DE102017214336B4

DE102017214336B4 - Motorsteuervorrichtung, Motorsteuerverfahren und Motorsteuerprogramm

Info

Publication number: DE102017214336B4
Application number: DE102017214336.3A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Nakamura; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2037-08-18
Also published as: US10101729B2; JP6412071B2; DE102017214336A1; CN107769627A; US20180052449A1; CN107769627B; JP2018033205A

Abstract

Motorsteuervorrichtung für einen Motor (50), der mit einem angetriebenen Teil (60) einer Maschine über ein elastisch verformbares Element gekoppelt ist, umfassend:einen Geschwindigkeitsbefehlsteil (10) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls,einen ersten Geschwindigkeitsdetektor (40) zum Erfassen der Motorgeschwindigkeit des Motors,einen zweiten Geschwindigkeitsdetektor (70) zum Erfassen der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils,eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) zum Berechnen eines Drehmomentbefehls aus dem Geschwindigkeitsbefehl und der Motorgeschwindigkeit,eine Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit (80) zum Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter (801),eine Drehmomentsteuereinheit (30) zum Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird, undeinen Einstellungsänderungsteil (90) zum Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Entsprechung zu einer Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und zum Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters (801) in Entsprechung zu einer Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.

Description

Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht den Vorteil der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-162096 vom 22. August 2016, deren Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, ein Motorsteuerverfahren und ein Motorsteuerprogramm sowie insbesondere eine Motorsteuervorrichtung, ein Motorsteuerverfahren und ein Motorsteuerprogramm zum Steuern eines Motors, der mit einem angetriebenen Teil über ein elastisch verformbares Element verbunden ist.
Stand der Technik
Werkzeugmaschinen, industrielle Maschinen usw. weisen Vorschubachsen für das Antreiben von angetriebenen Teilen wie etwa Tischen oder Drehtischen durch Servomotoren über mechanische Teile wie etwa Kugelgewindetriebe, Kupplungen oder Untersetzungsgetriebe auf. Eine Maschine, die elastische Teile wie etwa flexible Kupplungen oder Untersetzungsgetriebe verwendet, neigt zu einer niederfrequenten Vibration, wobei in diesem Fall die Vorschubachse als ein federgekoppelter Zustand betrachtet werden kann. Es kann vorkommen, dass die Geschwindigkeit eines angetriebenen Teils einer Maschine und die Geschwindigkeit des Motors aufgrund dieser Federkopplung nicht übereinstimmen, sodass eine niederfrequente Vibration unter einer Servosteuerungsbandbreite auftritt. Für eine Unterdrückung dieser niederfrequenten Vibration beschreibt das Patentdokument 1 ein Verfahren zum Erhalten der Geschwindigkeit eines angetriebenen Teils einer Maschine und zum Kompensieren eines Drehmomentbefehlswerts in Entsprechung zu einem Wert, der proportional ist zu der Differenz zwischen dieser Geschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit von einem Geschwindigkeitsdetektor, der die Drehgeschwindigkeit des Motors erfasst.
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP H03 - 110 607 A .
Die JP H07 - 15 991 A befasst sich mit einem Motor, an den eine Maschinenlast angeschlossen ist, die mit einer Wellendrehvibrationskennlinie versehen ist. Eine Motorsteuerung erzeugt einen Drehmomentstrombefehlswert auf der Grundlage einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlswert und einer Maschinenlast, der Geschwindigkeitsabweichung zwischen einer Motordrehzahl und einer Maschinenlastdrehzahl oder einer Schätzung der Maschinenlastgeschwindigkeit, und der Änderungsrate der Maschinenlastdrehzahl und steuert den Antrieb des Motors gemäß der Abweichung zwischen dem Drehmomentstrom-Befehlswert und einem erfassten Drehmomentstrom.
