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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Servosteuergerät, ein Servosteuerverfahren und ein Servosteuerprogramm, wobei ein Filter zu einem Proportionalterm hinzugefügt ist, der mit einer hohen Geschwindigkeit berechnet wird; und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Servosteuergerät, ein Servosteuerverfahren und ein Servosteuerprogramm, die allesamt vorzugsweise zur Durchführung einer Stromsteuerung eines Servomotors verwendet werden.
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Verwandte Technik
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In Bezug auf ein Servosteuergerät, bei dem ein Filter zu einem Proportionalterm hinzugefügt ist, offenbart beispielsweise das Patentdokument 1 ein Servosteuergerät, das eine Stromsteuerung eines Verbrauchers, wie eines Elektromotors, ausführt. Dieses Servosteuergerät umfasst: eine Niedergeschwindigkeits-Arithmetiklogikeinheit, die eine Berechnung in jeder vorbestimmten Periode durchführt und einen Spannungsbefehl-Integralterm berechnet, indem eine integrierte Steuerarithmetikverarbeitung basierend auf einem Stromfehler zwischen einem Strombefehlswert und einem Stromausgangswert durchgeführt wird; und eine Hochgeschwindigkeits-Arithmetiklogikeinheit, die jeweils eine Berechnung in jeder Periode durchführt, die kürzer als die Periode der Niedergeschwindigkeits-Arithmetiklogikeinheit ist, einen Spannungsbefehls-Proportionalterm durch Ausführen einer Proportionalregel-Arithmetikverarbeitung auf der Grundlage des Stromfehlers berechnet und einen Spannungsbefehlswert durch Addieren des Spannungsbefehls-Integralterms und des Spannungsbefehls-Proportionalterms erzeugt.
Patentdokument 1: Ungeprüfte
japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2006-296055 (Zusammenfassung,
1, etc.)
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ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
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Bei dem oben beschriebenen Servosteuergerät unterscheidet sich eine Periode zum Verarbeiten des Proportionalterms von der Periode zum Aktualisieren des ersten Befehlswertes (entsprechend beispielsweise dem aktuellen Befehlswert), der in das Servosteuergerät eingegeben wird; daher ist der zweite Befehlswert (der beispielsweise dem Spannungsbefehlswert entspricht), der von dem Servosteuergerät ausgegeben wird, unmittelbar nach dem Ändern des ersten Befehlswertes, wenn die Geschwindigkeitsabweichung am größten ist, am größten und wird abnehmen, bis der nächste erste Befehlswert geändert wird. Daher schwankt der zweite Befehlswert in Abhängigkeit von der Aktualisierungsperiode des ersten Befehlswertes.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Servosteuergerät, ein Servosteuerverfahren und ein Servosteuerprogramm anzugeben, die sämtliche Schwankungen eines Befehlswertes unterdrücken können, der von dem Servosteuergerät zum Steuern eines Servomotors ausgegeben wird.
- (1) Ein Servosteuergerät gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen ersten Subtrahierer (z. B. den Subtrahierer 1-1, der später beschrieben wird) zum Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Befehlswert, der ein periodisches Signal zum Steuern eines Servomotors ist, und einem ersten Erfassungswert aus dem Servomotor; eine Integralterm-Erzeugungseinheit (z. B. eine Integralterm-Erzeugungseinheit 2, die später beschrieben wird) zum Erzeugen eines Integralterms durch Integrieren eines Ausgangs des ersten Subtrahierers und Multiplizieren eines Integralwerts davon mit einem ersten Koeffizienten; eine interne Divisionsverarbeitungseinheit (z. B. eine interne Divisionsverarbeitungseinheit 5, die später beschrieben wird) zum internen Dividieren des ersten Befehlswerts durch eine vorbestimmte Periode; einen zweiten Subtrahierer (z. B. den Subtrahierer 1-2, der später beschrieben wird) zum Berechnen einer Differenz zwischen einem Ausgang der internen Divisionsverarbeitungseinheit und dem ersten Erfassungswert; eine Proportionalterm-Erzeugungseinheit (z. B. eine Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3, die später beschrieben wird) zum Erzeugen eines Proportionalterms durch Multiplizieren eines Ausgangs des zweiten Subtrahierers mit einem zweiten Koeffizienten; und einen ersten Addierer (z. B. einen Addierer 4, der später beschrieben wird) zum Addieren eines Ausgangs der Integralterm-Erzeugungseinheit und eines Ausgangs der Proportionalterm-Erzeugungseinheit und zum Ausgeben eines zusätzlichen Wertes davon als einen zweiten Befehlswert zum Steuern des Servormotors, wobei eine Berechnungsperiode, die durch die Proportionalterm-Erzeugungseinheit berechnet wird, kürzer ist als eine Berechnungsperiode, die durch die Integralterm-Erzeugungseinheit berechnet wird.
- (2) Bei dem Servosteuergerät eines zweiten Aspekts gemäß dem ersten Aspekt kann die interne Divisionsverarbeitungseinheit eine Menge, die in einer Aktualisierungsperiode des ersten Befehlswertes geändert worden ist, durch eine Berechnungsperiode dividieren, die mit Hilfe der Proportionalterm-Erzeugungseinheit berechnet wurde.
