DE102017106559A1

DE102017106559A1 - Auslegung oder Durchführung einer Bewegungsaufgabe einer bewegten Masse in einer mechanischen Anlage entlang zumindest einer Bewegungsachse

Info

Publication number: DE102017106559A1
Application number: DE102017106559.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kuehn
Original assignee: Lenze Automation GmbH
Current assignee: Lenze Automation GmbH
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: DE102017106559B4

Abstract

Ziel ist es, ein Verfahren für die Auslegung oder Durchführung der Bewegungsaufgabe einer Masse bereitzustellen, wobei ein Wert für die Ruckvorgabe einmalig selbst oder laufend selbst bestimmt, und langwierige Versuchsreihen zur Einstellung einer passenden oder geeigneten Höhe des Ruckwerts entfallen. Dabei sollen insbesondere Möglichkeiten einer Nachstellung geboten werden, wenn zumindest eine Achse von mehreren Bewegungsachsen der Anlage, ihre Eigenschaft ändert (andere Eigenfrequenz, andere Beladung oder andere Masse). Dann soll der Ruckwert (die Einstellung oder Vorgabe des Rucks) sich an dieses geänderte System eigenständig anpassen. Erreicht wird es mit einem Verfahren der Steuerung der mechanischen Anlage mit mindestens einem ersten Antrieb 15, 20x, der zumindest ein bewegbares Massenelement (mx) in einer ersten Achse als Bewegungsachse (x) bewegt oder gesteuert verfährt. Die Anlage oder das Massenelement (mx) hat in der ersten Bewegungsachse eine kleinste Eigenfrequenz (fx0) oder eine größte Eigenzeit Tx0. Der erste Antrieb 20x wird von einer Steuerung oder Regelung 9, 10, 11, 14 angesteuert. Der Ruck als ein Signal j(t) wird zeitlich fortlaufend von einem Funktionsglied 40, 41 errechnet oder bestimmt, dies aufgrund von veränderlichen Systemgrößen der mechanischen Anlage, die Einfluss auf die zumindest eine Bewegungsachse x nehmen, von welchen Systemgrößen zumindest eine als Eingangsgröße das Funktionsglied 40, 41 speist. Die Steuerung oder Regelung erhält das Rucksignal jx(t) zugeführt, welches den Ruck als erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung ax(t) in der ersten Bewegungsachse x selbstständig vorgibt.

Description

Diese Offenbarung (und Ansprüche) betreffen sie Ansteuerung von Anlagen mit zumindest einer bewegten Masse entlang einer Achse, dies als Verfahren und als Einrichtung.
Ein schwingfähiges System, welches eine sprungförmige Änderung einer die Achse anregenden Kraft erfährt, reagiert mit einer Schwingung in allen Eigenfrequenzen des Systems als Anlage mit mechanisch bewegter Masse. Durch eine Begrenzung der Kraftänderung (a punkt) wird die Anregung von Schwingungen reduziert. Das entspricht einer Begrenzung der Beschleunigungsänderung als dem zeitabhängigen Ruck j(t). Dabei gilt, je geringer die zugelassene Änderung der Kraft der Anregung, desto weniger Schwingungen verbleiben nach einem Positionierungsvorgang in der Anlage, die durchaus auch weitere Achsen haben kann, entlang die oder weitere Massen zu bewegen sind.
Stand der Technik sind zwei Schriften der Siemens AG.
DE 100 63 722 C2 betrifft die Beeinflussung des Rucks mit einer Adaption der Bahndynamik, vgl. dort Zusammenfassung und Absatz [50]. Hier wird ein Filter nach der dortigen 9 vorgeschlagen, bei dem die Abstimmung so erfolgt, dass es auf die niedrigste Eigenfrequenz der beteiligten Achsen fällt. Hier ergibt sich eine gute Dämpfung, so die Aussage dieser Schrift.
DE 102 00 680 B4 veranschaulicht und dokumentiert auch eine Ruckbegrenzung, indem Ruckprofile einer Bewegungsaufgabe adaptiert werden und dadurch minimale Schwingungen eines Systems angeregt werden. In mehreren Diagrammen, besonders der 7 bis 10 wird ein Verlauf eines Verfahrwegs analysiert nach Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck. Diese Schrift verwendet die filternde Wirkung von Bandsperren, vgl. dort Absatz [62] bis [64] und die dortige 11, 5 und 3. Diese Bandsperren wirken dort, wo die Eigenfrequenzen des schwingungsfähigen Systems liegen. Fallen die Frequenzen der Bandsperren mit den Eigenfrequenzen des Systems zusammen, wird die beste Dämpfung erhalten. Dazuhin wird vorgeschlagen, die Ruckfunktion auch in der Form zu verändern, wofür maßgeblich die 4 steht, die neben verschieden hohen "Rechteckrucken" (Ruckfenstern oder Ruckintervallen) auch verschieden breite Ruckfenster besitzt. Dazuhin werden solche Ruckfunktionen vorgeschlagen, die höhere Werte als Amplitude haben, dafür aber keine Knicke oder Sprünge in ihrem Funktionsverlauf, dort 7. Diese Form nennt diese Schrift eine Verrundung eines rechteckförmigen Ruckverlaufs und sie folgt einem gleichen Flächeninhalt, nach Art eines sin², vgl. dort auch Absatz [24].
Aufgabe der (beanspruchten) Erfindung ist es, ein Verfahren für die Auslegung oder Durchführung der Bewegungsaufgabe einer Masse bereitzustellen, wobei ein Wert für die Ruckvorgabe einmalig selbst oder laufend selbst bestimmt, und langwierige Versuchsreihen zur Einstellung einer passenden oder geeigneten Höhe des Ruckwerts entfallen. Dabei sollen insbesondere Möglichkeiten einer Nachstellung geboten werden, wenn die Anlage, hier zumindest eine Achse von mehreren Bewegungsachsen, ihre Eigenschaft ändert, z.B. durch eine andere Eigenfrequenz, durch eine andere Beladung oder durch eine andere Masse. Dann soll der Ruckwert (die Einstellung oder Vorgabe des Rucks) sich an dieses geänderte System eigenständig anpassen.
Anspruch 1 oder Anspruch 20 oder Anspruch 42 erreicht dieses Leistungsergebnis.
Der Ruck als ein Signal j(t) oder r_x(t) wird zeitlich fortlaufend von einem Funktionsglied bestimmt, insbes. errechnet (Anspruch 1). Dies aufgrund von über der Zeit veränderlichen Systemgrößen der mechanischen Anlage, die Einfluss auf die zumindest eine Bewegungsachse nehmen. Zumindest eine Systemgröße speist als Eingangsgröße das Funktionsglied. NB steht j für den "Jerk" oder r für den "Ruck".
