DE102018209093B4

DE102018209093B4 - Motorsteuereinheit

Info

Publication number: DE102018209093B4
Application number: DE102018209093.9A
Authority: DE
Inventors: Shunpei Tanaka; Kazunori Iijima
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2038-06-09
Also published as: JP2019004584A; CN109085801B; DE102018209093A1; CN109085801A; US20180364682A1; JP6464226B2; US11175647B2

Abstract

Steuereinheit (2) eines Motors (10), der einen angetriebenen Körper antreibt, wobei die Steuereinheit (2) aufweist:eine Trägheitsschätzeinheit (22), die eine Trägheit auf Grundlage von Rückkopplungsinformationen des Motors (10) schätzt;eine Berechnungseinheit (31), die eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors aus der Schätzträgheit berechnet, die durch die Trägheitsschätzeinheit (22) geschätzt worden ist;eine Speichereinheit (32), die eine Trägheitsdifferenz, bei der es sich um eine Differenz zwischen der Schätzträgheit und mindestens einer bekannten tatsächlichen Trägheit handelt, und eine Zeitkonstantendifferenz speichert, bei der es sich um eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten, die der tatsächlichen Trägheit entspricht, und einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten handelt, die auf Grundlage der Schätzträgheit berechnet worden ist; undeine Korrektureinheit (33), die die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die durch die Berechnungseinheit (32) berechnet worden ist, mithilfe der Trägheitsdifferenz und der Zeitkonstantendifferenz korrigiert, die in der Speichereinheit (31) gespeichert sind.

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 eine Differenz zwischen einem Befehl und einer Rückkopplung kleiner als ein zulässiger Wert ist, wenn sich ein optimaler Wert eines Servoparameters aufgrund von Alterung ändert. In dem Patentdokument 1 wird eine Zeitkonstante erhöht, bis eine Positionsabweichung in einen zulässigen Bereich fällt, indem eine Beschleunigung allmählich verringert wird, wenn es wahrscheinlich ist, dass eine Schwingung in einer tatsächlichen Rückmeldung auftritt und wenn die Abtastfähigkeit der Steuerung gering ist.
Das Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren zum Erfassen einer Beschleunigung mithilfe eines Beschleunigungsdetektors und zum Korrigieren einer Verstärkung, wenn die Beschleunigung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In dem Patentdokument 2 wird, wenn ermittelt wird, ob ein Ist-Wert, ein Mittelwert oder ein quadratischer Mittelwert einer Beschleunigungsdifferenz zwischen einem Motor und einer Laststruktur größer als ein vorgegebener Wert ist, die Beschleunigungsdifferenz mithilfe eines Winkelerfassungswerts des Motors und eines Beschleunigungserfassungswerts der Laststruktur gewonnen.
Das Patentdokument 3 offenbart eine Technik zum Speichern einer Verstärkungstabelle und Lesen einer optimalen Verstärkung abhängig von einer Maschinensteifigkeit in einer Vorrichtung und ein Verfahren zum Festlegen von Steuerparametern einer Motorsteuereinheit. Das Patentdokument 3 bezieht sich auf eine Technik zum Ändern eines Verstärkungswerts eines PI-Reglers eines Servosystems und offenbart ein Gain-Scheduling-Verfahren zum Erhöhen der Verstärkung, wenn die Trägheit einer Last groß ist, und zum Verringern der Verstärkung, wenn die Trägheit einer Last klein ist.
Das Patentdokument 4 offenbart eine Technik zum Berechnen der Trägheit aus einer Drehmomentkonstanten eines Motors und einem repräsentativen Stromwert und einem repräsentativen Beschleunigungswert, die aus Stromwerten und Beschleunigungswerten in einer Mehrzahl von Perioden eines sinusförmigen Befehls gewonnen werden, die in einer Abtastdaten-Speichereinheit gespeichert werden, als Verfahren zum Schätzen der Trägheit.
Patentdokument 5 bezieht sich auf eine Steuerungseinrichtung für einen Elektromotor, umfassend: ein Addiermittel, das einen Sinuswellenbefehl zu einem Drehmomentbefehl für den Elektromotor addiert; ein Erfassungsmittel, das einen Stromwert des Elektromotors erfasst; ein Erfassungsmittel, das einen Beschleunigungswert des Elektromotors erfasst; und ein Schätzmittel, das die Trägheit eines durch den Elektromotor anzutreibenden Gegenstands auf Grundlage eines repräsentativen Stromwerts, eines repräsentativen Beschleunigungswerts und einer Drehmomentkonstante des Elektromotors schätzt, wobei der repräsentative Stromwert und der repräsentative Beschleunigungswert aus einer Mehrzahl von Stromwerten und einer Mehrzahl von Beschleunigungswerten ermittelt werden, die während ein- und desselben Betriebs in einer bestimmten Anzahl von Zyklen des Sinuswellenbefehls umfasst sind und wobei das Schätzmittel einmalig die Trägheit in Bezug auf die bestimmte Anzahl von Zyklen schätzt.
Patentdokument 6 bezieht sich auf einen Stellantrieb, der Hochleistungspositionieren erlaubt, basierend auf einer sehr genauen Schätzung von Trägheit.

