DE102018209092A1

DE102018209092A1 - Motorsteuereinheit

Info

Publication number: DE102018209092A1
Application number: DE102018209092.0A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Iijima
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN109088570A; US10948899B2; JP2019004583A; JP6469171B2; US20180364683A1; CN109088570B

Abstract

Es wird eine Motorsteuereinheit bereitgestellt, die in der Lage ist zu ermitteln, ob eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante sich in einem angemessenen Bereich befindet, und sowohl die Verbesserung der Bearbeitungsleistung als auch das Sicherstellen der Steuerungsstabilität umzusetzen. Eine Steuereinheit 2 eines Motors 10, der ein Werk W antreibt, die beinhaltet: eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41, die eine Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante speichert, die eine Beschleunigung/Verzögerung des Motors 10 bestimmt; eine Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42, die einen Positionsbefehlswert auf Grundlage der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten erzeugt; eine Positionserfassungseinheit 12, die eine Drehposition des Motors 10 erfasst; eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 43, die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Motor 10 auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und eines Positionserfassungswerts erzeugt, der durch die Positionserfassungseinheit 12 erfasst worden ist; eine Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung, die eine ideale Rückmeldung aus dem Positionsbefehlswert mithilfe eines Tiefpassfilters 17 berechnet; und eine Rückmeldungsvergleichseinheit 45, die die ideale Rückmeldung mit einer tatsächlichen Rückmeldung vergleicht, die durch die Positionserfassungseinheit erfasst worden ist. Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 ändert die in der Bescheunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 gespeicherte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, wenn ermittelt wird, dass die ideale Rückmeldung nicht mit der tatsächlichen Rückmeldung übereinstimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit eines Motors, der einen angetriebenen Körper antreibt.
Verwandte Technik
Herkömmlich offenbaren die Patentdokumente 1 bis 4 Techniken im Zusammenhang mit einer Steuereinheit zum Steuern eines Motors zum Einwirken auf einen angetriebenen Körper.
Das Patentdokument 1 offenbart eine Technik zum allmählichen Ändern von Parametern, bis die Differenz zwischen dem Befehl und der Rückkopplung kleiner als ein zulässiger Wert wird, in Fällen, in denen sich der optimale Wert des Servoparameters aufgrund von Alterung geändert hat. In dem Patentdokument 1 wird in Fällen, in denen es wahrscheinlich ist, dass Schwingungen in der tatsächlichen Rückmeldung auftreten oder in denen die Abtastfähigkeit der Steuerung gering ist, die Beschleunigung allmählich verringert, und die Zeitkonstante wird erhöht, bis die Positionsabweichung in einen zulässigen Bereich fällt.
Das Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren zum Erfassen einer Beschleunigung mithilfe eines Beschleunigungsdetektors und zum Korrigieren der Verstärkung, wenn die Beschleunigung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In dem Patentdokument 2 wird untersucht, ob der Ist-Wert, der Mittelwert und der quadratische Mittelwert der Beschleunigungsdifferenz zwischen dem Motor und der Laststruktur größer als ein vorgegebener Wert sind. Und die Beschleunigungsdifferenz wird mithilfe eines Winkelerfassungswerts des Motors und eines Beschleunigungserfassungswerts der Laststruktur gewonnen.
Das Patentdokument 3 offenbart eine Technik im Zusammenhang mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Festlegen von Steuerparametern einer Motorsteuereinheit, wobei eine Verstärkungstabelle gespeichert wird und eine optimale Verstärkung entsprechend einer Maschinensteifigkeit ausgelesen wird. Das Patentdokument 3 bezieht sich auf eine Technik zum Ändern des Verstärkungswerts eines PI-Reglers eines Servosystems und offenbart ein Gain-Scheduling-Verfahren, in dem die Verstärkung erhöht wird, wenn die Lastträgheit groß ist, und verringert wird, wenn die Lastträgheit klein ist.
Das Patentdokument 4 offenbart als Trägheitsschätzverfahren eine Technik, bei der die Trägheit aus einem repräsentativen Stromwert und einem repräsentativen Beschleunigungswert, die beide aus Stromwerten und Beschleunigungswerten in einer Mehrzahl von Perioden eines sinusförmigen Befehls gewonnen werden, die in einer Abtastdaten-Speichereinheit gespeichert werden, zusammen mit einer Drehmomentkonstanten eines Motors berechnet wird.

