DE102014101252A1

DE102014101252A1 - Positionssteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102014101252A1
Application number: DE102014101252.6A
Authority: DE
Inventors: Masashi Miyaji
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2034-02-04
Also published as: US9599969B2; DE102014101252B4; JP2014153842A; JP6105961B2; US20140217952A1

Abstract

Eine Positionssteuervorrichtung ist dazu vorgesehen, eine vollständig geschlossene Steuerung der Position eines angetriebenen Elements durchführen. Diese Positionssteuervorrichtung umfasst einen Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor, der eine Schwingungsperiode und eine Schwingungsamplitude detektiert, die in einem Differenzwert zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements enthalten sind. Die Positionssteuervorrichtung umfasst ferner einen Detektor für konstante Schwingung, der als eine Schwingungsperiode der konstanten Schwingung eine Schwingungsperiode ausgibt, die erhalten wird, während das angetriebene Element sich nicht in einem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet, und die Schwingungsperiode und die Schwingungsamplitude, die durch den Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor detektiert werden, sind gleich oder größer als ein Schwingungsperiodenschwellwert und ein Schwingungsamplitudenschwellwert. Die Positionssteuervorrichtung umfasst ferner einen Steuerparameterveränderer, der die Steuerparameter auf Grundlage der Schwingungsperiode verändert, die von dem Konstant-Schwingungsdetektor ausgegeben wird.

Description

Positionssteuervorrichtung
Prioritätsinformation
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-021990 , eingereicht am 07.02.2013, welche hiermit durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen wird.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionssteuervorrichtung für eine Vorschubachse (d. h. ein angetriebenes Element, wie etwa einen Tisch, einen Sattel, oder einen Spindelkopf) eines Bearbeitungswerkzeugs oder dergleichen. Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Positionssteuervorrichtung, die dazu in der Lage ist, eine vollständig geschlossene Steuerung der Position eines angetriebenen Elements auf Grundlage eines Positionsbefehlswerts durchzuführen.
Die folgenden herkömmlichen Techniken wurden in einem Versuch zur Reduktion eines Positionsfehlers in einer Positionssteuervorrichtung verwendet, umfassend einen linearen Maßstab, der an einem beweglichen Teil eines Bearbeitungswerkzeugs zur Detektion der Position eines angetriebenen Elements angebracht ist, und eine vollständig geschlossene Steuerung auf Grundlage eines Vergleichs der detektierten Position des angetriebenen Elements und eines Positionsbefehlswerts durchführt.
Um den Positionsfehler in einem Einschwingverhalten zu reduzieren, ist es nützlich, die Verstärkung einer Geschwindigkeitsschleife und die Verstärkung einer Positionsschleife auf höhere Werte zu setzen. In diesem Fall kann das angetriebene Element exakt auf solche Weise gesteuert werden, dass ein negativer Einfluss einer unvorhergesehenen Lastveränderung oder Störung reduziert wird, wie etwa eine Veränderung der Gleitreibung des beweglichen Teils oder eine Schneidlast.
7 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines vollständig geschlossenen Steuersystems. Ein linearer Maßstab 11 detektiert unmittelbar die Position eines angetriebenen Elements 12 und erzeugt einen Positionsdetektionswert Pl, der die Position des angetriebenen Elements 12 repräsentiert. Ein Subtrahierer 2 empfängt den Positionsdetektionswert Pl als einen Positionsrückgabewert und errechnet eine Abweichung Pdif des Positionsdetektionswerts Pl bezüglich eines Positionsbefehls Pc. Ein Geschwindigkeitsbefehlsrechner 3 multipliziert die positionelle Abweichung Pdif mit einer proportionalen Verstärkung Kp und gibt ein Multiplikationsergebnis als einen Geschwindigkeitsbefehl Vc aus. Indessen ist ein Motorpositionsdetektor 9 an einem Motor 10 angebracht, der das angetriebene Element 12 antreibt und einen Positionsdetektionswert Pm erzeugt. Ein Differenzierer 14 differenziert den Positionsdetektionswert Pm und gibt ein Differenzierungsergebnis als einen Motorgeschwindigkeitsdetektionswert Vm aus. Ein Subtrahierer 4 erhält eine Abweichung des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts Vm von dem Geschwindigkeitsbefehl Vc und gibt die erhaltene Abweichung als eine Geschwindigkeitsabweichung aus. Ein Drehmomentbefehlsrechner 5 multipliziert die Geschwindigkeitsabweichung mit einer Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv und gibt ein Multiplikationsergebnis als eine Geschwindigkeitsabweichungs-Proportionalkomponente aus. Indessen multipliziert ein Drehmomentbefehlsrechner 6 einen integrierten Wert der Geschwindigkeitsabweichung mit einer integrierten Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Iv und gibt ein Multiplikationsergebnis als eine Geschwindigkeitsabweichungs-Integralkomponente aus. Ein Addierer 7 addiert die Geschwindigkeitsabweichungs-Proportionalkomponente und die Geschwindigkeitsabweichungs-Integralkomponente und gibt ein Additionsergebnis als einen Drehmomentbefehl Tc aus. Ein Bereich 8, der in 7 dargestellt ist, umfasst verschiedene Filter, die den Drehmomentbefehl filtern können und eine Stromsteuereinheit. Die Stromsteuereinheit funktioniert als eine Antriebseinheit, die den Motor 10 entsprechend dem Drehmomentbefehl Tc steuert und das angetriebene Element 12 mittels einer Kugelspindel antreibt.
Es wird hierbei angenommen, dass die Übertragungscharakteristik der verschiedenen Filter und der Stromsteuereinheit, welche durch das Bezugszeichen 8 in 7 repräsentiert werden, gleich 1 ist und das angetriebene Element mit dem Motor über eine Feder verbunden ist, die einen Federkoeffizienten Kb aufweist. Es wird ferner angenommen, dass der Motor und das angetriebene Element 12 motorwellenkonvertierter Massenträgheiten Jm und Jl und Viskosereibungskoeffizienten Dm und Dl jeweils aufweisen. In diesem Fall wird ein vereinfachtes Modell verwendet, wie in dem Blockdiagramm in 8 dargestellt ist, welches die Übertragungscharakteristik von dem Drehmomentbefehl Tc zu dem Positionsdetektionswert Pl des angetriebenen Elements zeigt.
In 8 wird ein vereinfachtes Modell gezeigt, auf Grundlage einer Annahme, dass Vm den Motorgeschwindigkeitsdetektionswert repräsentiert und S einen Laplace'schen Operator repräsentiert. In diesem Fall ist eine Summe des Motorbeschleunigungsdrehmoments Jm × S × Vm, der viskosen Motorreibung Dm × Vm und eines Gegenkraft-Drehmoments Tr gleich dem Drehmomentbefehl Tc.
In diesem Modell wird ausgedrückt, dass der Geschwindigkeitsdetektionswert Vm des Motors erhalten wird, wenn eine Differenz zwischen dem Drehmomentbefehl Tc und dem Gegenkraft-Drehmoment Tr in ein Motormodell 16 eingegeben wird. Zusätzlich integriert ein Integrierer 17 den Motorgeschwindigkeitsdetektionswert Vm zur Erzeugung des Motorpositionsdetektionswerts Pm zur Eingabe in ein federbasiertes Modell 18.
In dem federbasierten Modell 18 wird eine Differenz zwischen dem Motorpositionsdetektionswert Pm und dem Positionsdetektionswert Pl des angetriebenen Elements berechnet, und die berechnete Differenz wird mit einer Federkonstante Kb eines Federmodells 20 multipliziert, um ein Übertragungsdrehmoment zu erzeugen, das auf das angetriebene Element übertragen wird. Das Übertragungsdrehmoment des angetriebenen Elements ist gleich dem Gegenkraftdrehmoment Tr des angetriebenen Elements, und ein vereinfachtes Modell wird geschaffen, wenn Vl einen Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements repräsentiert. In diesem Fall ist das Übertragungsdrehmoment gleich einer Gesamtsumme eines Beschleunigungsdrehmoments Jl × S × Vl des angetriebenen Elements und einer viskosen Reibung Dl × Vl des angetriebenen Elements. 8 zeigt, dass ein Modell 21 für das angetriebene Element das Übertragungsdrehmoment des angetriebenen Elements aufnimmt, um den Geschwindigkeitsdetektionswert Vl zu schaffen. Ferner integriert ein Integrierer 22 den Geschwindigkeitsdetektionswert Vl des angetriebenen Elements zum Erhalt des Positionsdetektionswerts Pl des angetriebenen Elements.
In 7 wird angenommen, dass die Übertragungscharakteristik von dem Geschwindigkeitsbefehl Vc zu dem Motorgeschwindigkeitsdetektionswert Vm gleich 1 ist. Das heißt, ein Ansprechband des Geschwindigkeitsrückkopplungssystems ist hoch genug, um das Steuersystem darzustellen, so dass es einen Einfluss des Gegenkraftdrehmoments Tr des angetriebenen Elements in 8 unterdrücken kann. Das Blockdiagramm in 7 kann durch das Blockdiagramm in 9 ersetzt werden.
