DE102017211380A1

DE102017211380A1 - Servo-Steuervorrichtung, Servo-Steuerverfahren und Servomotor-Steuerprogramm

Info

Publication number: DE102017211380A1
Application number: DE102017211380.4A
Authority: DE
Inventors: Ryoutarou TSUNEKI; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2037-07-05
Also published as: DE102017211380B4; US20180011453A1; CN107589664A; US10012961B2; JP2018005729A; CN107589664B; JP6557185B2

Abstract

Das Ansprechverhalten wird im Fall einer Verzögerungszeit, die in einem Kontrollsystem existiert, erhöht. Enthalten ist ein Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil 30 zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes zum Antreiben eines Servomotors 10; ein Geschwindigkeitserfassungsteil zum Erfassen der Geschwindigkeit des Servomotors; und ein Drehmomentbefehl-Erzeugungsteil 40 zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes für den Servomotor unter Verwendung einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert, wobei der Drehmomentbefehls-Erzeugungsteil einen Integralverstärkungsteil 402 und einen Proportionalverstärkungsteil 401 aufweist, in die jeweils die Differenz eingegeben wird, man die Integralverstärkung und die Proportionalverstärkung erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und die Integralverstärkungsvergrößerung auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Servo-Steuervorrichtung, ein Servo-Steuerverfahren und ein Servomotor-Steuerprogramm.
Verwandte Technik
Ein Servomotor wird bei Anwendungen verwendet, die eine Vorschubachse usw. antreiben. Eine Geschwindigkeitssteuerschleife, die die Geschwindigkeit eines Servomotors steuert, setzt im Allgemeinen eine PID-Steuerung ein, die eine Proportionalverstärkung, eine Integralverstärkung und je nach Fall die derivative Verstärkung umfasst. Die optimalen Werte für die Geschwindigkeitssteuerschleifen-Verstärkung werden nicht nur vom Motor bestimmt, sondern auch von den Eigenschaften der mit dem Servomotor verbundenen Maschine (Last-Trägheits-Verhältnis, Resonanzfrequenz usw.).
Der Servomotor kann die optimalen Werte im Voraus nicht bestimmen, da er als Antriebswelle von verschiedenen Maschinen usw. verwendet wird. Daher wird der Anfangswert für die Geschwindigkeitssteuerschleifen-Verstärkung derart bestimmt, dass sie das Ansprechverhalten für den Motor allein hat, wobei für die Geschwindigkeitssteuerschleifen-Verstärkung die Einstellung so ausgeführt wird, dass man das auf die Maschine zugeschnittene Ansprechverhalten durch Multiplizieren dieses Anfangswertes mit einer Konstanten erhält. Der Anfangswert der Geschwindigkeitssteuerschleifen-Verstärkung wird für jeden Motor bestimmt, so dass der Geschwindigkeitssteuerkreis ein Ansprechverhalten aufweist, das für den Motor allein ist.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 die Erhöhung der Integralverstärkung durch das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung im Fall einer Verzögerungszeit, die in dem Steuersystem nicht vorhanden ist, um das Ansprechverhalten zu erhöhen, während die Dämpfungscharakteristik konstant gehalten wird.