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2011-134.169
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2007-141.189
Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2005-006.418
Patentdokument 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2010-148.178

Übersicht über die Erfindung
Das Einwirken auf einen angetriebenen Körper (ein Werkstück), auf das durch einen Motor eingewirkt wird, wird jedoch durch die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante bestimmt, die auf Grundlage der maximalen Beladungskapazität einer Werkzeugmaschine angepasst wird. Wenngleich sie sich abhängig von der Last des Mechanismus der Werkzeugmaschine zum Bewegen des Werkstücks oder derjenigen des zu bearbeitenden Zielwerkstücks und dergleichen unterscheidet, wird die Beschleunigungszeit aus der Perspektive der Leistung bevorzugt so kurz wie möglich innerhalb des zulässigen Bereichs des Abtriebsdrehmoments gestaltet. Wenn der Motor mit einer äußerst kurzen Beschleunigungszeit (Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante) betrieben wird, kann demgegenüber die Positionssteuerung des Motors instabil werden (können Schwingungen auftreten).
Die herkömmlichen Techniken offenbaren darüber hinaus ein Verfahren zum Anpassen einer Beschleunigung/Verzögerung. Wenn die Abtastfähigkeit gering ist, wird zum Beispiel in dem Patentdokument 1 die Beschleunigung allmählich verringert und wird die Zeitkonstante erhöht, bis die Positionsabweichung in einen zulässigen Bereich fällt. Bei der Abtastfähigkeit handelt es sich jedoch einfach um eine Frage der Steuerleistung, und es ist unerwünscht, die Befehlsbahn, die die Betriebsform bestimmt, in einer solchen Weise zu ändern. Die Zeitkonstante zu ändern, bedeutet, die Befehlsform zu ändern, und es besteht nicht die Absicht, einen wirklich wahrscheinlichen physischen Vorgang zu finden. In dem Patentdokument 2 ist es erforderlich, einen zusätzlichen Detektor wie zum Beispiel einen Beschleunigungssensor in der Laststruktur bereitzustellen. In den Patentdokumenten 3 und 4 wird keine Ermittlung durchgeführt, ob die gewonnene Beschleunigung geeignet ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorsteuereinheit bereitzustellen, die in der Lage ist zu ermitteln, ob eine Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante sich in einem angemessenen Bereich befindet, und sowohl die Verbesserung der Bearbeitungsleistung als auch das Sicherstellen der Steuerungsstabilität umzusetzen.

(1) Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuereinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Steuereinheit 2) eines Motors (zum Beispiel eines im Folgenden beschriebenen Motors 10) bereit, der einen angetriebenen Körper (zum Beispiel ein im Folgenden beschriebenes Werkstück W) antreibt, wobei die Steuereinheit beinhaltet: eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41), die eine Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante speichert, die eine Beschleunigung/Verzögerung des Motors bestimmt; eine Positionsbefehls-Erzeugungseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42), die einen Positionsbefehlswert auf Grundlage der Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstanten erzeugt; eine Positionserfassungseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Positionserfassungseinheit 12), die eine Drehposition des Motors erfasst; eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 43), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Motor auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und eines durch die Positionserfassungseinheit erfassten Positionserfassungswerts erzeugt; eine Einheit zum Berechnen einer idealen Rückmeldung (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung), die eine ideale Rückmeldung aus dem Positionsbefehlswert mithilfe eines Tiefpassfilters (zum Beispiel eines im Folgenden beschriebenen Tiefpassfilters 17) berechnet; und eine Rückmeldungsvergleichseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Rückmeldungsvergleichseinheit 45), die die ideale Rückmeldung mit einer tatsächlichen Rückmeldung vergleicht, die durch die Positionserfassungseinheit erfasst wird, wobei die Rückmeldungsvergleichseinheit die in der Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit gespeicherte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante ändert, wenn ermittelt wird, dass die ideale Rückmeldung nicht mit der tatsächlichen Rückmeldung übereinstimmt.
(2) In der Steuereinheit gemäß (1) kann die Rückmeldungsvergleichseinheit eine Trägheit schätzen und die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage des geschätzten Ergebnisses ändern.
(3) In der Steuereinheit gemäß (1) oder (2) kann die Rückmeldungsvergleichseinheit Integralwerte von Werten, die durch Berechnen eines Fehlers in einem Zeitreihensignal der Rückmeldung gewonnen werden, einen Absolutwert davon oder einen quadratischen Wert davon berechnen und einen Rückmeldungsvergleich auf Grundlage eines Bewertungswerts durchführen, der auf Grundlage der Integralwerte oder einer Kombination von diesen gewonnen worden ist.
(4) In der Steuereinheit gemäß (3) kann die Rückmeldungsvergleichseinheit ermitteln, dass es sich bei dem Vergleichsergebnis um eine Nichtübereinstimmung handelt, wenn der Bewertungswert einen dafür festgelegten Schwellenwert überschreitet.

