DE102016000265A1

DE102016000265A1 - Motorsteuervorrichtung mit Schwingungsunterdrückung

Info

Publication number: DE102016000265A1
Application number: DE102016000265.4A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Nakamura; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2036-01-09
Also published as: CN105811817A; DE102016000265B4; JP6017595B2; US20160209829A1; JP2016134975A; CN105811817B; US9766614B2

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung dient der Kompensation einer elastischen Deformation zwischen einem Servomotor und einer durch den Servomotor angetriebenen Komponente mit einem Positionsbefehlsgenerator zum Generieren eines Motor-Positionsbefehls, einem Kompensationsfilter zum Kompensieren des mit dem Positionsbefehlsgenerator generierten Positionsbefehls und einer Servosteuereinheit zum Steuern der Bewegung des Motors auf Basis eines Positionsbefehls nach Kompensation, d. h. dem mit dem Kompensationsfilter kompensierten Positionsbefehl, wobei der Aufbau so ist, dass das Kompensationsfilter ein Filter F(s) enthält mit der trägen Masse JL der angetriebenen Komponente, einem Festigkeitskoeffizienten K einer elastisch deformierbaren Komponente und einem Dämpfungskoeffizienten C der elastisch deformierbaren Komponente als Elemente der Filterkoeffizienten.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung und insbesondere eine solche mit Unterdrückung von Schwingungen durch Ausgleichen einer befohlenen Position durch Multiplikation einer befohlenen Beschleunigung mit einer Verstärkung, die aus Konstanten des mechanischen Systems bestimmt ist.
2. Zum Stand der Technik
Herkömmlicherweise hat in einer Motorsteuervorrichtung zum Antrieb einer Maschine mit einem Motor ein Servosteuersystem ein Tiefpassfilter oder Kerbfilter, um hochfrequenten mechanischen Resonanzen zu begegnen. Diese Filter sind in der Steuerschleife (Regelkreis) des Servosteuersystems eingesetzt und sind nicht für das Ausgleichen von Positionsbefehlen vorgesehen, sondern sollen das Reaktionsverhalten und die Stabilität des Servosteuersystems verbessern.
Um andererseits niederfrequenten Resonanzen zu begegnen, wurden Techniken mit ruckfreien Befehlen, Techniken zur Verarbeitung von Befehlen mit Kerbfiltern (Sperrfiltern), Techniken mit Eingangsformungen der Befehle etc. verwendet. Im Unterschied zu der Vermeidung von hochfrequenten Resonanzen sind die letztgenannten Techniken vorgesehen zum Ausscheiden oder ausreichendem Reduzieren der Energie von Resonanzfrequenzen des mechanischen Systems mit Hilfe des dem Servosteuersystem gegebenen Positionsbefehls.
Bekannt ist ein Verfahren zum Steuern eines Trägheitssystems durch Einstellen eines Betriebs zur Vibrationsunterdrückung durch Multiplikation von Beschleunigungsbefehlsdaten mit einer vorgegebenen Verstärkung und Addition des Einsatzwertes für die Vibrationsunterdrückungssteuerung zum Positionsbefehl (z. B. japanische Patentveröffentlichung 2010-88290 A ).
In der Motorsteuervorrichtung von Werkzeugmaschinen erfolgt im Allgemeinen eine sogenannte PTP(Punkt-zu-Punkt)-Steuerung unabhängig von einem Bewegungsweg, oder eine Wegsteuerung, welche die Maschinenposition entlang einem gegebenen Bewegungsweg steuert. Führt eine Motorsteuervorrichtung eine Wegsteuerung aus, ist es unerwünscht, dass das Servosteuersystem beträchtlich vom durch den Benutzer programmierten Bewegungsweg abweicht.
Betrachtet werden sollen Fälle, bei denen zeitsequenzielle Positionsbefehle an eine bestimmte Servosteuerachse gegeben werden. Der Zweck des Servosteuersystems ist der Antrieb der Maschine entsprechend den zeitsequenziellen Positionsbefehlen. Mechanische Resonanzen hindern aber bisweilen das Servosteuersystem an einer Maschinensteuerung exakt entsprechend den befohlenen Positionen. Die Schwingung verbleibt als Restschwingung nach Stoppen der Achse, was zu Problemen führen kann, wie der Bildung von Streifenmustern auf dem Werkstück, wenn die Werkzeugmaschine in Betrieb ist.
