DE102010012424B4

DE102010012424B4 - Servo-Steuergerät mit zweifacher Stellungsrückkopplung

Info

Publication number: DE102010012424B4
Application number: DE102010012424A
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Iwashita; Tadashi Okita; Yukio Toyozawa; Kazuomi Maeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: CN101893872B; DE102010012424A1; US20100295495A1; JP4575508B1; CN101893872A; US7915848B2; JP2010271854A

Abstract

Servo-Steuergerät mit zweifacher Stellungsrückkopplung, aufweisend:
einen ersten Stellungsdetektor (110) zum Erfassen der Stellung eines Servomotors;
einen zweiten Stellungsdetektor (112) zum Erfassen der Stellung einer von diesem Servomotor angetriebenen Last;
eine erste Stellungsfehlerberechnungseinrichtung (130) zum Berechnen eines ersten Stellungsfehlers (E1) auf Basis eines Stellungsbefehls für die angetriebene Last und einer Stellungsrückkopplung vom ersten Stellungsdetektor (110);
eine zweite Stellungsfehlerberechnungseinrichtung (132) zum Berechnen eines zweiten Stellungsfehlers (E2) auf Basis des Stellungsbefehls für die angetriebene Last und der Stellungsrückkopplung vom zweiten Stellungsdetektor (112);
eine dritte Stellungsfehlerberechnungseinrichtung (136) zum Berechnen eines dritten Stellungsfehlers (E3) für eine Stellungssteuerung, indem eine Differenz (E2 – E1) zwischen dem ersten Stellungsfehler (E1) und dem zweiten Stellungsfehler (E2) durch eine Schaltung (150) mit einer Zeitkonstante geschickt und anschließend zum ersten Stellungsfehler (E1) addiert wird;
einen regelungsintern angesteuerten Selektor (160) zum Wählen entweder des zweiten Stellungsfehlers (E2) oder des dritten Stellungsfehlers (E3) zur Ausgabe; und...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servo-Steuergerät, das eine zweifache Stellungsrückkopplung nach Maßgabe der Stellung eines Servomotors und der Stellung einer angetriebenen Last ausführt.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Die Servosteuerung zum Steuern eines Servomotors, der eine Last antreibt, wird je nachdem, welche Stellungsinformation an das Steuergerät rückgekoppelt wird, als Regelung in einem halb geschlossenen, geschlossenen oder hybriden Kreis klassifiziert. Bei der Regelung in einem halb geschlossenen Kreis erfolgt die Rückkopplungsregelung durch Erfassen der Stellung des Servomotors. Bei der Regelung in einem geschlossenen Kreis erfolgt die Rückkopplungsregelung durch Erfassen der Stellung der angetriebenen Last. Bei der Regelung in einem hybriden Kreis dagegen erfolgt die Rückkopplungsregelung durch Erfassen sowohl der Stellung des Servomotors als auch der Stellung der angetriebenen Last, d. h. es wird eine zweifache Stellungsrückkopplung ausgeführt (siehe z. B. die nachstehend angegebenen Patentschriften 1 und 2).
Bei Ausführen spanender Arbeitsgänge, die mit Servosteuerung periodisch wiederholt werden, wird bei der Servosteuerung weitgehend mit lernfähiger Steuerung gearbeitet, um eine hochgenaue Bearbeitung zu erzielen, indem ein Stellungsfehler allmählich null angenähert wird. Bei dieser lernfähigen Steuerung wird der Stellungsfehler kompensiert, indem der zuvor angelegte Kompensationsbetrag zum erfassten Stellungsfehler addiert und auf Basis des so kompensierten Stellungsfehlers ein Stellungsregelkreis gebildet wird (siehe z. B. die nachstehend angegebene Patentschrift 3).
Insbesondere offenbart die nachstehend angegebene Patentschrift 4 eine Erfindung, bei der Kompensationsdaten zum Verringern von Quadrantenüberständen durch eine lernfähige Steuerung erzeugt und gespeichert und die gespeicherten Daten dann zum Kompensieren von Quadrantenüberständen bzw. Quadrantenvorsprüngen verwendet werden. Unter ”Quadrantenüberstand” bzw. ”Quadrantenvorsprung” ist ein Überstand bzw. Vorsprung zu verstehen, der dann auftritt, wenn die Bewegungsrichtung der Vorschubwelle beim Ändern der Bearbeitungsstellung von einem zum anderen Quadranten umgekehrt wird.