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H06-319284 (Absätze 0109–0117)

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Jedoch existiert eine Verzögerung, wie beispielsweise die Verzögerung aufgrund des Ansprechverhaltens der Stromsteuerschleife, die sich innerhalb der Geschwindigkeitssteuerschleife befindet, die Verzögerung des Signals eines Drehzahldetektors und die Verzögerung aufgrund der Berechnungsperiode der Drehzahlsteuerschleife in der Geschwindigkeitssteuerschleife. Aus diesem Grund wird, wenn die Integralverstärkung durch das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung erhöht wird, die Geschwindigkeitsverstärkung an der Grenze nur gemäß der Integralverstärkung begrenzt, wobei es ist nicht möglich ist, die Proportionalverstärkung ausreichend zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Servo-Steuervorrichtung, ein Servo-Steuerverfahren und ein Servomotor-Steuerprogramm anzugeben, das das Ansprechverhalten im Falle einer Verzögerungszeit, die in dem Steuersystem vorhanden ist, erhöhen kann, indem die Integralverstärkung mit der entsprechende Vergrößerung gemäß der Verzögerungszeit multipliziert wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Servomotor-Steuervorrichtung: einen Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil, der einen Geschwindigkeitsbefehlswert zum Antreiben eines Servomotors erzeugt;
einen Geschwindigkeitserfassungsteil, der die Geschwindigkeit des Servomotors erfasst; und
einen Drehmomentbefehls-Erzeugungsteil, der einen Drehmomentbefehlswert für den Servomotor erzeugt, wobei eine Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlswert, der durch den Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil erzeugt wird, und einem Geschwindigkeitserfassungswert, der durch den Geschwindigkeitserfassungsteil erfasst wird, verwendet wird;
wobei
eine Geschwindigkeitssteuerschleife den Geschwindigkeitserfassungsteil und den Drehmomentbefehls-Erzeugungsteil umfasst;
der Drehmomentbefehl-Erzeugungsteil einen Integralverstärkungsteil und einen Proportionalverstärkungsteil umfasst, in den die Differenz jeweils eingegeben wird;
man die Integralverstärkung des Integralverstärkungsteils und die Proportionalverstärkung des Proportionalverstärkungsteils erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und
die Integralverstärkungsvergrößerung auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei der Servomotor-Steuervorrichtung, wie in dem ersten Aspekt beschrieben, die Integralverstärkungsvergrößerung die β-Potenz der Proportionalverstärkungsvergrößerung sein, wobei β eine Konstante sein kann, die einen Wert von eins oder mehr und weniger als zwei entsprechend der Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife annimmt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Servomotor-Steuervorrichtung, wie in dem zweiten Aspekt beschrieben, die Konstante β unter Verwendung einer Zeitverzögerung τ der Geschwindigkeitssteuerschleife und einer Konstanten α als β = 2 – ατ definiert sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Servomotor-Steuervorrichtung, wie sie in einem der ersten bis dritten Aspekte beschrieben ist, ferner umfassen: einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil, der einen Positionsbefehlswert für den Servomotor erzeugt; und
einen Positionserfassungsteil, der eine Position des Servomotors erfasst,
wobei der Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil einen Geschwindigkeitsbefehlswert unter Verwendung einer Differenz zwischen dem durch den Positionsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Positionsbefehlswert und einem von dem Positionserfassungsteil erfassten Positionserfassungswert erzeugen kann.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Servomotor-Steuerverfahren für eine Servomotor-Steuervorrichtung die folgenden Schritte: Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes zum Antreiben eines Servomotors;
Erfassen der Geschwindigkeit des Servomotors; und
Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes für den Servomotor unter Verwendung einer Differenz zwischen dem so erzeugten Geschwindigkeitsbefehlswert und einem so erfassten Geschwindigkeitserfassungswert,
wobei der Servomotor entsprechend dem Drehmomentbefehlswert gesteuert wird,
wenigstens der Schritt des Erfassens der Geschwindigkeit und der Schritt des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes in einer Geschwindigkeitssteuerschleife durchgeführt wird,
der Schritt des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes einen Schritt des Multiplizierens der Differenz mit einer Integralverstärkung bzw. einer Proportionalverstärkung umfasst,
man die Integralverstärkung und die Proportionalverstärkung erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und
die Integralverstärkungsvergrößerung ein Wert ist, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Servomotor-Steuerverfahren, wie in dem fünften Aspekt beschrieben, die Integralverstärkungsvergrößerung die β-Potenz der Proportionalverstärkungsvergrößerung sein, wobei β eine Konstante sein kann, die einen Wert von eins oder mehr und weniger als zwei entsprechend der Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife annimmt.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem Servomotor-Steuerverfahren, wie in dem sechsten Aspekt beschrieben, die Konstante β unter Verwendung einer Zeitverzögerung τ der Geschwindigkeitssteuerschleife und einer Konstanten α als β = 2 – ατ definiert sein.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Servomotor-Steuerverfahren, wie es in einem der fünften bis siebten Aspekte beschrieben ist, ferner die folgenden Schritte umfassen: Erzeugen eines Positionsbefehlswertes für den Servomotor; und Erfassen einer Position des Servomotors,