Genauer gesagt, die Übertragungscharakteristik des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts Vm von dem Geschwindigkeitsbefehl Vc kann durch 1 ersetzt werden, wie durch die Bezugsziffer 23 angezeigt wird. Ferner integriert der Integrierer 17 den Motorgeschwindigkeitsdetektionswert Vm zum Erhalt des Motorpositionsdetektionswerts Pm, wie in dem Aufbau in 8. Das federbasierte Modell 18 erhält als eine Eingabe den Motorpositionsdetektionswert Pm und gibt den Positionsdetektionswert Pl des angetriebenen Elements aus. In diesem Fall wird eine Übertragungsfunktion des gesamten Steuersystems ausgedrückt durch die folgende Formel (1). In Formel (1) repräsentiert S einen Laplace'schen Operator. Pl(S)/Pc(S) = Kp·Kb/(Jl·S³ + D1·S² + Kb·S + Kp·Kb) Formel (1)
Falls eine Bedingung Kp << (Kb/Jl)^1/2 auf die oben genannte Formel angewendet wird, erhält man ein Verstärkungsdiagramm, das eine Charakteristik des gesamten Steuersystems repräsentiert, wie in 13 dargestellt ist.
Neuere Entwicklungen in verschiedenen Filtertechniken oder Dämpfungssteuerungen und die Einführung verbesserter Geschwindigkeitsschleifen haben eine Festlegung hoher Werte für die Positions-/Geschwindigkeitsschleifenverstärkung ermöglicht. Die Starrheit eines Bearbeitungsteils der Vorschubachse kann jedoch aufgrund von Alterung (d. h. Reibungsabnutzung und Lockerung) einer Komponente abnehmen, die einen Antriebsmechanismus darstellt, oder aufgrund von Verminderung der Zugspannung einer Kugelspindel, die von einer Ausnehmung der Kugelspindel abgeleitet wird, was auftreten kann, wenn die Temperatur während einer fortlaufenden Benutzung ansteigt. In diesem Fall nimmt die mechanische Resonanzfrequenz (Kb/Jl)^1/2 ab, und die Verstärkungscharakteristik des gesamten Steuersystems, das durch Formel (1) definiert wird, ist in 14 dargestellt. Im einzelnen nimmt eine Amplitudenverstärkung der mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/Jl)^1/2 aufgrund einer hohen Festlegung der Positionsschleifenverstärkung ab. In einigen Fällen kann das angetriebene Element bei niedrigen Frequenzen schwingen. Ferner nimmt in einem großen Bearbeitungszentrum oder dergleichen die mechanische Resonanzfrequenz (Kb/Jl)^1/2 ab, wenn ein Werkstück, das auf einem angetriebenen Element montiert ist, schwerer ist als erwartet. Dann treten Niederfrequenzschwingungen in gleicher Weise auf. Um das vorstehend genannte Problem zu lösen, ist bereits die folgende Technik verfügbar.
10 und 11 sind Steuerblockdiagramme, die herkömmliche Techniken darstellen, die zur Unterdrückung von Niederfrequenzschwingungen dienen. Komponenten ähnlich zu solchen in 7 sind durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Eine Alterungskorrektureinheit 40, die in den Zeichnungen dargestellt ist, wird im folgenden detailliert beschrieben.
In 10 gibt ein Positionsdetektionswertrechner 27 einen Positionsrückgabewert Pd aus, der die Position repräsentiert, die durch die Formel (2) unten definiert wird, einschließlich des Positionsdetektionswerts Pl des angetriebenen Elements und des Motorpositionsdetektionswerts Pm. In der Formel (2) repräsentiert Tp eine Zeitkonstante eines Verzögerungsschaltkreises 25 erster Ordnung und S repräsentiert einen Laplace'schen Operator. Pd = Pm + (Pl – Pm)/(1 + Tp·S) Formel (2)
In der Formel (2) repräsentiert 1(1 + Tp × S) den Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung, und der Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung 25, der in 10 dargestellt ist, berechnet den zweiten Ausdruck in Formel (2).
In 11 gibt ein Geschwindigkeitsdetektionswertrechner 32 einen Geschwindigkeitsrückgabewert Vd aus, der eine Geschwindigkeit repräsentiert, die durch die folgende Formel (3) definiert wird, einschließlich des Positionsdetektionswerts Vl des angetriebenen Elements, der durch den Differenzierer 28 durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts Pl des angetriebenen Elements erhalten wird, und des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts Vm. In Formel (3) repräsentiert Tv eine Zeitkonstante eines ersten Verzögerungsschaltkreises 30, und S repräsentiert einen Laplace'schen Operator. Vd = Vm + (Vl – Vm)/(1 + Tv·S) Formel(3)
In der Formel (3) repräsentiert 1/(1 + Tv × S) einen Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung, und der Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung 30 in 11 berechnet den zweiten Ausdruck in Formel (3).
Im folgenden wird eine Alterungskorrektureinheit 40 beschrieben. Die Alterungskorrektureinheit 40 empfängt als Eingaben den Positionsbefehl Pc und den Positionsdetektionswert Pl des angetriebenen Elements und detektiert die Schwingung des angetriebenen Elements, während sich der Antriebsmechanismus nicht in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet. Bei Messung der Schwingung des angetriebenen Elements vergrößert die Alterungskorrektureinheit 40 die Zeitkonstanten Tp und Tv der Verzögerungsschaltkreise erster Ordnung 25 und 30. Alternativ verringert die Alterungskorrektureinheit 40 die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3, die Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv des Drehmomentbefehlsrechners 5 oder die Geschwindigkeitsschleifen-Integratalverstärkung Iv des Drehmomentbefehlsrechners 6.
Eine strichpunktierte Linie in 15 bezeichnet eine Verstärkungscharakteristik des gesamten Steuersystems, das in den Blockdiagrammen aus 10 und 11 dargestellt ist, in dem Fall, in welchem die Werte von Tp und Tv größer werden, unter den Bedingungen >> (Kb/M)^1/2 und Tv >> (Kb/M)^1/2 in den Formeln (2) und (3). In diesem Fall wächst die Amplitudenverstärkung in der mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)^1/2 an. Ferner bezeichnet eine durchgehende Linie in 13 eine Verstärkungscharakteristik des gesamten Steuersystems in dem Fall, in welchem die Starrheit eines Bearbeitungsteils der Vorschubachse reduziert ist. Somit wurde das Problem der Niederfrequenzschwingungen gelöst, das in dem herkömmlichen Beispiel in 7 auftrat.
Eine durchgehende Linie in 16 bezeichnet eine Verstärkungscharakteristik des gesamten Steuersystems, das in den 10 und 11 dargestellt ist in dem Fall, in welchem die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3 reduziert ist, während die Starrheit eines Bearbeitungsteils der Vorschubachse abnimmt. Eine resultierende Amplitudenverstärkung der mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/Jl)^1/2 ist größer, was bei der Lösung des Problems der Niederfrequenzschwingungen nützlich ist, die in dem herkömmlichen Beispiel in 7 auftreten.
Es wird ein Aufbau der Alterungskorrektureinheit 40 beschrieben. 12 ist ein Steuerungsblockdiagramm, das einen Aufbau der Alterungskorrektureinheit 40 darstellt. Der Positionsbefehl Pc wird in einen Differenzierer zweiter Ordnung 41 eingegeben und einer Differenzierung zweiter Ordnung unterzogen, um einen Beschleunigungsbefehl Ac zu berechnen. Ein Komparator 43 vergleicht den berechneten Beschleunigungsbefehl Ac mit einem vorbestimmten Beschleunigungsbefehl-Grenzwert Acref. Falls der Beschleunigungsbefehl Ac gleich oder kleiner ist als der Beschleunigungsbefehl-Grenzwert Acref, wird bestimmt, dass der Antriebsmechanismus sich nicht in dem Beschleunigungs-Verzögerungszustand befindet (d. h. sich in einem normalen Zustand befindet), und ein Schwingungsdetektions-Startsignal wird an einen Schwingungsdetektor 48 ausgegeben.
Als eine weitere Eingabe zusätzlich zu dem Schwingungsdetektionsstartsignal empfängt der Schwingungsdetektor 48 ferner ein Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements, das eine Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert Pc und dem Positionsdetektionswert Pl des angetriebenen Elements repräsentiert. Der Schwingungsdetektor 48 berechnet, während das Schwingungsdetektionsstartsignal ausgegeben wird, eine Schwingungsfrequenz fp der Schwingung, das in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist, unter Verwendung eines Frequenzanalyseverfahrens wie etwa der diskreten Fourier Transformation (DFT) oder der Fast-Fourier-Transformation (FFT). In diesem Fall ist ein Detektionsbereich der Schwingungsfrequenz fp auf einen vorbestimmten Bereich von „fst” bis „fen” begrenzt. Es wird angenommen, dass die Schwingung lediglich dann vorhanden ist, wenn die Größe (Amplitude) der Schwingung, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist, größer ist als ein vorbestimmter konstanter Wert SPref, und dann wird die Schwingungsfrequenz fp ausgegeben.
