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PRIORITÄTSINFORMATION
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-262850 , eingereicht am 19. Dezember 2013, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung, die durch das Berechnen eines Steuerparameters, der einer Werkstückträgheit entspricht, basierend auf den jeweiligen Steuerparameterwerten, die für jeden von mehreren verschiedenen Trägheitswerten im Voraus einer Speichervorrichtung gespeichert worden sind, eine Motorposition und eine Motorgeschwindigkeit steuert.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In einer Steuervorrichtung, die die Position und die Geschwindigkeit eines Steuerziels, das unter Verwendung eines Motors in einem Bearbeitungswerkzeug oder dergleichen angetrieben ist, steuert, wird ein Steuerparameter festgelegt, um eine im hohen Grade genaue Bewegung des Steuerziels zu ermöglichen. Weil jedoch der Trägheitswert an einer Welle, an der ein Werkstück (d. h., ein bearbeitetes Objekt) angebracht ist, in Abhängigkeit von dem Gewicht des Werkstücks verändert wird, können, falls der Steuerparameter ein fester Wert ist, die Anpassungen an die Änderungen des Trägheitswertes nicht vorgenommen werden, so dass der Steuerparameter nicht optimal sein kann. Wenn ferner die Steuerkennlinie des Werkzeugs aufgrund der Änderungen mit der Zeit geändert wird, kann der Steuerparameter ungeeignet werden. Angesichts dieser Punkte sind vor kurzem für den Zweck des Aufrechterhaltens der Werkzeuggenauigkeit Versuche unternommen worden, um einen Steuerparameter in Reaktion auf die Änderungen des Trägheitswerts und der Änderung des Werkzeugs mit der Zeit zu ändern.
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JP 2010-211467 A offenbart eine Technik zum automatischen Schätzen eines Trägheitswerts eines Werkstücks und zum Setzen eines Steuerparameters entsprechend dem Trägheitswert basierend auf Steuerparametern, die im Voraus in einer Speichervorrichtung gespeichert worden sind und gemäß mehreren verschiedenen Trägheitswerten eingestellt worden sind.
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12 zeigt einen Steuerblockschaltplan gemäß dem technischen Hintergrund. Bezüglich eines von einem Positionsbefehlsrechner 3 ausgegebenen Wertes führt ein Beschleunigungs-/Verzögerungsprozessor 4 eine Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitung in Übereinstimmung mit einer Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitungszeit T, die in den Beschleunigungs-/Verzögerungsprozessor 4 gesetzt ist, aus und gibt einen Positionsbefehlswert Pc aus. Ein Subtrahierer 5 berechnet einen Positionsunterschied Pdif zwischen dem Positionsbefehlswert Pc und einem detektierten Positionswert Pm von einem Motorpositionsdetektor 11, der an einem Motor 22 angebracht ist. Der Positionsunterschied wird mit einer proportionalen Verstärkung Kp multipliziert, um dadurch einen Geschwindigkeitsbefehl Vc auszugeben. Ein Differenzierer 16 differenziert den detektierten Positionswert Pm und gibt einen detektierten Motorgeschwindigkeitswert Vm aus. Ein Subtrahierer 15 berechnet einen Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl Vc und den detektierten Motorgeschwindigkeitswert Vm und gibt den Unterschied als einen Geschwindigkeitsunterschied aus. Basierend auf diesem Geschwindigkeitsunterschied werden eine proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pv, eine integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Iv, eine proportionale Komponente des Geschwindigkeitsunterschieds und eine integrale Komponente des Geschwindigkeitsunterschieds ausgegeben. Ein Addierer 9 addiert die proportionale Komponente des Geschwindigkeitsunterschieds und die integrale Komponente des Geschwindigkeitsunterschieds und gibt einen Drehmomentbefehl Tc aus. Das Element 10 in 12 repräsentiert verschiedene Filtereinheiten zum Filtern des Drehmomentbefehls und außerdem eine Stromsteuereinheit. Das Element 10 gibt einen Strom Ic an den Motor 22 aus, um dadurch eine Kugelumlaufspindel 13 zu drehen und die Position eines Werkstücks 24, das an einem Tisch 14 angebracht ist, zu steuern.
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Basierend auf einer Beschleunigung Am, die durch einen Differenzierer 26 durch das Differenzieren des detektierten Geschwindigkeitswerts Vm ausgegeben wird, und außerdem basierend auf dem Strom Ic identifiziert eine Trägheitsidentifizierungseinheit 17 einen Werkstückträgheitswert Jx, wobei sie den Wert an eine Steuerparameter-Setzeinheit 19 ausgibt. Der in die Steuerparameter-Setzeinheit 19 eingegebene Trägheitswert Jx kann alternativ ein Trägheitswert Jx sein, der durch eine Bedienungsperson unter Verwendung einer graphischen Anwenderschnittstelle (die hier im Folgenden als ”GUI” bezeichnet wird) 18 direkt eingegeben wird. In einer Speichervorrichtung 2 sind im Voraus jeweilige Steuerparameter gespeichert worden, die jedem der mehreren verschiedenen Trägheitswerte J0 – Jmax zugeordnet sind, wobei die Steuerparameter Parameter wie z. B. die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tf, die Positionsschleifenverstärkung Kpf, die proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvf und die integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Ivf sind. Basierend auf den jeweiligen Steuerparameterwerten, die in der Speichervorrichtung 2 gespeichert und jedem der mehreren verschiedenen Trägheitswerte J0 – Jmax zugeordnet sind, berechnet die Steuerparameter-Setzeinheit 19 die Werte, die dem eingegebenen Trägheitswert Jx entsprechen, wobei sie die berechneten Werte als die Steuerparameterwerten setzt.