wobei der Schritt des Erzeugens des Geschwindigkeitsbefehlswertes einen Geschwindigkeitsbefehlswert unter Verwendung einer Differenz zwischen dem durch den Positionsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Positionsbefehlswert und einem von dem Positionserfassungsteil erfassten Positionserfassungswert erzeugt.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es ein Servomotor-Steuerprogramm einem Computer, der als eine Servomotor-Steuervorrichtung dient, die einen Servomotor steuert, folgende Verarbeitung auszuführen:
Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes zum Antreiben des Servomotors;
Erfassen einer Geschwindigkeit des Servomotors; und
Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes für den Servomotor unter Verwendung einer Differenz zwischen dem so erzeugten Geschwindigkeitsbefehlswert und einem so erfassten Geschwindigkeitserfassungswert,
wobei wenigstens die Verarbeitung der Erfassung der Geschwindigkeit und die Verarbeitung des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes in einer Geschwindigkeitssteuerschleife ausgeführt wird,
die Verarbeitung des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes die Differenz mit der Integralverstärkung bzw. der Proportionalverstärkung multipliziert,
man die Integralverstärkung und die Proportionalverstärkung erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und
die Integralverstärkungsvergrößerung ein Wert ist, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Ansprechverhalten im Falle einer Verzögerungszeit zu erhöhen, die in einer Geschwindigkeitssteuerschleife vorhanden ist, indem die Integralverstärkung mit der entsprechenden Vergrößerung gemäß der Verzögerungszeit multipliziert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das eine Servomotor-Steuervorrichtung und einen Servomotor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das die Tätigkeiten der in 1 gezeigten Servomotor-Steuervorrichtung zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Beziehen einer Geschwindigkeitsverstärkung zeigt;
4 ist ein Blockschaltbild, das einen Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil, einen Positionserfassungsteil, einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil und einen Servomotor zeigt;
5 ist ein Blockschaltbild eines Steuersystems in einem Fall, in dem eine Verzögerungszeit überhaupt nicht in dem Steuersystem vorhanden ist; und
6 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Wert β und der Verzögerungszeit τ zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen im Detail erläutert. Die Technik, die auf der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert, wird für den Fall der Verzögerungszeit erläutert, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife nicht vorhanden ist. Von dem Standpunkt, dass die Steifigkeit der Maschine normalerweise nicht hoch ist, und eine Filtertechnik für die Vermeidung der Maschinenresonanz hoher Frequenz unzureichend ist, war die Vergrößerung multipliziert mit dem Anfangswert für die Geschwindigkeitssteuerschleifen-Verstärkung nicht sehr hoch eingestellt.
Jedoch ist die Vergrößerung multipliziert mit dem Anfangswert für die Geschwindigkeitssteuerschleifen-Verstärkung infolge der Steifigkeit der Maschine und Verbesserungen in der Filtertechnik zur Vermeidung von Maschinenresonanz höher geworden. Lässt man eine Verzögerungszeit überhaupt nicht in dem Steuersystem existieren, ist das Blockschaltbild des Steuersystems ist ein Blockschaltbild, wie jenes, das in 5 gezeigt ist. Eine Übertragungsfunktion von Störung d bis Ausgang y ist die numerische Formel 1 (dargestellt als Formel 1). [Formel 1]
Die Integralverstärkung k_i und die Proportionalverstärkung k_p werden zu einer numerischen Formel (dargestellt als Formel 2), wenn sie durch die Grenzfrequenz ω_n und den Dämpfungskoeffizienten ζ ausgedrückt werden. [Formel 2]
Die Formel 2 kann als numerische Formel 3 (als Formel 3 dargestellt) modifiziert werden. [Formel 3]
Der Anfangswert der Integralverstärkung und der Anfangswert der Proportionalverstärkung werden im Voraus durch eine bestimmte Standardreaktion für jedes Motormodell bestimmt. Der Anfangswert der Integralverstärkung wird wie in der nachstehenden Formel 4 (als Formel 4 gezeigt) bestimmt, und der Anfangswert der Proportionalverstärkung wird wie in der Formel 5 (als Formel 5 gezeigt) bestimmt. [Formel 4]
[Formel 5]
Herkömmlicherweise wird die Einstellung der Geschwindigkeitssteuerschleife durchgeführt, indem die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung um dieselbe Vergrößerung erhöht werden. Obwohl dies bei der Berücksichtigung des Trägheitsmomentverhältnisses korrekt ist, besteht bei der Einstellung des Ansprechverhaltens ein Problem dahingehend, dass sich die Dämpfungscharakteristik entsprechend der Verstärkungsvergrößerung ändert. Da außerdem die Grenze der Geschwindigkeitsverstärkung nur durch die Proportionalverstärkung begrenzt ist, ist es nicht möglich, eine hohe Integralverstärkung zu übernehmen.
