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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servoregelungsvorrichtung zum Regeln eines Servomotors, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Servoregelungsvorrichtung, die Regelung durchführt, wenn ein angetriebenes Objekt mittels einer Vielzahl von Servomotoren angetrieben wird.
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Verwandte Technik
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Bei einem Antriebsmechanismus für verschiedenartige Maschinen, wie beispielsweise Roboter, Werkzeugmaschinen, Spritzgießmaschinen und Pressmaschinen, ist herkömmlicherweise Tandemregelung in den Fällen, in denen ein großes angetriebenes Objekt als ein Bewegungsobjekt nicht von einem einzelnen Servomotor zum Antreiben der Bewegungsachse beschleunigt oder abgebremst werden kann, oder in den Fällen eingesetzt worden, in denen ein angetriebenes Objekt aufgrund eines großen Spiels zwischen dem angetriebenen Objekt und den Maschinenelementen eines Überführungsmechanismus, der mit der Antriebsachse des Motors verbunden ist, nicht in einem stabilen Zustand bewegt werden kann. Bei einer derartigen Tandemregelung wird einer Vielzahl von Servomotoren ein Bewegungs-Befehl erteilt, und ein angetriebenes Objekt wird über die Vielzahl von Servomotoren angetrieben. Dadurch kann ein großes angetriebenes Objekt angetrieben werden, oder ein angetriebenes Objekt kann in einem stabilen Zustand bewegt werden.
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Bei derartiger Tandemregelung arbeitet ein beliebiger der Vielzahl von Servomotoren als ein Haupt-Servomotor, der eine Antriebsachse hat, die als eine übergeordnete Achse dient, die mit einem Überführungsmechanismus verbunden ist (im Folgenden gegebenenfalls als „Servomotor der übergeordneten Seite” bezeichnet), und die anderen Servomotoren arbeiten als Neben-Servomotoren, die eine Antriebsachse haben, die als eine untergeordnete Achse dient, die mit dem Überführungsmechanismus verbunden ist (im Folgenden gegebenenfalls als „Servomotor der untergeordneten Seite” bezeichnet). In diesem Fall ist es, wenn jeder Servomotor der übergeordneten Seite und der untergeordneten Seite Beschleunigung oder Abbremsung beispielsweise deswegen wiederholt, weil jeder Servomotor Geschwindigkeits-Rückkopplung zu unterschiedlicher Zeit empfängt, möglich, dass Integral-Werte von Integral-Elementen von Geschwindigkeitsregelungs-Einheiten der Servomotoren voneinander abweichen. So kann, wenn die Integral-Werte der Servomotoren voneinander abweichen, die Regelbarkeit der Servomotoren beeinträchtigt werden und ein Befehl für zu starkes Drehmoment erteilt werden, so dass sich die Servomotoren möglicherweise überhitzen.
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In Patentdokument 1 ist Technologie zum Lösen dieses Problems offenbart worden. Mit der in Patentdokument 1 offenbarten Technologie wird Regelung so durchgeführt, dass ein Integral-Wert eines Geschwindigkeits-Integrators der untergeordneten Seite identisch mit einem Integral-Wert eines Geschwindigkeits-Integrators der übergeordneten Seite ist. Das heißt, ein Drehmoment-Befehlswert für den Servomotor der übergeordneten Seite und ein Drehmoment-Befehlswert für den Servomotor der untergeordneten Seite werden unter Verwendung eines Integral-Wertes von Geschwindigkeits-Abweichung erzeugt, die die Differenz zwischen dem Geschwindigkeits-Befehlswert und der Geschwindigkeit des Servomotors der übergeordneten Seite ist. So kann das Problem der Abweichung zwischen Integral-Werten der Servomotoren gelöst werden. Wenn jedoch die Integral-Werte der Geschwindigkeits-Integratoren der übergeordneten Seite und der untergeordneten Seite auf diese Weise konstant identisch miteinander sind, d. h., hauptsächlich der Servomotor der untergeordneten Seite angetrieben wird und damit Beschleunigung des Servomotors der übergeordneten Seite einen negativen Wert annimmt, nimmt Positions-Abweichung zwischen dem Positions-Befehlswert und der Position des Servomotors zu, was sich nachteilig auf die Regelung der Servomotoren auswirkt und zu instabiler Regelung führt.
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In Patentdokument 2 ist Technologie offenbart worden, die eine weitere Verbesserung hinsichtlich dieses Nachteils darstellt. Um das Problem zu lösen, das auftritt, wenn hauptsächlich der Servomotor der untergeordneten Seite angetrieben wird, wird bei der in Patentdokument 2 offenbarten Technologie einer der Geschwindigkeits-Integratoren der übergeordneten Seite und der untergeordneten Seite entsprechend der Richtung der Beschleunigung ausgewählt, so dass der Integral-Wert des ausgewählten Geschwindigkeits-Integrators identisch mit dem Integral-Wert des anderen Geschwindigkeits-Integrators ist. Das heißt, die Vorlage zum Kopieren des Integral-Wertes wechselt je nach der Richtung der Beschleunigung zwischen der übergeordneten Seite und der untergeordneten Seite. Dadurch kann, wenn hauptsächlich der Servomotor der untergeordneten Seite angetrieben wird, der Integral-Wert des Geschwindigkeits-Integrators des Servomotors der übergeordneten Seite identisch mit dem Integral-Wert des Geschwindigkeits-Integrators des Servomotors der untergeordneten Seite sein, und das Problem, das aufgrund der in Patentdokument 1 offenbarten Konfiguration auftritt, kann gelöst werden.
- Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 3537416
- Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 5642848
- Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2009-83074
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Beim Einsatz der in Patentdokument 2 usw. offenbarten Technologie können, wie oben dargelegt, die Integral-Werte der Geschwindigkeits-Integratoren der übergeordneten Seite und der untergeordneten Seite je nach der Richtung der Beschleunigung konstant identisch miteinander sein. Jedoch kann, wenn die Integral-Werte auch beim Durchführen von Bewegung mit schneller Beschleunigung oder Abbremsung konstant identisch miteinander sind und die Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen dem angetriebenen Objekt und der Achse der übergeordneten Seite sowie der Achse der untergeordneten Seite gering ist, das angetriebene Objekt elastisch verformt werden, wodurch es zu Problemen, wie beispielsweise „Durchbiegung” oder „Torsion” des angetriebenen Objektes, kommt und keine angemessene Regelung des angetriebenen Objektes mehr möglich ist, so dass ein anderer Nachteil auftritt.
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Angesichts dessen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Servomotor-Regelungsvorrichtung zu schaffen, mit der ein Integral-Wert eines Geschwindigkeits-Integrators angepasst werden kann und gleichzeitig die Regelbarkeit in Bezug auf ein angetriebenes Objekt aufrechterhalten wird.
