DE102015013990A1

DE102015013990A1 - Motorsteuervorrichtung zum Erzeugen eines durch das Motordrehmoment beschränkten Befehls

Info

Publication number: DE102015013990A1
Application number: DE102015013990.8A
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Uematsu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-05-12
Also published as: US20160132041A1; JP2016093031A; US9740197B2; JP6017513B2; CN105591586A; CN105591586B

Abstract

Die Motorsteuervorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinheit 11 zum Erfassen einer Motorrotationsfrequenz, eine Speichereinheit 12 zum Speichern eines zulässigen Drehmoments bei der von der Erfassungseinheit 11 erfassten Motorrotationsfrequenz, einer in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 erzeugten Drehmomentabweichung, einer in einer Richtung ungeachtet der Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 erzeugten Drehmomentabweichung, eines Rotorträgheitsmoments des Motors 2, eines Lastträgheitsmoments und eines Umrechnungsfaktors zum Umrechnen eines Motordrehwinkels in Drehbewegung des Motors 2 in eine Bewegungsstrecke in linearer Bewegung des beweglichen Körpers 3 und eine Beschleunigungsberechnungseinheit 13 zum Berechnen eines Beschleunigungsbefehls des Motors 2 für jede Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 und jeden Beschleunigungsvorgang und Verzögerungsvorgang unter Verwendung des zulässigen Drehmoments, der ersten Drehmomentabweichung, der zweiten Drehmomentabweichung, des Rotorträgheitsmoments, des Lastträgheitsmoments und des Umrechnungsfaktors.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, die einen mit einem beweglichen Körper verbundenen Motor als Antriebsquelle zum linearen Bewegen des beweglichen Körpers steuert.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In einer Struktur, die einen beweglichen Körper durch Verbindung mit einem Motor bewegt, ist eine Servosteuerschleife ausgebildet, in der eine Motorsteuervorrichtung einen Positionsbefehl oder einen Geschwindigkeitsbefehl in Bezug auf einen Rotor des Motors zum Steuern des Motors erzeugt, und es werden Informationen zu einer Rotorposition und einer Rotorgeschwindigkeit des Motors von einem am Motor befestigten Codierer zurück zur Motorsteuervorrichtung geliefert. Die zuvor beschriebene Struktur umfasst beispielsweise eine Struktur, in der ein Motor mit einer Kugelspindel durch eine Kupplung verbunden und ein Tisch als beweglicher Körper an einer Mutter der Kugelspindel befestigt ist.
In der zuvor beschriebenen Servosteuerschleife ist bei Erteilen eines schrittweisen Geschwindigkeitsbefehls die Beschleunigung bei Beginn des Befehls unendlich und das Drehmoment überschreitet ein zulässiges Drehmoment, das ein maximales Drehmoment ist, das der Motor leisten kann. Ferner wirkt sich schnelles Beschleunigen und Verzögern wesentlich auf den beweglichen Körper aus und beeinträchtigt die Positioniergenauigkeit. Somit ist die Beschleunigung durch die Beschleunigungsund Verzögerungsverarbeitung im jeweiligen Befehl beschränkt. Wie in Atsushi Matsubara, 2008, „Control Engineering For Accurate Positioning and Feed Shaft Design", S. 98 bis 102, Japan, Morikita Publishing Co., Ltd, beschrieben gibt es beispielsweise eine Beschleunigung und Verzögerung mit gleitendem Durchschnitt (lineare Beschleunigung und Verzögerung) und eine Beschleunigung und Verzögerung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen (als S-förmige Beschleunigung und Verzögerung oder glockenförmige Beschleunigung und Verzögerung bezeichnet) als typische Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung.
Beispielsweise wird bei der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt eine arithmetische Operation ausgedrückt durch eine Formel 1 in Bezug auf einen Eingangsgeschwindigkeitsbefehl f_in(τ) ausgeführt. In der Formel 1 ist eine Zeit mit gleitendem Durchschnitt (primäre Beschleunigungs- und Verzögerungszeit) mit τ₁ angesetzt und ein Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt mit f_out(τ) angesetzt. f_out(t) = 1 / τ₁∫ t / t-τ1f_in(τ)dτ (1)
Bei der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt auf Basis der Formel 1 wird, wenn eine Beschleunigungsreaktion ausreichend und unmittelbar auf einen Beschleunigungsbefehl erfolgt, die Beschleunigungsreaktion schrittweise erzeugt, welche die Auswirkung auf den mit dem Motor verbundenen beweglichen Körper erhöht. Um das Erzeugen der schrittweisen Beschleunigungsreaktion zu vermeiden, wird häufig eine Beschleunigung und Verzögerung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen verwendet. Bei der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen wird eine arithmetische Operation ausgedrückt durch eine Formel 2 in Bezug auf einen Eingangsgeschwindigkeitsbefehl f_in(τ) ausgeführt. In der Formel 2 ist eine Zeit mit gleitendem Durchschnitt der ersten Stufe (primäre Beschleunigungs- und Verzögerungszeit) mit τ₁ angesetzt, eine Zeit mit gleitendem Durchschnitt der zweiten Stufe (sekundäre Beschleunigungs- und Verzögerungszeit) mit τ₂ angesetzt und ein Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen mit f_out(τ) angesetzt. Zusätzlich ist eine Beziehung von τ₁ > τ₂ erfüllt. f_out(t) = 1 / τ₁τ₂∫ t / t-τ2∫ t / t-τ1f_in(τ)dτ² (2)
