-
Querverweis auf verwandte Anmeldung
-
Die gesamte Offenbarung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-232850 , eingereicht am 30. November 2015, einschließlich der Patentbeschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung, ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
-
Technisches Gebiet
-
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Servosteuereinheit, die eine Wellensteuerung eines Arms eines Maschinenwerkzeugs oder eines Roboters durchführt, und insbesondere auf eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis, deren Aufgabe es ist, die Position einer Last in Übereinstimmung mit einem Positionsbefehlswert zu steuern, indem die Position eines Endes der Last direkt erfasst wird.
-
Hintergrund
-
Im Allgemeinen steuert eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis, die für die Wellensteuerung einer numerisch gesteuerten Maschine verwendet wird, eine Lastposition θL eines gesteuerten Objekts (nachstehend als ”Zielanlage” bezeichnet) in Übereinstimmung mit einem Positionsbefehlswert XC, der von einer übergeordneten Vorrichtung geliefert wird, indem eine Steuereingabe τm an einen Antriebsmotor gesteuert wird. Somit erfordert eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis eine hohe Systemstabilität (einschließlich einer Schwingungsunterdrückungsleistungsfähigkeit), eine genaue Befehlsfolgeleitungsfähigkeit und eine hohe Laststörungsunterdrückungsleistungsfähigkeit.
-
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer herkömmlichen Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis zeigt. Die Zielanlage
200 wird in Form einer Drehmotorwelle dargestellt. Da die Zielanlage
200 einen Übertragungspol ω
P und eine Übertragungsnullstelle ω
Z als Übertragungscharakteristiken aufweist, wird die Zielanlage
200 in einer Konfiguration beschrieben, in der ein Motorträgheitsmoment I
m und ein Lastträgheitsmoment I
L über ein Federsystem verbunden sind, das eine Steifigkeit K aufweist. ”s” stellt einen Operator einer Laplace-Transformation dar. Eine Bewegungsgleichung der Zielanlage
200 wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt:
wobei ω
m eine Motordrehzahl ist, θ
m eine Motorposition ist, ω
L eine Lastdrehzahl ist und τ
d ein Laststördrehmoment ist.
-
Eine herkömmliche Positionssteuereinheit 300 mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis in 5 ist unten beschrieben. Ein Subtrahierer 50 subtrahiert eine Lastposition θL, die durch einen Lastpositionssensor (nicht gezeigt) erfasst wird, von einem Positionsbefehlswert XC, der von einer übergeordneten Vorrichtung (nicht gezeigt) geliefert wird. Eine Positionsabweichung, die eine Ausgabe von dem Subtrahierer 50 ist, wird durch einen Positionsabweichungsverstärker 51 um eine Positionsregelkreisverstärkung KP multiplikativ verstärkt, um als ein Drehzahlbefehlswert verwendet zu werden. Ein Subtrahierer 52 subtrahiert eine gemischte Drehzahlrückkopplung ωfb von dem Drehzahlbefehlswert. Die Drehzahlabweichung, die eine Ausgabe von dem Subtrahierer 52 ist, wird durch einen Drehzahlabweichungsverstärker 53 um eine Drehzahlregelkreisverstärkung GV multiplikativ verstärkt, um als eine Steuereingabe τm an einen Antriebsmotor verwendet zu werden.
