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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer Spindel einer Werkzeugmaschine, die durch einen Induktionsmotor über einen Riemen durch Steuern der Drehgeschwindigkeit (Drehzahl) des Induktionsmotors angetrieben wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerungseinrichtung einer Spindel, die dazu ausgebildet ist, dass sie in der Lage ist, die Spindel mit einem Kodierer zu steuern, der an der Spindel zum Ermitteln der Position der Spindel angebracht ist, und ohne dass eine Geschwindigkeitserfassungseinrichtung am Induktionsmotor angebracht ist.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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15 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Spindel darstellt, bei der ein Induktionsmotor angewendet wird, der keinen daran angebrachten Geschwindigkeitsermittlungssensor aufweist, auch sensorloser Induktionsmotor genannt.
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Ein sensorloser Induktionsmotor 2 überträgt seine Antriebskraft an eine Spindel 6 einer Drehbank oder dergleichen über einen Untersetzungsmechanismus 4, der einen Riemen umfasst. Ein Kodierer 8, der einen Rückkoppelimpuls Pfb zum Ermitteln der Drehposition der Spindel 6 ausgibt, ist an der Spindel 6 angebracht. Der Rückkoppelimpuls Pfb, der von dem an der Spindel 6 angebrachten Kodierer 8 ausgegeben wird, wird zum Steuern der Drehposition der Spindel 6 verwendet, um eine Funktion zu erreichen, beispielsweise eine Funktion zum Anhalten der Spindel an einer festgelegten Position.
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In einer Subtraktionseinrichtung 10 wird die Geschwindigkeit des sensorlosen Induktionsmotors 2, die durch eine Geschwindigkeitsschätzeinrichtung 15 geschätzt wird, von einer Geschwindigkeitsanweisung Vcmd subtrahiert, die von einer Host-Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) ausgegeben wird, um die Geschwindigkeitsabweichung zu bestimmen. Eine Geschwindigkeitssteuerungseinheit 11 führt eine PI-Regelung (Proportional-Plus-Integral-Regelung) hinsichtlich der Geschwindigkeitsabweichung durch, um eine Drehmomentstromanweisung zu ermitteln. Eine Stromsteuerungseinheit 12 ermittelt eine Spannungsanweisung unter Verwendung der ermittelten Drehmomentstromanweisung und einem Ist-Strom Ire, der durch den Induktionsmotor 2 fließt, der durch eine Stromdetektionseinrichtung 14 detektiert wird, und gibt die ermittelte Spannungsanweisung an einen Leistungsverstärker 13 aus, der einen Wechselrichter umfasst. Die Geschwindigkeitsschätzeinrichtung 15 schätzt die Drehgeschwindigkeit des Induktionsmotors 2 unter Verwendung des Ist-Stroms Ire, der durch den Induktionsmotor 2 fließt, der durch die Stromermittlungseinrichtung 14 ermittelt wird, um eine geschätzte Geschwindigkeit Vest zu ermitteln.
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16 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Spindel darstellt, bei der der sensorlose Induktionsmotor angewendet wird und bei der ein Rückkoppelimpuls von dem Kodierer auch zur Motorgeschwindigkeitssteuerung verwendet wird.
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Der Rückkoppelimpuls Pfb, der von dem Kodierer 8 ausgegeben wird, wird nicht nur zur Steuerung der Drehposition der Spindel 6 sondern auch zum Berechnen der geschätzten Geschwindigkeit in der Geschwindigkeitsschätzeinrichtung 15 verwendet.
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17 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Spindel darstellt, bei der der sensorlose Induktionsmotor angewendet wird, und bei der der Rückkoppelimpuls des Kodierers auch zur Stromsteuerung verwendet wird.
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Der von dem Kodierer 8 ausgegebene Rückkoppelimpuls wird nicht nur für die Steuerung der Drehstellung der Spindel 6, sondern auch für die Berechnung der Spannungsanweisung in der Stromsteuerungseinheit 12 verwendet.
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Bei der Motorsteuerung eines allgemeinen sensorlosen Induktionsmotors 2, wie er zuvor unter Bezugnahme auf 15 bis 17 beschrieben wurde, wird die Geschwindigkeit des Motors durch eine geschätzte Berechnung ermittelt, die in Software auf Grundlage des Ist-Stroms Ire durchgeführt wird, der durch den Induktionsmotor 2 fließt, und die Berechnung der Drehmomentanweisung und die Ermittlung der Stromphasen, die an jede Wicklung des Motors anzulegen sind, werden auf Grundlage dieser geschätzten Geschwindigkeit Vest durchgeführt.
