DE102013019946A1

DE102013019946A1 - Servosteuersystem mit Positionskompensationsfunktion für ein angetriebenes Element

Info

Publication number: DE102013019946A1
Application number: DE102013019946.8A
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Iwashita; Kenichi Takayama; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-06-05
Also published as: US10247301B2; JP2014109785A; CN103853099B; US20140156080A1; JP5739400B2; CN103853099A

Abstract

Ein Servosteuersystem umfasst einen Servomotor, ein angetriebenes Element, das angetrieben wird, einen Kupplungsmechanismus, der mit dem Servomotor und dem angetriebenen Element gekoppelt ist, und einen Motorsteuerabschnitt, der den Servomotor steuert. Der Motorsteuerabschnitt umfasst einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt, der einen Positionsbefehlswert des angetriebenen Elements erzeugt, einen Kraftschätzabschnitt, der die Antriebskraft schätzt, die auf das angetriebene Element wirkt, einen Kompensationsabschnitt, der den Positionsbefehlswert auf der Grundlage der Antriebskraft kompensiert, die durch den Kraftschätzabschnitt geschätzt ist, und einen Steuersignalausgabeabschnitt, der ein Steuersignal zu dem Servomotor auf der Grundlage eines Positionsbefehlswerts ausgibt, der durch den Kompensationsabschnitt kompensiert ist.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servosteuersystem mit einer Funktion zur Kompensation der Position eines angetriebenen Elements, das durch die Energie eines Servomotors angetrieben wird.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Aus der Vergangenheit ist ein Servosteuersystem bekannt, das einen Positionsbefehlswert eines Servomotors kompensiert, der gemäß dem Positionsbefehlswert betrieben wird, um die Positionsgenauigkeit eines angetriebenen Elements zu erhöhen, das durch den Servomotor angetrieben wird. Zum Beispiel multipliziert das System, das in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 3621278 ( JP3621278B ) beschrieben ist, den Drehmomentbefehlswert, der dem Drehmoment entspricht, das der Servomotor erzeugt, d. h. den Gesamtdrehmomentbefehlswert, mit einer vorbestimmten Konstanten, und addiert dieses multiplizierte Signal mit dem Positionsbefehlswert, um den Positionsbefehlswert zu kompensieren. Der Gesamtdrehmomentbefehlswert wird durch Addieren des Rückkopplungsdrehmomentbefehlswerts und des Vorwärtsregeldrehmomentbefehlswerts bestimmt.
Das in JP3621278B beschriebene System multipliziert das Drehmoment des Servomotors (Gesamtdrehmomentbefehlswert) mit der Konstante, um den Positionsbefehlswert zu kompensieren und zieht nicht die Störung zwischen dem Servomotor und dem angetriebenen Element (Reibkraft usw.) in Betracht. Deshalb ist es schwierig, den Positionsbefehlswert genau zu kompensieren, wenn sich die Störung in großem Maße ändert.
Kurzfassung der Erfindung
Ein Servosteuersystem einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst einen Servomotor, ein angetriebenes Element, das durch den Servomotor angetrieben wird, einen Kupplungsmechanismus, der mit dem Servomotor und dem angetriebenen Element gekoppelt ist, wobei der Kupplungsmechanismus den Servomotor als eine Energiequelle verwendet, um eine Antriebskraft zu erzeugen, die auf das angetriebene Element bei einem Kupplungsabschnitt des angetriebenen Elements und des Kupplungsmechanismus wirkt, und einen Motorsteuerabschnitt, der den Servomotor steuert. Der Motorsteuerabschnitt umfasst einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt, der einen Positionsbefehlswert des angetriebenen Elements erzeugt, einen Kraftschätzabschnitt, der die Antriebskraft schätzt, die auf das angetriebene Element bei dem Kupplungsabschnitt wirkt, einen Kompensationsabschnitt, der den Positionsbefehlswert, der durch den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist, auf der Grundlage der Antriebskraft kompensiert, die durch den Kraftschätzabschnitt geschätzt ist und einen Steuersignalausgabeabschnitt, der ein Steuersignal zu dem Servomotor auf der Grundlage eines Positionsbefehlswerts ausgibt, der durch den Kompensationsabschnitt kompensiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Aufgabe, das Merkmal und die Vorteile der Erfindung werden klarer aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Relation zu den beigefügten Zeichnungen werden. Es zeigen:
1 eine Ansicht, die den schematischen Aufbau eines Servosteuersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 eine Blockdarstellung, die den Aufbau eines Motorsteuerabschnitts zeigt, der einen Teil des Servosteuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausbildet;
3 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung zeigt, die durch den Motorsteuerabschnitt gemäß 2 durchgeführt wird;
4 eine Ansicht, die eine Modifikation gemäß 2 zeigt;
5 eine Blockdarstellung, die den Aufbau eines Motorsteuerabschnitts zeigt, der einen Teil des Servosteuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausbildet;
6 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung zeigt, das durch den Motorsteuerabschnitt gemäß 5 durchgeführt wird;
7 eine Blockdarstellung, die den prinzipiellen Aufbau eines Motorsteuerabschnitts zeigt, der einen Teil eines Servosteuersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausbildet;
8 eine Ansicht, die eine Modifikation gemäß 2 zeigt;
9A eine Ansicht, die eine Modifikation des Kupplungsmechanismus gemäß 1 zeigt; und
9B eine Ansicht, die eine Modifikation des Kupplungsmechanismus gemäß 1 zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird ein Servosteuersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben werden. 1 zeigt eine Ansicht, die den schematischen Aufbau eines Servosteuersystems 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In dem Ausführungsbeispiel wird der Fall des Anwendens des Servosteuersystems 100 bei einer Werkzeugmaschine beschrieben werden, zum Beispiel einer vertikalen maschinellen Bearbeitungsstation.
Wie in 1 gezeigt, weist das Servosteuersystem 100 einen Servomotor 1, einen Tisch 2, der durch den Servomotor 1 angetrieben wird, einen Kupplungsmechanismus 3, der an den Servomotor 1 und den Tisch 2 gekoppelt ist und den Servomotor 1 als eine Energiequelle verwendet, um eine Antriebskraft des Tisches zu erzeugen, und einen Motorsteuerabschnitt 10 auf, der den Servomotor 1 steuert. Der Tisch 2 kann sich entlang einer Führung 7 in der Pfeil-X-Richtung bewegen. Der Tisch 2 trägt ein Werkstück W. Gemäß einem maschinellen Bearbeitungsprogramm bewegt sich eine nicht gezeigte Spindel relativ zu dem Tisch 2, wodurch ein Werkzeug, das an das Frontende der Spindel angefügt ist, das Werkstück W maschinell bearbeitet. Der Tisch 2 weist eine Gewindemutter 6 auf, die integral an ihm befestigt ist. Nachstehend wird der Tisch 2 manchmal auch als die Gewindemutter 6 beinhaltend bezeichnet werden.
Ein Kupplungsmechanismus 3 weist eine Kupplung 4, die an ein Ende eines Rotors 1a des Servomotors 1 gekoppelt ist, und eine Kugelgewindespindel 5 auf, deren eines Ende an der Kupplung 4 befestigt ist. Die Gewindemutter 6 steht mit der Kugelgewindespindel 5 in Eingriff. Der Motorsteuerabschnitt 10 gibt ein Steuersignal zu dem Servomotor 1 gemäß einem Positionsbefehlswert aus, der eine X-Richtungsposition des Tisches 2 anweist und den Servomotor 1 (Rotor 1a) dreht. Wenn sich der Servomotor 1 dreht, dreht sich die Kugelgewindespindel 5 durch die Kupplung 4, und die Gewindemutter 6 bewegt sich entlang der Achsrichtung der Kugelgewindespindel 5 (X-Richtung). Das heißt, eine Drehbewegung des Servomotors 1 wird durch die Kugelgewindespindel 5 in eine lineare Bewegung umgewandelt. Aufgrund dessen bewegt sich der Tisch 2 in der X-Richtung, und wird die Position des Tisches 2 gesteuert.
Zu dem Zeitpunkt des Antreibens des Servomotors 1 wirkt die Antriebskraft auf den Kupplungsmechanismus 3 und den Tisch 2, und somit verformen sich dieser Kupplungsmechanismus 3 und der Tisch 2 elastisch. Da jedoch der Kupplungsmechanismus 3 in seiner Festigkeit geringer ausfällt verglichen mit dem Tisch 2, macht die elastische Verformung des Kupplungsmechanismus 3 den Großteil der gesamten elastischen Verformung aus. Falls sich der Kupplungsmechanismus 3 elastisch verformt, selbst wenn sich der Servomotor 1 gemäß dem Befehlswert dreht, tritt ein Fehler entsprechend dem Betrag an elastischer Verformung in der Position des Tisches 2 auf. Deshalb, damit dieser Fehler beseitigt wird, ist es erforderlich, den Positionsbefehlswert um den Betrag der elastischen Verformung des Kupplungsmechanismus 3 zu kompensieren. Der Betrag an elastischer Verformung des Kupplungsmechanismus 3 ist proportional zu der Antriebskraft, die auf den Tisch 2 bei dem Kupplungsabschnitt 2a des Tisches 2 (Gewindemutter 6) und des Kupplungsmechanismus 3 wirkt. Die Antriebskraft kann durch ein Antriebsdrehmoment ausgedrückt werden, das auf den Kupplungsabschnitt 2a wirkt (nachstehend als ”Tischantriebsdrehmoment T1” bezeichnet). In Anbetracht dieses Sachverhalts wird in dem Ausführungsbeispiel das Tischantriebsdrehmoment T1 wie nachstehend beschrieben geschätzt und wird der Positionsbefehlswert gemäß dem Tischantriebsdrehmoment T1 kompensiert.
In dieser Hinsicht, wenn der Servomotor 1 angesteuert wird, wirken Reibungskraft und andere Störungen (Störungsdrehmoment) auf den Rotor 1a, den Kupplungsmechanismus 3 und den Tisch 2. Dieses Stördrehmoment ändert sich gemäß den maschinellen Bearbeitungsbedingungen (relative Bewegungsgeschwindigkeit oder relative Position usw. des Werkstücks W). Deshalb zieht das Verfahren des Multiplizierens des Drehmoments, das der Servomotor 1 erzeugt (Motordrehmoment T), mit einer Konstanten, um den Positionsbefehlswert zu kompensieren, nicht das Stördrehmoment in Betracht. Wenn sich also das Stördrehmoment ändert, ist das Steigern der Positionsgenauigkeit des Tisches 2 schwierig. Im Gegensatz dazu kann das Verfahren des Kompensierens des Positionsbefehlswerts hinsichtlich des Tischantriebsdrehmoments T1 wie in dem Ausführungsbeispiel die Positionsgenauigkeit des Tisches 2 selbst dann steigern, wenn sich das Stördrehmoment ändert. Nachstehend wird dieser Punkt beschrieben werden.
Die Beziehung zwischen dem Tischantriebsdrehmoment T1 und dem Motordrehmoment T, wenn der Servomotor 1 angesteuert wird, wird durch die folgende Gleichung (I) dargestellt. T1 = T – T2 (I)
T2 der vorstehenden Gleichung (I) ist das Drehmoment (erforderliches Drehmoment), das zum Antreiben des Servomotors 1 (Rotor 1a) und des Kupplungsmechanismus 3 (Kupplung 4, Kugelgewindespindel 5) erforderlich ist. Wenn das erforderliche Drehmoment T2 von dem Motordrehmoment T subtrahiert wird, ergibt dies das Tischantriebsdrehmoment T1.
Das erforderliche Drehmoment T2, wie durch die nachstehende Gleichung (II) gezeigt, wird ermittelt durch Addieren des Drehmoments (Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta), das zur Beschleunigung und Abbremsung des Rotors 1a, der Kupplung 4 und der Kugelgewindespindel 5 erforderlich ist, und des Stördrehmoments Tb, das aufgrund der Reibung des Rotors 1a, der Kupplung 4 und der Kugelgewindespindel 5 usw. auftritt. T2 = Ta + Tb (II)
Aus den vorstehenden Gleichungen (I) und (II) wird das Tischantriebsdrehmoment T1 durch die nachstehende Gleichung (III) dargestellt. T1 = T – Ta – Tb (III)
Aus der vorstehenden Gleichung (III) weist das Tischantriebsdrehmoment T1 das Stördrehmoment Tb des Rotors 1a, der Kupplung 4 und der Kugelgewindespindel 5 als einen Parameter auf. Des Weiteren, wenn das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment, das zur Beschleunigung und Abbremsung des Tisches 2 erforderlich ist, als ”Tc” definiert wird und das Stördrehmoment, das aufgrund der Reibung des Tisches 2 usw. auftritt, als ”Td” definiert, wird das Tischantriebsdrehmoment T1 ebenso durch die nachstehende Gleichung (IV) dargestellt. T1 = Tc + Td (IV)
Aus der vorstehenden Gleichung (IV) weist das Tischantriebsdrehmoment T1 ebenso das Stördrehmoment Td des Tisches 2 als einen Parameter auf. Aufgrund des vorstehenden Sachverhalts wird es durch Bestimmen des Betrags an Kompensation des Positionsbefehlswerts hinsichtlich des Tischantriebsdrehmoments T1 möglich, die Position des Tisches 2 in Anbetracht der Stördrehmomente Tb und Td geeignet zu kompensieren.
2 zeigt eine Blockdarstellung, die den Aufbau des Motorsteuerabschnitts 10 zeigt. Der Motorsteuerabschnitt 10 ist einschließlich eines Verarbeitungssystems aufgebaut, das eine CPU, einen ROM, einen RAM und andere periphere Schaltungen usw. aufweist. Wie in 2 gezeigt, weist der Motorsteuerabschnitt 10 einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 11, einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12, einen Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13, einen Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14, einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 15, einen Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16, einen Kraftschätzabschnitt 17 und einen Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 auf.
Der Motorsteuerabschnitt 10 ist mit einem Drehmessgeber, der den Drehwinkel des Servomotors 1 (Winkelposition ω) erfasst, oder einem anderen Positionserfassungsabschnitt 31 und dem Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 verbunden, der die Drehgeschwindigkeit V des Servomotors erfasst. Der Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 weist eine Verarbeitungsfunktion auf, die eine Ableitung erster Ordnung bei der Winkelposition ω durchführt, die durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist, um die Drehgeschwindigkeit v zu erlangen. Es ist ebenso möglich, den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 durch einen Geschwindigkeitssensor aufzubauen, der direkt die Drehgeschwindigkeit v erfasst. Des Weiteren, wenn der Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 durch einen Geschwindigkeitssensor aufgebaut wird, oder direkt die Drehgeschwindigkeit V erfasst, kann der Positionserfassungsabschnitt 31 die Drehgeschwindigkeit v integrieren, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist, um die Winkelposition ω zu erlangen.
Der Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 11 erzeugt einen Positionsbefehlswert A0 des Tisches 2 auf der Grundlage eines vorbestimmten maschinellen Bearbeitungsprogramms. Dieser Positionsbefehlswert A0 wird durch den Addierer 21 kompensiert. Das heißt, der Addierer 21 addiert einen Positionskompensationsbetrag A1, der durch den Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 berechnet ist, zu dem Positionsbefehlswert A0 und gibt den kompensierten Positionsbefehlswert Ax aus.
Der Subtrahierer 22 subtrahiert die Winkelposition ω des Servomotors 1, die durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist, von dem Positionsbefehlswert Ax und erzeugt die Positionsabweichung Ax1. Der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehlswert Vx gemäß dieser Positionsabweichung Ax1. Das heißt, der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 erzeugt den Geschwindigkeitsbefehlswert Vx des Servomotors 1 durch den Addierer 21 und den Subtrahierer 22 auf der Grundlage des Positionsbefehlswerts A0 und der Winkelposition ω, die durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist.
Der Subtrahierer 23 subtrahiert die Drehgeschwindigkeit V des Servomotors 1, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist, von dem Geschwindigkeitsbefehlswert Vx und gibt eine Geschwindigkeitsabweichung Vx1 aus. Der Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 erzeugt einen Drehmomentbefehlswert T0 gemäß dieser Geschwindigkeitsabweichung Vx1. Das heißt, der Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 erzeugt den Drehmomentbefehlswert T0 des Servomotors 1 durch den Subtrahierer 23 auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswerts Vx und der Drehgeschwindigkeit V, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist. Das Steuersignal, das diesem Drehmomentbefehlswert T0 entspricht, wird zu dem Servomotor 1 ausgegeben. Der Servomotor 1 wird derart gesteuert, dass das Drehmoment, das der Servomotor 1 erzeugt (Motordrehmoment T), zu dem Drehmomentbefehlswert T0 wird.
Der Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14 berechnet das Drehmoment T aus dem Drehmomentbefehlswert T0. Der Drehmomentbefehlswert T0 und das Motordrehmoment T sind gleich oder im Wesentlichen gleich. Deshalb wird zum Beispiel der Drehmomentbefehlswert T0 als das Motordrehmoment T berechnet.
Der Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 15 berechnet das Drehmoment zur Beschleunigung und Abbremsung des Servomotors 1 (Rotors 1a) und des Kupplungsmechanismus 3 (Kupplung 4 und Kugelgewindespindel 5) (Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta). Das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta wird durch Multiplizieren der Trägheit J0 des Rotors 1a, der Kupplung 4 und der Kugelgewindespindel 5 mit der Winkelbeschleunigung a0 des Servomotors 1 berechnet. Die Trägheit J0 ist ein Wert, der einer Maschine inhärent ist, und wird vorab in dem Speicher des Motorsteuerabschnitts 10 gespeichert. Die Winkelbeschleunigung a0 wird durch Durchführen einer Ableitung zweiter Ordnung der Winkelposition ω berechnet, die durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist, oder wird durch Durchführen einer Ableitung erster Ordnung bei der Drehgeschwindigkeit V berechnet, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist.
Der Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16 berechnet das Stördrehmoment Tb, das aufgrund der Störung (Reibung) auftritt, die auf den Servomotor 1 (Rotor 1a) und den Kupplungsmechanismus 3 zu dem Zeitpunkt des Antreibens des Servomotors 1 wirkt. Im Einzelnen wird die Drehgeschwindigkeit V, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist, mit einer vorbestimmten Konstanten k1 multipliziert, um das Stördrehmoment Tb zu berechnen. Die Konstante k1 ist ein Wert, der einer Maschine inhärent ist, und wird vorab bestimmt durch einen Ist-Betrieb der Maschine oder durch eine simulierte Berechnung usw.
Der Kraftschätzabschnitt 17 schätzt das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Motordrehmoments T, das durch den Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14 ausgegeben wird, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Ta, das von dem Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 15 ausgegeben wird, und des Stördrehmoments Tb, das durch den Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16 ausgegeben wird. Das heißt, wie in der vorstehend beschriebenen Gleichung (III) gezeigt, werden das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta und das Stördrehmoment Tb von dem Motordrehmoment T subtrahiert, und wird das Nettotischantriebsdrehmoment T1 berechnet, das auf den Tisch 2 wirkt.
Der Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 berechnet den Positionskompensationsbetrag A1 des Servomotors 1 auf der Grundlage des Tischantriebsdrehmoments T1, das von dem Kraftschätzabschnitt 17 ausgegeben wird. Im Einzelnen wird das Tischantriebsdrehmoment T1 mit einer vorbestimmten Konstanten k2 multipliziert, um den Positionskompensationsbetrag A1 zu berechnen. Die Konstante k2 ist ein Wert, der einer Maschine inhärent ist, und wird vorab durch einen Ist-Betrieb der Maschine oder durch eine simulierte Berechnung usw. bestimmt. Zum Beispiel durch Durchführen der Arbeit, um den Tisch 2 vorab zu einem Betrieb in einer Kreisbewegung zu veranlassen, und die Konstante k2 Inkrement für Inkrement derart zu verändern, dass die Position des Tisches 2 oder des Werkstücks W zu jenem Zeitpunkt mit dem Positionsbefehlswert Ax übereinstimmt, wird die optimale Konstante k2 bestimmt.
Die vorstehend beschriebene Bearbeitungsroutine bei dem Motorsteuerabschnitt 10, insbesondere die Routine zur Berechnung des Positionsbefehlswerts Ax, wird durch ein Ablaufdiagramm beschrieben werden. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung zeigt, die durch den Motorsteuerabschnitt 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Die Verarbeitung, die in diesem Ablaufdiagramm gezeigt ist, wird zum Beispiel gestartet, wenn ein maschineller Bearbeitungsbefehl des Werkstücks W eingegeben wird.
In Schritt S1 erzeugt der Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 11 einen Positionsbefehlswert A0. In Schritt S2 wird die Winkelgeschwindigkeit ω des Servomotors 1 gelesen, die durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist. In Schritt S3 erzeugt der Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 den Geschwindigkeitsbefehlswert Vx des Servomotors 1 auf der Grundlage des Positionsbefehlswerts A0 und der Winkelposition ω. In Schritt S4 wird die Drehgeschwindigkeit V des Servomotors 1 gelesen, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist. In Schritt S5 erzeugt der Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 den Drehmomentbefehlswert T0 auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswerts Vx und der Drehgeschwindigkeit V.
In Schritt S6 berechnet der Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14 das Motordrehmoment T auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts T0. In Schritt S7 multipliziert der Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 15 die Trägheit J0 des Servomotors 1 und des Kupplungsmechanismus 3 mit der Winkelbeschleunigung a0 des Servomotors 1, um das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta zu berechnen. Die Winkelbeschleunigung a0 des Servomotors wird durch Anwenden einer Ableitung zweiter Ordnung bei der Winkelposition ω oder einer Ableitung erster Ordnung bei der Drehgeschwindigkeit V erlangt. In Schritt S8 multipliziert der Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16 die Drehgeschwindigkeit V mit der Konstanten k1, um das Stördrehmoment Tb zu berechnen.
In Schritt S9 subtrahiert der Kraftschätzabschnitt 17 das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta und das Stördrehmoment Tb von dem Motordrehmoment T, um das Tischantriebsdrehmoment T1 zu berechnen. In Schritt 10 multipliziert der Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 das Tischantriebsdrehmoment T1 mit der Konstanten k2, um den Positionskompensationsbetrag A1 zu berechnen. In Schritt S11 addiert der Addierer 21 den Positionskompensationsbetrag A1 zu dem Positionsbefehlswert A0 und berechnet den kompensierten Positionsbefehlswert Ax.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel können die nachfolgenden Funktionen und Wirkungen erreicht werden.

(1) Der Motorsteuerabschnitt 10, der den Servomotor 1 steuert, weist einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 11, der einen Positionsbefehlswert A0 des Tisches 2 erzeugt, einen Kraftschätzabschnitt 17, der das Tischantriebsdrehmoment T1 schätzt, das auf den Tisch 2 bei dem Kupplungsabschnitt 2a des Tisches 2 und dem Kupplungsmechanismus 3 wirkt, und einen Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 und einen Addierer 21 auf, die den Positionsbefehlswert A0 auf der Grundlage des geschätzten Tischantriebsdrehmoments T1 kompensieren. Durch Kompensieren des Positionsbefehlswerts A0 auf der Grundlage des Tischantriebsdrehmoments T1 auf diese Weise wird eine Positionskompensation in Anbetracht der Reibung zwischen dem Servomotor 1 und dem Tisch 2 und anderer Störungen Tb und Td durchgeführt. Deshalb, selbst wenn sich die maschinellen Bearbeitungsbedingungen ändern und sich die Störungen Tb und Td in großem Maße ändern, ist es möglich, den Positionsbefehlswert A0 genau zu kompensieren.
(2) Der Motorsteuerabschnitt 10 weist einen Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14, der das Motordrehmoment T berechnet, das der Servomotor 1 erzeugt, und einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 15 und einen Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16 auf, die das Drehmoment T2 berechnen, das zum Antreiben des Servomotors 1 und des Kupplungsmechanismus 3 erforderlich ist, das heißt das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Ta und das Stördrehmoment Tb. Des Weiteren ist der Kraftschätzabschnitt 17 ausgelegt, um das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage dieses Motordrehmoments T und des erforderlichen Drehmoments T2 (= Ta + Tb) zu schätzen (Schritt S9). Aufgrund dessen ist es möglich, das Tischantriebsdrehmoment T1 wohldefiniert durch Berechnung zu bestimmen, und ist es möglich, die Positionsgenauigkeit des Tisches 2 zu steigern.
(3) Der Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 multipliziert das Tischantriebsdrehmoment T1, das durch den Kraftschätzabschnitt 17 geschätzt ist, mit einer vorbestimmten Konstanten k2, um den Kompensationsbetrag A1 des Positionsbefehlswert A0 zu berechnen (Schritt S10). Hierbei ist die Konstante k2 ein Wert, der einer Maschine inhärent ist. Der Betrag an Kompensation kann genau für jede Maschine aus dem Tischantriebsdrehmoment T1 bestimmt werden.
(4) Das Servosteuersystem 100 wird mit einem Positionserfassungsabschnitt 31, der die Winkelposition ω des Servomotors 1 erfasst, und einen Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 versehen, der die Geschwindigkeit V des Servomotors 1 erfasst. Der Motorsteuerabschnitt 10 weist weiterhin einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 auf, der den Geschwindigkeitsbefehlswert Vx des Servomotors 1 auf der Grundlage des Positionsbefehlswerts A0, der durch den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 11 erzeugt ist, und des Positionserfassungswerts ω erzeugt, der durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist. Der Motorsteuerabschnitt 10 weist einen Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 auf, der den Drehmomentbefehlswert T0 des Servomotors 1 auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswert Vx, der durch den Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 erzeugt ist, und des Geschwindigkeitserfassungswerts V erzeugt, der durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist. Des Weiteren berechnet der Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14 das Motordrehmoment T auf der Grundlage des erzeugten Drehmomentbefehlswerts T0 (Schritt S6). Aufgrund dessen ist es möglich, das Motordrehmoment T genau zu bestimmen und die Positionsgenauigkeit des Tisches 2 zu steigern.

In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel berechnet der Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14 das Motordrehmoment T auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts T0. Da jedoch das Motordrehmoment T eine korrelative Beziehung mit dem Strom aufweist, der zu dem Servomotor 1 fließt (Motorstrom C), kann das Motordrehmoment T ebenso auf der Grundlage des Motorstroms C berechnet werden. 4 zeigt eine Blockdarstellung, die ein Beispiel eines derartig aufgebauten Motorsteuerabschnitts 10 zeigt. In 4 sind die Abschnitte, die das Steuersignal (Drehmomentbefehlswert T0) zu dem Servomotor 1 auf der Grundlage des Positionsbefehlswerts Ax ausgeben, das heißt die Teile, die dem Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 und dem Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 entsprechen, zusammen als die Regelschleife 19 gezeigt.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Stromerfassungsabschnitt 33, der den Motorstrom C erfasst, mit dem Motorsteuerabschnitt 10 verbunden. Der Motordrehmomentberechnungsabschnitt 14 multipliziert den Motorstrom C, der durch den Stromerfassungsabschnitt 33 erfasst ist, mit einer vorbestimmten Drehmomentkonstanten k3 und berechnet dadurch das Motordrehmoment T.
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, obwohl der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Motordrehmoments T und des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Ta und des Stördrehmoments Tb des Servomotors 1 und des Kupplungsmechanismus 3 schätzt, kann das Stördrehmoment Tb ebenso ignoriert werden. In diesem Fall kann der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Motordrehmoments T und des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Ta schätzen, d. h. durch Subtrahieren des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Ta von dem Motordrehmoment T.
Zweites Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im Aufbau des Motorsteuerabschnitts 10. 5 zeigt eine Blockdarstellung, die den Aufbau des Motorsteuerabschnitts 10 zeigt, der einen Teil des Servosteuersystems 100 bildet, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Orten, die dieselben wie in 2 sind, sind dieselben Bezugszeichen zugewiesen. Nachstehend werden hauptsächlich die Sachverhalte beschrieben werden, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden.
Wie in 5 gezeigt, weist der Motorsteuerabschnitt 10 einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt 11, einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12, einen Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13, einen Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16, einen Stördrehmomentschätzabschnitt 24, einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 25, einen Kraftschätzabschnitt 17 und einen Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 auf. Das heißt, anstelle des Motordrehmomentberechnungsabschnitts 14 und des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitts 15, unterscheidet sich der Punkt der Bereitstellung des Stördrehmomentschätzabschnitts 24 und des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitts 25 von dem ersten Ausführungsbeispiel (2).
Der Stördrehmomentschätzabschnitt 24 schätzt das Stördrehmoment Tt, das aufgrund einer Störung (Reibung usw.) auftritt, die auf den Servomotor 1 (Rotor 1a), den Kupplungsmechanismus 3 und den Tisch 2 wirkt. Dieses Stördrehmoment Tt ist das Drehmoment, das aus dem Stördrehmoment Tb des Rotors 1a des Kupplungsmechanismus 3 und dem Stördrehmoment Td des Tisches 2 besteht, die aufaddiert sind, und entspricht dem gesamten Stördrehmoment, das auf den Servomotor 1 wirkt (als ”Gesamtstördrehmoment” bezeichnet). Das Gesamtstördrehmoment Tt kann bestimmt werden unter Verwendung eines Beobachters aus der Drehgeschwindigkeit V des Servomotors 1, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist, und dem Drehmomentbefehlswert T0, der von dem Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 ausgegeben ist.
Der Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 25 berechnet das Drehmoment zur Beschleunigung und Abbremsung des Tisches 2 (Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Tc). Das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Tc wird berechnet durch Multiplizieren der Trägheit 32 des Tisches 2 hinsichtlich des Drehmittelpunkts der Kugelgewindespindel 5 mit der Winkelbeschleunigung a2 des Tisches 2 hinsichtlich des Drehmittelpunkts der Kugelgewindespindel 5. Die Trägheit 32 ist ein Wert, der einem Motor inhärent ist und wird vorab in dem Speicher des Motorsteuerabschnitts 10 gespeichert. Die Winkelbeschleunigung a2 nimmt an, dass gilt: a2 = a0 (Winkelbeschleunigung des Servomotors 1), dass dies näherungsweise korrekt ist und berechnet werden kann durch Anwenden einer Ableitung zweiter Ordnung bei der Winkelposition ω, die durch den Positionserfassungsabschnitt 31 erfasst ist. Ein numerisches Gleichungsmodell (zum Beispiel ein Modell mit zwei Trägheiten) kann ebenso verwendet werden, um die Winkelbeschleunigung a2 zu berechnen.
Der Kraftschätzabschnitt 17 schätzt das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments Tt, das durch den Stördrehmomentschätzabschnitt 24 ausgegeben ist, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Tc, das durch den Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 25 ausgegeben ist, und des Stördrehmoments Tb, das durch den Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16 ausgegeben ist. Das heißt, die nachfolgende Gleichung (V), in der (Tt – Tb) in das Stördrehmoment Td der vorstehend beschriebenen Gleichung (IV) eingesetzt wird, wird verwendet, um das Tischantriebsdrehmoment T1 zu berechnen. T1 = Tt + Tc – Tb (V)
6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung zeigt, die durch den Motorsteuerabschnitt 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Orten, die dieselben wie in 3 sind, sind dieselben Bezugszeichen zugewiesen.
Wie in 6 gezeigt, berechnet in Schritt S21 der Stördrehmomentschätzabschnitt 24 das Gesamtstördrehmoment Tt. Das heißt, der Stördrehmomentschätzabschnitt 24 berechnet das Gesamtstördrehmoment Tt unter Verwendung eines Beobachters aus der Drehgeschwindigkeit V des Servomotors 1 und dem Drehmomentbefehlswert T0, In Schritt S22 multipliziert der Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 25 die Trägheit 32 des Tisches 2 mit der Winkelbeschleunigung a2 hinsichtlich des Drehmittelpunkts der Kugelgewindespindel 5 des Tisches 2, um so das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Tc zu berechnen. In Schritt S23 addiert der Kraftschätzabschnitt 17 das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Tc zu dem Stördrehmoment Tt und subtrahiert das Stördrehmoment Tb, um das Tischantriebsdrehmoment T1 zu berechnen.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Motorsteuerabschnitt 10 einen Stördrehmomentschätzabschnitt 24 auf, der das Gesamtstördrehmoment Ti schätzt, das aufgrund der Störungen Tb, Td auftritt, die auf den Servomotor 1, den Kupplungsmechanismus 3 und den Tisch 2 wirken, und schätzt der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments Tt (Schritt S23). Aufgrund dessen ist es möglich, das Tischantriebsdrehmoment T1 wohldefiniert in Anbetracht der Stördrehmomente Tb, Td zu schätzen, ohne das Motordrehmoment T zu bestimmen.
Des Weiteren weist der Motorsteuerabschnitt 10 einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt 25, der das Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment Tc berechnet, das zur Beschleunigung und Abbremsung des Tisches 2 erforderlich ist, und einen Stördrehmomentberechnungsabschnitt 16 auf, der das Stördrehmoment Tb berechnet. Der Kraftschätzabschnitt 17 schätzt das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments Tt, das durch den Stördrehmomentschätzabschnitt 24 geschätzt ist, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Tc und des Stördrehmoment Tb. Aufgrund dessen ist es möglich, das Tischantriebsdrehmoment T1 wohldefiniert durch Berechnung zu bestimmen, und ist es möglich, die Positionsgenauigkeit des Tisches 2 zu steigern. Der Stördrehmomentschätzabschnitt 24 berechnet das Gesamtstördrehmoment Tt auf der Grundlage des Geschwindigkeitserfassungswerts V, der durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt 32 erfasst ist, und des Drehmomentbefehlswerts T0, der durch den Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 erzeugt ist (Schritt S21). Deshalb ist es möglich, das Gesamtstördrehmoment Tt genau zu bestimmen, das auf den Servomotor 1 wirkt.
In dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel, obwohl der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments Tt, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Tc des Tisches 2, des Stördrehmoments Tb des Servomotors 1 und des Kupplungsmechanismus 3 schätzt, kann das Stördrehmoment Tb ebenso ignoriert werden. In diesem Fall kann der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments Tt und des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Tc schätzen, d. h. durch Addieren des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Tc zu dem Gesamtstördrehmoment Tt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 7 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird die Konstante k2 mit dem Tischantriebsdrehmoment T1 multipliziert, um den Positionskompensationsbetrag A1 zu berechnen und wird der Positionskompensationsbetrag A1 zu dem Positionsbefehlswert A0 addiert, um den Positionsbefehlswert A0 zu kompensieren. Falls jedoch der Kompensationsbetrag A1 zu groß ist, wird die maschinell bearbeitete Oberfläche des Werkstücks W womöglich zerkratzt oder können womöglich ansonsten gute maschinelle Bearbeitungsergebnisse nicht mehr erreicht werden. Die Größe des Positionskompensationsbetrags A1 wird unter Berücksichtigung dieses Punktes in dem dritten Ausführungsbeispiel begrenzt. Nachstehend werden hauptsächlich die Sachverhalte beschrieben werden, die sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden.
7 zeigt eine Blockdarstellung, die den Hauptaufbau des Motorsteuerabschnitts 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Orten, die dieselben wie in 2 und 5 sind, werden dieselben Bezugszeichen zugewiesen. Wie in 7 gezeigt, weist der Motorsteuerabschnitt 10 eine Kompensationsbegrenzungseinheit 20 auf. Der Positionskompensationsbetrag A1, der durch den Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 berechnet ist, wird in die Kompensationsbegrenzungseinheit 20 eingegeben. In dem Speicher des Motorsteuerabschnitts 10 werden vorab Grenzwerte des Positionskompensationsbetrags A1, das heißt ein oberer Grenzwert Amax und ein unterer Grenzwert Amin gesetzt.
Die Kompensationsbegrenzungseinheit 20 vergleicht diesen oberen Grenzwert Amax und diesen unteren Grenzwert Amin mit dem Positionskompensationsbetrag A1. Falls gilt: Amin ≤ A1 ≤ Amax, dann wird der Positionskompensationsbetrag A1 als der Positionskompensationsbetrag A2 ausgegeben. Dem gegenüber, wenn der Positionskompensationsbetrag A1 größer als der obere Grenzwert Amax ist, dann wird der obere Grenzwert Amax als der Positionskompensationsbetrag A2 ausgegeben, wohingegen, falls der Positionskompensationsbetrag A1 kleiner als der untere Grenzwert Amin ist, dann der untere Grenzwert Amin als der Positionskompensationsbetrag A2 ausgegeben wird. Der Addierer 21 addiert den Positionskompensationsbetrag A2 zu dem Positionsbefehlswert A0, um den Positionsbefehlswert A0 zu kompensieren.
Der obere Grenzwert Amax und der untere Grenzwert Amin werden hinsichtlich des Betrags des Totgangs B des Kupplungsmechanismus 3 (der Kugelgewindespindel 5) gesetzt. Es wird zum Beispiel der Wert des Betrags an Totgang B, der mit einer vorbestimmten Konstanten k4 (zum Beispiel 1) multipliziert ist, als der obere Grenzwert Amax gesetzt, während der Wert des Betrags an Totgang, der mit einer vorbestimmten Konstanten k5 (zum Beispiel –1) multipliziert ist, als der untere Grenzwert Amin gesetzt. Wenn die Steifigkeit des Kupplungsmechanismus 3 niedrig ist, dann kann die Konstante k4 einen Wert annehmen, der größer als 1 ist, und kann die Konstante k5 einen Wert annehmen, der kleiner als –1 ist.
Auf diese Art und Weise begrenzt in dem dritten Ausführungsbeispiel der Kompensationsbegrenzungsabschnitt 20 den Positionskompensationsbetrag A1, so dass der Positionskompensationsbetrag A2 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden kann, und dass ein gutes Werkstück W maschinell bearbeitet werden kann, das frei von Kratzern auf der maschinell bearbeiteten Oberfläche ist.
Modifikationen
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen (2, 4) schätzt der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Motordrehmoments T, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Ta und des Stördrehmoments Tb. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen (5) schätzt der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments Tt, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Tc und des Stördrehmoments Tb. Solange jedoch das Tischantriebsdrehmoment T1 (die Antriebskraft) geschätzt wird, die auf den Tisch 2 wirkt, ist die Kraftschätzeinheit 17 nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau beschränkt. Wie in 8 gezeigt, anstelle des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitts 15 und des Stördrehmomentberechnungsabschnitts 16 gemäß 2, ist es zum Beispiel möglich, einen Berechnungsabschnitt 26 für ein erforderliches Drehmoment vorzusehen, der das erforderliche Drehmoment T2 berechnet, das zum Antreiben des Servomotors 1 und des Kupplungsmechanismus 3 erforderlich ist, das heißt die Summe des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments Ta und des Stördrehmoments Tb, die das erforderliche Drehmoment T2 bilden. Außerdem kann der Kraftschätzabschnitt 17 das Tischantriebsdrehmoment T1 auf der Grundlage des Motordrehmoments T und des erforderlichen Drehmoments T2 schätzen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Verarbeitung bei dem Positionskompensationsberechnungsabschnitt 18 und dem Addierer 21 verwendet, um den Positionsbefehlswert A0 zu kompensieren. Solange jedoch der Positionsbefehlswert A0 auf der Grundlage des Tischantriebsdrehmoments T1 kompensiert wird, das durch den Kraftschätzabschnitt 17 geschätzt ist, ist der Kompensationsabschnitt nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau eingeschränkt. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Steuersignal zu dem Servomotor 1 durch den Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt 12 und den Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt 13 ausgegeben, in die der kompensierte Positionsbefehlswert Ax eingegeben wird (2, 5), oder durch die Regelschleife 19 (4). Solange jedoch ein Steuersignal zu dem Servomotor 1 auf der Grundlage des kompensierten Positionsbefehlswerts Ax ausgegeben wird, kann der Steuersignalausgabeabschnitt auf irgendeine Art und Weise konfiguriert werden.
Der Kupplungsmechanismus, der mit dem Servomotor 1 und dem Tisch 2 gekoppelt ist, ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau eingeschränkt. 9A und 9B zeigen Ansichten, die Modifikationen des Kupplungsmechanismus 3 zeigen. In 9A wird der Servomotor 1 durch die Kupplung 41 an den Tisch 2 gekoppelt. Die Kupplung 41 bildet den Kupplungsmechanismus 3. Demgegenüber ist in 9B der Servomotor 1 durch die Kupplung 41, den Abbremsungsmechanismus 42 (Abbremsungsrad) und eine Kupplung 43 an den Tisch 2 gekoppelt. Die Kupplungen 41, 43 und der Abbremsungsmechanismus 42 bilden den Kupplungsmechanismus 3. Auf diese Art und Weise, falls irgendeine der Kugelgewindespindeln 5 (1), des Abbremsungsmechanismus 42 und der Kupplungen 4, 41, 43 umfasst sind, kann der Abbremsungsmechanismus 3 auf irgendeine Art und Weise konfiguriert werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, obwohl der Tisch 2 an den Kupplungsmechanismus 3 angekoppelt ist, kann das angetriebene Element, das durch den Servomotor 1 angetrieben wird, ebenso durch etwas anderes als den Tisch 2 ausgebildet werden. Des Weiteren kann das Motorsteuersystem 100 der Erfindung in ähnlicher Weise bei einer horizontalen maschinellen Bearbeitungsstation oder bei einer anderen Werkzeugmaschine oder bei etwas anderem als einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können frei mit einer oder mehreren der Modifikationen kombiniert werden.
Gemäß der Erfindung schätzt das System die Antriebskraft, die auf das angetriebene Element wirkt, und kompensiert den Positionsbefehlswert des angetriebenen Elements auf der Grundlage dieser Antriebskraft, so dass es möglich wird, den Positionsbefehlswert genau zu kompensieren, ohne die Störung zwischen dem Servomotor und dem angetriebenen Element zu berücksichtigen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der angefügten Patentansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3621278 B [0002, 0003]

Claims

Servosteuersystem, umfassend: einen Servomotor (1); ein angetriebenes Element (2), das durch den Servomotor angetrieben wird; einen Kupplungsmechanismus (3), der mit dem Servomotor und dem angetriebenen Element gekoppelt ist, wobei der Kupplungsmechanismus den Servomotor als eine Energiequelle verwendet, um eine Antriebskraft (T1) zu erzeugen, die auf das angetriebene Element bei einem Kupplungsabschnitt (2a) des angetriebenen Elements und den Kupplungsmechanismus wirkt; und einen Motorsteuerabschnitt (10), der den Servomotor steuert, wobei der Motorsteuerabschnitt umfasst einen Positionsbefehlserzeugungsabschnitt (11), der einen Positionsbefehlswert (A0) des angetriebenen Elements erzeugt, einen Kraftschätzabschnitt (17), der die Antriebskraft schätzt, die auf das angetriebene Element bei dem Kupplungsabschnitt wirkt, einen Kompensationsabschnitt (18, 21), der den Positionsbefehlswert, der durch den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist, auf der Grundlage der Antriebskraft kompensiert, die durch den Kraftschätzabschnitt geschätzt ist, und einen Steuersignalausgabeabschnitt (12, 13; 19), der ein Steuersignal zu dem Servomotor auf der Grundlage eines Positionsbefehlswerts (Ax) ausgibt, der durch den Kompensationsabschnitt kompensiert ist.
Servosteuersystem gemäß Anspruch 1, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin umfasst einen Motordrehmomentberechnungsabschnitt (14), der ein Motordrehmoment (T) berechnet, das der Servomotor erzeugt, und einen Berechnungsabschnitt (26) für ein erforderliches Drehmoment, der ein erforderliches Drehmoment (T2) berechnet, das zum Antreiben des Servomotors und des Kupplungsmechanismus erforderlich ist, und der Kraftschätzabschnitt die Antriebskraft auf der Grundlage des Motordrehmoments, das durch den Motordrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist, und des erforderlichen Drehmoments schätzt, das durch den Berechnungsabschnitt für ein erforderliches Drehmoment berechnet ist.
Servosteuersystem gemäß Anspruch 1, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin umfasst einen Motordrehmomentberechnungsabschnitt (14), der ein Motordrehmoment (T) berechnet, das der Servomotor erzeugt, einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt (15), der ein Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment (Ta) erzeugt, das zur Beschleunigung und Abbremsung des Servomotors und des Kupplungsmechanismus erforderlich ist, und einen Stördrehmomentberechnungsabschnitt (16), der ein Stördrehmoment (Tb) berechnet, das aufgrund einer Störung auftritt, die auf den Servomotor und den Kupplungsmechanismus wirkt, und der Kraftschätzabschnitt die Antriebskraft auf der Grundlage des Motordrehmoments, das durch den Motordrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments, das durch den Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist, und des Stördrehmoments schätzt, dass durch den Stördrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist.
Servosteuersystem gemäß Anspruch 1, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin einen Stördrehmomentschätzabschnitt (24) umfasst, der ein Gesamtstördrehmoment (Tt) schätzt, das aufgrund einer Störung auftritt, die auf den Servomotor, den Kupplungsmechanismus und das angetriebene Element wirkt, und der Kraftschätzabschnitt die Antriebskraft auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments schätzt, das durch den Stördrehmomentschätzabschnitt geschätzt ist.
Servomotorsteuersystem nach Anspruch 4, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt (25) umfasst, der ein Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment (Tc) berechnet, das zur Beschleunigung und Abbremsung des angetriebenen Elements erforderlich ist, und der Kraftschätzabschnitt die Antriebskraft auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments, das durch den Stördrehmomentschätzabschnitt geschätzt ist, und des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments schätzt, das durch den Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist.
Servosteuersystem gemäß Anspruch 4, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin umfasst einen Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt (25), der ein Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoment (Tc) berechnet, das zur Beschleunigung und Abbremsung des angetriebenen Elements erforderlich ist, und einen Stördrehmomentberechnungsabschnitt (16), der ein Stördrehmoment (Tb) berechnet, das aufgrund einer Störung auftritt, die auf den Servomotor und den Kupplungsmechanismus wirkt, und der Kraftschätzabschnitt die Antriebskraft auf der Grundlage des Gesamtstördrehmoments, das durch den Stördrehmomentschätzabschnitt geschätzt ist, des Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmoments, das durch den Beschleunigungs-/Abbremsungsdrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist, und des Stördrehmoments schätzt, das durch den Stördrehmomentberechnungsabschnitt berechnet ist.
Servosteuersystem gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kompensationsabschnitt eine vorbestimmte Konstante (k2) mit der Antriebskraft multipliziert, die durch den Kraftschätzabschnitt geschätzt ist, um den Positionsbefehlswert zu kompensieren.
Servosteuersystem gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kompensationsabschnitt einen Kompensationsbegrenzungsabschnitt (20) umfasst, der einen Betrag an Kompensation (A1) des Positionsbefehlswerts begrenzt.
Servosteuersystem gemäß Anspruch 2 oder 3, weiterhin umfassend einen Positionserfassungsabschnitt (31), der eine Winkelposition (ω) des Servomotors erfasst, und einen Geschwindigkeitserfassungsabschnitt (32), der eine Drehgeschwindigkeit (V) des Servomotors erfasst, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin umfasst einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt (12), der einen Geschwindigkeitsbefehlswert (Vx) des Servomotors auf der Grundlage des Positionsbefehls, der durch den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist, und der Winkelposition erzeugt, die durch den Positionserfassungsabschnitt erfasst ist, und einen Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt (13), der einen Drehmomentbefehlswert (T0) des Servomotors auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswerts, der durch den Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist, und der Drehgeschwindigkeit erzeugt, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt erfasst ist, wobei der Motordrehmomentberechnungsabschnitt das Motordrehmoment auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts berechnet, der durch den Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist.
Servosteuersystem gemäß Anspruch 2 oder 3, weiterhin umfassend einen Stromerfassungsabschnitt (33), der einen Strom (C) erfasst, der zu dem Servomotor fließt, wobei der Motordrehmomentberechnungsabschnitt das Motordrehmoment auf der Grundlage des Stroms berechnet, der durch den Stromerfassungsabschnitt erfasst ist.
Servosteuersystem gemäß zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, weiterhin umfassend einen Positionserfassungsabschnitt (31), der eine Winkelposition (ω) des Servomotors erfasst, und einen Geschwindigkeitserfassungsabschnitt (32), der eine Drehgeschwindigkeit (V) des Servomotors erfasst, wobei der Motorsteuerabschnitt weiterhin umfasst einen Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt (12), der einen Geschwindigkeitsbefehlswert (Vx) des Servomotors auf der Grundlage des Positionsbefehlswerts, der durch den Positionsbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist, und der Winkelpositionen erzeugt, die durch den Positionserfassungsabschnitt erfasst ist, und einen Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt (13), der einen Drehmomentbefehlswert (T0) des Servomotors auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswerts, der durch den Geschwindigkeitsbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist, und der Drehgeschwindigkeit erzeugt, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt erfasst ist, und der Stördrehmomentschätzabschnitt das Gesamtstördrehmoment auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit, die durch den Geschwindigkeitserfassungsabschnitt erfasst ist, und des Drehmomentbefehlswerts schätzt, der durch den Drehmomentbefehlserzeugungsabschnitt erzeugt ist.
Servosteuersystem gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Kupplungsmechanismus zumindest eine einer Kugelgewindespindel (5), eines Abbremsungsmechanismus (3) und einer Kupplung (4) umfasst.