Werden herkömmliche Techniken eingesetzt, wie Sperrfilter, die Eingangsformung und dergleichen, werden der Resonanzfrequenz entsprechende Energiekomponenten durch die Sperrfilter bzw. die Eingangsformung ausgeschieden, so dass die Restschwingungen reduziert werden. Da aber diese Filter den befohlenen Weg im Gegenzug zur Reduktion der Restschwingungen ändern, tritt ein Phänomen dahingehend auf, dass die Maschine nicht mehr genau entsprechend dem Befehlspfad angetrieben wird, welchen die Bedienungsperson programmiert hat. Werden beispielsweise die Befehle mit Sperrfiltern verarbeitet, tritt im Allgemeinen ein sogenanntes Überschießen auf. Es ist leicht zu erkennen, dass von der Schrittcharakteristik von Sperrfiltern ein Überschießen verursacht wird. Verursachen Sperr- oder Kerbfilter ein Überschießen im befohlenen Weg, verbleiben Spuren entsprechend dem Überschießen auf dem Werkstück, was die Bearbeitungsqualität senkt.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Zwar sind die herkömmliche Sperrfilterung oder die auf die Befehle angewandte Eingangsformung hervorragend geeignet, Restschwingungen zu unterdrücken, jedoch besteht das Problem, dass die Werkzeugmaschine sich auf einem Pfad bewegt, der verschieden ist vom Befehlsweg, den die Bedienungsperson programmiert hat.
Eine Motorsteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert einen Servomotor und hat einen Positionsbefehlsgenerator zum Erzeugen des Positionsbefehls des Motors, einen Kompensationsfilter zum Kompensieren des durch den Positionsbefehlsgenerator erzeugten Positionsbefehls und eine Servosteuereinheit zum Steuern der Bewegung des Motors auf Basis eines Positionsbefehls nach der Kompensation, d. h. des mit dem Kompensationsfilter kompensierten Positionsbefehls, wobei die Vorrichtung so aufgebaut ist, dass der Kompensationsfilter einen Filter F(s) hat mit einem Trägheitsmoment J_L der angetriebenen Komponente, einem Festigkeitskoeffizienten K einer elastisch deformierbaren Komponente und einem Dämpfungskoeffizienten C der elastisch deformierbaren Komponente als die Elemente der Filterkoeffizienten.
Kurzbeschreibung der Figuren
Das Ziel, die Merkmale und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Blick auf die Figuren:
1 zeigt eine Modelldarstellung eines Zweifachinertialsystems (System zweier träger Massen), welches mit einer Motorsteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gesteuert wird;
2 ist ein Blockdiagramm des Zweifachinertialsystems, welches mit einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesteuert wird;
3 zeigt schematisch den Aufbau einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5A ist ein Blockdiagramm eines Kompensationsfilters einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5B ist ein Blockdiagramm eines Kompensationsfilters einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6A ist ein Blockdiagramm eines Kompensationsfilters einer Motorsteuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6B ist ein Blockdiagramm eines Kompensationsfilters einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines Kompensationsfilters einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
8 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines Kompensationsfilters einer Motorsteuervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung im Einzelnen
Nunmehr sollen mit Bezug auf die Figuren Motorsteuervorrichtungen gemäß der Erfindung näher beschrieben werden. Angemerkt sei jedoch, dass der technische Umfang der Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern die Erfindungen umfasst, welche in den Ansprüchen definiert sind, sowie deren Äquivalente.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Zunächst wird eine Motorsteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. In der Motorsteuervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Befehlskompensation unter der Annahme, dass eine Wegsteuerung durchgeführt wird für ein Zweifachinertialsystem (System mit zwei trägen Massen), welches gesteuert wird durch eine Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 sind ein Motor 100, wie ein Servomotor, und eine Maschine 200 als Massenpunkte angenommen mit einer Masse von J_m bzw. J_L. Reibung wird vernachlässigt. Der Motor 100 und die Maschine 200 sind miteinander über eine Feder 30 mit einer Federkonstanten (Festigkeitskoeffizient der elastisch deformierbaren Komponente) K und einen Dämpfer 40 mit einer Dämpfungskonstanten C verbunden. In der Figur bedeutet u ein Drehmoment, V_m die Motorgeschwindigkeit, V_L die Maschinengeschwindigkeit, und T eine kombinierte Kraft von Feder und Dämpfer.
Die Bewegungsgleichungen des Motors 100 und der Maschine 200, V_m bzw. V_L, sowie die kombinierte Kraft T von Feder 30 und Dämpfer 40 sind dann durch die nachfolgenden Gleichungen gegeben.