Die Steuerung oder Regelung der ersten Bewegungsachse (x) erhält das Rucksignal j_x(t) oder r_x(t) zugeführt, welches den Ruck als erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung dieser Bewegungsachse selbstständig vorgibt. Andere Bewegungsachsen können gleich behandelt werden, bleiben aber eigenständig.
Das Funktionsglied kann eigenständig einen Ruck oder Ruckwert als Begrenzung einer Systemsteuerung durch eine Signalübertragung vorgeben (Anspruch 20). Hierzu werden eigenständig eine Steuerungseinrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen.
Ein Verfahren der (oder zur) Steuerung der mechanischen Anlage hat mindestens einen ersten Antrieb, der zumindest ein bewegbares Massenelement (m_x) in einer ersten Achse als Bewegungsachse bewegt, insbesondere gesteuert verfährt. Die Steuerung oder Regelung der mechanischen Anlage erhält ein Rucksignal j_x(T) zugeführt, welches den Ruck als erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung in der ersten Bewegungsachse (x) selbstständig vorgibt (Anspruch 40). Der Ruck als ein Signal (j(T)) wird zeitdiskret vorgegeben und ein Erhöhen oder ein Reduzieren des Rucksignals für ein kommendes Intervall ergibt sich aus dem Durchschreiten oder dem fehlenden Durchschreiten eines Grenzwerts von oder durch eine Schwingungsamplitude in einem oder in dem genau vorhergehenden Intervall.
Die berechnete oder gemessene Schwingung wird also mit dem vorgegebenen Grenzwert verglichen, um das Durchschreiten zu erfassen. Bleibt die Amplitude betragsmäßig unter dem Grenzwert, kann im nächsten Intervall ein betragsmäßig erhöhter Ruck vorgegeben werden.
Das Verfahren nutzt den Effekt, dass eine mechanische Struktur nur schwach zu Schwingungen angeregt wird, solange das Frequenzspektrum der auf die Struktur wirkenden Kräfte des Antriebs unterhalb der niedrigsten Eigenfrequenz der mechanischen Struktur zu liegen kommt.
Bei zumindest einachsigen Bewegungsfunktionen gemäß dem Standard "PLC open" werden neben anzufahrenden Endpositionen (MCMoveAbsolute, MCMoveRelative) oder Endgeschwindigkeiten (MCStop, MCMoveVelocity) auch Parameterwerte zur maximalen Verfahrgeschwindigkeit (erste Ableitung), Beschleunigung und/oder Verzögerung (zweite Ableitung), sowie dem zu verwendenden Ruck (dritte Ableitung, Steilheit des Beschleunigungsaufbaus oder des Beschleunigungsabbaus) übergeben. Ein trapezförmiger Beschleunigungsverlauf ergibt ein sogenanntes S-Profil als Geschwindigkeitsverlauf.
Bei den Angaben zur maximale Geschwindigkeit und Be-/Entschleunigung kann sich der Inbetriebnehmer noch intuitiv aus zulässigen Drehzahlen, und persönlichen Erfahrungswerten, zum Beispiel der Fallbeschleunigung g orientieren. Da dem Inbetriebnehmer bei der Ruckvorgabe (Einheit m/s³) aber solche Vergleichsmöglichkeiten fehlen, probiert er in einer zeitaufwendigen Versuchsreihe mehrere Werte aus, oft auch systematisch, die aber schon bald wieder veraltet sein können, zumindest aber nicht auf jeden Systemzustand der Bewegungsachse passend und optimiert sind, durch Ändern der Beladung, der Länge auskragender Arme, des Gewichts, also solchen Systemgrößen, die eine Veränderung der Eigenfrequenz bewirken. Spätestens dann ist die zeitaufwendige Versuchsreihe überholt.
Zu beachten ist außerdem, dass hinsichtlich des Vorgabewertes für den Ruck ein Dualismus zwischen der Verfahrzeit des Bewegungsprofils und der Schwingungsanregung der Maschinenstruktur in der umschriebenen mindestens einen Achse besteht. Mit dem Erhöhen des Werts für die Ruckvorgabe erhöhen sich meist auch Schwingungsamplituden innerhalb der Maschinenstruktur der zumindest einen Achse. Ein zu niedrig gewählter Vorgabewert des Rucks kann hingegen die Verfahrzeit signifikant erhöhen und den geforderten Takt nicht mehr erreichen. Eine multikriterielle Lösung ist zu suchen, die beide Optionen bietet und den Tradeoff bei einer der Teilaufgaben nicht zu stark anwachsen lässt.
Das beanspruchte Verfahren nutzt den Effekt, dass eine Struktur nur schwach zu Schwingungen angeregt wird, solange das Frequenzspektrum der auf die mindestens eine Bewegungsachse wirkenden Kräfte unterhalb der niedrigsten Eigenfrequenz der Achse liegen. Dies ist beim S-Profil des Speed-Zeit Diagramms dann der Fall, wenn die Ruckzeit (das ist die Dauer des kontinuierlichen Anliegens eines Ruckwerts, oft auch Ruckfenster oder Ruckintervall genannt), also die Zeit in der jeweils ein konstanter Ruck betragsmäßig größer als null anliegt (als positiver oder negativer Ruck) zumindest gleich, bevorzugt größer die doppelte höchste Eigenzeit ist.
Die höchste Eigenzeit ist der Kehrwert der niedrigsten Eigenfrequenz.
Bei einer ersten Ausführung der Erfindung ist die niedrigste Eigenfrequenz der Maschinenstruktur bezüglich der Bewegungsachse sowie die Vorgabewerte für die maximale betragsmäßige Beschleunigung bekannt, so dass das der Wert für die Ruckvorgabe direkt durch Einsetzen der bekannten Werte in die folgende Formel innerhalb der Steuerung und unabhängig von der dazugehörigen Bewegungsaufgabe vor der Durchführung der Bewegungsaufgabe ermittelt und automatisiert der Steuerung oder Regelung (oft auch Bewegungsaufgabe genannt) eingestellt oder vorgegeben werden kann.
Ein bekanntes Auslegungsverfahren zur Bestimmung der minimalen Ruckdauer zeigt Gleichung (1). t_a,min ≥ 2·T_e (1)
Die minimale Ruckdauer t_a,min ist demnach abhängig von der Eigenzeit oder Eigenperiode des mechanischen Systems. Besitzt ein System mehrere überlagerte Eigenfrequenzen f_e, so ist die kleinste Eigenfrequenzen zur Bestimmung von T_e (die größte Eigenzeit) zu wählen.
Eine optimale Verminderung der Schwingungen wird durch die Begrenzung des Rucks J_max erreicht, wenn nach Gleichung (2) berechnet wird ...