- (3) Das Servosteuergerät eines dritten Aspekts gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt kann weiterhin umfassen: eine Vorlaufterm-Erzeugungseinheit (z. B. eine Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6, die später beschrieben wird) zum Erzeugen eines Vorlaufterms durch Differenzieren eines dritten Befehlswertes zum Steuern des Servomotors und Multiplizieren eines Differentialwertes davon mit einem dritten Koeffizienten; einen dritten Subtrahierer (z. B. den Subtrahierer 7, der später beschrieben wird) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem dritten Befehlswert und einem zweiten Erfassungswert aus dem Servomotor; eine Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit (z. B. eine Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8, die später beschrieben wird) zum Erzeugen eines Rückmeldeterms aus einem Ausgang des dritten Subtrahierers; eine Zeiteinstelleinheit (z. B. eine Zeiteinstelleinheit 10, die später beschrieben wird) zum Einstellen des Zeitablaufs eines Ausgangs der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit; einen zweiten Addierer (z. B. einen Addierer 9-1, der später beschrieben wird) zum Addieren eines Ausgangs der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit und eines Ausgangs der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit und zum Ausgeben eines zusätzlichen Wertes davon als den ersten Befehlswert an den ersten Subtrahierer; und einen dritten Addierer (z. B. einen Addierer 9-2, der später beschrieben wird) zum Addieren eines Ausgangs der Zeiteinstelleinheit und eines Ausgangs der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit und zum Ausgeben eines zusätzlichen Wertes davon als den ersten Befehlswert, der zeitlich eingestellt ist, an die interne Divisionsverarbeitungseinheit.
- (4) Bei dem Servosteuergerät eines vierten Aspekts gemäß dem dritten Aspekt kann die Zeiteinstelleinheit die Zeitsteuerung um eine Verzögerungsgröße in der internen Divisionsverarbeitungseinheit vorrücken.
- (5) Bei dem Servosteuergerät eines fünften Aspekts gemäß dem dritten oder vierten Aspekt können der erste Befehlswert und der erste Befehlswert, der zeitlich eingestellt ist, Geschwindigkeitsbefehlswerte sein, kann der erste Erfassungswert ein Geschwindigkeitserfassungswert sein, kann der zweite Befehlswert ein Strombefehlswert sein, kann der dritte Befehlswert kann ein Positionsbefehlswert sein und kann der zweite Erfassungswert ein Positionserfassungswert sein.
- (6) Ein Servosteuerverfahren für ein Servosteuergerät gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Berechnen einer ersten Differenz zwischen einem ersten Befehlswert, der ein periodisches Signal zum Steuern eines Servomotors ist, und einem ersten Erfassungswert aus dem Servo Motor; Erzeugen eines Integralterms durch Integrieren der ersten Differenz und Multiplizieren eines Integralwerts davon mit einem ersten Koeffizienten; internes Dividieren des ersten Befehlswertes durch eine vorbestimmte Periode; Berechnen einer zweiten Differenz zwischen dem intern dividierten Wert und dem ersten Erfassungswert; Erzeugen eines Proportionalterms durch Multiplizieren der zweiten Differenz mit einem zweiten Koeffizienten; und Addieren des Integralterms und des Proportionalterms sowie Ausgeben eines zusätzlichen Wertes davon als zweiten Befehlswert zum Steuern des Servomotors, wobei eine Berechnungsperiode zum Berechnen des Proportionalterms kürzer als eine Berechnungsperiode zum Berechnen des Integralterms ist.
- (7) Das Servosteuerverfahren eines siebten Aspekts gemäß dem sechsten Aspekt kann umfassen: Erzeugen eines Vorlaufterms durch Differenzieren eines dritten Befehlswertes zum Steuern des Servomotors und Multiplizieren eines Differentialwerts davon mit einem dritten Koeffizienten; Berechnen einer dritten Differenz zwischen dem dritten Befehlswert und einem zweiten Erfassungswert aus dem Servomotor; Erzeugen eines Rückmeldeterms aus der dritten Differenz; Einstellen des Zeitablaufs des Vorlaufterms; Addieren des Vorlaufterms und des Rückmeldeterms und Ausgeben eines zusätzlichen Wertes davon als den ersten Befehlswert; und Addieren des Vorlaufterms, der zeitlich eingestellt ist, und des Rückmeldeterms und Ausgeben eines zusätzlichen Wertes davon als den ersten Befehlswert, der zeitlich eingestellt ist.
- (8) Ein Servosteuerprogramm gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Servosteuerprogramm, das einen Computer als ein Servosteuergerät veranlasst, das Servosteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein erster Befehlswert zum Steuern eines Servosteuergerätes intern durch eine vorbestimmte Periode dividiert, wodurch Schwankungen eines zweiten Befehlswertes, der von dem Servosteuergerät zum Steuern eines Servomotors ausgegeben wird, unterdrückt werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2A ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Servosteuergerätes der ersten Ausführungsform darstellt;
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2B ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Servosteuergerätes der ersten Ausführungsform darstellt;
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3A ist ein Flussdiagramm, das die durch das Servosteuergerät der ersten Ausführungsform erzielten Effekte darstellt;
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3B ist ein Flussdiagramm, das die durch das Servosteuergerät der ersten Ausführungsform erzielten Effekte darstellt;
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4 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Servosteuergerätes der zweiten Ausführungsform darstellt;
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6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Servosteuergerätes der zweiten Ausführungsform darstellt;
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7A ist ein Flussdiagramm, das die durch das Servosteuergerät der zweiten Ausführungsform erzielten Effekte darstellt;
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7B ist ein Flussdiagramm, das die durch das Servosteuergerät der zweiten Ausführungsform erzielten Effekte darstellt;
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8 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät eines ersten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät eines zweiten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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10 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Servosteuergerätes einer ersten grundlegenden Technik darstellt; und
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11 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Servosteuergerätes einer zweiten grundlegenden Technik darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Vor der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Techniken beschrieben, die als Grundlage dienen, um zu einem Servosteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung zu gelangen. In den folgenden Beschreibungen der ersten und zweiten grundlegenden Techniken wird ein Servosteuergerät für einen Servomotor als ein typisches Beispiel beschrieben.