-
Die Drehzahlregelkreisverstärkung GV kann auf der Grundlage einer proportionalen Verstärkung GP und einer integralen Verstärkung Gi aus der folgenden Gleichung (2) erhalten werden: GV = GP + Gi/s Gleichung (2)
-
Da die Drehzahlregelkreisverstärkung GV kein Drehzahlsteuerband festlegt, wird angenommen, dass die natürliche Resonanzfrequenz ωV des Drehzahlsteuersystems mit einer Starrkörpernäherung, die auf die Zielanlage 200 angewendet wird, das Drehzahlsteuerband ist, um das Drehzahlsteuerband ωV der proportionalen Verstärkung GP und der integralen Verstärkung Gi durch die folgende Gleichung (3) zuzuordnen. GP = 2(Im + IL)ωV, Gi = 2(Im + IL)ωV 2 Gleichung (3)
-
Ein Differenzierer 57 gibt eine Lastdrehzahl ωL aus, indem eine zeitliche Ableitung auf die Lastposition θL angewendet wird. Eine Motordrehzahl ωm wird durch einen Sensor (nicht gezeigt) wie einem Positionssensor und einem Drehzahlsensor, die an dem Motor angeordnet sind, erfasst. Ein Subtrahierer 56 zieht die Motordrehzahl ωm von der Lastdrehzahl ωL ab. Dann wird die Ausgabe des Subtrahierers 56 durch einen Verstärker 55 um eine Mischverstärkung fb verstärkt und durch einen Addierer 54 zu der Motordrehzahl ωm addiert, um als eine gemischte Drehzahlrückkopplung ωfb verwendet zu werden. Dieser Prozess ist durch die folgende Gleichung (4) definiert: ωfb = (1 – fb)ωm + fbωL Gleichung (4) wobei die Mischverstärkung fb ein Mischverhältnis der Motordrehzahl ωm und der Lastdrehzahl ωL in der gemischten Drehzahlrückkopplung ωfb darstellt. Die Mischverstärkung fb ist ein Parameter, der in einem Bereich von 0 ≤ fb < 1 eingestellt ist.
-
Als nächstes wird eine Stabilitätsgrenze des Positionssteuersystems, das in
5 gezeigt ist, beschrieben. Weil der Effekt der integralen Verstärkung G
i auf das Stabilitätsproblem begrenzt ist, wird angenommen, dass die Verstärkung G
i Null ist (G
i = 0). Die folgende Gleichung kann erhalten werden, indem die Stabilitätsgrenze der Positionssteuerung mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis auf der Grundlage des wohlbekannten Routh-Stabilitätskriteriums berechnet wird:
wobei das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R = I
L/I
m ist und die nullte Kreisfrequenz der Zielanlage ω
Z = (K/I
L)
1/2 ist.
-
Gleichung (5) gibt an, dass die Schwingungscharakteristiken bedeutend werden, außer wenn die Servoverstärkung (Kpωv) reduziert ist, weil die Zunahme des Lastträgheitsmoments IL die nullte Kreisfrequenz ωZ verringert, was zu einer kleineren rechten Seite der Gleichung führt. Es ist jedoch bekannt, dass die Schwingungsunterdrückungsleistungsfähigkeit verbessert werden kann, indem die Mischverstärkung fb eingestellt wird, weil die Stabilitätsgrenze erhöht werden kann, insbesondere wenn das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R hoch ist.
-
Somit wird ein Stabilitätsgrenzenzunahmeverhältnis h(f
b) definiert, indem die Mischverstärkung f
b in der folgenden Gleichung (6) verwendet wird:
-
6 ist ein Graph, der das Stabilitätsgrenzenzunahmeverhältnis h(fb) über der Mischverstärkung fb zeigt, wobei das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R als ein Parameter verwendet wird. Gleichung (6) stellt dar, dass das Stabilitätsgrenzenzunahmeverhältnis h(fb) das Maximum bei fb = (R – 1)/(1 + R) erreicht. Wenn die Mischverstärkung fb über diesem Wert eingestellt ist, verringert sich h(fb) schnell und tritt leicht in den Bereich von h(fb) < 1 ein, wie in 6 gezeigt ist.
-
Mit anderen Worten, für eine Steuerwelle, die ein sich deutlich änderndes Verhältnis des Lastträgheitsmoments R aufweist, ist es erforderlich, eine optimale Mischverstärkung fb bei dem minimalen R(Rmin) zu wählen und in Anbetracht der Stabilitätsgrenze eine ausreichende Servoverstärkung (Kpωv) bei dem maximalen R(Rmax) einzustellen.