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Die 13 bis 16 sind graphische Darstellungen, die die Beziehungen der in der Speichervorrichtung 2, die in 12 gezeigt ist, gespeicherten Steuerparameterwerte bezüglich der Trägheit veranschaulichen. 13 zeigt die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tf, 14 zeigt die Positionsschleifenverstärkung Kpf, 15 zeigt die proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvf und 16 zeigt die integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Ivf. In jeder graphischen Darstellung bezeichnet der Trägheitswert J0 einen Trägheitswert, der erhalten wird, wenn kein Werkstück an dem Tisch 14 in 12 angebracht ist, während Jmax einen Trägheitswert bezeichnet, der erhalten wird, wenn ein Werkstück mit der maximalen anbringbaren Größe an dem Tisch 14 angebracht ist. Jn bezeichnet mehrere verschiedene Trägheitswerte, die im Voraus zwischen dem Trägheitswert J0, der erhalten wird, wenn kein Werkstück angebracht ist, und dem Trägheitswert Jmax, der erhalten wird, wenn ein Werkstück mit maximaler Größe angebracht ist, spezifiziert worden sind. Wie in den graphischen Darstellungen gezeigt ist, sind bezüglich jedes Steuerparameters die optimalen Steuerparameterwerte den jeweiligen vorgegebenen Trägheitswerten J0 – Jmax zugeordnet.
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17 ist eine graphische Darstellung, die einen Prozess erklärt, der durch die in 12 gezeigte Steuerparameter-Setzeinheit 19 ausgeführt wird. Hier wird als ein Beispiel eine Erklärung bezüglich eines Verfahrens zum Berechnen eines Wertes Tx der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, der einem von der Trägheitsidentifizierungseinheit 17 eingegebenen Trägheitswert Jx entspricht, basierend auf den Werten der in 13 gezeigten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tf gegeben. Wie in 17 gezeigt ist, wird, wenn der eingegebene Trägheitswert Jx ein Wert zwischen den Trägheitswerten Jn und Jn-1 ist, die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tfx, die dem Trägheitswert Jx entspricht, unter Verwendung der im Folgenden gezeigten Formel 1 basierend auf den Werten Tfn und Tfn-1 der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, die den Trägheitswerten Jn und Jn-1 zugeordnet sind, berechnet. Hinsichtlich anderer Parameter können durch das ähnliche Berechnen der zugeordneten Werte, die dem Trägheitswert Jx entsprechen, verschiedene Steuerparameter, die dem Trägheitswert entsprechen, ebenfalls erhalten werden. Tfx = (Tfn – Tfn-1) ÷ (Jn – Jn-1) × (Jx – Jn-1) + Tfn-1 Formel 1
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JP H11-102211 A offenbart ein Verfahren zum Detektieren eines Positionsfehler eines Steuerziels, der erzeugt wird, wenn eine Operation ausgeführt wird, um die Drehung einer Welle umzukehren, und zum automatischen Einstellen eines Steuerparameters, so dass der Positionsfehler kleiner als ein Schwellenwert wird.
18 zeigt einen Steuerblockschaltplan gemäß dem technischen Hintergrund. Die Elemente, die zu jenen in dem in
12 gezeigten technischen Hintergrund völlig gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Erklärung nicht wiederholt wird.
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Eine automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 20 enthält die Eingabe von Positionsbefehlswerten Pc und detektierten Positionswerten Pm zum Zeitpunkt des Ausführens einer Operation zum Umkehren der Drehung einer Welle. Basierend auf den eingegebenen Werten berechnet die automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 20 die Positionsfehler, wobei sie bestimmt, ob die Positionsfehler nicht oszillieren. Wenn sie nicht oszillieren, werden die zugeordneten Werte der Steuerparameter, wie z. B. die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante T, die Positionsschleifenverstärkung Kp, die proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pv und die integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Iv um einen vorgeschriebenen Betrag vergrößert oder verkleinert.
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Ferner werden ähnliche Operationen, um die Drehung der Welle umzukehren, wiederholt, wobei die zugeordneten Werte der Steuerparameter allmählich geändert werden. Wenn der Positionsfehler kleiner als ein Schwellenwert wird, werden die Werte der Steuerparameter, die an diesem Punkt zugeordnet sind, als die optimalen Werte verwendet, um die Steuerparameterwerte zu aktualisieren.