Bei Einsatz der lernfähigen Steuerung und der Quadrantenüberstandskompensation gemäß der in der Patentschrift 4 offenbarten Erfindung kann bei Anwendung der lernfähigen Steuerung mittels des Stellungsfehlers des Servomotors im Rahmen der Regelung in einem halb geschlossenen Kreis der servomotorseitige Quadrantenüberstand verringert werden, indem der Stellungsfehler des Servomotors verringert wird, wobei sich jedoch ein Problem dadurch ergibt, dass der Quadrantenüberstand an der Seite der angetriebenen Last, d. h. maschinenseitig, nicht verringert werden kann, da der Kompensationswert zum Verringern des maschinenseitigen Stellungsfehlers nicht bestimmt werden kann.
Wenn umgekehrt die lernfähige Steuerung mittels des maschinenseitigen Stellungsfehlers gemäß der Regelung in einem geschlossenen Kreis erfolgt, kann der Kompensationswert zum Verringern des maschinenseitigen Stellungsfehlers bestimmt werden. Wenn jedoch die Stellungskreisverstärkung oder die Drehzahlkreisverstärkung auf einen zu hohen Wert eingestellt wird, konvergiert die lernfähige Steuerung möglicherweise aufgrund solcher Faktoren wie Verwindung oder Spiel zwischen dem Servomotor und der Maschine nicht, wodurch sich das Problem ergibt, dass der Verstärkungsfaktor nicht erhöht werden kann. Im Fall einer spanenden Bearbeitung, bei der die Zerspanungsgegenkraft gering ist, stellt die Verringerung des Verstärkungsfaktors kein Problem dar, aber im Fall einer spanenden Bearbeitung mit hoher Zerspanungsgegenkraft kann sich die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtern, wenn der Verstärkungsfaktor verringert wird.
Patentschrift 1: Japanische geprüfte Offenlegungsschrift Nr. H02-30522
Patentschrift 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-297241
Patentschrift 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-172149
Patentschrift 4: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-234327
Aus der US 2007/0007926 A1 ist eine Servosteuerung zum synchronen Steuern einer Mehrzahl von Antriebsquellen bekannt. Diese Servorsteuerung umfasst ein Auswahlmittel zum Auswählen eines Synchronisationsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Positionsabweichung einer masterseitigen Antriebsquelle zum Antreiben einer Antriebsachse und einer Positionsabweichung einer slaveseitigen Antriebsquelle zum Antreiben der anderen Antriebsachse oder die Positionsabweichung der slaveseitigen Antriebsquelle ist. Ferner umfasst die Servosteuerung ein Korrekturdaten-Berechnungsmittel zum Berechnen von Korrekturdaten zum Korrigieren der Positionsabweichung der slaveseitigen Antriebsquelle gemäß den durch das Auswahlmittel ausgewählten Daten. Die Korrekturdaten werden zu der Positionsabweichung der slaveseitigen Antriebsachse derart addiert, dass sich die Positionsabweichung oder der Synchronisationsfehler an Null annähern.
Aus der US 2004/0135536 A1 ist eine Steuerung zum Steuern eines beweglichen Teils einer Maschine bekannt, wobei ein Motor zum Antreiben der Maschine einem Positions- und einem Geschwindigkeits-Regelkreis unterworfen ist. Bei dieser Steuerung wird ein Geschwindigkeitsausgleichsbetrag zu einem im Positions-Regelkreis erhaltenen Geschwindigkeitsbefehl und ein Drehmomentausgleichsbetrag zu einem vom Geschwindigkeits-Regelkreis ausgegebenen Drehmomentbefehl addiert, wobei das Ergebnis als Antriebsbefehl für den Motor verwendet wird. Basierend auf dem Geschwindigkeits- und dem Drehmomentausgleichsbetrag wird ein Drehmomentbetrag zwischen dem Motor und der Maschine gesteuert. Die Maschinenposition und -geschwindigkeit werden ls der Positions- und Geschwindigkeits-Regelkreise gesteuert.