-
Als nächstes wird als ein Beispiel eine Zielanlage besprochen, die das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R aufweist, das sich in dem Bereich von 3 ≤ R ≤ 10 ändert. Die Servoverstärkung (K
pω
v) kann aus der folgenden Gleichung (7) erhalten werden, die in Anbetracht der Stabilitätsgrenze und der Schwingungsunterdrückungscharakteristiken eine Randkonstante β (0,4 < β < 0,6) auf Gleichung (5) anwendet:
-
Frequenzcharakteristiken einer Befehlsantwort θL/XC und einer Störantwort ωL/τd, die von dem Positionssteuersystem geliefert werden, das in 5 gezeigt ist, werden beschrieben, indem angenommen wird, dass die Zielanlage im Fall von R = 10 Charakteristiken von ωZ = 64 rad/s = 10 Hz aufweist.
-
7 zeigt Frequenzcharakteristiken, insbesondere dann, wenn die Servoverstärkung (die Positionsregelkreisverstärkung Kp und das Drehzahlsteuerband ωv) auf der Grundlage von Gleichung (7) in dem Fall einer Mischverstärkung fb = 0 geeignet eingestellt ist.
-
Im Gegensatz dazu zeigt 8 Frequenzcharakteristiken, wenn die Servoverstärkung (Kpωv) auf der Grundlage von Gleichung (7) in dem Fall von R = 10 mit der Mischverstärkung fb = 0,5, die die maximale Stabilitätsgrenzenzunahmerate h(fb) in dem Fall von R = 3 erreicht, geeignet eingestellt ist.
-
In diesem Beispiel ist die Mischverstärkung fb = 0,5, was eine optimale Mischverstärkung in dem Fall von R = 3, wobei das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R in dem Bereich von 3 ≤ R ≤ 10 ist. Deshalb ist auf der Grundlage von 6 die Stabilitätsgrenzenzunahmerate h(fb) in dem Fall R = 10 ungefähr 1,8. Dementsprechend ist die Befehlsfolgeleistungsfähigkeit mit der Grenzfrequenz der Befehlsantwort θL/XC verbessert, die von 10 Hz auf 15 Hz erhöht ist. Zudem ist auch die Laststörunterdrückungsleistungsfähigkeit in einem mittleren oder unteren Frequenzbereich um –7 dB verbessert. Weil der maximale Wert der Stabilitätsgrenzenzunahmerate h(fb) in dem Fall R = 10 ungefähr 3 ist, ist die Steuerleistungsfähigkeit jedoch nicht an eine Grenze verbessert.
-
Als Stand der Technik kann
JP 2013-148422 A als ein Beispiel angeführt werden.
-
Wie oben beschrieben, kann in einer herkömmlichen Positionssteuereinheit mit einem geschlossenen Regelkreis, in der das Drehzahlsteuersystem auf der Grundlage einer gemischten Drehzahlrückkopplung ωfb der Motordrehzahl ωm und der Lastdrehzahl ωL konfiguriert ist, die Steuerleistungsfähigkeit nicht ausreichend durch die Mischdrehzahlrückkopplung verbessert werden, insbesondere für eine Steuerwelle mit einem sich deutlich ändernden Verhältnis des Lastträgheitsmoments R.
-
Zusammenfassung
-
Die vorliegende Offenbarung offenbart eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis mit einer Servoverstärkung (Kpωv), die so eingestellt ist, dass sie konstant eine optimale Steuerleistungsfähigkeit erreicht, indem die Mischverstärkung fb in Übereinstimmung mit einem sich ändernden Verhältnis des Lastträgheitsmoments R variiert wird, um die maximale Stabilitätsgrenzenzunahmerate h(fb) beizubehalten.