Gemäß der Motorsteuereinheit der vorliegenden Erfindung ist es möglich zu ermitteln, ob eine Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante sich in einem angemessenen Bereich befindet, und sowohl die Verbesserung der Bearbeitungsleistung als auch das Sicherstellen der Steuerungsstabilität umzusetzen.
Figurenliste

1 ist ein Schaubild, das eine Werkzeugmaschine schematisch veranschaulicht, für die eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
2 ist ein Blockschaubild, das eine Gestaltung im Zusammenhang mit einer Servosteuerung der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
3A ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Befehl (mit einer Zeitkonstanten) und einer idealen Rückmeldung veranschaulicht.
3B ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Befehl und einer tatsächlichen Rückmeldung veranschaulicht.
4A ist eine schematische Darstellung, die den Ablauf einer herkömmlichen Integrationsverarbeitung als Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
4B ist eine schematische Darstellung, die den Ablauf einer Integrationsverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Ablaufplan eines Anpassungsprozesses der Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstanten auf Grundlage eines Reaktionsvergleichs durch eine Steuereinheit der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schaubild, das eine Werkzeugmaschine 1 schematisch veranschaulicht, für die eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Zuerst wird ein Beispiel für eine Gestaltung der Werkzeugmaschine 1 beschrieben. Bei der in 1 veranschaulichten Werkzeugmaschine 1 handelt es sich um eine Bearbeitungsvorrichtung, die ein Werkstück (einen angetriebenen Körper) W zu einer gewünschten Form bearbeitet.
Die Werkzeugmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Steuereinheit 2, die eine numerische Steuereinheit 20 und eine Servosteuereinheit 30 beinhaltet, einen durch die Steuereinheit 2 gesteuerten Motor 10 und eine Zugspindel (einen Übertragungsmechanismus) 11, die das Werkstück W mithilfe der Antriebskraft des Motors 10 bewegt. Bei der numerischen Steuereinheit 20 handelt es sich um eine computergestützte numerische Steuerung (computerized numerical control, CNC), und sie führt verschiedene Verarbeitungen zum Steuern der Werkzeugmaschine 1 durch. Die Servosteuereinheit 30 steuert das Antreiben des Motors 10 auf Grundlage von Befehlen von der numerischen Steuereinheit 20.
Bei dem Motor 10 handelt es sich um einen Servomotor, der eine Antriebskraft auf die Zugspindel 11 ausübt. Wenn die Zugspindel 11 angetrieben wird, bewegt sich das Werkstück W, bei dem es sich um einen angetriebenen Körper handelt, zu einer vorgegebenen Position. Ein Positionsdetektor 12 wie zum Beispiel ein Drehgeber ist an dem Motor 10 angebracht, und ein durch den Positionsdetektor 12 gewonnenes Erfassungssignal wird für verschiedene Verarbeitungen wie zum Beispiel für eine Regelung verwendet.
2 ist ein Blockschaubild, das eine Gestaltung im Zusammenhang mit einer Servosteuerung der Steuereinheit 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die jeweiligen in 2 veranschaulichten Einheiten werden durch die numerische Steuereinheit 20 oder die Servosteuereinheit 30 umgesetzt, und deren Anordnungsposition unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Solche Funktionen können durch die numerische Steuereinheit 20, die Servosteuereinheit 30 oder eine andere externe Vorrichtung als die numerische Steuereinheit 20 und die Servosteuereinheit 30 umgesetzt werden.
Wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet die Steuereinheit 2 eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41, eine Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42, eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 43, eine Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung, eine Rückmeldungsvergleichseinheit 45 und eine Positionserfassungseinheit 12.