- 1) Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht einer Servoregelungsvorrichtung (z. B. einer weiter unten beschriebenen Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100), die Regelung zum Antreiben eines angetriebenen Objektes (z. B. eines weiter unten beschriebenen angetriebenen Objektes 8) mittels eines Motors einer übergeordneten Achse (z. B. eines weiter unten beschriebener ersten Servomotors 6-1) an einer übergeordneten Achse und eines Motors einer untergeordneten Achse (z. B. eines weiter unten beschriebenen zweiten Servomotors 6-2) an einer untergeordneten Achse durchführt, wobei die Vorrichtung eine Differenzberechnungs-Einheit (z. B. ein weiter unten beschriebener Subtrahierer 31), die eine Differenz zwischen einem Integral-Wert von Geschwindigkeits-Abweichung der übergeordneten Achse und einem Integral-Wert von Geschwindigkeits-Abweichung der untergeordneten Achse berechnet, eine Filter-Einheit (beispielsweise ein weiter unten beschriebenes Tiefpassfilter 32), die Filtern der Differenz mittels eines Tiefpassfilters durchführt, sowie eine Addier-Einheit (z. B. einen weiter unten beschriebenen Addierer 33) enthält, die ein Ergebnis des Filterns zu dem Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der untergeordneten Achse addiert, wobei ein Strom-Befehl zum Antreiben des Motors der übergeordneten Achse für die übergeordnete Achse unter Verwendung des Integral-Wertes der Geschwindigkeits-Abweichung der übergeordneten Achse berechnet wird und ein Strom-Befehl zum Antreiben des Motors der untergeordneten Achse für die untergeordnete Achse unter Verwendung eines Integral-Wertes nach Addition mittels der Addier-Einheit berechnet wird.
- 2) Die Servoregelungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann des Weiteren eine Regelungs-Einheit der übergeordneten Achse (z. B. einen Subtrahierer 11, einen Integrator 12, einen Verstärker 13 mit proportionaler Verstärkung, einen Verstärker 14 mit integraler Verstärkung sowie einen Addierer 15, die weiter unten beschrieben werden), die dem Motor der übergeordneten Achse entspricht, wobei die Regelungs-Einheit der übergeordneten Achse Geschwindigkeits-Abweichung des Motors der übergeordneten Achse, die der Regelungs-Einheit entspricht, auf Basis eines Geschwindigkeits-Befehls, der für die übergeordnete Achse und die untergeordnete Achse gleich ist, sowie Geschwindigkeits-Rückkopplung des Motors der übergeordneten Achse berechnet, die der Regelungs-Einheit entspricht, und die Regelungs-Einheit der übergeordneten Achse eine Summe eines Wertes, der ermittelt wird, indem eine proportionale Verstärkung mit der berechneten Geschwindigkeits-Abweichung multipliziert wird, und eines Wertes, der ermittelt wird, indem eine integrale Verstärkung mit einem Integral-Wert multipliziert wird, der ermittelt wird, indem die berechnete Geschwindigkeits-Abweichung integriert wird, als einen Strom-Befehl zum Antreiben der übergeordneten Achse berechnet, die der Regelungs-Einheit entspricht, sowie eine Regelungs-Einheit der untergeordneten Achse enthalten (z. B. einen Subtrahierer 21, einen Integrator 22, einen Verstärker 23 mit proportionaler Verstärkung, einen Verstärker 24 mit integraler Verstärkung und einen Addierer 25, die weiter unten beschrieben werden), die dem Motor der untergeordneten Achse entspricht, wobei die Regelungs-Einheit der untergeordneten Achse Geschwindigkeits-Abweichung des Motors der untergeordneten Achse, die der Regelungs-Einheit entspricht, auf Basis eines Geschwindigkeits-Befehls, der für die übergeordnete Achse und die untergeordnete Achse gleich ist, sowie Geschwindigkeits-Rückkopplung des Motors der untergeordneten Achse berechnet, die der Regelungs-Einheit entspricht, und die Regelungs-Einheit der untergeordneten Achse eine Summe eines Wertes, der ermittelt wird, indem eine proportionale Verstärkung mit der berechneten Geschwindigkeits-Abweichung multipliziert wird, und eines Wertes, der ermittelt wird, indem eine integrale Verstärkung mit einem Integral-Wert nach Addition mittels der Addier-Einheit multipliziert wird, als einen Strom-Befehl zum Antreiben der untergeordneten Achse berechnet, die der Regelungs-Einheit entspricht.
- 3) Bei der Servoregelungsvorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt kann die untergeordnete Achse N untergeordnete Achsen (N ist eine natürliche Zahl, die 2 oder mehr beträgt) enthalten, die Differenzberechnungs-Einheit, die Filter-Einheit und die Addier-Einheit können jeweils N Einheiten enthalten, die den N untergeordneten Achsen entsprechen, wobei jede der N Differenzberechnungs-Einheiten eine Differenz zwischen dem Integral-Wert der übergeordneten Achse und dem Integral-Wert der untergeordneten Achse berechnen kann, die der Differenzberechnungs-Einheit entsprechen, jede der N Filter-Einheiten Filtern der Differenz in Bezug auf die untergeordnete Achse, die der Filter-Einheit entspricht, mittels eines Tiefpassfilters durchführen kann, jede der N Addier-Einheiten ein Ergebnis des Filterns der untergeordneten Achse, die der Addier-Einheit entspricht, zu dem Integral-Wert der untergeordneten Achse addieren kann, die der Addier-Einheit entspricht, so dass ein Strom-Befehl zum Antreiben des Motors der untergeordneten Achse für jede der N untergeordneten Achsen unter Verwendung eines Integral-Wertes nach Addition mittels der Addier-Einheit berechnet werden kann, die der untergeordneten Achse entspricht.
- 4) Vorzugsweise kann die Servoregelungsvorrichtung gemäß dem ersten bis dritten Aspekt des Weiteren eine Schätz-Einheit (eine weiter unten beschriebene Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen) enthalten, die Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der übergeordneten Achse und der untergeordneten Achse schätzt, wobei eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf Basis eines Ergebnisses der Schätzung der Schätz-Einheit angepasst werden kann.
- 5) Bei der Servoregelungsvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt ist es des Weiteren vorzugsweise möglich, dass die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters so angepasst wird, dass sie hoch ist, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der übergeordneten Achse und der untergeordneten Achse hoch ist, und die Grenzfrequenz so angepasst wird, dass sie niedrig ist, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der übergeordneten Achse und der untergeordneten Achse niedrig ist.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Servomotor-Regelungsvorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, einen Integral-Wert eines Geschwindigkeits-Integrators anzupassen, wobei gleichzeitig die Regelbarkeit in Bezug auf ein angetriebenes Objekt aufrechterhalten wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm, das einen Gesamtaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Geschwindigkeitsregelungs-Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktion einer übergeordneten Achse gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktion einer untergeordneten Achse gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 ist ein Blockdiagramm, das einen Gesamtaufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Geschwindigkeitsregelungs-Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist ein Blockdiagramm, das einen Gesamtaufbau gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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8 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Geschwindigkeitsregelungs-Einheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden drei Ausführungsformen als Beispiel für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die drei Ausführungsformen werden im Folgenden im Überblick beschrieben. Eine erste Ausführungsform ist eine Ausführungsform, bei der ein angetriebenes Objekt mittels einer übergeordneten Achse und einer untergeordneten Achse angetrieben wird. Des Weiteren ist eine zweite Ausführungsform eine Ausführungsform, bei der ein angetriebenes Objekt mittels einer übergeordneten Achse und einer Vielzahl untergeordneter Achsen angetrieben wird, d. h., mit einer größeren Anzahl untergeordneter Achsen. Weiterhin ist eine dritte Ausführungsform eine Ausführungsform, die zusätzlich mit einer Funktion zum Anpassen eines Tiefpassfilters auf Basis eines Ergebnisses von Schätzung der Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen einem angetriebenen Objekt und beiden Achsen einer Seite der übergeordneten Achse und einer Seite der untergeordneten Achse versehen ist.
