DE102017000300B4 - Servomotorsteuervorrichtung zum Verringern von Leistungsspitzen - Google Patents

Servomotorsteuervorrichtung zum Verringern von Leistungsspitzen Download PDF

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Abstract

Servomotorsteuervorrichtung (1), die umfasst:- wenigstens eine erste Wandlerschaltung (11), die zwischen Wechselstromenergie auf einer Seite einer Wechselstromversorgung (3) und Gleichstromenergie auf einer Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt,- wenigstens eine erste Inverterschaltung (12), die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der ersten Wandlerschaltung (11) und einer einem ersten Servomotor (2A) zugeführten Wechselstromenergie oder einer vom ersten Servomotor (2A) rückgespeisten Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt,- wenigstens eine zweite Wandlerschaltung (13), die zwischen der Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung (3) und Gleichstromenergie auf einer Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt,- wenigstens eine zweite Inverterschaltung (14), die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der zweiten Wandlerschaltung (13) und einer einem zweiten Servomotor (2B) zugeführten Wechselstromenergie oder einer vom zweiten Servomotor (2B) rückgespeisten Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, und- eine Energieberechnungseinheit (15), die einen im ersten Servomotor (2A) verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag berechnet,- wobei die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung (13) und die zweite Inverterschaltung (14) basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag und vorgegebenen Schwellenwerten gesteuert wird, so dass die vom ersten Servomotor (2A) rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung (3) dem zweiten Servomotor (2B) zugeführt wird, oder die vom zweiten Servomotor (2B) rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung (3) dem ersten Servomotor (2A) zugeführt wird wobei die Servomotorsteuervorrichtung (1) umfasst:- eine Bestimmungseinheit (21), die basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag bestimmt, ob sich der erste Servomotor (2A) in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befindet, und die bestimmt, ob ein absoluter Wert des durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrags innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt,- eine Drehzahlbefehlseinheit (22), die einen Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) zum Antreiben des zweiten Servomotors (2B) verwendet wird, auf einen Wert einstellt, der größer ist als ein Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit (21) bestimmt wird, dass der Energierückspeisungszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrags einen ersten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt, und die einen Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) zum Antreiben des zweiten Servomotors (2B) verwendet wird, auf einen Wert einstellt, der kleiner ist als ein Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit (21) bestimmt wird, dass der Energieverbrauchszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrags einen zweiten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt, und- eine Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit (23), die basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag und den vorgegebenen Schwellenwerten sowie der tatsächlichen Drehzahl des zweiten Servomotors (2B) einen Drehmomentgrenzwert für einen Drehmomentbefehl berechnet, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) zum Antreiben des zweiten Servomotors (2B) verwendet wird,- wobei die Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) basierend auf dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit (23) berechneten Drehmomentgrenzwert und dem durch die Drehzahlbefehlseinheit (22) eingestellten Drehzahlbefehl gesteuert wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servomotorsteuervorrichtung zum Steuern eines Servomotors, der als Antriebsenergie Wechselstromenergie verwendet, die durch Umwandeln von Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung in Gleichstromenergie und ferner durch Umwandeln der Gleichstromenergie in Wechselstromenergie erhalten wird.
  • Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
  • Bei einer Servomotorsteuervorrichtung zum Antreiben und Steuern eines Servomotors in einer Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine, einer Schmiedepresse, einer Spritzgießmaschine oder einem beliebigen von verschiedenen Robotern wird Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung zeitweilig in Gleichstromenergie umgewandelt, die Gleichstromenergie ferner in Wechselstromenergie umgewandelt und die Wechselstromenergie als Antriebsenergie für einen für jede Antriebsache bereitgestellten Servomotor (nachstehend als „Antriebsachsenservomotor“ bezeichnet) verwendet. Jede Antriebsachse in beispielsweise einer Werkzeugmaschine ist mit einem Antriebsachsenservomotor verbunden. Die Servomotorsteuervorrichtung umfasst eine Wandlerschaltung, die Wechselstromenergie, welche von der Seite einer als kommerzielle Drei-Phasen-Wechselstromversorgung dienenden Wechselstromversorgung zugeführt wird, in Gleichstromenergie umwandelt und die Gleichstromenergie ausgibt, und eine Inverterschaltung, die mit einem Gleichspannungszwischenkreis auf der Gleichstromseite der Wandlerschaltung verbunden ist und eine Energieumwandlung zwischen Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie durchführt, welche als Antriebsenergie oder generatorische Energie eines Motors dient, wobei die Servomotorsteuervorrichtung die Drehzahl, das Drehmoment oder die Rotorstellung eines mit der Wechselstromseite der Inverterschaltung verbundenen Servomotors steuert.
  • Bei einer Beschleunigungs- oder Verzögerungssteuerung des Motors durch die Servomotorsteuervorrichtung treten Leistungsspitzen auf, da die Ausgabe oder Rückspeisung hoher Wechselstromenergie bevorzugt in der Wechselstromversorgung durchgeführt werden kann. Unter diesen Umständen ist es gängige Praxis, eine Stromversorgungseinrichtungskapazität auf der Seite einer Wechselstromversorgung, die die Servomotorsteuervorrichtung mit Energie versorgt, unter Berücksichtigung der bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Motors auftretenden Leistungsspitzen auszuführen. Bei einer Ausführung, die die bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Servomotors auftretenden Leistungsspitzen berücksichtigt, sind die Leistungsspitzen im Vergleich zu denjenigen bei einer Ausführung, bei der einfach die durchschnittliche Leistung der Servomotorsteuervorrichtung berücksichtigt wird, unweigerlich hoch. Insbesondere bei einer Servomotorsteuervorrichtung, die einen Servomotor eher schnell beschleunigt oder verzögert, sind die Leistungsspitzen entsprechend höher. Da die Einbau- und Betriebskosten umso höher sind, je höher die Leistungsspitzen sind, ist es erwünscht, die Leistungsspitzen zu verringern.
  • Zum Verringern der Leistungsspitzen wird herkömmlicherweise ein Verfahren zum Bereitstellen einer Energiespeichereinrichtung eingesetzt, die Gleichstromenergie in einem Gleichspannungszwischenkreis speichern kann, der eine Wandlerschaltung und eine Inverterschaltung einer Servomotorsteuervorrichtung miteinander verbindet, um in jedem Servomotor verbrauchte oder generatorisch erzeugte Energie über den Gleichspannungszwischenkreis in geeigneter Weise auszutauschen. Mit diesem Verfahren kann durch eine geeignete Steuerung jedes Energieumwandlungsbetrags bei einem Energieversorgungsbetrieb (Umwandlungsbetrieb) zum Umwandeln von Wechselstromenergie in Gleichstromenergie und einem Energierückspeisungsbetrieb (Inversionsbetrieb) zum Umwandeln von Gleichstromenergie in Wechselstromenergie durch die Inverterschaltung beim Verzögern des Servomotors durch den Servomotor generatorisch erzeugte Energie in der Energiespeichereinrichtung gespeichert und die gespeicherte Energie beim Beschleunigen des Servomotors wiederverwendet werden, so dass die Leistungsspitzen verringert werden können.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte herkömmliche Servomotorsteuervorrichtung darstellt, die Pufferachsenservomotoren mit einzelner Wicklung als Energiespeichereinrichtung zum Verringern der Leistungsspitzen umfasst. Eine Servomotorsteuervorrichtung 1000, die zwei Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 antreibt, ist nachstehend als Beispiel beschrieben.
  • Ein Servomotor umfasst normalerweise wenigstens eine Wicklung und es kann bevorzugt eine Inverterschaltung pro Wicklung in einem Servomotor bereitgestellt werden, um den Servomotor anzutreiben. 7 zeigt als Beispiel jeden der Servomotoren 2A-1, 2A-2, 2B-1 und 2B-2 mit einer einzelnen Wicklung. Eine Inverterschaltung 112-1 ist bereitgestellt, um den Antriebsachsenservomotor 2A-1 mit Antriebsenergie zu versorgen, um den Antriebsachsenservomotor 2A-1 anzutreiben und zu steuern, und eine Inverterschaltung 112-2 ist bereitgestellt, um den Antriebsachsenservomotor 2A-2 mit Antriebsenergie zu versorgen, um den Antriebsachsenservomotor 2A-2 anzutreiben und zu steuern.