Ein Teiler 49 berechnet eine Schwingungsperiode aus dem Kehrwert der empfangenen Schwingungsfrequenz fp und gibt einen Zeitkonstanten-Anfangswert T0 auf Grundlage der berechneten Schwingungsperiode aus. Der berechnete Zeitkonstanten-Anfangswert T0 wird als Anfangswerte für die Zeitkonstanten Tp und Tv angenommen, zur Verwendung in dem Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung 25 oder 30. Falls die Schwingungsfrequenz fp kontinuierlich durch den Schwingungsdetektor 48 detektiert wird, selbst nachdem die Werte der Zeitkonstanten Tp und Tv aktualisiert worden sind, startet ein Zähler 51 einen Hochzählvorgang und addiert eine vorbestimmte Zeitkonstantenzunahme ΔT zur Vergrößerung der Werte der Zeitkonstanten Tp und Tv um die Zeitkonstantenzunahme ΔT.
Wenn der Schwingungsdetektor 48 die Schwingungsfrequenz fp ausgibt, führt eine Verstärkungsumwandlungs-Anfangswertfestlegungseinheit 53 die folgenden Berechnungen zum Erhalt eines Verstärkungsumwandlungsanfangswerts Ks aus, unter Verwendung der erhaltenen Schwingungsfrequenz fp als eine Eingabe. In dem Aufbau in 11 ist, falls {Iv/(Jm + Jl)}^1/2 > 2πfp, dann Ks = 2πfp/{Iv/(Jm + Jl)}^1/2.
In dem in 10 dargestellten Aufbau ist, falls Kp > 2πfp, Ks = 2πfp/Kp.
Andernfalls ist Ks = 1 (Formel 4)
Der berechnete Verstärkungsumwandlungsanfangswert Ks wird als ein Anfangswert des Verstärkungsumwandlungswerts K festgelegt. Falls die Schwingungsfrequenz fp kontinuierlich von dem Schwingungsdetektor 48 detektiert wird, selbst nachdem der Wert des Verstärkungsumwandlungswerts K aktualisiert worden ist, beginnt ein Zähler 55 mit einem Hochzählvorgang und reduziert eine vorbestimmte Verstärkungsabnahme ΔK zur Abnahme des Verstärkungsumwandlungswerts K um die Verstärkungsabnahme ΔK. Dieser Verstärkungsumwandlungswert K wird einer Grenzwertverarbeitung in einem Verstärkungsausgabe-Umschalter 59 unterzogen, so dass der Verstärkungsumwandlungswert in den Bereich 0 < K < 1 fällt. Wenn der Verstärkungsumwandlungswert K ausgegeben worden ist, reduziert der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 3, der in 10 dargestellt ist, die Verstärkung Kp auf einen Wert, der erhalten wird durch Multiplikation des ursprünglichen Festlegungswerts der Verstärkung Kp mit dem Verstärkungsumwandlungswert K. Im Fall des Aufbaus in 11 reduziert der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 3 die Verstärkung Kp, der Drehmomentbefehlsrechner 5 reduziert die Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv, und der Drehmomentbefehlsrechner 6 reduziert die Geschwindigkeitsschleifen-Integralverstärkung Iv durch Multiplikation von deren Originalwerten mit dem Verstärkungsumwandlungswert K.
In dem herkömmlichen Beispiel, das in 12 dargestellt ist, ist es möglich, die Aktualisierung der Zeitkonstanten Tp und Tv der Aktualisierung des Verstärkungsumwandlungswerts K in dem Verstärkungsausgabe-Umschalter 59 vorzuziehen. Genauer gesagt, ein Komparator 58 vergleicht die Zeitkonstanten Tp und Tv mit einer vorbestimmten zulässigen Zeitkonstante Tref. Als ein Ergebnis des Vergleichs wird dann, falls die Zeitkonstanten Tp und Tv die zulässige Zeitkonstante Tref überschreiten, der Verstärkungsumwandlungswert K aktualisiert.
Wie zuvor beschrieben, kann die Alterungskorrektureinheit 40, die in 12 dargestellt ist, die Zeitkonstanten Tp und Tv der Verzögerungsschaltkreise erster Ordnung 25 und 30 um einen erforderlichen Betrag vergrößern. Alternativ kann die Alterungskorrektureinheit 40 die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3, die Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv des Drehmomentbefehlsrechners 5 und die Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Iv des Drehmomentbefehlsrechners 4 um erforderliche Beträge verringern. Somit ist es möglich, das Problem niederfrequenter Schwingungen zu lösen, die in dem herkömmlichen Beispiel in 7 aufgetreten sind, während verhindert wird, dass eine übermäßige Amplitudenverstärkung festgelegt wird, und eine signifikante Abnahme der Ansprechbarkeit des Steuerungssystems verhindert wird.
Bei der herkömmlichen Technik, die in 12 dargestellt ist, wird die Schwingungsfrequenz fp der Schwingung, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist, unter Verwendung eines Frequenzanalyseverfahrens wie etwa DFT (FFT) berechnet. In diesem Fall treten jedoch Probleme auf wie (1) eine niedrige Berechnungsgenauigkeit der Zeitkonstante aufgrund einer Unmöglichkeit zur Festlegung einer höheren Frequenzauflösung, (2) ein großer Speicherbedarf, und (3) eine zeitaufwändige Verfolgung und Analyse von Daten.
Falls beispielsweise versucht wird, eine niederfrequente Schwingung entsprechend 10 Hz in einem System mit einer Abtastperiode von 1 ms zu bestimmen, wird die resultierende Frequenzauflösung gleich 0,98 Hz in dem Fall, in welchem die FFT-Berechnung für 1.024 Abtastpunkte durchgeführt wird. Die resultierenden Spektren entsprechen 9,77 Hz und 10,74 Hz als Spektren um 10 Hz. Falls diese Spektren in Schwingungsperioden umgewandelt werden, sind die resultierenden Perioden 102,4 ms und 93,1 ms, und der Differenz zwischen diesen beiden ist 9,3 ms. Dies ist eine sehr große Differenz im Vergleich zu der Abtastperiode von 1 ms.
JP 2012-168926 A offenbart, dass unter der Annahme, dass die Zeitkonstanten Tp und Tv, die für die Alterungskorrektureinheit 40 veränderbar sind, auch auf ein gleitendes Mittel mit einer Hochpass-Abschirmcharakteristik (begrenzte Impulsantwort(FIR)-Filter) anwendbar sind, zusätzlich zu den Verzögerungsschaltkreisen erster Ordnung 25 und 30, ein gleitender Durchschnitt der Tp-Ts-Stufe und ein gleitender Durchschnitt der Tv-Ts-Stufe für eine Abtastperiode Ts des Steuersystems gebildet werden. In diesem Fall variiert die Abschirmcharakteristik einer entsprechenden Frequenz jedoch stark abhängig davon, ob die Zeitkonstanten Tp und Tv 102,4 ms oder 93,1 ms sind.
Zur Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit der Zeitkonstante ist es nützlich, die Abtastzahl zu erhöhen. Beispielsweise können Spektren entsprechend 9,89 Hz und 10,01 Hz erhalten werden durch Veränderung der Abtastzahl auf 8.192 Punkte. Wenn diese Spektren in Schwingungsperioden umgewandelt werden, sind die resultierenden Perioden gleich 101,1 ms und 99,9 ms. Somit ist es möglich, die Zeitkonstanten Tp und Tv mit einem Auflösungsäquivalent auf eine Abtastperiode von 1 ms festzulegen.
Wenn die Zahl der Abtastungen ansteigt, wächst auch der Speicherbedarf, der zum Speichern und analysieren der Abtastdaten erforderlich ist. Ferner dauert es lange, Zeitfolgedaten zu verfolgen, da eine Abfolge von Daten benötigt wird, welche die Zahl der Abtastungen x die Abtastperiode abdeckt. Zusätzlich zum Zuwachs der für die Nachverfolgung erforderlichen Zeit wird auch die Zeit zur Durchführung einer Schmetterlingsberechnung im FFT aufgrund eines Zuwachses der Abtastdaten länger.
Indessen offenbart JP 2012-168926 A ein weiteres Verfahren zur Identifizierung der Schwingungsfrequenz fp der Schwingung, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird eine Schwingungsperiode (anfänglicher Zeitkonstantenwert T0) als der Kehrwert der Schwingungsfrequenz fp auf Grundlage des Zeitintervalls zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Positionsfehlersignals des angetriebenen Elements detektiert.