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Erste Ausführungsform
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Zunächst wird eine erste Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform enthält, wie in 1 dargestellt, eine Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1, eine Positionsregelungs-Einheit 2, eine Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100, eine erste Stromregelungs-Einheit 3-1, einen ersten Stromverstärker 4-1, einen ersten Geschwindigkeits-Detektor 5-1, einen ersten Servomotor 6-1, einen ersten Überführungsmechanismus 7-1, eine zweite Stromregelungs-Einheit 3-2, einen zweiten Stromverstärker 4-2, einen zweiten Geschwindigkeits-Detektor 5-2, einen zweiten Servomotor 6-2, einen zweiten Überführungsmechanismus 7-2, ein angetriebenes Objekt 8 und einen Positions-Detektor 9.
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Die vorliegende Erfindung führt Tandemregelung eines Antriebsmechanismus durch, mit dem ein angetriebenes Objekt 8 mittels zweier Servomotoren angetrieben wird, die einen ersten Servomotor 6-1 und einen zweiten Servomotor 6-2 einschließen. Des Weiteren führt die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 dementsprechend Verarbeitung durch, die charakteristisch für die vorliegende Ausführungsform ist, und korrigiert so einen Integral-Wert eines Geschwindigkeits-Integrators der untergeordneten Achse bei gleichzeitiger Beibehaltung der Regelbarkeit des angetriebenen Objektes. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Beschreibung der erste Servomotor 6-1 als ein Servomotor der übergeordneten Seite behandelt wird und der zweite Servomotor 6-2 als ein Servomotor der untergeordneten Seite behandelt wird.
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Die Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1 gibt einen Positions-Befehl an einen Servomotor an jeder Achse für jeden vorgegebenen Zyklus auf Basis eines Arbeitsprogramms oder dergleichen aus oder gibt einen Bewegungs-Befehl MCMD, der die Differenz zu dem Positions-Befehl ist, an die Positionsregelungs-Einheit 2 aus. In der vorliegenden Ausführungsform wird Tandemregelung des ersten Servomotors 6-1 und des zweiten Servomotors 6-2 durchgeführt, bei der der Positions-Befehl oder der Bewegungs-Befehl MCMD für diese 2 Servomotoren den gleichen Wert hat. Jede der Positionsregelungs-Einheit 2 nachgelagerte Einheit liest den Positions-Befehl oder den Bewegungs-Befehl MCMD, führt Positions-Regelung, Geschwindigkeits-Regelung und Strom-Regelung für jeden vorgegebenen Zyklus durch und treibt den ersten Servomotor 6-1 sowie den zweiten Servomotor 6-2 über den ersten Stromverstärker 4-1 und den zweiten Stromverstärker 4-2 an. Es ist anzumerken, dass die Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1 beispielsweise über computergestützte numerische Regelung (CNC) implementiert werden kann. Des Weiteren wird bei der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1 einen Positions-Befehl ausgibt.
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Ein Subtrahierer ist zwischen der Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1 und der Positionsregelungs-Einheit 2 angeordnet, und der Subtrahierer subtrahiert einen Positions-Rückkopplungsbetrag (in den Zeichnungen wird der Rückkopplungsbetrag kurz mit „FB” bezeichnet), der über den weiter unten beschriebenen Positions-Detektor 9 erfasst wird, von dem Positions-Befehl, der von der Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1 ausgegeben wird. Der Subtrahierer gibt einen Wert nach Subtraktion an die Positionsregelungs-Einheit 2 aus. Dabei dient dieser Wert nach Subtraktion als ein Positions-Abweichungsbetrag. Die Positionsregelungs-Einheit 2 verarbeitet den Positions-Abweichungsbetrag, um einen Geschwindigkeits-Befehl zu erzeugen, und gibt den erzeugten Geschwindigkeits-Befehl an die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 aus. In diesem Fall wird der ausgegebene Geschwindigkeits-Befehl verzweigt und in die Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitte der Seite der übergeordneten Achse bzw. der Seite der untergeordneten Achse innerhalb der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 eingegeben. So ist bei der vorliegenden Ausführungsform, da ein gemeinsamer Geschwindigkeits-Befehl sowohl an die Seite der übergeordneten Achse als auch die Seite der untergeordneten Achse ausgegeben wird, nur ein Positions-Detektor 9 vorhanden, und Subtraktion wird auf Basis eines Positions-Rückkopplungsbetrages durchgeführt, der über den einen Positions-Detektor 9 erfasst wird. Damit soll jedoch der Positions-Detektor 9 nicht auf lediglich einen Positions-Detektor beschränkt werden, sondern es können für beliebige Zwecke mehrere Positions-Detektoren 9 vorhanden sein.
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Die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 führt Geschwindigkeits-Schleifenverarbeitung durch, indem sie beispielsweise einen Geschwindigkeits-Befehl von der Positionsregelungs-Einheit 2 empfängt und Proportional-Berechnung sowie Integral-Berechnung auf Basis des Geschwindigkeits-Abweichungsbetrages durchführt, der ermittelt wird, indem der erste Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag, der über einen weiter unten beschriebenen ersten Geschwindigkeits-Detektor 5-1 erfasst wird, von dem Geschwindigkeits-Befehl subtrahiert wird, und so einen ersten Strom-Befehl ausgibt, der ein Strom-Befehl für die Seite der übergeordneten Achse ist. Desgleichen führt die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 Geschwindigkeits-Schleifenverarbeitung durch, indem sie beispielsweise einen Geschwindigkeits-Befehl von der Positionsregelungs-Einheit 2 empfängt und Proportional-Berechnung sowie Integral-Berechnung auf Basis des Geschwindigkeits-Abweichungsbetrages durchführt, der ermittelt wird, indem der zweite Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag, der über einen weiter unten beschriebenen zweiten Geschwindigkeits-Detektor 5-2 erfasst wird, von dem Geschwindigkeits-Befehl subtrahiert wird, und so einen zweiten Strom-Befehl ausgibt, der ein Strom-Befehl für die Seite der untergeordneten Achse ist. Es ist anzumerken, dass ein Strom-Befehl auch als ein Drehmoment-Befehl bezeichnet werden kann. Des Weiteren führt die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 zusätzlich zum Durchführen dieser Geschwindigkeits-Schleifenverarbeitung Verarbeitung durch, die charakteristisch für die vorliegende Ausführungsform ist, und passt so den integrierten Wert der Seite der untergeordneten Achse an. Dieses Merkmal ist einer der Gegenstände der vorliegenden Ausführungsform und wird nach Abschluss der vorliegenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 1 unter Bezugnahme auf das Funktions-Blockdiagramm in 2 sowie die Flussdiagramme in 3 und 4 beschrieben.
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Ein Subtrahierer ist zwischen der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 und der ersten Stromregelungs-Einheit 3-1 sowie der zweiten Stromregelungs-Einheit 3-2 angeordnet, und der Subtrahierer subtrahiert einen Strom-Rückkopplungsbetrag, der von einem Sensor (nicht dargestellt) zum Erfassen eines Motor-Stroms jedes Servomotors bereitgestellt wird, von dem ersten Strom-Befehl und dem zweiten Strom-Befehl. Das heißt, der erste Strom-Rückkopplungsbetrag, der ein Motor-Strom des ersten Servomotors 6-1 ist, wird von dem ersten Strom-Befehl subtrahiert. Der Subtrahierer gibt einen Wert nach Subtraktion an die erste Strom-Einheit 3-1 aus. Des Weiteren wird desgleichen der zweite Strom-Rückkopplungsbetrag, der ein Motor-Strom des zweiten Servomotors 6-2 ist, von dem zweiten Strom-Befehl subtrahiert. Der Subtrahierer gibt einen Wert nach Subtraktion an die zweite Stromregelungs-Einheit 3-2 aus. Diese Werte nach Subtraktion dienen jeweils als ein Strom-Abweichungsbetrag. Die erste Stromregelungs-Einheit 3-1 verarbeitet den empfangenen Strom-Abweichungsbetrag, um einen ersten Spannungs-Befehl zu erzeugen, und gibt den erzeugten ersten Spannungs-Befehl an den ersten Stromverstärker 4-1 aus. Desgleichen verarbeitet weiterhin die zweite Stromregelungs-Einheit 3-2 den empfangenen Strom-Abweichungsbetrag, um einen zweiten Spannungs-Befehl zu erzeugen, und gibt den erzeugten zweiten Spannungs-Befehl an den zweiten Stromverstärker 4-2 aus.