minimale Ruckdauer t_a,min

maximaler Ruck J_max

maximale Beschl. a_max

... J_maxD

Faktor P P liegt zwischen 1 und 2

Dämpfung D

J_max = a_max/t_a,min (2)
Da solch ein niedriger Ruck J_max oft nicht zu dem gewünschten Maschinentakt passt empfiehlt es sich größere Beschleunigungen zuzulassen und mit einem proportionalen Faktor P zu erhöhen (P liegt zwischen 1 und 2). Eine große Dämpfung ermöglicht in der Regel zusätzliche Anhebung des Rucks der Amplitude nach. Die angebende Gleichung 3 verdeutlicht dies. Gleichung (3) gilt dabei für D < 1 ... J_maxD = a_max/t_a,min·P(1 – D)/2 (3)
Nach einem Beispiel kann über eine Auswahlliste oder eine Modus Wahl beim Funktionsglied ein langsamer, mittlerer oder schneller Beschleunigungsaufbau gewählt werden.
Als zu wählenden Modi der Ruckvorgabe sind möglich (Anspruch 25) ...

Langsam dem maximalen Ruck angepasste gedämpfte Beschleunigung.

Mittel normaler Betrieb

Schnell höhere Beschleunigung, größerer zugelassener Ruck.
Bei einer weiteren Ausführung wird vor der Ermittlung und Einstellung des Vorgabewertes für den Ruck an der Steuerung oder Regelung zunächst die niedrigste Eigenfrequenz der mindestens einen Bewegungsachse durch gängige Analyseverfahren bestimmt und dann an der oder für die Steuerung oder Regelung eingestellt.
Dies erfolgt insbesondere einmalig oder auch wiederholt per FFT-Analyse an der zumindest einen Bewegungsachse. Bei mehreren Bewegungsachsen kann es auch für diese mehren Achsen erfolgen, einmalig oder mehrmalig.
Alternativ wird ein mitfahrender, mit-drehender oder mitlaufenden Beobachter oder ein mitfahrendes, mit-drehendes oder mitlaufendes Messglied eingesetzt.
Achse ist hier nicht geradlinig rein axial zu sehen, nach Koordinaten x, y, und z, es ist funktional zu sehen, also auch eine Drehbewegung oder Pendelbewegung.
Stehen für die Vorgabe des Rucks externe Signale zur Verfügung (Messsignale oder Gebersignale oder Signale von Beobachtern), kann vorher eine maximal erlaubte Schwingung vorgegeben werden. Diese würde dann bei einer Messfahrt den Ruck als maximal möglich einstellen. Dabei wird der Ruck in seiner Amplitude jeweils erhöht, wenn die – bevorzugt auch um einen Sicherheitsabstand verminderte – maximale Schwingungsamplitude innerhalb einer vorherigen Messfahrt nicht erreicht wird.
Umgekehrt wird ein Überschreiten der Schwingungsamplitude zu einer Verminderung des Rucks führen.
Eine Berücksichtigung der Dämpfung zur Berechnung des Rucks ist möglich. Bei sich ändernder Dämpfung kann ein veränderter Ruck zugelassen werden, insbesondere in dem Sinne, dass eine signifikant höhere Dämpfung einen signifikant höheren Ruck erlaubt. Die Dämpfung ist eine Eigenschaft der zumindest einen Bewegungsachse, die zu einer automatisierten Änderung der Einstellung "RUCK" an dem Regler oder der Steuerung führt, veranlasst oder beeinflusst von dem Funktionsglied zur Ruckvorgabe.
Im Funktionsglied ist eine Simulation möglich. Eigenfrequenz und Dämpfung werden dabei ermittelt, insbesondere berechnet. Dieses Funktionsglied hat einen optionalen Eingang für einen Beschleunigungssensor und einen optionalen Eingang für das Motordrehmoment. Als Ausgang liefert es Eigenfrequenz und Dämpfung. Dieses Funktionsglied kann durch eine an die Bewegungsachse angepasste Bewegungsfunktion stimuliert oder simuliert werden.
Ein weiteres Funktionsglied wird als Beobachter mitbewegt und kann den Ruck während der Bewegungen bei den Positioniervorgängen dynamisch verändern. Das kann erfolgen, wenn sich Eigenfrequenz, Dämpfung oder max. Beschleunigung bei unterschiedlichen Bewegungsvorgängen unterschiedlich verändern.
Als Eingänge zum Funktionsglied können die max. Positionierzeit und die max. Schwingungsamplitude hinzugenommen werden.
Die Ausführungsformen der Erfindung sind anhand von Beispielen dargestellt und nicht auf eine Weise, mit der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren geben ähnliche Elemente an. Auch wenn nicht vor jedem Element "zum Beispiel" steht, ist diese Figurenbeschreibung bitte so zu lesen, dass hier Beispiele umschrieben sind, die sich unter die in den Ansprächen verwendeten funktionalen Begriffe unterordnen. Die Beispiele sind alle erfindungswesentlich, also nicht belanglos, aber nicht zwingend sind sie "wesentlich" für die beanspruchte Erfindung, um daraus schlussfolgern zu müssen, dass sie in die unabhängigen Ansprüche aufzunehmen wären, welche Kerne oder tragende Säulen der offenbarten Erfindungen umschreiben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Regelung oder Steuerung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Es sind drei Bewegungsachsen symbolischen durch die zugehörigen Antriebe 20x, 20y, 20z angegeben, die Regelungsstruktur ist aber nur für eine dieser Achsen in 1 wiedergegeben und kann entsprechend auf die anderen beiden Achsen 20y, 20z übertragen werden.
2 ist ein Beispiel einer verfahrbaren Masse 51, die an einem Pendel 53 schwenkbar angeordnet ist, wobei an der Masse 51 ein Beschleunigungssensor 55 vorgesehen ist, dessen Signal von dem in 6 dargestellten Funktionsglied 40 zur Berechnung aufgenommen werden kann. Das Beschleunigungssignal steht als ein Beispiel für andere Messsignale, die aus der Bewegungsachse erfasst werden können und zur Berechnung des Rucksignals r(t) am Ausgang 48 in 6 beitragen kann, respektive dieses Rucksignal beeinflusst, und zwar dynamisch während des Betriebs beeinflussen wird.
3a zeigt einen ersten Einschwingvorgang, der zu starken Schwingungen bei einer Veränderung des eingezeichneten Weges entlang der Trajektorie führt.
3b zeigt eine mit der Ruckvorgabe 40 von 1 oder 41 von 6 erreichte Veränderung des Einschwingvorgangs, bei dem die Schwingungen a₅₅ des Pendels 53/51 aus 2 weniger starke Schwingungen bei der Vorgabe der Bahnkurve s(t) haben.
3a' und 3b' sind die Originalgrafiken der beanspruchten Priorität, die in Patentzeichnungen der vorigen 3a und 3b umgesetzt wurden und dabei nicht mehr so real sind.
4 zeigt vier Diagramme, jeweils Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck über der Zeit, wobei die Trajektorie (s(t)) im unteren Bild als x(t) in einer Punkt-zu-Punkt Bewegung vorgegeben wird. Der Ruck im oberen Diagramm hatte einen starken Einfluss auf den Bahnverlauf und damit auf den Takt, der sich beim Einsatz dieser Bewegungsachse in einer nummerischen Maschinensteuerung ergibt. Anhand des ersten Diagramms sind zwei verschiedene Amplituden des Ruckwerts zu sehen, eine zu Beginn und eine weitere bei zwei sec.
5a, 5b, 5c zeigen verschiedene Arten der Vorgabe eines zeitlich abhängigen Rucksignals r(t) am Eingang J einer Schnittstelle 90, wie sie in 7 dargestellt ist.
5d veranschaulicht einen Verlauf eines Schwingungssignals mit einer sich verändernden Amplitude, die von primären Anlagenparametern abhängt.
5e zeigt zeitdiskrete Vorgaben des Rucks als einen diskreten Verlauf über der Zeit mit einer dort angegebenen Abtastzeit T₁₁.
5d' und 5e' veranschaulichen Kausalitäten des Verlaufs des Schwingungssignals mit der sich verändernden Amplitude. Die dünnen Führungspfeile zeigen jeweils die Ursachen der Verstellung nach einer sich verändernden Amplitude und ihr Überschreiten oder Unterschreiten von den eingezeichneten Grenzwerten. Wird ein Grenzwert von der Amplitude überschritten, wird der Ruck reduziert. Erreicht das Schwingungssignal den Grenzwert nicht, kann der Ruck heraufgesetzt werden.
6 veranschaulicht ein Funktionsglied 41, dem mehrere Systemgrößen am Eingang zugeführt werden, um ein Rucksignal r(t) am Ausgang 48 abzugeben, welches dem Ruckeingang J zugeführt wird.