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Wenn dieser sensorlose Motor bei einer Spindel einer Drehbank als eine Werkzeugmaschine angewendet wird, wird der Kodierer
8 zum Ermitteln der Drehstellung der Spindel auf der Spindel angebracht. Diesbezüglich offenbart die offengelegte
japanische Patentanmeldung 2002-51 594 eine Technik zum Erreichen einer höheren Steuerbarkeit für eine einfache sensorlose Steuerung durch Ersetzen des Rückkopplungsimpulses Pfb des Kodierers
8 für die Motorgeschwindigkeitsrückkopplung oder durch Verwendung des Rückkopplungsimpulses Pfb der Codiereinrichtung
8 zum Korrigieren der geschätzten Geschwindigkeit Vest des Induktionsmotors
2 zum Korrigieren einer Anregungsfrequenzanweisung oder zum Verarbeiten, beispielsweise Klemmen.
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Im Allgemeinen treibt eine Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Drehbank, ihre Spindel mittels des Induktionsmotors 2 über einen Untersetzungsmechanismus an, der einen Riemen zwischen dem Induktionsmotor 2 und der Spindel umfasst, und wobei ein Schlupf des Riemens auftreten kann, wenn plötzliche und hohe Schneidkräfte wirken. Da die Position der Spindel durch den Kodierer 8 ermittelt wird, der an der Spindel angebracht ist, beeinträchtigt der Schlupf, falls einer vorhanden sein sollte, nicht die Genauigkeit der Positionierung der Spindel.
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Wenn jedoch die Geschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des an der Spindel angebrachten Kodierers zur Motorgeschwindigkeitssteuerung (siehe 16) oder zur Stromsteuerung (17) verwendet wird, kann die Drehmomentanweisung plötzlich geändert werden, wodurch ein großer Stoß erzeugt wird und verhindert wird, dass die Stromphasensteuerung korrekt durchgeführt wird, was einen Alarm für eine Warnung hinsichtlich eines Überstroms (siehe 19) aktiviert. Dies tritt auf, weil die Motorgeschwindigkeit, die von der Kodierergeschwindigkeit umgewandelt wird, sich im Fall eines Schlupfes plötzlich ändert, wie in 18A und 18B gezeigt ist.
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Aus dem Dokument
JP 2007 105 809 A ist ein Verfahren zur Schlupfermittlung eines Hauptspindelantriebsriemens einer Werkzeugmaschine bekannt. Hierbei werden ein Positionsfehler der Hauptspindel und Geschwindigkeitsvorgaben an den Spindelantriebsmotor überwacht, um das Auftreten eines Schlupfes zu ermitteln.
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Kurzer Abriss der Erfindung
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Angesichts des zuvor beschriebenen Nachteils des Standes der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungseinrichtung einer Spindel bereitzustellen, die mit einem Kodierer zum Ermitteln der Position der Spindel versehen ist, wobei die Spindel über einen Riemen mittels eines Induktionsmotors angetrieben ist, der keine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung aufweist, wobei ein Schlupf des Riemens ermittelt wird, und dann, wenn ein Schlupf des Riemens auftritt, die Verwendung einer geschätzten Geschwindigkeit des Motors, die auf Grundlage von Signalen von dem Kodierer erhalten werden, temporär angehalten wird, um eine Vibration und das Erzeugen eines Überstroms zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer Spindel gerichtet, die über einen Riemen mit einem Induktionsmotor verbunden ist, indem die Drehgeschwindigkeit des Induktionsmotors gesteuert wird wobei die Spindel einen daran angebrachten Kodierer zum Ermitteln der Position der Spindel aufweist. Die Steuerungseinrichtung umfasst eine Spindelgeschwindigkeitsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Spindelgeschwindigkeit aus der Anzahl von Rückkoppelimpulsen des Kodierers innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes; eine erste Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit zum Erhalten einer ersten geschätzten Motorgeschwindigkeit des Induktionsmotors aus der Spindelgeschwindigkeit, die durch die Spindelgeschwindigkeitsermittlungseinheit ermittelt wird, und einem Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Induktionsmotor; eine Motorgeschwindigkeitsteuerungseinheit zum Steuern des Induktionsmotors auf Grundlage einer Geschwindigkeitsanweisung, die dem Induktionsmotor übergeben wird, und der ersten geschätzten Motorgeschwindigkeit, die von der ersten Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit erhalten wird; eine zweite Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit zum Berechnen einer zweiten geschätzten Motorgeschwindigkeit aus der Geschwindigkeitsanweisung des Induktionsmotors und eines Motorstroms, der durch den Induktionsmotor fließt; eine Schlupfermittlungseinheit zum Ermitteln des Auftretens eines Schlupfes des Riemens, wenn die Differenz zwischen der ersten geschätzten Motorgeschwindigkeit und der zweiten geschätzten Motorgeschwindigkeit einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet; und einer Schalteinheit zum Steuern der Eingabe der ersten geschätzten Motorgeschwindigkeit in die Motorgeschwindigkeitsteuerungseinheit auf Grundlage eines Ergebnisses der Riemenschlupfermittlung von der Schlupfermittlungseinheit, wobei die Schalteinheit so gesteuert wird, dass die erste geschätzte Motorgeschwindigkeit nicht für die Steuerung des Induktionsmotors verwendet wird, wenn ein Schlupf des Riemens durch die Schlupfermittlungseinheit ermittelt wird, jedoch die zweite geschätzte Motorgeschwindigkeit für die Geschwindigkeitssteuerung verwendet wird.