In einem Übergangsvorgang der Schwingung, die in dem Positionsfehlersignal enthalten ist, in welchem sich die Schwingung von dem Maximalwert zum Minimalwert ändert und umgekehrt, ist es jedoch nicht immer der Fall, dass eine stetige Abnahme/ein stetiger Zuwachs wiederholt wird. Beispielsweise kann die Schwingung wiederholt aufgrund des Rauschens in dem Detektor oder dergleichen zuwachsen und abnehmen, und die Länge der Schwingungsperiode kann sich für jede Schwingungsperiode ändern. Falls der Zeitpunkt, an welchem sich das Positionsfehlersignal vom Zuwachs zur Abnahme ändert, als der maximale Schwingungswert H bestimmt wird, und der Zeitpunkt, an dem sich das Positionsfehlersignal von der Abnahme zur Zunahme ändert, als der minimale Schwingungswert bestimmt wird, sollte eine Schwingungsperiode gemessen werden, die aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen sehr viel kürzer ist als der wahre Wert der Periode. Falls andererseits das Maximum und das Minimum der Schwingung aus den Zeitfolgedaten aus mehr als einer Periode bestimmt werden, ist eine bestimmte Schwingungsperiode sehr viel länger als der wahre Wert der Schwingungsperiode, aufgrund des Einflusses einer Längenveränderung oder dergleichen.
Falls somit versucht wird, die Schwingungsperiode einfach aus dem Zeitabstand zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Zeitfolgedaten zu identifizieren, besteht das Problem, dass eine fehlerhafte Schwingungsperiode bestimmt wird.
Falls ferner eine konstante Schwingung in einem Zustand auftritt, in welchem die Steifigkeit eines Werkstücks auf der Vorschubachse reduziert wird, ist es erforderlich, die Schwingung zu unterdrücken, indem die Zeitkonstanten Tp und Tv oder die Verstärkungen Kp, Pv und Iv aktualisiert werden. Hingegen müssen diese Parameter nicht verändert werden, falls die konstante Schwingung nicht auftritt. Bei der herkömmlichen Technik, die in 12 dargestellt ist, werden diese Parameter jedoch zwangsweise geändert, selbst wenn eine stoßartige Störung plötzlich auftritt. Somit besteht das Problem, dass das Ansprechverhalten des Steuersystems aufgrund einer Veränderung der Parameter und einer Sicherung einer übermäßigen Verstärkung reduziert ist.
Ein von der vorliegenden Erfindung zu lösendes Problem liegt darin, dass viel Speicher und viel Zeit erforderlich sind, um genau die Schwingungsfrequenz fp (Zeitkonstanten-Anfangswert T0) zu bestimmen, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist. Ferner wird eine Schwingungsperiode (Zeitkonstanten-Anfangswert T0) fehlerhaft detektiert, falls ein Versuch unternommen wird, die Schwingungsperiode aus den Zeitfolgedaten zu bestimmen, aufgrund eines Einflusses von Rauschen in dem Detektor oder dergleichen. Ferner ist das Ansprechverhalten des Steuersystems aufgrund von Veränderungen von Parametern (der Zeitkonstanten Tp und Tv oder der Verstärkungen Kp, Pv und Iv) und der Sicherung einer übermäßigen Verstärkung in dem Fall, in welchem eine stoßartige Störung plötzlich auftritt, reduziert. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Positionssteuervorrichtung zu schaffen, die genau eine niederfrequente Schwingung eines angetriebenen Elements detektieren kann und die detektierte niederfrequente Schwingung unterdrücken kann, ohne dass viel Speicher und viel Zeit erforderlich, und ohne von Rauschen eines Detektors oder dergleichen beeinflusst zu werden. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer Positionssteuervorrichtung, welche die Reduktion des Ansprechverhaltens eines Steuersystems minimieren kann, ohne dass eine übermäßige Verstärkung festgelegt wird, selbst falls eine stoßartige Störung auftritt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Positionssteuervorrichtung einen Motorpositionsdetektor und einen Positionsdetektor für ein angetriebenes Element, der in der Lage ist, eine Position eines durch einen Motor angetriebenen Elements zu detektieren, und ist dazu ausgebildet, eine vollständig geschlossene Steuerung der Position des angetriebenen Elements durchzuführen. Die Positionssteuervorrichtung umfasst einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner, der einen Geschwindigkeitsbefehlswert durch proportionale Verstärkung einer Abweichung zwischen einem Positionsbefehlswert, der von einer Leitvorrichtung eingegeben wird, und einem Positionsrückgabewert ausgibt. Die Positionssteuervorrichtung umfasst ferner einen Drehmomentbefehlsrechner, der einen Drehmomentbefehlswert durch proportionale und integrale Verstärkung einer Abweichung zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitsrückgabewert ausgibt. Die Positionssteuervorrichtung umfasst eine Antriebseinheit, die den Motor entsprechend dem Drehmomentbefehlswert antreibt. Die Positionssteuervorrichtung umfasst eine Alterungskorrektureinheit, die die Anwesenheit oder Abwesenheit einer konstanten Schwingung des angetriebenen Elements auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und eines Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements detektiert, welcher Positionsdetektionswert durch den Positionsdetektor des angetriebenen Elements detektiert wird, eine Schwingungsperiode der konstanten Schwingung berechnet, während die konstante Schwingung auftritt und einen Steuerparameter entsprechend der Schwingungsperiode verändert. Die Alterungskorrektureinheit umfasst einen Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor, der einen Extremwert und einen Zeitpunkt des Extremwerts aus einem Differenzwert zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements detektiert, und eine Schwingungsperiode und eine Schwingungsamplitude detektiert, die in dem Differenzwert enthalten sind, auf Grundlage des detektierten Extremwerts und des Zeitpunkts des Extremwerts. Die Alterungskorrektureinheit umfasst ferner einen Beschleunigungs-/Verzögerungszustandsdetektor, der auf Grundlage des Positionsbefehlswerts bestimmt, dass das angetriebene Element sich nicht in einem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet. Die Alterungskorrektureinheit umfasst ferner einen Konstantschwingungsdetektor, der als eine Schwingungsperiode der konstanten Schwingung eines Schwingungsperiode ausgibt, die erhalten wird, während sich das angetriebene Element nicht in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet, und die Schwingungsperiode und die Schwingungsamplitude, die von dem Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor detektiert werden, gleich oder größer sind als ein jeweiliger Schwingungsperiodenschwellwert und ein Schwingungsamplitudenschwellwert.
Die Alterungskorrektureinheit umfasst ferner einen Steuerparameterveränderer, der den Steuerparameter entsprechend der Schwingungsperiode verändert, die von dem Konstantschwingungsdetektor ausgegeben wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schwingungsperiodenschwellwert erhalten durch Reduktion eines vorbestimmten Schwellwerts von einem maximalen Schwingungsperiodenwert, der von dem Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor detektiert wird, als einem Maximalwert der Schwingungsperiode. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt der Konstantschwingungsdetektor einen Glättungsvorgang der Amplitude der Schwingung vor, die durch den Schwingungs- und Amplitudendetektor detektiert wird, wenn die Schwingungsperiode gleich oder größer ist als der Schwingungsperiodenschwellwert, und ermittelt, ob die geglättete Amplitude gleich oder größer ist als der Schwingungsamplitudenschwellwert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Positionsrückgabewert ein Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements, der von dem Positionsdetektor für das angetriebene Element detektiert wird. Der Geschwindigkeitsrückgabewert ist ein Motorgeschwindigkeitsdetektionswert, der berechnet wird durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird. Der Steuerparameterveränderer umfasst einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungs-Anfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer Verstärkung, auf Grundlage einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme, jedes Mal, wenn eine konstante Schwingung detektiert wird, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzwertverarbeitung an dem Verstärkungsumwandlungswert vornimmt und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Positionsrückgabewert ein Wert, der erhalten wird durch Addition des Motorpositionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorpositionsdetektionswert, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und dem Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements erhält. Der Geschwindigkeitsrückgabewert ist ein Motorgeschwindigkeitsdetektionswert, der berechnet wird durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird. Der Steuerparameterveränderer umfasst einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Geschwindigkeitsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungs-Anfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion eines vorbestimmten Verstärkungsdekrements, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, und einen Verstärkungsausgabeumschalter, der einen Grenzwertverarbeitung des Verstärkungsumwandlungswert durchführt und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Positionsrückgabewert ein Wert, der erhalten wird durch Addition des Motorpositionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorpositionsdetektionswert, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und dem Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements erhält. Der Geschwindigkeitsrückgabewert ist ein Motorgeschwindigkeitsdetektionswert, der errechnet wird durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird. Der Steuerparameterveränderer umfasst einen Zeitkonstantenveränderer, der als einen Anfangswert die Schwingungsperiode der konstanten Schwingung verwendet und nachfolgend als eine Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung einen Wert aktualisiert, der erhalten wird durch wiederholte Addition einer vorbestimmten Zeitkonstantenzunahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird. In diesem Fall umfasst der Steuerparameterveränderer vorzugsweise ferner einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als den Anfangswert den Verstärkungsumwandlungs-Anfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet worden ist, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, einen Komparator, der bestimmt, ob die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzwertverarbeitung an dem Verstärkungsumwandlungswert vornimmt, wenn die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und den Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Positionssteuervorrichtung einen Differenzierer, der den Motorgeschwindigkeitswert durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts errechnet, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einen Differenzierer, der den Geschwindigkeitsdetektionswerts des angetriebenen Elements durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements errechnet. Der Positionsrückgabewert ist ein Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements, der von dem Positionsdetektor des angetriebenen Elements detektiert wird. Der Geschwindigkeitsrückgabewert ist ein Wert, der erhalten wird durch Addition des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorgeschwindigkeitsdetektionswert und dem Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements erhält. Der Steuerparameterveränderer umfasst einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungsanfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion durch eine vorbestimmte Verstärkungsabnahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, und einen Verstärkungsausgabeumschalter, der eine Grenzwertverarbeitung an dem Verstärkungsumwandlungswert durchführt und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Positionssteuervorrichtung ferner einen Differenzierer, der den Motorgeschwindigkeitsdetektionswert durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts errechnet, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einen Differenzierer, der den Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements errechnet. Der Positionsrückgabewert ist ein Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements, der von dem Positionsdetektor des angetriebenen Elements detektiert wird. Der Geschwindigkeitsrückgabewert ist ein Wert, der erhalten wird durch Addition des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorgeschwindigkeitsdetektionswert und dem Geschwindigkeitdetektionswert des angetriebenen Elements erhält. Der Steuerparameterveränderer umfasst einen Zeitkonstanten-Veränderer, der als einen Anfangswert die Schwingungsperiode der konstanten Schwingung verwendet und nachfolgend als eine Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung einen Wert aktualisiert, der erhalten wird durch wiederholte Addition einer vorbestimmten Zeitkonstantenzunahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird. In diesem Fall umfasst der Steuerparameterveränderer vorzugsweise einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswertausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungs-Anfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion um eine vorbestimmte Geschwindigkeitsabnahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, einen Komparator, der bestimmt, ob die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und einen Verstärkungsausgabeumschalter, der eine Grenzwertverarbeitung des Verstärkungsumwandlungswert vornimmt, wenn die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts des Geschwindigkeitsbefehlsrechners und/oder des Verstärkungsfestlegungswerts des Drehmomentbefehlsrechners mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Durch die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, genau niederfrequente Schwingungen des angetriebenen Elements zu detektieren und zu unterdrücken, ohne dass viel Speicher und Zeit erforderlich ist und ohne dass dies durch das Rauschen eines Detektors oder dergleichen beeinflusst wird. Es ist ferner einfach, eine Verschlechterung der Folgefähigkeit eines Steuersystems zu minimieren, ohne dass eine übermässige Verstärkungsreserve gesichert werden muss, selbst wenn eine stoßartige Störung einwirkt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der folgenden beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform eines Spitzenwertdetektors der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausführungsform eines Effektivdatenextrahierers;
7 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Standes der Technik;
8 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines zu steuernden Objekts in einem Zweimassen-Modell;
9 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Standes der Technik;
10 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Standes der Technik;
11 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Standes der Technik;
12 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Standes der Technik;
13 ist ein Diagramm zur Darstellung der Verstärkungscharakteristik in einem Zustand, in welchem die mechanische Resonanzfrequenz nicht reduziert ist;
14 ist ein Diagramm zur Darstellung der Verstärkungscharakteristik, wenn die mechanische Resonanzfrequenz reduziert ist;
15 ist ein Diagramm zur Darstellung der Verstärkungscharakteristik, wenn die Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung vergrößert ist; und
16 ist ein Diagramm zur Darstellung der Verstärkungscharakteristik, wenn die Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung vergrößert ist und die Verstärkung eines Geschwindigkeitsbefehlsrechners verringert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bauteile, die denjenigen aus dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik vergleichbar sind, sind durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. 1 bis 3 sind Steuerblockdiagramme gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine Alterungskorrektureinheit 60 zu dem Beispiel nach dem Stand der Technik gemäß 7 hinzugefügt worden. Die Alterungskorrektureinheit 60 ist dazu vorgesehen, einen Positionsbefehl Pc und einen Detektionswert Pl eines angetriebenen Elements zu empfangen und eine Verstärkung Kp eines Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3 zu verändern. Die Alterungskorrektureinheit 60 detektiert einen Schwingungszustand eines angetriebenen Elements, wenn ein Antriebsmechanismus sich nicht in einem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet. Falls ein Schwingungszustand des angetriebenen Elements detektiert wird, reduziert die Alterungskorrektureinheit 60 die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3. Die Alterungskorrektureinheit 60 wird im folgenden näher beschrieben.
Gemäß 2 wurde eine Alterungskorrektureinheit 40 eines herkömmlichen Ausführungsbeispiels, das in 10 dargestellt ist, durch eine Alterungskorrektureinheit 60 ersetzt. Die Alterungskorrektureinheit 60 ist dazu vorgesehen, eine Zeitkonstante Tp eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung 25 und eine Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3 zu verändern. Die Alterungskorrektureinheit 60 detektiert einen Schwingungszustand eines angetriebenen Elements, wenn sich der Antriebsmechanismus nicht in einem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet. Falls ein Schwingungszustand des angetriebenen Elements detektiert wird, vergrößert die Alterungskorrektureinheit 60 die Zeitkonstante Tp des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung 25 oder reduziert die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3. Die Alterungskorrektureinheit 60 wird im folgenden näher beschrieben.
Gemäß 3 wurde eine Alterungskorrektureinheit 40 eines herkömmlichen Ausführungsbeispiels, das in 11 dargestellt ist, durch eine Alterungskorrektureinheit 60 ersetzt. Die Alterungskorrektureinheit 60 ist dazu vorgesehen, eine Zeitkonstante Tv eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung 30, eine Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3, eine Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv eines Drehmoment-Befehlsrechners 5 und eine Geschwindigkeitsschleifen-Integralverstärkung Iv eines Drehmomentbefehlsrechners 6 zu verändern. Die Alterungskorrektureinheit 60 detektiert einen Schwingungszustand eines angetriebenen Elements, wenn ein Antriebsmechanismus nicht in einem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet. Falls ein Schwingungszustand des angetriebenen Elements detektiert wird, vergrößert die Alterungskorrektureinheit 60 die Zeitkonstante Tv des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung 30 oder reduziert die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3, die Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv des Drehmomentbefehlsrechners 5 und die Geschwindigkeitsschleifen-Integralverstärkung Iv des Drehmomentbefehlsrechners 6.
Im folgenden wird die Alterungskorrektureinheit 60 beschrieben. 4 stellt einen Aufbau der Alterungskorrektureinheit 60 dar. Ein Block 67 bezeichnet einen Beschleunigungs-/Verzögerungszustandsdetektor, der bestimmt, ob sich ein Antriebsmechanismus in einem Beschleunigungs- oder Verzögerungszustand befindet. Genauer gesagt, der Positionsbefehl Pc wird in einen Differenzierer zweiter Ordnung 41 eingegeben und einer Differenzierung zweiter Ordnung unterzogen, wodurch ein Beschleunigungsbefehl Ac berechnet wird. Ein Komparator 43 vergleicht den berechneten Beschleunigungsbefehl Ac mit einem vorbestimmten Beschleunigungsbefehlschwellwert Acref. Falls der Beschleunigungsbefehl Ac gleich oder kleiner ist als der Beschleunigungsbefehlschwellwert Acref, wird bestimmt, dass sich der Antriebsmechanismus nicht in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet (d. h. sich in einem stationären Zustand befindet), und ein Schwingungsanfangssignal wird an einen Effektivdatenkomparator 63 ausgeben.
Ein Spitzenwertdetektor 61 empfängt als eine Eingabe ein Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements, welches eine Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert Pc und dem Positionsdetektionswert Pl des angetriebenen Elements darstellt. Der Spitzenwertdetektor 61 detektiert den Zeitpunkt eines lokalen Maximums und den Zeitpunkt eines lokalen Minimums des Positionfehlersignals des angetriebenen Elements. 5 zeigt ein Steuerblockdiagramm des Spitzenwertdetektors 61. Der Spitzenwertdetektor 61 empfängt das Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements und gibt es in einen Rundungsprozessrechner 61a ein. Der Rundungsprozessrechner 61a ist dazu bestimmt, dass eine Größe entsprechend einem Vielfachen der Größe eines Detektorrauschens, das in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist, eine minimale Auflösung wird. Der Rundungsprozessrechner 61a bewirkt, dass der größte Teil des Detektorrauschens ignoriert wird, das in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist. Ein Differenzierer 61b differenziert ein gerundetes Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements zur Bestimmung eines Nulldurchgangs der differenzierten Signale. In diesem Fall bezieht sich der Zeitpunkt eines lokalen Maximums auf den Zeitpunkt, an welchem sich die Polarität des differenzierten Signals von positiv zu negativ ändert, und der Zeitpunkt des lokalen Minimums bezieht sich auf den Zeitpunkt, an welchem sich die Polarität des differenzierten Signals von negativ zu positiv ändert. Der Zeitpunkt des lokalen Maximums und der Zeitpunkt des lokalen Minimums werden an einen Speicher 62 ausgegeben.