6a ist ein alternatives Funktionsglied 41', welches mit primären Systemgrößen am Eingang arbeitet, um ebenfalls am Ausgang 48 ein Rucksignal r(t) abzugeben, das dem zuvor erläuterten Eingang J der Schnittstelle 90 zugeführt wird.
7 ist eine Schnittstelle, die einen Ruckeingang J besitzt, dem das Signal aus Ausgang 48 zugeführt wird.
8a veranschaulicht eine Kaskadenregelung, bei der ein untergeordneter Regler 48'' ein Ruckregler ist, wobei die gesamte Kaskadensteuerung oder Kaskadenregelung K eine Bewegungsaufgabe erfüllt, die sich durch gleiten, fahren oder drehen manifestiert, wie anhand der drei dargestellten Massen m1, m2 und m3 veranschaulicht wird.
8b ist eine andere Verwendung einer Ruckvorgabe, bei der das Rucksignal als Maximalsignal r_max für einen Istwert r_ist vorgegeben wird, angesteuert von einem Steuerglied 48"', hin zu einer Motorsteuerung 15, wie sie in 1 veranschaulicht ist.
9 zeigt ein mehrdimensionales System, bei dem mehrere Dimensionen x, y, z jeweils mit einer eigenständigen Schnittstelle 90x, 90y, 90z versehen sind und jede dieser Schnittstellen einen eigenen Ruckwert als ein Signal zugespeist erhält, welches nicht durch menschliche Personen dort eingegeben wird, sondern automatisiert oder selbsttätig einen Ruckwert (über der Zeit) dort vorgeben.
10 veranschaulicht ein zweigeteiltes Funktionsglied 40.
1 zeigt eine Kaskadensteuerung oder Kaskadenregelung K, die per Übersicht erklärt werden soll. In ihr geht es darum, dass ein Ruckwert oder ein maximaler Wert des Rucks eigenständig oder selbsttätig eingestellt wird, und zwar aus Systemgrößen, die sich über der Zeit verändern können, oder aber über dem Arbeitsablauf verändern (was gleichbedeutend mit einer Veränderung über der Zeit sein soll), wenn beispielsweise Bewegungsaufgaben erfüllt werden und dabei sich Lasten verändern, Gewichte verändern, Drehmomente verändern oder Schwenkarme verändern, die eine unterschiedliche Dämpfung, Eigenfrequenz oder ein anderes Systemverhalten oder eine andere Systemeigenschaft bewirken, die es zu erfassen und in der Bewegungslösung oder Bewegungssteuerung zu berücksichtigen gilt.
Dazu hat 1 zunächst eine s_a Bewegungsachse, die alle kartesischen Richtungen von sx, sy und sz annehmen kann, aber für s_a als Statthalter erklärt wird.
Die Kaskadensteuerung K hat mehrere unterlagerte Regelschleifen, eine innere Regelschleife hat dann den Eingang J, der für den Ruck als Signal steht, abgegeben von einem Funktionsglied 40. Dieser innere Signalkreis ist gesteuert mit einem Sollwert für die Beschleunigung und hat in seiner funktionellen Gestaltung als Schaltung oder als digital programmierte Steuerung 14 eine Berücksichtigung des per Signal j(t) eingespeisten Signals am Eingang J für seine Ansteuerung des Umrichters U im Leistungsteil 15. Hier wird der Motor 20x angesteuert, dessen Achse symbolisch in Richtung der X-Achse führt, hier repräsentierend die erste Bewegungsachse x und die erste Masse mx.
In gleicher Weise werden andere Bewegungsachsen angesteuert, so der Motor 20y für die Y-Richtung mit der Masse m_y und die dritte Dimension mit dem Motor 20z und der Achse Z mit der in dieser Richtung bewegten Masse m_z.
Die in x-Richtung bewegt, verschobene oder gesteuert verfahrene Masse mx wird vom Motor 20x bewegt. Hierzu wird er von dem Umrichter 15 und dieser von der von dem Ruck beeinflussten Steuerabschnitt 14 angesteuert. Weiter vorne in der Kaskade ist ein Geschwindigkeitsregler 11, der einen Soll-Istwert Vergleich besitzt und den Regler mit der Regeldifferenz speist.
Weiter vorne in der Kaskade ist ein Wegregler oder die übergeordnete Bahnsteuerung 10, die mit einem PI-Regler arbeitet, ebenfalls gesteuert von einem Soll-Istwert Vergleicher 9.
Die Messung der Istwerte von Lage und Geschwindigkeit ist hier nur symbolisch angedeutet, sie können auch einer Beobachtung durch einen Beobachter entstammen.
Der Ruck als zeitlich abhängiges Signal und direkt in den Eingang J per Signalübertragung 48' übertragen stammt aus dem Funktionsglied 40. Funktionsglied 40 wird in diesem Beispiel von einem Multiplexer 38 angesteuert, dem mehrere Eingangsinformationen, die aus den durch Überwachung oder Abfragen von logistischen Informationen stammen, daher sekundäre Systemgrößen sind, welche das Schwingungsverhalten des bewegbaren Massenelements oder der ersten Bewegungsachse beeinflussen. Der Multiplexer sucht einen oder mehrere dieser Eingangsinformationen aus und speist sie dem Funktionsglied 40 zu, welches daraus einen Ruck als ein zeitabhängiges Signal j(t) berechnet, also ermittelt, welche direkt dem Ruckeingang J vorgegeben wird. Es wird in dem Funktionsabschnitt 14 so verwendet, dass mehrere Möglichkeiten für die Verwendung der automatisierten Ruckvorgabe als zeitliches Signal gegeben sind.
In einer ersten Variante wird dieses Rucksignal als ein Grenz- oder Begrenzungswert verwendet, um ein Signal in dem Steuerabschnitt 14 so zu begrenzen, dass es betragsmäßig keine höhere Amplitude haben kann, als von dem Ruckwert j(t) zu einer bestimmten Zeit zugespeist, damit aber auch zu allen Zeiten, zu denen das Signal vorgegeben wird.
2 veranschaulicht eine Bahn 49c, auf der eine verfahrbare Masse als Wagen 49 sitzt, der geführt wird, und seinerseits eine mit-verfahrbare Masse 51 trägt, hier an einem vertikal stehenden Pendel 53, welches über ein Schwenklager 52 am unteren Ende am Wagen 49 angeordnet ist.
Diese Gesamteinheit 50 ist bewegbar und wird längs einer Achse x in der einen oder anderen Richtung angetrieben und damit bewegt, wozu die Gesamteinheit 50 auf Rädern 49a, 49b rollt, die an dem Wagen 49 drehbar angeordnet sind.
Der Wagen 49 erfährt alle messbaren Größen, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und den Ruck als Ableitung der Beschleunigung, wie auch den Weg. Dieser Wagen 49 kann als Testwagen verwendet werden, in dem der Bewegungsachse als x-Bewegungsachse eine Bewegungsaufgabe gegeben wird, welche zu erfüllen ist. Dabei kann erprobt werden, welche Schwingung sich am vertikalen Pendel 53 einstellt, hier gemessen von dem Beschleunigungssensor 55 mit dem Wert a₅₅(t). Dieser Wert kann in den Multiplexer 38 oder in ein später noch zu beschreibendes anderes Funktionsglied 40 oder 41 eingespeist werden.
In einer anderen Denkweise kann 2 aber auch eine Bewegungsaufgabe in der Realität symbolisieren, bei der aus der Bewegung ein Messwert a₅₅ entstand, der in die Berechnung des Rucks einfließt.
Eine Zuspeisung des Rucks als ein Signal der Antriebstechnik ist eine Weise, wie eine Bewegungsaufgabe besser gelöst werden kann, also mit weniger Schwingungen und gleichzeitig in einem vorgegebenen Takt und mit der gebotenen notwendigen Geschwindigkeit, manifestiert in den beiden Vergleichsfiguren der 3a und der 3b.
3a zeigt einen Bewegungsvorgang, der sich durch die Bahn aus Sollwert und Istwert ergibt, s₁(t) ist der Sollwert, der nachgeführte Istwert ist s_ist(t). Eine Basisbewegung ist zusätzlich eingezeichnet. In einer Messung a₅₅, entsprechend der 2, ist der Einschwingvorgang gezeigt, der sich um den Zeitwert 1 sec ergibt, mit einem Ruck von 6 m/s³. Die Amplitude dieser Schwingung liegt bei 1,2 m/s², veranlasst über einen vorgegebenen Ruckwert von 6 m/s³. Ersichtlich ist, dass in der Zeit zwischen 0,5 sec und 1,5 sec eine erhebliche Auslenkung und dadurch Unruhe in das System eingebracht wird, weil die Pendelbeschleunigung stark schwankt. Ihr Einschwingen ab Zeit 1,5 sec verdeutlicht das Einlaufen des Weges in den Sollwert, der ab ca. 1,7 sec erreicht ist.
Für 3a gelten