Die JP 2009 - 44 812 A befasst sich mit einem Positions- oder Drehzahlregler, welcher die Drehzahl einer mechanischen Last steuert, die mit einem Motor über ein Verzögerungselement verbunden ist. Ein Lastdrehzahlregler berechnet einen Lastachsendrehmomentbefehl basierend auf einer Differenz zwischen einem Lastdrehzahlbefehl und einem berechneten Wert der Lastgeschwindigkeit, und gibt, basierend auf dem berechneten Wert, einen Verdrehwinkelbefehl aus. Weiterhin besitzt der Drehzahlregler einen Torsionswinkelregler, der einen Motordrehmomentbefehl an eine Nebenschleife des Lastdrehzahlreglers ausgibt, basierend auf einer Differenz zwischen dem Verdrehwinkelbefehl und einem berechneten Wert des Verdrehwinkels.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Bearbeitungsoperation werden durch das automatische Betreiben eines Maschinenwerkzeugs ein Schneidvorschub und ein Eilgang (Positionierung) durchgeführt, wobei die Vorschubgeschwindigkeit beim Eilgang höher als beim Schneidvorschub ist. Die in einer Motorsteuervorrichtung erforderliche Steuerperformanz unterscheidet sich jedoch stark zwischen einem Schneidvorschub und einem Eilgang. Ein Schneidvorschub, der die Verarbeitungsqualität beeinflusst, erfordert eine Störungsunterdrückungsperformanz im Vergleich zu einem Eilgang, wobei ein Wechsel zu einer großen Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung vollzogen werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Motorsteuervorrichtung, ein Motorsteuerverfahren und ein Motorsteuerprogramm anzugeben, die ein angemessenes Kompensationsdrehmoment erhalten können, wenn sich die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung wie etwa bei einem Schneidvorschub und einem Eilgang ändert und die Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Verbindung damit geändert wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorsteuervorrichtung für einen Motor, der mit einem angetriebenen Teil einer Maschine über ein elastisch verformbares Element verbunden ist: einen Geschwindigkeitsbefehlsteil zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls; einen ersten Geschwindigkeitsdetektor, der die Motorgeschwindigkeit des Motors erfasst; einen zweiten Geschwindigkeitsdetektor, der die Geschwindigkeit des angetriebenen Teils erfasst; eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung zum Berechnen eines Drehmomentbefehls aus dem Geschwindigkeitsbefehl und der Motorgeschwindigkeit; eine Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter; eine Drehmomentsteuereinheit zum Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird; und einen Einstellungsänderungsteil zum Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Entsprechung zu einer Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und zum Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters in Entsprechung zu einer Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Einstellungsänderungsteil eine Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multiplizieren und das Kompensationsfilter der Kompensationsdrehmomentberechnungseinheit mit F(s) multiplizieren.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt die Geschwindigkeitssteuereinrichtung die Übertragungskennlinie mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multiplizieren und kann die Kompensationsdrehmomentberechnungseinheit die Kompensationsverstärkung mit |F(jω)| in Entsprechung zu einer zuvor festgelegten Winkelfrequenz ω multiplizieren.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem dritten Aspekt eine Änderung F(s) in der Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung eine Konstante A sein.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt die Kompensationsdrehmomentberechnungseinheit die Kompensationsverstärkung vermindern, wenn eine Änderung der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung veranlasst wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Motorsteuervorrichtung gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung entweder ein Schneidvorschub oder ein Eilgang des angetriebenen Teils sein.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Motorsteuerverfahren für eine Motorsteuervorrichtung eines Motors, der mit einem angetriebenen Teil einer Maschine über ein elastisch verformbares Element gekoppelt ist: Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls; Berechnen eines Drehmomentbefehls durch eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung basierend auf einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils; Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit des Motors und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter; Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird; und Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Motorsteuerverfahren gemäß dem siebten Aspekt eine Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multipliziert werden und kann das Kompensationsfilter mit F(s) multipliziert werden.