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Der erste Stromverstärker 4-1 erzeugt einen Antriebs-Strom zum Antreiben des ersten Servomotors 6-1 auf Basis des empfangenen ersten Spannungs-Befehls und verwendet diesen Antriebs-Strom zum Antreiben des ersten Servomotors 6-1. Desgleichen erzeugt weiterhin der zweite Stromverstärker 4-2 einen Antriebs-Strom zum Antreiben des zweiten Servomotors 6-2 auf Basis des empfangenen zweiten Spannungs-Befehls und verwendet diesen Antriebs-Strom zum Antreiben des zweiten Servomotors 6-2.
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Dabei sind der erste Überführungsmechanismus 7-1, der mit dem ersten Servomotor 6-1 verbunden ist, und der zweite Überführungsmechanismus 7-2, der mit dem zweiten Servomotor 6-2 verbunden ist, jeweils mit dem angetriebenen Objekt 8 verbunden, und eine Kraft, die aus von diesen zwei Motoren ausgegebenem Drehmoment resultiert, treibt das angetriebene Objekt 8 an. Der erste Überführungsmechanismus 7-1 und der zweite Überführungsmechanismus 7-2 können beispielsweise als Gewindespindeln ausgeführt sein, und die Gewindespindeln sind in Gewindeeingriff mit Kugelmotoren, die an dem angetriebenen Objekt 8 angebracht sind, so dass die Verbindung mit dem angetriebenen Objekt 8 hergestellt werden kann. Des Weiteren können der erste Servomotor 6-1 und der zweite Servomotors 6-2 jeweils beispielsweise als ein Dreh-Servomotor, der einen Permanentmagneten in einem Ständer oder/und einem Läufer enthält, ein Lineal-Servomotor, der einen Permanentmagneten in einem Ständer oder/und einem Schlitten enthält, ein Vibrations-Servomotor, der einen Permanentmagneten in einem Ständer oder/und einem Vibrator enthält, ein Induktionsmotor ohne einen Permanentmagneten usw. ausgeführt sein. Weiterhin kann das angetriebene Objekt 8 beispielsweise durch einen Tisch einer Werkzeugmaschine, einen Arm eines Industrieroboters usw. gebildet werden.
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Des Weiteren ist der erste Geschwindigkeits-Detektor 5-1 an dem ersten Servomotors 6-1 angebracht, und ein erster Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag, der über den ersten Geschwindigkeits-Detektor 5-1 erfasst wird, wird an den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der übergeordneten Achse der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 ausgegeben. Desgleichen ist weiterhin der zweite Geschwindigkeits-Detektor 5-2 an dem zweiten Servomotor 6-2 angebracht, und ein zweiter Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag, der über den zweiten Geschwindigkeits-Detektor 5-2 erfasst wird, wird an den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der untergeordneten Achse der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 200 ausgegeben.
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Der Positions-Detektor 9 ist so eingerichtet, dass Erfassen einer Position des angetriebenen Objektes 8 an der Seite des ersten Servomotors 6-1 möglich ist. Je nach den Bedingungen, wie beispielsweise Steifigkeit, kann sich jedoch der Positions-Detektor 9, statt an dem angetriebenen Objekt 8 angebracht zu sein, an der Ausgabeachse des ersten Servomotors 6-1 befinden. Das heißt, der Positions-Detektor 9 kann an dem angetriebenen Objekt so angebracht sein, dass er Bewegung des angetriebenen Objektes direkt erfasst, oder kann an der Ausgabeachse des Motors oder dergleichen angebracht sein und eine Drehposition des Motors erfassen und so eine Position des angetriebenen Objektes erfassen. Des Weiteren kann der Positions-Detektor 9 beispielsweise an einer linearen Skala ausgeführt sein, oder kann aus einem Drehgeber bestehen.
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Die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Konfiguration ermöglicht es, den Positions-Befehl oder den Bewegungs-Befehl MCMD von der Hochpegel-Regelungsvorrichtung 1 zu lesen, Positions-Regelung, Geschwindigkeits-Regelung und Strom-Regelung für jeden vorgegebenen Zyklus durchzuführen und den ersten Servomotor 6-1 sowie den zweiten Servomotors 6-2 über den ersten Stromverstärker 4-1 und den zweiten Strom-Verstärker 4-2 anzutreiben.
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Im Folgenden werden eine Konfiguration der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 und durch die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 durchgeführte Verarbeitung unter Bezugnahme auf das Funktions-Blockdiagramm in 2 sowie die Flussdiagramme in 3 und 4 beschrieben. Dabei enthält, wie in 2 dargestellt, die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 einen Subtrahierer 11, einen Integrator 12, einen Verstärker 13 mit proportionaler Verstärkung, einen Verstärker 14 mit integraler Verstärkung sowie einen Addierer 15, die den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der übergeordneten Achse bilden. Die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 enthält des Weiteren einen Subtrahierer 21, einen Integrator 22, einen Verstärker 23 mit proportionaler Verstärkung, einen Verstärker 24 mit integraler Verstärkung sowie einen Addierer 25, die den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der untergeordneten Achse bilden. Die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 enthält des Weiteren einen Subtrahierer 31, ein Tiefpassfilter 32 sowie einen Addierer 33, die die Konfiguration zum Anpassen des Integral-Wertes der Seite der untergeordneten Achse bilden. Die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 führt PI-Regelung durch und erzeugt so einen Strom-Befehl.
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Im Folgenden wird in Bezug auf die Verarbeitung durch jede dieser Komponenten eine Funktion des Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitts der Seite der übergeordneten Achse unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Zunächst subtrahiert der Subtrahierer 11 den ersten Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag von dem Geschwindigkeits-Befehlswert und berechnet so Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse. Der Subtrahierer 11 gibt die berechnete Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse an den Integrator 12 und den Verstärker 13 mit proportionaler Verstärkung aus (Schritt S11).
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Anschließend berechnet der Verstärker 13 mit proportionaler Verstärkung ein Produkt aus der eingegebenen Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse und der proportionalen Verstärkung, um diese Geschwindigkeits-Abweichung zu verstärken, und gibt ein Berechnungsergebnis an den Addierer 15 aus (Schritt S12). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Wert der proportionalen Verstärkung in dem Verstärker 13 mit proportionaler Verstärkung im Voraus festgelegt wird.
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Des Weiteren führt der Integrator 12 Integration auf Basis der eingegebenen Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse durch und berechnet so einen Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse. Der berechnete Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse wird an den Verstärker 14 mit integraler Verstärkung und den Subtrahierer 31 ausgegeben (Schritt S13).