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Die Schlupfermittlungseinheit der Steuerungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, das Auftreten eines Schlupfes des Riemens zu ermitteln, wenn die Änderung der Differenz zwischen der ersten geschätzten Motorgeschwindigkeit und der zweiten geschätzten Motorgeschwindigkeit einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die Schlupfermittlungseinheit der Steuerungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, das Auftreten eines Schlupfes des Riemens zu ermitteln, wenn das Verhältnis zwischen der zweiten geschätzten Motorgeschwindigkeit und der ersten Motorgeschwindigkeit einen dritten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die Schlupfermittlungseinheit kann eine Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden aufweisen, ob ein Schlupf innerhalb eines vergangenen vorbestimmten Zeitraumes aufgetreten ist oder nicht, um die Schalteinheit so zu steuern, dass die erste geschätzte Motorgeschwindigkeit nicht für die Steuerung des Induktionsmotors verwendet wird, wenn die Entscheidungseinrichtung entscheidet, dass ein Schlupf innerhalb des vergangenen vorbestimmten Zeitraumes aufgetreten ist, selbst wenn die Schlupfermittlungseinheit nicht das Auftreten eines Schlupfes ermittelt hat.
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Die vorliegende Erfindung kann eine Steuerungseinrichtung einer Spindel bereitstellen, die mit einem Kodierer zum Ermitteln der Position der Spindel versehen ist, wobei die Spindel über einen Riemen mittels eines Induktionsmotors angetrieben wird, der keine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung aufweist, wobei der Schlupf des Riemens ermittelt wird, und dann, wenn der Schlupf des Riemens auftritt, eine Verwendung einer geschätzten Geschwindigkeit des Motors, die auf Grundlage der Signale von dem Kodierer erhalten wird, temporär angehalten wird, um eine Vibration und das Entstehen eines Überstroms zu vermeiden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die zuvor erwähnten und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
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1 eine Zeichnung ist, die eine Ausführungsform einer Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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2 ein Flussdiagramm ist, das einen Algorithmus einer Steuerung durch die Steuerungseinrichtung darstellt, die in 1 dargestellt ist;
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3 eine Zeichnung ist, die eine weitere Ausführungsform einer Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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4 ein Flussdiagramm ist, das einen Algorithmus zum Steuern durch die in 3 dargestellte Steuerungseinrichtung darstellt;
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5 eine Zeichnung ist, die eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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6 ein Flussdiagramm ist, das einen Algorithmus zum Steuern durch die in 5 dargestellte Steuerungseinrichtung darstellt;
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7 eine Zeichnung ist, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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8 ein Flussdiagramm ist, das einen Algorithmus zum Steuern durch die in 7 dargestellte Steuerungseinrichtung darstellt;
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9 eine Zeichnung ist, die eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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10 ein Flussdiagramm ist, das einen Algorithmus zum Steuern durch die in 9 dargestellten Steuerungseinrichtung darstellt;
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11 eine Zeichnung ist, die eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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12 eine Zeichnung ist, die die vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel darstellt;
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13 ein Flussdiagramm ist, das einen Algorithmus zum Steuern durch die in 11 und 12 dargestellte Steuerungseinrichtung darstellt;
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14 eine Zeichnung ist, die einen Motorstrom eines Induktionsmotors darstellt, der durch die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung gesteuert und angetrieben wird;
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15 ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine Spindel gemäß Stand der Technik darstellt, bei der ein Induktionsmotor angewendet wird, der keinen daran angebrachten Geschwindigkeitsermittlungssensor aufweist (sensorlose Ausbildung);
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16 ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine Spindel gemäß Stand der Technik darstellt, bei der der sensorlose Induktionsmotor angewendet wird und für die ein Rückkopplungsimpuls von einem Kodierer auch für die Motorgeschwindigkeitssteuerung verwendet wird;
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17 ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine Spindel gemäß Stand der Technik darstellt, bei der der sensorlose Induktionsmotor angewendet wird und für den der Rückkoppelimpuls von einem Kodierer auch zur Stromsteuerung verwendet wird;
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18A und 18B Zeichnungen sind, die das Verhalten der Motorgeschwindigkeit darstellen, die von einer Kodierergeschwindigkeit und einer Motorgeschwindigkeit konvertiert werden, wenn der Schlupf auftritt; und
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19 eine Zeichnung ist, die darstellt ist, dass eine plötzliche Änderung einer Drehmomentanweisung verursacht, dass der Motorstrom übermäßig wird.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Eine Ausführungsform einer Steuerungseinrichtung einer Spindel wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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Ein Induktionsmotor 2 bzw. ein Drehstrommotor 2 ist ein Induktionsmotor, der mit keinem Geschwindigkeitsermittlungssensor versehen ist, d. h. ein sensorloser Induktionsmotor. Die Antriebskraft des Induktionsmotors 2 wird auf eine Spindel 6 einer Drehbank oder dergleichen über einen Untersetzungsmechanismus 4 übertragen, der einen Riemen 5 und Zahnräder (nicht gezeigt) aufweist. Ein Kodierer (Encoder) 8, die einen Rückkoppelimpuls Pfb zum Ermitteln der Drehstellung der Spindel ausgibt, ist an der Spindel 6 angebracht. Der Rückkoppelimpuls Pfb, der von dem Kodierer 8 ausgegeben wird, wird zur Steuerung der Drehstellung der Spindel verwendet, um eine Funktion, beispielsweise eine Funktion zum Halten der Spindel an einer festen Position, zu erreichen.