Schließlich zeigt die US 2008/0218116 eine Servosteuerung zum synchronen Steuern einer Master-Antriebsquelle zum Antreiben einer Antriebswelle und einer Slave-Antriebsquelle zum Antreiben einer Antriebswelle mit einem Positionssteuerungsschnitt, der die Positionssteuerung basierend auf einer Positionsabweichung durchführt, die eine Differenz zwischen einem an die Slave-Antriebsquelle ausgegebenen Positionsbefehlswert und einem von der Slave-Antriebsquelle erfassten Rückkopplungswert ist. Ferner umfasst die Servosteuerung einen Betriebsabschnitt, der einen Synchronisationsfehler berechnet, der eine Differenz der Positionsabweichung zwischen der Master-Antriebsquelle und der Slave-Antriebsquelle ist sowie einen Korrekturdaten-Berechnungsabschnitt, der erste Korrekturdaten zum Korrigieren der Positionsabweichung der Slave-Antriebsquelle berechnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servo-Steuergerät bereitzustellen, das eine zweifache Stellungsrückkopplung ausführt und dadurch eine Verringerung des Stellungsfehlers entsprechend dem Zweck der spanenden Bearbeitung erzielt.
Zur Lösung der obige Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Servo-Steuergerät mit zweifacher Stellungsrückkopplung bereitgestellt, das aufweist: einen ersten Stellungsdetektor zum Erfassen der Stellung eines Servomotors; einen zweiten Stellungsdetektor zum Erfassen der Stellung einer von diesem Servomotor angetriebenen Last; eine erste Stellungsfehlerberechnungseinrichtung zum Berechnen eines ersten Stellungsfehlers auf Basis eines Stellungsbefehls für die angetriebene Last und einer Stellungsrückkopplung vom ersten Stellungsdetektor; eine zweite Stellungsfehlerberechnungseinrichtung zum Berechnen eines zweiten Stellungsfehlers auf Basis des Stellungsbefehls für die angetriebene Last und der Stellungsrückkopplung vom zweiten Stellungsdetektor; eine dritte Stellungsfehlerberechnungseinrichtung zum Berechnen eines dritten Stellungsfehlers für die Stellungssteuerung, indem eine Differenz zwischen dem ersten Stellungsfehler und dem zweiten Stellungsfehler durch eine Schaltung mit einer Zeitkonstante geschickt und anschließend zum ersten Stellungsfehler addiert wird; einen regelungsintern angesteuerten Selektor zum Wählen entweder des zweiten Stellungsfehlers oder des dritten Stellungsfehlers zur Ausgabe; und eine lernfähige Steuerung zum Lernen eines Kompensationsbetrags, der erforderlich ist, um den zweiten Stellungsfehler an Null anzunähern, wenn der zweite Stellungsfehler von dem Selektor ausgegeben wird, und Lernen eines Kompensationsbetrags, der erforderlich ist, um den dritten Stellungsfehler an Null anzunähern, wenn der dritte Stellungsfehler von dem Selektor ausgegeben wird, und zum Ausgeben eines der gelernten Kompensationsbeträge als an den dritten Stellungsfehler anzulegenden Kompensationsbetrag.
In einem bevorzugten Modus nimmt der Selektor die Wahl auf Basis entweder eines externen Signals oder der Stellung der angetriebenen Last vor.
In einem anderen bevorzugten Modus des Servo-Steuergeräts wird beim Berechnen des ersten Stellungsfehlers der erste Stellungsfehler kompensiert, indem ein Kompensationsbetrag, der proportional zur Drehzahl des Servomotors angelegt wird, um eine Verzögerung bei der Erfassung durch den ersten Stellungsdetektor auszugleichen, und bei der Berechnung des zweiten Stellungsfehlers wird der zweite Stellungsfehler durch Anlegen eines Kompensationsbetrags, der proportional zur Drehzahl der angetriebenen Last ist, ausgeglichen, um eine Verzögerung bei der Erfassung durch den zweiten Stellungsdetektor zu kompensieren.