Die obigen drei Gleichungen sind im Blockdiagramm gemäß 2 erläutert.
Auf Basis der obigen Bewegungsgleichungen und der Gleichung für die kombinierte Kraft von Feder und Dämpfer können die Übertragungsfunktionen (Transferfunktionen) vom Drehmoment u zur Motorgeschwindigkeit V_m bzw. zur Maschinengeschwindigkeit V_L mit den nachfolgenden Gleichungen Eq. 1 bzw. Eq. 2 bestimmt werden:
Drehmoment → Motorgeschwindigkeit:
Drehmoment → Maschinengeschwindigkeit:
Bei jüngeren Motorsteuervorrichtungen wird dank höherer Steuerverstärkungen und des Einsatzes einer Optimalwertsteuerung die tatsächliche Position des Motors sofort angesteuert, sobald dem Motor ein Bewegungsbefehl gegeben wird. Mit anderen Worten: die Transfercharakteristik vom Positionsbefehl des Motors zur tatsächlichen Position des Motors liegt nahe bei 1.
3 zeigt schematisch den Aufbau einer Motorsteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 zeigt das Blockdiagramm hierfür. Eine Motorsteuervorrichtung 101 zum Steuern eines Servomotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist Folgendes auf: einen Positionsbefehlsgenerator 20 zum Erzeugen eines Positionsbefehls für den Motor; ein Kompensationsfilter 1 zum Kompensieren des mit dem Positionsbefehlsgenerator erzeugten Positionsbefehls; eine Servosteuereinheit 2 zum Steuern der Bewegung des Motors auf Basis des Positionsbefehls nach Kompensation, d. h. des durch das Kompensationsfilter 1 kompensierten Positionsbefehls, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsfilter 1 ein Filter F(s) aufweist mit einem Trägheitsmoment J_L der angetriebenen Komponente, einem Festigkeitskoeffizienten K einer elastisch deformierbaren Komponente und einem Dämpfungskoeffizienten C der elastisch deformierbaren Komponente als Elemente der Filterkoeffizienten.
Nunmehr wird der Betrieb der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Der mit dem Positionsbefehlsgenerator 20 erzeugte Positionsbefehl wird in das Kompensationsfilter 1 eingegeben. Das Kompensationsfilter 1 gibt nach der Kompensation einen Positionsbefehl aus als ”kompensierten Positionsbefehl”. Die Servosteuereinheit 2 gibt entsprechend dem kompensierten Positionsbefehl ein Drehmoment aus zur Steuerung der Bewegung des Motors 100. Die Bewegung des Motors 100 bewirkt, dass der Transfermechanismus 300 die Maschine 200 bewegt.
In der Servosteuereinheit 2 wird der kompensierte Positionsbefehl (Positionsbefehl nach der Kompensation) in einen ersten Subtrahierer 3 eingegeben, welcher die Rückmeldung des detektierten Wertes der Motorposition vom Eingang abzieht, um einen Positionsfehler abzugeben, welcher seinerseits in eine Positionssteuerung 4 eingegeben wird. Der Positionsbefehl nach Kompensation wird auch in eine Optimalwerteinheit 5 (Vorwärtssteuerung) eingegeben, und sodann mit einem Differenzierer 6 differenziert, um die Geschwindigkeit auszugeben. Die ausgegebene Geschwindigkeit wird zusammen mit dem Ausgang der Positionssteuerung 4 in einen Addierer 7 eingegeben, welcher einen Geschwindigkeitsbefehl abgibt.
Der Geschwindigkeitsbefehl wird in einen zweiten Subtrahierer 8 eingegeben, welcher die Rückmeldung bezüglich des detektierten Wertes der Motorgeschwindigkeit vom Eingang abzieht, um eine Geschwindigkeitsabweichung abzugeben. Die abgegebene Geschwindigkeitsabweichung wird in eine Geschwindigkeitssteuerung 9 eingegeben, welche das Drehmoment ausgibt. Das Drehmoment wird in den Motor eingegeben. Die Motordynamik wird als Übertragungscharakteristik (Transfer-Funktion) vom Drehmoment zur Motorgeschwindigkeit 10 angegeben und ergibt somit die Motorgeschwindigkeit. Die erzeugte Motorgeschwindigkeit wird durch einen ersten Integrierer 11 kinematisch integriert, um eine Motorposition zu erhalten. Bezüglich der Erfindung wird die Übertragungscharakteristik 12 vom Drehmoment zur Maschinengeschwindigkeit berücksichtigt. Das Drehmoment wird entsprechend der Übertragungscharakteristik 12 in eine Maschinengeschwindigkeit übersetzt, so dass eine Maschinengeschwindigkeit ausgegeben wird. Die Maschinengeschwindigkeit wird mit einem zweiten Integrierer 13 kinematisch integriert, was die Maschinenposition ergibt.