Die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 bestimmt eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, die einer Beschleunigung/Verzögerung des Motors 10 zugehörig ist. Eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, die auf Grundlage einer im Folgenden beschriebenen geschätzten Trägheit bestimmt wird, wird in der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 gespeichert und wird zu geeigneten Zeitpunkten aktualisiert. Die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42 erzeugt einen Positionsbefehlswert auf Grundlage der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten. Die Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 43 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl des Motors 10 auf Grundlage des durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42 erzeugten Positionsbefehlswerts und des durch die Positionserfassungseinheit 12 erfassten Positionserfassungswerts.
Die Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung berechnet eine ideale Rückmeldung aus dem Positionsbefehlswert mithilfe eines Tiefpassfilters 17 (siehe 4B). Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen einer idealen Rückmeldung und einer tatsächlichen Rückmeldung beschrieben.
3A ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Befehl (mit einer Zeitkonstanten) und einer idealen Rückmeldung veranschaulicht. Eine ideale Rückmeldung einer Servosteuerung ist ein Verhalten einer primären Verzögerung und kann durch ein Tiefpassfilter beschrieben werden. Mit anderen Worten, bei einer idealen Rückmeldung handelt es sich um eine Rückmeldung, bei der eine Verzögerung eines Steuersystems durch ein Tiefpassfilter zu einem Positionsbefehl addiert wird. Demgegenüber handelt es sich bei dem Filter auf Grundlage der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten bei einer Erzeugung von Befehlen auf einer vorgelagerten Seite um ein Filter mit gleitendem Mittelwert. Selbst wenn „die Wellenform einer idealen Rückmeldung (Ausgabe eines Tiefpassfilters)“ und „die Wellenform des Befehls auf Grundlage einer Beschleunigung/Verzögerung (Ausgabe eines Filters mit gleitenden Mittelwert)“ in einem Normalzustand übereinstimmen, unterscheiden sie sich daher in einem Übergangszustand.
3B ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Befehl und einer tatsächlichen Rückmeldung veranschaulicht. Wie in 3B veranschaulicht, wird bei der herkömmlichen Technologie (zum Beispiel dem Patentdokument 1), wenn es wahrscheinlich ist, dass Schwingungen in einer tatsächlichen Rückmeldung auftreten oder wenn die Abtastfähigkeit der Steuerung gering ist, die Beschleunigung allmählich verringert, und die Zeitkonstante wird erhöht, bis die Positionsabweichung in einen zulässigen Bereich fällt. Bei der Abtastfähigkeit handelt es sich jedoch einfach um eine Frage der Steuerleistung, und ein Ändern der Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstanten führt zu einer Änderung der Befehlsform. Es ist unerwünscht, die Befehlsbahn, die eine Betriebsform bestimmt, in einer solchen Weise zu ändern.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform mithilfe der Differenz zwischen einem idealen Rückmeldungswert und einem Erfassungswert ermittelt, ob eine auf Grundlage der Trägheit gewonnene Beschleunigung (eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante) geeignet ist. Da die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante gemäß einem Trägheitswert ermittelt wird, sollte die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante ursprünglich geeignet sein. In diesem Fall sollte die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante genau mit einer idealen Rückmeldung des Tiefpassfilters 17 statt mit derjenigen eines Filters mit gleitenden Mittelwert übereinstimmen. In diesem Sinne sollte die Zeitintegration der Summe der Quadrate „der Differenz zwischen einem idealen Rückmeldungswert und einem Erfassungswert“ gleich null sein, und es erweist sich, dass der Vorgang im Hinblick auf eine bestimmte Befehlsform mit einem wirklich wahrscheinlichen physischen Vorgang übereinstimmt.
Als Nächstes wird die Differenz zwischen einer herkömmlichen Integrationsverarbeitung und einer Integrationsverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 4A ist eine schematische Darstellung, die den Ablauf einer herkömmlichen Integrationsverarbeitung als Vergleichsbeispiel veranschaulicht. Wie in 4A veranschaulicht, wird in der herkömmlichen Technologie (zum Beispiel dem Patentdokument 2) untersucht, ob ein Ist-Wert, ein Mittelwert und ein quadratischer Mittelwert einer „Beschleunigungsdifferenz zwischen einem Motor und einer Laststruktur“ größer als ein vorgegebener Wert ist. Die Beschleunigungsdifferenz wird mithilfe eines Drehgebers (eines Winkelerfassungswerts) des Motors 10 und des Erfassungswerts des Beschleunigungssensors 16 der Laststruktur 15 gewonnen. Bei dieser Gestaltung ist es erforderlich, den Beschleunigungssensor 16 bereitzustellen.