Amplitude 1,2 m/s²
Hochfrequente Überlagerung mit Eigenfrequenz f = 38Hz
Dämpfung D = 0,02
Eigenfrequenz f = 2,8 Hz

Für 3b gelten

Amplitude 0,4 m/s²
Hochfrequente Überlagerung mit Eigenfrequenz f = 38Hz
Dämpfung D = 0,02
Eigenfrequenz f = 2,8 Hz

Eine Veränderung in der Führung des Rucks über der Zeit, wie er dem Signaleingang j der 1 vorgegeben wird, verbessert das Verhalten. Der Ruckwert kann sich während der Bewegung verändern, er wird von dem Funktionsglied 40 verändert, welches die Änderung des Systems über hier den Multiplexer 38 so aufgreift, dass neue Ruckwerte errechnet werden, die als Grenzwerte für den Eingang J während des Betriebs der zumindest einen Bewegungsachse angepasst werden sollen. Hier sind sie auch angepasst worden, sodass nur noch ein kurzer Block von drei oder vier Schwingungen bei der Zeit 1 sec entstehen, ohne die heftigen Auslenkungen, die 3a zeigt.
An 3b kann auch ersehen werden, dass das Einlaufen in den Sollwert glatter und genauer verläuft, ohne eine zusätzliche Leichte Schwingung, die ab der Zeit 2 sec in der 3a zu sehen ist, nicht aber in der 3.
Im Übrigen sind diese Figuren vom Aufbau des Koordinatensystems vergleichbar. Auch die Dämpfung von D ist gleich 0,02 und die Eigenfrequenz der Achse oder der bewegten Masse auf der Achse mit f_x0 = 2,8 Hz ist vergleichbar.
Die Eigenfrequenz ist die kleinste Eigenfrequenz in x-Richtung. In gleicher Weise gibt es andere Eigenfrequenzen, so f_x1, f_x2, als zweite und dritte Oberschwingung. In gleicher Weise gibt es Eigenfrequenzen für die Y-Achse f_y0, f_y1, und für die Z-Achse f_z1, f_z2 mit ihren jeweiligen Oberwellen.
Die Einstellung des Rucks folgt der Ausgangsgröße des Funktionsglieds 40 und ist zumindest so eingestellt, dass eine kleinste Eigenfrequenz einer größten Eigenzeit entspricht. Es wird kein kürzerer, mithin ein längerer positiver oder negativer Ruckabschnitt verwendet, der länger ist als die doppelte Eigenzeit des Systems in x-Richtung. Dazuhin ist er in der Höhe angepasst und kann laufend über die Führung als Signal j(t) angepasst werden, ohne dass ein Benutzer erneut eingreifen muss.
4 veranschaulicht die vier zeitlichen hierarchischen Signalverläufe aus Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck. Sichtbar ist, dass der Ruck zwei verschieden Amplituden aufweist und zwei verschiedene Fensterbreiten besitzt, am Anfang bei der Zeit 0 und in der Mitte um die Zeit 2 sec herum. 5 zeigt in mehreren Varianten verschieden Arten der Vorgabe des Rucks über das Signal j(t) wo, wie es in der 1 dem Signaleingang J eines der Funktionsglieder 14 der Kaskadensteuerung K vorgegeben wird.
Der einfachste Systemfall ist derjenige der 5c. Das Ruckfenster hat die Breite T₀. Die Eigenzeit T_E ist kleiner als halb so groß wie T₀. In gleicher Weise gilt das, nur invers für die Frequenzen, die zu T₀ und zu T_E gehören.
Zum Zeitpunkt t₁ startet der Ruck mit Flanke und bleibt für T₀ gleich. Die Höhe welche der Ruck während dieser Zeitspanne einnimmt, kann mit verschiedenen Werten r₃, r₄ und r₅ versehen sein, jeweils gestaffelt ein Stück geringer. Die Veränderung des Ruckwerts wird hier mit Δr benannt. Symbolisiert ist in 5c daher eine sehr einfache Form einer vorgegebenen Ruckfunktion (r über der Zeit), die mit r(t) der Steuerung der Regelung zugeführt wird, um diese automatisiert oder selbsttätig zu beeinflussen.
Eine verbesserte Form der Veränderung des Rucks über der Zeit ist in 5b gezeigt. Hier verläuft der Ruck im Wesentlichen trapezförmig, mit ansteigender (geneigter) Flanke zum Zeitpunkt t₁, mit einer stationären Dauer und mit einer schrägen (nicht vertikalen) Flanke beim Abfallen zum Zeitpunkt t₂. Bis zum Zeitpunkt t₃ bleibt der Ruck konstant auf einem niedrigeren Niveau. Während dieser Zeitdauer T₃ wird das System mit einem kleineren Zeitfenster und einer konstanten Ruckamplitude r₆ beaufschlagt.
Bis zum Zeitpunkt t₄ steigt der Ruck erneut, auch hier mit einer Rampe und fällt ebenso mit einer Rampe zu t₅ ab, sodass die Gesamtdauer oder das Gesamtfenster des dritten Ruckabschnitts mit T₄ benannt werden kann. Der Ruck endet in diesem Zeitverlaufs-Diagramm mit dem Zeitpunkt t₅.
Sichtbar an dieser Situation ist, dass kein Benutzer durch einen Eingriff den Ruck oder seine Einstellung verändern musste, sondern über die Ruckfunktion j(t) eine selbsttätige Veränderung erfolgt, und zwar während des Betriebs einer (von angenommen mehreren möglichen) Achsen.
Dabei ist auch angenommen, dass sich während des Betriebs dieser Achse irgendetwas verändert hatte, was eine veränderte Dämpfung, eine veränderte Schwingung oder eine anderswie veränderte Eigenschaft des Systems hervorrief, die es erforderlich machte, mit einer Änderung des Rucks oder Ruckverlaufs zu reagieren, und zwar selbsttätig.
Besonders intelligent ist eine Vorausberechnung einer Schwingung des Systems, wie in den 5d und 5e weiter unten erläutert.
Hierfür kann das System sich aus Informationen bedienen, welche sich aus dem Betrieb der Bewegungsachse ergeben. Zum Beispiel wird eine Masse aufgelegt und es wird eine Masse entfernt. Ein anderes Beispiel ist das Ausschwenken eines Armes, welches eine veränderte Dämpfung und eine veränderte Eigenschwingung verursacht. Ein weiteres Element, welches über ein Lagersystem zum Multiplexer 38 finden kann, ist das Aufgreifen einer Last durch ein Regalbediengerät. Wird dieses Regalbediengerät sehr weit oben, nahe seinem oberen Ende mit einer Last beschickt, ändert sich die Eigenfrequenz, ändert sich die Schwingungsbereitschaft und es ändert sich auch die Dämpfung. All diese Werte können dadurch erkannt oder sozusagen gemessen werden, dass das der Akt des "Aufgreifens der Last" dem Multiplexer 38 zugeführt wird, der es passend an das Funktionsglied 40 weitergibt, welches daraus ein zugehöriges Rucksignal j(t) errechnet und der Steuerung 14 über den Eingang J zuführt.
Der Verlauf nach 5b kann ein solches Beispiel sein, muss aber nicht ausschließlich in dieser Form bedient werden. Der Ruck ist zunächst auf einem mittleren Niveau, sinkt dann während T₃ deutlich, um dann erneut anzusteigen und einen höheren Wert zu erreichen, als während der Dauer T₂.
5a ist ein noch weiteres Beispiel mit einem langen Ruckfenster T₁, beginnend zum Zeitpunkt t₁. Der Ruck kann auch nur blockförmig sein, wie 5c verdeutlichte, er kann aber auch eine Bahnform haben, beispielsweise eine geneigte vordere und hintere Flanke, sodass die Flanken nicht zu steil ausgeprägt sind. Sprünge und Wechsel der Steigungen machen einen Grund aus, dass das System zu schwingen beginnt oder zu Schwingungen zumindest angeregt wird. Kann der Sprung nach 5c verhindert werden, der sich zum Zeitpunkt t₁ ergibt, und wird er ersetzt durch einen Bahnverlauf gemäß 5a durch einen geringeren Sprung und eine Rampe n₇ hin zum Maximalwert r₇, links und rechts flankiert von zwei Rampen n₇ und n₈, so sind die Schwingungsneigungen geringer.
Diese Einstellung vermag die Zuführung des Rucksignals j(t) zu ermöglichen, auch während des Betriebs und immer angepasst an die Regelstrecke oder die Bahn, oder wie es allgemeiner genannt wird, die Bewegungsachse oder die Masse in dieser Bewegungsachse, welche zu bewegen ist.
5d zeigt einen gemessenen oder berechneten, auch als voraus berechneten Schwingungsverlauf in einer von zB. mehreren Achsen eines schwingungsfähigen Systems. Immer wenn eine (in 5d abgebildete) gemessene oder errechnete Schwingung einen hier gestrichelt eingezeichneten Maximalwert (oben oder unten) eine gegebene Zeitspanne lang nicht übersteigt (betragsmäßig unterschreitet oder nicht erreicht), ergibt sich das Folgende ...
Der zulässige (oder von der Steuerung zugelassene) Ruck j(t) wird eine Stufe erhöht, was sich aus 5e ergibt. Die "gegebene Zeitspanne" kann bspw. eine Abtastzeit T sein, in 5e als T₁₁, T₁₂, usw. bis T₁₈ eingezeichnet.
Deswegen ist j(T₁₂) > j(T₁₁). Die Änderung folgte daraus, dass während der gegebenen Zeitspanne T₁₁ die Grenzen a_max und –a_max nicht überschritten bzw. unterschritten worden sind. Dann wird für die gegebene Zeitspanne der Ruck erhöht.
Wenn das berechnete oder gemessene Signal (in dem Bespiel die Beschleunigung, es kann aber auch der Weg oder die Biegung etc. sein) dagegen einen zulässigen Grenzwert durchquert (übersteigt bei oberem und unterschreitet bei unterem Grenzwert) wird der Ruck reduziert, und zwar zunächst während des nächsten Abtastintervalls (die gegebene Zeitspanne). Wird das gemessene/berechnete Signal während der gegebenen Zeitspanne nicht durchquert, wird der Ruck erhöht (gesteigert). Es ergibt sich ...
j(T₁₅) ist der maximal zulässige Ruck für die Zeitspanne T₁₅, daraus ergibt sich folgender Ablauf für T₁₅ bis T₁₇ ... a_mess(T₁₄) > a_max → j(T₁₅) < j(T₁₄) a_mess(T₁₅) < a_max → j(T₁₆) > j(T₁₅) a_mess(T₁₆) > a_max → j(T₁₇) < j(T₁₆)
Generisch gesprochen ist es folgendermaßen. Übersteigt die berechnete oder gemessene Schwingungsamplitude eine definierte Grenze betragsmäßig (also a_mess(T₁₄) > |a_max|), dann wird der Ruck für das nächste Intervall (im Beispiel T₁₅) vermindert. Deswegen wird nach dem Zeitintervall T₁₄ und nach T₁₆ der Ruck vermindert.
In einer Variante kann der rechte, nach oben weisende Pfeil in T₁₈ auch eine Erhöhung des Rucks veranlassen, weil die vorherige Schwingung nicht die Grenzwerte erreichte; der Ruck j(T₁₈) ist aber hier nicht nachgestellt worden.
Folgende Aspekte können weiterhin eingefügt werden. Dies als Optionen im Rahmen der vorigen Darlegung ...