  • Wandlerschaltungen (Bezugszeichen 111-1 und 111-2) sind bei dem in 7 gezeigten Beispiel entsprechend den Inverterschaltungen 112-1 und 112-2 bereitgestellt, es kann aber auch nur eine Wandlerschaltung für eine Mehrzahl Inverterschaltungen bereitgestellt werden, um die Kosten und den Platzbedarf der Servomotorsteuervorrichtung 1000 niedrig zu halten. Die Wandlerschaltung 111-1 wandelt von einer Wechselstromversorgung 3 zugeführte Wechselstromenergie um und gibt Gleichstromenergie aus und die Inverterschaltung 112-1 wandelt die von der Wandlerschaltung 111-1 ausgegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um, die dem Antriebsachsenservomotor 2A-1 als Antriebsenergie zuzuführen ist, und wandelt vom Antriebsachsenservomotor 2A-1 rückgespeiste Wechselstromenergie in Gleichstromenergie um. Die Wandlerschaltung 111-2 wandelt von der Wechselstromversorgung 3 zugeführte Wechselstromenergie um und gibt Gleichstromenergie aus und die Inverterschaltung 112-2 wandelt die von der Wandlerschaltung 111-2 ausgegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um, die dem Antriebsachsenservomotor 2A-2 als Antriebsenergie zuzuführen ist, und wandelt vom Antriebsachsenservomotor 2A-2 rückgespeiste Wechselstromenergie in Gleichstromenergie um.
  • Zum Verringern der Leistungsspitzen wird eine Energiespeichereinrichtung 120, die Gleichstromenergie speichern oder zuführen kann, in einem Gleichspannungszwischenkreis, der die Wandlerschaltung 111-1 und die Inverterschaltung 112-1 miteinander verbindet, und einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt, der die Wandlerschaltung 111-2 und die Inverterschaltung 112-2 miteinander verbindet. 7 zeigt als Beispiel eine Energiespeichereinrichtung 120, die Servomotoren (nachstehend aus Gründen der Unterscheidung von Antriebsachsenservomotoren als „Pufferachsenservomotoren“ bezeichnet) 2B-1 und 2B-2 und Inverterschaltungen 112-3 und 112-4 umfasst, die entsprechend den jeweiligen Pufferachsenservomotoren bereitgestellt sind. Mit anderen Worten, der Gleichspannungszwischenkreis, der die Wandlerschaltung 111-1 und die Inverterschaltung 112-1 miteinander verbindet, ist mit einer Inverterschaltung 112-3 zur wechselseitigen Umwandlung zwischen elektrischer Energie im Gleichspannungszwischenkreis und Rotationsenergie des Pufferachsenservomotors 2B-1 ausgestattet und der Gleichspannungszwischenkreis, der die Wandlerschaltung 111-2 und die Inverterschaltung 112-2 miteinander verbindet, ist mit einer Inverterschaltung 112-4 zur wechselseitigen Umwandlung zwischen elektrischer Energie im Gleichspannungszwischenkreis und Rotationsenergie des Pufferachsenservomotors 2B-2 ausgestattet.
  • Wenn beispielsweise der Antriebsachsenservomotor 2A-1 verzögert, tritt generatorische Energie auf und die Gleichspannungszwischenkreisspannung zwischen der Wandlerschaltung 111-1 und der Inverterschaltung 112-1 steigt an, die Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis wird durch die Inverterschaltung 112-3 in Wechselstromenergie umgewandelt, die als Energie zum Beschleunigen des Pufferachsenservomotors 2B-1 verwendet wird. Durch diesen Betrieb kann elektrische Energie im Gleichspannungszwischenkreis als Rotationsenergie des Pufferachsenservomotors 2B-1 gespeichert werden. Wenn des Weiteren beispielsweise der Antriebsachsenservomotor 2A-1 beschleunigt und die Gleichspannungszwischenkreisspannung zwischen der Wandlerschaltung 111-1 und der Inverterschaltung 112-1 abfällt, erzeugt das Verzögern des Pufferachsenservomotors 2B-1 generatorische Wechselstromenergie, die durch die Inverterschaltung 112-3 in Gleichstromenergie umgewandelt wird. Auch wenn die Gleichspannungszwischenkreisspannung zwischen der Wandlerschaltung 111-2 und der Inverterschaltung 112-2 bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Antriebsachsenservomotors 2A-2 ansteigt oder abfällt, wird die Inverterschaltung 112-4 ebenso betrieben, so dass Energie im Pufferachsenservomotor 2B-2 gespeichert oder Energie vom Pufferachsenservomotor 2B-2 dem Gleichspannungszwischenkreis zugeführt werden kann. Entsprechende durch Umwandeln der Rotationsenergie der Pufferachsenservomotoren 2B-1 und 2B-2 erhaltene elektrische Energie kann bei einer Beschleunigung der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 bzw. 2A-2 wiederverwendet werden, um die Leistungsspitzen in der gesamten Servomotorsteuervorrichtung 1000 zu verringern.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte herkömmliche Servomotorsteuervorrichtung zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen darstellt, die Pufferachsenservomotoren mit mehreren Wicklungen als Energiespeichereinrichtung zum Verringern der Leistungsspitzen umfasst. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, dass eine Servomotorsteuervorrichtung 1001 vier Antriebsachsenservomotoren 2A-1, 2A-2, 2A-3 und 2A-4 umfasst, wobei die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 zum Antreiben einer ersten Antriebsachse (nicht gezeigt) und die Antriebsachsenservomotoren 2A-3 und 2A-4 zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse (nicht gezeigt) unabhängig von der ersten Antriebsachse verwendet werden. Die Antriebsachsenservomotoren 2A-1, 2A-2, 2A-3 und 2A-4 sind mit einem Paar aus einer Wandlerschaltung 111-1 und einer Inverterschaltung 112-1, einem Paar aus einer Wandlerschaltung 111-2 und einer Inverterschaltung 112-2, einem Paar aus einer Wandlerschaltung 111-3 und einer Inverterschaltung 112-5 bzw. einem Paar aus einer Wandlerschaltung 111-4 und einer Inverterschaltung 112-6 ausgestattet. Da die erste Antriebsachse und die zweite Antriebsachse unabhängig voneinander angetrieben werden, wird entsprechend jeder Antriebsachse eine Energiespeichereinrichtung (mit den Bezugszeichen 121 und 122 versehen) bereitgestellt. Wenn Pufferachsenservomotoren für jede der Energiespeichereinrichtungen 121 und 122 als einzelne Einheit ausgeführt werden, werden Pufferachsenservomotoren mit zwei Wicklungen (mit den Bezugszeichen 2B-3 und 2B-4 versehen) verwendet, wie in 8 gezeigt. Inverterschaltungen 112-3, 112-4, 112-7 und 112-8 sind entsprechend den Pufferachsenservomotoren 2B-3 und 2B-4 mit zwei Wicklungen bereitgestellt. Durch Umwandeln der Rotationsenergie des Pufferachsenservomotors 2B-3 erhaltene elektrische Energie kann bei einer Beschleunigung der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 wiederverwendet werden und durch Umwandeln der Rotationsenergie des Pufferachsenservomotors 2B-4 erhaltene elektrische Energie kann bei einer Beschleunigung der Antriebsachsenservomotoren 2A-3 und 2A-4 wiederverwendet werden, um die Leistungsspitzen in der gesamten Servomotorsteuervorrichtung 1001 zu verringern.
  • Es ist eine Servopresse verfügbar, die von einer Schwungradspeichereinrichtung gemäß dem Energiebedarf mit Energie versorgt wird, um einen übermäßigen Stromversorgungspitzenbedarf zu vermeiden, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP 2008 - 23 599 A offenbart.