Im Fall der Verzögerungszeit, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife in dem Patentdokument 1 nicht vorhanden ist, hat sich die Integralverstärkung, wie bereits erläutert, um das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung erhöht, um das Ansprechverhalten zu erhöhen, während die Dämpfungscharakteristik konstant gehalten wird. Da jedoch Verzögerung vorhanden ist, wie etwa die Verzögerung aufgrund des Ansprechverhaltens der Stromsteuerschleife, die innerhalb der Geschwindigkeitssteuerschleife liegt, die Verzögerung in dem Signal des Geschwindigkeitsdetektors und die Verzögerung aufgrund der Berechnungsperiode der Geschwindigkeitssteuerschleife, wird beim Erhöhen der Integralverstärkung durch das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung die Geschwindigkeitsverstärkung durch die Grenze nur gemäß der Integralverstärkung begrenzt, wodurch es nicht möglich war, eine ausreichend hohe Proportionalverstärkung einzusetzen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen im Detail erläutert. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Servomotor-Steuervorrichtung und einen Servomotor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Servomotor-Steuervorrichtung in 1 umfasst einen Geschwindigkeits-Erfassungsteil 20, der die Drehgeschwindigkeit eines Servomotors 10 erfasst und einen Geschwindigkeitswert ausgibt, einen Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil 30, der einen Geschwindigkeitsbefehl an den Servomotor 10 ausgibt, einen Drehmomentbefehls-Erzeugungsteil 40 und einen Subtrahierer, der den Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitswert ermittelt. Der Drehmomentbefehl-Erzeugungsteil 40 umfasst: einen Proportionalverstärkungsteil 401 und einen Integralverstärkungsteil 402, die mit dem Subtrahierer 50 verbunden sind; einen Integrator 403, der mit dem Integralverstärkungsteil 402 verbunden ist; einen Verzögerungserfassungsteil 404, der den Geschwindigkeitsbefehl und die erfasste Geschwindigkeit verwendet, um die Verzögerungszeit zu erfassen, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife auftritt; einen Verstärkungssteuerteil 405, der die Verstärkungen des Proportionalverstärkungsteils 401 und des Integralverstärkungsteils 402 einstellt; und einen Addierer 406, der den Ausgang des Proportionalverstärkungsteils 401 und den Ausgang des Integrators 403 addiert und den addierten Wert als Drehmomentbefehl an den Servomotor 10 ausgibt. Der Integralverstärkungsteil 402 multipliziert den Eingang mit einem Koeffizienten und der Integrator 403 integriert den Ausgang des Integralverstärkungsteils 402. Der Proportionalverstärkungsteil 401 multipliziert den Eingang mit einem Koeffizienten. Der Verstärkungssteuerteil 405 steuert den Integralverstärkungsteil 402, um die Integralverstärkungsvergrößerung als einen Wert einzustellen, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung ist, gemäß der erfassten Verzögerungszeit. Der Servomotor 10 treibt die Welle einer Werkzeugmaschine oder einer Industriemaschine an.