Liegt die Übertragungscharakteristik vom Positionsbefehl des Motors zur tatsächlichen Position des Motors nahe bei 1, so bedeutet dies, dass die Übertragungsfunktion vom Punkt B zum Punkt C gemäß 4 nahe bei 1 liegt.
Im Unterschied zum Einsatz eines Sperrfilters oder einer Eingangsformung ist bei einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie oben erläutert, ein Schwingungsunterdrückungsfilter für eine Pfad-Präzisierung vorgesehen. Im Einzelnen: der an das Servosteuersystem gegebene Positionsbefehl ist nicht ein Positionsbefehl an den Motor, sondern als ein Positionsbefehl an die Maschine anzusehen. Dies bedeutet, dass der Motor für eine Vibration (Schwingung) freigegeben ist, solange die Maschine nicht vibriert, was grundsätzlich verschieden ist vom herkömmlichen Konzept mit Sperrfiltern oder mit einer Eingangsformung insofern, als ”den Resonanzfrequenzen entsprechende Energiekomponenten entfernt sind”.
Der an das Servosteuersystem gegebene Positionsbefehl gilt als der Positionsbefehl für die Maschine. Dementsprechend ist es erforderlich, die Steuerung so auszuführen, dass die Übertragungscharakteristik von Punkt A zu Punkt D sich dem Wert 1 annähert. Wird die Übertragungscharakteristik von Punkt B zu Punkt C mit 1 angenommen, ergibt sich, dass die Übertragungscharakteristik von Punkt A zu B invers sein muss zur Charakteristik von Punkt C zu D.
Wie 4 zu entnehmen ist, ist die Umkehrcharakteristik der Übertragungscharakteristik von Punkt C zu D, d. h. die Übertragungscharakteristik von Punkt D zu C, gleichwertig zur Übertragungscharakteristik von Punkt D' zu C'. Diese Übertragungscharakteristik wird gewonnen durch Division obiger Gleichung 1 durch Gleichung 2 wie folgt:
Die Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beruht auf dem Umstand, dass dieses Filter nur abhängig ist von den mechanischen Systemkonstanten (J_L, C, K) und somit das Filter durch diese Konstanten definiert werden kann. Das heißt: das Kompensationsfilter 1 ist gekennzeichnet durch ein Filter F(s) mit folgenden Elementen von Filterkoeffizienten: einer elastisch deformierbaren Komponente und einem Dämpfungskoeffizienten C der elastisch deformierbaren Komponente. Die 5A und 5B zeigen Blockdiagramme des Filters F(s). 5B zeigt F(s) gemäß 5A, ausgedrückt mit den mechanischen Konstanten (J_L, C, K).
Wie beschrieben, ist es mit der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, ein Vibrationsunterdrückungsfilter bereitzustellen, welches eingerichtet ist für eine Pfad-Präzisierung, anders als beim Einsatz von Sperrfiltern oder bei Eingangsformung.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Nunmehr wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung näher beschrieben. Unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Implementierung der Software gibt es Fälle, in welchen die Berechnung eines Kompensationsbetrages, welcher zum Positionsbefehl hinzugefügt wird, leichter ist als eine direkte Ausführung eines Filterungsprozesses bezüglich des Positionsbefehls. Hierzu müsste die Filtercharakteristik, wie im ersten Ausführungsbeispiel ermittelt, in einem Kompensationsbetrag überführt werden.
Die Bildung eines Kompensationsbetrages für den Positionsbefehl kann erfolgen durch Subtraktion von 1 von der Filtercharakteristik. Das Blockdiagramm für das Kompensationsfilter der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 5 dargestellt. Auf dieser Basis kann das Blockdiagramm für das Kompensationsfilter für die Motorsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 6A und 6B dargestellt werden. 6B entspricht F(s)^–1 entsprechend 6A unter Verwendung der Konstanten (J_L, C, K) des mechanischen Systems. Durch einfache Rechnung ergibt sich die Übertragungsfunktion durch die nachfolgende Gleichung.