  • Es ist außerdem eine Motorantriebseinrichtung verfügbar, die sowohl eine Kondensatorspeichereinheit als auch eine Schwungradspeichereinheit als Energiespeichereinrichtung umfasst und unter Verwendung der Kondensatorspeichereinheit, der Schwungradspeichereinheit oder beiden je nach Bedarf Energie speichert oder zuführt, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP 2013 - 9 524 A offenbart.
  • Es ist eine weitere Servopresse verfügbar, die eine Stromversorgungsschaltung umfasst, die zu einer wechselseitigen generatorischen Energieversorgung zwischen einem Hauptmotorverstärker und einem Transportmotorverstärker fähig ist, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP 2009 - 285 666 A offenbart.
  • Des Weiteren ist in einer Presseinrichtung eine Konfiguration verfügbar, die einen Servopressenenergiewandler und einen Maschinenpressenenergiewandler mit einem Wechselspannungszwischenkreis verbindet, unter Verwendung einer Maschinenpresse generatorische Energie erzeugt und diese einer Servopresse zuführt, wenn die Servopresse hohe Leistung benötigt, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP 2010 - 221 221 A offenbart.
  • Es ist eine Motorantriebseinrichtung bekannt, die eine sekundäre Batterie, einen Leistungskondensator mit großer Kapazität, einen elektrischen Doppelschichtkondensator oder dergleichen als Energiespeichereinrichtung verwendet, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP 2009 - 136 058 A offenbart.
  • Aus der DE 10 2009 014 495 A1 ist ein elektrisches Antriebssystem mit einem Elektromotor, einem Frequenzumrichter zur frequenzvariablen Speisung des Elektromotors und einem ersten Energiepuffer zum Speichern mechanischer Energie, die zur Deckung von Wechsellastanteilen des Elektromotors vorgesehen ist, bekannt. Um große Mengen Energie zur Deckung von Wechsellastanteilen puffern zu können und Spitzenlasten möglichst verzögerungsfrei decken zu können, umfasst das Antriebssystem ferner einen zweiten Energiepuffer zum Speichern elektrischer Energie, wobei der zweite Energiepuffer derart dimensioniert ist, dass hochdynamische Wechsellastanteile, die aufgrund einer begrenzten Dynamik eines den ersten Energiepuffer umfassenden Systems nicht über den ersten Energiepuffer gedeckt werden können, aus der im zweiten Energiepuffer gespeicherten Energie gedeckt werden können.
  • Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Verringern der Leistungsspitzen durch geeignetes Austauschen von in jedem der vorstehend genannten Servomotoren verbrauchte oder generatorisch erzeugte Energie über die in den Gleichspannungszwischenkreisen bereitgestellten Pufferachsenservomotoren, können daher ein Pufferachsenservomotor und eine Inverterschaltung bevorzugt entsprechend einem Paar aus einer Wandlerschaltung und einer Inverterschaltung für einen Antriebsachsenservomotor bereitgestellt werden. Daher kann bevorzugt, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren vorhanden ist, eine Mehrzahl Paare aus Pufferachsenservomotoren mit einzelner Wicklung und Inverterschaltungen entsprechend der Anzahl der Antriebsachsenservomotoren bereitgestellt werden, oder es kann bevorzugt ein Paar aus einem Pufferachsenservomotor mit mehreren Wicklungen, dessen Wicklungen in der Anzahl den Antriebsachsenservomotoren entsprechen, und einer Inverterschaltung bereitgestellt werden.
  • Wenn ein Pufferachsenservomotor mit einzelner Wicklung bereitgestellt wird, wie beispielsweise in 7 gezeigt, können bevorzugt ein Pufferachsenservomotor 2B-1 und eine Inverterschaltung 112-3 einem Paar aus einer Wandlerschaltung 111-1 und einer Inverterschaltung 112-1 für einen Antriebsachsenservomotor 2A-1 beigestellt werden, und ein Pufferachsenservomotor 2B-2 und eine Inverterschaltung 112-4 können bevorzugt einem Paar aus einer Wandlerschaltung 111-2 und einer Inverterschaltung 112-2 für einen Antriebsachsenservomotor 2A-2 beigestellt werden. Dies verursacht das Problem, dass die Anzahl Paare aus Pufferachsenservomotoren mit einzelner Wicklung und Inverterschaltungen somit zunimmt, womit unweigerlich höhere Kosten und eine größere Vorrichtung verbunden sind.
  • Wenn eine erste Antriebsachse und eine zweite Antriebsachse wie beispielsweise in 8 gezeigt angetrieben werden, wird entsprechend jeder Antriebsachse eine Energiespeichereinrichtung 121 und 122 bereitgestellt, um die Leistungsspitzen zu verringern. Da die Pufferachsenservomotoren 2B-3 und 2B-4 der Energiespeichereinrichtungen 121 bzw. 122 gemäß den Antriebszuständen der ersten Antriebsachse und der zweiten Antriebsachse unabhängig voneinander beschleunigen oder verzögern, können die Leistungsspitzen in der Servomotorsteuervorrichtung 1001 insgesamt verringert werden. Da jedoch bevorzugt für jede Antriebsachse eine Energiespeichereinrichtung bereitgestellt werden kann, entsteht das Problem, dass die Anzahl der Energiespeichereinrichtungen zunimmt, womit unweigerlich höhere Kosten und eine größere Vorrichtung verbunden sind.
  • Auf dies Weise verursacht das herkömmliche Verfahren das Problem, dass mit einem Versuch, die Leistungsspitzen zu verringern, unweigerlich höhere Kosten und eine größere Vorrichtung verbunden sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts des vorstehend beschriebenen Problems besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Servomotorsteuervorrichtung zum Steuern eines Servomotors, der als Antriebsenergie Wechselstromenergie verwendet, die durch Umwandeln von Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung in Gleichstrom und ferner durch Umwandeln der Gleichstromenergie in Wechselstromenergie erhalten wird, als kompakte, kostengünstige Servomotorsteuervorrichtung bereitzustellen, die Leistungsspitzen verringern kann.
  • Zum Erreichen des vorstehend beschriebenen Ziels umfasst eine Servomotorsteuervorrichtung wenigstens eine erste Wandlerschaltung, die zwischen Wechselstromenergie auf einer Seite einer Wechselstromversorgung und Gleichstromenergie auf einer Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt, wenigstens eine erste Inverterschaltung, die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der ersten Wandlerschaltung und einer einem ersten Servomotor zugeführten Wechselstromenergie oder einer vom ersten Servomotor rückgespeisten Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, wenigstens eine zweite Wandlerschaltung, die zwischen der Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung und Gleichstromenergie auf einer Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt, wenigstens eine zweite Inverterschaltung, die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der zweiten Wandlerschaltung und einer einem zweiten Servomotor zugeführten Wechselstromenergie oder einer vom zweiten Servomotor rückgespeisten Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, und eine Energieberechnungseinheit, die einen im ersten Servomotor verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag berechnet, wobei die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung und die zweite Inverterschaltung basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrag gesteuert wird, so dass die vom ersten Servomotor rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung dem zweiten Servomotor zugeführt wird, oder die vom zweiten Servomotor rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung dem ersten Servomotor zugeführt wird.
  • Die Servomotorsteuervorrichtung kann ferner eine Steuereinheit umfassen, die die Energieumwandlung durch die erste Wandlerschaltung, die erste Inverterschaltung, die zweite Wandlerschaltung und die zweite Inverterschaltung steuert und die Energieberechnungseinheit umfasst.
  • Die Servomotorsteuervorrichtung kann ferner eine erste Steuereinheit, die die Energieumwandlung durch die erste Wandlerschaltung und die erste Inverterschaltung steuert und die Energieberechnungseinheit umfasst, eine zweite Steuereinheit, die unabhängig von der ersten Steuereinheit bereitgestellt ist und die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung und die zweite Inverterschaltung steuert, und eine Kommunikationseinheit umfassen, die den durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrag an die zweite Steuereinheit sendet, wobei die zweite Steuereinheit basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit berechneten und über die Kommunikationseinheit empfangenen Energiebetrag die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung und die zweite Inverterschaltung steuern kann.