Wenn der Spitzenwertdetektor 61 den Zeitpunkt eines lokalen Maximums detektiert, speichert der Speicher 62 einen „+”-Spitzenwert des Positionsfehlersignals des angetriebenen Elements. Der Speicher 62 speichert ferner einen „–/+”-Spitzenintervall, der einen Zeitraum repräsentiert, nachdem der Spitzenwertdetektor 61 zuletzt den Zeitpunkt eines lokalen Minimums detektiert hat. Falls hingegen der Spitzenwertdetektor 61 den Zeitpunkt eines lokalen Minimums detektiert, speichert der Speicher 62 einen „–„-Spitzenwert des Positionsfehlersignals des angetriebenen Elements. Der Speicher 62 speichert ferner ein „+/–„-Spitzenintervall, welches einen Zeitraum repräsentiert, nach welchem der Spitzenwertdetektor 61 zuletzt den Zeitpunkt eines lokalen Maximums detektiert hat.
Jeder der „–/+”-Spitzenintervalle und der „+/–„-Spitzenintervalle entspricht einer halben Schwingungsperiode der Schwingung, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist. Die zwei Werte werden addiert, um einen Schwingungsperiodendetektionswert Td zu erhalten. Der Schwingungsperiodendetektionswert Td kann entweder durch Verdoppelung des „–/+”-Spitzenintervalls oder des „+/–„-Spitzenintervalls ersetzt werden.
Eine Differenz zwischen dem „+”-Spitzenwert und dem „–„-Spitzenwert entspricht einer Schwingungsamplitude der Schwingung, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist. Ein Schwingungsamplitudendetektionswert Vd kann erhalten werden durch Abzug des „–„-Spitzenwerts von dem „+”-Spitzenwert. In dem Fall, in welchem eine konstante Abweichung oder dergleichen nicht in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist, kann der Schwingungsamplitudendetektionswert Vd durch Verdoppelung des „+”-Spitzenwerts oder des „–„-Spitzenwerts ersetzt werden.
Der Effektivdatenextrahierer 63 empfängt als Eingaben den Schwingungsperiodendetektionswert Td und den Schwingungsamplitudendetektionswert Vd, welche wie oben beschrieben errechnet wurden. Der Effektivdatenextrahierer 63 empfängt ferner als Eingabe ein Vibrationsdetektionsstartsignal, das von dem Komparator 43 ausgegeben wird. Der Effektivdatenextrahierer 63 gibt einen Schwingungsperiodenmaximalwert Tmax und einen Schwingungsamplitudeneffektivwert Vok aus. 6 zeigt ein Steuerblockdiagramm des Effektivdatenextrahierers 63. Der Effektivdatenextrahierer 63 detektiert den Maximalwert des empfangenen Schwingungsperiodendetektionswerts Td und gibt ein Detektionsergebnis als Schwingungsperiodenmaximalwert Tmax aus. Indessen bestätigt der Effektivdatenextrahierer 63, dass eine Differenz zwischen dem Schwingungsperiodenmaximalwert Tmax und dem Schwingungsperiodendetektionswert Td gleich oder kleiner ist als ein Schwellwert Tere; d. h., der Schwingungsperiodenmaximal Tmax ist im wesentlichen der gleiche wie der Schwingungsperiodendetektionswert Td. Eine solche Bestätigung entspricht einer Bestimmung, dass der Schwingungsperiodendetektionswert Td gleich oder größer ist als ein Periodenschwellwert (Tmax – Te ref). Falls die zwei Werte im wesentlichen gleich sind und das Vibrationsdetektionsstartsignal von dem Komparator 43 ausgegeben wird, gibt ein Datenextrahierer 63e den Schwingungsamplitudendetektionswert Vd als den Schwingungsamplitudeneffektivwert Vok aus.
Wie oben beschrieben, kann das Detektionsrauschen, das in dem Positionsfehlersignal enthalten ist, im wesentlichen durch den Rundungsprozessrechner 61a in dem Spitzenwertdetektor 61 ignoriert werden. In diesem Fall wird der Rundungsvorgang zum Aufrunden oder Abrunden kleinerer Stellen unterhalb des Grenzwerts der Rundungsprozessauflösung durchgeführt. In der Nähe eines solchen Grenzwerts kann das Aufrunden und Abrunden gelegentlich alternativ durchgeführt werden. In diesem Fall detektiert der Spitzenwertdetektor 61 den Zeitpunkt des lokalen Maximums/Minimus, der durch Rauschen verursacht wird, anstelle des lokalen Maximum-/Minimum-Zeitpunkts der Schwingung, der intrinsisch unterdrückt werden muss. Ein resultierender Schwingungsperiodendetektionswert Td hat eine sehr viel kürzere Periode als die Schwingungsperiode der Schwingung, die intrinsisch unterdrückt werden muss.
Wie zuvor beschrieben, wird dann, wenn der Detektionsfehler der Schwingungsperiode durch Rauschen verursacht wird, der Schwingungsperiodendetektionswert sehr viel kürzer als der wahre Wert. In einer Situation, in der mechanische Resonanzfrequenz zunimmt und niederfrequente Schwingungen auftreten, treten kontinuierlich Schwingungen mit identischen Perioden auf. Selbst wenn die Schwingungsperiode wiederholt gemessen wird, bleibt daher der resultierende Messwert im wesentlichen der Gleiche, und dessen Maximalwert bleibt auch im wesentlichen der Gleiche.
Unter Verwendung dieser Eigenschaft kann der Maximalwert des Schwingungsfrequenzdetektionswerts Td beobachtet werden, um den wahren Wert der Schwingungsperiode zu ermitteln. Falls der Maximalwert Tmax der Schwingungsperiode nicht im wesentlichen der Gleiche ist wie der Schwingungsfrequenzdetektionswert Td, kann bestimmt werden, dass die Schwingungsperiode aufgrund des Einflusses von Rauschen fehlerhaft detektiert wurde.
Falls der Antriebsmechanismus sich in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet, kann er nicht angemessen die Schwingungsperiode identifizieren, da unterschiedliche Arten von Schwingungsmodi auftreten, als die niederfrequenten Schwingungen, die unterdrückt werden sollen.
Daher gibt der Datenextrahierer 63e den Schwingungsamplitudendetektionswert Vd als den Schwingungsamplitudeneffektivwert Vok lediglich dann aus, wenn bestimmt worden ist, dass sich der Antriebsmechanismus nicht in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet (d. h. sich in dem stationären Zustand befindet) und das Schwingungsdetektions-Startsignal aus dem Komparator 43 ausgegeben worden ist, und dass kein Einfluss von Rauschen vorhanden ist, da die maximale Periode der Schwingungsperiode Tmax im wesentlichen die gleiche ist wie der Schwingungsperiodendetektionswert Td.
Im folgenden wird eine Bestimmungseinheit für kontinuierliche Schwingung 65 zum Ausgabezeitpunkt des Schwingungsamplitudeneffektivwerts Vok betrieben, der von dem Effektivdatenextrahierer 63 erhalten wird, um einen Glättungsvorgang des Schwingungsamplitudeneffektivwerts Vok durchzuführen. Falls ein Glättungsergebnis einen vorgegebenen Schwingungsamplitudenschwellwert Vref überschreitet, treten konstante Schwingungen auf. D. h., es wird das Auftreten einer konstanten Schwingung bestimmt. Falls dies bestimmt worden ist, bestimmt die Bestimmungseinheit für konstante Schwingung 65 den Schwingungsperiodenmaximalwert Tmax als konstante Schwingungsperiode und gibt als den Zeitkonstanten-Anfangswert T0 die konstante Schwingungsperiode aus, die von dem Schwingungsperiodenmaximalwert Tmax dargestellt wird. Die konstante Schwingungsperiode kann durch den Schwingungsperiodendetektionswert Te zum Zeitpunkt der Bestimmung des Auftretens kontinuierlicher Schwingungen repräsentiert werden, anstelle des Schwingungsperiodenmaximalwerts Tmax.