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Eine Geschwindigkeitssteuerungseinheit 11 führt eine PI-Regelung (Proportional-Plus-Integral-Regelung) unter Verwendung einer Geschwindigkeitsanweisung (Vcmd), die von einer Host-Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) ausgegeben wird, und einer geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des sensorlosen Induktionsmotors 2 durch, die durch eine Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 geschätzt wird, um eine Drehmomentstromanweisung zu ermitteln. Eine Stromsteuerungseinheit 12 ermittelt eine Spannungsanweisung, indem die ermittelte Drehmomentstromanweisung und ein Ist-Strom Ire verwendet werden, der durch den Induktionsmotor 2 fließt und der durch eine Stromermittlungseinrichtung 14 ermittelt wird, und gibt die ermittelte Spannungsanweisung an einen Leistungsverstärker 13 bzw. Stromverstärker 13 aus.
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Eine Spindelgeschwindigkeitserfassungseinheit 20 erfasst die Drehgeschwindigkeit (Spindelgeschwindigkeit) der Spindel 6, indem der Rückkopplungsimpuls Pfb von dem Kodierer 8 verwendet wird. Insbesondere kann die Spindelgeschwindigkeit der Spindel 6 durch Zählen der Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit berechnet werden.
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Die Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 ermittelt die Geschwindigkeit des Induktionsmotors 2 aus der Spindelgeschwindigkeit, die durch die Spindelgeschwindigkeitsermittlungseinheit 20 ermittelt wird. Da vom Induktionsmotor 2 zur Spindel 6 Leistung über den Untersetzungsmechanismus 4 übertragen wird, der den Riemen 5 umfasst, kann die Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 die geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors 2 ermitteln, indem das Untersetzungsverhältnis zusätzlich zur Spindelgeschwindigkeit berücksichtigt wird, das durch die Spindelgeschwindigkeitsermittlungseinheit ermittelt wurde.
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Eine Schlupfermittlungseinheit 22A dieser Ausführungsform (erste Schlupfermittlungseinheit) entscheidet über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes indem entschieden wird, ob die geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors 2, die durch die erste Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 geschätzt wird, größer als ein vorbestimmter Wert (Schwellenwert) ist oder nicht. Dann wird eine Schalteinheit 23 auf Grundlage des Ergebnisses der Entscheidung durch die erste Schlupfermittlungseinheit 22A gesteuert, um den Eingang der geschätzten Geschwindigkeit Vest1 der ersten Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 zur Geschwindigkeitssteuerungseinheit 11 ein- und auszuschalten.
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Ein Algorithmus für die Steuerung durch die Steuerungseinrichtung, der in 1 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 beschrieben. Die in diesem Flussdiagramm dargestellte Verarbeitung wird in jedem Steuerungszyklus durchgeführt. Der Algorithmus wird gemäß den entsprechenden Schritten wie folgt beschrieben.
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[Schritt SA1] Die Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) wird aufgenommen. Insbesondere wird die Spindelgeschwindigkeit durch Zählen der Anzahl von Rückkopplungsimpulsen pro Steuerungszyklus aufgenommen.
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[Schritt SA2] Die erste geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors wird von der Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) berechnet, die im Schritt SA1 unter Verwendung der folgenden Formel aufgenommen wird:
Erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors = Kodierergeschwindigkeit × (Untersetzungsverhältnis zwischen Spindel und Motor)
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Motor in der Formel wird in der Steuerungseinrichtung als Parameter vorab gespeichert.
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[Schritt SA3] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die in Schritt SA2 berechnet wird, wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen (Schwellenwert).