-
Die vorliegende Offenbarung offenbart eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis einer numerisch gesteuerten Maschine, die eine Lastposition einer Zielanlage steuert, indem die Zielanlage durch einen Servomotor in Übereinstimmung mit einem Positionsbefehlswert, der von einer übergeordneten Vorrichtung geliefert wird, angetrieben wird. Ein Drehzahlrückkopplungssteuersystem der Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis ist auf der Grundlage von Mischdrehzahlen einer Motordrehzahl und einer Lastdrehzahl gebildet. Die Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis enthält einen Identifikationsrechner, der ein Verhältnis des Lastträgheitsmoments auf der Grundlage einer Steuereingabe, einer Motordrehzahl und einer Lastdrehzahl des Servomotors identifiziert; einen Mischverstärkungsrechner, der auf der Grundlage des identifizierten Verhältnisses des Lastträgheitsmoments eine Mischverstärkung berechnet, die ein Mischverhältnis der gemischten Drehzahlen ist, und einen Servoverstärkungsidentifizierer, der eine Positionsregelkreisverstärkung und eine Drehzahlregelkreisverstärkung auf der Grundlage des identifizierten Verhältnisses des Trägheitsmoments und der Mischverstärkung berechnet. Die Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis steuert die Lastposition auf der Grundlage der Mischverstärkung, der Positionsregelkreisverstärkung und der Drehzahlregelkreisverstärkung.
-
In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält die Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis ferner einen Integrationsverstärker, der auf der Grundlage des identifizierten Verhältnisses des Lastträgheitsmoments ein Verhältnis des Lastträgheitsmoments berechnet, das bei der Steuerung angewendet wird, und einen Rechner der variablen Rate der Servoverstärkung, der eine variable Rate der Servoverstärkung auf der Grundlage des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments, das bei der Steuerung angewendet wird, und der Mischverstärkung berechnet. Der Servoverstärkungsidentifizierer berechnet die Positionsregelkreisverstärkung und die Drehzahlregelkreisverstärkung auf der Grundlage des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments, das bei der Steuerung angewendet wird, und der variablen Rate der Servoverstärkung.
-
Spezieller enthält die Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis in der vorliegenden Offenbarung Anfangsparameter (R0, Fb0, ωv0, KP0), die im Vorhinein eingestellt sind. Die Steuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis berechnet mit Bezug auf die Anfangsparameter (ωv0KP0) auf der Grundlage des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R, der in Echtzeit identifiziert wird, und der entsprechenden Mischverstärkung fb konstant eine variable Rate A der Servoverstärkung, so dass die proportionale Verstärkung GP und die integrale Verstärkung Gi, deren Kombination die Drehzahlregelkreisverstärkung GV bildet, und die Positionsregelkreisverstärkung KP, die bei der Steuerung angewendet wird, geeignet variiert werden.
-
In der Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine optimale Steuerleistungsfähigkeit konstant bereitgestellt werden, indem die Mischverstärkung fb in Übereinstimmung mit dem sich ändernden Verhältnis des Lastträgheitsmoments R variiert wird. Spezieller können in der vorliegenden Offenbarung die proportionale Verstärkung GP und die integrale Verstärkung Gi, deren Kombination die Drehzahlregelkreisverstärkung GV bildet, und die Mischverstärkung fb und die Positionsregelkreisverstärkung KP in Übereinstimmung mit dem sich ändernden Verhältnis des Lastträgheitsmoments R geeignet variiert werden. Deshalb kann das Positionssteuersystem mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis konstant eine geeignete Befehlsfolgeleistungsfähigkeit und eine Laststörunterdrückungsleistungsfähigkeit sogar für eine Steuerwelle mit dem sich deutlich ändernden Verhältnis des Lastträgheitsmoments R aufweisen.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung werden auf der Grundlage der folgenden Figuren beschrieben werden, wobei:
-
1 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel einer Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
-
2 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer Verstärkereingabe e und einer integralen Verstärkung Ge an einem Integrationsverstärker 3 gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
-
3 ein Graph ist, der ein Beispiel von Positionssteuerfrequenzcharakteristiken durch eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
-
4 ein Graph ist, der ein weiteres Beispiel von Positionssteuerfrequenzcharakteristiken durch eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
-
5 ein Blockdiagramm ist, das eine beispielhafte Konfiguration einer herkömmlichen Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis zeigt;
-
6 ein Graph ist, der eine Stabilitätsgrenzenzunahmerate h(fb) über der Mischverstärkung fb zeigt, wobei das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R als ein Parameter verwendet wird;
-
7 ein Graph ist, der ein Beispiel von Frequenzcharakteristiken eines Positionssteuersystems einer herkömmlichen Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis zeigt, und
-
8 ein Graph ist, der ein weiteres Beispiel von Frequenzcharakteristiken eines Positionssteuersystems einer herkömmlichen Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis zeigt.