Patentdokument 1: JP 2011 - 134 169 A
Patentdokument 2: JP 2007 - 141 189 A
Patentdokument 3: JP 2005 - 6 418 A
Patentdokument 4: JP 2010 - 148 178 A
Patentdokument 5: US 2010 / 0 148 714 A1
Patentdokument 6: JP 2001 - 352 773 A

Übersicht über die Erfindung
Ein Einwirken auf einen angetriebenen Körper (ein Werkstück), auf das durch einen Motor eingewirkt wird, wird jedoch durch eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante bestimmt, die auf Grundlage der maximalen Beladungskapazität einer Werkzeugmaschine angepasst wird. Unter dem Gesichtspunkt der Leistung ist eine Beschleunigungszeit bevorzugt so kurz wie möglich innerhalb eines zulässigen Bereichs des Abtriebsdrehmoments, wenngleich sich das Abtriebsdrehmoment abhängig von einer Last oder dergleichen eines Bearbeitungszielwerkstücks oder eines Mechanismus einer Werkzeugmaschine zum Bewegen des Werkstücks unterscheidet. Wenn der Motor mit einer äußerst kurzen Beschleunigungszeit (einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten) betrieben wird, kann demgegenüber die Positionssteuerung des Motors instabil werden (kann eine Schwingung auftreten).
Wenngleich die herkömmlichen Techniken ein Verfahren zum Anpassen einer Beschleunigung oder einer Verzögerung offenbaren, ist es, wenn eine Beschleunigungs- oder eine Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage der Trägheit festgelegt wird, schwierig, die Wirkung von Reibung zu beseitigen, die während einer Bearbeitung in einem Motor, bei einer Fehlausrichtung des Werkstücks oder dergleichen auftritt, und es kann eine Differenz zwischen der geschätzten Trägheit und der tatsächlichen Trägheit auftreten. Der Motor kann abhängig davon, wie sich ein Trägheitsschätzergebnis von der tatsächlichen Trägheit verschiebt, mit einer übermäßig hohen Beschleunigung arbeiten. Die herkömmlichen Techniken bieten Verbesserungspotenzial darin, dass die Beschleunigung so festgelegt wird, dass sie in einen geeigneten Bereich fällt, wenn beim Schätzen der Trägheit ein Fehler auftritt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorsteuereinheit bereitzustellen, die in der Lage ist, zuverlässig zu verhindern, dass sich ein angetriebener Körper mit einer übermäßig hohen Beschleunigung bewegt, indem eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die auf Grundlage einer Trägheit festgelegt wird, so festgelegt wird, dass sie in einen geeigneten Bereich fällt.

(1) Eine Steuereinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Steuereinheit 2) eines Motors (zum Beispiel eines im Folgenden beschriebenen Motors 10), der einen angetriebenen Körper (zum Beispiel ein im Folgenden beschriebenes Werkstück W) antreibt, wobei die Steuereinheit beinhaltet: eine Trägheitsschätzeinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Trägheitsschätzeinheit 22), die eine Trägheit auf Grundlage von Rückkopplungsinformationen des Motors schätzt; eine Berechnungseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Berechnungseinheit 31), die eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors aus der Schätzträgheit berechnet, die durch die Trägheitsschätzeinheit geschätzt worden ist; eine Speichereinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Speichereinheit 32), die eine Trägheitsdifferenz, bei der es sich um eine Differenz zwischen der Schätzträgheit und mindestens einer bekannten tatsächlichen Trägheit handelt, und eine Zeitkonstantendifferenz speichert, bei der es sich um eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten, die der tatsächlichen Trägheit entspricht, und einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten handelt, die auf Grundlage der Schätzträgheit berechnet worden ist; und eine Korrektureinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Korrektureinheit 33), die die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die durch die Berechnungseinheit berechnet worden ist, mithilfe der Trägheitsdifferenz und der Zeitkonstantendifferenz korrigiert, die in der Speichereinheit gespeichert sind.
(2) In der Steuereinheit gemäß (1) kann die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante mithilfe von Koeffizienten korrigiert werden, die durch Durchführen einer Polynomanpassung im Hinblick auf eine Mehrzahl von Trägheitsdifferenzen und eine Mehrzahl von Zeitkonstantendifferenzen gewonnen werden.
(3) In der Steuereinheit gemäß (1) oder (2) kann die Korrektureinheit einen Höchstwert und einen Mindestwert der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten oder beides aus der in der Speichereinheit gespeicherten Differenz festlegen.