Simulierte Wellenformen der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen auf Basis der Formel 2 sind in 5 bis 11 dargestellt. Die vorliegende Simulation verwendet ein Modell, bei dem ein Motor mit einer Kugelspindel durch eine Kupplung verbunden und ein Tisch als beweglicher Körper an einer Mutter der Kugelspindel befestigt ist. In einem Fall wird der Tisch in einer Richtung nach oben (das heißt eine Richtung entgegen der Schwerkraft) bewegt, während angenommen wird, dass die Verzögerungsstrecke D des Tisches als beweglicher Körper 0,4 [m] beträgt und die Höchstgeschwindigkeit V_L des Tisches 1,33 [m/s] beträgt (= 4000 [U/min]/60 [s/min]·0,02 [m/U]). In den folgenden Beschreibungen bedeutet die Verzögerungsstrecke D eine Verzögerungsstrecke, wenn die Verzögerung an einer aktuellen Position beginnt, und somit ist die Position, die durch Addieren der Verzögerungsstrecke D zur aktuellen Position ermittelt wird, die Position des beweglichen Körpers nach dem Verzögern. Üblicherweise werden die Verzögerungsstrecke D und die Summe der Verzögerungsstrecke D und der aktuellen Position (das heißt der Position des beweglichen Körpers nach dem Verzögern) unmittelbar berechnet, und wenn die berechnete Position des beweglichen Körpers nach dem Verzögern eine Zielposition erreicht, beginnt die Verzögerung. Ferner wird angenommen, dass die Höchstrotationsfrequenz N_L des Motors 4000 [U/min] beträgt, die Steigung der Kugelspindel 0,020 [m/U] beträgt und der Umrechnungsfaktor von Rotation zu Linear R zum Umrechnen des Motorrotationswinkels in Rotationsbewegung des Motors in eine Bewegungsstrecke in linearer Bewegung des beweglichen Körpers 0,00318 [m/rad] (= 0,02/2π) beträgt. Die Zeit mit gleitendem Durchschnitt der ersten Stufe τ₁ beträgt 160 [ms] und die Zeit mit gleitendem Durchschnitt der zweiten Stufe τ₂ ist mit 80 [ms] in der Beschleunigungsund Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen angesetzt. Ein Rotorträgheitsmoment J_m des Motors ist mit 0,00179 [kgm²] angesetzt. Das Trägheitsmoment J_m des beweglichen Körpers, das als Summe der Trägheitsmomente von Tisch, Kugelspindel und Kupplung ausgedrückt ist, ist mit 0,00537 [kgm²] angesetzt. Das Reibmoment des linear vom Motor bewegten Körpers ist mit 2 [Nm] angesetzt. Das Moment zum Halten der auf den Körper einwirkenden Schwerkraft (nachfolgend als „Schwerkrafthaltemoment” bezeichnet) ist mit 4 [Nm] angesetzt.
5 zeigt einen Geschwindigkeitsbefehl vor Ausführen der Beschleunigungsund Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen. In 5 ist der Geschwindigkeitsbefehl f_in(τ) als Motorrotationsfrequenz ausgedrückt. Wenn ein schrittweiser Geschwindigkeitsbefehl f_in(τ) zum Stoppen des sich mit der Höchstgeschwindigkeit V_L bewegenden Tisches (das heißt der Motor dreht sich mit der Höchstrotationsfrequenz N_L) an einer Position der Verzögerungsstrecke D = 0,4 [m] erteilt wird, dauert es 300 [ms] zum Stoppen wie in der Formel 3 ausgedrückt, sofern die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen nicht ausgeführt wird. 0.4 [m] ÷ (0.02/2π) ÷ 4000 [rpm] ÷ (60/2π) = 300 [msec] (3)
6 wiederum zeigt einen Geschwindigkeitsbefehl, wenn die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in Bezug auf den in 5 dargestellten Geschwindigkeitsbefehl ausgeführt wird. In 6 ist der Geschwindigkeitsbefehl f_out(τ) als Motorrotationsfrequenz ausgedrückt. Wenn die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen am Geschwindigkeitsbefehl f_in(τ) in 5 ausgeführt wird, erhält man den Geschwindigkeitsbefehl f_out(τ) wie in 6 dargestellt. 7 zeigt die Beschleunigung des beweglichen Körpers, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird, und 8 zeigt eine Beschleunigungsänderung in der Beschleunigung des beweglichen Körpers in 7. 9 zeigt eine Position des beweglichen Körpers, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungsund Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird. Wie in 9 dargestellt dauert es 540 [ms] zum Stoppen des beweglichen Körpers an der Position der Verzögerungsstrecke D = 0,4 [m] und die Zeitlänge zum Positionieren ist länger verglichen mit 300 [ms], wenn die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen nicht ausgeführt wird (5).
10 zeigt ein Erzeugungsdrehmoment, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Rotationsfrequenz und dem Drehmoment, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird. In 11 zeigt die unterbrochene Linie ein zulässiges Moment, welches das Höchstdrehmoment darstellt, das der Motor leisten kann, und die durchgezogene Linie zeigt ein Erzeugungsdrehmoment, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen erteilt wird. Wie in 11 sind die Zeit mit gleitendem Durchschnitt der ersten Stufe τ₁ und die Zeit mit gleitendem Durchschnitt der zweiten Stufe τ₂ so gewählt, dass das Drehmoment an der Seite des Beschleunigungsendes innerhalb des zulässigen Drehmoments liegt und möglichst nah am zulässigen Drehmoment liegt. Das Erzeugungsdrehmoment an der Seite des Beschleunigungsbeginns und das Erzeugungsdrehmoment an der Seite des Beschleunigungsendes sind symmetrisch und sind ebenfalls symmetrisch in einem Geschwindigkeits-/Beschleunigungsgraphen bei der Zeit des Beschleunigungsbeginns und bei der Zeit des Beschleunigungsendes, was hier nicht dargestellt ist. Das zulässige Drehmoment des Motors nimmt stark ab, wenn die Motorrotationsfrequenz hoch ist, so dass das Erzeugungsdrehmoment an der Seite des Beschleunigungsbeginns eine Toleranz in Bezug auf das zulässige Drehmoment des Motors aufweist. Wie zuvor beschrieben sind die Zeit mit gleitendem Durchschnitt der ersten Stufe τ₁ und die Zeit mit gleitendem Durchschnitt der zweiten Stufe τ₂ so gewählt, dass das Erzeugungsdrehmoment an der Seite des Beschleunigungsendes innerhalb des zulässigen Drehmoments des Motors liegt; somit weist das während des Verzögerns erzeugte Drehmoment einen Wert auf, der in ausreichendem Maße kleiner als das zulässige Drehmoment ist.
Wie zuvor beschreiben bietet die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen auf Basis der Formel 2 den Vorteil, dass eine Auswirkung auf den mit dem Motor verbundenen beweglichen Körper vermieden wird, die durch die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt auf Basis der Formel 1 entstehen kann. Die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen auf Basis der Formel 2 ist aber durch die Beschleunigungs- und Verzögerungsleistung in einem hohen Drehzahlbereich des Motor eingeschränkt und somit kann eine ausreichende Beschleunigungsanpassung an die Leistung in einem niedrigen Drehzahlbereich des Motors nicht erfolgen. Somit wird ein wesentlicher Teil der Beschleunigungsleistung nicht im niedrigen Drehzahlbereich genutzt, was den Nachteil aufweist, dass zusätzliche Zeit für Positionierung sowie Beschleunigung und Verzögerung vor und nach der Positionierung erforderlich ist.
Hingegen wurde wie beispielsweise im japanischen Patent Nr. 3681972 beschrieben ein Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Beschleunigungsmuster bestehend aus einer Punktsequenz aus (Geschwindigkeit, Beschleunigung) entsprechend einem Ausgangsdrehmoment des Motors in Bezug auf vier Drehmomentwellenformen für eine Bewegungsrichtung einer Achse (Motordrehrichtung) beim Beschleunigen und Verzögern gewählt wird. Gemäß dem Verfahren wird eine Beziehung zwischen Motordrehzahl und Beschleunigung gewählt, ohne das Drehmoment auf der Seite des Beschleunigungsbeginns und auf der Seite des Beschleunigungsendes symmetrisch zu gestalten, so dass das Erzeugungsdrehmoment auf der Seite des Beschleunigungsbeginns nahe am zulässigen Drehmoment sein kann und die Beschleunigungsleistung im niedrigen Drehzahlbereich effizient genutzt werden kann.
Simulierte Wellenformen, wenn die in der japanischen Patentschrift Nr. 3681972 beschriebene Erfindung auf das zuvor beschriebene Modell angewendet wird, bei dem der Motor durch die Kupplung mit der Kugelspindel verbunden ist und der Tisch als beweglicher Körper an der Mutter der Kugelspindel befestigt ist, sind in Bezug auf 12A, 12B und 13 bis 16 beschrieben. Die für die Simulation verwendeten Parameter sind identisch mit denen in der in Bezug auf 5 bis 11 beschriebenen Simulation. 12A zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung während der Beschleunigung, die für die Simulation in der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung verwendet wird. 12B zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung während der Verzögerung, die für die Simulation in der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung verwendet wird. 13 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Beziehungen zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A und 12B. In der vorliegenden Simulation sind die Beziehungen zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung während der Beschleunigung und Verzögerung, wenn der bewegliche Körper in eine Plusrichtung vom Motor bewegt wird, wie in 12A, 12B und 13 dargestellt gewählt und die Geschwindigkeit ist dazwischen linear interpoliert.
Wie in 12A, 12B und 13 dargestellt ist die Geschwindigkeit V(t), wenn der bewegliche Körper mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit A(t) beschleunigt wird, als Formel 4 ausgedrückt. Eine Berechnungsperiode ist mit Δt in der Formel 4 angesetzt. V(t) = V(t – 1) + A(t) × Δt (4)
Die Höchstgeschwindigkeit des beweglichen Körpers ist mit V_c angesetzt. In der Motorsteuervorrichtung 1 wird die Verzögerungsstrecke D berechnet, die zum Verzögern von der Höchstgeschwindigkeit V_c erforderlich ist, und wenn der bewegliche Körper eine Position im Abstand von einer Zielstoppposition mit der Verzögerungsstrecke D erreicht, wird der bewegliche Körper bei der vorgegebenen Beschleunigung A(t) verzögert wie in 12A, 12B und 13 dargestellt und stoppt, wenn Geschwindigkeit V(t) = 0 erfüllt ist.
14 zeigt ein Erzeugungsdrehmoment, wenn der bewegliche Körper bewegt wird, während die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A, 12B und 13 erhalten bleibt. 15 zeigt eine Position des beweglichen Körpers, wenn der bewegliche Körper bewegt wird, während die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A, 12B und 13 erhalten bleibt. Wie in 15 dargestellt dauert es 430 [ms] zum Stoppen des beweglichen Körpers an der Position der Verzögerungsstrecke D = 0,4 [m] und die Zeitlänge zum Positionieren ist kürzer verglichen mit 540 [ms], wenn die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen ausgeführt wird (9). 16 zeigt die Beziehung zwischen Rotationsfrequenz und Drehmoment, wenn der bewegliche Körper bewegt wird, während die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A, 12B und 13 erhalten bleibt. Wie in 16 kann der Anstieg des Drehmoments auf der Seite des Beschleunigungsendes in zwei Stufen entsprechend dem zulässigen Drehmoment des Motors und der für den beweglichen Körper (Maschine) zulässige Beschleunigungsänderung (Ruck) geändert werden, und das Drehmoment auf der Seite des Beschleunigungsbeginns kann einen Anstieg entsprechend dem zulässigen Ruck aufweisen, so dass ein ausreichendes Drehmoment in Bezug auf ein Drehmoment, das der Motor leisten kann, geleistet werden kann. Die Kurven des Drehmoments während der Beschleunigung und des Drehmoments während der Verzögerung können aneinander angepasst werden mit Ausnahme des Beginns und des Endes, die durch den zulässigen Ruck getrennt sind, so dass ein ausreichendes Drehmoment in Bezug auf das Drehmoment, das der Motor leisten kann, geleistet werden kann.
Gemäß der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt wird, wenn die Beschleunigungsreaktion ausreichend und unmittelbar auf den Beschleunigungsbefehl folgt, die Beschleunigung schrittweise erzeugt und es besteht nicht das Problem, dass die Auswirkung auf den mit dem Motor verbundenen beweglichen Körper zu groß wird.
Gemäß der Beschleunigung und Verzögerung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen wird die Beschleunigungsleistung nicht im niedrigen Drehzahlbereich genutzt und es besteht das Problem, dass zusätzliche Zeit für Positionierung sowie Beschleunigung und Verzögerung vor und nach der Positionierung erforderlich ist.
Gemäß der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung wird eine Beziehung zwischen Motordrehzahl und Beschleunigung gewählt, ohne das Drehmoment auf der Seite des Beschleunigungsbeginns und auf der Seite des Beschleunigungsendes symmetrisch zu gestalten, so dass das Erzeugungsdrehmoment der Seite des Beschleunigungsbeginns nahe am zulässigen Drehmoment sein kann, und vorteilhafterweise kann die Beschleunigungsleistung im niedrigen Drehzahlbereich effizient genutzt werden. Es müssen aber Beschleunigungs- und Verzögerungsmuster mit 12 Punkten oder mehr (= 3 Punkte oder mehr + 4 Muster) für jede Bewegung gewählt werden, wenn man berücksichtigt, dass das zulässige Drehmoment des Motors zum hohen Drehzahlbereich hin abnimmt, und es besteht das Problem, dass die Einstellvorgänge komplex sind. Wenn der bewegliche Körper beispielsweise eine Welle ist, auf die Reibungskraft und Schwerkraft einwirken, sind die Einstellvorgänge je nach Spezifikation der Maschine, auf welche die Motorsteuervorrichtung angewendet wird, komplexer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer Motorsteuervorrichtung, die ein in einem Motor erzeugtes Drehmoment in verschiedenen Betriebszuständen nahe einem zulässigen Drehmoment mit weniger Parameteranpassung und effizienter Nutzung der Motorleistung unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Probleme bringt.
Zum Erfüllen der zuvor beschriebenen Aufgabe umfasst die Motorsteuervorrichtung zum Steuern eines mit einem beweglichen Körper als Antriebsquelle verbundenen Motors zum linearen Bewegen des beweglichen Körpers eine zum Erfassen einer Motorrotationsfrequenz ausgebildete Erfassungseinheit, eine zum Speichern eines zulässigen Drehmoments, welches das zulässige Drehmoment ist, das der Motor bei der von der Erfassungseinheit erfassten Motorrotationsfrequenz leisten kann, einer ersten Drehmomentabweichung, die ein in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers erzeugtes Drehmoment, eine zweite Drehmomentabweichung, die ein in einer Richtung ungeachtet der Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers erzeugtes Drehmoment ist, ein Rotorträgheitsmoment des Motors, ein Lastträgheitsmoment und einen Umrechnungsfaktor zum Umrechnen eines Motordrehwinkels in Drehbewegung des Motors in eine Bewegungsstrecke in linearer Bewegung des beweglichen Körpers ausgebildete Speichereinheit, und eine zum Berechnen eines Beschleunigungsbefehls des Motors für jede Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers und jeden Beschleunigungsvorgang und Verzögerungsvorgang des Rotors des Motors mit dem zulässigen Drehmoment, der ersten Drehmomentabweichung, der zweiten Drehmomentabweichung, dem Rotorträgheitsmoment, dem Lastträgheitsmoment und dem Umrechnungsfaktor ausgebildete Beschleunigungsberechnungseinheit.
Entsprechend der Motorsteuervorrichtung kann, wenn die Motorrotationsfrequenz zu einer Zeit t mit N(t) angesetzt ist, das zulässige Drehmoment mit T_ML(N(t)) angesetzt ist, die erste Drehmomentabweichung mit T₁ angesetzt ist, die zweite Drehmomentabweichung mit T₂ angesetzt ist, das Rotorträgheitsmoment mit J_m angesetzt ist, das Lastträgheitsmoment mit J_L angesetzt ist und der Umrechnungsfaktor mit R angesetzt ist, die Beschleunigungsberechnungseinheit
den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Beschleunigung in einer ersten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnen, A₁(t) = {T_ML(N(t)) – T₁ – T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (5) den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Verzögerung in der ersten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnen, A₁(t) = {–T_ML(N(t)) – T₁ – T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (6) den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Verzögerung in der ersten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnen, A₁(t) = {T_ML(N(t)) – T₁ + T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (7) und den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Verzögerung in der zweiten Richtung bewegt wird, auf Basis der folgenden Formel berechnen. A₁(t)= {–T_ML(N(t)) – T₁ + T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (8)
Entsprechend der Motorsteuervorrichtung kann die erste Drehmomentabweichung ein Reibungsdrehmoment des linear vom Motor bewegten beweglichen Körpers sein und die zweite Drehmomentabweichung kann ein Schwerkrafthaltedrehmoment sein, das ein Drehmoment zum Halten der auf den beweglichen Körper einwirkenden Schwerkraft ist.
Entsprechend der Motorsteuervorrichtung kann die erste Drehmomentabweichung, die zweite Drehmomentabweichung und das Lastträgheitsmoment auf Basis einer erzielten Drehmomentwellenform, wenn der bewegliche Körper linear vom Motor bewegt wird, gewählt werden.
Entsprechend der Motorsteuervorrichtung kann das zulässige Drehmoment jeweils für die Beschleunigung des beweglichen Körpers und für die Verzögerung des beweglichen Körpers gewählt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Motorsteuervorrichtung umgesetzt wird, die ein im Motor erzeugtes Drehmoment in verschiedenen Betriebszuständen nahe dem zulässigen Drehmoment bringen und effizient die Motorleistung nutzen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in verschiedenen Betriebszuständen im Motor erzeugte Drehmoment einfach nahe dem zulässigen Drehmoment gebracht werden, indem das zulässige Drehmoment, das Rotorträgheitsmoment, die erste Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment), die zweite Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) und das Lastträgheitsmoment gewählt werden, und somit kann die Motorleistung effizient genutzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eindeutig zu verstehen.
1 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines für die Simulation in Bezug auf die Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform verwendeten zulässigen Drehmoments.
3 zeigt einen Graphen zur Darstellung einer Beziehung zwischen der Motorrotationsfrequenz und dem zulässigen Drehmoment in 2.
4 zeigt einen Graphen zur Darstellung einer durch die Simulation in Bezug auf die Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform ermittelten Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung.
5 zeigt einen Geschwindigkeitsbefehl vor Ausführen der Beschleunigungsund Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen.
6 zeigt den Geschwindigkeitsbefehl, wenn die Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen entsprechend dem in 5 dargestellten Geschwindigkeitsbefehl ausgeführt wird.
7 zeigt die Beschleunigung eines beweglichen Körpers, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird.
8 zeigt den Ruck in Bezug auf die Beschleunigung des beweglichen Körpers in 7.
9 zeigt eine Position des beweglichen Körpers, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird.
10 zeigt ein Erzeugungsdrehmoment, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird.
11 zeigt die Beziehung zwischen der Rotationsfrequenz und dem Drehmoment, wenn der Geschwindigkeitsbefehl nach der Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung mit gleitendem Durchschnitt in zwei Stufen in 6 erteilt wird.
12A zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung während der Beschleunigung, die für die Simulation in der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung verwendet wird.
12B zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung während der Verzögerung, die für die Simulation in der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung verwendet wird.
13 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Beziehungen zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A und 12B.
14 zeigt ein Erzeugungsdrehmoment, wenn der bewegliche Körper bewegt wird, während die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A, 12B und 13 erhalten bleibt.
15 zeigt eine Position des beweglichen Körpers, wenn der bewegliche Körper bewegt wird, während die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A, 12B und 13 erhalten bleibt.
16 zeigt die Beziehung zwischen Rotationsfrequenz und Drehmoment, wenn der bewegliche Körper bewegt wird, während die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung in 12A, 12B und 13 erhalten bleibt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend ist die Motorsteuervorrichtung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die einen von einem Motordrehmoment beschränkten Befehl erzeugt. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Zeichnungen und die nachfolgend beschriebene Ausführungsform eingeschränkt ist.
1 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform. Ein Modell wird als ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Motor 2 mit einer Kugelspindel durch eine Kupplung verbunden und ein Tisch als beweglicher Körper 3 an einer Mutter der Kugelspindel befestigt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bewegt sich der bewegliche Körper 3, der ein Tisch ist, linear in vertikaler Richtung und somit wirkt die Schwerkraft konstant in einer Richtung (das heißt nach unten) auf den sich linear in der vertikalen Richtung bewegenden beweglichen Körper 3 ein. Ferner weist das Modell eine mechanische Struktur auf, bei der Reibungskraft in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 erzeugt wird, wenn sich der bewegliche Körper 3 linear bewegt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist als Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 eine Richtung entgegen der Schwerkraft als erste Richtung (Plusrichtung) und eine Richtung entgegen der ersten Richtung als zweite Richtung (Minusrichtung) definiert.
Die Motorsteuervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform umfasst eine Geschwindigkeitsbefehlseinheit 21 und eine Servosteuereinheit 22 wie bei einer herkömmlichen Motorsteuervorrichtung. Für eine kurze Beschreibung wird die Servosteuereinheit 22 als umfassend ein Schaltelement und umfassend einen Wechselrichter (nicht dargestellt) zum Umwandeln eines von einer GS-Anschlussseite gelieferten Gleichstroms (GS) in einen dreiphasigen Wechselstrom mit der gewünschten Spannung und der gewünschten Frequenz zum Antreiben des Motors 2 durch einen Schaltvorgang des Schaltelements auf Basis eines Schaltsteuersignals und einer Schaltsteuereinheit (nicht dargestellt), die das Schaltsteuersignal erzeugt, beschrieben. Der Wechselrichter und die Schaltsteuereinheit schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Beispielsweise kann das Schaltsteuersignal ein PWM-(Pulsweitenmodulations-)Steuersignal sein und der Wechselrichter kann als ein PWM-Wechselrichter ausgebildet sein, in dem die Schaltelemente einen Dreiphasen-Vollbrückenwechselrichter ausbilden. Beispiele für das Schaltelement sind ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), ein Thyristor, ein GTO (Gate Turn-off Thyristor), ein Transistor usw.
Die Motorsteuervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform umfasst eine Erfassungseinheit 11 zum Erfassen der Motorrotationsfrequenz, eine Speichereinheit 12 zum Speichern verschiedener Parameter und Berechnungsformeln, die für die Berechnung des Beschleunigungsbefehls erforderlich sind, und eine Beschleunigungsberechnungseinheit 13 zum Berechnen des Beschleunigungsbefehls des Motors 2.
Die Erfassungseinheit 11 erfasst die Rotationsfrequenz des Rotors des Motors 2 (Motorrotationsfrequenz) auf der Basis eines Signals eines nahe dem Rotor des Motors 2 installierten Drehgebers. Die Motorrotationsfrequenz wird durch eine Funktion N(t) umfassend die Zeit t als unabhängige Variable mit einem Wert größer gleich Null ausgedrückt.
Die Speichereinheit 12 speichert ein zulässiges Drehmoment T_ML(N(t)), welches das maximale Drehmoment ist, das der Motor 2 leisten kann, wenn eine Motorrotationsfrequenz N(t) von der Erfassungseinheit 11 erfasst wird, eine erste Drehmomentabweichung T₁, die ein in einer Richtung entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 erzeugtes Drehmoment ist, eine zweite Drehmomentabweichung T₂, die ein in einer Richtung ungeachtet der Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 erzeugtes Drehmoment ist, ein Rotorträgheitsmoment J_m des Motors 2, ein Lastträgheitsmoment J_L und einen Umrechnungsfaktor R zum Umrechnen eines Motordrehwinkels in Drehbewegung des Motors 2 in eine Bewegungsstrecke in linearer Bewegung des beweglichen Körpers. Der zulässige Drehmoment T_ML(N(t)), die erste Drehmomentabweichung T₁ und die zweite Drehmomentabweichung T₂ weisen positive Werte auf.
In den in der Speichereinheit 12 gespeicherten Parametern wird das zulässige Drehmoment als eine Funktion umfassend die Motorrotationsfrequenz N(t) als unabhängige und für den von der Motorsteuervorrichtung 1 angesteuerten Motor 2 spezifische Variable, die im Allgemeinen vorab in der Spezifikation des Motors 2 o. Ä. festgelegt wird, ausgedrückt. Das Rotorträgheitsmoment J_m ist ebenfalls für den von der Motorsteuervorrichtung 1 angesteuerten Motor 2 spezifisch und wird im Allgemein vorab bei der Spezifikation des Motors 2 o. Ä. festgelegt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden das zulässige Drehmoment und das Rotorträgheitsmoment J_m vorab in der Speichereinheit 12 gespeichert.
Die in der Speichereinheit 12 gespeicherte erste Drehmomentabweichung T₁ wiederum ist ein in einer Richtung entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 erzeugtes Drehmoment und das Reibungsdrehmoment des linear vom Motor 2 bewegten beweglichen Körpers 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die in der Speichereinheit 12 gespeicherte zweite Drehmomentabweichung T₂ ist das Schwerkrafthaltedrehmoment zum Halten der auf den beweglichen Körper 3 einwirkenden Schwerkraft. Das in der Speichereinheit 12 gespeicherte Lastträgheitsmoment J_L ist durch den Typ des linear vom Motor 2 bewegten beweglichen Körpers 3 festgelegt. Die erste Drehmomentabweichung T₁, die zweite Drehmomentabweichung T₂ und das Lastträgheitsmoment J_L unterscheiden sich je nach Typ und Betriebszustand des mit dem Motor 2 verbundenen beweglichen Körpers 3. Daher wird der Motor 2, mit dem der bewegliche Körper 3 verbunden ist, effektiv von der Motorsteuervorrichtung 1 angesteuert, um eine Drehmomentwellenform zu messen, und diese Parameter können auf Basis der Drehmomentwellenform gewählt und in der Speichereinheit 12 gespeichert werden.
Die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 berechnet einen Beschleunigungsbefehl des Motors 2 für jede Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 3 und jeden Beschleunigungsvorgang und Verzögerungsvorgang des Rotors des Motors 2 gemäß einer der Formeln 9 bis 12 unter Verwendung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)), der ersten Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁, der zweiten Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) T₂, des Rotorträgheitsmoments J_m, des Lastträgheitsmoments J_L und des Umrechnungsfaktors R. Das zulässige Drehmoment T_ML(N(t)) weist einen positiven Wert auf und das bei der Beschleunigungsbefehlsberechnung verwendete Drehmoment T_ML(N(t)) wird in der Beschleunigung und Verzögerung des beweglichen Körpers 3 unterschiedlich verwendet. Somit wird bei Bewegen des beweglichen Körpers 3 unter Beschleunigung das Vorzeichen des Beschleunigungsbefehls A₁(t) entsprechend dem Vorzeichen des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) gewählt und bei Bewegen des beweglichen Körpers 3 unter Verzögerung wird das Vorzeichen des Beschleunigungsbefehls A₁(t) entgegengesetzt zum Vorzeichen des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) gewählt.
Der von der Beschleunigungsberechnungseinheit 13 berechnete Beschleunigungsbefehl A₁(t) wird an die Geschwindigkeitsbefehlseinheit 21 gesendet. Die Geschwindigkeitsbefehlseinheit 21 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl durch Integrieren des Beschleunigungsbefehls A₁(t). Die Geschwindigkeitsbefehlseinheit 21 kann einen Positionsbefehl durch weiteres Integrieren des Geschwindigkeitsbefehls bei Bedarf erzeugen.
Nachfolgend ist ausführlich die Beschleunigungsberechnungsverarbeitung durch die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 beschrieben.