Wenn bei der Steuerung gemäß dem Servo-Steuergerät der vorliegenden Erfindung der Stabilität große Bedeutung zukommt, wird die lernfähige Steuerung ausgeführt, indem der dritte Stellungsfehler als Eingabe verwendet wird, wodurch eine stabile Steuerung unter Aufrechterhalten eines gewissen Maßes an Genauigkeit erzielt werden kann. Wenn bei der Steuerung der Genauigkeit große Bedeutung zukommt, wird die lernfähige Steuerung ausgeführt, indem der zweite Stellungsfehler als Eingabe verwendet wird, wodurch eine hochgenaue Steuerung erzielt werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Benzugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Servo-Steuergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Servo-Steuergeräts von 1;
3 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Servo-Steuergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer lernfähigen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5A und 5B Diagramme eines Beispiels 1, das die Wirkung der Erfindung beispielhaft darstellt; und
6A und 6B Diagramme eines Beispiels 2, das die Wirkung der Erfindung beispielhaft darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Servo-Steuergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. In 1 treibt ein Servomotor 100 eine Maschine 102 als eine angetriebene Last an. Ein Motorstellungsdetektor 110 erfasst die Stellung des Motors 100 und gibt den erfassten Wert als Motorstellungsrückkopplung (FB) aus und ein Maschinenstellungsdetektor 112 erfasst die Stellung der Maschine 102 und gibt den erfassten Wert als eine Maschinenstellungsrückkopplung aus.
Auf Basis eines gelieferten Stellungsfehlers berechnet eine Stellungssteuerung 120, wie später beschrieben wird, einen Drehzahlbefehl mittels einer Proportional-/Integral-(PI)Steuerung oder dgl. und gibt den Drehzahlbefehl aus. Eine Drehzahlsteuerung 122 ermittelt den Drehzahlfehler durch Vergleichen des Drehzahlbefehls mit der Drehzahlrückkopplung, die durch Differenzieren der Motorstellungsrückkopplung erhalten wird, berechnet einen Strombefehl mittels einer Proportional-/Integral-(PI)Steuerung oder dgl., und gibt den Strombefehl aus. Eine Stromsteuerung 124 berechnet einen Verstärkersteuerbefehl auf Basis des Strombefehls und gibt den Verstärkersteuerbefehl aus. Ein Servoverstärker 126 verstärkt den Verstärkersteuerbefehl und liefert ihn an den Motor 100.
Die vorliegende Ausführungsform enthält Addierer 130, 132, 134, 136 und 138, eine Zeitkonstantenschaltung 150, einen Selektor 160 und eine lernfähige Steuerung 170, um den an die Stellungssteuerung 120 zu liefernden Stellungsfehler zu ermitteln. Diese Bauelemente werden anhand des Flussdiagramms von 2 zusammen mit dem Blockdiagramm von 1 beschrieben.
Zuerst berechnet der Addierer 130 einen Motorstellungsfehler E1 als den ersten Stellungsfehler, indem er die Motorstellungsrückkopplung von einem Stellungsbefehl subtrahiert, der von einer Steuereinrichtung höherer Ordnung geliefert wird (Schritt 202). Gleichzeitig berechnet der Addierer 132 einen Maschinenstellungsfehler E2 als zweiten Stellungsfehler, indem er die Maschinenstellungsrückkopplung vom Stellungsbefehl subtrahiert (Schritt 204).
Dann berechnet der Addierer 134 einen Halb-/Vollfehler ”E2-E1”, indem der Motorstellungsfehler E1 vom Maschinestellungsfehler E2 subtrahiert wird (Schritt 206), und liefert ihn der Zeitkonstantenschaltung 150. In ihrer Funktion als ein Verzögerungselement erster Ordnung mit einer Zeitkonstante τ verarbeitet die Zeitkonstantenschaltung 150 den Halb-/Vollfehler ”E2-E1” entsprechend und gibt das Resultat aus (Schritt 208). Anschließend berechnet der Addierer 136 einen Zweifach-Stellungsfehler E3 als dritten Stellungsfehler, indem er den Ausgang der Zeitkonstantenschaltung 150 zum Motorstellungsfehler E1 addiert (Schritt 210).
Danach wählt der Selektor 160 auf Basis entweder eines Parameters oder eines externen Signals oder der Stellung der Maschine 102 etc. entweder den Maschinenstellungsfehler E2 oder den Zweifach-Stellungsfehler E3 zur Übergabe an die lernfähige Steuerung 170 (Schritte 212, 214 und 216). Die lernfähige Steuerung 170 erzeugt durch Lernen Kompensationsdaten, um den Maschinenstellungsfehler E2 oder den Zweifach-Stellungsfehler E3, je nachdem, welcher vom Selektor 160 ausgegeben wird, an null anzunähern (Schritt 218).