1. Der Ruck kann kontinuierlich statt in Sprüngen geändert werden.
2. Das Messsignal a_mess(t) kann auch ein Weg oder eine Biegung oder ein Drehmoment sein.
3. Das Messsignal a_mess(t) kann mit Hilfe einer Berechnung ermittelt werden, auch im Wege einer Vorausberechnung, s.u.
4. Das Messsignal a_mess(t) wird ein Stück in die Zukunft berechnet, zB. eine oder zwei oder mehrere Abtastintervalle. Bevor die so im Voraus erfasste Schwingung wirklich zu groß wird, kann der Ruck bereits limitiert oder herab gesetzt worden sein.
5. Der Ruck kann beim Beschleunigen anders als beim Bremsen eingestellt werden. Es können für beide Änderungen der Beschleunigung andere Grenzwerte a_max und –a_max eingesetzt werden.
6. Es können mehrere Schwingungen so ausgewertet werden, dass Mittelwerte der Amplituden gebildet werden, und keine Einzelereignisse ausgewertet sind. Dies bei der Vorausberechnung als Prognose oder Extrapolation der schon bekannten Ereignisse. Das Ansteigen der Maximalwerte in 5d in den Intervallen T₁₁ bis T₁₃ hätte bei einer bspw. linearen Vorausberechnung (Extrapolation erster Ordnung) eine höhere Amplitude als a_max während T₁₄ ergeben.

6 zeigt ein anderes Funktionsglied 41, welches auch einen Ruck über die Signalübertragung 48' zu dem Eingang J der 7 führt. Das Ausgangssignal 48 von Funktionsglied 51 wird errechnet oder berechnet, gestützt auf Eingangswerte und optional gestützt auf einen Modus-Wahlschalter 45.
Als Eingangswert kann die eigene Frequenz f_E verwendet werden, eingespeist am Eingang 44. Es kann ebenfalls die maximale Beschleunigung verwendet werden a_max, eingespeist am Eingang 43. Ebenso kann das maximale Drehmoment M_max am Eingang 42 eingespeist werden. Es ergibt sich durch Berechnung in dem Funktionsglied 41 einen für den aktuellen Zeitpunkt geltender Ruckwert r(t), der dem Eingang J aus 7 zugeführt wird.
Eine andere Berechnungsart eines Rucks erfolgt über die Eigenfrequenz und des Drehmoment am Eingang 46 des Funktionsglieds 41'. Sein Ausgang 48 trägt ein Rucksignal j(t) und führt über die Signalübertragung, beispielsweise Leitung, Draht, Leiterplatte oder ein Lichtleiter zu dem Eingang J der 7.
7 veranschaulicht ein Systembaustein, der aus einem PLC open entnommen ist. Er ist eine Schnittstelle und nimmt eine Vielzahl von Signalen auf, die er passend einem Steuersystem und Regelsystem zuführt, das hier mit 910 bezeichnet ist.
Eine andere Betriebsweise ist die Achsdatensteuerung. Hier kann das Verfahren auch eingesetzt werden, symbolisiert durch 92, die AxesREF.
Zunächst soll ohne Achsdaten-Struktur umschrieben werden.
Das Rucksignal am Ausgang 48 über die Signalübertragung 48' gelangt an den Eingang J. Hier definiert es zu jedem Zeitpunkt einen Wert, der sich auch von selbst zu verändern vermag, wenn die Systemumgebung sich verändert beispielsweise eine andere Eigenfrequenz vorliegt, oder eine andere Dämpfung durch Veränderung des Ladezustands gegeben ist.
Die Schnittstelle 90 dient der Zuführung der Eingangssignale die auf der linken Seite dargestellt sind und die Ausgabe der Ausgangssignale, die den Systemzustand kennzeichnen. Hier wird die Steuerung oder Regelung über die Schnittstelle standardisiert.
Zu den Standards gehört auch das Rucksignal, welches entweder gar nicht oder vom Benutzer mehr oder weniger zufällig legt wurde oder wird, und anschließend keine Beachtung mehr findet.
Die Beispiele, welche hier umschrieben sind und insbesondere diejenigen der 6 und 6a zeigen, wie dieser Ruckeingang J so verwendet werden kann, dass das System zu jeder Zeit eindeutig definiert ist, und zwar auch mit Blick auf diese wichtige Größe des Bewegungsverlaufs.
8a verdeutlicht die Verwendung des zugeführten Rucksignals r oder j im Rahmen einer Regelung. Es gibt einen Sollwert für einen Ruck, der von einem Regelglied 12 vorgegeben ist, als Beschleunigungsregler mit einem Sollwert und einem Istwert voraus, einer Regeldifferenz und einer Stellgröße, die sich als Vorgabe für den Ruck und seinen Sollwert r_soll ergibt, abgezogen wird der Istwert des Rucks, der auch wegfallen kann. Alternativ kann der Sollwert des Rucks auch als Vorsteuerung verwendet werden, am Ausgang des Reglers 48'', und gesteuert auf den Umrichter 15, der den Motor 20x antreibt. Im Beispiel der 8a sind mehrere Massen, die angetrieben werden können, symbolisiert. Eine verschobene Masse m3, eine auf Rollen bewegte Masse m1 und eine drehbare Masse m2, weil auch Drehbewegung im beschriebenen Sinne eine Bewegungsachse darstellen, die hier aber nicht geradlinig sind, wie die Bewegungsachsen x, y, z.
Grade bei Bewegungsachsen können sich veränderte Drehmomente ergeben, aber auch veränderte Dämpfungen, wenn sich das Lager verändert oder die Schmierung eines Lagers verändert. Es kann durchaus Stellen von Armen oder Greifern auf der Drehbewegten Masse m2 auch in der Veränderung von Eigenfrequenzen die Folge sein.
8b zeigt die Verwendung des Rucksignals r(t) als ein Maximalsignal r_max. Das tatsächliche Rucksignal r_ist, hier Ausgang eines Regelungsglieds 48"', angesteuert von einem Sollwert r_soll, wird begrenzt. Diese Begrenzung 49 ist eine bevorzugte Möglichkeit der Aufnahme des Ruckwertes, der von dem Funktionsglied 40 vorgegeben wird und über die Signalleitung dem Baustein 48"' zugespeist wird.
9 zeigt drei verschiedene Zuführungen für Rucksignale j_x(t), und in gleich Weise für die y-Bewegungsachse und die z-Bewegungsachse. Die jeweils aus 7 entnommene Schnittstelle 90 wird verdreifacht und gibt eine Schnittstelle 90x für die x-Bewegungsachse, eine Schnittstelle 90y für die y-Bewegungsachse und eine solche Schnittstelle 90z für die z-Bewegungsachse.
Alle drei Bewegungsachsen können dabei eigene Führungsgrößen für das Rucksignal haben, jeweils über der Zeit. Sie müssen nicht alle gleichzeitig den jeweiligen Eingang J ansteuern, sondern können auch 0 sein, müssen dann aber eine Amplitude aufweisen, wenn die Bewegungsachse für eine Bewegung aktiviert werden soll. Auch hierfür kann die Zuführung des Rucksignals verwendet werden. Wird sie auf null gesteuert, ist für diese Bewegungsachse keine Bewegungsänderung möglich.
Mit Blick zurück auf das Funktionsglied 41 von 6 war der Modus-Eingang 45 noch zu erläutern. Hier können zwei oder drei verschiedene Modi eingestellt werden, wie der Ruck am Ausgang 48 aus den Eingangsgrößen 42, 43 und 44, berechnet wird.
Der Modus A kann langsam sein, also dem maximalen Ruck angepasste Beschleunigung. Ein Modus C kann schnell sein, eine höhere Beschleunigung und ein größerer zulässiger Ruck. Es kann ein dritter Modus hinzutreten, der über den Eingang 45 angewählt werden kann, die Mittelmäßigkeit, also die mittlere Anpassung des Rucks auf keinen maximalen und keinen minimalen Wert. Auch durch diese Wahl kann das Verhalten der Bewegungsachse über den Eingang J verändert werden und zwar das Schwingungsverhalten und die Sanftheit der Bewegung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10063722 C2 [0004]
DE 10200680 B4 [0005]