-
Beschreibung der Ausführungsformen
-
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind unten beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die folgenden Ausführungsformen lediglich als Beispiele bereitgestellt sind. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen begrenzt. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die folgenden Beschreibungen geben nur Unterschiede zu denen an, die nach dem Stand der Technik oben beschrieben sind.
-
Die Bewegungsgleichung einer Zielanlage 200, die in Gleichung (1) gezeigt ist, kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden, indem das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R verwendet wird.
-
-
Diese Gleichung kann als eine parametrische Darstellung in die folgende Gleichung (9) umgeformt werden:
-
Eine Motorbeschleunigungsdrehzahl dωm/dt und eine Lastbeschleunigungsdrehzahl dωL/dt können berechnet werden, indem Motordrehzahlen ωm und Lastdrehzahlen ωL zu Abtastzeitpunkten erfasst werden. Ferner können, weil die Steuereingabe τm ein durch die Positionssteuereinheit berechneter Wert ist und das Motorträgheitsmoment Im ein bekannter Parameter ist, das Lastdrehmoment τL auf der linken Seite der Gleichung (9) und der Signalreihenvektor ξ auf der rechten Seiten erhalten werden. Somit kann der unbekannte Parameter, der Spaltenvektor γ, auf der rechten Seite von Gleichung (9) identifiziert werden, weil durch Sammeln der Lastdrehmomente τL und der Signalreihenvektoren ξ n-mal in Zeitreihen, während sich die Beschleunigungsdrehzahl ändert, und ihr Anordnen in der Reihenrichtung, die Signalreihenvektoren ξ eine Signalmatrix Ξ (n × 2) bilden, in der jeder Spaltenvektor linear unabhängig ist.
-
Ein Identifikationsrechner 1 führt eine Identifikationsberechnung des oben beschriebenen unbekannten Parameters, des Spaltenvektors γ, durch, indem ein wohlbekannter Identifikationsalgorithmus mit den Signalen ωm, ωL, τm als Eingaben verwendet wird, wenn eine Änderung der Beschleunigungsdrehzahl erfasst wird. In 1 wird das identifizierte Verhältnis des Lastträgheitsmoments R als RID dargestellt. Das identifizierte Verhältnis des Lastträgheitsmoments RID, das eine Ausgabe von dem Identifikationsrechner 1 ist, wird bei jeder Identifikationsberechnung aktualisiert.