4B ist eine schematische Darstellung, die den Ablauf einer Integrationsverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4B veranschaulicht, wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine ideale Rückmeldung durch das Tiefpassfilter 17 gewonnen. Die Eignung der Beschleunigung wird durch Berechnen der Zeitintegration der Summe der Quadrate „der Differenz zwischen einem idealen Rückmeldungswert und einem Erfassungswert“ aus der Perspektive einer Untersuchung ermittelt, ob ein Vorgang während eines bestimmten Zeitraums im Hinblick auf eine bestimmte Befehlsform mit einem wirklich wahrscheinlichen physischen Vorgang übereinstimmt. Daher ist ein geringes Überschwingen, das aus Modellierungsfehlern eines Maschinenaufbaus resultiert, in einem Steuersystem zulässig. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der herkömmlichen Technologie auch darin, dass die Grenzbeschleunigung in dem Fall, in dem der Maschinenaufbau als integrierter Aufbau betrachtet werden kann, auf Grundlage eines Trägheitsschätzwerts der Laststruktur 15 gewonnen wird und die Laststruktur 15 den Beschleunigungssensor 16 nicht erfordert.
Wie oben beschrieben, gewinnt die Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung der vorliegenden Ausführungsform eine ideale Rückmeldung mithilfe des Tiefpassfilters 17. Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 vergleicht die auf diese Weise gewonnene ideale Rückmeldung mit einer tatsächlichen Rückmeldung. Die tatsächliche Rückmeldung wird auf Grundlage des Positionserfassungswerts der Positionserfassungseinheit 12 gewonnen.
Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 der vorliegenden Ausführungsform ermittelt auf Grundlage eines Bewertungswerts, ob die ideale Rückmeldung und die tatsächliche Rückmeldung miteinander übereinstimmen. Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 berechnet Integralwerte von Werten, die durch Berechnen eines Fehlers in einem Zeitreihensignal der Rückmeldung gewonnen werden, einen Absolutwert davon oder einen quadratischen Wert davon, und der Bewertungswert wird auf Grundlage der Integralwerte oder einer Kombination von diesen gewonnen. Ein vorgegebener Schwellenwert wird für den Bewertungswert festgelegt, und ob der Bewertungswert von dem Schwellenwert abweicht, wird zum Kriterium für die Ermittlung.
Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Trägheitsschätzeinheit 22 als Mittel zum Schätzen der Last oder der Trägheit (des Trägheitsmoments) des Mechanismus der Werkzeugmaschine 1 und des Werkstücks W auf, und die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante wird auf Grundlage der durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzten Trägheit angepasst (siehe 2).
Die Trägheitsschätzeinheit 22 schätzt die Trägheit des Werkstücks W, das in der Werkzeugmaschine 1 angebracht ist, auf Grundlage eines Rückkopplungssignals (Rückkopplungsinformationen) des Motors 10, das während eines vorgegebenen Vorgangs gewonnen wird. Das Rückkopplungssignal des Motors 10 bezieht sich auf Drehmoment, Strom, Geschwindigkeit und dergleichen. Beispielsweise wird die Trägheit auf Grundlage eines Geschwindigkeitsrückkopplungssignals von dem Positionsdetektor 12 des Motors 10 oder eines Stromrückkopplungssignals von einem (nicht veranschaulichten) Verstärker der Servosteuereinheit 30 berechnet.
Die Trägheitsschätzeinheit 22 berechnet die Trägheit auf Grundlage einer vorgegebenen Schätzgleichung. Die Gleichung (1) im Folgenden kann zum Beispiel als Trägheitsschätzgleichung verwendet werden. Die Trägheitsschätzeinheit 22 gewinnt Variablen wie zum Beispiel einen Strom I, eine Winkelbeschleunigung ω, eine Störung Tf als Rückkopplungssignale zum Schätzen der Trägheit. Das Stromrückkopplungssignal kann als Effektivstrom gewonnen werden, der mithilfe der Phaseninformation des Positionsdetektors 12 berechnet wird. Die Winkelbeschleunigung ω kann zum Beispiel durch eine Differenzierung einer Winkelgeschwindigkeit gewonnen werden. Das Trägheitsschätzverfahren ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise geändert werden. $Jw = (kt \cdot I - Tf) / ω$