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Anschließend berechnet der Verstärker 14 mit integraler Verstärkung ein Produkt aus dem eingegebenen Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse und der integralen Verstärkung, um diesen Integral-Wert zu verstärken, und gibt ein Berechnungsergebnis an den Addierer 15 aus (Schritt S14). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Wert der integralen Verstärkung in dem Verstärker 14 mit integraler Verstärkung im Voraus festgelegt wird. Es ist anzumerken, dass zu Veranschaulichungszwecken der Beschreibung zufolge Schritt S12 durchgeführt wird und anschließend die Schritte S13 und S14 durchgeführt werden, in der Praxis jedoch die Schritte S12, S13 und S14 gleichzeitig parallel durchgeführt werden.
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Der Addierer 15 addiert das so eingegebene Produkt aus der Geschwindigkeits-Abweichung und der proportionalen Verstärkung der Seite der übergeordneten Achse zu dem so eingegebenen Produkt aus dem Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse und der integralen Verstärkung und erzeugt so den ersten Strom-Befehl. Der Addierer 15 gibt den erzeugten ersten Strom-Befehl an die erste Stromregelungs-Einheit 3-1 aus (Schritt S15). Der erste Strom-Rückkopplungsbetrag wird, wie oben beschrieben, von dem ausgegebenen ersten Strom-Befehl durch den Subtrahierer zwischen der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 und der ersten Stromregelungs-Einheit 3-1 subtrahiert und wird in die erste Stromregelungs-Einheit 3-1 eingegeben.
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Im Folgenden werden eine Funktion des Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitts der Seite der untergeordneten Achse sowie ein Anpassungsvorgang für einen Integral-Wert, der durch den Subtrahierer 31, das Tiefpassfilter 32 und den Addierer 33 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Zunächst subtrahiert der Subtrahierer 21 den zweiten Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag von dem Geschwindigkeits-Befehlswert und berechnet so Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse. Der Subtrahierer 22 gibt die berechnete Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der übergeordneten Achse an den Integrator 22 und den Verstärker 23 mit proportionaler Verstärkung aus (Schritt S21). Es ist anzumerken, dass, obwohl sich die oben stehende Beschreibung auf die Positionsregelungs-Einheit 2 bezieht, der in den Subtrahierer 11 einzugebende Geschwindigkeits-Befehl identisch mit dem in den Subtrahierer 21 einzugebenden Geschwindigkeits-Befehl ist.
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Anschließend berechnet der Verstärker 23 mit proportionaler Verstärkung ein Produkt aus der eingegebenen Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der untergeordneten Achse und der proportionalen Verstärkung, um diese Geschwindigkeits-Abweichung zu verstärken, und gibt ein Berechnungsergebnis an den Addierer 25 aus (Schritt S22). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Wert der proportionalen Verstärkung in dem Verstärker 23 mit proportionaler Verstärkung im Voraus festgelegt wird.
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Des Weiteren führt der Integrator 22 Integration auf Basis der eingegebenen Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der untergeordneten Achse durch und berechnet so einen Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der untergeordneten Achse. Der berechnete Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der untergeordneten Achse wird an den Verstärker 24 mit integraler Verstärkung und den Subtrahierer 31 ausgegeben (Schritt S23).
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Der Subtrahierer 31 subtrahiert den Integral-Wert der untergeordneten Achse, der von dem Integrator 22 eingegeben wird, von dem Integral-Wert der übergeordneten Achse, der von dem Integrator 12 eingegeben wird, und berechnet so die Differenz zwischen den berechneten Integral-Werten und gibt die Differenz an das Tiefpassfilter 32 aus (Schritt S24).
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Das Tiefpassfilter 32 filtert die eingegebene Differenz zwischen den Integral-Werten und lässt die Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz durch, die durch die Zeitkonstante des Filters bestimmt wird, und löscht die Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz. Ein Ergebnis des Filterns wird an den Addierer 33 ausgegeben (Schritt S25).
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Dabei kann die durch die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 32 bestimmte Grenzfrequenz auf Basis von Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse über den ersten Überführungsmechanismus 7-1, den zweiten Überführungsmechanismus 7-2 und das angetriebene Objekt 8 (im Folgenden gegebenenfalls als „Steifigkeit mechanischer Kopplung” bezeichnet) bestimmt werden. Beispielsweise kann die Grenzfrequenz relativ hoch sein, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung hoch ist, und kann die Grenzfrequenz relativ niedrig sein, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung niedrig ist. Dies kann dadurch implementiert werden, dass ein Tiefpassfilter 32 eingesetzt wird, das eine Zeitkonstante bei einer gewünschten Grenzfrequenz hat. Des Weiteren kann anstelle einer derartigen Konfiguration ein Tiefpassfilter 32 eingesetzt werden, das ein Einstellelement enthält, mit dem die Zeitkonstante so angepasst wird, dass sie eine Zeitkonstante bei einer gewünschten Grenzfrequenz ist.
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Anschließend addiert der Addierer 33 das Ergebnis des Filterns, das von dem Tiefpassfilter 32 eingegeben wird, zu dem Integral-Wert der Geschwindigkeits-Abweichung der Seite der untergeordneten Achse, der von dem Integrator 22 eingegeben wird, und berechnet so einen Integral-Wert nach Anpassung. Der berechnete Integral-Wert nach Anpassung wird an den Verstärker 24 mit integraler Verstärkung ausgegeben (Schritt S26).
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Anschließend berechnet der Verstärker 24 mit integraler Verstärkung ein Produkt aus dem eingegebenen Integral-Wert nach Anpassung und der integralen Verstärkung, um diesen Integral-Wert zu verstärken, und gibt ein Berechnungsergebnis an den Addierer 25 aus (Schritt S27). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Wert der integralen Verstärkung in dem Verstärker 24 mit integraler Verstärkung im Voraus festgelegt wird. Es ist anzumerken, dass zu Veranschaulichungszwecken der Beschreibung zufolge Schritt S22 durchgeführt wird und anschließend die Schritte S23 bis S26 durchgeführt werden, in der Praxis jedoch die Schritte S22 und die Schritte S23 bis S26 gleichzeitig parallel durchgeführt werden.
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Der Addierer 25 addiert das so eingegebene Produkt aus der Geschwindigkeits-Abweichung und der proportionalen Verstärkung der Seite der untergeordneten Achse zu dem so eingegebenen Produkt aus dem Integral-Wert nach Anpassung und der integralen Verstärkung und erzeugt so den zweiten Strom-Befehl. Der Addierer 25 gibt den erzeugten zweiten Strom-Befehl an die zweite Stromregelungs-Einheit 3-2 aus (Schritt S28). Der zweite Strom-Rückkopplungsbetrag wird, wie oben beschrieben, von dem ausgegebenen zweiten Strom-Befehl durch den Subtrahierer zwischen der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 und der zweiten Stromregelungs-Einheit 3-2 subtrahiert und wird in die zweite Stromregelungs-Einheit 3-2 eingegeben. Es ist anzumerken, dass jeder in 3 und 4 dargestellte Schritt wiederholt für jeden vorgegebenen Zyklus durchgeführt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform lässt diese Verarbeitung zu, dass der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse im Unterschied zu der in Patentdokument 1 und 2 offenbarten Technologie nicht konstant identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse. Es folgt eine diesbezügliche Beschreibung. Wenn eine Differenz zwischen den Integral-Werten, die in das Tiefpassfilter 32 eingegeben wird, eine Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz ist, wird, wie oben in Bezug auf das Tiefpassfilter 32 beschrieben, die Differenz zwischen den Integral-Werten von dem Tiefpassfilter 32 durchgelassen. Daher addiert der Addierer 33 die Differenz zwischen den integrierten Werten zu dem Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse, der von dem Integrator 22 eingegeben wird. Das heißt, der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse wird so angepasst, dass er ein Integral-Wert ist, der identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse ist. Wenn hingegen die Differenz zwischen den Integral-Werten, die in das Tiefpassfilter 32 eingegeben werden, eine Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz ist, wird die Differenz zwischen den Integral-Werten über das Tiefpassfilter 32 gelöscht. Daher addiert der Addierer 33 die Differenz zwischen den integrierten Werten nicht zu dem Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse, der von dem Integrator 22 eingegeben wird. Das heißt, der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse wird nicht angepasst, sondern bleibt ein Integral-Wert, der sich von dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse unterscheidet.