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(Erste grundlegende Technik)
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10 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Servosteuergerätes der ersten grundlegenden Technik darstellt. In 10 wird ein Positionsbefehlswert für einen als gesteuerten Gegenstand dienenden Servomotor in einen Subtrahierer 13 und einen Differenzierer 11 eingegeben. Der Positionsbefehlswert wird durch den Differenzierer 11 differenziert und mit einem Koeffizienten durch einen Koeffizienten-Multiplizierer 12 multipliziert. Weiterhin wird eine Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und einem Positionserfassungswert von dem Servomotor durch den Subtrahierer 13 berechnet. Die Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionserfassungswert wird in eine Positionssteuerverstärkung 14 eingegeben. Der Differenzierer 11 und der Koeffizienten-Multiplizierer 12 dienen als eine Vorlaufterm-Erzeugungseinheit, die einen Vorlaufterm des Geschwindigkeitsbefehlswertes erzeugt. Die Positionssteuerverstärkung 14 dient als Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit, die einen Rückmeldeterm des Geschwindigkeitsbefehlswertes für den Servomotor erzeugt.
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Der Geschwindigkeitsbefehlswert für den Servomotor wird durch einen Addierer 15 berechnet, der einen Wert, der von der Positionssteuerverstärkung 14 ausgegeben wird (der als Rückmeldeterm dienende Wert) und einen Wert addiert, der von dem Koeffizienten-Multiplizierer 12 ausgegeben wird (Der Wert, der als Vorlaufterm dient). Mit anderen Worten, der Geschwindigkeitsbefehlswert ist eine Summe aus dem Rückmeldeterm und dem Vorlaufterm. Der Differenzierer 11, der Koeffizienten-Multiplizierer 12, der Subtrahierer 13, die Positionssteuerverstärkung 14 und der Addierer 15 bilden eine Positionssteuerschleife.
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Eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert aus dem Servomotor wird durch einen Subtrahierer 21 berechnet; und die Differenz wird in einen Integrator 22 bzw. eine Proportionalverstärkung 24 eingegeben. Der Integrator 22 integriert die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert; und eine Integralverstärkung 23 multipliziert einen Integralwert, der von dem Integrator 22 ausgegeben wird, mit einem Koeffizienten. Die Proportionalverstärkung 24 multipliziert die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert mit einem Koeffizienten. Ein Addierer 25 addiert einen Ausgangswert der Integralverstärkung 23 und einen Ausgangswert der Proportionalverstärkung 43; und ein zusätzlicher Wert davon dient als Strombefehlswert für den Servomotor. Ein elektrischer Strom, wie er von dem Strombefehlswert angewiesen wird, wird an den Servomotor angelegt und steuert den Servomotor. Der Subtrahierer 21, der Integrator 22, die Integralverstärkung 23, die Proportionalverstärkung 24 und der Addierer 25 bilden eine Geschwindigkeitssteuerschleife.
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(Zweite grundlegende Technik)
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11 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Servosteuergerätes der zweiten grundlegenden Technik darstellt. Das in 11 gezeigte Servosteuergerät umfasst zwei Subtrahierer (einen ersten Subtrahierer 21-1 und einen zweiten Subtrahierer 21-2) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert. Dies ist ein Unterschied zu dem Servosteuergerät der in 1 dargestellten ersten grundlegenden Technik. Der erste Subtrahierer 21-1, der Integrator 22 und der Integralverstärker 23 bilden einen Bereich (der als Integralterm-Erzeugungseinheit dient), in dem die Verarbeitung in einer ersten Periode ausgeführt wird. Der zweite Subtrahierer 21-2 und die Proportionalverstärkung 24 bilden einen Bereich (der als Proportionalterm-Erzeugungseinheit dient), in dem die Verarbeitung in einer zweiten Periode ausgeführt wird, die kürzer als die erste Periode ist. Die Berechnungsperiode, die durch die Proportionalterm-Erzeugungseinheit berechnet wird, ist kürzer als die Berechnungsperiode, die durch die Integralterm-Erzeugungseinheit berechnet wird.
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In dem Servosteuergerät zum Steuern des Servomotors wird die Stromsteuerung unter Verwendung des Strombefehlswertes gewöhnlich schneller als die Positionssteuerschleife zum Erzeugen des Geschwindigkeitsbefehlswertes verarbeitet. Die Geschwindigkeitssteuerschleife zum Erzeugen des Strombefehlswertes aus dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert hat die Integralterm-Erzeugungseinheit und die Proportionalterm-Erzeugungseinheit. Eine Schwankungsgrenze der Geschwindigkeitssteuerschleife wird durch eine Verzögerungszeit bestimmt; und die Verzögerungszeit ist eine Zeit von der Erfassung eines Geschwindigkeitserfassungswertes bis zum Ausgeben eines Strombefehlswertes.