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Motorsteuerverfahren gemäß dem siebten Aspekt die Geschwindigkeitssteuereinrichtung die Übertragungskennlinie mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multiplizieren und kann die Kompensationsverstärkung mit |F(jω)| in Entsprechung zu einer zuvor festgelegten Winkelfrequenz ω multipliziert werden.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Motorsteuerverfahren gemäß dem neunten Aspekt die Änderung F(s) in der Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung eine Konstante A sein.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Motorsteuerverfahren gemäß dem siebten Aspekt das Verfahren die Kompensationsverstärkung vermindern, wenn eine Änderung der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung veranlasst wird.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Motorsteuerverfahren gemäß einem der siebten bis elften Aspekte die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung entweder der Schneidvorschub oder der Eilgang des angetriebenen Teils sein.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein Motorsteuerprogramm einem Computer als einer Motorsteuervorrichtung für einen Motor, der mit einem angetriebenen Teil einer Maschine über ein elastisch verformbares Element gekoppelt ist, Folgendes auszuführen: eine Verarbeitung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls; eine Verarbeitung zum Berechnen eines Drehmomentbefehls durch eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils; eine Verarbeitung zum Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit des Motors und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter; eine Verarbeitung zum Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird; und eine Verarbeitung zum Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und zum Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein angemessenes Kompensationsdrehmoment erhalten werden, wenn sich die Betriebsbedingung einer Motorsteuervorrichtung ändert und in Verbindung damit die Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung geändert wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung als eine technische Voraussetzung erläutert.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ausführungsform der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung erläutert.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer PI-Steuereinrichtung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Geschwindigkeitssteuersystem für einen Motor zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Motorsteuerverfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Vor der Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die als eine Voraussetzung dienende Technik erläutert. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung als eine technische Voraussetzung erläutert. Wie in 1 gezeigt, wird ein von einer Geschwindigkeitsbefehlseinheit 10 ausgegebener Geschwindigkeitsbefehl in eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 eingegeben und erzeugt die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 einen Drehmomentbefehl unter Verwendung des eingegebenen Geschwindigkeitsbefehls und der eingegebenen Motorgeschwindigkeit eines Motors 50 (Drehgeschwindigkeit des Motors) und gibt dann den Drehmomentbefehl an eine Drehmomentsteuereinheit 30 aus. Die Drehmomentsteuereinheit 30 steuert die Drehzahl des Motors 50 basierend auf dem Additionswert des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls von einer Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 50 wird durch einen Geschwindigkeitsdetektor 40 wie etwa einen Codierer erfasst und an die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 ausgegeben. Der Motor 50 ist mit einem angetriebenen Teil 60 einer Maschine über eine Vorschubachse wie etwa einen Kugelgewindetrieb gekoppelt, wobei die Drehbewegung des Motors 50 durch die Vorschubachse wie etwa einen Kugelgewindetrieb zu einer Linearbewegung des angetriebenen Teils 60 gewandelt wird. Die Geschwindigkeit des angetriebenen Teils 60 wird durch einen Geschwindigkeitsdetektor 70 erfasst, und die Differenz zwischen der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils 60 und der durch den Geschwindigkeitsdetektor 40 erfassten Geschwindigkeit wird zu dem Kompensationsdrehmoment-Berechnungsteil 80 als eine Torsionsgeschwindigkeit eingegeben. Der Kompensationsdrehmoment-Berechnungsteil 80 berechnet das Kompensationsdrehmoment basierend auf dieser Differenz.