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Als ein weiteres herkömmliches Beispiel offenbart
JP 4327880 B ein Verfahren zum Hinzufügen einer oszillierenden Komponente als eine Drehmomentstörung zu einem Drehmomentbefehlswert, das Messen eines Frequenzgangs des Steuersystems unter Verwendung der Drehmomentstörung als den Eingangswert und des Drehmomentbefehlswerts als den Ausgangswert des Systems und das Vornehmen von Einstellungen, um die optimale proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pv und die optimale integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Iv zu erreichen.
19 zeigt einen Steuerblockschaltplan gemäß dem technischen Hintergrund. Die Elemente, die zu jenen in dem in
12 gezeigten technischen Hintergrund völlig gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Erklärung nicht wiederholt wird.
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Eine automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 120 fügt eine oszillierende Komponente als eine Drehmomentstörung Td zu einem Drehmomentbefehlswert Tc hinzu. Ferner wird der Drehmomentbefehlswert Tc vor dem Hinzufügen der Drehmomentstörung Td in die automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 120 eingegeben, wobei ein Frequenzgang unter Verwendung der Drehmomentstörung Td als ein Eingangswert in das Steuersystem und des Drehmomentbefehlswerts Tc als ein Ausgangswert aus dem Steuersystem berechnet wird. Basierend auf dem berechneten Frequenzgang werden die proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pv und die integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Iv eingestellt.
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Hinsichtlich der oben beschriebenen ersten Technik sind, wenn die Steuerkennlinie des Werkzeugs aufgrund der Änderungen mit der Zeit geändert wird, die in der Speichervorrichtung gespeicherten Steuerparameter nicht länger optimal, was zu einer Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit führt. In dieser Situation ist es notwendig, eine Anordnung zum Anwenden mehrerer Werkstückträgheitswerte, mit denen die anfänglichen Einstellungen vorgenommen worden sind, und zum Ausführen von Neueinstellungen bezüglich jener Werkstückträgheitswerte zu schaffen. Es ist jedoch schwierig, eine derartige Anordnung zum Anwenden mehrerer Werkstückträgheitswerte, mit denen die anfänglichen Einstellungen vorgenommen worden sind, zu schaffen. Selbst wenn eine derartige Anordnung geschaffen werden kann, ist es ferner ein Nachteil, dass viel Zeit erforderlich ist, um die jeweiligen Steuerparameter für jeden der mehreren Werkstückträgheitswerte neu einzustellen.
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Außerdem ist es in den Verfahren zum Erhalten optimaler Steuerparameter unter Verwendung einer automatischen Steuerparameter-Einstelleinheit notwendig, jedes Mal, wenn die Werkstückträgheit geändert wird, eine Einstellung neu auszuführen, obwohl ein optimaler Steuerparameter für die während der Einstellung verwendete Werkstückträgheit erhalten werden kann. Dementsprechend ist es ein Nachteil, dass viel Zeit erforderlich ist, um die mehreren Steuerparameter in jedem Fall einzustellen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konfiguration zu erreichen, in der die jeweiligen Steuerparameterwerte, die in einer Speichervorrichtung für jeden von mehreren verschiedenen Trägheitswerten gespeichert sind, in Steuerparameterwerte geändert werden können, die der Steuerkennlinie des Werkzeugs entsprechen, ohne eine Anordnung zum Anwenden mehrerer Werkstückträgheitswerte, mit denen die anfänglichen Einstellungen vorgenommen worden sind, vorzusehen. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Konfiguration zu erreichen, in der eine Änderung in einen optimalen Steuerparameter immer vorgenommen werden kann, indem einfach die Trägheit identifiziert wird, wenn die Werkstückträgheit geändert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Speichervorrichtung, in der im Voraus jeweilige Werte eines Steuerparameters für jeden von mehreren verschiedenen Trägheitswerten als Standardwerte der Steuerparameter gespeichert worden sind; und eine Steuerparameter-Setzeinheit, die basierend auf den Standardwerten der Steuerparameter einen Steuerparameterwert, der einem Trägheitswert eines Steuerziels entspricht, berechnet und den berechneten Wert setzt, wobei die Steuervorrichtung eine Vorrichtung ist, die die Position und die Geschwindigkeit eines Motors in Übereinstimmung mit dem durch die Steuerparameter-Setzeinheit gesetzten Steuerparameterwert steuert. Die Steuervorrichtung umfasst ferner: eine automatische Steuerparameter-Einstelleinheit, die den Motor ansteuert, während sie ein Einstellsteuerziel verwendet und einen Steuerparameter, der zum Steuern der Position und der Geschwindigkeit des Motors verwendet wird, allmählich ändert, und basierend auf einem in jedem Fall, in dem der Steuerparameter geändert wird, erhaltenen Steuerfehler einen Steuerparameterwert, der für das Einstellsteuerziel geeignet ist, als einen eingestellten Steuerparameter identifiziert; und eine Steuerparameter-Änderungseinheit, die die mehreren Standardwerte der Steuerparameter basierend auf dem eingestellten Steuerparameter und einem Trägheitswert des Steuerziels ändert.