In jedem Stellungsregelungszyklus addiert die lernfähige Steuerung 170 den erhaltenen Stellungsfehler zu dem einen Zyklus vorher in einer Wiederholfolge erhaltenen Kompensationsbetrag, verarbeitet die Summe mittels eines Bandbegrenzungsfilters 171, um die Eingabe hoher Frequenzen zu begrenzen, und speichert das Ergebnis in einem Verzögerungselementspeicher 172. Der Verzögerungselementspeicher 172 enthält ein Speicherelement zum Speichern des Kompensationsbetrags für einen Zyklus der Wiederholfolge; in jedem Stellungsregelungszyklus gibt der Verzögerungselementspeicher 172 den im vorherigen Stellungsregelungszyklus, d. h. ein Zyklus zurück in der Wiederholfolge, erhaltenen Kompensationsbetrag aus, und ein dynamisches Kennwert-Kompensationselement 173 erzeugt die Kompensationsdaten, die die Phasenverzögerung und den Abfall des Verstärkungsfaktors des Regelungsziels erzeugen (4).
Der Addierer 138 berechnet den Stellungsfehler als ein Eingangssignal zur Stellungsteuerung 120, indem die von der lernfähigen Steuerung 170 erzeugten Kompensationsdaten zum Zweifach-Stellungsfehler E3 addiert werden (Schritt 220). Danach erfolgt die Erzeugung des Drehzahlbefehls durch die Stellungssteuerung 120 (Schritt 222), des Strombefehls durch die Drehzahlsteuerung 122 (Schritt 224) und des Verstärkersteuerbefehls durch die Stromsteuerung 124 (Schritt 226), wie zuvor beschrieben worden ist.
Bei der obigen Ausführungsform nimmt die als Verzögerungselement erster Ordnung mit einer Zeitkonstante τ fungierende Zeitkonstantenschaltung 150 in Schritt 208 die Verarbeitung des Halb-/Vollfehlers ”E2-E1” vor wie oben beschrieben; deshalb kann durch Verwenden einer Transferfunktion der Ausgang der Zeitkonstantenschaltung 150 ausgedrückt werden als: Ausgang der Zeitkonstantenschaltung = [1/(1 + τs)] × (E2 – E1). Dann erfolgt im nächsten Schritt 210 die folgende Berechnung: Zweifach-Stellungsfehler E3 = Motorstellungsfehler E1 + Ausgang der Zeitkonstantenschaltung. Demnach wird der Zweifach-Stellungsfehler E3 ausgegeben, wenn die Zeitkonstante τ auf 0 eingestellt ist, wie aus der folgenden Gleichung ersichtlich ist. Zweifach-Stellungsfehler E3 = Motorstellungsfehler E1 + Halb-/Vollfehler (E2 – E1) = Maschinenstellungsfehler E2. Wenn dagegen die Zeitkonstante τ auf ∞ eingestellt ist, wird der Zweifach-Stellungsfehler E3 ausgegeben wie in der folgenden Gleichung gezeigt. Zweifach-Stellungsfehler E3 = Motorstellungsfehler E1 + ”0” = Motorstellungsfehler E1.
Das heißt, wenn die Zeitkonstante τ = 0, wird die Regelung mit geschlossenem Kreis ausgeführt, und wenn die Zeitkonstante τ = ∞, wird die Regelung mit halb geschlossenem Kreis ausgeführt. Auf diese Weise wird es durch Ändern des Wertes der Zeitkonstanten τ und Variieren des Verhältnisses zwischen dem geschlossenen Regelkreis und dem halb geschlossenen Regelkreis möglich, das Gleichgewicht zwischen der mit dem geschlossenen Regelkreis erzielten Genauigkeit und der mit dem halb geschlossenen Regelkreis erzielten Stabilität einzuregeln.
Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Selektor 160 vorgesehen, der den Eingang zur lernfähigen Steuerung 170 zwischen dem Maschinenstellungsfehler E2 und dem Zweifach-Stellungsfehler E3 umschaltet. Wie zuvor beschrieben, tritt im Stand der Technik bei der Kompensation des Quadrantenüberstands durch Erzeugen idealer Quadrantenüberstand-Kompensationsdaten durch die lernfähige Steuerung und durch Speichern der Kompensationsdaten ein Problem auf, wenn die lernfähige Steuerung unter Verwendung des Stellungsfehlers des Motors ausgeführt wird, da der maschinenseitige Quadrantenüberstand nicht verringert werden kann, wohingegen der motorseitige Quadrantenüberstand verringert werden kann. Im Gegensatz dazu ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, zuerst Kompensationsdaten zum Reduzieren des Quadrantenüberstands durch Lernen des maschinenseitigen Stellungsfehlers zu erzeugen und dann die Zweifach-Stellungsrückkopplung für die spätere Bewegung durch Erhöhen des Verstärkungsfaktors auszuführen. Da in diesem Fall die Kompensationsdaten zum Verringern des Quadrantenüberstands durch Verringern des maschinenseitigen Stellungsfehlers bereits erzeugt worden sind, tritt der Quadrantenüberstand nicht auf (5A und 5B).
Wenn des Weiteren die lernfähige Steuerung unter Verwenden des maschinenseitigen Stellungsfehlers ausgeführt wird, tritt wie zuvor beschrieben beim Verringern des Verstärkungsfaktors, um eine Konvergenz der lernfähigen Steuerung zu ermöglichen, ein Problem dadurch auf, dass sich die Bearbeitungsgenauigkeit im Fall eines Bearbeitungsvorgangs mit großer Zerspanungsgegenkraft verschlechtert. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Ausführungsform im Fall einer Schruppbearbeitung mit großer Zerspanungsgegenkraft ein gewisses Maß an Genauigkeit aufrechterhalten werden, indem die lernfähige Steuerung durch Erhöhen des Verstärkungsfaktors durch Verwenden der Zweifach-Stellungsrückkopplung ausgeführt wird (6A und 6B), während im Fall einer Schlichtbearbeitung, bei der die Zerspanungsgegenkraft gering ist, eine hohe Genauigkeit durch Umschalten des Steuerungsmodus auf den geschlossenen Regelkreis mit Verringern des Verstärkungsfaktors erzielt werden kann, gefolgt von der Ausführung der lernfähigen Steuerung durch Verwenden des maschinenseitigen Stellungsfehlers.
Im Fall einer Bearbeitung, bei der der Verstärkungsfaktor in einer spezifischen Maschinenstellung (z. B. in der Stellung, in der der Resonanzpunkt einer Kugelspindel ausgesprochen deutlich wird), kann die Zweifach-Stellungsrückkopplung nur in einer solchen spezifischen Stellung erfolgen; selbst in derartigen Fällen kann der Eingang zur lernfähigen Steuerung entsprechend geschaltet werden. Auf Basis eines Parameters, eines externen Signals, der Maschinenstellung usw. schaltet der Selektor 60 unter Berücksichtigung dieser verschiedenen Bedingungen den Eingang auf die lernfähige Steuerung.
3 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Servo-Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß 1 nur dadurch, dass zusätzliche Schaltungsblöcke enthalten sind, von denen einer eine Differenzierschaltung 300, einen Multiplizierer 310 und einen Addierer 320 und der andere eine Differenzierschaltung 302, einen Multiplizierer 312 und einen Addierer 322 aufweist. Deshalb sind der Motor 100, die Maschine 102, der Motorstellungsdetektor 110, der Maschinenstellungsdetektor 112, die Drehzahlsteuerung 122, die Stromsteuerung 124 und der Servoverstärker 126 in der Darstellung weggelassen worden.
Für die Übertragung von Stellungsdaten zum Motorstellungsdetektor 110 und zum Maschinenstellungsdetektor 112 ist eine finite Zeit erforderlich. Um derartige Detektionsverzögerungen zu kompensieren, wird bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der zur Drehzahl proportionale Kompensationsbetrag an den Stellungsfehler angelegt, wodurch der Stellungsfehler dem tatsächlichen Stellungsfehler weiter angenähert wird.
