die Übertragungsfunktion
für einen
Rückkopplungskreis
von dem Motorrotationssignal zu dem Drehmomentbefehl einen Pol oder
einen Nullpunkt beinhaltet;
eine Ansprechparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines Ansprechparameters; eine Absolutwertparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines Absolutwertparameters;
eine Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines Verhältnisparameters;
und
eine Schaltsignal-Eingabeeinheit zum Eingeben eines Schaltsignals,
um entweder die Einstellung eines Absolutwerts oder die Einstellung
eines Verhältnisses
auszuwählen;
wobei
eine Schleifenverstärkung,
bei der es sich um die Verstärkung
des Rückkopplungskreises
handelt, auf der Basis des Ansprechparameters bestimmt wird, wobei
dann, wenn das Schaltsignal die Einstellung eines Absolutwertes
auswählt,
der Nullpunkt oder der Pol des Rückkopplungskreises
auf der Basis des Absolutwertparameters unabhängig von dem Ansprechparameter
bestimmt wird;
und wobei dann, wenn das Schaltsignal die Einstellung
eines Verhältnisses
auswählt,
der Pol oder der Nullpunkt des Rückkopplungskreises
auf der Basis des Ansprechparameters und des Verhältnisparameters
in einer derartigen Weise bestimmt wird, daß das Verhältnis einer Ansprechfrequenz,
bei der es sich um einen Quotienten der Schleifenverstärkung dividiert
durch einen Trägheitswert
des Regelgegenstands handelt, zu einer Frequenz, die dem Pol oder dem
Nullpunkt des Rückkopplungskreises
entspricht, den durch den Verhältnisparameter
bestimmten Wert hat.
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Gemäß dem zweiten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine einfache Einstellung
in Abhängigkeit
von den Regelspezifikationen und den Eigenschaften von Regelgegenständen ermöglicht, wobei
die geeignete Einstellung innerhalb einer kurzen Zeit entsprechend
den Anwendungen und den Eigenschaften von Maschinen erfolgt.
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Gemäß einem
dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Motorsteuerung
zum Antreiben eines zu regelnden Gegenstands mittels Drehmoment
von einem Motor ansprechend auf einen berechneten Drehmomentbefehl
geschaffen, wobei der Regelgegenstand mit dem Motor und einer mechanischen
Last versehen ist und die Motorsteuerung folgendes aufweist:
eine
Rückkopplungs-Berechnungseinheit,
in die ein Geschwindigkeits-Befehlssignal und eine Motordrehzahl
eingegeben werden, bei der es sich um einen detektierten Wert der
Motordrehzahl handelt, wobei die Rückkopplungs-Berechnungseinheit
zum Berechnen des Drehmomentbefehls durch eine Berechnung vorgesehen
ist, bei der die Übertragungsfunktion
für einen
Rückkopplungskreis
von der Motordrehzahl zu dem Drehmomentbefehl durch eine Proportional-Integral-Berechnung
und eine Tiefpaßfilterberechnung
erzielt wird;
eine Ansprechparameter-Eingabeeinheit zum Eingeben
eines Ansprechparameters; eine erste Absolutwertparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines ersten Absolutwertparameters;
eine erste
Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines ersten Verhältnisparameters;
eine
erste Schaltsignal-Eingabeeinheit zum Eingeben eines ersten Schaltsignals,
um entweder die Einstellung eines Absolutwertes oder die Einstellung
eines Verhältnisses
auszuwählen;
eine
zweite Absolutwertparameter-Eingabeeinheit zum Eingeben eines zweiten
Absolutwertparameters;
eine zweite Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
zum Eingeben eines zweiten Verhältnisparameters;
sowie
eine zweite Schaltsignal-Eingabeeinheit zum Eingeben
eines zweiten Schaltsignals, um entweder die Einstellung eines Absolutwertes
oder die Einstellung eines Verhältnisses
auszuwählen;
wobei
eine Schleifenverstärkung,
bei der es sich um die Verstärkung
des Rückkopplungskreises
handelt, auf der Basis des Ansprechparameters bestimmt wird;
wobei
dann, wenn das erste Schaltsignal die Einstellung eines Absolutwertes
auswählt,
eine PI-Nullpunktfrequenz, bei der es sich um die Frequenz eines Nullpunkts
einer Proportional-Integral-Berechnung handelt, auf der Basis des
ersten Absolutwertparameters unabhängig von dem Ansprechparameter
bestimmt wird;
wobei dann, wenn das erste Schaltsignal die
Einstellung eines Verhältnisses
auswählt,
die PI-Nullpunktfrequenz auf der Basis des Ansprechparameters und des
ersten Verhältnisparameters
in einer derartigen Weise bestimmt wird, daß das Verhältnis der Ansprechfrequenz
zu der PI-Nullpunktfrequenz den durch den ersten Verhältnisparameter
bestimmten Wert hat;
wobei dann, wenn das zweite Schaltsignal
die Einstellung eines Absolutwertes auswählt, eine Tiefpaßfilterfrequenz,
bei der es sich um eine Polfrequenz der Tiefpaßfilterberechnung handelt,
auf der Basis des zweiten Absolutwertparameters unabhängig von dem
Ansprechparameter bestimmt wird;
und wobei dann, wenn das zweite
Schaltsignal die Einstellung eines Verhältnisses auswählt, die
Tiefpaßfilterfrequenz
in einer derartigen Weise bestimmt wird, daß das Verhältnis der Ansprechfrequenz
zu der Tiefpaßfilterfrequenz
den durch den zweiten Verhältnisparameter
bestimmten Wert hat.