Wie bereits erläutert, werden in einer Bearbeitungsoperation gemäß einem automatischen Betrieb einer Werkzeugmaschine, ein Schneidvorschub oder ein Eilgang (Positionierung), der eine schnellere Vorschubgeschwindigkeit als der Schneidvorschub aufweist, durchgeführt und unterscheidet sich die in der Motorsteuervorrichtung erforderliche Steuerperformanz stark zwischen dem Schneidvorschub und dem Eilgang. Ein Schneidvorschub, der die Bearbeitungsqualität beeinflusst, erfordert im Vergleich zu dem Eilgang eine Störungsunterdrückungsperformanz, wobei ein Wechsel zu einer großen Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung durchgeführt werden kann. Ausführungsformen der Motorsteuervorrichtung und des Motorsteuerverfahrens der vorliegenden Erfindung ändern die Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung und die Einstellungen der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit gemäß der Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung wie etwa einem Schneidvorschub und einem Eilgang.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 2 bis 5 erläutert. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ausführungsform der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung erläutert. Es werden gleiche Bezugszeichen für ähnliche Komponenten wie in der Motorsteuervorrichtung von 1 verwendet, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Maschine, auf die die Motorsteuervorrichtung dieser Ausführungsform angewendet wird, ist eine Werkzeugmaschine wie etwa eine Laserstrahlmaschine, eine Elektroentladungsmaschine und eine Schneidmaschine oder eine industrielle Maschine wie etwa ein Roboter oder ähnliches. Wie in 2 gezeigt, enthält die Motorsteuervorrichtung dieser Ausführungsform als eine in 1 gezeigte Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 einen Subtraktor 201, der die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl von der Geschwindigkeitsbefehlseinheit 10 und der Motorgeschwindigkeit von dem Motorgeschwindigkeitsdetektor 40 erhält, und eine Rückkopplungssteuereinrichtung (nachfolgend als PI-Steuereinrichtung bezeichnet) 202 einer proportionalen/integralen (PI)-Steuerung (Kp+Ki/s) der proportionalen Verstärkung Kp und der integralen Verstärkung Ki, in die der Geschwindigkeitsfehler von dem Subtraktor 201 eingegeben wird. Außerdem enthält die Motorsteuervorrichtung dieser Ausführungsform wie in 2 gezeigt ein Kompensationsfilter 801 und einen Kompensationsverstärkungsteil 802 als die Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 von 1. Das Kompensationsfilter 801 kann zum Beispiel durch ein Tiefpassfilter der ersten Ordnung konfiguriert werden. Das Kompensationsfilter 801 kann ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter einer höheren Ordnung zu dem Tiefpassfilter der ersten Ordnung hinzufügen oder ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter einer höheren Ordnung anstelle des Tiefpassfilters der ersten Ordnung verwenden. Das Kompensationsfilter wird vorgesehen, um Vibrationen einer für eine Vibrationsunterdrückung vorgesehenen Frequenz zu extrahieren und um eine Destabilisierung aufgrund einer Vibrationskomponente mit einer hohen Frequenz zu vermeiden. Die in 2 gezeigte Motorsteuervorrichtung enthält weiterhin eine Einstellungsänderungseinheit 90, die die Verstärkung der PI-Steuereinrichtung 202 ändert, und ändert die Verstärkung des Kompensationsverstärkungsteils 802 und/oder des Kompensationsfilters 801 der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 in Entsprechung zu dieser Änderung. Anstelle der PI-Steuereinrichtung 202 kann auch eine proportionale (P) Steuereinrichtung oder eine proportionale/integrale/derivative (PID) Steuereinrichtung verwendet werden.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer PI-Steuereinrichtung zeigt. Wie in 3 gezeigt, enthält die PI-Steuereinrichtung 202 einen Proportionalverstärkungsteil 2001, einen Integralverstärkungsteil 2002, einen Integrator 2003 und einen Addierer 2004. Der Geschwindigkeitsfehler von dem Subtraktor 201 wird jeweils in den Proportionalverstärkungsteil 2001 und in den Integralverstärkungsteil 2002 eingegeben. Der Geschwindigkeitsfehler wird durch den Integralverstärkungsteil 2002 verstärkt, und der verstärkte Geschwindigkeitsfehler wird durch den Integrator 2003 integriert. Außerdem wird der Geschwindigkeitsfehler durch den Proportionalverstärkungsteil 2001 verstärkt. Die Ausgabe des Proportionalverstärkungsteils 2001 und die Ausgabe des Integrators 2003 werden durch den Addierer 2004 addiert. Die Anordnungsreihenfolge des Integralverstärkungsteils 2002 und des Integrators 2003 kann auch umgekehrt sein. Von den Verstärkungen der PI-Steuereinrichtung 2002 wird die proportionale Verstärkung mit A_p multipliziert und wird die integrale Verstärkung mit A_i multipliziert. Die Verstärkung C₁(s) der PI-Steuereinrichtung 2002 vor der Verstärkungsänderung wird durch die folgende Gleichung 1 wiedergegeben. $C_{1} (s) = K_{p} + K_{i} / s$