In dem Fall der Verzögerungszeit, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife vorhanden ist, wurde bei der Erhöhung der Integralverstärkungsvergrößerung durch das Quadrat der Proportionsverstärkungsvergrößerung festgestellt, dass die Integralverstärkung übermäßig wird, wenn die Vergrößerung erhöht wird. Wenn die Integralverstärkung übermäßig wird, erhöht sich das Überschwingen und wird oszillatorisch. Durch Multiplizieren der Integralverstärkung mit einem Wert, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß der Verzögerungszeit ist (Einrichten der Integralverstärkungsvergrößerung < Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung), haben die Erfinder festgestellt, dass es möglich ist, das Ansprechverhalten zu erhöhen, ohne die Dämpfungscharakteristik deutlich zu verändern.
Um die Integralverstärkungsvergrößerung als einen Wert einzustellen, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Integralverstärkungsvergrößerung durch folgende Gleichung ermittelt (Integralverstärkungsvergrößerung) = (Proportionalverstärkungsvergrößerung)^β (1 ≤ β < 2). Jedoch sind diese Verfahren, die in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt sind, Beispiele, wobei die Integralverstärkungsvergrößerung einen Wert, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung ist, durch ein anderes Verfahren annehmen kann. Der Wert β kann mit der Verzögerungszeit bestimmt werden, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife auftritt. Die Verzögerungszeit, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife auftritt, tritt aufgrund der Verzögerung entsprechend dem Ansprechverhalten des Stromsteuerkreises, der Verzögerung des Signals des Geschwindigkeitsdetektors, der Verzögerung aufgrund der Berechnungsperiode der Geschwindigkeitssteuerschleife usw. auf, wie es bereits erläutert wurde; diese Verzögerung wird jedoch durch die Motorcharakteristiken und die Kennlinien der die Geschwindigkeitssteuerschleife bildenden Schaltung bestimmt und kann im Voraus bestimmt werden. Folglich kann auch der Wert β im Voraus ermittelt werden.
Die vorliegende Ausführungsform berücksichtigt die Schwankungen der Verzögerungszeit, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife auftreten, und der Verzögerungserfassungsteil 404 erfasst die Verzögerungszeit, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife auftritt, unter Verwendung des Geschwindigkeitsbefehls und der erfassten Geschwindigkeit. Die Verzögerungszeit, die in der Geschwindigkeitssteuerschleife auftritt, kann durch Messen der Verzögerungszeit der Geschwindigkeitsrückkopplung relativ zum Geschwindigkeitsbefehl erfasst werden. Im Fall der Bestimmung des Wertes β im Voraus wird der Verzögerungserfassungsteil 404 in 1 unnötig.
Für den Fall der Erhöhung der Integralverstärkungsvergrößerung durch die β-Potenz der Proportionalverstärkungsvergrößerung können die Integralverstärkung k_i und die Proportionalverstärkung k_p durch die numerische Formel 6 (als Formel 6 dargestellt) ausgedrückt werden. [Formel 6]
Gemäß dem Fachwissen der vorliegenden Erfinder kann man die Integralverstärkungsvergrößerung durch die Gleichung der Integralverstärkungsvergrößerung = β-Potenz der Proportionalverstärkungsvergrößerung (1 ≤ β < 2) erhalten, wie in der obigen numerischen Formel 6 gezeigt. Zusätzlich kann nach dem Fachwissen der vorliegenden Erfinder der Wert β durch die lineare Funktion von β = 2 – ατ unter Verwendung der Verzögerungszeit τ und der Konstanten α dargestellt werden. Unter Verwendung dieser Beziehung ist es möglich, den Wert β aus der Verzögerungszeit τ zu ermitteln. Die Konstante α ist ein fester Wert und kann einen Wert von etwa α = 0,25 annehmen. Ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Wert β und der Verzögerungszeit τ ist in dem charakteristischen Diagramm von 6 gezeigt. Das in der numerischen Formel 3 und der numerischen Formel 6 gezeigte Verhältnis ω_n/ω_n0 ist eine Geschwindigkeitsverstärkungsvergrößerung VG. Die Proportionalverstärkungsvergrößerung wird die Geschwindigkeitsverstärkungsvergrößerung VG (VG = ω_n/ω_n0), und die Integralverstärkungsvergrößerung wird die β-Potenz der Geschwindigkeitsverstärkungsvergrößerung VG (VG^β =(ω_n/ω_n0)^β). Obwohl es möglich ist, dass die subtrahierte Menge der Integralverstärkungsvergrößerung und/oder des Wertes β im Voraus während der Ausgabe bestimmt wird, kann die Geschwindigkeitsverstärkungsvergrößerung VG nicht im Voraus während der Ausgabe bestimmt werden, da sie durch die Maschineneigenschaften beeinflusst wird, und wird somit entsprechend den Eigenschaften der Werkzeugmaschine, etc. eingestellt, die mit dem Servomotor verbunden ist.