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Um die Verzögerungszeit zu verkürzen, muss die Periode für die Ausführung der Geschwindigkeitssteuerschleife verkürzt werden. Um jedoch die Periode zu verkürzen, muss der Prozessor zum Ausführen der Steuerung eine hohe Rechenleistung aufweisen.
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Im Allgemeinen ist die Integralterm-Erzeugungseinheit in der Reaktionsfähigkeit langsamer als die Proportionalterm-Erzeugungseinheit. Daher berechnet das Servosteuergerät gemäß der zweiten grundlegenden Technik nur einen Proportionalterm mit einer höheren Ansprechempfindlichkeit in einer kurzen Periode, wodurch eine hohe Ansprechempfindlichkeit erreicht wird, während eine Erhöhung der Verarbeitungszeit unterdrückt wird.
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Die erste und zweite grundlegende Technik wurden oben beschrieben; die zweite grundlegende Technik lässt jedoch Raum für Verbesserungen. Die Periode zum Verarbeiten des Proportionalterms durch den zweiten Subtrahierer 21-2 und die Proportionalverstärkung 24 unterscheiden sich von der Periode zum Aktualisieren des Geschwindigkeitsbefehlswertes; daher ist der Strombefehlswert unmittelbar nach dem Ändern des Geschwindigkeitsbefehlswerts am größten, wenn die Geschwindigkeitsabweichung am größten ist, und wird abnehmen, bis der nächste Geschwindigkeitsbefehlswert geändert wird.
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Daher schwankt der Strombefehlswert in Abhängigkeit von der Aktualisierungsperiode des Geschwindigkeitsbefehlswertes. Diese Schwankung funktioniert z. B. als Störung von 500 Hz, wenn der Geschwindigkeitsbefehlswert in 2 ms aktualisiert wird, als eine Störung von 1 kHz, wenn der Geschwindigkeitsbefehlswert in 1 ms aktualisiert wird, und als eine Störung von 2 kHz, wenn der Geschwindigkeitsbefehlswert in 0,5 ms aktualisiert wird.
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Derartige Schwankungen des Strombefehlswertes in Abhängigkeit von der Aktualisierungsperiode des Geschwindigkeitsbefehlswertes können durch den Aufbau der vorliegenden Erfindung verbessert werden, bei dem der Geschwindigkeitsbefehlswert intern durch eine Periode des Proportionalterms dividiert wird.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung jeder Ausführungsform erhält man die ersten und zweiten Erfassungswerte aus dem Steuerziel. Ein erster Befehlswert und ein erster Erfassungswert sind der gleiche Typ von Werten; und wenn das Steuerziel ein Servomotor ist, ist beispielsweise der erste Befehlswert ein Geschwindigkeitsbefehlswert und der erste Erfassungswert ist ein Geschwindigkeitserfassungswert. Ein dritter Befehlswert und ein zweiter Erfassungswert sind der gleiche Typ von Werten; und wenn das Steuerziel beispielsweise ein Servomotor ist, ist der dritte Befehlswert ein Positionsbefehlswert und der zweite Erfassungswert ist ein Positionserfassungswert. Wenn das Steuerziel beispielsweise ein Servomotor ist, ist der zweite Befehlswert ein Strombefehlswert. Der Servomotor wird durch Anlegen eines elektrischen Stroms, wie er durch den Strombefehlswert angewiesen wird, an den Servomotor gesteuert.
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(Erste Ausführungsform)
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Das Servosteuergerät der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine interne Divisionsverarbeitungseinheit zum internen Dividieren des ersten Befehlswertes durch eine Periode des Proportionalterms. Man beachte, dass die interne Divisionsverarbeitungseinheit vorzugsweise die Menge, die in einer Aktualisierungsperiode des ersten Befehlswertes geändert worden ist, durch eine Berechnungsperiode dividiert, die durch die Proportionalterm-Erzeugungseinheit berechnet wurde.
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1 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Servosteuergerät der vorliegenden Ausführungsform einen Subtrahierer 1-1, einen Subtrahierer 1-2, eine Integralterm-Erzeugungseinheit 2, eine Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3, einen Addierer 4 und eine interne Divisionsverarbeitungseinheit 5. Der Subtrahierer 1-1 entspricht einem ersten Subtrahierer, der Subtrahierer 1-2 entspricht einem zweiten Subtrahierer und der Addierer 4 entspricht einem ersten Addierer. Die Integralterm-Erzeugungseinheit 2 erzeugt einen Integralterm durch Integrieren und Multiplizieren einer Eingabe mit einem Koeffizienten; und die Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 erzeugt einen Proportionalterm durch Multiplizieren der Eingabe mit einem Koeffizienten.
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2A ist ein Flussdiagramm, das die Operationen der internen Divisionsverarbeitungseinheit 5, des Subtrahierers 1-2, der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 und des Addierers 4 darstellt; und 2B ist ein Flussdiagramm, das die Operationen des Subtrahierers 1-1 und der Integralterm-Erzeugungseinheit 2 darstellt. Wenn der erste Befehlswert in den Subtrahierer 1-1 und die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 eingegeben wird, beginnt die Verarbeitung, die in 2A und 2B gezeigt ist.