Gemäß der Motorsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass sich ein angetriebener Körper mit einer übermäßig hohen Beschleunigung bewegt, indem eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage einer Trägheit so festgelegt wird, dass sie in einen geeigneten Bereich fällt.
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.
3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Trägheit und einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten veranschaulicht.
4 ist ein Ablaufplan eines Prozesses zum Gewinnen eines Korrekturbetrags zum Korrigieren einer Schätzträgheit im Voraus gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
5 ist ein Ablaufplan eines Prozesses zum Korrigieren und Bestimmen der Trägheit und der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten mithilfe eines Korrekturbetrags gemäß 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 Gestaltungsbeispiel für die 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 Vorschubachse (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 Prozesse zum Steuern der Werkzeugmaschine 1 durch. Die Servosteuereinheit 30 steuert ein Antreiben des Motors 10 auf Grundlage eines Befehls von der numerischen Steuereinheit 20.
Bei dem Motor 10 handelt es sich um einen Servomotor, der eine Definition auf die Vorschubachse 11 anwendet. Wenn die Vorschubachse 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 Prozesse wie zum Beispiel für eine Regelung verwendet.
Als Nächstes wird eine Gestaltung zum Schätzen einer Trägheit beschrieben. 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 eine Anordnungsposition davon unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Die 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 Trägheitsschätzeinheit 22, eine Berechnungseinheit 31, eine Speichereinheit 32 und eine Korrektureinheit 33.
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 und 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 und 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 Differenzieren 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