2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 1 gezeigten Servomotor-Steuervorrichtung zeigt. Zunächst erzeugt in Schritt S101 der Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil 30 einen Geschwindigkeitsbefehl, und der Geschwindigkeitserfassungsteil 20 erfasst die Geschwindigkeit in Schritt S102. Als nächstes wird in Schritt S103 der im Voraus für jedes Motormodell bestimmte Anfangswert mit einem Koeffizienten (1 + J_L/J_m) multipliziert, der unter Verwendung des Verhältnisses des Trägheitsmomentes der Maschine relativ zu der Rotor-Trägheit (gezeigt als Last-Trägheits-Verhältnis in Schritt S103 von 2) ermittelt wird, wobei man die Integralverstärkung sowie die Proportionalverstärkung durch Multiplizieren der eingestellten Integralverstärkungsvergrößerung bzw. Proportionalverstärkung erhält. Als nächstes ermittelt der Subtrahierer 50 in Schritt S104 die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitswert, und der Drehmomentbefehl wird unter Verwendung dieser Differenz erzeugt und ausgegeben, indem der Ausgangswert des Integrators 403 addiert wird, der durch Integrieren der Ausgangswerte des Integralverstärkungsteils 402 und die Ausgangswerte des Proportionalverstärkungsteils 401 mit dem Addierer 406 erzeugt wird.
3 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeitsverstärkung zeigt. Den Wert β erhält man aus den Motorcharakteristiken und den Charakteristiken der Schaltung, die den Geschwindigkeitssteuerkreis bildet (Schritt S201). Als nächstes wird bestimmt, ob es einen Stabilitätsspielraum in der Verstärkung gibt (Schritt S202). Für den Fall, dass ein Stabilitätsspielraum vorliegt, wird die Geschwindigkeitsverstärkungsvergrößerung vergrößert (Schritt S203), und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S202 zurück. Für den Fall, dass kein Stabilitätsspielraum vorhanden ist, wird die anfänglich eingestellte Geschwindigkeitsvergrößerung beibehalten.
4 ist ein Blockschaltbild, das den Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil, den Positionserfassungsteil, den Positionsbefehl-Erzeugungsteil und den Servomotor zeigt. Der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 70 erzeugt einen Positionsbefehl, und der Positionserfassungsteil 60 erfasst die Drehposition des Servomotors 10. Der Subtrahierer 80 ermittelt die Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und der Position und gibt diese Differenz in den Positionssteuerverstärkungsabschnitt 301 und den Ableitungsteil 302 ein. Der Addierer 304 gibt den addierten Wert des Ausgangs des Koeffiziententeils 303, der den Ausgang des Ableitungsteils 302 mit einem Koeffizienten multipliziert, und den Ausgang des Positionssteuerverstärkungsteils 301 als Geschwindigkeitsbefehl aus.
Wenngleich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben erläutert worden ist, kann für die Servomotor-Steuervorrichtung die Gesamtheit oder ein Teil ihrer Funktionen mittels Hardware, Software oder einer Kombination davon realisiert werden. Hier bedeutet durch Software realisiert, dass sie von einem Computer ausgelesen und ausgeführt wird. Für den Fall der Herstellung von Hardware können ein Teil oder die Gesamtheit des Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteils 30 und des Drehmomentbefehl-Erzeugungsteils 40, die in 1 und 4 gezeigt sind, aus integrierten Schaltkreisen (IC), wie LSI (Large Scale Integrated Circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), Gate Array und FPGA (Field Programmable Gate Array) bestehen.