Jw:: Trägheit
kt:: Drehmomentkonstante
I:: Strom
Tf:: Störung (Reibung oder dergleichen)
ω:: Winkelbeschleunigung

Eine Verarbeitung eines optimalen Anpassens der Zeitkonstanten der Beschleunigung/Verzögerung auf Grundlage der Trägheit, die aus der Schätzung stammte (im Folgenden geschätzte Trägheit) wird durchgeführt. Wenngleich sich das durch den Motor 10 zu erzeugende Abtriebsdrehmoment abhängig von der Last des Mechanismus der Werkzeugmaschine 1 zum Bewegen des Werkstücks W oder derjenigen des zu bearbeitenden Zielwerkstücks W und dergleichen unterscheidet, ist die Beschleunigungszeit bevorzugt so kurz wie möglich innerhalb des zulässigen Bereichs des Abtriebsdrehmoments. Wenn der Motor mit einer äußerst kurzen Beschleunigungszeit (einer Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten) betrieben wird, kann demgegenüber die Positionssteuerung des Motors instabil werden (können Schwingungen auftreten). Wenn zum Beispiel die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante so festgelegt wird, dass sie kürzer als der entsprechende Wert im Hinblick auf die Leistung des Motors 10 und die Trägheit des Werkstücks W ist, ist es aufgrund der Einschränkung der Leistung des Motors 10 unter Umständen nicht möglich, eine Beschleunigung/Verzögerung wie befohlen durchzuführen, und das Abtriebsdrehmoment kann im Hinblick auf das Befehlsdrehmoment gesättigt werden, und auf diese Weise kann eine korrekte Steuerung verhindert werden. Wenn demgegenüber die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante so festgelegt wird, dass sie länger als der entsprechende Wert ist, wird die Beschleunigung/Verzögerung langsamer als notwendig durchgeführt, was zu einer verringerten Leistung führt. Daher wird die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante optimalerweise auf Grundlage der geschätzten Trägheit angepasst.
Was den Prozess zum Optimieren der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten betrifft, wird eine optimale Zeitkonstante für die Trägheit zum Beispiel theoretisch oder experimentell im Voraus gewonnen, und die optimale Zeitkonstante wird auf Grundlage der Trägheit festgelegt, die aus der Schätzung stammte. Die optimale Zeitkonstante kann aus vorgegebenen Werten gewählt werden oder kann sequenziell berechnet werden; es kann ein geeignetes Verfahren eingesetzt werden.
5 ist ein Ablaufplan eines Anpassungsprozesses der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten durch die Steuereinheit 2 der vorliegenden Ausführungsform, die Rückmeldungen vergleicht. Zuerst ermittelt die Rückmeldungsvergleichseinheit 45, ob ein Bewertungsfunktionswert einen Schwellenwert überschreitet (Schritt S101). Wenn der Bewertungsfunktionswert innerhalb des Schwellenwerts liegt, geht der Ablauf zu einer Verarbeitung eines Erzeugens eines Positionsbefehlswerts von Schritt S102 über.
In Schritt S102 erzeugt die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42 einen Positionsbefehlswert mithilfe eines Filters mit gleitendem Mittelwert der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten (der Zeitkonstanten), die durch die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 bestimmt worden ist (Schritt S102), und die Positionserfassungseinheit 12 erfasst die Position des Motors 10 (Schritt S103). Anschließend erzeugt die Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 43 den Geschwindigkeitsbefehl auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und des Positionserfassungswerts (Schritt S104).
Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 gewinnt eine Trägheit mithilfe der Trägheitsschätzeinheit 22 (Schritt S105). Darüber hinaus berechnet die Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung einen idealen Rückmeldungswert mithilfe des Tiefpassfilters 17 der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten, die durch die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 bestimmt worden ist (Schritt S106).
Die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 berechnet eine Bewertungsfunktion aus dem idealen Rückmeldungswert und dem Positionserfassungswert (Schritt S107), und der Ablauf kehrt zu dem Rückmeldungsvergleichs- und Ermittlungsprozess von Schritt S101 zurück. Die Verarbeitung der Schritte S101 bis S107 wird wiederholt durchgeführt, bis der Bewertungsfunktionswert von dem Schwellenwert abweicht.