Die Verstärkung C₂(s) der PI-Steuereinrichtung 202 nach der Verstärkungsänderung wird durch die folgende Gleichung 2 wiedergegeben. $C_{2} (s) = A_{p} K_{p} + A_{i} K_{i} / s$
Die Übertragungskennlinie der PI-Steuereinrichtung 202 wird mit F(s) multipliziert, das durch die Gleichung 3 angegeben wird. $F (s) = \frac{C_{2} (s)}{C_{1} (s)} = \frac{A_{p} K_{p} + A_{i} K_{i} / s}{K_{p} + K_{i} / s}$
Der in 1 und 2 gezeigte Kompensationsdrehmomentbefehl wird als eine Drehmomentflankenstörung für das Geschwindigkeitssteuersystem des Motors 50 betrachtet. 4 ist ein Blockdiagramm eines Geschwindigkeitssteuersystems des Motors 50. In 4 wird die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl r und der Motorgeschwindigkeit y, die als der Steuerwert (Ausgabe) dient, in die Steuereinrichtung für die Verstärkung C eingegeben. Die Störung d in Entsprechung zu dem Kompensationsdrehmoment wird zu der Steuereingabe u in Entsprechung zu dem Drehmomentbefehl aus der Steuereinrichtung eingegeben, und die Steuereingabe u, zu der die Störung d addiert wurde, wird in den als das Steuerziel P dienenden Motor eingegeben Die Motorgeschwindigkeit y wird von dem Steuerziel P ausgegeben. Der Einfluss der Motorgeschwindigkeit y durch die Störung d in Entsprechung zu dem Kompensationsdrehmoment wird durch die Gleichung 4 angegeben $\frac{y}{d} = \frac{P}{1 + P C}$
4 ist ein verallgemeinertes Steuerblockdiagramm, wobei, wenn auf die Beziehung mit dem Geschwindigkeitssteuersystem von 1 bis 3 Bezug genommen wird, das Steuerziel P die Übertragungskennlinie von dem Motordrehmoment zu der Motorgeschwindigkeit einer Maschine ausdrückt, die den Motor 50, den Kugelgewindetrieb 60 und den angetriebenen Teil 70 umfasst. Die Übertragungsfunktion des Steuerziels P ist eine Funktion P(s) des Laplace-Operators s, wird jedoch als ein Argument abgekürzt. Die Gleichung 4 wird wie folgt abgeleitet. In dem Blockdiagramm von 4 wird die Formel 5 aufgestellt. $P (C (r - y) + d) = y$
Durch eine Erweiterung wird die Formel 6 erhalten, die durch eine Transponierung zu der Formel 7 wird. $PCr - PCy + Pd = y$
$(1 + PC) y = PCr + Pd$
Weiterhin wird durch das Multiplizieren der Formel 7 mit (1+PC)^-1 (Ausdruck ist nicht 0) die Formel 8 erhalten. $y = (PC / (1 + PC)) r + (P / 1 + PC)) d$
Die Übertragungskennlinie von dem Befehl r zu der Ausgabe y und die Übertragungskennlinie von der Störung d zu der Ausgabe y sind linear und können jeweils unabhängig erläutert werden. Deshalb kann bei einer allgemeinen Erläuterung der Störungskennlinie der Einfluss erläutert werden, den die Störung d auf die Ausgabe y in der Form der Formel 4 aufweist, indem r=0 in die Formel 8 eingesetzt wird.
Wenn bei der Motorsteuervorrichtung von 2 die Kompensationsverstärkung und das Kompensationsfilter des Kompensationsdrehmoment-Berechnungsteils 80 in Entsprechung zu der Verstärkung C₁(s) der Geschwindigkeitssteuereinrichtung 202 eingestellt werden, wird, indem die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 202 zu der Verstärkung C₂(s) geändert wird, y/d zu der Formel 9 geändert. $\frac{P}{1 + P C_{1} (s)} \to \frac{P}{1 + P C_{2} (s)} = \frac{P}{1 + P F C_{1} (s)}$
Folglich wird y/d zu einer durch die Gleichung 10 angegebenen Vergrößerung geändert. $\frac{1 + P C_{1}}{1 + P F C_{1}}$
Weil das Kompensationsdrehmoment ursprünglich für eine Vibrationsunterdrückung unter einer Servosteuerungsbandbreite gedacht war, wird 1 << PC vorgegeben, sodass die oben genannte Gleichung 6 zu 1/F(S) wird. Indem also die Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung von C1 (s) zu C2(s) geändert wird, wird das Kompensationsdrehmoment mit 1/F(s) multipliziert. Aus diesem Grund können die folgenden Probleme auftreten:

(1) Wenn die Kompensationsverstärkung in Entsprechung zu dem Eilgang der niedrigen Geschwindigkeitssteuerverstärkung eingestellt wird, reicht das Kompensationsdrehmoment beim Schneidvorschub mit der hohen Geschwindigkeitssteuerverstärkung nicht aus und kann keine ausreichende Vibrationsunterdrückungsfähigkeit vorgesehen werden.