Der Glättungsvorgang des Vibrationsamplitudeneffektivwerts Vok wird beispielsweise anhand der folgenden Rechnung durchgeführt, ist jedoch nicht auf dieses Verfahren beschränkt: Y(n) = (1 – A)·Y(n – 1) + A·U(n) Formel(5) U(n): Eingangssignal (Vibrationsamplitudeneffektivwert Vok)
Y(n): Ausgangssignal
Y(n – 1): Vorhergehender Wert des Ausgangssignals
A: Konstante (0 < A < 1)
Durch Glättung des Vibrationsamplitudeneffektivwerts Vok, wie in Formel (5) ausgedrückt, überschreitet das Glättungsergebnis nicht unmittelbar den Vibrationsamplitudenschwellwert Vref, selbst wenn eine impulsartige Störung spontan einwirkt. Es ist daher möglich, den Zeitkonstanten-Anfangswert T0 lediglich dann auszugeben, wenn die konstante Schwingung auftritt, wie etwa während der Verringerung der Steifigkeit eines Bearbeitungsteils der Vorschubachse. Dementsprechend kann der Einfluss eines spontanen Auftretens einer stoßartigen Störung unterdrückt werden. Falls keine impulsartige Störung auftritt oder diese sogar aufgrund des Maschinenaufbaus vernachlässigt werden kann, muss der Glättungsvorgang nicht notwendigerweise an dem Vibrationsamplitudeneffektivwert Vok durchgeführt werden, und dieser und der Vibrationsamplitudeneffektivschwellwert Vref können unmittelbar miteinander verglichen werden.
Falls die Bestimmungseinheit für kontinuierliche Schwingung 65 den Zeitkonstanten-Anfangswert T0 ausgibt, verändert ein Steuerparameterveränderer 70 verschiedene Steuerparameter auf Grundlage des Zeitkonstanten-Anfangswerts T0 (der konstanten Schwingungsperiode), der aus der Bestimmungseinheit für konstante Schwingung 65 ausgegeben worden ist. Genauer gesagt, wie in dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel in 12, wird der Zeitkonstanten-Anfangswert T0 als der Anfangswert der Zeitkonstanten Tp und Tv festgelegt, die in dem Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung 25 oder 30 verwendet werden. Falls die Bestimmungseinheit für kontinuierliche Schwingung 65 kontinuierlich den Zeitkonstanten-Anfangswert T0 ausgibt, selbst nachdem die Zeitkonstanten Tp und Tv aktualisiert worden sind, beginnt der Zähler 51 einen Hochzählvorgang und addiert ein vorbestimmtes Zeitkonstanten-Inkrement ΔT zur Vergrößerung der Werte der Zeitkonstanten Tp und Tv um das Zeitkonstanten-Inkrement ΔT. Der Zähler 51 und der Addierer 52 wirken somit als Zeitkonstanten-Aktualisierungseinheiten, die die Zeitkonstanten des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung auf Grundlage der konstanten Schwingungsperiode aktualisieren.
Inzwischen berechnet ein Teiler 66 die Schwingungsfrequenz fp als den Kehrwert des empfangenen Zeitkonstanten-Anfangswerts und gibt die Schwingungsfrequenz fp aus. Eine Verstärkungsumwandlungswert-Festlegungseinheit 53 empfängt die berechnete Schwingungsfrequenz fp und berechnet Formel (4) zur Ermittlung des Verstärkungsumwandlungsanfangswerts Ks.
Der berechnete Verstärkungsumwandlungsanfangswert Ks wird als ein Anfangswert des Verstärkungsumwandlungswerts K festgelegt. Falls der Zeitkonstanten-Anfangswert T0 kontinuierlich von der Bestimmungseinheit für kontinuierliche Schwingung 65 ausgegeben wird, selbst nachdem der Wert des Verstärkungsumwandlungswerts K aktualisiert worden ist, beginnt ein Zähler 55 einen Hochzählvorgang und reduziert ein vorbestimmtes Verstärkungsdekrement ΔK, zur Verringerung des Verstärkungsumwandlungswerts K um das Verstärkungsdekrement ΔK. Somit wirken die Verstärkungsumwandlungsanfangswert-Festlegungseinheit 53, der Zähler 55 und der Teiler 56 als eine Verstärkungsumwandlungsausgabeeinheit, die nachfolgend den Verstärkungsumwandlungswert ausgibt. Der Verstärkungsumwandlungswert K wird einer Grenzwertverarbeitung in einem Verstärkungsausgabe-Umschalter 59 unterzogen, so dass der Verstärkungsumwandlungswert K in dem Bereich 0 < K < 1 fällt. Falls der Verstärkungsumwandlungswert K ausgegeben wird, reduziert der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 3 die Verstärkung Kp auf einen Wert, der erhalten wird durch Multiplikation des ursprünglichen Festlegungswerts der Verstärkung Kp mit dem Verstärkungsumwandlungswert K in dem Aufbau, der in den 1 und 2 dargestellt ist. In gleicher Weise reduzieren der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 3, der Drehmomentbefehlsrechner 5 und der Drehmomentbefehlsrechner 6 jeweils die Verstärkung Kp, die Geschwindigkeits-Schleifen-Proportionalverstärkung Pv und die Geschwindigkeitsschleifen-Integralverstärkung Iv durch Multiplikation der ursprünglichen festgelegten Werte mit dem Verstärkungsumwandlungswert K in dem Aufbau, der in 3 dargestellt ist.
Wie in dem herkömmlichen Beispiel, das in 12 dargestellt ist, ist es möglich, die Aktualisierung der Zeitkonstanten Tp und Tv der Aktualisierung des Verstärkungsumwandlungswerts K in dem Verstärkungsausgabe-Umschalter 59 vorzuziehen. Genauer gesagt, ein Komparator 58 vergleicht die Zeitkonstanten Tp und Tv mit einer vorbestimmten zulässigen Zeitkonstante Tref. Als ein Ergebnis dieses Vergleichs wird dann, falls die Zeitkonstanten Tp und Tv die vorbestimmte zulässige Zeitkonstante Tref überschreiten, der Geschwindigkeitsumwandlungswert K aktualisiert. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Werte Tp und Tv vergrößern, bis keine Schwingungen im Vergleich zu niederfrequenten Schwingungen beobachtet werden, die auftreten, wenn die mechanische Resonanzfrequenz (Kb/Jl)^1/2 abnimmt, wie in 14 dargestellt ist. Alternativ kann die Positionssteuervorrichtung die Verstärkung Kp des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 3, die Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung Pv des Drehmomentbefehlsrechners 5 und die Geschwindigkeitsschleifen-Integralverstärkung Iv des Drehmoment-Befehlsrechners 6 reduzieren. Entsprechend wächst die Verstärkungsreserve der mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/Jl)^1/2, wie durch die durchgezogenen Linien in 15 und 16 dargestellt ist. Somit kann die Positionssteuervorrichtung das Steuersystem stabilisieren und das Auftreten niederfrequenter Schwingungen unterdrücken.
Es ist dann möglich, den Speicherbedarf oder die für die Berechnung benötigte Zeit signifikant zu reduzieren, da kein Frequenzanalyseverfahren wie etwa DFT (FFT) verwendet wird, um die Schwingungsfrequenz fp (Zeitkonstanten-Anfangswert T0) der Schwingung zu identifizieren, die in dem Positionsfehlersignal des angetriebenen Elements enthalten ist. Ferner umfasst die Positionssteuervorrichtung den Rundungsprozessrechner 61a in dem Spitzenwertdetektor 61 und umfasst ferner den Effektivdatenextrahierer 63. Somit ist es möglich, genau die Schwingungsperiode zu bestimmen, ohne irrtümlicherweise den Zeitkonstanten-Anfangswert T0 aufgrund des Einflusses von Rauschen in dem Detektor oder dergleichen zu bestimmen. Ferner umfasst die Positionssteuervorrichtung die Bestimmungseinheit für kontinuierliche Schwingung 65, so dass eine Abnahme der Folgefähigkeit des Steuersystems minimiert wird, ohne dass eine übermäßige Verstärkungsreserve gesichert wird, da die Zeitkonstanten Tp und Tv oder die Verstärkungen Kp, Pv oder Iv aktualisiert werden, wenn eine impulsartige Störung spontan auftritt.