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Die Steuerparameter-Änderungseinheit in einer bevorzugten Ausführungsform (i) berechnet basierend auf den mehreren Standardwerten der Steuerparameter einen Steuerparameterwert, der dem Trägheitswert des Einstellsteuerziels entspricht, als einen Bezugs-Steuerparameter, (ii) berechnet einen Bezugs-Differenzwert zwischen dem eingestellten Steuerparameter und dem Bezugs-Steuerparameter, der dem Trägheitswert des Einstellsteuerziels entspricht, (iii) berechnet basierend auf dem Bezugs-Differenzwert eingestellte Differenzwerte, die den mehreren verschiedenen Trägheitswerten entsprechen, und (iv) berechnet als neue Standardwerte der Steuerparameter Werte, die den mehreren Standardwerten der Steuerparameter entsprechen, durch das Anwenden der eingestellten Differenzwerte.
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In der oben beschriebenen Konfiguration ist es erwünscht, dass, falls sich der zu ändernde Steuerparameter proportional zu den Trägheitswerten ändert, die Steuerparameter-Änderungseinheit die eingestellten Differenzwerte berechnet, so dass sie ein konstanter Wert sind, und, falls sich der zu ändernde Steuerparameter nicht proportional zu den Trägheitswerten ändert, die Steuerparameter-Änderungseinheit die eingestellten Differenzwerte berechnet, so dass sie variable Werte sind, die sich in Abhängigkeit von den Trägheitswerten unterscheiden.
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Spezifischer ist es erwünscht, dass, falls sich der zu ändernde Steuerparameter proportional zu den Trägheitswerten ändert, der Bezugs-Differenzwert als die eingestellten Differenzwerte dient. Ferner ist es erwünscht, dass, falls sich der zu ändernde Steuerparameter nicht proportional zu den Trägheitswerten ändert, (i) die eingestellten Differenzwerte, die einen maximalen Trägheitswert und einem minimalen Trägheitswert unter den mehreren verschiedenen Trägheitswerten entsprechen, null sind, (ii) die Absolutwerte der eingestellten Differenzwerte, die den Trägheitswerten zwischen denn Trägheitswert des Einstellsteuerziels und dem maximalen Trägheitswert entsprechen, Werte sind, die von dem Bezugs-Differenzwert proportional zu den Trägheitswerten verringert sind, und (iii) die Absolutwerte der eingestellte Differenzwerte, die den Trägheitswerten zwischen dem Trägheitswert des Einstellsteuerziels und dem minimalen Trägheitswert entsprechen, Werte sind, die von dem Bezugs-Differenzwert proportional zu den Trägheitswerten verringert sind.
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Gemäß der Steuerparameter-Änderungseinheit der vorliegenden Erfindung wird ein eingestellter Steuerparameter, der für den Trägheitswert eines Einstellsteuerziels geeignet ist, als die Grundlage zum Ändern der mehreren Standardwerte der Steuerparameter, die im Voraus in der Speichervorrichtung gespeichert worden sind, in die Werte, die der Steuerkennlinie des Werkzeugs entsprechen, verwendet. Als solche können die Änderungen in die Steuerparameterwerte, die der Steuerkennlinie des Werkzeugs entsprechen, vorgenommen werden, ohne eine Anordnung zum Anwenden mehrerer Werkstückträgheitswerte, mit denen die anfänglichen Einstellungen vorgenommen worden sind, vorzusehen. Selbst wenn der Werkstückträgheitswert geändert wird, kann außerdem eine Änderung in einen optimalen Steuerparameter durch das einfache Identifizieren des Trägheitswerts vorgenommen werden, weil die jeweiligen Standard-Steuerparameter, die im Voraus für jeden der mehreren Werkstückträgheitswerte in der Speichervorrichtung gespeichert worden sind, in die Standardwerte der Steuerparameter geändert worden sind, die der Steuerkennlinie des Werkzeugs entsprechen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, worin:
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1 eine graphische Darstellung ist, die eine Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine graphische Darstellung ist, die eine Konfiguration einer Speichervorrichtung und einer Steuerparameter-Änderungseinheit zeigt;
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3 eine graphische Darstellung ist, die ein Verfahren zum Berechnen einer geänderten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante erklärt;
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4 eine graphische Darstellung ist, die eine Konfiguration der Speichervorrichtung und der Steuerparameter-Änderungseinheit zeigt;
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5 eine graphische Darstellung ist, die ein Verfahren zum Berechnen einer geänderten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung erklärt;
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6 eine graphische Darstellung ist, die ein Verfahren zum Berechnen einer geänderten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung erklärt;
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7 eine graphische Darstellung ist, die ein Verfahren zum Berechnen einer geänderten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung erklärt;
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8 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen den Werten der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante vor der Änderung und nach der Änderung zeigt;
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9 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen den Werten der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung vor der Änderung und nach der Änderung zeigt;
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10 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen den Werten einer Positionsschleifenverstärkung vor der Änderung und nach der Änderung zeigt;
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11 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen den Werten einer integralen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung vor der Änderung und nach der Änderung zeigt;
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12 eine graphische Darstellung ist, die eine Konfiguration einer herkömmlichen Motorsteuervorrichtung zeigt;
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13 eine graphische Darstellung ist, die eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante zeigt, die in einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet wird;
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14 eine graphische Darstellung ist, die eine proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zeigt, die in einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet wird;
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15 eine graphische Darstellung ist, die eine Positionsschleifenverstärkung zeigt, die in einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet wird;
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16 eine graphische Darstellung ist, die eine integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zeigt, die in einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet wird;
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17 eine graphische Darstellung ist, die ein Verfahren zum Berechnen einer Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante in einer herkömmlichen Vorrichtung erklärt;
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18 eine graphische Darstellung ist, die eine Konfiguration einer weiteren herkömmlichen Motorsteuervorrichtung zeigt; und
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19 eine graphische Darstellung ist, die eine Konfiguration einer weiteren herkömmlichen Motorsteuervorrichtung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine Gesamtsystemkonfiguration, die die vorliegende Erfindung enthält. Die Elemente, die zu jenen in den oben beschriebenen herkömmlichen Beispielen völlig gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Erklärung nicht wiederholt wird. Im Folgenden werden die in einer Speichervorrichtung 2 gespeicherten jeweiligen Steuerparameterwerte für jeden von mehreren verschiedenen Trägheitswerten als die ”Standardwerte der Steuerparameter” bezeichnet.
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Wie die automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 20, 120 in den herkömmlichen Beispielen, die in den 18 und 19 gezeigt sind, steuert eine automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 220 einen Motor an, während sie einen Steuerparameter allmählich ändert, der für das Steuern der Position und der Geschwindigkeit des Motors verwendet wird, wobei sie basierend auf einem Steuerfehler, der in jedem Fall, in dem der Steuerparameter geändert wird, erhalten wird, einen Steuerparameterwert, der für das aktuelle Steuerziel geeignet ist, als den ”eingestellten Steuerparameter” identifiziert. Spezifischer berechnet die automatische Steuerparameter-Einstelleinheit 220 einen eingestellten Steuerparameter, der für das aktuelle Steuerziel geeignet ist, basierend auf Informationen, wie z. B. einem Positionsbefehlswert Pc, einem detektierten Positionswert Pm, einem Drehmomentbefehlswert Tc und einer Drehmomentstörung Td, wobei sie das berechnete Ergebnis an eine Steuerparameter-Änderungseinheit 1 ausgibt. Der eingestellte Steuerparameter enthält die eingestellten Parameter, wie z. B. eine eingestellte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Ta, eine eingestellte Positionsschleifenverstärkung Kpa, eine eingestellte proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pva und eine eingestellte integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Iva.
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Eine Trägheitsidentifikationseinheit 17 berechnet einen Trägheitswert Jx des aktuellen Steuerziels. Alternativ kann der Trägheitswert Jx des aktuellen Steuerziels durch eine Bedienungsperson über eine Anwenderschnittstelle eingegeben werden. Wenn die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 die in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Standardwerte der Steuerparameter ändert, ändert sie die in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Standardwerte der Steuerparameter basierend auf dem eingestellten Steuerparameter, der von der automatischen Steuerparameter-Einstelleinheit 220 ausgegeben wird, unter Verwendung eines Einstellsteuerziels (d. h., eines Steuerziels für Einstellzwecke) und außerdem basierend auf dem Trägheitswert Jx des Einstellsteuerziels, der von der Trägheitsidentifizierungseinheit 17 ausgegeben wird. Die geänderten Steuerparameterwerte enthalten Parameterwerte, wie z. B. die Werte der geänderten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tb, die Werte der geänderten Positionsschleifenverstärkung Kpb, die Werte der geänderten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvb und die Werte der geänderten integralen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Ivb.
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Die Einzelheiten der Berechnung der geänderten Steuerparameterwerte in der Steuerparameter-Änderungseinheit 1 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 beschrieben. Ein Fall, in dem die Berechnung z. B. für einen Steuerparameter, der sich proportional zu der Größe der Trägheit des Steuerziels ändert, ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Hier ist die Berechnung der geänderten Parameterwerte der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tf als ein Beispiel gezeigt.
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2 zeigt die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 und die Speichervorrichtung 2, die in 1 gezeigt sind. Die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 empfängt die Eingabe: (i) einer eingestellten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Ta, die ein eingestellter Steuerparameter ist, der von der in 1 gezeigten automatischen Steuerparameter-Einstelleinheit 220 ausgegeben wird; (ii) des Trägheitswerts Jx, der von der Trägheitsidentifikationseinheit 17 ausgegeben wird; (iii) der Werte Tfk der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante (wobei 0 ≤ k ≤ max gilt), die die in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Standardwerte der Steuerparameter sind; und (iv) der vorgegebenen mehreren verschiedenen Trägheitswerte J0 – Jmax. Basierend auf den eingegebenen Werten berechnet die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 die geänderten Werte Tbk der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, wobei sie die in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Werte Tfk der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante durch die geänderten Werte Tbk der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante ersetzt.
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Nun wird das Verfahren zum Berechnen der geänderten Werte Tbk der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Wenn der eingegebene Trägheitswert Jx (d. h., der Trägheitswert zu dem Zeitpunkt, zu dem der eingestellte Steuerparameter in der automatischen Steuerparameter-Einstelleinheit 220 berechnet worden ist) ein Wert zwischen den Trägheitswerten Jn und Jn-1 ist, verwendet die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 die im Folgenden gezeigte Formel 2, um zwischen den Werten Tfn und Tfn-1 der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, die den Trägheitswerten Jn und Jn-1 zugeordnet sind, zu interpolieren, und dadurch eine interpolierte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tf, zu berechnen, wie in 3 gezeigt ist. Diese interpolierte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tfx ist ein Bezugs-Steuerparameter, der ein Steuerparameterwert ist, der gemäß den Standardwerten der Steuerparameter dem Trägheitswert des Einstellsteuerziels entspricht. Tfx = (Tfn – Tfn-1) ÷ (Jn – Jn-1) × (Jx – Jn-1) + Tfn-1 Formel 2
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Als Nächstes wird die folgende Formel 3 verwendet, um einen Bezugs-Differenzwert ΔTa, der eine Differenz zwischen der berechneten interpolierten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tfx und der eingestellten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Ta ist, zu berechnen. ΔTa = Tfx – Ta Formel 3
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Als Nächstes werden für jeden der vorgegebenen mehreren verschiedenen Trägheitswerte J0 – Jmax, die in der Speichervorrichtung 2 gespeichert sind, die geänderten Werte Tbk der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante berechnet. Weil sich die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante proportional zu der Trägheit des Steuerziels ändert, ist, wenn die Differenz zwischen der interpolierten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tfx und der eingestellten Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Ta gleich ΔTa ist, wie in 3 gezeigt ist, der Betrag der Änderung für jeden der Werte Tf0 – Tfmax der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, die den vorgegebenen mehreren verschiedenen Trägheitswerten J0 – Jmax, die in der Speichervorrichtung 2 gespeichert sind, entsprechen, außerdem gleich ΔTa. Dementsprechend werden die geänderten Werte Tb0 – Tbmax der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante unter Verwendung der im Folgenden gezeigten Formel 4 berechnet. Diese geänderten Werte Tb0 – Tbmax der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante dienen als die neuen Standardwerte der Steuerparameter Tf0 – Tfmax. Tbk = Tfk – ΔTa (wobei 0 ≤ k ≤ max gilt) Formel 4
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Wie aus dem Obigen erkannt werden kann, wird gemäß dem vorliegenden Beispiel (i) der Bezugs-Steuerparameter (Tfx), der dem Trägheitswert Jx entspricht, basierend auf den Standardwerten der Steuerparameter (Tf) berechnet, (ii) wird die Differenz zwischen diesem Bezugs-Steuerparameter (Tfx) und dem eingestellten Steuerparameter (Ta) berechnet, um den Bezugs-Differenzwert (ΔTa) zu erhalten, und (iii) werden die Werte, die durch das Anwenden dieses Bezugs-Differenzwerts (ΔTa) auf jeden der mehreren Standardwerte der Steuerparameter (Tf) erhalten werden, als die neuen Standardwerte der Steuerparameter (Tf) verwendet.
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Als ein weiteres Beispiel wird bezüglich der 4 bis 7 ein Fall, in dem die Berechnung für einen Steuerparameter, der sich nicht proportional bezüglich der Größe der Trägheit des Steuerziels ändert und der sich für den maximalen und den minimalen Trägheitswert nicht sehr von den anfänglichen Parameterwerten verschiebt, beschrieben. Hier ist die Berechnung der geänderten Parameterwerte der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvf als ein Beispiel gezeigt.
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4 zeigt die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 und die Speichervorrichtung 2, die in 1 veranschaulicht sind. Die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 empfängt die Eingabe: (i) einer eingestellten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pva, die ein eingestellter Steuerparameter ist, der von der in 1 gezeigten automatischen Steuerparameter-Einstelleinheit 220 ausgegeben wird; (ii) des Trägheitswerts Jx, der von der Trägheitsidentifizierungseinheit 17 ausgegeben wird; (iii) der Werte Pvfk der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung (d. h., der Standardwerte der Steuerparameter), die in der Speichervorrichtung 2 gespeichert sind; und (iv) der vorgegebenen mehreren verschiedenen Trägheitswerte J0 – Jmax. Basierend auf den eingegebenen Werten berechnet die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 die geänderten Werte Pvbk der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung, wobei sie die in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Werte Pvfk der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung durch die geänderten Werte Pvbk der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung ersetzt.
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Nun wird das Verfahren zum Berechnen der geänderten Werte Pvbk der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung bezüglich der 5 bis 7 beschrieben. Wie in 5 gezeigt ist, verwendet die Steuerparameter-Änderungseinheit 1 die im Folgenden gezeigte Formel 5, um eine interpolierte proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvfx (d. h., den Bezugs-Steuerparameter) zu berechnen, wem der eingegebene Trägheitswert Jx ein Wert zwischen den Trägheitswerten Jn und Jn-1 ist. Pvfx = (Pvfn – Pvfn-1) ÷ (Jn – Jn-1) × (Jx – Jn-1) + Pvfn-1 Formel 5
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Als Nächstes wird eine Differenz ΔPva (d. h., der Bezugs-Differenzwert) zwischen der berechneten interpolierten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvfx und der eingestellten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pva unter Verwendung der folgenden Formel 6 berechnet. ΔPva = Pvfx – Pva Formel 6
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Als Nächstes wird die Berechnung der geänderten Werte Pvb0 – Pvbn-1 der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zum Ersetzen der Werte Pvf0 – Pvfn-1 der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung, die den vorgegebenen Trägheitswerten J0 – Jn-1, die kleiner als der Trägheitswert Jx sind, zugeordnet sind, wie in 5 gezeigt ist, bezüglich 6 beschrieben.
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Wie in 6 gezeigt ist, wird ein Betrag der Änderung ΔPvai (d. h., der eingestellte Differenzwert) für einen Wert Pvfi der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung, der einem vorgegebenen Trägheitswert Ji (wobei 0 ≤ i ≤ n – 1 gilt) zugeordnet ist, der kleiner als der Trägheitswert Jx ist, berechnet, wobei der berechnete Betrag von dem Wert Pvfi der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung abgezogen wird, um dadurch den geänderten Wert Pvbi der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zu erhalten. Der Betrag der Änderung ΔPvai für den Wert Pvfi der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung wird unter Verwendung der Formel 7 im Folgenden basierend auf dem Unterschied ΔPva (der in 5 gezeigt ist) zwischen der interpolierten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvfx und der eingestellten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pva berechnet. ΔPvai = ΔPva ÷ (Jx – J0) × (Ji – J0) (wobei 0 ≤ i ≤ n – 1 gilt) Formel 7
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Hier ist ΔPva0 gleich einer Nulländerung. Der Betrag der Änderung ΔPvai wird gemäß der folgenden Formel 8 von dem Wert Pvfi der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung abgezogen, um den geänderten Wert Pvbi der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zu erhalten. Pvbi = Pvfi – ΔPvai (wobei 0 ≤ i ≤ n – 1 gilt) Formel 8
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Als Nächstes wird die Berechnung der geänderten Werte Pvbm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zum Ersetzen der Werte Pvfn – Pvfmax der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung, die den vorgegebenen Trägheitswerten Jn – Jmax zugeordnet sind, die größer als der Trägheitswert Jx sind, wie in 5 gezeigt ist, bezüglich 7 beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, wird ein Betrag der Änderung ΔPvam für einen Wert Pvfm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung, der einem vorgegebenen Trägheitswert Jm (wobei n ≤ m ≤ max gilt), der größer als der Trägheitswert Jx ist, zugeordnet ist, berechnet, wobei der berechnete Betrag von dem Wert Pvfm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung abgezogen wird, um dadurch den geänderten Wert Pvbm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zu erhalten. Der Betrag der Änderung ΔPvam (d. h., der eingestellte Differenzwert) für den Wert Pvfm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung wird unter Verwendung der Formel 9 im Folgenden basierend auf dem Unterschied ΔPva (der in 5 gezeigt ist) zwischen der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvfx und der eingestellten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pva berechnet. ΔPvam = ΔPva – ΔPva ÷ (Jmax – Jx) × (Jm – Jx) (wobei n ≤ m ≤ max gilt) Formel 9
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Hier ist ΔPvamax gleich der Nulländerung. Der berechnete Betrag der Änderung ΔPvam wird von dem Wert Pvfm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung gemäß der folgenden Formel 10 abgezogen, um den geänderten Wert Pvbm der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zu erhalten. Pvbm = Pvfm – ΔPvam (wobei n ≤ m ≤ max gilt) Formel 10
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In der oben beschriebenen Weise berechnet die in 4 gezeigte Steuerparameter-Änderungseinheit 1 die geänderten Werte Pvb0 – Pvbmax der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung für die jeweiligen vorgegebenen mehreren verschiedenen Werkstückträgheitswerte, wobei sie die geänderten Werte Pvb0 – Pvbmax der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung als die neuen Standardwerte Pvf0 – Pvfmax der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung verwendet.
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Wie aus dem Obigen erkannt werden kann, wird gemäß dem vorliegenden Beispiel außerdem ähnlich zu dem ersten Beispiel (i) der Bezugs-Steuerparameter (Pvfx), der dem Trägheitswert Jx entspricht, basierend auf den Standardwerten der Steuerparameter (Pvf) berechnet, (ii) werden dieser Bezugs-Steuerparameter (Pvfx) und der eingestellte Steuerparameter (Pva) verwendet, um die Werte des Unterschieds (ΔPvai, ΔPvam) zwischen den Standardwerten der Steuerparameter vor der Änderung und den Standardwerten der Steuerparameter nach der Änderung zu berechnen, und (iii) werden diese Differenzwerte auf die Standardwerte der Steuerparameter vor der Änderung angewendet, um die Standardwerte der Steuerparameter nach der Änderung zu berechnen. In dem vorliegenden Beispiel sind die Differenzwerte, die auf die Standardwerte der Steuerparameter angewendet werden, Werte, die sich in Abhängigkeit von dem Trägheitswert ändern.
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Während sich die obige Erklärungen auf Berechnungen der geänderten Beschleunigungs/Verzögerungszeitkonstante Tb und der geänderten proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvb beziehen, werden die Berechnungen der geänderten Positionsschleifenverstärkung Kpb, der geänderten integralen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Ivb und dergleichen außerdem in einer ähnlichen Weise ausgeführt. Die Einzelheiten der Daten der geänderten Parameter sind in den 8 bis 11 gezeigt. 8 zeigt die geänderte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante Tb. Von den Werten Tf0 – Tfmax der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante werden die Beträge der Änderung ΔTa0 – ΔTamax, wie z. B. ΔTan-2 und ΔTan+1, jeweils abgezogen, um dadurch die geänderten Werte Tb0 – Tbmax der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante zu berechnen.
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9 zeigt die geänderte Positionsschleifenverstärkung Kpb. Von den Werten Kpf0 – Kpfmax der Positionsschleifenverstärkung werden die Beträge der Änderung ΔKpa0 – ΔKpamax, wie z. B. ΔKpan-2 und ΔKpan+1, jeweils abgezogen, um dadurch die geänderten Werte ΔKpb0 – ΔKpbmax der Positionsschleifenverstärkung zu berechnen. 10 zeigt die geänderte proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Pvb. Von den Werten Pvf0 – Pvfmax der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung werden die Beträge der Änderung ΔPva0 – ΔPvamax, wie z. B. ΔPvan-2 und ΔPvan+1 , jeweils abgezogen, um dadurch die geänderten Werte Pvb0 – Pvbmax der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zu berechnen. 11 zeigt die geänderte integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung Ivb. Von den Werten Ivf0 - Ivfmax der integralen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung werden die Beträge der Änderung ΔIva0 – ΔIvamax, wie z. B. ΔIvan-2 und ΔIvan+1, jeweils abgezogen, um dadurch die geänderten Werte ΔIvb0 – ΔIvbmax der integralen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung zu berechnen. Da die Positionsschleifenverstärkung und die integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung nicht zu der Trägheit proportional sind, werden ähnlich zu der proportionalen Geschwindigkeitsschleifenverstärkung die Formeln 5 bis 10 verwendet, wenn die Standardwerte der Steuerparameter für diese Parameter geändert werden.
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Während sich die obige Beschreibung auf ein Beispiel bezieht, in dem die Parameteränderungseinheit 1 die Funktionen sowohl der Formeln 2 bis 4 als auch der Formeln 5 bis 10 aufweist und die beiden Gruppen der Formeln in Abhängigkeit von den Parametern separat verwendet, kann die Parameteränderungseinheit 1 alternativ nur die Funktion der Formeln 2 bis 4 oder nur die Funktionen der Formeln 5 bis 10 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerparameter-Änderungseinheit
- 2
- Speichervorrichtung
- 3
- Positionsbefehlsrechner
- 4
- Beschleunigungs-/Verzögerungsprozessor
- 5, 15
- Subtrahierer
- 6
- Positionsschleifenverstärkung
- 7
- proportionale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung
- 8
- integrale Geschwindigkeitsschleifenverstärkung
- 9
- Addierer
- 10
- verschiedene Filtereinheiten, Stromsteuereinheit
- 11
- Motorpositionsdetektor
- 13
- Kugelumlaufspindel
- 14
- Tisch
- 16, 26
- Differenzierer
- 17
- Trägheitsidentifizierungseinheit
- 18
- GUI
- 19
- Steuerparameter-Setzeinheit
- 20, 120, 220
- automatische Steuerparameter-Einstelleinheit
- 22
- Motor
- 24
- Werkstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-262850 [0001]
- JP 2010-211467 A [0004]
- JP 11-102211 A [0009]
- JP 4327880 B [0012]