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[Schritt SA4] Als Folge des Vergleichs im Schritt SA3 wird beispielsweise, wenn die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 nicht gleich dem Schwellenwert ist oder sich unter diesem befindet, entschieden, dass der Riemen keinen Schlupf aufweist, und der Algorithmus geht zum Schritt SA5. Andererseits wird, wenn die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 gleich dem Schwellenwert ist oder sich unter diesem befindet, entschieden, dass der Riemen eine Schlupf aufweist und der Algorithmus geht zum Schritt SA6.
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[Schritt SA5] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SA2 berechnet wird, wird zur Steuerung verwendet und die Verarbeitung des aktuellen Steuerungszyklus ist abgeschlossen.
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[Schritt SA6] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SA2 berechnet wird, wird nicht für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus wird abgeschlossen.
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Eine weitere Ausführungsform der Steuerungseinrichtung einer Spindel wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Eine Schlupfermittlungseinheit 23B dieser Ausführungsform (zweite Schlupfermittlungseinheit) entscheidet über das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes durch Entscheiden, ob der absolute Wert der Änderung der geschätzten Geschwindigkeit Vest des Induktionsmotors 2, die durch die erste Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 geschätzt wird, größer als ein vorbestimmter Wert (Schwellenwert) ist oder nicht. Die Schalteinheit 23 wird auf Grundlage des Ergebnisses der Entscheidung durch die zweite Schlupfermittlungseinheit 22B gesteuert, um die Eingabe der geschätzten Geschwindigkeit Vest1 in die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 11 ein- und auszuschalten.
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Ein Algorithmus zum Steuern der in 3 gezeigten Steuerungseinrichtung wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 4 beschrieben. Die in diesem Flussdiagramm dargestellte Verarbeitung wird in jedem Steuerungszyklus durchgeführt. Der Algorithmus wird gemäß den entsprechenden Schritten wie folgt beschrieben.
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[Schritt SB1] Die Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) wird aufgenommen. Insbesondere wird die Spindelgeschwindigkeit durch Zählen der Anzahl von Rückkoppelimpulsen pro Steuerungszyklus aufgenommen.
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[Schritt SB2] Die erste geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors wird aus der Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel), die im Schritt SB1 aufgenommen wurde, unter Verwendung der folgenden Formel rechnet:
Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors = Kodierergeschwindigkeit × (Untersetzungsverhältnis zwischen Spindel und Motor)
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Motor in der Formel wird in der Steuerungseinrichtung als ein Parameter vorab gespeichert.
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[Schritt SB3] Der Absolutwert der Änderung der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SB2 berechnet wird, wird mit einem vorbestimmten Wert (Schwellenwert) verglichen. Hier kann die Änderung der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 beispielsweise durch Bestimmen der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors in dem vorangegangenen Steuerungszyklus und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors in dem aktuellen Steuerungszyklus berechnet werden.
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[Schritt SB4] Als Folge des Vergleichs im Schritt SB3 wird, wenn der Absolutwert der Änderung der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 nicht größer als der Schwellenwert ist, wird entschieden, dass der Riemen keinen Schlupf aufwies, und der Algorithmus geht zum Schritt SB5 über. Andererseits wird, wenn der Absolutwert der Änderung der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 größer als der Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen einen Schlupf aufwies, und der Algorithmus geht zum Schritt SB6.
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[Schritt SB5] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SB2 berechnet wird, wird für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung des aktuellen Steuerungszyklus ist abgeschlossen.
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[Schritt SB6] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SB2 berechnet wird, wird nicht für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus wird abgeschlossen.
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In der Ausführungsform gemäß 1 und der Ausführungsform gemäß 3 erhalten die Schlupfermittlungseinheiten 22A, 22B die geschätzte Geschwindigkeit Vest1 von der Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21, um das Auftreten eines Schlupfes zu ermitteln. Stattdessen können jedoch die Schlupfermittlungseinheiten 22A, 22B die Spindelgeschwindigkeit (Kodierergeschwindigkeit), die von der Spindelgeschwindigkeitsermittlungseinheit 20 ausgegeben wird, erhalten, um das Auftreten eines Schlupfes zu ermitteln. In diesem Fall werden der Schwellenwert der Ausführungsform gemäß 1 und der der Ausführungsform gemäß 3 in einen Wert umgewandelt, der der Spindelgeschwindigkeit oder dem Absolutwert der Änderung der Spindelgeschwindigkeit für die Entscheidung für ein Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes entspricht.
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Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Diese Ausführungsform entspricht einer Steuerungseinrichtung, die durch Hinzufügen einer anderen Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 24 (zweite Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit) zur Ausführungsform gemäß 1 erhalten wird. Die zweite Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 24 schätzt die Geschwindigkeit des Induktionsmotors auf Grundlage des Ist-Stroms Ire, der durch den Induktionsmotor 2 fließt und der durch die Stromermittlungseinrichtung 14 ermittelt wird und gibt die geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors (zweite geschätzte Geschwindigkeit Vest2) zu einer Schlupfermittlungseinheit 22C (dritte Schlupfermittlungseinheit) und der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 11 aus.