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Dabei kann in den Fällen, in denen das angetriebene Objekt 8 mit schneller Beschleunigung oder Abbremsung oder dergleichen angetrieben wird, indem der erste Servomotor 6-1 und der zweite Servomotor 6-2 angetrieben werden, wodurch die Differenz zwischen den Integral-Werten der Seite der übergeordneten Achse und der Seite der untergeordneten Achse zunimmt, wenn der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse so angepasst wird, dass er ein Integral-Wert ist, der identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse ist, insbesondere, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse niedrig ist, „Torsion” oder dergleichen an dem angetriebenen Objekt 8 erzeugt werden und kann die Regelbarkeit beeinträchtigt werden. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform, da das Tiefpassfilter 32 eingesetzt wird, in den Fällen, in denen die Differenz zwischen den Integral-Werten der Seite der untergeordneten Achse und der Seite der übergeordneten Achse groß ist, der zweite Strom-Befehl auf Basis des Integral-Wertes der Seite der untergeordneten Achse, der von dem Integrator 22 ausgegeben wird, erzeugt, ohne den Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse anzupassen, der von dem Integrator 22 ausgegeben wird. Dadurch kann, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung niedrig ist, verhindert werden, dass „Torsion” oder dergleichen an dem angetriebenen Objekt 8 erzeugt wird, und kann verhindert werden, dass die Regelbarkeit beeinträchtigt wird. Des Weiteren wird in den Fällen, in denen der erste Servomotor 6-1 und der zweite Servomotor 6-2 langsam angetrieben werden oder der erste Servomotor 6-1 und der zweite Servomotor 6-2 ruhen, wenn die Differenz zwischen den Integral-Werten der Seite der untergeordneten Achse und der Seite der übergeordneten Achse gering ist, der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse so angepasst, dass er ein Integral-Wert ist, der identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse ist. Dadurch kann der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse so angepasst werden, dass die Abweichung des Integral-Wertes der Seite der übergeordneten Achse eingeschränkt wird, und kann auch ein Problem der Zunahme des Drehmoment-Befehls aufgrund von Abweichung des Integral-Wertes vermieden werden. Des Weiteren kann, wie oben beschrieben, da die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 32 entsprechend der Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse bestimmt wird, der Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse innerhalb des Bereiches, in dem keine „Torsion” erzeugt wird, so eingestellt werden, dass er identisch mit dem Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse ist. Daher werden mit der vorliegenden Ausführungsform Effekte dahingehend erzielt, dass beispielsweise der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse so eingestellt werden kann, dass er identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse ist, und ist es möglich, nachteilige Auswirkungen, wie beispielsweise Erzeugung von „Torsion” oder dergleichen, zu vermeiden, wenn der Integral-Wert der Seite der untergeordneten Achse konstant so eingestellt ist, dass er ein Integral-Wert ist, der identisch mit dem Integral-Wert der Seite der übergeordneten Achse ist.
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Zweite Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine gegenüber der ersten Ausführungsform veränderte zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei wird in der ersten Ausführungsform ein angetriebenes Objekt über eine übergeordnete Achse und eine untergeordnete Achse angetrieben. Die zweite Ausführungsform hingegen unterscheidet sich dadurch, dass die untergeordnete Achse auf N Achsen (N ist eine natürliche Zahl, die 2 oder mehr beträgt) vervielfacht wurde und ein angetriebenes Objekt über eine übergeordnete Achse und N untergeordnete Achsen angetrieben wird. Es ist anzumerken, dass die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform die sonstige Grundkonfiguration und Verarbeitung gemeinsam haben. Daher wird im Folgenden lediglich der Unterschied zu der ersten Ausführungsform beschrieben, und Beschreibung der gemeinsamen Merkmale, die sich mit der ersten Ausführungsform überlappen, wird weggelassen.
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Die vorliegende Ausführungsform enthält, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, die erste Stromregelungs-Einheit 3-1, den ersten Stromverstärker 4-1, den ersten Geschwindigkeits-Detektor 5-1, den ersten Servomotor 6-1 und den ersten Überführungsmechanismus 7-1, die sämtlich der übergeordneten Achse entsprechen, und enthält des Weiteren Gegenstücke, deren Anzahl der der N untergeordneten Achsen entspricht. 5 stellt eine M-te Stromregelungs-Einheit 3-M (M = N + 1), einen M-ten Stromverstärker 4-M, einen M-ten Geschwindigkeits-Detektor 5-M, einen M-ten Servomotor 6-M sowie einen M-ten Überführungsmechanismus 7-M dar. Des Weiteren ersetzt eine Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 101 entsprechend die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100. Des Weiteren werden der erste Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag sowie der zweite bis M-te Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag in die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 101 eingegeben.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird nunmehr eine Konfiguration der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 101 beschrieben. Die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 101 der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie in 6 dargestellt, den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der übergeordneten Achse sowie Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitte der Seite der untergeordneten Achse, die den N untergeordneten Achsen entsprechen. 6 stellt einen Subtrahierer M1, einen Integrator M2, einen Verstärker M3 mit proportionaler Verstärkung, einen Verstärker M4 mit integraler Verstärkung sowie einen Addierer M5 dar, die den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der untergeordneten Achse bilden. Des Weiteren enthält die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 101 dementsprechend den Subtrahierer 31, das Tiefpassfilter 32 und den Addierer 33, die die Konfiguration zum Anpassen des Integral-Wertes der Seite der untergeordneten Achse bilden. Das heißt, der Subtrahierer 31, das Tiefpassfilter 32 und der Addierer 33 sind für jede der N untergeordneten Achsen vorhanden.
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Dadurch kann in dem Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt jeder Seite der untergeordneten Achse die Geschwindigkeits-Abweichung der untergeordneten Achse mit einer proportionalen Verstärkung multipliziert werden. Des Weiteren kann die Differenz zwischen der Geschwindigkeits-Abweichung der untergeordneten Achse und der Geschwindigkeits-Abweichung der übergeordneten Achse zu der Geschwindigkeits-Abweichung der untergeordneten Achse addiert werden und kann anschließend mit einer integralen Verstärkung multipliziert werden. Ein Strom-Befehl kann berechnet werden, indem die mit dieser Multiplikation ermittelten Werte addiert werden. Das heißt, jede der N untergeordneten Achsen kann an Stelle der anderen untergeordneten Achsen einen Strom-Befehl auf Basis der Geschwindigkeits-Abweichung der untergeordneten Achse berechnen. Dadurch wird mit der vorliegenden Ausführungsform ein Effekt dahingehend erzielt, dass jede untergeordnete Achse befähigt wird, für jede untergeordnete Achse geeignete Steuerung durchzuführen.