-
Ein Subtrahierer 2 subtrahiert das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung verwendet wird (nachstehend als ”das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird”), von dem identifizierten Verhältnis des Lastträgheitsmoments RID. Die Ausgabe e von dem Subtrahierer (Eingabe an einen Verstärker) wird durch einen Integrationsverstärker 3 um die integrale Verstärkung Ge verstärkt, um als das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R verwendet zu werden, das bei der Steuerung angewendet wird. Diese Reihe von Berechnungen kann durch die folgende Gleichung (10) dargestellt werden. R = (RID – R) Ge / S Gleichung (10)
-
Die integrale Verstärkung Ge wird durch die Verstärkereingabe e umgewandelt, wie in 2 gezeigt ist. Die Werte, die durch ε1, ε2 (ε2 < ε1 < 0) und Ge1, Ge2 (Ge1 < Ge2) dargestellt werden, sind vorbestimmte Konstanten, die in Anbetracht eines möglichen variablen Bereichs und der Änderungsrate im Zeitablauf des tatsächlichen Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R und des Filtereffekts des Integrationsverstärkers voreingestellt sind. Auf diese Weise kann ein Positionssteuervorgang innerhalb des Stabilitätsgrenzbereichs, der in 6 gezeigt ist, gewährleistet werden, indem die Zunahme des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird, so gesteuert wird, dass im Fall von e > 0 (RID > R) die Zunahme des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R gesteuert wird, moderat zu sein, wohingegen im Fall e < 0 (RID < R) die integrale Verstärkung Ge schneller erhöht wird, um die Folgeleistungsfähigkeit zu RID zu steigern und um das R schneller mit kleinerem RID (RID << R) zu verringern.
-
Ein Mischverstärkungsrechner
4 berechnet die Mischverstärkung f
b aus der folgenden Gleichung (11) auf der Grundlage des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird:
wobei α ein Unterlastungsfaktor ist, um einen Stabilitätsrand auf die Mischverstärkung f
b anzuwenden, der die maximale Stabilitätsgrenzenzunahmerate h(f
b) erreicht, wie in
6 gezeigt ist. Der Unterlastungsfaktor α ist typischerweise innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 1 eingestellt. Die berechnete Mischverstärkung f
b ist als ein Verstärkungsfaktor eines Verstärkers
55 eingestellt.
-
In der vorliegenden Offenbarung ist der Anfangswert R
0 des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments vorbestimmt und f
b0, das dem Anfangswert R
0 entspricht, wird im Vorhinein in einem Rechner
5 der variablen Rate der Servoverstärkung eingestellt. Ferner kann dann, wenn die zu steuernde Zielanlage
200 bestimmt ist, die Steifigkeit K erhalten werden. Dann werden aus Gleichung (7) ein Drehzahlsteuerband ω
V0 und eine Positionsregelkreisverstärkung K
P0 für R
0 und f
b0 erhalten und in einem Servoverstärkungsidentifizierer
6 eingestellt. Auf der Grundlage von Gleichung (3) werden die proportionale Verstärkung G
P0 und die integrale Verstärkung G
i0, die die Drehzahlregelkreisverstärkung G
V0 bilden, für das Drehzahlsteuerband ω
V0 aus der folgenden Gleichung (12) bestimmt:
-
Der Rechner 5 der variablen Rate der Servoverstärkung berechnet eine variable Rate A der Servoverstärkung aus Gleichung (13) unten, indem die Anfangswerte R0, fb0 und das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird, und die Mischverstärkung fb verwendet werden. Das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird, und die Mischverstärkung fb werden in Echtzeit berechnet. Der berechnete Wert wird an den Servoverstärkungsidentifizierer 6 ausgegeben.
-
-
Der Servoverstärkungsidentifizierer
6 berechnet das Drehzahlsteuerband ω
V und die Positionsregelkreisverstärkung K
p in Echtzeit aus Gleichung (14) auf der Grundlage der vorbestimmten Anfangswerte R
0, ω
V0, K
P0 und der variablen Rate A der Servoverstärkung (es sollte beachtet werden, dass das Drehzahlsteuerband ω
V in diesem Beispiel nicht wesentlich ist):
-
Die proportionale Verstärkung G
P und die integrale Verstärkung G
i, die die Drehzahlregelkreisverstärkung G
V bilden, werden aus der folgenden Gleichung (15) für die Anfangswerte G
P0 und G
i0 auf der Grundlage der variablen Rate A der Servoverstärkung und des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird, berechnet:
-
Die berechnete Positionsregelkreisverstärkung Kp wird als ein Verstärkungsfaktor eines Positionsabweichungsverstärkers 51 eingestellt. Die proportionale Verstärkung GP und die integrale Verstärkung Gi werden als Verstärkungsfaktoren eines Drehzahlabweichungsverstärkers 53 eingestellt.