Im Einzelnen berechnet die Differenzierschaltung 300 die Motordrehzahl durch Differenzieren der Motorstellungsrückkopplung. Der Multiplizierer 310 bestimmt den Kompensationsbetrag durch Multiplizieren der Motordrehzahl mit einem vorgegebenen Koeffizienten. Der Addierer 320 gibt den Motorstellungsfehler E1 nach der Kompensation der Übertragungsverzögerung durch Subtrahieren des Kompensationsbetrags vom Ausgang des Addierers 130 aus.
Auf ähnliche Weise berechnet die Differenzierschaltung 302 die Motordrehzahl durch Differenzieren der Motorstellungsrückkopplung. Der Multiplizierer 312 bestimmt den Kompensationsbetrag durch Multiplizieren der Motordrehzahl mit einem vorgegebenen Koeffizienten. Der Addierer 322 gibt den Motorstellungsfehler E2 nach der Kompensation der Übertragungsverzögerung durch Subtrahieren des Kompensationsbetrags vom Ausgang des Addierers 132 aus.
Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verwirklicht werden. Die vorliegenden Ausführungsformen sind deshalb in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei der Gültigkeitsbereich der Erfindung eher durch die angefügten Ansprüche als die obige Beschreibung angegeben ist; sämtliche Änderungen, deren Bedeutung und Gleichwertigkeit mit den Ansprüchen in Einklang stehen, sollen deshalb von diesen abgedeckt sein.

Claims

Servo-Steuergerät mit zweifacher Stellungsrückkopplung, aufweisend: einen ersten Stellungsdetektor (110) zum Erfassen der Stellung eines Servomotors; einen zweiten Stellungsdetektor (112) zum Erfassen der Stellung einer von diesem Servomotor angetriebenen Last; eine erste Stellungsfehlerberechnungseinrichtung (130) zum Berechnen eines ersten Stellungsfehlers (E1) auf Basis eines Stellungsbefehls für die angetriebene Last und einer Stellungsrückkopplung vom ersten Stellungsdetektor (110); eine zweite Stellungsfehlerberechnungseinrichtung (132) zum Berechnen eines zweiten Stellungsfehlers (E2) auf Basis des Stellungsbefehls für die angetriebene Last und der Stellungsrückkopplung vom zweiten Stellungsdetektor (112); eine dritte Stellungsfehlerberechnungseinrichtung (136) zum Berechnen eines dritten Stellungsfehlers (E3) für eine Stellungssteuerung, indem eine Differenz (E2 – E1) zwischen dem ersten Stellungsfehler (E1) und dem zweiten Stellungsfehler (E2) durch eine Schaltung (150) mit einer Zeitkonstante geschickt und anschließend zum ersten Stellungsfehler (E1) addiert wird; einen regelungsintern angesteuerten Selektor (160) zum Wählen entweder des zweiten Stellungsfehlers (E2) oder des dritten Stellungsfehlers (E3) zur Ausgabe; und eine lernfähige Steuerung (170) zum Lernen eines Kompensationsbetrags, der erforderlich ist, um den zweiten Stellungsfehler (E2) an Null anzunähern, wenn der zweite Stellungsfehler (E2) von dem Selektor (160) ausgegeben wird, und Lernen eines Kompensationsbetrags, der erforderlich ist, um den dritten Stellungsfehler (E3) an Null anzunähern, wenn der dritte Stellungsfehler (E3) von dem Selektor (160) ausgegeben wird, und zum Ausgeben eines der gelernten Kompensationsbeträge als an den dritten Stellungsfehler (E3) anzulegenden Kompensationsbetrag.
Servo-Steuergerät nach Anspruch 1, bei dem der Selektor (160) die Wahl auf Basis eines externen Signals oder der Stellung der angetriebenen Last trifft.
Servo-Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem beim Berechnen des ersten Stellungsfehlers (E1) der erste Stellungsfehler (E1) durch Anlegen eines zur Drehzahl des Servomotors proportionalen Kompensationsbetrags kompensiert wird, um eine Verzögerung bei der Erfassung durch den ersten Stellungsdetektor (110) zu kompensieren, und bei dem beim Berechnen des zweiten Stellungsfehlers (E2) der zweite Stellungsfehler (E2) durch Anlegen eines zur Geschwindigkeit der angetriebenen Last proportionalen Kompensationsbetrags kompensiert wird, um eine Verzögerung bei der Erfassung durch den zweiten Stellungsdetektor (112) zu kompensieren.