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Wenn der erste Befehlswert für das Steuerziel in die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 eingegeben wird, dividiert die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 den ersten Befehlswert intern durch eine Periode der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 (Schritt S101). Eine Differenz zwischen dem Ausgang der internen Divisionsverarbeitungseinheit 5 und dem ersten Erfassungswert von dem Steuerziel wird durch den Subtrahierer 1-2 berechnet (Schritt S102); und die Differenz wird in die Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 eingegeben. Die Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 erzeugt einen Proportionalterm und gibt den Proportionalterm an den Addierer 4 aus (Schritt S103). Der Addierer 4 addiert den Ausgangswert der Integralterm-Erzeugungseinheit 2 und den Ausgangswert der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 und gibt einen zusätzlichen Wert davon als den zweiten Befehlswert zum Steuern des Steuerziels aus (Schritt S104). Anschließend bestimmt die Verarbeitung, ob der erste Befehlswert aktualisiert wird (Schritt S105); wenn der erste Befehlswert aktualisiert wird, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S102 zurück; und wenn der erste Befehlswert nicht aktualisiert wird und die Verarbeitung nicht endet (NEIN in Schritt S106), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S105 zurück.
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Wenn weiterhin der erste Befehlswert für das Steuerziel in die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 und den Subtrahierer 1-1 zur gleichen Zeit eingegeben wird, wird eine Differenz zwischen dem ersten Befehlswert und dem ersten Erfassungswert durch den Subtrahierer berechnet 1-1 (Schritt S201) und die Differenz in die Integralterm-Erzeugungseinheit 2 eingegeben. Die Integralterm-Erzeugungseinheit 2 erzeugt einen Integralterm und gibt den Integralterm an den Addierer 4 aus (Schritt S202). Der Addierer 4 führt die Verarbeitung in Schritt S104, wie oben beschrieben, aus. Anschließend bestimmt die Verarbeitung, ob der erste Befehlswert aktualisiert wird (Schritt S203); sofern der erste Befehlswert aktualisiert wird, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S201 zurück; und wenn der erste Befehlswert nicht aktualisiert wird und die Verarbeitung nicht endet (NEIN in Schritt S204), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S203 zurück. Man beachte, dass der erste Befehlswert zur gleichen Zeit in den Flussdiagrammen aus 2A und 2B, wie oben beschrieben, aktualisiert wird.
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Die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 ist nur mit dem ersten Befehlswert beschäftigt, der zum Erzeugen des Proportionalterms verwendet wird. Auf diese Weise dividiert die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 den ersten Befehlswert intern durch eine Periode des Proportionalterms, wodurch die Schwankungen des ersten Befehlswertes abnehmen. Da weiterhin der erste Befehlswert intern durch eine Periode des Proportionalterms dividiert wird, steigt die Frequenz an, und das Steuerziel reagiert mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf Schwankungen.
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3A veranschaulicht einen Aspekt, bei dem eine interne Divisionsverarbeitungseinheit für das Servosteuergerät nicht vorgesehen ist und der zweite Befehlswert in einer Aktualisierungsperiode des ersten Befehlswertes signifikant schwankt. 3B veranschaulicht einen Aspekt, bei dem die interne Divisionsverarbeitungseinheit für das Servosteuergerät vorgesehen ist, wobei der erste Befehlswert intern durch eine Periode des Proportionalterms dividiert wird, die Schwankungsbreite des zweiten Befehlswertes abnimmt und die Periode ebenfalls verkürzt wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 4 dargestellt, umfasst zusätzlich zu der Konfiguration des Servosteuergerätes der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, das Servosteuergerät der vorliegenden Ausführungsform einen Subtrahierer 7, eine Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6, eine Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8, Addierer 9-1 und 9-2 und eine Zeiteinstelleinheit 10. Die gleichen Bezugszeichen sind den gleichen Einheiten zugeordnet wie jenen des Servosteuergerätes aus 1.
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Bei dem Servosteuergerät der ersten Ausführungsform dividiert die interne Divisionsverarbeitungseinheit eine Erhöhung des ersten Befehlswertes durch die Zeit; diese interne Divisionsverarbeitung erzeugt jedoch eine Verzögerung in dem zweiten Befehlswert.
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Die Zeit des Integralterms und des Proportionalterms, die aus der Rückmeldung über den ersten Erfassungswert berechnet werden, kann nicht vorgerückt werden; jedoch kann die Zeit des Vorlaufterms, die aus dem dritten Befehlswert zur Steuerung des Steuerungsziels erzeugt wird, vorgerückt werden, da ein zukünftiger Befehlswert über ein Verarbeitungsprogramm vorab abgerufen und bekannt sein kann. Das Servosteuergerät der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Zeiteinstelleinheit 10, so dass der mit einer hohen Geschwindigkeit verarbeitete Proportionalterm nicht verzögert wird. Die Zeiteinstelleinheit 10 stellt die Zeitsteuerung des Vorlaufterms unter Berücksichtigung einer Verzögerung in der internen Divisionsverarbeitungseinheit ein.