  • Die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung und die zweite Inverterschaltung kann basierend auf einer Summe von Energiebeträgen gesteuert werden, die jeweils für eine Mehrzahl erster Servomotoren durch die Energieberechnungseinheit berechnet werden.
  • Die Energieberechnungseinheit kann basierend auf einer tatsächlichen Drehzahl des ersten Servomotors und einem Drehmomentbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die erste Inverterschaltung zum Antreiben des ersten Servomotors verwendet wird, einen im ersten Servomotor verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag berechnen.
  • Die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung und die zweite Inverterschaltung kann basierend auf einer Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrag und vorgegebenen Schwellenwerten gesteuert werden.
  • Die Servomotorsteuervorrichtung weist ferner eine Bestimmungseinheit auf, die basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrag bestimmt, ob sich der erste Servomotor in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befindet, und die bestimmt, ob ein absoluter Wert des durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrags innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt, eine Drehzahlbefehlseinheit, die einen Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung zum Antreiben des zweiten Servomotors verwendet wird, auf einen Wert einstellt, der größer ist als ein Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit bestimmt wird, dass der Energierückspeisungszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrags einen ersten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt, und die einen Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung zum Antreiben des zweiten Servomotors verwendet wird, auf einen Wert einstellt, der kleiner ist als ein Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit bestimmt wird, dass der Energieverbrauchszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrags einen zweiten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt, und eine Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit, die basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit berechneten Energiebetrag und den vorgegebenen Schwellenwerten sowie der tatsächlichen Drehzahl des zweiten Servomotors einen Drehmomentgrenzwert für einen Drehmomentbefehl berechnet, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung zum Antreiben des zweiten Servomotors verwendet wird, wobei die Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung basierend auf dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit berechneten Drehmomentgrenzwert und dem durch die Drehzahlbefehlseinheit eingestellten Drehzahlbefehl gesteuert werden kann.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung geht unter Bezugnahme auf die folgenden zugehörigen Zeichnungen genauer hervor. Es zeigt:
    • 1 ein Blockdiagramm, das eine Servomotorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
    • 2 ein Blockdiagramm, das eine zweite Steuereinheit in der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt;
    • 3 ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf darstellt, der einer ersten Steuereinheit in der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zugeordnet ist;
    • 4 ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf darstellt, der der zweiten Steuereinheit in der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zugeordnet ist;
    • 5 ein Blockdiagramm, das eine Abwandlung der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt;
    • 6 ein Blockdiagramm zum Erläutern des Effekts, der bei Verwendung der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen erhalten wird;
    • 7 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte herkömmliche Servomotorsteuervorrichtung darstellt, die Pufferachsenservomotoren mit einzelner Wicklung als Energiespeichereinrichtung zum Verringern der Leistungsspitzen umfasst; und
    • 8 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte herkömmliche Servomotorsteuervorrichtung zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen darstellt, die Pufferachsenservomotoren mit mehreren Wicklungen als Energiespeichereinrichtung zum Verringern der Leistungsspitzen umfasst.
  • Genaue Beschreibung
  • Eine Servomotorsteuervorrichtung zum Verringern der Leistungsspitzen ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen Zeichnungen oder Ausführungsformen beschränkt ist.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Servomotorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt. Nachstehend bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Zeichnungen Komponenten mit denselben Funktionen. Im Allgemeinen umfasst ein Servomotor wenigstens eine Wicklung und es-kann bevorzugt eine Inverterschaltung pro Wicklung zum Antreiben des Servomotors bereitgestellt werden. Eine Mehrzahl Inverterschaltungen kann mit einer Wandlerschaltung verbunden werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist es ausreichend, wenigstens einen Antriebsachsenservomotor und wenigstens einen Pufferachsenservomotor zu verwenden, bei der folgenden Ausführungsform wird jedoch von einem Beispiel ausgegangen, bei dem Servomotoren mit einer einzelnen Wicklung verwendet werden, so dass zwei Antriebsachsenservomotoren (mit den Bezugszeichen 2A-1 und 2A-2 versehen), die als erste Servomotoren dienen, und ein Pufferachsenservomotor (mit dem Bezugszeichen 2B versehen), der als zweiter Servomotor dient, verwendet werden. Eine erste Wandlerschaltung 11 und eine erste Inverterschaltung 12 (später beschrieben) werden für jeden Antriebsachsenservomotor 2A bereitgestellt und eine zweite Wandlerschaltung 13 und eine zweite Inverterschaltung 14 (später beschrieben) für jeden Pufferachsenservomotor 2B bereitgestellt.
  • Die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 für den Pufferachsenservomotor 2B wird basierend auf dem Energiebetrag des Antriebsachsenservomotors 2A (durch die Bezugszeichen 2A-1 und 2A-2 genauer bezeichnet) gesteuert, so dass von jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 rückgespeiste Energie dem Pufferachsenservomotor 2B über eine Wechselstromversorgung 3 zugeführt wird, oder vom Pufferachsenservomotor 2B rückgespeiste Energie jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 über die Wechselstromversorgung 3 zugeführt wird. Daher umfasst eine Servomotorsteuervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform die erste Wandlerschaltung 11 (durch die Bezugszeichen 11-1 und 11-2 genauer bezeichnet), die zwischen Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung 3 und Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt, die erste Inverterschaltung 12 (durch die Bezugszeichen 12-1 und 12-2 genauer bezeichnet), die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite jeder der ersten Wandlerschaltungen 11-1 und 11-2 und jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 zugeführter Wechselstromenergie oder von jedem der Antriebsachsenservomotor 2A-1 und 2A-2 rückgespeister Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, die zweite Wandlerschaltung 13, die zwischen der Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung 3 und der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt, die zweite Inverterschaltung 14, die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der zweiten Wandlerschaltung 13 und dem Pufferachsenservomotor 2B zugeführter Wechselstromenergie oder vom Pufferachsenservomotor 2B rückgespeister Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, und eine Energieberechnungseinheit 15, die einen in jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag berechnet.
  • Es ist ausreichend, dass jede Wandlerschaltung und jede Inverterschaltung zwischen Gleichstromenergie im Gleichspannungszwischenkreis und Wechselstromenergie, die als Antriebsenergie oder generatorische Energie des Servomotors dient, eine wechselseitige Energieumwandlung durchführen und beispielsweise eine PWM-Steuerungsenergieumwandlungsschaltung vorhanden ist, die ein Halbleiterschaltelement und eine Brückenschaltung einer Diode umfasst, die invers parallel zu dem Halbleiterschaltelement geschaltet ist. Beispiele für das Halbleiterschaltelement können einen IGBT, einen Thyristor, einen GTO (Gate-Turnoff-Thyristor) und einen Transistor umfassen, die Art des Halbleiterschaltelements selbst soll jedoch die vorliegende Erfindung nicht einschränken und es können auch andere Arten von Halbleiterschaltelementen verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, berechnet die Energieberechnungseinheit 15 in den Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 verbrauchte oder generatorisch erzeugte Energiebeträge. Spezifischer berechnet die Energieberechnungseinheit 15 basierend auf der tatsächlichen Drehzahl des Antriebsachsenservomotors 2A und dem Drehmomentbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die erste Inverterschaltung 12 zum Antreiben des Antriebsachsenservomotors 2A verwendet wird, einen im Antriebsachsenservomotor 2A verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag. Die tatsächliche Drehzahl des Antriebsachsenservomotors 2A wird durch eine Drehzahlerfassungseinheit (nicht gezeigt) erfasst, die in den Antriebsachsenservomotor 2A eingebaut ist. Ein Energiebetrag P des Antriebsachsenservomotors 2A wird angegeben durch: P = T com × v 2 A × 2 π 60
    Figure DE102017000300B4_0001
    wobei v2A die tatsächliche Drehzahl des Antriebsachsenservomotors 2A und Tcom der Drehmomentbefehl ist, der bei der Energieumwandlung durch die erste Inverterschaltung 12 zum Antreiben des Antriebsachsenservomotors 2A verwendet wird.