(2) Wenn die Kompensationsverstärkung in Entsprechung zu dem Schneidvorschub mit der hohen Geschwindigkeitssteuerverstärkung eingestellt wird, wird das Kompensationsdrehmoment während des Eilgangs mit der niedrigen Geschwindigkeitssteuerverstärkung übermäßig und wird das Steuersystem instabil.

Deshalb ändert in dieser Ausführungsform wie in 2 gezeigt der Einstellungsänderungsteil 90 die Verstärkung der PI-Steuereinrichtung 202 in Reaktion auf ein Signal, das die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung wie etwa den Schneidvorschub oder den Eilgang angibt, wobei der Einstellungsänderungsteil 90 die Verstärkung des Kompensationsverstärkungsteils 802 und/oder das Kompensationsfilter 801 der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 ändert. Das Signal, das die Betriebsbedingung angibt, wird durch zum Beispiel ein computergesteuertes numerisches Steuerprogramm ausgegeben.
In einem Beispiel für eine Änderung der Verstärkung des Kompensationsverstärkungsteils 802 durch den Einstellungsänderungsteil 90 multipliziert der Einstellungsänderungsteil 90 das Kompensationsfilter 801 der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 mit F(s), wenn die Übertragungskennlinie der PI-Steuereinrichtung 202 mit F(s) multipliziert wird. Der Einstellungsänderungsteil 90 multipliziert hier das Kompensationsfilter mit F(s), wobei der Einstellungsänderungsteil 90 auch die Verstärkung des Kompensationsverstärkungsteils 802 mit F(s) multiplizieren kann, solange die Übertragungskennlinie der gesamten Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 mit F(s) multipliziert wird. Wenn zum Beispiel die ursprüngliche Übertragungsfunktion des Kompensationsfilters durch G(s) ausgedrückt wird, wird die Übertragungsfunktion des Kompensationsfilters 801 durch den Einstellungsänderungsteil 90 von G(s) zu G(s)*F(s) geändert, wenn das Kompensationsfilter mit F(s) multipliziert wird.
Außerdem wurde das Kompensationsdrehmoment aus der Torsionsgeschwindigkeit berechnet, die ursprünglich für das Unterdrücken der niederfrequenten Vibration vorgesehen wurde. Folglich ist die Wellenform sinusförmig und ist nur die Vibrationsfrequenzkomponente wichtig. Deshalb kann durch das Multiplizieren der Verstärkung des Kompensationsverstärkungsteils 802 der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 mit dem Wert |F(jω)| in Entsprechung zu einer zuvor festgelegten Winkelfrequenz ω in der Verstärkungsänderungsvergrößerung F(s) der PI-Steuereinrichtung 202 eine äquivalente Vibrationsdämpfungsfähigkeit erhalten werden. In diesem Fall muss man sich keine Gedanken mehr über die Vergrößerung des Berechnungsaufwands aufgrund des hinzugefügten Kompensationsfilters 801 machen. Außerdem kann die Verstärkungsänderung in dem Kompensationsverstärkungsteil 802 der PI-Steuereinrichtung 202 für einen Schneidvorschub und einen Eilgang einfach sein. Wenn zum Beispiel die Verstärkung des Proportionalverstärkungsteils 2001 und die Verstärkung des Integralverstärkungsteils 2002 mit der Konstante A multipliziert werden, wird die Verstärkungsvergrößerung des Kompensationsverstärkungsteils 802 der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 mit der Konstante A multipliziert und muss keine Berechnung für die Vergrößerung F(s) des Kompensationsfilters 801 durchgeführt werden. Vorstehend wurde eine Konfiguration beschrieben, die die Vibrationsdämpfungsfähigkeit für einen Schneidvorschub und einen Eilgang optimiert. Während des Eilgangs, der keinen Einfluss auf die Schneidfläche aufweist, ist die Vibrationsdämpfungsfähigkeit nicht besonders wichtig. Deshalb wurde auch in Erwägung gezogen, das Kompensationsdrehmoment zu deaktivieren, das auf einen Eilgang mit einer niedrigen Geschwindigkeitssteuerverstärkung begrenzt ist. Durch das Deaktivieren der Vibrationsdämpfung während des Eilgangs und das Vermindern der Kompensationsverstärkung (vorzugsweise das Setzen der Kompensationsverstärkung auf 0) kann eine Vereinfachung der Servoeinstellung realisiert werden.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Motorsteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie in 5 gezeigt, erzeugt der Geschwindigkeitsbefehlsteil 10 in Schritt S101 einen Geschwindigkeitsbefehl und ändert der Einstellungsänderungsteil 90 in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung die Einstellung der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 und die Einstellung der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80 in Schritt S102. Zum Beispiel ändert der Einstellungsänderungsteil 90 basierend auf dem Signal von dem computerisierten numerischen Steuerprogramm, das die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung wie etwa den Schneidvorschub und den Eilgang angibt, die Einstellung der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 und die Einstellung der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters der Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit 80.