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Gemäß dem dritten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine einfache Einstellung
in Abhängigkeit
von den Regelspezifikationen und den Eigenschaften von Regelgegenständen ermöglicht, wobei
die geeignete Einstellung innerhalb einer kurzen Zeitdauer entsprechend
den Anwendungen und den Eigenschaften der Maschinen erfolgt.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden
anhand zeichnerischer Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele
noch näher
erläutert;
in den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm zur Erläuterung
einer Motorsteuerung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
des zeitlichen Ansprechens im Hinblick auf eine Stufenstörung unter
Verwendung der Motorsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm zur Erläuterung
einer Motorsteuerung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein
Blockdiagramm zur Erläuterung
einer Motorsteuerung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
ausführlich
erläutert.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt
ein Blockdiagramm zur Erläuterung
einer Motorsteuerung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Ein Motor 1 erzeugt ein Drehmoment
ansprechend auf Drehmomentbefehle τr zum Antreiben eines geregelten
Gegenstands bzw. Regelgegenstands 3, der aus dem Motor 1 und
einer mit dem Motor 1 gekoppelten mechanischen Last 2 besteht.
Ferner wird eine Motordrehzahl vm, d.h. die Rotationsgeschwindigkeit des
Motors 1, durch Detektieren eines Motorwinkels θm, d.h.
des Rotationswinkels des Motors 1, von einem Codierer 4 detektiert,
woraufhin eine Differenzierung des Motorwinkels θm mittels einer Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 5 erfolgt.
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Als
nächstes
werden ein Geschwindigkeitsbefehl vr und die Motordrehzahl vm in
eine Rückkopplungs-Berechnungseinheit 6 eingegeben,
und die Rückkopplungs-Berechnungseinheit 6 berechnet Drehmomentbefehle τr durch den
nachfolgend beschriebenen Rechenvorgang.
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In
der Rückkopplungs-Berechnungseinheit 6 wird
das Differenzsignal zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl vr und der
Motordrehzahl vm in einen Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 7 eingegeben, und
der Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 7 multipliziert
das Eingangssignal mit einer Geschwindigkeitsverstärkung Kv
und gibt dieses Signal ab. Als nächstes
wird das Ausgangssignal des Geschwindigkeits-Proportionalverstärkers 7 in einen Integralverstärker 8 eingegeben,
und der Tntegralverstärker 8 integriert
das Eingangssignal nach Multiplikation desselben mit einer Integralverstärkung ωi und gibt
dieses Signal ab.
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Als
nächstes
wird das Signal, bei dem das Ausgangssignal von dem Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 7 und
das Ausgangssignal von dem Integralverstärker 8 summiert sind,
in ein Tiefpaßfilter 9 eingegeben,
so daß das
Tiefpaßfilter 9 das
eingegebene Signal zum Beispiel einer Tiefpaßfilter-Berechnung LPF(s) mit
der Polfrequenz ωf
unterzieht, die in der nachfolgenden Gleichung 1 angegeben ist, und
dann das resultierende Signal abgibt; die Rückkopplungs-Berechnungseinheit 6 gibt
als Drehmomentbefehle τr
das Ausgangssignal von dem Tiefpaßfilter 9 ab. Dabei
bezeichnet s den Laplace-Operator. LPF(s) = ωf/(s
+ ωf) (Gleichung 1).
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Die
Rückkopplungs-Berechnungseinheit 6 führt mit
der vorstehend beschriebenen Operation die Berechnung durch, wobei
die Übertragungsfunktion
FB(s) des Rückkopplungskreises
von der Motordrehzahl vm auf die Drehmomentbefehle τr in der nachfolgenden
Gleichung 2 dargestellt ist. FB(s) = PI(s)·LPF(s) (Gleichung 2).
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Hierbei
handelt es sich bei PI(s) der vorstehend genannten Gleichung 2 um
eine Berechnung, die als Proportional-Integral-Berechnung (PI-Berechnung)
bezeichnet wird und in der nachfolgenden Gleichung dargestellt ist. PI(s) = Kv(s + ωi)/s (Gleichung 3).
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Bei
der vorstehend genannten Rückkopplungs-Berechnungseinheit 6 handelt
es sich bei den bei der Berechnung des Rückkopplungskreises verwendeten
Parametern um eine Verstärkung
in bezug auf die gesamte Übertragungsfunktion
FB(s) des Rückkopplungskreises,
d.h. eine Schleifenverstärkung
Kv, eine Nullpunktfrequenz ωi
bei der Verhältnis-Integralberechnung
(wobei diese im folgenden als PI-Nullpunktfrequenz ωi bezeichnet
wird) sowie eine Polfrequenz ωf
des Tiefpaßfilters
LPF(s) (wobei diese im folgenden als Filterfrequenz ωf bezeichnet wird).
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Als
nächstes
wird das Einstellverfahren für die
vorstehend genannten Berechnungsparameter unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Als
erstes wird ein Ansprechparameter ω0 von einer Ansprechparameter-Eingabeeinheit 10 in
den Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 7 eingegeben,
wobei auf der Basis hiervon die Geschwindigkeitsverstärkung Kv
des Geschwindigkeits-Proportionalverstärkers 7, d.h. die
Schleifenverstärkung
Kv, bestimmt wird.
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Das
Bestimmungsverfahren beinhaltet zum Beispiel ein Verfahren, bei
dem die Schleifenverstärkung
Kv gleich dem Ansprechparameter ω0
vorgegeben wird, ein Verfahren, bei dem ein Trägheitsmomentwert J eines Regelgegenstandes
gemessen oder bestimmt wird und dann das Produkt auf dem Ansprechparameter ω0 und dem
Trägheitsmomentwert
J als Schleifenverstärkung
Kv vorgegeben wird, und dergleichen.
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Als
nächstes
wird ein erstes Schaltsignal sw1 in einen ersten Schalter 14 von
einer ersten Schaltsignal-Eingabeeinheit 13 eingegeben.
Hierbei handelt es sich bei dem ersten Schaltsignal sw1 um den Parameter
zum Auswählen
entweder der Einstellung eines Absolutwertes oder der Einstellung
eines Verhältnisses.
In Abhängigkeit
von der Einstellung, d.h. der Einstellung eines Absolutwertes oder der
Einstellung eines Verhältnisses,
schaltet das erste Schaltsignal sw1 den Eingang des ersten Schalters 14 nach
links oder nach rechts.
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Wenn
das erste Schaltsignal sw1 die Einstellung eines Absolutwertes auswählt, dann
wird ein erster Absolutwertparameter ω1 von einer ersten Absolutwertparameter-Eingabeeinheit 11 in
den Integralverstärker 8 eingegeben,
und ansprechend auf diesen Wert wird die Integralverstärkung ωi des Integralverstärkers 8,
d.h. die PI-Nullpunktfrequenz ωi bestimmt.
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Wenn
das erste Schaltsignal sw1 die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt,
wird ein erster Verhältnisparameter
r1 von einer ersten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit 12 in
eine Integralverstärkungsverhältnis-Einstelleinheit 15 eingegeben. Unter
der Voraussetzung, daß eine
Ansprechfrequenz ωc
den Wert hat, bei dem die dem Ansprechparameter ω0 entsprechende Schleifenverstärkung Kv
durch den Trägheits momentwert
J dividiert ist, bestimmt die Integralverstärkungsverhältnis-Einstelleinheit 15 auf
der Basis des Ansprechparameters ω0 und des ersten Verhältnisparameters
r1 die PI-Nullpunktfrequenz ωi,
so daß das
Verhältnis
der PI-Nullpunktfrequenz ωi
zu der Ansprechfrequenz ωc
den durch den ersten Verhältnisparameter
r1 bestimmten Wert erhält.
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Als
nächstes
wird ein zweites Schaltsignal sw2 von einer zweiten Schaltsignal-Eingabeeinheit 18 in
einen zweiten Schalter 19 eingegeben. Hierbei handelt es
sich bei dem zweiten Schaltsignal sw2 um den Parameter, der entweder
die Einstellung eines Absolutwertes oder die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt.
In Abhängigkeit
von der Einstellung, nämlich
der Einstellung eines Absolutwertes oder der Einstellung eines Verhältnisses,
schaltet das zweite Schaltsignal sw2 den Eingang des zweiten Schalters 19 nach
links oder nach rechts.
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Wenn
das zweite Schaltsignal sw2 die Einstellung eines Absolutwertes
auswählt,
wird ein zweiter Absolutwertparameter ω2 von einer zweiten Absolutwertparameter-Eingabeeinheit 16 in
das Tiefpaßfilter 9 eingegeben,
und in Abhängigkeit
davon wird eine Filterfrequenz ωf
des Tiefpaßfilters 9 bestimmt.
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Wenn
das zweite Schaltsignal sw2 die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt,
wird ein zweiter Verhältnisparameter
r2 von einer zweiten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit 17 in
eine Filterfrequenzverhältnis-Einstelleinheit 20 eingegeben.
Ferner bestimmt die Filterfrequenzverhältnis-Einstelleinheit 20 auf
der Basis des Ansprechparameters ω0 und eines zweiten Verhältnisparameters
r2 die Filterfrequenz ωf
derart, daß das
Verhältnis
der Filterfrequenz ωf
zu der durch den Ansprechparameter ω0 bestimmten Ansprechfrequenz ωc zu dem
von dem zweiten Verhältnisparameter
r2 vorgegebenen Wert wird.
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Im
folgenden werden die Begriffe des ersten Verhältnisparameters r1 und des
zweiten Verhältnisparameters
r2 erläutert.
Wie vorstehend beschrieben, bestimmt der erste Verhältnisparameter
r1 das erste Verhältnis ωi/ωc, wobei
es sich um das Verhältnis
der PI-Nullpunktfrequenz ωi
zu der Ansprechfrequenz ωc
handelt. Ferner bestimmt der zweite Verhältnisparameter r2 das zweite
Verhältnis ωf/ωc, bei dem
es sich um das Verhältnis
der Filterfrequenz ωf zu
der Ansprechfrequenz ωc
handelt.
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Unter
der Annahme, daß die
Schleifenverstärkung
Kv feststeht, d.h. die Ansprechfrequenz ωc feststeht, konvergiert die
Motordrehzahl vm im Fall einer Störung um so schneller auf den
gleichen Wert wie der Geschwindigkeitsbefehl vr, je größer das erstgenannte
Verhältnis
ist, so daß eine
exaktere Regelung ermöglicht
wird. Wenn jedoch das erste Verhältnis
zu stark erhöht
wird, dann schwingt das Regelsystem bei der Frequenz in der Nähe der Ansprechfrequenz ωc.
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Das
erste Verhältnis
hat somit einen Wert, bei dem es unabhängig von der Ansprechfrequenz ωc konstant
wird, wobei dieser Wert somit üblicherweise
auf ca. 0,2 bis 0,4 eingestellt wird. Wenn das zweite Verhältnis vermindert
ist, kann somit der Einfluß aufgrund
eines Rauschens bei hohen Frequenzen, wie zum Beispiel der Einfluß aufgrund
der Quantisierung in dem Codierer 4 und dergleichen, vermindert
werden.
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Wenn
jedoch das zweite Verhältnis
zu stark vermindert ist, wird das Regelsystem bei Frequenzen in
der Nähe
der Ansprechfrequenz ωc
schwingen. Das zweite Verhältnis
erhält
somit ebenfalls einen Wert, bei dem es unabhängig von der Ansprechfrequenz ωc konstant
wird, und aus diesem Grund wird dieses Verhältnis somit derart gewählt, daß es von
einem geringen Mehrfachen bis zum Zehnfachen beträgt.
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Als
nächstes
wird der Einstellvorgang der Motorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Dabei
wird als erstes der üblichste
Fall beschrieben. Als Anfangseinstellung beim Starten des Einstellvorgangs
der Motorsteuerung der vorliegenden Erfindung werden das erste Schaltsignal
sw1 und das zweite Schaltsignal sw2 mit der Einstellung des Verhältnisses
ausgewählt.
Wie ferner vorstehend beschrieben, sind die geeigneten Werte für den ersten
Verhältnisparameter
r1 und den zweiten Verhältnisparameter
r2 vorab derart bestimmt worden, daß sie für möglichst viele Anwendungen geeignet
sind. Darüber
hinaus ist der Ansprechparameter ω0 als niedriger Wert vorgegeben,
so daß er
bei verschiedenen Anwendungen möglichst
stabil wird.
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Durch
das Bestimmen eines Ausgangswertes beispielsweise in dieser Art
kann in vielen Fällen ein äußerst exaktes
Ansprechen durch bloßes
Einstellen des Ansprechparameters ω0, so daß dieser nach seinem Start
allmählich
zunimmt, erzielt werden. Das heißt, es kann eine Einstellung
mittels eines einzigen Parameters wie bei dem eingangs genannten
Stand der Technik erzielt werden.
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Obwohl
das vorstehend genannte erste Verhältnis und zweite Verhältnis als
Ausgangswert so bestimmt sind, um eine Eignung für möglichst viele Fälle zu erzielen,
kann andererseits ein Fall auftreten, bei dem der passende Wert
in Abhängigkeit
von den Anwendungen, bei denen die Motorsteuerung eingesetzt wird,
nicht immer geeignet ist. 2 zeigt Ansprechverhalten
der Motordrehzahl in bezug auf eine auf den Motor ausgeübte Stufenstörung bei
Veränderung
des ersten Verhältnisses. 2 zeigt
dabei die Ansprechverhalten in folgenden Fällen:
- (a)
das erste Verhältnis
bleibt auf dem Ausgangswert,
- (b) das erste Verhältnis
wird ausgehend von dem Ausgangswert erhöht,
- (c) das erste Verhältnis
wird ausgehend von dem Ausgangswert vermindert.
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In
Verbindung mit der Anwendung kann als Regelspezifikation ein Fall
vorliegen, in dem der engere Spielraum der Motordrehzahlschwankung
gegenüber
der Strecke selbst dann erforderlich ist, wenn das System zu schwingen
beginnt; in diesem Fall versteht es sich, daß das erste Verhältnis besser größer gemacht
wird als der Ausgangswert, wie dies in 2 zu sehen
ist.
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In
Verbindung mit der Anwendung kann als Regelspezifikation dagegen
auch der Fall vorliegen, in dem die Motordrehzahl vm in einer möglichst gleichmäßigen Beschleunigung
geregelt werden muß,
anstatt in abrupt konvergierender Weise geregelt zu werden; in diesem
Fall versteht es sich, daß das
erste Verhältnis
besser kleiner ausgebildet wird als der Ausgangswert, wie dies aus 2 ersichtlich ist.
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Ferner
kann in Verbindung mit der Anwendung als Regelspezifikation in dem
Fall, wenn der Einfluß aufgrund
einer Störung
so weit wie möglich vermindert
werden muß,
während
die Schwingung bei hohen Frequenzen aufgrund des Einflusses durch
das vorstehend beschriebene Rauschen so gering wie möglich gehalten
werden soll – und
zwar selbst bei der Möglichkeit,
daß das
System in der Nähe
der Ansprechfrequenz zu schwingen beginnt – ,ein bevorzugtes Resultat
in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß das zweite Verhältnis auf
das Eins-Fache bis das Zwei-Fache vermindert wird.
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Bei
der Bewältigung
von Schwankungen der Regelspezifikation in Verbindung mit der Anwendung der
Motorsteuerung werden der Absolutwert der PI-Nullpunktfrequenz und
der Filterfrequenz nicht durch die erste Absolutwerteingabe und
die zweite Absolutwerteingabe bestimmt, sondern durch Einstellen
der PI-Nullpunktfrequenz und der Filterfrequenz unter Verwendung
der ersten Verhältniseingabe
und der zweiten Verhältniseingabe;
daher ergibt sich ein Vorteil dahingehend, daß die Einstellung intuitiv
und einfach erfolgen kann, da die Einstellung unabhängig von
einem hohen/niedrigen Wert der Ansprechfrequenz ωc innerhalb eines vorbestimmten Bereichs
auf der Basis des als Ausgangswert vorgegebenen vorbestimmten Wertes
erfolgen kann.
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Darüber hinaus
wird die Ansprechfrequenz ωc
im allgemeinen derart eingestellt, daß sich ein möglichst
rasches Ansprechen ergibt, d.h. die Schleifenverstärkung Kv
wird auf einen möglichst
hohen Wert eingestellt, so daß sich
diese der Stabilitätsgrenze
nähert.
In dem Zustand, in dem die Schleifenverstärkung Kv auf einen Wert nahe
der Stabilitätsgrenze
erhöht
worden ist, wird aufgrund der Stabilitätsänderungen, die in empfindlicher
Weise auf die Änderung
in der PI-Nullpunktfrequenz ωi
und der Filterfrequenz ωf
ansprechen, die Einstellung des ersten Verhältnisses und des zweiten Verhältnisses
gemäß der vorstehend
beschriebenen Regelspezifikation schwierig.
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Wenn
die Regelspezifikation von einem Standardfall abweicht, werden somit
in einem frühen Stadium
der Einstellung, in dem die Ansprechfrequenz ωc noch niedrig ist, das erste
Verhältnis
und das zweite Verhältnis
in Abhängigkeit
von der Regelspezifikation ausgehend von dem Ausgangswert verändert, und
anschließend
steigt die Ansprechfrequenz ωc
allmählich
auf einen Wert nahe der Stabilitätsgrenze,
so daß innerhalb
einer kurzen Einstellzeit eine optimale Einstellung gemäß der Regelspezifikation
erzielt wird.
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Wenn
dagegen der Regelgegenstand 3 eine mechanische Resonanz
aufweist, deren Dämpfung bei
einer etwas höheren
Frequenz als einer bevorzugten Ansprechfrequenz gering ist, verursacht
eine Erhöhung
der Ansprechfrequenz ωc
unter Beibehaltung des ersten Verhältnisses und des zweiten Verhältnisses,
die in der vorstehend beschriebenen Weise als allgemeine Ausgangswerte
bestimmt worden sind, eine allmähliche
Erhöhung
der Filterfrequenz ωf ausgehend
von einem niedrigen Wert, wobei ferner eine Phasenverzögerung durch
das Tiefpaßfilter 9 bei
der Frequenz auftritt, die höher
ist als der Bereich nahe der Filterfrequenz ωf.
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Die
Motordrehzahl vm, die durch die mechanische Resonanz in bezug auf
die Drehzahlbefehle τr bei
der Resonanzfrequenz beträchtlich
verstärkt
ist, wird somit mit den Drehmomentbefehlen τr rückgekoppelt, wobei die Phase
in dem Rückkopplungskreis verzögert worden
ist; infolgedessen erfolgt die Schwingung bei der mechanischen Resonanzfrequenz
selbst dann, wenn die Ansprechfrequenz ωc sehr niedrig ist.
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Wenn
es sich bei der mechanischen Resonanz des Regelgegenstands 3 bekanntermaßen um die
Frequenz handelt, bei der das vorstehend beschriebene Problem auftritt,
oder wenn die Schwingung aufgrund der mechanischen Resonanz in einem
Zustand aufgetreten ist, in dem die Ansprechfrequenz ωc in der
vorstehend beschriebenen Weise sehr niedrig ist, kann die Ansprechfrequenz ωc durch Erhöhen der
Filterfrequenz ωf,
die höher
ist als die mechanische Resonanzfrequenz, erhöht werden, ohne daß es zu
dem vorstehend geschilderten Schwingungsphänomen kommt.
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Wenn
in dem vorstehend geschilderten Fall das zweite Schaltsignal in
einem frühen
Einstellstadium auf die Absolutwert-Einstellung eingestellt ist, wird
das zweite Absolutsignal somit derart vorgegeben, daß die Filterfrequenz ωf höher wird
als die mechanische Resonanzfrequenz und auch das erste Schaltsignal
auf der Einstellung eines Verhältnisses verbleibt,
und somit kann in einfacher Weise eine Einstellung erzielt werden,
die eine mit hoher Geschwindigkeit erfolgende und äußerst exakte
Regelung ermöglicht,
indem lediglich die Ansprechfrequenz ωc allmählich erhöht wird, selbst wenn mechanische
Resonanzen auftreten.
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Das
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in der vorstehend beschriebenen Weise konfiguriert,
und unter Verwendung der ersten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
sowie der zweiten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
wird eine intuitive und einfache Einstellung auf der Basis eines
konstanten Wertes unabhängig
von der Einstellung der Ansprechfrequenz möglich.
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Da
ferner die Einstellung unter Erhöhung
der Ansprechfrequenz erzielt werden kann, so kann nach dem Einstellen
des ersten Verhältnisses
und des zweiten Verhältnisses
in Abhängigkeit
von der Regelspezifikation in einem frühen Stadium der Einstellung eine
geeignete Einstellung ansprechend auf die in Verbindung mit der
Anwendung bestehende Regelspezifikation innerhalb einer kurzen Zeit
erzielt werden.
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Unter
Verwendung der ersten Schaltsignal-Eingabeeinheit und der zweiten
Schaltsignal-Eingabeeinheit, die entweder die Einstellung eines
Verhältnisses
oder die Einstellung eines Absolutwertes auswählen, kann somit die Einstellung
eines Verhältnisses
oder die Einstellung eines Absolutwertes in Abhängigkeit von der Regelspezifikation
sowie den Eigenschaften des Regelgegenstandes in einem frühen Stadium
der Einstellung ausgewählt
werden, so daß sich
innerhalb einer kurzen Zeitdauer eine geeignete Einstellung erzielen
läßt.
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Insbesondere
kann unter Verwendung der ersten Schaltsignal-Eingabeeinheit und
der zweiten Schaltsignal-Eingabeeinheit in individueller Weise eine
Einstellung innerhalb einer kurzen Zeitdauer erzielt werden, bei
der ein rasches Ansprechen ohne Verursachen von Schwingungen erzielt
wird, selbst wenn mechanische Resonanz bei dem Regelgegenstand auftritt.
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Ausführungsbeispiel 2
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3 zeigt
ein Blockdiagramm zur Erläuterung
einer Motorsteuerung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen wiederum
die gleichen Einheiten, wobei auf eine nochmalige Erläuterung
von diesen verzichtet wird. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert,
daß dem
ersten Ausführungsbeispiel
eine Schätzeinheit 51 für mechanische
Kenngrößen sowie
ein Eingang und ein Ausgang dafür
hinzufügt sind,
wobei dies im folgenden erläutert
wird.
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Die
Schätzeinheit 51 für mechanische
Kenngrößen schätzt eine
mechanische Resonanzfrequenz des Regelgegenstands 3 auf
der Basis der erfaßten
Motordrehzahl vm beispielsweise durch ein solches Verfahren, wie
z. B. das Messen der Schwingungsfrequenz; wenn die Motordrehzahl
vm schwingt. Darüber
hinaus erfolgt eine Beurteilung dahingehend, was für das zweite
Schaltsignal sw2 besser ist, nämlich
die Auswahl der Einstellung eines Absolutwertes oder der Einstellung
eines Verhältniswertes,
auf der Basis der geschätzten
mechanischen Resonanzfrequenz, wobei die Schätzeinheit 51 das Resultat
an die zweite Schaltsignal-Eingabeeinheit 18 liefert.
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Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
erläutert,
wird dann, wenn die mechanische Resonanzfrequenz in dem Bereich
ist, in dem bei niedriger Frequenz ωf des Tiefpaßfilters
leicht eine Schwingung auftritt, bei den Beurteilungsverfahren die
Einstellung eines Absolutwertes ausgewählt und als zweites Schaltsignal
sw2 bestimmt.
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Gleichzeitig
wird der zweite Absolutwertparameter ω2 in der zweiten Absolutwertparameter-Eingabeeinheit 16 derart
bestimmt, daß die
Frequenz ωf
des Tiefpaßfilters
höher ist
als die mechanische Resonanzfrequenz. Selbst wenn die mechanische
Resonanzfrequenz so vorliegt, wie dies vorstehend bei dem Regelgegenstand 3 angegeben
worden ist, kann infolgedessen ein Einsteller ein Regelsystem mit
raschem Ansprechen verwirklichen, indem die Ansprechfrequenz ωc durch
bloßes Ändern eines
Ansprechparameters ω0
auf einen Wert in der Nähe
der Grenze erhöht
wird.
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Bei
dem Verfahren zum Einstellen des zweiten Absolutwertparameters ω2 kann der
Parameter in einer derartigen Weise bestimmt werden, daß die Frequenz ωf des Tiefpaßfilters
einen ausreichend hohen Wert erhält
und dabei nicht auf der mechanischen Resonanzfrequenz basiert.
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Da
das vorliegende Ausführungsbeispiel
in der vorstehend geschilderten Weise unter automatischer Einstellung
des Schaltsignals ansprechend auf die Eigenschaften des Regelgegenstands 3 arbeitet, kann
das Regelsystem ansprechend auf die Eigenschaften des Regelgegenstands 3 innerhalb
einer kurzen Zeitdauer geeignet eingestellt werden, indem lediglich
der Ansprechparameter verändert
wird.
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Ausführungsbeispiel 3
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4 zeigt
ein Blockdiagramm zur Erläuterung
einer Motorsteuerung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel betrifft eine
Motorsteuerung, die eine positionsmäßige Regelung ausführt, während das
erste und das zweite Ausführungsbeispiel
eine Geschwindigkeitsregelung betreffen. Dabei bezeichnen wiederum
die gleichen Bezugszeichen wie in 1 die entsprechenden
Einheiten, wobei auf eine nochmalige Erläuterung von diesen verzichtet
wird.
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Ein
Positionsbefehl θr
und der Motorwinkel θm
werden in eine Rückkopplungs-Berechnungseinheit 106 eingegeben,
und diese berechnet die Drehmomentbefehle τr mit dem nachfolgend beschriebenen
Vorgang.
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In
der Rückkopplungs-Berechnungseinheit 106 wird
das Differenzsignal zwischen dem Positionsbefehl 8r und
dem Motorwinkel θm
in einen Positions-Proportionalverstärker 131 eingegeben,
und der Positions-Proportionalverstärker 131 gibt das
Signal als Geschwindigkeitsbefehl vr ab, nachdem das Eingangssignal
mit der Positionsverstärkung
kp multipliziert worden ist.
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Als
nächstes
wird das Differenzsignal zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl vr
und der Motordrehzahl vm, bei der der Motorwinkel θm durch
eine Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 105 differenziert
worden ist, in einen Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 107 eingegeben,
und der Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 107 gibt das
Signal ab, nachdem das Eingangssignal mit einer Geschwindigkeitsverstärkung Kv
multipliziert worden ist.
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Dann
wird das Ausgangssignal des Geschwindigkeits-Proportionalverstärkers 107 in
den Integralverstärker 108 eingegeben,
und der Integralverstärker 108 gibt
das Signal ab, nachdem das Eingangssignal mit einer Integralverstärkung ωi multipliziert
worden ist sowie integriert worden ist. Als nächstes wird das Summensignal
aus dem Ausgangssignal von dem Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 107 und
dem Ausgangssignal von dem Integralverstärker 108 in ein Tiefpaßfilter 109 eingegeben,
so daß das
Tiefpaßfilter 109 ein
Signal abgibt, bei dem eine Tiefpaßfilter-Berechnung LPF(s) mit
einer Polfrequenz ωf
angewendet worden ist, wie dies in der bei dem ersten Ausführungsbeispiel
erläuterten Gleichung
1 angegeben ist, woraufhin die Rückkopplungs-Berechnungseinheit 106 das
Ausgangssignal von dem Tiefpaßfilter 109 in
Form von Drehmomentbefehlen τr
abgibt.
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Die
Rückkopplungs-Berechnungseinheit 106 arbeitet
in der vorstehend beschriebenen Weise, um die Übertragungsfunktion FB(s) der
Rückkopplungsschleife
von dem Motorwinkel θm
zu den Drehmomentbefehlen τr
zu berechnen, wie dies in der nachfolgenden Gleichung 4 dargestellt
ist. FB(s) = (s +
Kp)·PI(s)·LPF(s) (Gleichung 4).
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Bei
dem in der vorstehend genannten Gleichung 4 angegebenen Wert PI(s)
handelt es sich um eine Berechnung, die als Proportional-Integral-Berechnung
(PI-Berechnung) bezeichnet wird, wie diese durch die Gleichung 3
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
dargestellt ist.
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In
der vorstehend genannten Rückkopplungs-Berechnungseinheit 106 handelt
es sich bei den Parametern, die zum Berechnen des Rückkopplungskreises
verwendet werden, um folgende:
die Verstärkung in bezug auf die gesamte Übertragungsfunktion
FB(s) des Rückkopplungskreises,
d.h. die Schleifenverstärkung
Kv;
eine PI-Nullpunktfrequenz ωi, d.h. eine Nullpunktfrequenz ωi bei der
Proportional-Integral-Berechnung;
die
Filterfrequenz ωf,
d.h. eine Polfrequenz ωf
des Tiefpaßfilters
LPF(s); sowie
eine Nullpunktfrequenz in Form einer Positionsverstärkung Kp
(die im folgenden als Positionsverstärkungs-Nullpunktfrequenz Kp
bezeichnet wird).
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Als
nächstes
wird das Bestimmungsverfahren für
die vorstehend genannten Berechnungsparameter auf der Basis der 4 erläutert. Als
erstes wird der Ansprechparameter ω0 von der Ansprechparameter-Eingabeeinheit 110 eingegeben,
und die Geschwindigkeitsverstärkung
Kv in einem Geschwindigkeits-Proportionalverstärker 107, d.h. die
Schleifenverstärkung
Kv, wird auf der Basis hiervon bestimmt.
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Anschließend wird
ein erstes Schaltsignal sw1 von einer ersten Schaltsignal-Eingabeeinheit 113 in
einen ersten Schalter 114 und einen dritten Schalter 144 eingegeben.
Bei dem ersten Schaltsignal sw1 handelt es sich hierbei um einen
Parameter, der entweder die Einstellung eines Absolutwertes oder
die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt.
In Abhängigkeit
von der Einstellung, d.h. der Einstellung eines Absolutwertes oder
der Einstellung eines Verhältnisses,
schaltet das erste Schaltsignal sw1 die Eingänge des ersten Schalters 114 und
des dritten Schalters 144 gleichzeitig nach links oder
nach rechts.
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Wenn
das erste Schaltsignal sw1 die Einstellung eines Absolutwertes auswählt, wird
ein erster Absolutwertparameter ω1
von einer ersten Absolutwertparameter-Eingabeeinheit 111 eingegeben,
und ansprechend auf den Wert wird dann die Integralverstärkung ωi des Integralverstärkers 108,
d.h. die PI-Nullpunktfrequenz ωi
bestimmt. Ein dritter Absolutwertparameter ω3 wird von einer dritten Absolutwertparameter-Eingabeeinheit 141 eingegeben,
und ansprechend auf den Wert wird dann die Positionsverstärkung Kp
des Positions-Proportionalverstärkers 131,
d.h. die Positionsverstärkungs-Nullpunktfrequenz
Kp, bestimmt.
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Wenn
das erste Schaltsignal sw1 dann die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt,
wird ein erster Verhältnisparameter
r1 von einer ersten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit 112 eingegeben. Unter
der Voraussetzung, daß eine
Ansprechfrequenz ωc
den Wert hat, bei dem die dem Ansprechparameter ω0 entsprechende Schleifenverstärkung Kv
durch einen Trägheitsmomentwert
J dividiert ist, bestimmt eine Integralverstärkungsverhältnis-Einstelleinheit 115 auf
der Basis des Ansprechparameters ω0 sowie des ersten Verhältnisparameters
r1 die PI-Nullpunktfrequenz ωi
in einer derartigen Weise, daß das
Verhältnis
der PI-Nullpunktfrequenz ωi
zu der Ansprechfrequenz ωc
den von dem ersten Verhältnisparameter
r1 bestimmten Wert erhält.
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Wenn
das erste Schaltsignal sw1 die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt,
wird ein dritter Verhältnisparameter
r3 von einer dritten Verhältnis-Parametereingabeeinheit 142 in
der vorstehend beschriebenen Weise eingegeben. Ferner bestimmt eine
Positionsverstärkungsverhältnis-Einstelleinheit 145 auf
der Basis des Ansprechparameters ω0 und des dritten Verhältnisparameters
r3 die Positionsverstärkungs- Nullpunktfrequenz
Kp, so daß das
Verhältnis
der Positionsverstärkungs-Nullpunktfrequenz
Kp zu der Ansprechfrequenz ωc
den durch den dritten Verhältnisparameter
r3 vorgegebenen Wert erhält.
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Als
nächstes
wird ein zweites Schaltsignal sw2 von einer zweiten Schaltsignal-Eingabeeinheit 118 in
einen zweiten Schalter 119 eingegeben. Bei dem zweiten
Schaltsignal sw2 handelt es sich um den Parameter, der entweder
die Einstellung eines Absolutwertes oder die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt.
In Abhängigkeit
von der Einstellung, d.h. der Einstellung eines Absolutwertes oder
der Einstellung eines Verhältnisses,
schaltet das zweite Schaltsignal sw2 den Eingang des zweiten Schalters 119 nach
links oder nach rechts.
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Wenn
das zweite Schaltsignal sw2 die Einstellung eines Absolutwertes
auswählt,
wird ein zweiter Absolutwertparameter ω2 von einer zweiten Absolutwertparameter-Eingabeeinheit 116 eingegeben, und
eine Filterfrequenz ωv
des Tiefpaßfilters 109 wird dem
Wert entsprechend bestimmt.
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Wenn
das zweite Schaltsignal sw2 die Einstellung eines Verhältnisses
auswählt,
wird der zweite Verhältnisparameter
r2 von einer zweiten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit 117 eingegeben.
Ferner bestimmt eine Filterfrequenzverhältnis-Einstelleinheit 120 auf
der Basis des Ansprechparameters ω0 und eines zweiten Verhältnisparameters
r2 die Filterfrequenz ωf
derart, daß das
Verhältnis
der Filterfrequenz ωf
zu der durch den Ansprechparameter ω0 bestimmten Ansprechfrequenz ωc den durch
den zweiten Verhältnisparameter
r2 bestimmten Wert erhält.
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Die
Eigenschaften des ersten Verhältnisparameters
r1 und des zweiten Verhältnisparameters
r2 sind dabei ähnlich
den bei dem ersten Ausführungsbeispiel
erläuterten
Eigenschaften. Ferner ist die Eigenschaft des dritten Verhältnisparameters
r3 ähnlich
der des ersten Verhältnisparameters
r1. Das heißt,
wie vorstehend erwähnt,
es bestimmt der dritte Verhältnisparameter
r3 das dritte Verhältnis
Kp/ωc, d.h.
das Verhältnis
der Positionsverstärkungs-Nullpunktfrequenz
Kp zu der Ansprechfrequenz ωc.
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Je
höher das
dritte Verhältnis
ist, desto rascher konvergiert der Motorwinkel θm auf den gleichen Wert wie
der Positionsbefehl θr
bei einer Störung
von außen,
wobei infolgedessen eine exaktere Regelung erzielt werden kann.
Wenn jedoch das dritte Verhältnis
zu stark erhöht
wird, wird das Regelsystem bei Frequenzen in der Nähe der Ansprechfrequenz ωc schwingend.
Aus diesem Grund hat das dritte Verhältnis einen Wert, bei dem es
unabhängig von
der Ansprechfrequenz ωc
konstant wird, wobei dieser Wert somit üblicherweise auf etwa 0,2 bis
0,4 eingestellt wird.
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Die
Einstellung der Motorsteuerung der vorliegenden Erfindung erfolgt
in ähnlicher
Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das heißt,
als Ausgangseinstellung beim Start des Einstellvorgangs der Motorsteuerung
der vorliegenden Erfindung wird die Einstellung eines Verhältnisses
sowohl für
das erste Schaltsignal sw1 als auch für das zweite Schaltsignal sw2
gewählt.
-
Durch
das Einstellen des ersten Verhältnisparameters
r1, des zweiten Verhältnisparameters r2
und des dritten Verhältnisparameters
r3 auf einen geeigneten Ausgangswert kann in den meisten Fällen ein
mit hoher Geschwindigkeit erfolgendes und exaktes Ansprechen lediglich
dadurch erzielt werden, daß der
Ansprechparameter ω0
derart eingestellt wird, daß dieser
nach dem Start allmählich
höher wird.
Das heißt,
es kann eine Einstellung durch einen einzigen Parameter in ähnlicher
Weise wie bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik erzielt
werden.
-
Bei
der Bewältigung
von Schwankungen von verschiedenen Regelspezifikationen entsprechend den
Anwendungen der Motorsteuerung werden dagegen nicht die Absolutwerte
der PI-Nullpunktfrequenz und der Filterfrequenz unter Verwendung
des ersten Absolutwert-Eingangssignals und des zweiten Absolutwert-Eingangssignals
bestimmt, sondern diese werden unter Verwendung des ersten Verhältnis-Eingangssignals
und des zweiten Verhältnis-Eingangssignals
bestimmt, und auf diese Weise wird ein Vorteil dahingehend erreicht,
daß die
Einstellung innerhalb eines feststehenden Bereichs auf der Basis des
feststehenden Wertes, der als Ausgangswert bestimmt worden ist,
unabhängig
von dem Pegel der Ansprechfrequenz ωc durchgeführt werden kann, wobei dies
dazu führt,
daß die
Einstellung in intuitiver und einfacher Weise ausgeführt werden
kann.
-
Ferner
sind in einem frühen
Stadium der Einstellung, in dem die Ansprechfrequenz ωc niedrig
ist, das erste Verhältnis,
das zweite Verhältnis
und das dritte Verhältnis
in Abhängigkeit
von der Regelspezifikation von dem Ausgangswert verändert worden, und
dann wird die Ansprechfrequenz ωc
auf einen Wert in der Nähe
der Stabilitätsgrenze
allmählich
erhöht,
so daß die
optimale Einstellung innerhalb einer kurzen Einstellzeit erzielt
werden kann.
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In
dem Fall, in dem die mechanische Resonanz des Regelgegenstands 3 bekanntermaßen bei einer
solchen Frequenz auftritt, bei der die Schwingung in dem Zustand
einer sehr niedrigen Ansprechfrequenz ωc auftritt oder eine Schwingung
aufgrund der mechanischen Resonanzfrequenz in einem Zustand auftritt,
in dem die Ansprechfrequenz ωc
sehr gering ist, wird das zweite Schaltsignal in einem frühen Stadium
der Einstellung auf die Einstellung eines Absolutwertes eingestellt,
und ferner wird das zweite Absolutsignal derart bestimmt, daß die Filterfrequenz ωf höher ist
als die mechanische Resonanzfrequenz, während das erste Schaltsignal
auf der Einstellung eines Verhältnisses
verbleibt; durch bloßes
allmähliches
Erhöhen
der Ansprechfrequenz ωc
im Anschluß daran
kann somit die Einstellung in einer derartigen Weise erfolgen, daß eine rasche
und exakte Regelung selbst dann in einfacher Weise erzielt werden kann,
wenn eine mechanische Resonanz auftritt.
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Da
das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
in der beschriebenen Weise konfiguriert ist, ermöglicht die Ausbildung der ersten
Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
und der zweiten Verhältnisparameter-Eingabeeinheit
auf der Basis eines konstanten Werts unabhängig von der Einstellung der
Ansprechfrequenz die Ausführung
der Einstellung in intuitiver und einfacher Weise.
-
Ferner
sind das erste Verhältnis,
das zweite Verhältnis
und das dritte Verhältnis
in Abhängigkeit von
der Regelspezifikation in einem frühen Einstellstadium bestimmt
worden, und danach kann die Einstellung zum Erhöhen der Ansprechfrequenz durchgeführt werden,
so daß sich
in einer kurzen Zeit eine optimale Einstellung erzielten läßt, die
Regelspezifikationen entsprechend verschiedenen Anwendungen berücksichtigt.
-
Ferner
ermöglicht
die Ausbildung der ersten Schaltsignal-Eingabeeinheit und der zweiten
Schaltsignal-Eingabeeinheit, die Einstellung eines Verhältnisses
oder die Einstellung eines Absolutwertes auswählen, die Erzielung einer optimalen
Einstellung innerhalb einer kurzen Zeitdauer in Übereinstimmung mit der Regelspezifikation
und den Eigenschaften des Regelobjekts.
-
- 1
- Motor
- 2
- mechanische
Last
- 3
- Regelgegenstand
- 4
- Codierer
- 5;
105
- Geschwindigkeits-Berechnungseinheit
- 6;
106
- Rückkopplungs-Berechnungseinheit
- 7;
107
- Geschwindigkeits-Proportionalverstärker
- 8;
108
- Integralverstärker
- 9;
109
- Tiefpaßfilter
- 10;
110
- Ansprechparameter-Eingabeeinheit
- 13,
18; 113, 118
- Schaltsignal-Eingabeeinheiten
- 14,
19; 114, 119, 144
- Schalter
- 11,
16; 111, 116, 141
- Absolutwertparameter-Eingabeeinheiten
- 12,
17; 112, 117, 142
- Verhältnisparameter-Eingabeeinheiten
- 15;
115
- Integralverstärkungsverhältnis-Einstelleinheit
- 20;
120
- Filterfrequenzverhältnis-Einstelleinheit
- 51
- Schätzeinheit
für mechanische
Kenngröße
- 131
- Positions-Proportionalverstärker
- 145
- Positionsverstärkungsverhältnis-Einstelleinheit