Im Falle der Realisierung durch Software besteht ein Teil oder die Gesamtheit der Servomotor-Steuereinrichtung aus einem Computer mit einer CPU und einer Speichereinheit, wie beispielsweise einer Festplatte und einem ROM-Speicherprogramm. Dann kann gemäß dem Blockschaltbild von 1 und Programmen, die den Flussdiagrammen aus 2 und 3 folgen, die CPU einen Teil oder die Gesamtheit der Operationen der Servomotor-Steuereinrichtung ausführen, indem sie die bei der Berechnung erforderlichen Informationen in einer zweiten Speichereinheit, wie etwa einem RAM, speichert und die Verarbeitung ausführt. Die Programme können in die Speichereinheit wie eine Festplatte von computerlesbaren Aufzeichnungsmedien eingelesen werden, auf denen die Programme aufgezeichnet sind.
Die Programme können unter Verwendung verschiedener Arten von computerlesbaren Aufzeichnungsmedien (computerlesbare Medien) gespeichert und dem Computer zur Verfügung gestellt werden. Die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien umfassen verschiedene Arten von greifbaren Speichermedien. Beispiele für die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien umfassen magnetische Medien (z. B. flexible Disketten, ein Magnetband, ein Festplattenlaufwerk), magnetooptische Aufzeichnungsmedien (z. B. eine magnetooptische Platte), eine CD-ROM (Read Only Memory), CD-R, CD-R/W und Halbleiterspeicher (z. B. Masken-ROM, PROM (programmierbarer ROM), EPROM (löschbarer PROM), Flash-ROM, RAM (Direktzugriffsspeicher)).
Obwohl die jeweiligen Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung oben erläutert worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannten jeweiligen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt, und für einen Fachmann ist es möglich, zu verschiedenen Formen in einem Bereich, der nicht von dem Kern der vorliegenden Erfindung abweicht, basierend auf der Offenbarung in den Ansprüchen zu modifizieren oder zu wechseln, wobei diese modifizierten Beispiele oder veränderten Beispiele ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Bezugszeichenliste

10: Servomotor
20: Geschwindigkeitserfassungsteil
30: Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil
40: Drehmomentbefehl-Erzeugungsteil
50: Subtrahierer
60: Positionserfassungsteil
70: Positionsbefehl-Erzeugungsteil
80: Addierer
401: Proportionalverstärkungsteil
402: Integralverstärkungsteil
403: Integrator
404: Verzögerungserfassungsteil
405: Verstärkungssteuerteil
406: Addierer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 06-319284 [0004]

Claims

Servomotor-Steuervorrichtung, umfassend: einen Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil (30), für die Erzeugung eines Geschwindigkeitsbefehlswert zum Antreiben eines Servomotors (10); einen Geschwindigkeitserfassungsteil (20), zum Erfassen der Geschwindigkeit des Servomotors; und einen Drehmomentbefehls-Erzeugungsteil (40), zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswert für den Servomotor unter Verwendung einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlswert, der durch den Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil erzeugt wird, und einem Geschwindigkeitserfassungswert, der durch den Geschwindigkeitserfassungsteil erfasst wird; wobei eine Geschwindigkeitssteuerschleife den Geschwindigkeitserfassungsteil und den Drehmomentbefehls-Erzeugungsteil umfasst; der Drehmomentbefehl-Erzeugungsteil einen Integralverstärkungsteil (402) und einen Proportionalverstärkungsteil (401) umfasst, in den die Differenz jeweils eingegeben wird; man die Integralverstärkung des Integralverstärkungsteils und die Proportionalverstärkung des Proportionalverstärkungsteils erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und die Integralverstärkungsvergrößerung auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.
Servomotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Integralverstärkungsvergrößerung die β-Potenz der Proportionalverstärkungsvergrößerung ist, wobei β eine Konstante ist, die einen Wert von eins oder mehr und weniger als zwei entsprechend der Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife annimmt.
Servomotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Konstante β unter Verwendung einer Zeitverzögerung τ der Geschwindigkeitssteuerschleife und einer Konstanten α als β = 2 – ατ definiert ist.
Servomotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil (70) zum Erzeugen eines Positionsbefehlswertes für den Servomotor; und einen Positionserfassungsteil (60) zum Erfassen einer Position des Servomotors, wobei der Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsteil (30) einen Geschwindigkeitsbefehlswert unter Verwendung einer Differenz zwischen dem durch den Positionsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Positionsbefehlswert und einem von dem Positionserfassungsteil erfassten Positionserfassungswert erzeugt.
Servomotor-Steuerverfahren für eine Servomotor-Steuervorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes zum Antreiben eines Servomotors (10); Erfassen der Geschwindigkeit des Servomotors; und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes für den Servomotor unter Verwendung einer Differenz zwischen dem so erzeugten Geschwindigkeitsbefehlswert und einem so erfassten Geschwindigkeitserfassungswert, wobei der Servomotor entsprechend dem Drehmomentbefehlswert gesteuert wird, wenigstens der Schritt des Erfassens der Geschwindigkeit und der Schritt des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes in einer Geschwindigkeitssteuerschleife durchgeführt wird, der Schritt des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes einen Schritt des Multiplizierens der Differenz mit einer Integralverstärkung bzw. einer Proportionalverstärkung umfasst, man die Integralverstärkung und die Proportionalverstärkung erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und die Integralverstärkungsvergrößerung ein Wert ist, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.
Servomotor-Steuerverfahren nach Anspruch 5, bei dem die Integralverstärkungsvergrößerung die β-Potenz der Proportionalverstärkungsvergrößerung ist, und β eine Konstante ist, die einen Wert von eins oder mehr und weniger als zwei entsprechend der Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife annimmt.
Servomotor-Steuerverfahren nach Anspruch 6, bei dem die Konstante β unter Verwendung einer Zeitverzögerung τ der Geschwindigkeitssteuerschleife und einer Konstanten α als β = 2 – ατ definiert ist.
Servomotor-Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, weiterhin umfassend folgende Schritte: Erzeugen eines Positionsbefehlswertes für den Servomotor; und Erfassen einer Position des Servomotors, wobei der Schritt des Erzeugens des Geschwindigkeitsbefehlswertes einen Geschwindigkeitsbefehlswert unter Verwendung einer Differenz zwischen dem durch den Positionsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Positionsbefehlswert und einem von dem Positionserfassungsteil erfassten Positionserfassungswert erzeugt.
Servomotor-Steuerprogramm, das einen Computer, der als eine Servomotor-Steuervorrichtung dient, die einen Servomotor steuert (10), in die Lage versetzt, folgende Verarbeitung auszuführen: Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes zum Antreiben des Servomotors; Erfassen einer Geschwindigkeit des Servomotors; und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes für den Servomotor unter Verwendung einer Differenz zwischen dem so erzeugten Geschwindigkeitsbefehlswert und einem so erfassten Geschwindigkeitserfassungswert, wobei wenigstens die Verarbeitung der Erfassung der Geschwindigkeit und die Verarbeitung des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes in einer Geschwindigkeitssteuerschleife ausgeführt wird, die Verarbeitung des Erzeugens des Drehmomentbefehlswertes die Differenz mit der Integralverstärkung bzw. der Proportionalverstärkung multipliziert, man die Integralverstärkung und die Proportionalverstärkung erhält, indem man einen Wert, der berechnet wird, indem ein für jedes Motormodell vorherbestimmter Anfangswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der unter Verwendung eines Verhältnisses der Trägheitsmasse einer Maschine relativ zur Rotorträgheit des Servomotors erzeugt wird, mit einer Integralverstärkungsvergrößerung bzw. einer Proportionalverstärkungsvergrößerung multipliziert; und die Integralverstärkungsvergrößerung ein Wert ist, der kleiner als das Quadrat der Proportionalverstärkungsvergrößerung gemäß einer Verzögerungszeit der Geschwindigkeitssteuerschleife ist.