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Die dritte Schlupfermittlungseinheit 22C entscheidet, ob ein Schlupf aufgetreten ist oder nicht, indem entschieden wird, ob der Absolutwert der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1, der durch die erste Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 erhalten wird, und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2, die durch die zweite Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 24 erhalten wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist (erster Schwellenwert).
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Ein Algorithmus zum Steuern durch die in 5 dargestellte Steuerungseinrichtung wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 6 beschrieben. Die in diesem Flussdiagramm dargestellte Verarbeitung wird in jedem Steuerungszyklus durchgeführt. Der Algorithmus wird gemäß den entsprechenden Schritten wie folgt beschrieben.
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[Schritt SC1] Die Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) wird aufgenommen. Insbesondere wird die Spindelgeschwindigkeit durch Zählen der Anzahl von Rückkoppelimpulsen pro Steuerungszyklus aufgenommen.
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[Schritt SC2] Die erste geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors wird aus der Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) berechnet, die im Schritt SC1 unter Verwendung der folgenden Formel aufgenommen wird:
Erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors = Kodierergeschwindigkeit × (Untersetzungsverhältnis zwischen Spindel und Motor)
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Motor in der Formel wird in der Steuerungseinrichtung als ein Parameter vorab gespeichert.
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[Schritt SC3] Die geschätzte Geschwindigkeit Vest2 (zweite geschätzte Geschwindigkeit) des Induktionsmotors wird auf Grundlage des Ist-Stroms Ire berechnet, der durch den Induktionsmotor fließt. Da das Verfahren zum Berechnen der geschätzten Geschwindigkeit des Induktionsmotors, das auf dem Ist-Strom Ire beruht, herkömmlicherweise bekannt ist, wird dessen detaillierte Beschreibung hierin nicht bereitgestellt.
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[Schritt SC4] Der Absolutwert der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die in Schritt SC2 berechnet wird, und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 des Induktionsmotors, die im Schritt SC3 berechnet wird, wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen (erster Schwellenwert).
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[Schritt SC5] Als ein Ergebnis des Vergleichs im Schritt SC4, wird, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 nicht größer als der erste Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen keinen Schlupf aufwies, und der Algorithmus geht zum Schritt SC6. Andererseits wird, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 größer als der erste Schwellenwert ist, entschieden, dass der Gurt einen Schlupf aufwies und der Algorithmus geht zum Schritt SC7.
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[Schritt SC6] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SC2 berechnet wird, wird für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung des aktuellen Steuerungszyklus wird abgeschlossen.
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[Schritt SC7] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SC2 berechnet wird, wird nicht für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung des aktuellen Steuerungszyklus wird geschlossen.
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Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform (5) dahingehend, dass eine Schlupfermittlungseinheit 22D (vierte Schlupfermittlungseinheit) über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes entscheidet, indem entschieden wird, ob die Änderung der Differenz zwischen den geschätzten Geschwindigkeiten größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht.
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Ein Algorithmus der Steuerung durch die Steuerungseinrichtung, die in 7 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 8 beschrieben. Die Verarbeitung, die in diesem Flussdiagramm dargestellt ist, wird in jedem Steuerungszyklus durchgeführt. Der Algorithmus wird gemäß den entsprechenden Schritten wie folgt beschrieben.
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[Schritt SD1] Die Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) wird aufgenommen. Insbesondere wird die Spindelgeschwindigkeit durch Zählen der Anzahl von Rückkoppelimpulsen pro Steuerungszyklus aufgenommen.
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[Schritt SD2] Die erste geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors wird aus der Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel), die im Schritt SD1 aufgenommen wurde, durch Verwendung der folgenden Formel berechnet:
Erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors = Kodierergeschwindigkeit × Untersetzungsverhältnis zwischen Spindel und Motor)
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Motor in der Formel wird in der Steuerungseinrichtung als ein Parameter vorab gespeichert.
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[Schritt SD3] Die geschätzte Geschwindigkeit Vest2 (zweite geschätzte Geschwindigkeit) des Induktionsmotors wird auf Grundlage des Ist-Stroms Ire, der durch den Induktionsmotor fließt, berechnet. Da das Verfahren zum Berechnen der geschätzten Geschwindigkeit des Induktionsmotors, das auf dem Ist-Strom Ire beruht, herkömmlicherweise bekannt ist, wird dessen detaillierte Beschreibung nicht hierin bereitgestellt.