Bezugszeichenliste

1: Leitsteuervorrichtung
2, 4, 15, 19, 24, 29, 44, 56, 3B: Subtrahierer
3: Geschwindigkeitsbefehlsrechner (Positionsschleifenverstärkung)
5: Drehmomentbefehlsrechner (Geschwindigkeitsschleifen-Proportionalverstärkung)
6: Drehmomentbefehlsrechner (Geschwindigkeitsschleifen-Integralverstärkung)
7, 26, 31, 52: Addierer
8: Verschiedene Filtereinheiten, Stromsteuereinheiten
9: Motorpositionsdetektor
10: Motor
11: Linearer Maßstab
12: Angetriebenes Element
13: Kugelspindel
14, 28: Differenzierer
16: Motormodell
17, 22: Integrierer
18: Federbasiertes Modell
20: Federmodell
21: Modell des angetriebenen Elements
23: Übertragungscharakteristik der Motorgeschwindigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl
25, 30: Verzögerungsschaltkreis erster Ordnung (Hochpass-Abschirmfilter)
27: Positionsdetektionswertrechner
32: Geschwindigkeitsdetektionswertrechner
40, 60: Alterungskorrektureinheit
41: Differenzierer zweiter Ordnung
42, 45, 46, 47, 50, 54, 57, 63c, 64: Konstanten
43, 58, 63d: Komparator
48: Schwingungsdetektor
49, 66: Teiler
51, 55: Zähler
53: Verstärkungsumwandlungsanfangswert-Festlegungseinheit
59: Verstärkungsausgabe-Umschalter
61: Spitzenwertdetektor
61a: Rundungsprozessrechner
61b: Differenzierer
61c: Extremwertdetektor
62: Speicher
63: Effektivdatenextrahierer
63a: Maximalwertdetektor
63e: Datenextrahierer
65: Bestimmungseinheit für kontinuierliche Schwingung
67: Beschleunigungs-/Verzögerungs-Bestimmer
68: Konstantschwingungs- und Amplitudendetektor
69: Konstantschwingungsdetektor
70: Steuerparameterveränderer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-021990 [0001]
JP 2012-168926 A [0033, 0036]

Claims

Positionssteuervorrichtung, umfassend einen Motorpositionsdetektor und einen Positionsdetektor für ein angetriebenes Element, der in der Lage ist, eine Position eines angetriebenen Elements zu detektieren, das durch einen Motor angetrieben wird, und welche dazu ausgebildet ist, eine vollständig geschlossene Steuerung der Position des angetriebenen Elements durchzuführen, welche Positionssteuervorrichtung umfasst: einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner, der einen Geschwindigkeitsbefehlswert durch proportionale Verstärkung einer Abweichung zwischen einem Positionsbefehlswert, der von einer Leitvorrichtung eingegeben wird, und einem Positionsrückgabewert ausgibt; einen Drehmomentsbefehlsrechner, der einen Drehmomentbefehlswert durch proportionale und integrale Verstärkung einer Abweichung zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitsrückgabewert ausgibt; eine Antriebseinheit, die den Motor gemäß dem Drehmomentbefehlswert antreibt; und eine Alterungskorrektureinheit, die die Anwesenheit oder Abwesenheit einer konstanten Schwingung des angetriebenen Elements auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und eines Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements detektiert, welcher Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements durch den Positionsdetektor des angetriebenen Elements detektiert wird, die Schwingungsperiode der konstanten Schwingung berechnet, während die konstante Schwingung auftritt, und einen Steuerparameter entsprechend der Schwingungsperiode verändert, welche Alterungskorrektureinheit umfasst: einen Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor, der einen Extremwert und einen Zeitpunkt des Extremwerts aus einem Differenzwert zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements detektiert, zur Detektion einer Schwingungsperiode und einer Schwingungsamplitude, die in dem Differenzwert enthalten sind, auf Grundlage des detektierten Extremwerts und des Zeitpunkts des Extremwerts, einen Beschleunigungs-/Verzögerungs-Zustandsdetektor, welcher auf Grundlage des Positionsbefehlswerts bestimmt, dass das angetriebene Element sich nicht in einem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet, einen Konstantschwingungsdetektor, der als eine Schwingungsperiode der konstanten Schwingung eine Schwingungsperiode ausgibt, die erhalten wird, während sich das angetriebene Element nicht in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet und die Schwingungsperiode und die Schwingungsamplitude, die von dem Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor detektiert werden, gleich oder größer sind als ein jeweiliger Schwingungsperiodenschwellwert und ein Schwingungsamplitudenschwellwert, und einen Steuerparameterveränderer, der den Steuerparameter entsprechend der Schwingungsperiode verändert, die von dem Kontantschwingungsdetektor ausgegeben wird.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Schwingungsperiodenschwellwert erhalten wird durch Reduktion eines vorbestimmten Schwellwerts von einem maximalen Schwingungsperiodenwert, der von dem Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor detektiert wird, als einem Maximalwert der Schwingungsperiode.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Konstantschwingungsdetektor einen Glättungsvorgang der Amplitude der Schwingung vornimmt, die durch den Schwingungsperioden- und Amplitudendetektor detektiert wird, während sich das angetriebene Element nicht in dem Beschleunigungs-/Verzögerungszustand befindet und wenn die Schwingungsperiode gleich oder größer ist als der Schwingungsperioden-Schwellwert, und ermittelt, ob die geglättete Amplitude gleich oder größer ist als der Schwingungsamplitudenschwellwert.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Positionsrückgabewert ein Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements ist, der von dem Positionsdetektor für das angetriebene Element detektiert wird, der Geschwindigkeitsrückgabewert ein Motorgeschwindigkeitsdetektionswert ist, der berechnet wird durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und der Steuerparameterveränderer umfasst: einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungs-Anfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer Verstärkung auf Grundlage einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme, jedes Mal, wenn eine konstante Schwingung detektiert wird, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzwertverarbeitung an dem Verstärkungsumwandlungswert vornimmt und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Positionsrückgabewert ein Wert ist, der erhalten wird durch Addition des Motorpositiondetektionswerts von dem Motorpositionsdetektor und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorpositiondetektionswert von dem Motorpositionsdetektor und dem Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements erhält, und der Geschwindigkeitsrückgabewert ein Motorgeschwindigkeitsdetektionswert ist, der berechnet wird durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und der Steuerparameterveränderer umfasst: einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Geschwindigkeitsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungsanfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird und aufeinanderfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzverarbeitung des Verstärkungsumwandlungswerts durchführt und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Positionsrückgabewert ein Wert ist, der erhalten wird durch Addition des Motorpositiondetektionswerts, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorpositionsdetektionswert von dem Motorpositionsdetektor und dem Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements erhält, der Geschwindigkeitsrückgabewert ein Motorgeschwindigkeitsdetektionswert ist, der errechnet wird durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts von dem Motorpositionsdetektor, und der Steuerparameterveränderer einen Zeitkonstanten-Veränderer umfasst, der als einen Anfangswert die Schwingungsperiode der konstanten Schwingung verwendet und nachfolgend als eine Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung einen Wert aktualisiert, der erhalten wird durch wiederholte Addition einer vorbestimmten zeitkonstanten Zunahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei welcher der Steuerparameterveränderer ferner umfasst: einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als den Anfangswert den Verstärkungsumwandlungsanfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet worden ist und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, einen Komparator, der bestimmt, ob die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzwertverarbeitung des Verstärkungsumwandlungswerts vornimmt, wenn die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und den Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Differenzierer, der den Motorgeschwindigkeitswert durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts errechnet, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einen Differenzierer, der den Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements errechnet, wobei der Positionsrückgabewert ein Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements ist, der von dem Positionsdetektor des angetriebenen Elements detektiert wird, der Geschwindigkeitsrückgabewert ein Wert ist, der erhalten wird durch Addition des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorgeschwindigkeitsdetektionswert und dem Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements erhält, und der Steuerparamenterveränderer umfasst: einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Schwingungsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungs-Anfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzwertverarbeitung an dem Verstärkungsumwandlungswert durchführt und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts in dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Differenzierer, der den Motorgeschwindigkeitsdetektionswert durch Differenzierung des Motorpositionsdetektionswerts errechnet, der von dem Motorpositionsdetektor erhalten wird, und einen Differenzierer, der den Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements durch Differenzierung des Positionsdetektionswerts des angetriebenen Elements errechnet, wobei der Positionsrückgabewert ein Positionsdetektionswert des angetriebenen Elements ist, der von dem Positionsdetektor des angetriebenen Elements detektiert wird, der Geschwindigkeitsrückgabewert ein Wert ist, der erhalten wird durch Addition des Motorgeschwindigkeitsdetektionswerts und einer Ausgabe eines Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung, der als eine Eingabe eine Differenz zwischen dem Motorgeschwindigkeitsdetektionswert und dem Geschwindigkeitsdetektionswert des angetriebenen Elements erhält, und, der Steuerparameterveränderer einen Zeitkonstanten-Veränderer umfasst, der als einen Anfangswert die Schwingungsperiode der konstanten Schwingung verwendet und nachfolgend als eine Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises erster Ordnung einen Wert aktualisiert, der erhalten wird durch wiederholte Addition einer vorbestimmten Zeitkonstantenzunahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird.
Positionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 9, bei welcher der Steuerparameterveränderer umfasst: einen Teiler, der die Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung aus der Vibrationsperiode der konstanten Schwingung errechnet, eine Verstärkungsumwandlungswert-Ausgabeeinheit, die als einen Anfangswert einen Verstärkungsumwandlungsanfangswert verwendet, der aus der Schwingungsfrequenz der konstanten Schwingung errechnet wird, und nachfolgend einen Verstärkungsumwandlungswert ausgibt, der erhalten wird durch wiederholte Reduktion einer vorbestimmten Verstärkungsabnahme, jedes Mal, wenn die konstante Schwingung detektiert wird, einen Komparator, der bestimmt, ob die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und einen Verstärkungsausgabe-Umschalter, der eine Grenzwertverarbeitung des Verstärkungsumwandlungswerts vornimmt, wenn die Zeitkonstante gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, und einen Verstärkungswert durch Multiplikation des Verstärkungsfestlegungswerts des Geschwindigkeitsbefehlsrechners und/oder des Verstärkungsfestlegungswerts des Drehmomentbefehlsrechners mit dem Verstärkungsumwandlungswert verändert.