Wenn der Bewertungsfunktionswert den Schwellenwert bei der Rückmeldungsvergleichs- und Ermittlungsverarbeitung von Schritt S101 überschreitet, geht der Ablauf zu einem Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Änderungsprozess von Schritt S108 über. In Schritt S108 ändert die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante auf Grundlage der geschätzten Trägheit, die durch die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 geschätzt worden ist.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden die folgenden Vorteile erzielt. Die Steuereinheit 2 des Motors 10, der das Werk W antreibt, beinhaltet: die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41, die eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante speichert, die die Beschleunigung/Verzögerung des Motors 10 bestimmt; die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 42, die den Positionsbefehlswert auf Grundlage der Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstanten erzeugt; die Positionserfassungseinheit 12, die eine Drehposition des Motors 10 erfasst; die Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 43, die einen Geschwindigkeitsbefehl des Motors 10 auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und des Positionserfassungswerts erzeugt, der durch die Positionserfassungseinheit 12 erfasst worden ist; die Einheit 44 zum Berechnen einer idealen Rückmeldung, die eine ideale Rückmeldung aus dem Positionsbefehlswert mithilfe des Tiefpassfilters 17 berechnet; und die Rückmeldungsvergleichseinheit 45, die die ideale Rückmeldung mit einer tatsächlichen Rückmeldung vergleicht, die durch die Positionserfassungseinheit erfasst worden ist, wobei die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante ändert, die in der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit 41 zu speichern ist, wenn ermittelt wird, dass die ideale Rückmeldung nicht mit der tatsächlichen Rückmeldung übereinstimmt.
Auf diese Weise wird ermittelt, ob die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante, die auf Grundlage der Beladungskapazität ermittelt worden ist, geeignet ist, und die Zeitkonstante wird kalibriert. Daher ist es möglich, sowohl die Verbesserung der Bearbeitungsleistung als auch das Sicherstellen der Steuerungssicherheit umzusetzen. Darüber hinaus ist es durch Bereitstellen eines Mechanismus zum Messen der Trägheit möglich, die Beschleunigung innerhalb eines Steuersystems in geeigneter Weise vorherzusagen und den Vorgang mit einem wirklich wahrscheinlichen physischen Vorgang in Übereinstimmung zu bringen und auf diese Weise die Beschleunigung (die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante) mit hoher Genauigkeit zu verifizieren.
Bei der vorliegenden Ausführungsform schätzt die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 die Trägheit und ändert die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante auf Grundlage des geschätzten Ergebnisses. Auf diese Weise ist es möglich, die Trägheit in der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten widerzuspiegeln.
Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Rückmeldungsvergleichseinheit 45 Integralwerte von Werten, die durch Berechnen eines Fehlers in einem Zeitreihensignal der Rückmeldung gewonnen werden, einen Absolutwert davon oder einen quadratischen Wert davon und führt einen Rückmeldungsvergleich auf Grundlage eines Bewertungswerts durch, der auf Grundlage der Integralwerte oder einer Kombination von diesen gewonnen worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Rückmeldungsvergleichs-Ermittlungsverarbeitung mithilfe des Bewertungswerts mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ermittelt die Rückmeldungsvergleichseinheit 45, dass es sich bei dem Vergleichsergebnis um eine Nichtübereinstimmung handelt, wenn der Bewertungswert einen dafür festgelegten Schwellenwert überschreitet. Auf diese Weise wird das Ermittlungskriterium mit einem gewissen Spielraum versehen. Daher ist es möglich, ein Auftreten von Fällen zu verhindern, in denen die Ergebnisse unnötigerweise als Nichtübereinstimmung ermittelt werden, und gleichzeitig die Genauigkeit der Rückmeldungsvergleichsermittlung aufrechtzuerhalten.
Wenngleich oben eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in geeigneter Weise geändert werden.
Erläuterung der Bezugszeichen