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[Schritt SD4] Die Änderung der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SD2 berechnet wird, und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 des Induktionsmotors, die im Schritt SD3 berechnet wird, (Differenz zwischen den geschätzten Geschwindigkeiten) wird berechnet, und der Absolutwert der berechneten Änderung der Differenz zwischen den geschätzten Geschwindigkeiten wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen (zweiter Schwellenwert). Hier kann die Änderung der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 (Änderung der Differenz zwischen den geschätzten Geschwindigkeiten) beispielsweise aus der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2, die im vorangegangenen Steuerungszyklus ermittelt wurde, und der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2, die im aktuellen Steuerungszyklus ermittelt wurde, berechnet werden.
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[Schritt SD5] Als Folge des Vergleichs im Schritt SD4 wird, wenn der Absolutwert der Änderung der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 nicht größer als der zweite Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen keinen Schlupf aufwies, und der Algorithmus geht zum Schritt SD6. Andererseits wird, wenn der Absolutwert der Änderung der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 größer als der zweite Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen einen Schlupf aufwies und der Algorithmus geht zum Schritt SD7.
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[Schritt SD6] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SD2 berechnet wurde, wird zur Steuerung verwendet, und die Verarbeitung des aktuellen Steuerungszyklus wird abgeschlossen.
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[Schritt SD7] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SD2 berechnet wird, wird nicht für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus wird geändert.
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Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Schlupfermittlungseinheit 22C (dritte Schlupfermittlungseinheit), die in 5 (erste erfindungsgemäße Ausführungsform) dargestellt ist, durch eine Schlupfermittlungseinheit 22E (fünfte Schlupfermittlungseinheit) ersetzt, die in 9 dargestellt ist, um über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes zu entscheiden, indem entschieden wird, ob das Verhältnis zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1, das durch die erste Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 erhalten wird, und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2, die durch die zweite Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 24 erhalten wird, d. h. das Verhältnis zwischen den geschätzten Geschwindigkeiten, größer als ein vorbestimmter Wert (dritter Schwellenwert) ist.
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Ein Algorithmus zum Steuern der in 9 dargestellten Steuerungseinrichtung wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 10 beschrieben. Die in diesem Flussdiagramm dargestellte Verarbeitung wird in jedem Steuerungszyklus durchgeführt. Der Algorithmus wird gemäß den entsprechenden Schritten wie folgt beschrieben.
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[Schritt SE1] Die Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) wird aufgenommen. Insbesondere wird die Spindelgeschwindigkeit durch Zählen der Anzahl von Rückkoppelimpulsen pro Steuerungszyklus aufgenommen.
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[Schritt SE2] Die erste geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors wird aus der Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) berechnet, die im Schritt SE1 unter Verwendung der folgenden Formel aufgenommen wird:
Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors = Kodierergeschwindigkeit × (Untersetzungsverhältnis zwischen Spindel und Motor)
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Motor in der Formel wird in der Steuerungseinrichtung als ein Parameter im Voraus gespeichert.
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[Schritt SE3] Die geschätzte Geschwindigkeit Vest2 (zweite geschätzte Geschwindigkeit) des Induktionsmotors wird auf Grundlage des Ist-Stroms Ire, der durch den Induktionsmotor fließt, berechnet. Da das Verfahren zum Berechnen der geschätzten Geschwindigkeit des Induktionsmotors, das auf dem Ist-Strom Ire beruht, herkömmlicherweise bekannt ist, wird dessen detaillierte Beschreibung hierin nicht bereitgestelllt.
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[Schritt SE4] Das Verhältnis zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 des Induktionsmotors, die im Schritt SE3 berechnet wird, und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SE2 berechnet wird, (Vest2/Vest1) wird mit einem vorbestimmten Wert (dritter Schwellenwert) verglichen.
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[Schritt SE5] In Folge des Vergleichs im Schritt SE4 wird, wenn das Verhältnis zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 (Vest2/Vest1) nicht größer als der dritte Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen keinen Schlupf aufweist, und der Algorithmus geht zum Schritt SE6. Wenn andererseits das Verhältnis zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 (Vest2/Vest1) größer als der dritte Schwellenwert ist, wird entschieden, dass der Riemen einen Schlupf aufweist und der Algorithmus geht zum Schritt SE7.
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[Schritt SE6] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SE2 berechnet wird, wird für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus abgeschlossen.
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[Schritt SE7] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SE2 berechnet wird, wird nicht für die Steuerung verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus wird abgeschlossen.
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Eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung einer Spindel wird unter Bezugnahme auf 11 bis 12 beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Schlupfermittlungseinheit 22C (dritte Schlupfermittlungseinheit), die in 5 dargestellt ist (erste erfindungsgemäße Ausführungsform) durch eine Schlupfermittlungseinheit 22F (sechste Schlupfermittlungseinheit), die in 11 und 12 gezeigt ist, ersetzt, um die Schalteinheit 23 so zu steuern, dass die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 von der ersten Motorgeschwindigkeitsschätzeinheit 21 in die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 11 eingegeben wird, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, nachdem ermittelt wird, dass der Riemen 5 keinen Schlupf aufweist.