Dann erfasst die Geschwindigkeitserfassungseinheit 40 in Schritt S103 die Geschwindigkeit des Motors und erzeugt die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 20 in Schritt S104 einen Drehmomentbefehl basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl und der Motorgeschwindigkeit. Dann addiert die Drehmomentsteuereinheit 30 in Schritt S105 den Drehmomentbefehl und den Kompensationsdrehmomentbefehl und steuert den Motor 50 basierend auf dem Additionswert.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die Funktionen der Motorsteuervorrichtung vollständig oder teilweise durch Hardware, Software oder eine Kombination aus diesen realisiert werden können. Bei einer Realisierung durch Software liest und führt ein Computer Programme aus. Bei einer Realisierung durch Hardware kann die Motorsteuervorrichtung teilweise oder vollständig durch integrierte Schaltungen (IC) wie etwa eine LSI (Large Scale Integrated Circuit), eine ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ein Gate-Array und ein FPGA (Field Programmable Gate Array) implementiert werden.
Bei einer Realisierung durch Software kann die Motorsteuervorrichtung teilweise oder vollständig durch einen Computer implementiert werden, der eine CPU und eine Speichereinheit wie etwa eine Festplatte und einen ROM zum Speichern von Programmen enthält und Programme ausführt. Insbesondere indem die für die Berechnung erforderlichen Informationen in einer zweiten Speichereinheit wie etwa einem RAM gespeichert werden und eine Verarbeitung gemäß dem Blockdiagramm von 2 und einem Programm wie in dem Flussdiagramm von 5 gezeigt ausgeführt wird, werden die Operationen der Servosteuervorrichtung teilweise oder vollständig durch ein Programm ausgeführt. Das Programm kann von einer Speichereinheit wie etwa einer Festplatte oder von einem externen Speichermedium wie etwa einer CD-ROM, einer DVD oder einem Flash-Speicher, auf dem das Programm aufgezeichnet ist, gelesen werden.
Die Programme können unter Verwendung von verschiedenen Typen von computerlesbaren Aufzeichnungsmedien (computerlesbaren Medien) gespeichert und für den Computer vorgesehen werden. Die computerlesbaren Medien können nicht-transitorische, computerlesbare Medien sein. Außerdem können die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien verschiedene Typen von greifbaren Speichermedien sein. Beispiele für computerlesbare Medien sind magnetische Medien (zum Beispiel eine Diskette, ein Magnetband, ein Festplattenlaufwerk), magnetooptische Aufzeichnungsmedien (zum Beispiel eine magnetooptische Platte), eine CD-ROM (Nur-Lese-Speicher), eine CD-R, eine CD-R/W und ein Halbleiterspeicher (zum Beispiel ein Masken-ROM, ein PROM (programmierbarer ROM), ein EPROM (löschbarer PROM), ein Flash-ROM oder ein RAM (Random Access Memory)).
Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt ist und der Fachmann die hier beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele modifizieren oder ändern kann, ohne dass deshalb der durch die Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
Bezugszeichenliste

10: Geschwindigkeitsbefehlsteil
20: Geschwindigkeitssteuereinheit
30: Drehmomentsteuereinheit
40: Geschwindigkeitsdetektor
50: Motor
60: angetriebener Teil der Maschine
70: Geschwindigkeitsdetektor
80: Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit
90: Einstellungsänderungseinheit
201: Subtraktor
202: PI-Steuereinrichtung
801: Kompensationsfilter
802: Kompensationsverstärkungsteil

Claims

Motorsteuervorrichtung für einen Motor (50), der mit einem angetriebenen Teil (60) einer Maschine über ein elastisch verformbares Element gekoppelt ist, umfassend: einen Geschwindigkeitsbefehlsteil (10) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls, einen ersten Geschwindigkeitsdetektor (40) zum Erfassen der Motorgeschwindigkeit des Motors, einen zweiten Geschwindigkeitsdetektor (70) zum Erfassen der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils, eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) zum Berechnen eines Drehmomentbefehls aus dem Geschwindigkeitsbefehl und der Motorgeschwindigkeit, eine Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit (80) zum Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter (801), eine Drehmomentsteuereinheit (30) zum Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird, und einen Einstellungsänderungsteil (90) zum Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Entsprechung zu einer Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und zum Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters (801) in Entsprechung zu einer Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Einstellungsänderungsteil (90) eine Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multipliziert und das Kompensationsfilter (801) der Kompensationsdrehmomentberechnungseinheit mit F(s) multipliziert.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) die Übertragungskennlinie mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multipliziert, und wobei die Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit (80) die Kompensationsverstärkung mit |F(jω)| in Entsprechung zu einer zuvor festgelegten Winkelfrequenz ω multipliziert.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Änderung F(s) in der Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) eine Konstante A ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsdrehmoment-Berechnungseinheit (80) die Kompensationsverstärkung vermindert, wenn eine geringfügige Änderung der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung veranlasst wird.
Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung entweder ein Schneidvorschub oder ein Eilgang des angetriebenen Teils (60) ist.
Motorsteuerverfahren für eine Motorsteuervorrichtung eines Motors, der mit einem angetriebenen Teil (60) einer Maschine über ein elastisch verformbares Element gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls, Berechnen eines Drehmomentbefehls durch eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) basierend auf einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils, Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit des Motors und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter (801), Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird, und Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei eine Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multipliziert wird und das Kompensationsfilter mit F(s) multipliziert wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei die Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) die Übertragungskennlinie mit F(s) in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung, die in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird, multipliziert,und die Kompensationsverstärkung mit |F(jω)| in Entsprechung zu einer zuvor festgelegten Winkelfrequenz ω multipliziert wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 9, wobei die Änderung F(s) in der Übertragungskennlinie der Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) eine Konstante A ist.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren die Kompensationsverstärkung vermindert, wenn eine Änderung der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung veranlasst wird.
Motorsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung entweder der Schneidvorschub oder der Eilgang des angetriebenen Teils (60) ist.
Motorsteuerprogramm, das einem Computer als einer Motorsteuervorrichtung für einen Motor (50), der mit einem angetriebenen Teil (60) einer Maschine über ein elastisch verformbares Element gekoppelt ist, ermöglicht, Folgendes auszuführen: eine Verarbeitung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls, eine Verarbeitung zum Berechnen eines Drehmomentbefehls durch eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung (20) basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils, eine Verarbeitung zum Berechnen eines Kompensationsdrehmomentbefehls durch das Multiplizieren eines Fehlers zwischen der Motorgeschwindigkeit des Motors und der Geschwindigkeit des angetriebenen Teils mit einer Kompensationsverstärkung und einem Kompensationsfilter (801), eine Verarbeitung zum Steuern des Drehmoments des Motors basierend auf einem Wert, der durch das Addieren des Drehmomentbefehls und des Kompensationsdrehmomentbefehls erhalten wird, und eine Verarbeitung zum Ändern der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung in Reaktion auf die Betriebsbedingung der Motorsteuervorrichtung und zum Ändern der Kompensationsverstärkung und/oder des Kompensationsfilters in Entsprechung zu der Änderung in der Verstärkung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung.