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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lageregeleinrichtung für eine Zugspindel – d.h. einen
angetriebenen Körper
mit einem Tisch, einem Schlitten und einem Spindelkopf – für eine Werkzeugmaschine.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung
einer Lageregeleinrichtung, die eine vollständig geschlossene Regelung
zum Regeln einer Beziehung zwischen einer Lage eines angetriebenen
Körpers
und eines Lagesollwerts auf der Basis eines Abweichungsbetrags einer
Vorschubeinrichtung durchführt.
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Eine
Lageregeleinrichtung umfasst einen an einem bewegbaren Teil einer
Werkzeugmaschine vorgesehenen Linearmaßstab zum Erfassen der Lage
eines angetriebenen Körpers.
Die Lageregeleinrichtung kann eine vollständig geschlossene Regelung
durchführen,
die einen Abweichungsbetrag einer Vorschubeinrichtung auf der Basis
eines Vergleichs zwischen der erfassten Lage des angetriebenen Körpers und
eines Sollwerts wiedergibt bzw. verarbeitet. In einer derartigen
Lageregeleinrichtung ist eine Reduzierung eines Lagefehlers erforderlich.
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Ein
Lagefehler oder eine Regelabweichung kann zum Beispiel in einer Übergangsfunktion
oder Übertragungsfunktion
durch Erhöhen
einer Geschwindigkeitsschleifenverstärkung oder einer Lageschleifenverstärkung unterdrückt werden,
sodass ein angetriebener Körper
als Antwort auf das Auftreten einer unvorhersehbaren Belastungsänderung
oder Störung,
wie eine plötzliche Änderung
in einem Gleitwiderstand eines bewegbaren Teils oder eine Änderung
in einer Schneidbelastung, genau geregelt werden kann.
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Ein
angetriebener Mechanismus ist jedoch nicht frei von Alterungsverschleiß, wie Abnutzung von
Teilen und Spiel von Teilen. Beim kontinuierlichen Betreiben eines
Zugspindelmechanismus tritt auf Grund eines Temperaturanstiegs eine
Ausdehnung der Kugelumlaufspindel auf, und die Spannung der Kugelumlaufspindel
sinkt. Folglich un terliegt der Zugspindelmechanismus einer Reduktion
in der Steifigkeit und verursacht niederfrequente Vibrationen.
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5 veranschaulicht ein herkömmliches vollständig geschlossenes
Regelsystem. Ein Linearmaßstab 11 erfasst
einen Lageerfassungswert Pl eines angetriebenen Körpers 12.
Ein Subtraktor 2 berechnet eine Abweichung zwischen einem
Lagersollwert Pc und einem Lagerückmeldungswert
(d.h. der vom Linearmaßstab 11 gesandte
erfasste Wert Pl). Ein. Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitt berechnet
eine Proportionalkonstante Kp auf der Basis der Lageabweichung und
gibt einen Geschwindigkeitssollwert Vc aus.
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Ein
an einem Motor 10 angebrachter Lagedetektor 9 erfasst
einen Lageerfassungswert Pm. Ein Differentiator 14 differenziert
den Lageerfassungswert Pm und gibt einen Motorgeschwindigkeitserfassungswert
Vm aus. Ein Subtraktor 4 erhält eine Abweichung zwischen
dem Geschwindigkeitssollwert Vc und dem Motorgeschwindigkeitserfassungswert Vm
und gibt die erhaltene Abweichung als eine Geschwindigkeitsabweichung
aus.
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Ein
Proportionalrechner 5 für
die Geschwindigkeitsabweichung gibt eine Proportionalkomponente
für die
Geschwindigkeitsabweichung auf der Basis der Geschwindigkeitsabweichung
und einer Geschwindigkeitsschleifenproportionalverstärkung Pv aus.
Ein Integralrechner 6 für
die Geschwindigkeitsabweichung gibt eine Integralkomponente für die Geschwindigkeitsabweichung
auf der Basis der Geschwindigkeitsabweichung und einer integralen
Verstärkung
Iv einer Geschwindigkeitsschleife aus. Ein Addierer 7 addiert
die Proportionalkomponente für die
Geschwindigkeitsabweichung und die Integralkomponente für die Geschwindigkeitsabweichung und
gibt einen Drehmomentsollwert Tc aus. Der Drehmomentsollwert Tc
wird an einen integrierten Filter- und Stromregelabschnitt 8 gesandt.
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Zur
Vereinfachung der Erklärung
wird nun vorausgesetzt, dass die Übertragungseigenschaft von
dem Geschwindigkeitssollwert Vc zum Motorgeschwindigkeitserfassungswert
Vm 1 beträgt.
Gemäß einem
angenommenen Modell sind die Lage des angetriebenen Körpers Pl
und die Motorlage Pm durch eine Feder mit einem Federkoeffizienten
Kb verbunden, weist der angetriebene Körper ein Gewicht M auf und
wird ein Gleitmoment F auf den angetriebenen Körper ausgeübt bzw. in diesem erzeugt.
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6 zeigt ein Blockdiagramm,
welches das in 5 dargestellte
vollständig
geschlossene Regelsystem veranschaulicht. Eine Übertragungsfunktion des gesamten
Regelsystems kann durch die folgende Formel 1 ausgedrückt werden,
in welcher S einen Laplace-Operator darstellt. Pc(S)/Pl(S) = Kp·Kb/(MS3 + FS2 + Kb·S + Kp·Kb) (Formel 1)
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9 veranschaulicht Verstärkungseigenschaften
des gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem eine Beziehung
Kp << (Kb/M)1/2 in der
Formel 1 erfüllt
ist.
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Jüngste Entwicklungen
hinsichtlich verschiedener Filtertechniken und/oder Vibrationsdämpfungsregelungen
und fortschrittlicher Geschwindigkeitsschleifen ermöglichen
das Einstellen von höheren
Lage- und Geschwindigkeitsschleifenverstärkungen.
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Ein
Antriebsmechanismus ist jedoch nicht frei von Alterungsverschleiß, wie z.B.
Abnutzung von Teilen und Spiel von Teilen. Beim kontinuierlichen
Betreiben eines Zugspindelmechanismus tritt auf Grund eines Temperaturanstiegs
eine Ausdehnung der Kugelumlaufspindel auf, und die Spannung der
Kugelumlaufspindel verschlechtert sich. Folglich unterliegt der
Zugspindelmechanismus einer Steifigkeitsreduktion.
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10 veranschaulicht durch
die Formel 1 ausgedrückte
Verstärkungseigenschaften
des gesamten Regelsystems in einer derartigen Situation. Da die
Lageschleifenverstärkung
auf einen höheren Grad
eingestellt ist, wird ein Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen
Selbsterregung bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 kleiner. Ein angetriebener Körper kann
niederfrequente Vibrationen verursachen. Zum Lösen dieser Nachteile gibt es
bekannte Techniken.
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7 veranschaulicht ein anderes
bekanntes vollständig
geschlossenes Regelsystem. In 7 sind
Elemente, die den in 5 offenbarten ähneln, mit
den gleichen Bezugszeichen versehen und sind nachstehend nicht beschrieben.
Das in 7 dargestellte
Regelsystem umfasst einen Lageerfassungswertrechenabschnitt 20,
der den Lageerfassungswert Pl des angetriebenen Körpers und
den Motorlageerfassungswert Pm empfängt und einen durch die folgende
Formel 2 ausgedrückten
Lagerückmeldungswert
Pd ausgibt. In der Formel 2 stellt Tp eine Zeitkonstante einer Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung
dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Pd = Pm + (Pl – Pm)/(1
+ Tp·S) (Formel 2)
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In
der Formel 2 stellt (1 + Tp·S)
eine Verzögerung
erster Ordnung dar. Die in 7 dargestellte Verzögerungsschaltung 17 erster
Ordnung berechnet einen zweiten Term in der Formel 2.
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In 11 veranschaulicht eine
gepunktete Linie Verstärkungseigenschaften
des in 7 dargestellten
gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem eine Beziehung
Tp >> (Kb/M)1/2 in
der Formel 2 erfüllt
ist. Ein großer
Sicherheitsabstand der Verstär kung
gegen Selbsterregung kann bei einer mechanischen Resonanzfrequenz
(Kb/M)1/2 erhalten werden.
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Außerdem veranschaulicht
in 11 eine durchgezogene
Linie Verstärkungseigenschaften des
gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem die Steifigkeit
eines Zugspindelmechanismus verschlechtert ist. Folglich kann das
Regelsystem von 7 das
vorstehend erwähnte
Problem (d.h. niederfrequente Vibration), die im herkömmlichen
in 5 dargestellten Beispiel
auftreten, lösen.
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In 11 veranschaulicht eine
Strichpunktlinie die in 10 dargestellten
Verstärkungseigenschaften.
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8 veranschaulicht ein anderes
bekanntes vollständig
geschlossenes Regelsystem, das einen Geschwindigkeitserfassungswertrechner 25 umfasst.
In 8 sind Elemente,
die den in 5 offenbarten ähneln, mit
den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachstehend nicht
beschrieben.
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Ein
Differentiator 21 differenziert den Lageerfassungswert
Pl des angetriebenen Körpers
und gibt einen Geschwindigkeitserfassungswert Vl des angetriebenen
Körpers
aus. Der Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt 25 gibt
einen durch die folgende Formel 3 ausgedrückten Geschwindigkeitsrückmeldungswert
Vd auf der Basis des Geschwindigkeitserfassungswerts Vl des angetriebenen
Körpers
und des Motorgeschwindigkeitserfassungswerts Vm aus. In der Formel
3 stellt Tv eine Zeitkonstante einer Verzögerungsschaltung 23 erster
Ordnung dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Vd = Vm + (Vl – Vm)/(1 + Tv·S) (Formel 3)
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In
der Formel 3 stellt (1 + TvS) eine Verzögerungsschaltung erster Ordnung
dar. Die in 8 dargestellte
Verzögerungsschaltung 23 erster
Ordnung berechnet einen zweiten Term der Formel 3.
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In 11 veranschaulicht die gepunktete
Linie Verstärkungseigenschaften
des in 8 dargestellten
gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem eine Beziehung
Tv >> (Kb/M)1/2 in
der Formel 3 erfüllt
ist. Ein großer
Sicherheitsabstand der Verstärkung
gegen Selbsterregung kann bei einer mechanischen Resonanzfrequenz
(Kb/M)1/2 erhalten werden.
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Außerdem veranschaulicht
die durchgezogene Linie von 11 Verstärkungseigenschaften des
gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem die Steifigkeit
eines Zugspindelmechanismus verschlechtert ist. Folglich kann das
Regelsystem von 8 das
vorstehend erwähnte
Problem (d.h. niederfrequente Vibration), das im in 5 dargestellten bekannten Beispiel auftritt,
lösen.
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Aufgrund
des mechanischen Alterungsverschleißes verschlechtert sich in
den in 7 und 8 dargestellten bekannten Systemen
allmählich die
Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus. Ein übermäßig schweres
Werkstück
kann an einem angetriebenen Körper
in einem Bearbeitungszentrum von großem Maßstab befestigt werden. In derartigen
Fällen
wird der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung
an einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 kleiner,
und es können
niederfrequente Vibrationen auftreten. Außerdem kann eine fehlerhafte Maschine in einer Situation
kontinuierlich angetrieben werden, in welcher die Steifigkeit eines
Zugspindelantriebsmechanismus auf Grund eines mechanischen Versagens
verschlechtert ist. Auch können
die Teile (z.B. ein Führungslager)
durch ein Auftreten niederfrequenter Vibrationen eines Zugspindelmechanismus
beschädigt werden.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lageregeleinrichtung, die
eine vollständig
geschlossene Regelung einer Lage eines angetriebenen Körpers, der durch
einen Motor angetriebenen wird, durchführt, mit: einem Motorlagedetektor;
einem Lagedetektor für
den angetriebenen Körper,
der zum Erfassen der Lage des angetriebenen Körpers konfiguriert ist; einem
Subtraktor, der zum Berechnen eines Abweichungsbetrags, der eine
Differenz zwischen einem vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert
und einen vom Lagedetektor für
den angetriebenen Körper
erhaltenen Lageerfassungswert darstellt, konfiguriert ist; und einem
Abweichungsdetektor, der zum Ändern
einer Proportionalkonstante eines Geschwindigkeitssollwertberechners
auf der Basis des Abweichungsbetrags konfiguriert ist.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lageregeleinrichtung,
die eine vollständig
geschlossene Regelung zum Regeln einer Lage eines angetriebenen
Körpers,
der durch einen Motor angetriebenen wird, durchgeführt, mit:
einem Motorlagedetektor; einem Lagedetektor für den angetriebenen Körper, der
zum Erfassen der Lage des angetriebenen Körpers konfiguriert ist; einem
Subtraktor, der zum Berechnen eines Abweichungsbetrags, der eine Differenz
zwischen einem vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert
und einem vom Lagedetektor für
den angetriebenen Körper
erhaltenen Lageerfassungswert darstellt, konfiguriert ist; einem Lageerfassungswertrechner,
der zum Addieren eines Ausgangs einer Verzögerungsschaltung erster Ordnung,
die den Abweichungsbetrag eingibt bzw. erhält, zum vom Motorlagedetektor
erhaltenen Lageerfassungswert und zum Ausgeben eines Lagerückmeldungswerts
konfiguriert ist; und einem Abweichungs detektor, der zum Ändern einer
Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung
erster Ordnung des Lageerfassungswertrechners auf der Basis des
Abweichungsbetrags konfiguriert ist. In diesem Zusammenhang kann
der Lageerfassungswertrechner auch als Lageerfassungswertrechenabschnitt
bezeichnet werden, welcher den Lageerfassungswertrechner aufweist.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lageregeleinrichtung,
die eine vollständig
geschlossene Regelung einer Lage eines angetriebenen Körpers, der
durch einen Motor angetriebenen wird, durchgeführt, mit: einem Motorlagedetektor;
einem Lagedetektor für
den angetriebenen Körper,
der zum Erfassen der Lage des angetriebenen Körpers konfiguriert ist; einem
Subtraktor, der zum Berechnen eines Abweichungsbetrags, der eine
Differenz zwischen einem vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert
und einem vom Lagedetektor für den
angetriebenen Körper
erhaltenen Lageerfassungswert darstellt, konfiguriert ist; einem
Geschwindigkeitserfassungswertrechner, der zum Addieren eines Ausgangs
von der Verzögerungsschaltung
erster Ordnung zum Motorgeschwindigkeitserfassungswert und zum Ausgeben
eines Geschwindigkeitsrückmeldungswerts
konfiguriert ist, wobei die Verzögerungsschaltung
erster Ordnung eine Differenz zwischen einem von einem Motorlageerfassungswert
erhaltenen Motorgeschwindigkeitserfassungswert, und einem von einem
Lageerfassungswert des angetriebenen Körpers erhaltenen Geschwindigkeitserfassungswert des
angetriebenen Körpers
eingibt bzw. erhält;
und einem Abweichungsdetektor, der zum Ändern einer Zeitkonstante einer
Verzögerungsschaltung
erster Ordnung des Geschwindigkeitserfassungswertrechners auf der
Basis des Abweichungsbetrags konfiguriert ist. In diesem Zusammenhang
kann der Geschwindigkeitserfassungswertrechner auch als Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt
bezeichnet werden, welcher den Geschwindigkeitserfassungswertrechner
aufweist.
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Außerdem ist
es erwünscht,
dass die Lageregeleinrichtung ferner einen Abweichungsdetektor aufweist,
der zum Bestimmen dessen, ob der Abweichungsbetrag einen vorbestimmten
Grenzwert übersteigt,
und zum Anzeigen eines Zustands des Abweichungsbetrags, wenn der
Abweichungsbetrag den Grenzwert übersteigt,
konfiguriert ist.
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Die
beigefügten
Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung und
dienen zusammen mit der Beschreibung zum weiteren Erklären und
Beschreiben der Prinzipien der Erfindung, wobei:
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1 ein
vollständig
geschlossenes Regelsystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ein
Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines Abweichungsdetektors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ein
vollständig
geschlossenes Regelsystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 ein
Blockdiagramm ist, das ein Beispiel für einen Abweichungsdetektor
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 ein
herkömmliches
vollständig
geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
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6 ein
Blockdiagramm ist, das ein herkömmliches
vollständig
geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
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7 ein
herkömmliches
vollständig
geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
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8 ein
herkömmliches
vollständig
geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
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9 ein
Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften
gemäß dem herkömmlichen
vollständig geschlossenen
Regelsystem veranschaulicht;
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10 ein
Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften
gemäß dem herkömmlichen
vollständig
geschlossenen Regelsystem veranschaulicht;
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11 ein
Diagramm ist, das die Verstärkungseigenschaften
gemäß dem herkömmlichen vollständig geschlossenen
Regelsystem veranschaulicht;
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12 ein
Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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13 ein
Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. In den
bevorzugten Ausführungsformen
sind Elemente, die denjenigen, die in 7 offenbart
sind, ähneln, mit
den gleichen Bezugszeichen versehen und nachstehend nicht beschrieben. 1 ist
ein Blockdiagramm, das ein vollständig geschlossenes Regelsystem
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veran schaulicht. Ein Subtraktor 15 berechnet
einen Abweichungsbetrag Ps, der eine Differenz zwischen einem durch
einen Linearmaßstab 11 erfassten
Lageerfassungswert Pl eines angetriebenen Körpers 12 und einem
von an einen Motor 10 angebrachten Lagedetektor 9 erhaltenen
Lageerfassungswert Pm darstellt. Ein Abweichungsdetektor 16 empfängt den
Abweichungsbetrag Ps vom Subtraktor 15. Der Abweichungsdetektor 16 kann
eine Proportionalkonstante Kp des Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitts 3 auf
der Basis des erfassten Abweichungsbetrags Ps ändern. Alternativ oder zusätzlich dazu
kann der Abweichungsdetektor 16 eine Zeitkonstante Tp einer
Verzögerungsschaltung 17 erster
Ordnung auf der Basis des erfassten Abweichungsbetrags Ps ändern.
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2 veranschaulicht
eine Anordnung des Abweichungsdetektors 16, der die Proportionalkonstante
Kp und die Zeitkonstante Tp ändern
kann. Der Abweichungsdetektor 16 gibt einen Koeffizienten
K (0 ≤ K ≤ 1) auf der
Basis des Abweichungsbetrags Ps mit Bezug auf ein Diagramm bzw.
eine Tabelle 161 aus. Ein Multiplikator 162 multipliziert
den Koeffizienten K mit einem anfänglichen Wert Kp0 der Proportionalkonstante
des Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitts 3 und
gibt eine variable Proportionalkonstante Kp des Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitts 3 aus.
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Zur
Vereinfachung der Erklärung
wird nun vorausgesetzt, dass eine Übertragungseigenschaft vom
Geschwindigkeitssollwert Vc zum Motorgeschwindigkeitserfassungswert
Vm 1 beträgt.
Gemäß einem
angenommenen Modell sind die Lage des angetriebenen Körpers Pl
und die Motorlage Pm durch eine Feder mit einem Federkoeffizienten
Kp verbunden, weist der angetriebene Körper ein Gewicht M auf und
wird auf den angetriebenen Körper
ein Gleitmoment F ausgeübt.
In diesem Modell kann eine Übertragungsfunktion
des gesamten Regelsystems durch die folgende Formel 4 ausgedrückt werden,
in welcher S einen Laplace-Operator darstellt. Pc(S)/Pl(S) = Kp0·K·Kb/(MS3 + FS2 + Kb·S – Kp0·K·Kb) (Formel 4)
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Gemäß dem in 1 dargestellten
Beispiel wird der Abweichungsbetrag Ps größer und ein Lageproportionalberechnungskoeffizient
Kp kleiner, wenn sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus
verschlechtert. 12 veranschaulicht Verzögerungsmerkmale
des gesamten Regelsystems, ausgedrückt durch die Formel 4 in dieser
Situation. Deshalb wird der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen
Selbsterregung bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 größer und
der angetriebene Körper
verursacht keine niederfrequenten Vibrationen.
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Weiterhin
gibt, wie in 2 dargestellt, der Abweichungsdetektor 16 einen
Zeitkonstantenkoeffizienten Kt auf der Basis des erfassten Abweichungsbetrags
Ps mit Bezug auf ein Diagramm bzw. eine Tabelle 163 aus.
Ein Multiplikator 164 multipliziert den Koeffizienten Kt
mit einem anfänglichen
Wert Tp0 der Zeitkonstante und gibt eine in der Verzögerungsschaltung 17 erster
Ordnung verwendete variable Zeitkonstante Tp aus. Wird der Abweichungsbetrag Ps
größer, so
wird die Zeitkonstante Tp größer. Der in 1 dargestellte
Lageerfassungswertrechenabschnitt bzw. Lagedetektorrechenabschnitt 20 gibt
einen durch die folgende Formel 5 ausgedrückten Lagerückmeldungswert Pd aus.
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In
der Formel 5 stellt Tp0 einen anfänglichen Wert einer Zeitkonstante
dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Die in der Verzögerungsschaltung 17 erster
Ordnung verwendete Zeitkonstante Tp ist Tp = Tp0·Kt, und der Lagerückmeldungswert
Pd kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Pd = Pm + (Pl – Pm)/(1
+ Tp0·Kt·S) (Formel 5)
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In
diesem Fall wird, falls sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus
verschlechtert, der Abweichungsbetrag Ps größer, und demzufolge wird die
in der Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung
verwendete Zeitkonstante Tp ein größerer Wert. Infolgedessen können Verstärkungseigenschaften
durch eine in 13 dargestellte durchgezogene
Linie ausgedrückt
werden. Der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung
bei der mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 wird größer. Der
angetriebene Körper
verursacht keine niederfrequenten Vibrationen. In 13 veranschaulicht
eine Strichpunktlinie die in 10 dargestellten Verstärkungseigenschaften.
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3 veranschaulicht
ein vollständig
geschlossenes Regelsystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 3 sind Elemente,
die denjenigen, die in 8 offenbart sind, ähneln, mit
den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachstehend nicht
beschrieben.
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Ein
Abweichungsdetektor 16 erhält einen Zeitkonstantenkoeffizienten
Kt auf der Basis eines erfassten Abweichungsbetrags Ps. Dann multipliziert der
Abweichungsdetektor 16 den Zeitkonstantenkoeffizienten
Kt mit einem anfänglichen
Wert Tv0 der Zeitkonstante zum Erzeugen einer in einer Verzögerungsschaltung 23 erster
Ordnung verwendeten variablen Zeitkonstante Tv.
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Wird
der Abweichungsbetrag Ps größer, wird die
Zeitkonstante Tv größer. Ein
in 3 dargestellter Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt 25 gibt
einen durch die folgende Formel 6 ausgedrückten Geschwindigkeitsrückmeldungswert
Pd aus. In der Formel 6 stellt Tv0 einen anfänglichen Wert der Zeitkonstante
dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. In der Formel 5 stellt
Tp0 einen anfänglichen
Wert einer Zeitkonstante dar und stellt S einen Laplace-Operator
dar. Die in der Verzögerungsschaltung 23 erster
Ordnung verwendete Zeitkonstante Tv ist Tv = Tv0·Kt, und ein Geschwindigkeitsrückmeldungswert
Vd kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Vd = Vm + (Vl – Vm)/(1
+ Tv0·Kt·S) (Formel 6)
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Gemäß dem in 3 dargestellten
Beispiel wird, falls sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus
verschlechtert, der Abweichungsbetrag Ps größer, und eine in der Verzögerungsschaltung 23 erster
Ordnung verwendete Zeitkonstante Tv wird ein größerer Wert. Infolgedessen können die
Verstärkungseigenschaften
des in 3 dargestellten gesamten Regelsystems durch eine durchgezogene
Linie in 13 ausgedrückt werden. Der Sicherheitsabstand
der Verstärkung
gegen Selbsterregung bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 wird größer, und demzufolge verursacht
der angetriebene Körper
keine niederfrequneten Vibrationen.
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4 veranschaulicht
eine Anordnung des Abweichungsdetektors 16 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Abweichungsdetektor 16 umfasst
einen Differenzialverstärker 166,
der einen nicht normalen Zustand der Maschine erfassen kann, wenn
der Abweichungsbetrag Ps einen vorbestimmten Grenzwert Psref 165 übersteigt.
Des Weiteren umfasst der Abweichungsdetektor 16 eine Warnanzeigeeinheit 167,
die einen nicht normalen Zustand der Maschine anzeigen kann.
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Demgemäß kann,
wenn der Abweichungsbetrag Ps auf Grund einer Reduzierung der Steifigkeit
größer wird,
der Abweichungsdetektor 16 eine Warnung erzeugen und veranlassen,
dass der Bediener die Zugspindel anhält. Folglich kann die vorliegende
Ausführungsform
eine fehlerhafte Maschine davor bewahren, dass sie fortlaufend bzw.
weiter angetrieben wird, und demzufolge eine Beschädigung von
Teilen des Zugspindelmechanismus verhindern.
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Wie
vorstehend beschrieben wird ein Abweichungsbetrag, der eine Differenz
zwischen einer Lage des angetriebenen Körpers und einer Motorlage darstellt,
größer, wenn
sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus verschlechtert.
In der Lageregeleinrichtung der vorliegenden Erfindung kann der
Abweichungsdetektor die Proportionalkonstante Kp des Lagerechners
oder die Zeitkonstante Tp der Verzögerungsschaltung erster Ordnung
im Lageerfassungswertrechenabschnitt in Abhängigkeit von einem Anstieg
des Abweichungsbetrags ändern.
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Alternativ
oder zusätzlich
dazu kann der Abweichungsdetektor die Zeitkonstante Tv der Verzögerungsschaltung
erster Ordnung im Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt ändern. Infolgedessen
kann die Lageregeleinrichtung der vorliegenden Erfindung die Lage
eines angetriebenen Körpers regeln,
während
sie in einer Situation, in welcher der Abweichungsbetrag ansteigt,
niederfrequente Vibrationen unterdrückt.
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Weiterhin
kann die Lageregeleinrichtung der vorliegenden Erfindung ohne Berücksichtigung
der Reduktion in der Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus
eine höhere
Lageschleifenverstärkung
Kp einstellen.
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Weiterhin
verschlechtert sich auf Grund von Alterungsverschleiß allmählich die
Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus. Ein übermäßig schweres
Werkstück
kann an einem angetriebenen Körper
in einem Bearbeitungszentrum von großem Maßstab befestigt werden. In
diesen Fällen
wird der Abweichungsbetrag größer. Der
Abweichungsdetektor der vorliegenden Erfindung kann den Zustand
erfassen und die Maschine vor Beschädigung bewahren.
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Die
Erfindung kann folgendermaßen
zusammengefasst werden: Ein Abweichungsbetrag Ps, der eine Differenz
zwischen einem Lageerfassungswert Pl eines angetriebenen Körpers und
einen Lageerfassungswert Pm eines Motors darstellt, wird erfasst. Eine
Lagerechnerproportionalkonstante Kp, eine Zeitkonstante Tp einer
Verzögerungsschaltung
erster Ordnung, die den Abweichungswert Ps eingibt, und eine Zeitkonstante
Tv einer Verzögerungsschaltung erster
Ordnung, die eine Differenz zwischen einem Geschwindigkeitserfassungswert
Vl des angetriebenen Körpers
und einem Lageerfassungswert Vm des Motors eingibt, werden auf der
Basis des Abweichungsbetrags Ps geändert.