  • Wie in der Gleichung (1) dargestellt, ist der Energiebetrag P des Antriebsachsenservomotors 2A, der unter Verwendung des Drehmomentbefehls anstelle der Rückkopplung eines tatsächlichen Drehmomentmittels berechnet wird, nicht der frühere Energiebetrag, sondern der in naher Zukunft erwartete Energiebetrag. Der Energiebetrag P des Antriebsachsenservomotors 2A wird gemäß der Gleichung (1) berechnet und beim Steuern des Stromversorgungsbetriebs und Stromspeicherbetriebs eines Pufferachsenservomotors verwendet, um die Ansprecheigenschaften des Pufferachsenservomotors zu verbessern.
  • Wenn ein einzelner Antriebsachsenservomotor 2A bereitgestellt ist, wird die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 (später beschrieben) durch eine zweite Steuereinheit 17 basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag des einzelnen Antriebsachsenservomotors 2A gesteuert. Wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist, wird zunächst, da die Antriebsachsenservomotoren 2A auf derselben Zeitachse einen unterschiedlichen Betrieb durchführen, ein Energiebetrag für jeden einzelnen Antriebsachsenservomotor 2A durch die Energieberechnungseinheit 15 berechnet und dann die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 (später beschrieben) durch die zweite Steuereinheit 17 basierend auf der Summe erhaltener Energiebeträge gesteuert. Diese Summe von Energiebeträgen wird in der zweiten Steuereinheit 17 beispielsweise durch Empfangen des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags für jeden einzelnen Antriebsachsenservomotor 2A über eine Kommunikationseinheit 19 und Summieren der empfangenen Energiebeträge erhalten. Alternativ kann eine Summenberechnungseinheit (nicht gezeigt), die eine Summe von Energiebeträgen für die jeweiligen Antriebsachsenservomotoren 2A berechnet, welche durch die in jede der ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 eingebaute Energieberechnungseinheit 15 einzeln berechnet werden, separat bereitgestellt werden und Informationen, die die durch die Summenberechnungseinheit berechnete Summe der Energiebeträge betreffen, können über die Kommunikationseinheit 19 an die zweite Steuereinheit 17 gesendet werden. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel stellt die Energieberechnungseinheit 15, da zwei Antriebsachsenservomotoren bereitgestellt sind, den Energiebetrag des Antriebsachsenservomotors 2A als die Summe von jeweils für die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 berechneten Energiebeträgen ein und die zweite Steuereinheit 17 steuert die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 basierend auf der Summe von jeweils für die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 berechneten Energiebeträgen.
  • Die Servomotorsteuervorrichtung 1 umfasst erste Steuereinheiten 16-1 und 16-2 für die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2, die zweite Steuereinheit 17 für den Pufferachsenservomotor 2B und die Kommunikationseinheit 19.
  • Die erste Steuereinheit 16-1 steuert den Energieumwandlungsbetrieb der ersten Wandlerschaltung 11-1 und der ersten Inverterschaltung 12-1 und die erste Steuereinheit 16-2 steuert den Energieumwandlungsbetrieb der ersten Wandlerschaltung 11-2 und der ersten Inverterschaltung 12-2. Jede der ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 umfasst die Energieberechnungseinheit 15. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel berechnet die Energieberechnungseinheit 15, da zwei Antriebsachsenservomotoren verwendet werden, einen Energiebetrag des Antriebsachsenservomotors 2A als die Summe von jeweils für die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 berechneten Energiebeträgen.
  • Die Kommunikationseinheit 19 sendet den durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag an die zweite Steuereinheit 17. Es wird darauf hingewiesen, dass es ausreichend ist, die Kommunikationseinheit 19 unter Verwendung eines bekannten drahtgebundenen Kommunikationssystems oder drahtlosen Kommunikationssystems auszuführen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Steuereinheit 17 für den Pufferachsenservomotor 2B unabhängig von den ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 für die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 bereitgestellt. Die zweite Steuereinheit 17 steuert die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 basierend auf dem vorstehend genannten durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag (d.h. der Summe des Energiebetrags des Antriebsachsenservomotors 2A-1 und des Energiebetrags des Antriebsachsenservomotors 2A-2), so dass von jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 rückgespeiste Energie über eine Wechselstromversorgung 3 dem Pufferachsenservomotor 2B zugeführt wird oder vom Pufferachsenservomotor 2B rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung 3 jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 zugeführt wird.
  • Die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 wird basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag und vorgegebenen Schwellenwerten gesteuert. Dieser Betrieb ist nachstehend unter Bezugnahme auf 2 genauer beschrieben.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Steuereinheit in der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt. Die zweite Steuereinheit 17 umfasst eine Bestimmungseinheit 21, eine Drehzahlbefehlseinheit 22 und eine Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23.
  • Die Bestimmungseinheit 21 bestimmt basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag, ob sich der Antriebsachsenservomotor 2A in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befindet, und bestimmt, ob der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt. Wenn ein einzelner Antriebsachsenservomotor 2A bereitgestellt ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 21 basierend auf dem Energiebetrag des einzelnen Antriebsachsenservomotors 2A, ob sich der Antriebsachsenservomotor 2A in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befindet, und bestimmt, ob der absolute Wert des Energiebetrags des einzelnen Antriebsachsenservomotors 2A innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt. Wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 21 basierend auf der Summe von jeweils für die Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A berechneten Energiebeträgen, ob sich die Antriebsachsenservomotoren 2A insgesamt in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befinden, und bestimmt, ob der absolute Wert der Summe von jeweils für die Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A berechneten Energiebeträgen innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt. Wie vorstehend beschrieben, wird der Energiebetrag P des Antriebsachsenservomotors 2A als Gleichung (1) ausgedrückt und die Bestimmungseinheit 21 bestimmt, dass sich der Antriebsachsenservomotor 2A in einem Energierückspeisungszustand befindet, wenn der Energiebetrag P positiv ist, und dass sich der Antriebsachsenservomotor 2A in einem Energieverbrauchszustand befindet, wenn der Energiebetrag P negativ ist.
  • Die Drehzahlbefehlseinheit 22 stellt den Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendet wird, auf einen Wert ein, der größer ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit 21 bestimmt wird, dass der Energierückspeisungszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) einen ersten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt. Die Drehzahlbefehlseinheit 22 stellt ferner den Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotor 2B verwendet wird, auf einen Wert ein, der kleiner ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit 21 bestimmt wird, dass der Energieverbrauchszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) einen zweiten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt. Sowohl der Drehzahlbefehl, der höher ist als derjenige in einem stationären Zustand, der bei eingestelltem Energierückspeisungszustand eingestellt wird, als auch der Drehzahlbefehl, der niedriger ist als derjenige in einem stationären Zustand, der bei eingestelltem Energieverbrauchszustand eingestellt wird, werden als feste Werte eingestellt. „Stationärer Zustand“ bedeutet hierin, dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert nicht übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet. Als Beispiel für die einzustellenden Drehzahlbefehle, davon ausgehend, dass der Drehzahlbefehl für den Pufferachsenservomotor 2B in einem stationären Zustand 2.000 U/min beträgt, wird der Drehzahlbefehl für den Pufferachsenservomotor 2B, wenn der absolute Wert des Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, auf einen maximal zulässigen Drehzahlbefehl (z.B. 3.000 U/min) für den Pufferachsenservomotor 2B eingestellt, und der Drehzahlbefehl für den Pufferachsenservomotor 2B, wenn der absolute Wert des Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet, auf 500 U/min eingestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass der erste Schwellenwert für den Energierückspeisungszustand und der zweite Schwellenwert für den Energieverbrauchszustand beispielsweise auf gleiche Werte oder unterschiedliche Werte eingestellt werden können. Darüber hinaus können die Drehzahlbefehle, der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert vorab beispielsweise gemäß den Bedingungen und der Umgebung eingestellt werden, unter denen bzw. in der die Servomotorsteuervorrichtung 1 betrieben wird.