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Dritte Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass, obwohl die dritte Ausführungsform, wie im Folgenden beschrieben, gegenüber der ersten Ausführungsform verändert ist, die dritte Ausführungsform gegenüber der zweiten Ausführungsform verändert sein kann, die die N untergeordneten Achsen enthält. Die vorliegende Ausführungsform schließt dabei zusätzlich eine Funktion zum Schätzen von Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse über den ersten Überführungsmechanismus 7-1, den zweiten Überführungsmechanismus 7-2 und das angetriebene Objekt 8 ein und passt die Grenzfrequenz, die durch die Zeitkonstante des Tiefpassfilters bestimmt wird, auf Basis des Ergebnisses der Schätzung an. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Ausführungsform die sonstige Grundkonfiguration und Verarbeitung mit der ersten und der zweiten Ausführungsform gemeinsam hat. Daher wird im Folgenden lediglich der Unterschied zu der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben, und Beschreibung der gemeinsamen Merkmale, die sich mit der ersten und der zweiten Ausführungsform überlappen, wird weggelassen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, der Positions-Detektor 9 zusätzlich zu der Seite der untergeordneten Achse auch an der Seite der übergeordneten Achse vorhanden, um Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse zu schätzen. Das heißt, ein erster Positions-Detektor 9-1 ist, wie in 7 dargestellt, als der Positions-Detektor 9 der Seite der übergeordneten Achse vorhanden, und ein zweiter Positions-Detektor 9-2 ist als der Positions-Detektor 9 der Seite der übergeordneten Achse vorhanden. Es ist anzumerken, dass die Funktion des ersten Positions-Detektors 9-1 und des zweiten Positions-Detektors 9-2 der des Positions-Detektors 9 gleicht. Des Weiteren wird die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 durch eine Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 ersetzt, die zusätzlich eine Funktion zum Schätzen von Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse einschließt. Weiterhin ist in Entsprechung zu zwei Positions-Rückkopplungsbeträgen, die über den ersten Positions-Detektor 9-1 und den zweiten Positions-Detektor 9-2 erfasst werden, eine erste Positionsreglungs-Einheit 2-1 als die Positionsreglungs-Einheit 2 der Seite der übergeordneten Achse vorhanden, und ist eine zweite Positionsreglungs-Einheit 2-2 als die Positionsreglungs-Einheit 2 der Seite der untergeordneten Achse vorhanden. Es ist anzumerken, dass die Funktion der ersten Positionsreglungs-Einheit 2-1 und der zweiten Positionsreglungs-Einheit 2-2 der der Positionsreglungs-Einheit 2 gleicht.
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Um Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse zu schätzen, wird der über den ersten Positions-Detektor 9-1 erfasste Positions-Rückkopplungsbetrag als der erste Positions-Rückkopplungsbetrag in den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der übergeordneten Achse innerhalb der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 eingegeben. Des Weiteren wird der über den zweiten Positions-Detektor 9-2 erfasste Positions-Rückkopplungsbetrag als der zweite Positions-Rückkopplungsbetrag in den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der übergeordneten Achse innerhalb der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 eingegeben.
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Des Weiteren ergeht von der Hochpegel-Steuerungsvorrichtung 1 ein gemeinsamer Positions-Befehl an die erste Positionsreglungs-Einheit 2-1 und die zweite Positionsreglungs-Einheit 2-2, ist ein Subtrahierer zwischen der Hochpegel-Steuerungsvorrichtung 1 und der ersten Positionsreglungs-Einheit 2-1 sowie der zweiten Positionsreglungs-Einheit 2-2 vorhanden und subtrahiert der Subtrahierer jeden Positions-Rückkopplungsbetrag von dem Positions-Befehl, der von der Hochpegel-Steuerungsvorrichtung 1 ausgegeben wird. Jeder Subtrahierer gibt einen Wert nach Subtraktion an die erste Positionsregelungs-Einheit 2-1 und die zweite Positionsreglungs-Einheit 2-2 aus. Das heißt, der Subtrahierer der Seite der übergeordneten Achse ermittelt einen Wert, indem er den ersten Positions-Rückkopplungsbetrag von dem Positions-Befehl subtrahiert, und gibt diesen Wert an die erste Positionsreglungs-Einheit 2-1 aus. Des Weiteren ermittelt der Subtrahierer der Seite der untergeordneten Achse einen Wert, indem er den zweiten Positions-Rückkopplungsbetrag von dem Positions-Befehl subtrahiert, und gibt diesen Wert an die zweite Positionsreglungs-Einheit 2-2 aus. Diese Werte nach Subtraktion sind dabei der Positions-Abweichungsbetrag der Seite der übergeordneten Achse bzw. der Positions-Abweichungsbetrag der Seite der untergeordneten Achse. Die erste Positionsreglungs-Einheit 2-1 und die zweite Positionsreglungs-Einheit 2-2 empfangen und verarbeiten die Positions-Abweichungsbeträge, erzeugen Geschwindigkeits-Befehle und geben erzeugte Geschwindigkeits-Befehle an die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 aus. Das heißt, der Geschwindigkeits-Befehl, der von der ersten Positionsreglungs-Einheit 2-1 ausgegeben wird, wird als der erste Geschwindigkeits-Befehl in den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der übergeordneten Achse innerhalb der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 eingegeben. Des Weiteren wird der Geschwindigkeits-Befehl, der von der zweiten Positionsreglungs-Einheit 2-2 ausgegeben wird, als der zweite Geschwindigkeits-Befehl in den Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt der Seite der untergeordneten Achse innerhalb der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 eingegeben.
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Es ist anzumerken, dass anstelle der in 7 dargestellten Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform auch ein gemeinsamer Geschwindigkeits-Befehl an die Seite der übergeordneten Achse und die Seite der untergeordneten Achse ergehen kann. Das heißt, statt der ersten Positionsreglungs-Einheit 2-1 und der zweiten Positionsreglungs-Einheit 2-2 ist wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform eine Positionsreglungs-Einheit 2 vorhanden. Es ist möglich, dass ein Wert ermittelt wird, indem der erste Positions-Rückkopplungsbetrag oder der zweite Rückkopplungsbetrag von dem Positions-Befehl subtrahiert wird, der von der Hochpegel-Steuerungsvorrichtung 1 ausgegeben wird, und nur dieser Wert in die Positionsreglungs-Einheit 2 eingegeben wird, so dass ein gemeinsamer Geschwindigkeits-Befehl an die Seite der übergeordneten Achse und die Seite der untergeordneten Achse ergeht.
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Unter Bezugnahme auf 8 wird im Folgenden eine Konfiguration der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 beschrieben. Die Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 enthält, wie in 8 dargestellt, zusätzlich zu der Konfiguration der Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 100 des Weiteren eine Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen sowie eine Einrichtung 41 zum Umschalten eines Strom-Befehls. Die Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen schätzt Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse und passt eine durch die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 32 bestimmte Grenzfrequenz auf Basis der geschätzten Steifigkeit mechanischer Kopplung an. Die Einrichtung 41 zum Umschalten eines Strom-Befehls ist eine Umschalteinrichtung, mit der der erste Strom-Befehl, der von Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 an die erste Stromregelungs-Einheit 3-1 ausgegeben wird, auf den ersten Strom-Befehl für Positionsregelung, der von dem Addierer 15 ausgegeben wird, oder auf den ersten Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit umgeschaltet wird, der von der Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen ausgegeben wird. Des Weiteren schaltet die Einrichtung 41 zum Umschalten eines Strom-Befehls den zweiten Strom-Befehl, der von Geschwindigkeitsregelungs-Einheit 102 an die zweite Stromregelungs-Einheit 3-2 ausgegeben wird, auf den zweiten Strom-Befehl für Positionsregelung, der von dem Addierer 25 ausgegeben wird, oder den vierten Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit um, der von der Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen ausgegeben wird.