W:: Werkstück
2:: Steuereinheit
10:: Motor
17:: Tiefpassfilter
22:: Trägheitsschätzeinheit
41:: Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit
42:: Positionsbefehls-Erzeugungseinheit
43:: Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit
44:: Einheit zum Berechnen einer idealen Rückmeldung
45:: Rückmeldungsvergleichseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011134169 [0006]
JP 2007141189 [0006]
JP 2005006418 [0006]
JP 2010148178 [0006]

Claims

Steuereinheit (2) eines Motors (10), der einen angetriebenen Körper (W) antreibt, wobei die Steuereinheit aufweist: eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit (41), die eine Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante speichert, die eine Beschleunigung/Verzögerung des Motors (10) bestimmt; eine Positionsbefehls-Erzeugungseinheit (42), die einen Positionsbefehlswert auf Grundlage der Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstanten erzeugt; eine Positionserfassungseinheit (12), die eine Drehposition des Motors (10) erfasst; eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit (43), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Motor (10) auf Grundlage des Positionsbefehlswerts und eines durch die Positionserfassungseinheit (12) erfassten Positionserfassungswerts erzeugt; eine Einheit (44) zum Berechnen einer idealen Rückmeldung, die eine ideale Rückmeldung aus dem Positionsbefehlswert mithilfe eines Tiefpassfilters (17) berechnet; und eine Rückmeldungsvergleichseinheit (45), die die ideale Rückmeldung mit einer tatsächlichen Rückmeldung vergleicht, die durch die Positionserfassungseinheit (12) erfasst wird, wobei die Rückmeldungsvergleichseinheit (45) die in der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstanten-Speichereinheit (41) gespeicherte Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante ändert, wenn ermittelt wird, dass die ideale Rückmeldung nicht mit der tatsächlichen Rückmeldung übereinstimmt.
Steuereinheit (2) nach Anspruch 1, wobei die Rückmeldungsvergleichseinheit (45) eine Trägheit schätzt und die Beschleunigungs-Nerzögerungszeitkonstante auf Grundlage des geschätzten Ergebnisses ändert.
Steuereinheit (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückmeldungsvergleichseinheit (45) Integralwerte von Werten, die durch Berechnen eines Fehlers in einem Zeitreihensignal der Rückmeldung gewonnen werden, einen Absolutwert davon oder einen quadratischen Wert davon berechnet und einen Rückmeldungsvergleich auf Grundlage eines Bewertungswerts durchführt, der auf Grundlage der Integralwerte oder einer Kombination von diesen gewonnen worden ist.
Steuereinheit (2) nach Anspruch 3, wobei die Rückmeldungsvergleichseinheit (45) ermittelt, dass es sich bei dem Vergleichsergebnis um eine Nichtübereinstimmung handelt, wenn der Bewertungswert einen dafür festgelegten Schwellenwert überschreitet.