  • Die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechnet einen Drehmomentgrenzwert für den Drehmomentbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendet wird, basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) und den vorstehend genannten vorgegebenen Schwellenwerten (erster Schwellenwert oder zweiter Schwellenwert) sowie der tatsächlichen Drehzahl des Pufferachsenservomotors 2B, wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, oder wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet. Die tatsächliche Drehzahl des Pufferachsenservomotors 2B wird durch eine in den Pufferachsenservomotor 2B eingebaute Drehzahlerfassungseinheit (nicht gezeigt) erfasst. Ein Drehmomentgrenzwert Tlim, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendet wird, wird angegeben durch: T lim = Δ P v 2 B × 60 2 π
    Figure DE102017000300B4_0002
    wobei v2B die tatsächliche Drehzahl des Pufferachsenservomotors 2B und ΔP die Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) und den vorstehend genannten vorgegebenen Schwellenwerten ist.
  • Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, und wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet, wird anstelle des normalen Drehmomentbefehls der Drehmomentgrenzwert Tlim beim Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendet. Wenn hingegen der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) in einem stationären Zustand den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, d.h. während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, und wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert nicht übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet, wird der normale Drehmomentbefehl verwendet, um die Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B durchzuführen.
  • Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, oder wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet, wird der Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 basierend auf dem vorstehend genannten durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert und dem durch die Drehzahlbefehlseinheit 22 eingestellten Drehzahlbefehl gesteuert. Die Details lauten wie folgt:
  • Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, wird der Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 basierend auf dem Drehzahlbefehl, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, und dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert Tlim gesteuert. Eine Änderung vom Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand in einen höheren Drehzahlbefehl wird schrittweise durchgeführt, so dass dem Pufferachsenservomotor 2B von der zweiten Inverterschaltung 14 eine höhere Wechselstromenergie zugeführt wird, der dann beschleunigt. Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den ersten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energierückspeisungszustand befindet, wird somit vom Antriebsachsenservomotor 2A rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung 3 dem Pufferachsenservomotor 2B zugeführt.
  • Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet, wird der Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 basierend auf dem Drehzahlbefehl, der auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, und dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert Tlim gesteuert, wobei der Pufferachsenservomotor 2B dann verzögert. Eine Änderung vom Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand in einen niedrigeren Drehzahlbefehl wird schrittweise durchgeführt. Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) den zweiten Schwellenwert übersteigt, während sich der Antriebsachsenservomotor 2A im Energieverbrauchszustand befindet, wird somit vom Pufferachsenservomotor 2B rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung 3 dem Antriebsachsenservomotor 2A zugeführt.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf darstellt, der der ersten Steuereinheit in der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zugeordnet ist. 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf darstellt, der der zweiten Steuereinheit in der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zugeordnet ist.
  • Wie in 3 gezeigt, erzeugt die erste Steuereinheit 16-1 in Schritt S101 basierend auf in der ersten Steuereinheit 16-1 gespeicherter Steuersoftware Betriebsbefehle zum Steuern der Drehzahl, des Drehmoments oder der Rotorstellung des Antriebsachsenservomotors 2A-1 (Schaltbefehle an das Halbleiterschaltelement in der ersten Inverterschaltung 12-1) unter Verwendung beispielsweise von Informationen, wie etwa eines vorgegebenen Drehzahlbefehls, eines Betriebsprogramms für den Antriebsachsenservomotor 2A-1, eines/einer von der ersten Inverterschaltung 12-1 ausgegebenen Wechselstroms und/oder Wechselspannung, der Rotordrehzahl und/oder Rotorstellung des Antriebsachsenservomotors 2A-1. Ebenso erzeugt die erste Steuereinheit 16-2 basierend auf in der ersten Steuereinheit 16-2 gespeicherter Steuersoftware Betriebsbefehle zum Steuern der Drehzahl, des Drehmoments oder der Rotorstellung des Antriebsachsenservomotors 2A-2 (Schaltbefehle an das Halbleiterschaltelement in der ersten Inverterschaltung 12-2) unter Verwendung beispielsweise von Informationen, wie etwa eines vorgegebenen Drehzahlbefehls, eines Betriebsprogramms für den Antriebsachsenservomotor 2A-2, eines/einer von der ersten Inverterschaltung 12-2 ausgegebenen Wechselstroms und/oder Wechselspannung, der Rotordrehzahl und/oder Rotorstellung des Antriebsachsenservomotors 2A-2. Da die ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 gemäß unterschiedlichen Teilen der Steuersoftware antreiben und steuern, führen die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 bzw. 2A-2 auf derselben Zeitachse einen unterschiedlichen Betrieb durch. Ein Verfahren zum Erzeugen von Betriebsbefehlen durch die ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 schränkt die vorliegende Erfindung nicht speziell ein und kann ein bekanntes Erzeugungsverfahren sein, wie etwa das Sinus-Dreieck-Wellenvergleichs-PWM-Schema.
  • In Schritt S102 werden die tatsächlichen Drehzahlen der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 durch eine in jeden der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 eingebaute Drehzahlerfassungseinheit (nicht gezeigt) erfasst.
  • In Schritt S103 berechnet die Energieberechnungseinheit 15 Energiebeträge für die einzelnen Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2.
  • In Schritt S104 sendet die Kommunikationseinheit 19 die durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebeträge an die zweite Steuereinheit 17.
  • Die ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 führen die vorstehend genannten Prozesse in den Schritten S101 bis S104 mehrmals aus.
  • Die zweite Steuereinheit 17 erzeugt gemäß in der zweiten Steuereinheit 17 gespeicherter Steuersoftware Betriebsbefehle zum Steuern der Drehzahl, des Drehmoments oder der Rotorstellung des Pufferachsenservomotors 2B (Schaltbefehle an das Halbleiterschaltelement in der zweiten Inverterschaltung 14) unter Verwendung beispielsweise von Informationen, wie etwa eines vorgegebenen Drehzahlbefehls, eines Betriebsprogramms für den Pufferachsenservomotor 2B, eines/einer von der zweiten Inverterschaltung 14 ausgegebenen Wechselstroms und/oder Wechselspannung, der Rotordrehzahl und/oder Rotorstellung des Pufferachsenservomotors 2B. In Schritt S201 von 4 wird die tatsächliche Drehzahl des Pufferachsenservomotors 2B durch eine in den Pufferachsenservomotor 2B eingebaute Drehzahlerfassungseinheit (nicht gezeigt) erfasst.
  • In Schritt S202 empfängt die zweite Steuereinheit 17 über die Kommunikationseinheit 19 den durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel berechnet die zweite Steuereinheit 17, da eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A (Bezugszeichen 2A-1 und 2A-2) bereitgestellt ist, eine Summe des Energiebetrags des Antriebsachsenservomotors 2A-1 und des Energiebetrags des Antriebsachsenservomotors 2A-2. Alternativ dazu kann, wenn eine Summenberechnungseinheit (nicht gezeigt) separat bereitgestellt ist, die eine Summe von Energiebeträgen für die jeweiligen Antriebsachsenservomotoren 2A berechnet, welche durch die in jede der ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 eingebaute Energieberechnungseinheit 15 einzeln berechnet werden, die zweite Steuereinheit 17 über die Kommunikationseinheit 19 Informationen empfangen, die die durch die Summenberechnungseinheit berechnete Summe von Energiebeträgen betreffen.
  • In Schritt S203 bestimmt die Bestimmungseinheit 21, ob der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags innerhalb von Schwellenwerten liegt. Spezifischer bestimmt die Bestimmungseinheit 21, ob der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags einen ersten Schwellenwert nicht übersteigt, und bestimmt, ob der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags einen zweiten Schwellenwert nicht übersteigt.
  • Wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass der vorstehend genannte absolute Wert innerhalb der Schwellenwerte (erster Schwellenwert und zweiter Schwellenwert) liegt, stellt die Drehzahlbefehlseinheit 22 in Schritt S209 den Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand ein. Der Prozess kehrt dann zu Schritt S201 zurück.
  • Wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass der vorstehend genannte absolute Wert außerhalb der Schwellenwerte (erster Schwellenwert und zweiter Schwellenwert) liegt, fährt der Prozess mit Schritt S204 fort.
  • In Schritt S204 bestimmt die Bestimmungseinheit 21 basierend auf dem durch Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag, ob sich die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 insgesamt in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befinden.
  • Wenn in Schritt S204 bestimmt wird, dass der Energierückspeisungszustand eingestellt ist, berechnet die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 in Schritt S205 basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag und dem ersten Schwellenwert sowie der tatsächlichen Drehzahl des Pufferachsenservomotors 2B einen Drehmomentgrenzwert Tlim für den bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendeten Drehmomentbefehl.
  • Im darauffolgenden Schritt S206 stellt die Drehzahlbefehlseinheit 22 den bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendeten Drehzahlbefehl auf einen Wert (festen Wert) ein, der größer ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand.
  • Die Prozesse in den Schritten S205 und S206 können in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
  • Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) außerhalb der Schwellenwerte liegt und der Energierückspeisungszustand eingestellt ist, wird der Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 durch die vorstehend genannten Prozesse in den Schritten S203 bis S206 basierend auf dem Drehzahlbefehl, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, und dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert Tlim gesteuert. Folglich wird dem Pufferachsenservomotor 2B von der zweiten Inverterschaltung 14 eine höhere Wechselstromenergie zugeführt, welcher dann beschleunigt. Dadurch wird von jedem der Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung 3 dem Pufferachsenservomotor 2B zugeführt. Nach dem Prozess in Schritt S206 kehrt der Prozess zu Schritt S201 zurück.
  • Wenn in Schritt S204 bestimmt wird, dass der Energieverbrauchszustand eingestellt ist, berechnet die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 in Schritt S207 basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrag und dem zweiten Schwellenwert sowie der tatsächlichen Drehzahl des Pufferachsenservomotors 2B einen Drehmomentgrenzwert Tlim für den bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendeten Drehmomentbefehl.
  • Im darauffolgenden Schritt S208 stellt die Drehzahlbefehlseinheit 22 den bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung 14 zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B verwendeten Drehzahlbefehl auf einen Wert (festen Wert) ein, der kleiner ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand.
  • Die Prozesse in den Schritten S207 und S208 können in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
  • Wenn der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags (der Summe von Energiebeträgen, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren 2A bereitgestellt ist) außerhalb der Schwellenwerte liegt und der Energieverbrauchszustand eingestellt ist, wird der Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 durch die vorstehend genannten Prozesse in den Schritten S203, S204, S207 und S208 basierend auf dem Drehzahlbefehl, der auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, und dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert Tlim gesteuert. Folglich verzögert der Pufferachsenservomotor 2B. Dadurch wird vom Pufferachsenservomotor 2B rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung 3 den Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 zugeführt. Nach dem Prozess in Schritt S208 kehrt der Prozess zu Schritt S201 zurück.
  • Nach dem Prozess in einem der Schritte S206, S208 und S209 kehrt der Prozess zu Schritt S201 zurück, wobei die vorstehend genannten Prozesse in den Schritten S202 bis S209 erneut ausgeführt werden. Wenn beispielsweise der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags außerhalb der Schwellenwerte liegt und der Energierückspeisungszustand eingestellt ist, beschleunigt der Pufferachsenservomotor 2B bei einer Steuerung des Energieumwandlungsbetriebs der zweiten Inverterschaltung 14 basierend auf dem Drehzahlbefehl, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, und dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert Tlim, danach jedoch, wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags innerhalb der Schwellenwerte liegt, wird in Schritt S209 durch die Drehzahlbefehlseinheit 22 eine Rückführung zum Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand vorgenommen. Des Weiteren wird, wenn beispielsweise der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags innerhalb der Schwellenwerte liegt, der Energieumwandlungsbetrieb der zweiten Inverterschaltung 14 gemäß dem Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand zum Antreiben des Pufferachsenservomotors 2B gesteuert, danach jedoch, wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit 15 berechneten Energiebetrags außerhalb der Schwellenwerte liegt, beschleunigt oder verzögert der Pufferachsenservomotor 2B bei einer Steuerung des Energieumwandlungsbetriebs der zweiten Inverterschaltung 14 basierend auf dem Drehzahlbefehl, der auf einen Wert eingestellt ist, der größer oder kleiner ist als der Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, und dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit 23 berechneten Drehmomentgrenzwert Tlim.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2, die die Energieumwandlung durch die ersten Wandlerschaltungen 11-1 und 11-2 und die ersten Inverterschaltungen 12-1 und 12-2 steuern, und eine zweite Steuereinheit 17, die die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14 steuert, unabhängig voneinander bereitgestellt, als Abwandlung dessen kann jedoch dieselbe Steuereinheit die Funktionen der ersten Steuereinheiten 16-1 und 16-2 und der zweiten Steuereinheit 17 ausführen. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Abwandlung der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt. Eine Steuereinheit 18 umfasst eine Energieberechnungseinheit 15 und steuert die Energieumwandlung durch die ersten Wandlerschaltungen 11-1 und 11-2, die ersten Inverterschaltungen 12-1 und 12-2, die zweite Wandlerschaltung 13 und die zweite Inverterschaltung 14. Da die Schaltungskomponenten abgesehen von der Steuereinheit 18 den in den 1 und 2 dargestellten entsprechen, bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Schaltungskomponenten und es wird auf eine genaue Beschreibung derselben verzichtet. Der Betriebsablauf der Servomotorsteuervorrichtung 1 gemäß der in 5 gezeigten Abwandlung entspricht im Wesentlichen dem unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschriebenen, unterscheidet sich von letzterem jedoch dahingehend, dass der Prozess zum Senden und Empfangen von den Energiebetrag betreffenden Informationen von der ersten Steuereinheit an die zweite Steuereinheit (Schritt S104 in 3 und Schritt S202 in 4) nicht ausgeführt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann durch die Servomotorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, da Energie nicht über einen Gleichspannungszwischenkreis, sondern über eine Wechselstromversorgung ausgetauscht wird, die Anzahl der Pufferachsenservomotoren sowie der Wandlerschaltungen und Inverterschaltungen für Pufferachsen verringert werden, um eine kompakte, kostengünstige Servomotorsteuervorrichtung umzusetzen, die die Leistungsspitzen reduzieren kann.
  • Beispielsweise werden, vergleicht man die Servomotorsteuervorrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform und die in 7 gezeigte herkömmliche Servomotorsteuervorrichtung, in jeder derselben zwei Antriebsachsenservomotoren (Bezugszeichen 2A-1 und 2A-2) und ein Pufferachsenservomotor mit einzelner Wicklung (Bezugszeichen 2B) verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch, da Energie nicht über einen Gleichspannungszwischenkreis, sondern über die Wechselstromversorgung 3 ausgetauscht wird, sogar dann keine Mehrzahl von Paaren aus Pufferachsenservomotoren und Inverterschaltungen bereitgestellt werden, wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren verwendet wird, wodurch eine kompakte, kostengünstige Servomotorsteuervorrichtung umgewandelt wird.
  • Darüber hinaus kann gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise sogar eine Servomotorsteuervorrichtung zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen als kompakte, kostengünstige Servomotorsteuervorrichtung umgewandelt werden, die die Leistungsspitzen verringern kann. 6 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern des Effekts, der bei Verwendung der Servomotorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen erhalten wird. Wie in 8, die eine herkömmliche Servomotorsteuervorrichtung zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen zeigt, wird in 6 davon ausgegangen, dass die Antriebsachsenservomotoren 2A-1 und 2A-2 zum Antreiben einer ersten Antriebsachse (nicht gezeigt) und die Antriebsachsenservomotoren 2A-3 und 2A-4 zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse (nicht gezeigt) unabhängig von der ersten Antriebsachse verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in 6 keine Steuereinheit dargestellt ist. Die Antriebsachsenservomotoren 2A-1, 2A-2, 2A-3 und 2A-4 sind mit einem Paar aus einer Wandlerschaltung 11-1 und einer Inverterschaltung 12-1, einem Paar aus einer Wandlerschaltung 11-2 und einer Inverterschaltung 12-2, einem Paar aus einer Wandlerschaltung 11-3 und einer Inverterschaltung 12-3 bzw. einem Paar aus einer Wandlerschaltung 11-4 und einer Inverterschaltung 12-4 ausgestattet, wie in 6 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da Energie nicht über einen Gleichspannungszwischenkreis, sondern über die Wechselstromversorgung 3 ausgetauscht wird, selbst wenn eine Mehrzahl Antriebsachsenservomotoren zum Antreiben einer Mehrzahl Achsen bereitgestellt ist, ausreichend, nur einen Pufferachsenservomotor 2B und nur ein Paar aus einer Wandlerschaltung 13 und einer Inverterschaltung 14 bereitzustellen, so dass die Anzahl der Pufferachsenservomotoren sowie der Wandlerschaltungen und Inverterschaltungen für Pufferachsen kleiner ausgeführt werden kann als bei dem in 8 gezeigten herkömmlichen Beispiel. Es ist ferner ausreichend, einen Pufferachsenservomotor 2B mit einer einzelnen Wicklung auszuführen, wodurch die Kosten niedrig gehalten werden. Somit kann die vorliegende Erfindung eine kompakte, kostengünstige Servomotorsteuervorrichtung umwandeln.
  • Eine Industriemaschine, die den Servomotor gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, kann beispielsweise eine Mehrzahl Mechanismen umfassen, die in einer Mehrzahl Pressmaschinenschiebemechanismen oder Pressmaschinenziehkissenmechanismen ausgeführt sind, wobei jeder dieser Mechanismen wenigstens einen Servomotor umfasst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Servomotorsteuervorrichtung zum Steuern eines Servomotors, der als Antriebsenergie Wechselstromenergie verwendet, die durch Umwandeln von Wechselstromenergie auf der Seite einer Wechselstromversorgung in Gleichstromenergie und ferner durch Umwandeln der Gleichstromenergie in Wechselstromenergie erhalten wird, als kompakte, kostengünstige Servomotorsteuervorrichtung umgewandelt werden, die die Leistungsspitzen verringern kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da Energie nicht über einen Gleichspannungszwischenkreis, sondern über eine Wechselstromversorgung ausgetauscht wird, die Anzahl der Pufferachsenservomotoren sowie der Wandlerschaltungen und Inverterschaltungen für Pufferachsen reduziert werden, um wiederum die Leistungsspitzen zu verringern, ohne dass damit höhere Kosten und eine größere Vorrichtung verbunden wären.

Claims (5)

  1. Servomotorsteuervorrichtung (1), die umfasst: - wenigstens eine erste Wandlerschaltung (11), die zwischen Wechselstromenergie auf einer Seite einer Wechselstromversorgung (3) und Gleichstromenergie auf einer Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt, - wenigstens eine erste Inverterschaltung (12), die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der ersten Wandlerschaltung (11) und einer einem ersten Servomotor (2A) zugeführten Wechselstromenergie oder einer vom ersten Servomotor (2A) rückgespeisten Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, - wenigstens eine zweite Wandlerschaltung (13), die zwischen der Wechselstromenergie auf der Seite der Wechselstromversorgung (3) und Gleichstromenergie auf einer Gleichstromseite eine Energieumwandlung durchführt, - wenigstens eine zweite Inverterschaltung (14), die zwischen der Gleichstromenergie auf der Gleichstromseite der zweiten Wandlerschaltung (13) und einer einem zweiten Servomotor (2B) zugeführten Wechselstromenergie oder einer vom zweiten Servomotor (2B) rückgespeisten Wechselstromenergie eine Energieumwandlung durchführt, und - eine Energieberechnungseinheit (15), die einen im ersten Servomotor (2A) verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag berechnet, - wobei die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung (13) und die zweite Inverterschaltung (14) basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag und vorgegebenen Schwellenwerten gesteuert wird, so dass die vom ersten Servomotor (2A) rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung (3) dem zweiten Servomotor (2B) zugeführt wird, oder die vom zweiten Servomotor (2B) rückgespeiste Energie über die Wechselstromversorgung (3) dem ersten Servomotor (2A) zugeführt wird wobei die Servomotorsteuervorrichtung (1) umfasst: - eine Bestimmungseinheit (21), die basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag bestimmt, ob sich der erste Servomotor (2A) in einem Energierückspeisungszustand oder einem Energieverbrauchszustand befindet, und die bestimmt, ob ein absoluter Wert des durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrags innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt, - eine Drehzahlbefehlseinheit (22), die einen Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) zum Antreiben des zweiten Servomotors (2B) verwendet wird, auf einen Wert einstellt, der größer ist als ein Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit (21) bestimmt wird, dass der Energierückspeisungszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrags einen ersten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt, und die einen Drehzahlbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) zum Antreiben des zweiten Servomotors (2B) verwendet wird, auf einen Wert einstellt, der kleiner ist als ein Drehzahlbefehl in einem stationären Zustand, wenn durch die Bestimmungseinheit (21) bestimmt wird, dass der Energieverbrauchszustand eingestellt ist und dass der absolute Wert des durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrags einen zweiten Schwellenwert der vorgegebenen Schwellenwerte übersteigt, und - eine Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit (23), die basierend auf der Differenz zwischen dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag und den vorgegebenen Schwellenwerten sowie der tatsächlichen Drehzahl des zweiten Servomotors (2B) einen Drehmomentgrenzwert für einen Drehmomentbefehl berechnet, der bei der Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) zum Antreiben des zweiten Servomotors (2B) verwendet wird, - wobei die Energieumwandlung durch die zweite Inverterschaltung (14) basierend auf dem durch die Drehmomentgrenzwertberechnungseinheit (23) berechneten Drehmomentgrenzwert und dem durch die Drehzahlbefehlseinheit (22) eingestellten Drehzahlbefehl gesteuert wird.
  2. Servomotorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner umfasst: - eine Steuereinheit, die die Energieumwandlung durch die erste Wandlerschaltung (11), die erste Inverterschaltung (12), die zweite Wandlerschaltung (13) und die zweite Inverterschaltung (14) steuert und die Energieberechnungseinheit (15) umfasst.
  3. Servomotorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner umfasst: - eine erste Steuereinheit (16-1, 16-2), die die Energieumwandlung durch die erste Wandlerschaltung (11) und die erste Inverterschaltung (12) steuert und die Energieberechnungseinheit (15) umfasst, - eine zweite Steuereinheit (17), die unabhängig von der ersten Steuereinheit (16-1, 16-2) bereitgestellt ist und die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung (13) und die zweite Inverterschaltung (14) steuert, und - eine Kommunikationseinheit, die den durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten Energiebetrag an die zweite Steuereinheit (17) sendet, - wobei die zweite Steuereinheit (17) basierend auf dem durch die Energieberechnungseinheit (15) berechneten und über die Kommunikationseinheit empfangenen Energiebetrag die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung (13) und die zweite Inverterschaltung (14) steuert.
  4. Servomotorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Energieumwandlung durch die zweite Wandlerschaltung (13) und die zweite Inverterschaltung (14) basierend auf einer Summe von Energiebeträgen gesteuert wird, die jeweils für eine Mehrzahl erster Servomotoren (2A) durch die Energieberechnungseinheit (15) berechnet werden.
  5. Servomotorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Energieberechnungseinheit (15) basierend auf einer tatsächlichen Drehzahl des ersten Servomotors (2A) und einem Drehmomentbefehl, der bei der Energieumwandlung durch die erste Inverterschaltung (12) zum Antreiben des ersten Servomotors (2A) verwendet wird, einen im ersten Servomotor (2A) verbrauchten oder generatorisch erzeugten Energiebetrag berechnet.
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