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Es ist anzumerken, dass, obwohl der erste Strom-Befehl für Positionsregelung der gleiche ist wie der erste Strom-Befehl in der ersten und der zweiten Ausführungsform, die Formulierung „für Positionsregelung” zur Erleichterung hinzugefügt wird, um von dem ersten Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit unterscheiden zu können, der von der Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen ausgegeben wird. Obwohl der zweite Strom-Befehl für Positionsregelung der gleiche ist wie der zweite Strom-Befehl in der ersten und der zweiten Ausführungsform wird die Formulierung „für Positionsregelung” aus einem ähnlichen Grund zur Erleichterung hinzugefügt.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Schätzen von Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse über die Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen beschrieben. Die Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen schätzt beispielsweise Torsionssteifigkeit als Steifigkeit mechanischer Kopplung zwischen der untergeordneten Achse und der übergeordneten Achse. Dabei kann das Verfahren zum Schätzen von Torsionssteifigkeit beispielsweise mittels eines in Patentdokument 3 offenbarten Verfahrens durchgeführt werden.
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Das heißt, um Steifigkeit durch Blockieren der Positionsregelung zu schätzen, schaltet die Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen die Einrichtung 41 zum Umschalten eines Strom-Befehls so um, dass der erste Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit und der zweite Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit anstelle des ersten Strom-Befehls für Positionsregelung und des zweiten Strom-Befehls für Positionsregelung ausgegeben werden. Dabei sind der erste Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit und der zweite Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit ein Strom-Befehl, der Torsion an dem angetriebenen Objekt 8 bewirkt, und sind ein Strom-Befehl, der beispielsweise auf Sinuswellenmessungs-Drehmoment bei einer bestimmten Frequenz basiert. Wenn der erste Servomotor 6-1 und der zweite Servomotor 6-2 mit dem ersten Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit und dem zweiten Strom-Befehl für Schätzung von Steifigkeit angetrieben werden, wird das angetriebene Objekt 8 dementsprechend angetrieben, und es wird Torsion an dem angetriebenen Objekt 8 bewirkt. In diesem Fall werden der erste Positions-Rückkopplungsbetrag und der zweite Positions-Rückkopplungsbetrag, die über den ersten Positions-Detektor 9-1 und den zweiten Positions-Detektor 9-2 erfasst werden, in die Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen eingegeben.
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Die Einheit 40 zum Schätzen von Steifigkeit und zum Anpassen schätzt einen Wert der Torsionssteifigkeit des angetriebenen Objektes 8 auf Basis eines Torsionswinkels des angetriebenen Objektes 8, der auf Basis eines Wertes einer Differenz zwischen dem ersten Positions-Rückkopplungsbetrag und dem zweiten Positions-Rückkopplungsbetrag berechnet wird, und des jeweiligen Wertes des ersten Strom-Befehls für Schätzung von Steifigkeit sowie des zweiten Strom-Befehls für Schätzung von Steifigkeit. Die durch die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 32 bestimmte Grenzfrequenz wird auf Basis des geschätzten Wertes der Torsionssteifigkeit angepasst. Dabei kann hinsichtlich des Kriteriums zum Anpassen, wie oben in der ersten Ausführungsform beschrieben, die Grenzfrequenz beispielsweise relativ hoch sein, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung hoch ist, und kann die Grenzfrequenz relativ niedrig sein, wenn die Steifigkeit mechanischer Kopplung niedrig ist.
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Dadurch kann in der vorliegenden Ausführungsform die Grenzfrequenz auf Basis der Steifigkeit mechanischer Kopplung, wie beispielsweise geschätzter Torsionssteifigkeit, angepasst werden. Daher wird mit der vorliegenden Ausführungsform ein Effekt dahingehend erzielt, dass verhindert werden kann, dass Torsion erzeugt wird, wenn der Integral-Wert der untergeordneten Achse aufgrund eines nicht zutreffenden Wertes der Grenzfrequenz identisch mit dem Integral-Wert der übergeordneten Achse ist.
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Oben werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht nur durch die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann in bestimmten Aspekten mit verschiedenen Veränderungen innerhalb eines Schutzumfangs umgesetzt werden, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen können mittels Hardware, Software oder einer Kombination daraus implementiert werden. Dabei bedeutet die Implementierung mittels Software Implementierung mit einem Computer, der ein Programm liest und ausführt. Beim Konfigurieren mit Hardware können die Ausführungsformen teilweise oder ganz beispielsweise mittels einer integrierten Schaltung (IC), wie beispielsweise LSI (Large Scale Integrated Circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), Gate-Array und FPGA (Field Programmable Gate Array) konfiguriert werden.
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In dem Fall, in dem die Ausführungsformen teilweise oder ganz mittels einer Kombination aus Software und Hardware konfiguriert werden, ist ein Computer mit einer Speicher-Einheit, wie beispielsweise einer Festplatte, und ROM, die ein Programm speichern, dass die in dem Flussdiagramm dargestellten Funktionsabläufe der Servoregelungsvorrichtung beschreibt, DRAM, der für Berechnung erforderliche Daten speichert, sowie einem Bus konfiguriert, der alle Einheiten verbindet, wobei für Berechnung erforderliche Informationen in dem DRAM gespeichert sind und das Programm in der CPU ausgeführt wird, so dass die Funktionen vollständig oder teilweise realisiert werden können. Ein Programm wird unter Verwendung verschiedenartiger computerlesbarer Medien gespeichert und kann einem Computer zugeführt werden. Die computerlesbaren Medien schließen verschiedenartige physische Speichermedien ein. Zu Beispielen für die computerlesbaren Medien gehören ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (zum Beispiel flexible Platte, Magnetband, Festplattenlaufwerk), ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (zum Beispiel magnetooptische Platte), CD-ROM (Read Only Memory), CD-R, CD-R/W, Halbleiterspeicher (z. B. Mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), Flash ROM und RAM (random access memory).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochpegel-Steuerungsvorrichtung
- 2
- Positionsreglungs-Einheit
- 2-1
- erste Positionsreglungs-Einheit
- 2-2
- zweite Positionsreglungs-Einheit
- 3-1
- erste Stromregelungs-Einheit
- 3-2
- zweite Stromregelungs-Einheit
- 3-M
- M-te Stromregelungs-Einheit
- 4-1
- erste Stromverstärker
- 4-2
- zweite Stromverstärker
- 4-M
- M-ter Stromverstärker
- 5-1
- erster Geschwindigkeits-Detektor
- 5-2
- zweiter Geschwindigkeits-Detektor
- 5-M
- M-ter Geschwindigkeits-Detektor
- 6-1
- erster Servomotor
- 6-2
- zweiter Servomotor
- 6-M
- M-ter Servomotor
- 7-1
- erster Überführungsmechanismus
- 7-2
- zweiter Überführungsmechanismus
- 7-M
- M-ter Überführungsmechanismus
- 8
- angetriebenes Objekt
- 9
- Positions-Detektor
- 11, 21, 31, M1
- Subtrahierer
- 12, 22, M2
- Integrator
- 13, 23, M3
- Verstärker mit proportionaler Verstärkung
- 14, 24 M4
- Verstärker mit integraler Verstärkung
- 15, 25, M5, 33
- Addierer
- 32
- Tiefpassfilter
- 40
- Einheit zum Schätzen von Steifigkeit und Anpassen
- 41
- Einrichtung zum Umschalten eines Strom-Befehls
- 100, 101, 102
- Geschwindigkeitsregelungs-Einheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3537416 [0005]
- JP 5642848 [0005]
- JP 2009-83074 [0005]