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Der dritte Befehlswert zum Steuern des Steuerungsziels wird in die Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 und den Subtrahierer 7 eingegeben. Der Subtrahierer 7 berechnet eine Differenz zwischen dem dritten Befehlswert und dem zweiten Erfassungswert aus dem Steuerziel und gibt die Differenz in die Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 ein. Der erste Befehlswert, der in den Subtrahierer 1-1 eingegeben werden soll, wird durch Addieren des Ausgangs (Vorlaufterm) der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 und des Ausgangs (Rückmeldeterm) der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 durch den Addierer 9-1 erzeugt. Andererseits wird ein vierter Befehlswert, der in die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 eingegeben werden soll, durch Einstellen des Ausgangs der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 durch die Zeiteinstelleinheit 10 und Addieren des Ausgangs der Zeiteinstelleinheit 10 und des Ausgangs der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 durch den Addierer 9-2 erzeugt. Der vierte Befehlswert dient als zeitlich eingestellter erster Befehlswert.
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5 ist ein Flussdiagramm, das die Operationen der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6, der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8, der Zeiteinstelleinheit 10, des Addierers 9-2, der internen Divisionsverarbeitungseinheit 5, des Subtrahierers 1-2, der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 und des Addierers 4 zeigt. 6 ist ein Flussdiagramm, das die Operationen der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6, der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8, des Addierers 9-1, des Subtrahierers 1-1 und der Integralterm-Erzeugungseinheit 2 darstellt. Wenn der dritte Befehlswert in den Subtrahierer 7 und die Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 eingegeben wird, beginnt die Verarbeitung in dem Flussdiagramm, das in 5 und 6 gezeigt ist. Man beachte, dass dieselben Bezugszeichen den Schritten S101 bis S104 in 5 und den Schritten S101 bis S104 in 2A zugeordnet sind, die gleich sind, mit der Ausnahme, dass der erste Befehlswert durch den vierten Befehlswert in 5 ersetzt wird.
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Wie in 5 gezeigt, wird der dritte Befehlswert für das Steuerziel in die Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 und den Subtrahierer 7 eingegeben (Schritt S108), wird ein Vorlaufterm durch die Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 erzeugt und stellt die Zeiteinstelleinheit 10 den Zeitpunkt der Ausgabe der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 ein (Schritt S109). Der Subtrahierer 7 berechnet eine Differenz zwischen dem dritten Befehlswert und dem zweiten Erfassungswert aus dem Steuerziel und gibt die Differenz in die Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 ein. Der Addierer 9-2 addiert den Ausgang der Zeiteinstelleinheit 10 und den Ausgang der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 und gibt einen zusätzlichen Wert davon als den vierten Befehlswert aus. Wenn der vierte Befehlswert in die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 eingegeben wird, dividiert die interne Divisionsverarbeitungseinheit 5 den vierten Befehlswert intern durch eine Periode der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 (Schritt S101). Eine Differenz zwischen dem Ausgang der internen Divisionsverarbeitungseinheit 5 und dem ersten Erfassungswert aus dem Steuerziel wird durch den Subtrahierer 1-2 berechnet (Schritt S102); und die Differenz wird in die Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 eingegeben. Die Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 erzeugt einen Proportionalterm und gibt den Proportionalterm an den Addierer 4 aus (Schritt S103). Der Addierer 4 addiert den Ausgangswert der Integralterm-Erzeugungseinheit 2 und den Ausgangswert der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 und gibt einen zusätzlichen Wert davon als den zweiten Befehlswert zum Steuern des Steuerziels aus (Schritt S104). Anschließend bestimmt die Verarbeitung, ob der dritte Befehlswert aktualisiert wird (Schritt S107); sofern der dritte Befehlswert aktualisiert wird, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S108 zurück; und wenn der dritte Befehlswert nicht aktualisiert wird und die Verarbeitung nicht endet (NEIN in Schritt S106), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S107 zurück.
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Weiterhin wird, wie in 6 gezeigt, der dritte Befehlswert für das Steuerziel in die Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 und den Subtrahierer 7 eingegeben (Schritt S206); und der Subtrahierer 7 berechnet eine Differenz zwischen dem dritten Befehlswert und dem zweiten Erfassungswert aus dem Steuerziel und gibt die Differenz in die Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 ein. Der Addierer 9-1 addiert die Ausgabe der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 und die Ausgabe der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 und gibt einen zusätzlichen Wert davon als den ersten Befehlswert aus. Wenn der erste Befehlswert für das Steuerziel in den Subtrahierer 1-1 eingegeben wird, wird eine Differenz zwischen dem ersten Befehlswert und dem ersten Erfassungswert durch den Subtrahierer 1-1 berechnet (Schritt S201) und wird die Differenz in die Integralterm-Erzeugungseinheit 2 eingegeben. Die Integralterm-Erzeugungseinheit 2 erzeugt einen Integralterm und gibt den Integralterm an den Addierer 4 aus (Schritt S202). Der Addierer 4 führt die Verarbeitung in Schritt S104, wie oben beschrieben, aus. Anschließend bestimmt die Verarbeitung, ob der dritte Befehlswert aktualisiert wird (Schritt S205); sofern der dritte Befehlswert aktualisiert wird, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S206 zurück; und wenn der dritte Befehlswert nicht aktualisiert wird und die Verarbeitung nicht endet (NEIN in Schritt S204), kehrt die Verarbeitung zu Schritt S205 zurück. Man beachte, dass der dritte Befehlswert in den Flussdiagrammen aus 5 und 6 zur gleichen Zeit aktualisiert wird, wie es oben beschrieben ist.