-
3 zeigt Frequenzcharakteristiken der Befehlsantwort θL/XC und der Störantwort ωL/τd, wenn das Positionssteuersystem durch eine Servorverstärkung (die Positionsregelkreisverstärkung Kp und das Drehzahlsteuerband ωV), die aus Gleichung (7) eingestellt ist, in einer Steuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung, die in 1 gezeigt ist, konfiguriert ist, mit dem Unterlastungsfaktor α = 1 und der Mischverstärkung fb = 0,5 in dem Fall des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R = 3.
-
Die Positionssteuercharakteristiken einer Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung werden für den Fall beschrieben, in dem sich das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R von R = 3 zu R = 10 ändert. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Bedingungen, die in 3 verwendet werden, die Anfangswerte (R0 = 3, fb0 = 0,5) sind. Der Identifikationsrechner 1 gibt ein identifiziertes Verhältnis des Lastträgheitsmoments RID = 10 aus. Dann konvergiert das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R, das bei der Steuerung angewendet wird, von 3 zu 10.
-
Der Mischverstärkungsrechner 4 berechnet die Mischverstärkung fb ≒ 0,81 aus Gleichung (11) (indem α = 1 angenommen wird) und gibt sie aus. Der Rechner 5 der variablen Rate der Servoverstärkung berechnet die variable Rate A = 0,82 der Servoverstärkung aus Gleichung (13) und gibt sie aus. Der Servoverstärkungsidentifizierer 6 bestimmt die Positionsregelkreisverstärkung Kp aus Gleichung (14) und die proportionale Verstärkung GP und die integrale Verstärkung Gi aus Gleichung (15). Weil √A ≈ 0.9 ist, sind die Positionsregelkreisverstärkung Kp und das Drehzahlsteuerband ωV 0,9 mal die Anfangswerte KP0 und ωV0. Die proportionale Verstärkung GP ist ungefähr 2,5 mal der Anfangswert GP0 (11/4 × 0,9 ≈ 2,5). Die integrale Verstärkung Gi ist ungefähr 2,3 mal der Anfangswert Gi0 (11/4 × 0,82 ≈ 2,3). 4 zeigt die Frequenzcharakteristiken der Befehlsantwort θL/XC und der Störantwort ωL/τd unter diesen Bedingungen.
-
Auf diese Weise ist die Grenzfrequenz der Befehlsantwort θL/XC von 15 Hz auf 24 Hz verbreitert und die Laststörunterdrückungsleistungsfähigkeit im mittleren und unteren Frequenzband ist im Fall des Verhältnisses des Lastträgheitsmoments R = 10 im Vergleich zu den Steuercharakteristiken für den Stand der Technik, die in 8 gezeigt sind, um ungefähr –10 dB verbessert.
-
Wie oben beschrieben, identifiziert eine Positionssteuereinheit mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis gemäß der vorliegenden Offenbarung das Verhältnis des Lastträgheitsmoments R und wählt eine optimale Mischverstärkung fb in Übereinstimmung mit dem sich ändernden R, so dass die proportionale Verstärkung GP und die integrale Verstärkung Gi der Drehzahlregelkreisverstärkung und die Positionsregelkreisverstärkung Kp geeignet variiert werden können. Deshalb kann ein Positionssteuersystem mit einem vollständig geschlossenen Regelkreis, das ein hohes Niveau der Befehlsfolgeleistungsfähigkeit und der Laststörunterdrückungsleistungsfähigkeit aufweist, sogar für eine Steuerwelle, die ein deutlich variables Verhältnis des Lastträgheitsmoments R aufweist, erreicht 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 2015-232850 [0001]
- JP 2013-148422 A [0019]