Wenn der bewegliche Körper 3 unter Beschleunigung in der ersten Richtung (das heißt der Richtung entgegen der Schwerkraft) bewegt wird, stimmt das Vorzeichen des Beschleunigungsbefehls A₁(t) mit dem Vorzeichen des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) überein und die Richtungen der ersten Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁ und der zweiten Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) T₂ sind entgegengesetzt zur Richtung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)), so dass die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers 3 während der Beschleunigungsbewegung in der ersten Richtung auf Basis der Formel 9 berechnet. A₁(t) = {T_ML(N(t)) – T₁ – T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (9)
Wenn der bewegliche Körper 3 unter Verzögerung in der ersten Richtung (das heißt der Richtung entgegen der Schwerkraft) bewegt wird, ist das Vorzeichen des Beschleunigungsbefehls A₁(t) entgegengesetzt zum Vorzeichen des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) und die Richtungen der ersten Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁ und der zweiten Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) T₂ sind entgegengesetzt zur Richtung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)), so dass die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers 3 während der Verzögerungsbewegung in der ersten Richtung auf Basis der Formel 10 berechnet. A₁(t) = {–T_ML(N(t)) – T₁ – T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (10)
Wenn der bewegliche Körper 3 unter Beschleunigung in der zweiten Richtung (das heißt der Richtung, in der die Schwerkraft einwirkt) entgegen der ersten Richtung bewegt wird, stimmt das Vorzeichen des Beschleunigungsbefehls A₁(t) mit dem Vorzeichen des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) überein und die Richtung der ersten Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁ ist entgegengesetzt zur Richtung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)), während die Richtung der zweiten Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) T₂ mit der Richtung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) übereinstimmt, so dass die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers 3 während der Beschleunigungsbewegung in der zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung auf Basis der Formel 11 berechnet. A₁(t) = {T_ML(N(t)) – T₁ + T₂} = (J_m + J_L) × R (11)
Wenn der bewegliche Körper 3 unter Verzögerung in der zweiten Richtung (das heißt der Richtung, in der die Schwerkraft einwirkt) entgegen der ersten Richtung bewegt wird, ist das Vorzeichen des Beschleunigungsbefehls A₁(t) entgegengesetzt zum Vorzeichen des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) und die Richtung der ersten Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁ ist entgegengesetzt zur Richtung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)), während die Richtung der zweiten Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) T₂ mit der Richtung des zulässigen Drehmoments T_ML(N(t)) übereinstimmt, so dass die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers 3 während der Verzögerungsbewegung in der zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung auf Basis der Formel 12 berechnet. A₁(t) = {–T_ML(N(t)) – T₁ + T₂} ÷ (J_m + J_L) × R (12)
Nachfolgend sind die simulierten Wellenformen der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform in Bezug auf 2 bis 4 beschrieben. In der vorliegenden Simulation ist das Rotorträgheitsmoment J_m mit 0,00179 [kgm²] angesetzt. 2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des für die Simulation in Bezug auf die Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform verwendeten zulässigen Drehmoments. Das Rotorträgheitsmoment J_m und das zulässige Drehmoment T_ML(N(t)) sind vorab in der Speichereinheit 12 gespeichert. 3 zeigt den Graphen zur Darstellung der Beziehung zwischen der Motorrotationsfrequenz und dem zulässigen Drehmoment in 2. In 3 stellt eine punktierte Linie das zulässige Drehmoment T_ML(N(t)) in 2 dar und eine durchgezogene Linie stellt das Drehmoment dar, das der Motor leisten kann.
Zusätzlich werden das Lastträgheitsmoment J_L mit 0,00537 [kgm²] angesetzt, die erste Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁ mit 2 [Nm] angesetzt, die zweite Drehmomentabweichung (Schwerkrafthaltedrehmoment) T₂ mit 4 [Nm] angesetzt und der Umrechnungsfaktor von Rotation zu Linear R mit 0,00318 [m/rad] (= 0,02/2π) angesetzt. Die Parameter sind in der Speichereinheit 12 gespeichert. Andere Parameter als die zuvor beschriebenen Parameter sind identisch mit denen in der Simulation in Bezug auf 12A, 12B und 13 bis 16 beschriebenen.
4 zeigt den Graphen zur Darstellung der durch die Simulation in Bezug auf die Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform ermittelten Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung. Die Beschleunigungsberechnungseinheit 13 berechnet die Beschleunigung gemäß der Formeln 9 bis 12 und integriert ferner die ermittelte Beschleunigung, so dass die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung wie in 4 dargestellt ermittelt werden kann. Der Beschleunigungsbefehl und die Beschleunigungsreaktion entsprechen einander im Wesentlichen und können somit hier für eine kurze Beschreibung einfach als „Beschleunigung” beschrieben werden. Wenn die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung gemäß der Ausführungsform in 4 mit der Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung gemäß der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschrieben Erfindung in 13 verglichen wird, ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung eine Geschwindigkeits-/Beschleunigungscharakteristik erzielen kann, die der der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung ähnelt. Wie zuvor beschrieben sind das zulässige Drehmoment T_ML(N(t)) und das Rotorträgheitsmoment J_m für den von der Motorsteuervorrichtung 1 angesteuerten Motor 2 spezifisch und werden im Allgemein vorab bei der Spezifikation des Motors 2 o. Ä. festgelegt. Ferner unterscheiden sich die erste Drehmomentabweichung (Reibungsdrehmoment) T₁, die zweite Drehmomentabweichung (Trägheitshaltemoment) T₂ und das Lastträgheitsmoment J_L je nach Typ und Betriebszustand des mit dem Motor 2 verbundenen beweglichen Körpers 3. Daher wird der Motor 2, mit dem der bewegliche Körper 3 verbunden ist, effektiv von der Motorsteuervorrichtung 1 angesteuert, um eine Drehmomentwellenform zu messen, und diese Parameter werden auf Basis der Drehmomentwellenform gewählt. Die Parameter werden ausschließlich wie zuvor beschrieben gewählt und es kann eine Geschwindigkeits-/Beschleunigungscharakteristik erzielt werden, die der der im japanischen Patent Nr. 3681972 beschriebenen Erfindung ähnelt.
Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass sich der bewegliche Körper 3, der ein Tisch ist, linear in vertikaler Richtung bewegt. Somit wirkt die Schwerkraft konstant in einer Richtung (das heißt nach unten) auf den in vertikaler Richtung linear bewegten beweglichen Körper 3 ein und die erste Drehmomentabweichung T₁ wird als das Reibungsdrehmoment des vom Motor 2 linear bewegten beweglichen Körpers betrachtet und die zweite Drehmomentabweichung T₂ wird als das Schwerkrafthaltedrehmoment zum Halten der auf den beweglichen Körper 3 einwirkenden Schwerkraft betrachtet. Als Modifizierung der Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden, bei dem der bewegliche Körper 3 linear in horizontaler Richtung bewegt wird und eine Kraft konstant auf den beweglichen Körper 3 in einer Richtung in horizontaler Richtung einwirkt. In der Modifizierung kann die zweite Drehmomentabweichung T₂ als ein durch eine Kraft in einer Richtung in horizontaler Richtung erzeugtes Drehmoment gewählt werden.
Die zuvor beschriebene Beschleunigungsberechnungseinheit 13 und Geschwindigkeitsbefehlseinheit 21 können beispielsweise als Softwareprogramm oder eine Kombination aus verschiedenen elektronischen Kreisen und Softwareprogrammen ausgeführt sein. Wenn diese Einheiten beispielsweise als Softwareprogramm ausgeführt sind, funktioniert eine Vorrichtung der Motorsteuervorrichtung 1 für arithmetische Operationen gemäß dem Softwareprogramm und es kann jede Funktion der zuvor beschriebenen Einheiten ausgeführt werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf eine bestehende Motorsteuervorrichtung durch zusätzliches Installieren des Softwareprogramms für diese Einheiten in der Vorrichtung der Motorsteuervorrichtung für arithmetische Operationen angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3681972 [0011, 0012, 0012, 0012, 0018, 0038, 0039, 0061, 0061, 0061]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Atsushi Matsubara, 2008, „Control Engineering For Accurate Positioning and Feed Shaft Design”, S. 98 bis 102, Japan, Morikita Publishing Co., Ltd [0003]

Claims

Motorsteuervorrichtung (1) zum Steuern eines mit einem beweglichen Körper (3) als Antriebsquelle zum linearen Bewegen des beweglichen Körpers (3) verbundenen Motors (2), wobei die Steuervorrichtung (1) Folgendes umfasst: eine zum Erfassen einer Motorrotationsfrequenz ausgebildete Erfassungseinheit (11); eine zum Speichern eines zulässigen Drehmoments, welches das maximale Drehmoment ist, das der Motor (2) bei der von der Erfassungseinheit (11) erfassten Motorrotationsfrequenz leisten kann, einer ersten Drehmomentabweichung, die ein in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers (3) erzeugtes Drehmoment ist, einer zweiten Drehmomentabweichung, die ein in einer Richtung ungeachtet der Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers (3) erzeugtes Drehmoment ist, eines Rotorträgheitsmoments des Motors (2), eines Lastträgheitsmoments und eines Umrechnungsfaktors zum Umrechnen eines Motordrehwinkels in Drehbewegung des Motors (2) in eine Bewegungsstrecke in linearer Bewegung des beweglichen Körpers (3) ausgebildete Speichereinheit (12); und eine zum Berechnen eines Beschleunigungsbefehls des Motors (2) für jede Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers (3) und jeden Beschleunigungsvorgang und Verzögerungsvorgang des Rotors des Motors (2) unter Verwendung des zulässigen Drehmoments, der ersten Drehmomentabweichung, der zweiten Drehmomentabweichung, des Rotorträgheitsmoments, des Lastträgheitsmoments und des Umrechnungsfaktors ausgebildete Beschleunigungsberechnungseinheit (13).
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei, wenn die Motorrotationsfrequenz zu einer Zeit t mit N(t) angesetzt ist, das zulässige Drehmoment mit T_ML(N(t)) angesetzt ist, die erste Drehmomentabweichung mit T₁ angesetzt ist, die zweite Drehmomentabweichung mit T₂ angesetzt ist, das Rotorträgheitsmoment mit J_m angesetzt ist, das Lastträgheitsmoment mit J_L angesetzt ist und der Umrechnungsfaktor mit R angesetzt ist, die Beschleunigungsberechnungseinheit (13) den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Beschleunigung in einer ersten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnet, A₁(t) = {T_ML(N(t)) – T₁ – T₂} ÷ (J_m + J_L) × R den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Verzögerung in der ersten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnet, A₁(t) = {–T_ML(N(t)) – T₁ – T₂} ÷ (J_m + J_L) × R den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Beschleunigung in der ersten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnet, A₁(t) = {T_ML(N(t)) – T₁ + T₂} ÷ (J_m + J_L) × R und den Beschleunigungsbefehl A₁(t) des beweglichen Körpers (3), der unter Verzögerung in der zweiten Richtung bewegt wird, auf Basis einer folgenden Formel berechnet. A₁(t) = {–T_ML(N(t)) – T₁ + T₂} ÷ (J_m + J_L) × R
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Drehmomentabweichung ein Reibungsdrehmoment des linear vom Motor (2) bewegten beweglichen Körpers (3) ist und die zweite Drehmomentabweichung ein Schwerkrafthaltedrehmoment ist, das ein Drehmoment zum Halten der auf den beweglichen Körper (3) einwirkenden Schwerkraft ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Drehmomentabweichung, die zweite Drehmomentabweichung und das Lastträgheitsmoment auf Basis einer erzielten Drehmomentwellenform, wenn der bewegliche Körper (3) linear vom Motor (2) bewegt wird, gewählt werden.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zulässige Drehmoment jeweils für die Beschleunigung des beweglichen Körpers (3) und für die Verzögerung des beweglichen Körpers (3) gewählt wird.