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7A veranschaulicht den Zeitpunkt zwischen dem ersten Befehlswert ohne Zeiteinstellung und dem ersten Befehlswert nach interner Division, ähnlich dem Servosteuergerät aus 1. 7B veranschaulicht den Zeitpunkt zwischen dem ersten Befehlswert ohne Zeiteinstellung und dem vierten Befehlswert nach interner Division des zeitlich eingestellten vierten Befehlswertes. Die Zeiteinstelleinheit rückt die Zeit fort, wodurch eine Verzögerung in der internen Divisionsverarbeitungseinheit aufgelöst werden kann.
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BEISPIELE
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Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
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(Erstes Beispiel)
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Ein Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels wird unter Verwendung des Servosteuergerätes ausgeführt, das für 1 dargestellt ist, und umfasst ein Filter als interne Divisionsverarbeitungseinheit zum internen Dividieren des ersten Befehlswertes durch eine Periode des Proportionalterms.
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8 ist ein Blockschaltbild, das das Servosteuergerät des ersten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das vorliegende Beispiel ist durch Hinzufügen eines Filters 16 zu dem Servosteuergerät der in 1 dargestellten zweiten grundlegenden Technik konfiguriert, die in 11 gezeigt ist; und das Filter 16 dividiert intern den Geschwindigkeitsbefehlswert durch eine Periode des Proportionalterms. Das Filter 16 ist nur mit dem Geschwindigkeitsbefehlswert beschäftigt, der zum Erzeugen des Proportionalterms verwendet wird. Auf diese Weise dividiert das Filter 16 den Geschwindigkeitsbefehlswert intern durch eine Periode des Proportionalterms, wodurch die Schwankungen des Geschwindigkeitsbefehlswerts abnehmen und eine Maschine mit geringerer Wahrscheinlichkeit vibriert. Da die Frequenz ansteigt, reagiert die Maschine mit geringer Wahrscheinlichkeit auf Schwankungen. Die Schwankungen des Geschwindigkeitsbefehlswerts nehmen ab, und die Frequenz steigt an, die beide als ein Faktor dienen, der die Maschine gegen Vibrieren beeinflusst.
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Die Subtrahierer 21-1 und 21-2 des vorliegenden Beispiels entsprechen den Subtrahierern 1-1 und 1-2 des Servosteuergerätes von 1; der Integrator 22 und die Integralverstärkung 23 entsprechen der Integralterm-Erzeugungseinheit 2 des Servosteuergerätes aus 1; und die Proportionalverstärkung 24 entspricht der Proportionalterm-Erzeugungseinheit 3 des Servosteuergerätes aus 1. Der Geschwindigkeitsbefehlswert, der Geschwindigkeitserfassungswert und der Stromerfassungswert entsprechen dem ersten Befehlswert, dem ersten Erfassungswert und dem zweiten Befehlswert des Servosteuergerätes aus 1
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Das Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels kann die gleichen Effekte erzielen, wie sie durch das in 1 dargestellte Servosteuergerät erreicht werden. Das heißt, um die Reaktionsfähigkeit mit einer kleineren Anzahl von Berechnungsprozessen zu verbessern, aktualisiert das Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels den Proportionalterm der Geschwindigkeitssteuerschleife in einer Zeitspanne, die kürzer als der Integralterm ist, und interpoliert den Geschwindigkeitsbefehlswert in einer Aktualisierungsperiode des Proportionalterms, wodurch die Schwankungen des Strombefehlswertes in der Aktualisierungsperiode reduziert werden können.
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(Zweites Beispiel)
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9 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosteuergerät eines zweiten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels entspricht dem Servosteuergerät der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform; und das Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels enthält Addierer 15-1 und 15-2, die anstelle des Addierers 15 vorgesehen sind, und eine Zeiteinstelleinheit 17 zusätzlich zu der Konfiguration des Servosteuergerätes des ersten Beispiels, das in 8 gezeigt ist. Die gleichen Bezugszeichen sind den gleichen Einheiten zugeordnet wie jenen des Servosteuergerätes aus 8
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Der Positionsbefehlswert wird in den Differenzierer 11 und den Subtrahierer 13 eingegeben. Der Subtrahierer 13 berechnet eine Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionserfassungswert aus dem Servomotor und gibt die Differenz in die Positionssteuerverstärkung 14 ein. Der Differenzierer 11 differenziert den Positionsbefehlswert; und der Koeffizienten-Multiplizierer 12 multipliziert einen Differentialwert davon mit einem Koeffizienten.
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Der in den Subtrahierer 21-1 eingegebene Geschwindigkeitsbefehlswert wird durch Addieren des Ausgangs des Koeffizienten-Multiplizierers 12 und des Ausgangs der Positionssteuerverstärkung 14 durch den Addierer 15-1 erzeugt. Andererseits wird der Geschwindigkeitsbefehlswert, der in das Filter 16 eingegeben werden soll, durch Addieren des Ausgangs der Zeiteinstelleinheit 10 und des Ausgangs der Positionssteuerverstärkung 14 durch den Addierer 15-2 erzeugt. Die Zeiteinstelleinheit 17 stellt die Zeitsteuerung des Ausgangs des Koeffizienten-Multiplizierers 12 ein.
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Der Differenzierer 11 und der Koeffizienten-Multiplizierer 12 der vorliegenden Ausführungsform entsprechen der Vorlaufterm-Erzeugungseinheit 6 des Servosteuergerätes aus 4; und die Positionssteuerverstärkung 14 entspricht der Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit 8 des Servosteuergerätes aus 4. Weiterhin entspricht die Zeiteinstelleinheit 17 der Zeiteinstelleinheit 10 des Servosteuergerätes aus 4; und das Filter 16 entspricht der internen Divisionsverarbeitungseinheit 5 des Servosteuergerätes aus 4. Der Positionsbefehlswert, der Positionserfassungswert, der Geschwindigkeitsbefehlswert, der Geschwindigkeitserfassungswert und der Stromerfassungswert entsprechen dem dritten Befehlswert, dem zweiten Erfassungswert, dem ersten und dem vierten Befehlswert (der als erster zeitlich eingestellter Befehlswert dient), dem ersten Erfassungswert bzw. dem zweiten Befehlswert aus dem Servosteuergerät von 4.
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Das Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels kann die gleichen Effekte erzielen, wie sie durch das in 1 dargestellte Servosteuergerät erreicht werden. Das heißt, das Servosteuergerät des ersten Beispiels dividiert eine Erhöhung des Geschwindigkeitsbefehls durch die Zeit unter Verwendung des Filters; die interne Divisionsverarbeitung durch das Filter kann jedoch eine Verzögerung des Strombefehlswertes erzeugen. In dem Servosteuergerät des vorliegenden Beispiels rückt die Zeiteinstelleinheit den Zeitpunkt des Vorlaufterms unter Berücksichtigung einer Verzögerung in dem Filter vor, wodurch die Verzögerung des Filters aufgelöst werden kann.
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Die Gesamtheit oder ein Teil des Servosteuergerätes der oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele können durch Hardware, Software oder eine Kombination davon ausgeführt werden. Hierbei bedeutet die Ausführung durch Software die Ausführung durch einen Computer, der ein Programm liest und ausführt. Bei der Konfiguration mit Hardware können ein Teil oder die Gesamtheit des Servosteuergerätes, das in 1 gezeigt ist, die Ausführungsform von 4 und das Beispiel aus 8 und 9 beispielsweise mit einer integrierten Schaltung (IC), wie etwa einer LSI (Large Scale Integrated Circuit), einer ASIC (Application Specific Integrated Circuit), einem Gate Array und einem FPGA (Field Programmable Gate Array) konfiguriert werden.
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Für den Fall, dass die Gesamtheit oder ein Teil des Servosteuergerätes mit Software konfiguriert ist, ist ein Computer konfiguriert mit: einer Speichereinheit, wie etwa einer Festplatte und einem ROM, die ein Programm speichern, das alle oder einen Teil der Operationen des Servosteuergerät beschreibt, die in den Flussdiagrammen von 2A, 2B, 5 und 6 dargestellt sind; einem DRAM, der Daten speichert, die für die Berechnung erforderlich sind; einer CPU; und einem Bus, der jede Einheit verbindet; wobei für die Berechnung notwendige Informationen im DRAM gespeichert sind und das Programm in der CPU betrieben wird, wodurch sämtliche oder ein Teil der Funktionen realisiert werden können. In diesem Fall laufen die Verarbeitung in 2A und 2B und die Verarbeitung in 5 und 6 parallel und können mit einem Computer verarbeitet werden, der mit einem Multiprozessor oder Mehrkernprozessor ausgestattet ist.
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Ein Programm wird unter Verwendung verschiedener Arten von computerlesbaren Medien gespeichert und kann einem Computer zugeführt werden. Die computerlesbaren Medien umfassen verschiedene Arten von greifbaren Speichermedien. Die computerlesbaren Medien umfassen ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium. Beispiele für das computerlesbare Medium umfassen: ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (z. B. flexible Diskette, Magnetband, Festplattenlaufwerk), ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (z. B. magnetooptische Platte), CD-ROM (Read Only Memory), CD-R, CD-R/W und Halbleiterspeicher (z. B. Mask ROM, PROM (Programmierbarer ROM), EPROM (löschbarer PROM), Flash-ROM und RAM (Direktzugriffsspeicher)).
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Die Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt; ein kann Fachmann angesichts der Offenbarungen in den Ansprüchen die vorliegende Erfindung in verschiedene Aspekte modifizieren oder verändern, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen; und derartige Modifikationen und Änderungen sind auch durch den Geltungsbereich der Rechte der vorliegenden Erfindung erfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1-1, 1-2, 7, 13, 21, 21-1, 21-2
- Subtrahierer
- 2
- Integralterm-Erzeugungseinheit
- 3
- Proportionalterm-Erzeugungseinheit
- 4, 9-1, 9-2, 15, 15-1, 15-2, 25
- Addierer
- 5
- interne Divisionsverarbeitungseinheit
- 6
- Vorlaufterm-Erzeugungseinheit
- 8
- Rückmeldeterm-Erzeugungseinheit
- 11
- Differenzierer
- 12
- Koeffizienten-Multiplizierer
- 14
- Positionssteuerverstärkung
- 22
- Integrator
- 23
- Integralverstärkung
- 24
- Proportionalverstärkung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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