Auf diese Weise kann der Positionsbefehl nach Kompensation bestimmt werden durch Addition eines differenziellen Kompensationsbetrages zur Implementierung eines Filters F(s)^–1 zum Positionsbefehl.
Auf Basis obiger Gleichung kann folgende Umschreibung erfolgen:
Deshalb kommt als Kompensationsfilter 1 das nachfolgende Verfahren mit folgenden Schritten besonders in Betracht:

– Bestimmung eines Beschleunigungsbefehls (ein Wert, der gewonnen wird durch zweifache Differenzierung des Positionsbefehls s'' (Zweifachanwendung des Laplace-Operators oder des Differenzialoperators);
– Multiplikation des Beschleunigungsbefehls mit der Verstärkung J_L/K, bestimmt durch die mechanische träge Masse J_L und die Federkonstante K der elastischen Komponente; und
– Implementierung eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten τ = C/K, bestimmt durch die Dämpfungskonstante C und die Federkonstante K.

7 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm eines Filters für eine Motorsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Komponente zur Ausgabe eines Beschleunigungsbefehls ist der Beschleunigungsbefehlsoperator 1a. Die Komponente zur Multiplikation einer Verstärkung J_L/K, bestimmt durch die träge Masse J_L der angetriebenen Komponente und den Festigkeitskoeffizienten K der elastisch deformierbaren Komponente, ist der erste Kompensationsbetragsoperator 1b. Die Komponente zum Implementieren eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten C/K, bestimmt aus der Dämpfungskonstanten C der elastisch deformierbaren Komponente und der Festigkeitskonstanten K der elastisch deformierbaren Komponente, ist der zweite Kompensationsbetragsoperator 1c. Mit dieser Konfiguration kann das Filter F(s) im Kompensationsfilter 1 verwirklicht werden durch Addition des zweiten Kompensationsbetrages, wie von dem zweiten Kompensationsbetragsoperator 1c ausgegeben, zum Positionsbefehl.
Bei der Motorsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel enthält das Kompensationsfilter 1 Folgendes: einen Beschleunigungsbefehlsoperator 1a zum Berechnen eines Beschleunigungsbefehls aus einem Positionsbefehl; einen ersten Kompensationsbetragsoperator 1b zum Multiplizieren des von dem Beschleunigungsbefehlsoperator 1a ausgegebenen Beschleunigungsbefehl mit einer Verstärkung J_L/K, die bestimmt ist durch die träge Masse J_L der angetriebenen Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente; und einen zweiten Kompensationsbetragsoperator 1c zum Implementieren eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten C/K, bestimmt durch die Dämpfungskonstante C der elastisch deformierbaren Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente, auf Basis des vom ersten Kompensationsbetragsoperator 1b ausgegebenen ersten Kompensationsbetrages, und die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Filter F(s) implementiert wird durch Addition des vom zweiten Kompensationsbetragsoperator 1c ausgegebenen Kompensationsbetrages zum Positionsbefehl.
Mit der Motorsteuervorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, Vibrationen (Schwingungen) zu unterdrücken, wobei der Dämpfungskoeffizient berücksichtigt und somit ein realistischer Ansatz ermöglicht ist. Im Ergebnis ist es möglich, im Vergleich zum Stand der Technik eine hochwirksame Vibrationsunterdrückung zu erreichen.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Nunmehr wird eine Motorsteuervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Die Konstanten J_L, C und K, welche in der Berechnungsformel F(s)^–1 auftauchen, sind alle Elemente, welche das numerische Polynom der nachfolgenden Transferfunktion vom Drehmoment in Motorgeschwindigkeit bilden.
Wie oft bei Vibrationssystemen kann das Polynom der Transferfunktion vom Drehmoment in Motorgeschwindigkeit in quadratischer Standardform geschrieben werden.
Im Ergebnis können die Verstärkungs- und Zeitkonstanten wie folgt bestimmt werden:
Verstärkung: J_L/K = 1/ω²
Zeitkonstante: C/K = 2ζ/ω
Da die Eingabe zweier Konstanten, Frequenz ω und Dämpfungsfaktor ζ in quadratischer Standardform, einfacher ist als die Eingabe von drei Konstanten, mechanische-träge Masse J_L, Dämpfungskonstante C und Federkonstante K, in die Motorsteuervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wird das Filter F(s) im Kompensationsfilter verwirklicht auf Basis der Frequenz ω und des Dämpfungsfaktors ζ.
8 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm eines Filters einer Motorsteuervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Komponente zum Ausgeben eines Beschleunigungsbefehls der Beschleunigungsbefehlsoperator 1a'. Die Komponente zum Dividieren durch das Quadrat von ω ist der erste Kompensationsbetragsoperator 1b'. Die Komponente zum Implementieren eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten 2ζ/ω, bestimmt durch den Vibrationsschwächungskoeffizienten ζ und die Frequenz ω, ist der zweite Kompensationsbetragsoperator 1c'. Im Ergebnis ergibt sich, dass das Filter F(s) im Kompensationsfilter 1 realisiert werden kann durch Addition des zweiten Kompensationsbetrages, wie vom zweiten Kompensationsbetragsoperator 1c' ausgegeben, zum Positionsbefehl.
Wie beschrieben, ist eine Motorsteuervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Eingabe der Verstärkung J_L/K, gegeben durch die träge Masse J_L der angetriebenen Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente und der Zeitkonstanten C/K, bestimmt durch die Dämpfungskonstante C der elastisch deformierbaren Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente, die Frequenz ω und der Vibrationsabschwächungskoeffizient ζ eingegeben werden zur Verwirklichung des Filters F(s) im Kompensationsfilter.
Mit der oben beschriebenen Motorsteuervorrichtung gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist es möglich, in einem Zweifachinertialsystem als einfachstem Vibrationsmodell auf Basis einer Pfadsteuerung eine Kompensation auszuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-88290 A [0004]

Claims

Motorsteuervorrichtung zum Steuern eines Servomotors, aufweisend: einen Positionsbefehlsgenerator (20), eingerichtet zur Erzeugung eines Motor-Positionsbefehls; ein Kompensationsfilter (1), eingerichtet zum Kompensieren des durch den Positionsbefehlsgenerator (20) erzeugten Positionsbefehls; und eine Servosteuereinheit (2), eingerichtet zum Steuern der Bewegung des Motors auf Basis eines Positionsbefehls nach der Kompensation als der mit dem Kompensationsfilter (1) kompensierte Positionsbefehl, wobei das Kompensationsfilter (1) ein Filter F(s) enthält, welches als die Elemente der Filterkoeffizienten aufweist: eine träge Masse J_L der angetriebenen Komponente, einen Festigkeitskoeffizienten K einer elastisch deformierbaren Komponente und einen Dämpfungskoeffizienten C der elastisch deformierbaren Komponente.
Motorsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das im Kompensationsfilter (1) enthaltene Filter F(s) gegeben ist durch F(s) = (J_L × s² + C × s + K)/(C × s + K).
Motorsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Positionsbefehl nach Kompensation bestimmt ist durch Addition eines differenziellen Kompensationsbetrages F(s) – 1 = (J_L × s²)/(C × s + K), zur Filterimplementation zum Positionsbefehl.
Motorsteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Kompensationsfilter (1) aufweist: einen Beschleunigungsbefehlsoperator (1a), eingerichtet zur Berechnung eines Beschleunigungsbefehls aus dem Positionsbefehl; einen ersten Kompensationsbetragsoperator (1b), eingerichtet zur Multiplikation des vom Beschleunigungsbefehlsoperator (1a) ausgegebenen Beschleunigungsbefehls mit einer Verstärkung J_L/K, die bestimmt ist durch die träge Masse J_L der angetriebenen Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente; und einen zweiten Kompensationsbetragsoperator (1c), eingerichtet zur Implementierung eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten C/K, die bestimmt ist durch die Dämpfungskonstante C der elastisch deformierbaren Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente, auf Basis eines von dem ersten Kompensationsbetragsoperator (1b) ausgegebenen ersten Kompensationsbetrages, wobei das Filter F(s) implementiert ist durch Addition eines zweiten, von dem zweiten Kompensationsbetragsoperator (1c) ausgegebenen zweiten Kompensationsbetrages zum Positionsbefehl.
Motorsteuervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei anstelle der Eingabe der Verstärkung J_L/K, welche bestimmt ist durch die träge Masse J_L der angetriebenen Komponente und der Festigkeitskonstanten K der elastisch deformierbaren Komponente sowie der Zeitkonstanten C/K, festgelegt durch die Dämpfungskonstante C der elastisch deformierbaren Komponente und die Festigkeitskonstante K der elastisch deformierbaren Komponente, die Frequenz ω und der Vibrationsschwächungskoeffizient ζ eingegeben werden zur Implementierung des Filters F(s).