Claims

Verfahren der Steuerung einer mechanischen Anlage mit mindestens einem ersten Antrieb (15, 20x), der zumindest ein bewegbares Massenelement (m_x) in einer ersten Achse als Bewegungsachse (x) bewegt, insbesondere gesteuert verfährt, – wobei die Anlage oder das Massenelement (m_x) in der ersten Bewegungsachse eine kleinste Eigenfrequenz (f_x0) oder eine größte Eigenzeit (T_x0) aufweist; – der erste Antrieb (20x) von einer Steuerung oder Regelung (9, 10, 11, 14) angesteuert wird; – der Ruck als ein Signal (j(t)) zeitlich fortlaufend von einem Funktionsglied (40, 41) errechnet oder bestimmt wird, dies aufgrund von veränderlichen Systemgrößen der mechanischen Anlage, die Einfluss auf die zumindest eine Bewegungsachse (x) nehmen, von welchen Systemgrößen zumindest eine als Eingangsgröße das Funktionsglied (40, 41) speist; – die Steuerung oder Regelung das Rucksignal (j_x(t)) zugeführt erhält, welches den Ruck als erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung (a_x(t)) in der ersten Bewegungsachse (x) selbstständig vorgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ruck als Grenzwert oder Maximalwert vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ruck als Sollwert oder als Vorsteuerung vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerung der Regelung oder Steuerung (9, 10, 11, 14) so erfolgt, dass in der ersten Bewegungsachse (x) kein zeitlich kürzerer, zusammenhängender positiver oder negativer Ruckabschnitt (j(t)) anliegt, als die doppelte Eigenzeit der ersten Bewegungsachse (x), oder eine Grundfrequenz des Rucksignals (j(t)) unterhalb der kleinsten Eigenfrequenz (f_x0) der ersten Bewegungsachse (x) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Regelung oder Steuerung eine Kaskadensteuerung (K) ist, mit unterlagerten Regelkreisen, unter denen sich eine Geschwindigkeits-Regelung (11) und/oder eine Beschleunigungs-Regelung (12) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, wobei die Regelung oder Steuerung einen unterlagerten Regelkreis (48"') für den Ruck aufweist, dem als Sollwert oder als Vorsteuerung oder als Begrenzung seines Ausgangssignals das Ausgangssignal (j(t)) des Funktionsglieds (40) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zuführung des Rucks als Signal (j(t)) von einem Auswahl-Funktionsglied (38) beeinflusst oder einem Berechnungs-Funktionsglied (40, 41) erfolgt, um das Signal einem Eingang (J) einer standardisierten Schnittstelle (90) vorzugeben.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Standard eine PLC open Motion-Control-Steuerung ist (90, 91).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zuführung des Rucks als Signal automatisiert über ein leitfähiges Übertragungsglied erfolgt (48').
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Signal des Rucks für die Bewegung der Betriebsachse (x) sich während der Bewegung der Betriebsachse verändert, über die Zuführung an einem Ruckeingang (J) der Bewegungssteuerung (90, 91) und veranlasst von einer Änderung zumindest einer Systemgröße der mechanischen Anlage.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Signal des Rucks vor Beginn einer Bewegung der Bewegungsachse (x) automatisiert eingestellt wird, über das Rucksignal (j(t)) und (den von diesem gespeisten Ruckeingang (J) einer Bewegungssteuerung (90).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Funktionsglied (40, 41, 41a) aus – über der Zeit veränderbaren – Systemgrößen (F_E, D) ein aktuelles Schwingverhalten der Bewegungsachse oder der Masse in der Bewegungsachse erfasst, und über einen Eingang (J) einen dazu passenden Ruckwert der Steuerung oder Regelung (9, 10, 11, 14) oder der standardisierten Schnittstelle (90) als Signal zuführt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei während einer Bewegung, anlässlich einer Änderung eines aktuellen Schwingverhaltens der Bewegungsachse (x) oder einer Masse in der Bewegungsachse (x) eine Anpassung des zugeführten Rucksignals der Höhe nach erfolgt, berechnet oder zumindest beeinflusst von dem Funktionsglied (40, 41).
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Rucksignal (j(t)) ein dauernd anliegendes Signal ist, welches sich der Höhe nach, der Länge eines Ruckabschnitts nach oder dem Verlauf über der Zeit nach zwischen unterschiedlichen Amplituden verändert, insbesondere automatisiert verändert.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein physischer Eingang einer Motion-Control-Steuerung als Ruckeingang (J) mit dem Signal des Rucks gespeist wird, was automatisiert einen Ruckwert für die Steuerung einstellt und die Steuerung diesen eingestellten Wert über die standardisierte Schnittstelle (90) übernimmt und aufnimmt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei keine manuellen Einstellungen für die Vorgabe des Rucks von einer menschlichen Person erfolgen.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Signal des Rucks kein Gleichsignal ist, sondern von Eigenschaften der zumindest einen Bewegungsachse (x) abhängt, insbesondere in seiner Amplitude.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei als Systemgrößen der mechanischen Anlage zur Speisung des Funktionsglieds (40, 41) eine oder mehrere der folgenden primären Systemgrößen verwendet werden Eigenfrequenz, maximale Beschleunigung, (maximales) Drehmoment des Antriebs; oder Eigenfrequenz, Dämpfung in der Bewegungsachse, insbesondere auch maximale Beschleunigung; insbesondere unter Hinzunahme eines Modus-Signals (45).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Rucksignal für eine jeweilige Bewegungsachse vorgegeben wird, insbesondere eigenständige Rucksignale (j_x(t), j_y(t), j_z(t)) an eigenständige Steuerungen oder Regelungen von eigenständigen Bewegungsachsen zugeführt werden und zumindest zwei, bevorzugt drei eigenständige Bewegungsachsen (x, y, z) bestehen.
Steuerungseinrichtung für eine mechanische Anlage mit mindestens einem ersten Antrieb (15, 20x), der zumindest ein bewegbares Massenelement (m_x) in einer ersten Achse als Bewegungsachse (x) gesteuert verfahrbar macht, die Steuerungseinrichtung – mit einem Funktionsglied (40, 41), das eigenständig einen Ruckwert als Begrenzung (49) in einer Systemsteuerung (K, 90) durch eine Signalübertragung (48, 48') vorgibt; – wobei die Anlage oder das Massenelement (m_x) in der ersten Bewegungsachse eine kleinste Eigenfrequenz (f_x0) oder eine größte Eigenzeit (T_x0) aufweist, die sich im Laufe eines Verfahrbetriebs in der Bewegungsachse (x) verändert.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 20, wobei der Ruck als ein Signal (j(t)) zeitlich fortlaufend von dem Funktionsglied (40, 41) errechnet oder bestimmt wird, dies aufgrund einer veränderlichen Systemgröße der mechanischen Anlage, die Einfluss auf die zumindest eine Bewegungsachse (x) nimmt, von welchen Systemgrößen zumindest eine als Eingangsgröße das Funktionsglied (40, 41) speist.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 20, wobei die Steuerung oder Regelung ein Signal (j_x(t)) zugeführt erhält, welches den Ruck als erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung (a_x(t)) in der ersten Bewegungsachse (x) eigenständig oder selbsttätig vorgibt.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 20, wobei das Funktionsglied (40, 41) ein Objekt einer Achsdatensteuerung ist (92) einer standardisierten Schnittstelle (90) für eine Bewegungssteuerung ist.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 20, wobei die Systemsteuerung (K, 90) ein standardisiertes Steuersystem der Bewegungssteuerung ist, insbesondere ein PLC open Bauelement.
Steuerungseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche 20 bis 24, wobei dem Funktionsglied (40, 41) über einen Modus-Eingang (45) zumindest zwei, bevorzugt drei verschiedene Arten der Berechnung des Rucksignals am Ausgang (49) einstellbar ist, insbesondere eine oder mehrere der folgenden Berechnungsarten – langsam, mit einer dem maximal zulässigen Ruck angepassten, gedämpften Beschleunigung; – mittel, bei einem normalen Betrieb der Bewegungsachse; – schnell, mit einem größeren zugelassenen Ruck für höhere Beschleunigung.
Steuerungseinrichtung oder Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine erfasste, insbesondere berechnete Erhöhung der – in einer der Bewegungsachsen (x) vorliegenden – Dämpfung (D), aus welchem Grund auch immer, eine betragsmäßige Erhöhung einer Amplitude des Rucksignals (j(t)) am Ausgang des Funktionsglied (40, 41, 41', 40b) zur Folge hat, die wiederum automatisch dem Ruckeingang (J) zugeführt wird.
Steuerungseinrichtung oder Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein in der Standard-Schnittstelle (90) der Bewegungsfunktion PLC open verwendeter, insbesondere vorgegebener trapezförmiger Verlauf oder dreieckförmiger Verlauf des Rucks über der Zeit in seinem Maximalwert über das Rucksignal (j(t)) am Ruckeingang (J) veränderbar ist oder verändert wird, auch während einer Bewegung der Masse in der zumindest einen Bewegungsachse (x).
Steuerungseinrichtung oder Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei zumindest ein Messsignal auf der oder von der Bewegungsachse (x) zu dem Funktionsglied (40, 41, 40a) geführt wird, und dieses Funktionsglied erfasst, insbesondere berechnet, ob eine Schwingung in der Bewegungsachse (x) vorliegt, welche über eine zugelassene Amplitude hinausgeht, um dann die Amplitude des Rucksignals zu reduzieren.
Einrichtung oder Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei über zumindest ein gemessenes Signal eine Bestimmung, insbesondere Berechnung, erfolgt, ob auf der Bewegungsachse eine Schwingung liegt, und eine Reduzierung einer Amplitude des Rucksignals erfolgt, welche dem Eingang (J) der Regelung oder Steuerung zugeführt wird oder zuführbar ist, um die Schwingung aktiv zu dämpfen.
Einrichtung oder Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei in dem Funktionsglied (40, 41, 41') eine Vorstufe eines Rucks berechnet wird und über die Modusauswahl (45) die Vorstufe mit einem Faktor gewichtet wird, der das Ausgangssignal als Rucksignal ergibt, wobei der Faktor 1 für die mittlere Betriebsweise, größer 1 ist für die schnelle Betriebsweise und kleiner 1 (eins) ist, aber größer 0 (null) für die langsame Betriebsweise.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 1 bis 19, wobei eine erfasste, insbesondere berechnete Erhöhung der – in einer der Bewegungsachsen (x) vorliegenden – Dämpfung (D), aus welchem Grund auch immer, eine betragsmäßige Erhöhung einer Amplitude des Rucksignals (j(t)) am Ausgang des Funktionsglied (40, 41, 41', 40b) zur Folge hat, die wiederum automatisch dem Ruckeingang (J) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die erfasste Erhöhung eine berechnete Erhöhung der – in der Bewegungsachsen (x) vorliegenden – Dämpfung (D) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die veränderlichen Systemgrößen der mechanischen Anlage sich über der Zeit verändern.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 1 bis 19, wobei der Ruck zeitdiskret vorgegeben wird und für ein nächstes Intervall (T₁₅) vermindert wird, wenn eine berechnete oder gemessene Schwingungsamplitude der Bewegungsachse eine definierte Grenze betragsmäßig (a_mess(T₁₄) > |a_max|) in einem zuvor liegenden Intervall (T₁₄) überschritten hat.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 1 bis 19 oder Anspruch 34, wobei der Ruck zeitdiskret vorgegeben wird und für ein nächstes Intervall (T₁₄) erhöht wird, wenn eine berechnete oder gemessene Schwingungsamplitude der Bewegungsachse in einem zuvor liegenden Intervall (T₁₃) eine definierte Grenze betragsmäßig (a_mess(T₁₃) < |a_max|) nicht überschritten hatte.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 34 oder 35, wobei der Ruck zeitdiskret vorgegeben wird und sich das Erhöhen oder Reduzieren des Rucks für ein kommendes Intervall (T₁₇) aus dem Durchschreiten oder dem fehlenden Durchschreiten in einem oder in genau dem vorhergehenden Intervall (T₁₆) entsprechend ergibt.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 34 bis 36, wobei die berechnete Schwingungsamplitude der Bewegungsachse eine voraus berechnete Schwingungsamplitude ist, insbesondere eine zumindest ein Intervall (T₁₁) in die Zukunft extrapolierte Schwingungsamplitude ist.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 34 bis 37, wobei der Ruck kontinuierlich und nicht in Sprüngen geändert wird.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 34 bis 38, wobei das Messsignal a_mess(t) ein Weg oder eine Biegung oder ein Drehmoment ist.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 34 bis 39, wobei der Ruck beim Beschleunigen anders als beim Bremsen eingestellt wird, insbesondere für beide Änderungen der Beschleunigung andere Grenzwerte (a_max; –a_max) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorigen Verfahrensansprüche 34 bis 40, wobei mehrere Schwingungen so ausgewertet werden, dass Mittelwerte der Amplituden gebildet werden, dies bei der Vorausberechnung als Prognose oder Extrapolation von schon bekannten Ereignissen.
Verfahren der Steuerung einer mechanischen Anlage mit mindestens einem ersten Antrieb (15, 20x), der zumindest ein bewegbares Massenelement (m_x) in einer ersten Achse als Bewegungsachse (x) bewegt, insbesondere gesteuert verfährt, – wobei die Anlage oder das Massenelement (m_x) in der ersten Bewegungsachse eine kleinste Eigenfrequenz (f_x0) oder eine größte Eigenzeit (T_x0) aufweist; – der erste Antrieb (20x) von einer Steuerung oder Regelung (9, 10, 11, 14) angesteuert wird; – die Steuerung oder Regelung ein Rucksignal (j_x(T)) zugeführt erhält, welches den Ruck als erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung (a_x(t)) in der ersten Bewegungsachse (x) selbstständig vorgibt; – der Ruck als ein Signal (j(T)) zeitdiskret vorgegeben wird und sich das Erhöhen oder Reduzieren des Rucksignals für ein kommendes Intervall (T₁₇) aus dem Durchschreiten oder dem fehlenden Durchschreiten eines Grenzwerts (a_max) von oder durch eine Schwingungsamplitude (a_mess) in einem oder in dem genau vorhergehenden Intervall (T₁₆) entsprechend ergibt.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei der Ruck zeitdiskret für ein nächstes Intervall (T₁₅) vermindert wird, wenn die berechnete oder gemessene Schwingungsamplitude der Bewegungsachse den definierten Grenzwert betragsmäßig (a_mess(T₁₄) > |a_max|) in einem zuvor liegenden Intervall (T₁₄) überschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, wobei der Ruck für ein nächstes Intervall (T₁₄) erhöht wird, wenn eine berechnete oder gemessene Schwingungsamplitude der Bewegungsachse in einem zuvor liegenden Intervall (T₁₃) eine definierte Grenze betragsmäßig (a_mess(T₁₃) < |a_max|) nicht überschritten hatte.