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Ein Algorithmus zum Steuern durch die Steuerungseinrichtung, der in 11 und 12 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 13 beschrieben. Die in diesem Flussdiagramm dargestellte Verarbeitung wird in jedem Steuerungszyklus durchgeführt. Der Algorithmus wird gemäß den entsprechenden Schritten wie folgt beschrieben.
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[Schritt SF1] Die Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) wird aufgenommen. Insbesondere wird die Spindelgeschwindigkeit durch Zählen der Anzahl von Rückkoppelimpulsen pro Steuerungszyklus aufgenommen.
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[Schritt SF2] Die erste geschätzte Geschwindigkeit des Induktionsmotors wird aus der Geschwindigkeit des Kodierers (der Spindel) die im Schritt SF1 aufgenommen wird, berechnet, indem die folgende Formel verwendet wird:
Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors = Kodierergeschwindigkeit × (Untersetzungsverhältnis zwischen Spindel und Motor)
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Das Untersetzungsverhältnis zwischen der Spindel und dem Motor in der Formel wird in der Steuerungseinrichtung als ein Parameter vorab gespeichert.
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[Schritt SF3] Die geschätzte Geschwindigkeit Vest2 (zweite geschätzte Geschwindigkeit) des Induktionsmotors wird auf Grundlage des Ist-Stroms Ire, der durch den Induktionsmotor fließt, berechnet. Da das Verfahren zum Berechnen der geschätzten Geschwindigkeit des Induktionsmotors, das auf dem Ist-Strom Ire beruht, herkömmlicherweise bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon nicht bereitgestellt.
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[Schritt SF4] Der Absolutwert der Differenz zwischen der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SF2 berechnet wird, und der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 des Induktionsmotors, die im Schritt SF3 berechnet wird, wird mit einem vorbestimmten Wert (dritten Schwellenwert) verglichen.
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[Schritt SF5] Als ein Ergebnis des Vergleichs im Schritt SF4 wird, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 nicht größer als der dritte Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen keinen Schlupf aufwies, und der Algorithmus geht zum Schritt SF6. Andererseits wird, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der zweiten geschätzten Geschwindigkeit Vest2 und der ersten geschätzten Geschwindigkeit Vest1 größer als der dritte Schwellenwert ist, entschieden, dass der Riemen einen Schlupf aufweist und der Algorithmus geht zum Schritt SF8.
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[Schritt SF6] Es wird entschieden, ob ein Schlupf in einer vergangenen vorbestimmten Zeitspanne (n Sekunden) aufgetreten ist oder nicht, und, wenn entschieden wird, dass kein Schlupf aufgetreten ist, geht der Algorithmus zum Schritt SF7. Falls andererseits entschieden wird, dass ein Schlupf aufgetreten ist, geht der Algorithmus zum Schritt SF8. Die Entscheidung im Schritt SF6, ob ein Schlupf in den vergangenen n Sekunden aufgetreten ist oder nicht, kann unter Verwendung einer Zeitgeberfunktion durchgeführt werden.
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[Schritt SF7] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die im Schritt SF2 berechnet wird, wird für die Steuerung (siehe 12) verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus ist abgeschlossen.
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[Schritt SF8] Die erste geschätzte Geschwindigkeit Vest1 des Induktionsmotors, die in Schritt SF2 berechnet wird, wird nicht für die Steuerung (siehe 11) verwendet und die Verarbeitung im aktuellen Steuerungszyklus wird abgeschlossen.
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Hier ist das Verfahren zum Entscheiden über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes im Schritt SF5 im Flussdiagramm von 13 das gleiche wie das Verfahren hinsichtlich der Entscheidung über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes im Schritt SC5 im Flussdiagramm von 6 (dritte Ausführungsform), aber es kann ein beliebiges Verfahren der Verfahren zum Entscheiden über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Schlupfes in den anderen Ausführungsformen angewendet werden.
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14 ist eine Zeichnung, die einen Motorstrom eines Induktionsmotors darstellt, der durch die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung angetrieben wird. Erfindungsgemäß wird, wie in 14 dargestellt ist, keine signifikante Änderung der Geschwindigkeitsrückkopplung vorhanden sein, die für die Geschwindigkeitssteuerung zu verwenden ist, wenn der Riemen 5 einen Schlupf aufweist, und folglich ist es möglich, ein Phänomen zu vermeiden, bei dem der Motorstrom (Ist-Strom Ire) übermäßig wird, was bei herkömmlichen Verfahren aufgetreten ist. Es ist dadurch möglich, das Auftreten eines nicht normalen Stroms bei der aktuellen Steuerungseinheit 12, das Auftreten eines mechanischen Schlags durch ein nicht kontinuierliches Motorabgabedrehmoment und eine fehlerhafte Bearbeitung zu vermeiden.