Ein Prozess zum Anpassen der Zeitkonstanten einer Beschleunigung oder Verzögerung wird optimalerweise auf Grundlage der geschätzten Trägheit (im Folgenden Schätzträgheit) durchgeführt. Wenngleich sich das durch den Motor 10 zu erzeugende Abtriebsdrehmoment abhängig von der Last des Bearbeitungszielwerkstücks W und eines Mechanismus der Werkzeugmaschine 1 zum Bewegen des Werkstücks W unterscheidet, ist die Beschleunigungszeit bevorzugt so kurz wie möglich innerhalb eines zulässigen Bereichs des Abtriebsdrehmoments. Wenn der Motor mit einer äußerst kurzen Beschleunigungszeit (einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten) betrieben wird, kann demgegenüber die Positionssteuerung des Motors instabil werden (kann eine Schwingung auftreten). Wenn zum Beispiel die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante so festgelegt wird, dass sie kürzer als ein entsprechender Wert in Bezug 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, die befohlene Beschleunigung oder Verzögerung durchzuführen, kann das Abtriebsdrehmoment in Bezug auf ein Befehlsdrehmoment gesättigt werden und ist es unter Umständen nicht möglich, eine Steuerung korrekt durchzuführen. Wenn demgegenüber die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante so festgelegt wird, dass sie länger als ein entsprechender Wert ist, wird die Beschleunigung oder Verzögerung langsamer als notwendig durchgeführt, was zu einer Verringerung der Produktivität führt. Daher wird die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante optimalerweise auf Grundlage der Schätzträgheit angepasst.
In dem Prozess zum Optimieren der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten wird zum Beispiel eine optimale Zeitkonstante für die Trägheit theoretisch oder experimentell im Voraus gewonnen, und die optimale Zeitkonstante wird auf Grundlage der geschätzten Trägheit festgelegt. Die optimale Zeitkonstante kann aus vorgegebenen Werten gewählt werden und kann sequenziell berechnet werden, und es kann ein geeignetes Verfahren eingesetzt werden.
Die Berechnungseinheit 31 berechnet die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage der Schätzträgheit, die durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzt worden ist.
Die Speichereinheit 32 speichert einen Korrekturbetrag zum Korrigieren der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten. Die Korrektureinheit 33 korrigiert die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage des in der Speichereinheit 32 gespeicherten Korrekturbetrags und berechnet eine korrigierte Zeitkonstante (eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante).
Ein Verfahren zum Bestimmen des Korrekturbetrags wird beschrieben. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Trägheit und der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten veranschaulicht. In dem Graph von 3 ist die horizontale Achse eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante a und ist die vertikale Achse eine Trägheit J. Die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante a, die der Trägheit J entspricht, wird auf Grundlage eines Abtriebsdrehmoments festgelegt, das entsprechend Bearbeitungsbedingungen und der Leistung des Motors 10 bestimmt wird, und das Werkstück W bewegt sich mit einer Beschleunigung, die durch die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante a bestimmt wird.
Wenn es zu einer Verschiebung zwischen einer tatsächlichen Trägheit (einem Ist-Wert) und der Schätzträgheit (einem Schätzwert) kommt, die durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzt worden ist, tritt auch eine Verschiebung in der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten a auf, die auf Grundlage der Schätzträgheit festgelegt wird. Wenn die tatsächliche Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die einer bekannten Trägheit Jo entspricht, gleich ao ist und eine Schätzträgheit J₀' eine Abweichung von ΔJ aufweist, wie J₀' = J₀±ΔJ, ist die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die aus der Schätzträgheit J₀' berechnet wird, a₀ = a₀+Δa. Daher weist die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante a auch eine Abweichung von Δa auf, und die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante ist im Fall von 3 übermäßig groß.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Prozess zum Gewinnen eines Korrekturbetrags zum Korrigieren der Schätzträgheit auf Grundlage einer Beziehung zwischen der bekannten tatsächlichen Trägheit Jo und der Schätzträgheit J₀', die im Voraus durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzt worden ist, und zum Korrigieren der Schätzträgheit auf Grundlage des Korrekturbetrags durchgeführt.
Ein Verfahren zum Gewinnen des Korrekturbetrags wird beschrieben. 4 ist ein Ablaufplan eines Prozesses zum Gewinnen eines Korrekturbetrags zum Korrigieren der Schätzträgheit im Voraus gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei dem in 4 veranschaulichten Ablaufplan handelt es sich um einen Prozess, der im Voraus durchgeführt wird, bevor eine Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 1 durchgeführt wird. Zuerst schätzt die Trägheitsschätzeinheit 22 eine Trägheit im Hinblick auf eine bekannte Trägheit (Schritt S101). Beispielsweise wird der Motor 10 durch einen vorgegebenen Vorgang so angetrieben und gesteuert, dass eine tatsächliche Trägheit Jo erzielt wird, und die Trägheitsschätzeinheit 22 schätzt die Schätzträgheit J₀' auf Grundlage von Drehmoment- und Stromrückkopplungssignalen des Motors 10, die während des Betriebs gewonnen werden.
Eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Trägheit J₀und der Schätzträgheit J₀' wird gemessen (Schritt S102). Eine Trägheit ΔJ wird auf Grundlage der Differenz zwischen der bekannten tatsächlichen Trägheit J₀ und der Schätzträgheit J₀' berechnet. Die Prozesse der Schritte S101 und S102 werden mindestens einmal durchgeführt. Um den Korrekturbetrag genauer zu berechnen, werden die Prozesse der Schritte S101 und S102 bevorzugt mehrmals durchgeführt.
Ein Korrekturbetrag wird aus der gemessenen Abweichung berechnet und wird in der Speichereinheit 32 gespeichert (Schritt S103). Koeffizienten eines Polynomausdrucks werden auf Grundlage einer Trägheitsdifferenz, bei der es sich um die Differenz zwischen der tatsächlichen Trägheit J₀ und der Schätzträgheit J₀' handelt, und einer Zeitkonstantendifferenz bestimmt, bei der es sich um die Differenz zwischen der tatsächlichen Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten und der durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzten Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten handelt. Wenn ein linearer Ausdruck für eine Näherung wie in dem in 3 veranschaulichten Beispiel verwendet wird, wird eine Neigung k berechnet, und ein Korrekturbetrag für eine unbekannte Trägheit J_x wird in der Speichereinheit 34 als -kΔJ gespeichert. Der Korrekturbetrag kann in ähnlicher Weise berechnet werden, wenn eine Mehrzahl von Trägheitsdifferenzen und eine Mehrzahl von Zeitkonstantendifferenzen gewonnen werden und ein Polynomausdruck an einen Satz dieser Daten angepasst wird. Der Korrekturbetrag kann mithilfe von Ausdrücken höherer Ordnung der 2. oder einer höheren Ordnung und einer trigonometrischen Funktion berechnet werden.
In dem Prozess von Schritt S103 der vorliegenden Ausführungsform werden die Höchst- und Mindestwerte der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten festgelegt. Die Höchst- und Mindestwerte der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten können auf Grundlage der Abweichungen ΔJ und Δa und dergleichen festgelegt werden. Der Höchstwert der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten wird verwendet, um zu verhindern, dass die Beschleunigung in einen unzulässigen, gefährlichen Bereich übergeht, und der Mindestwert wird verwendet, um zu verhindern, dass die Beschleunigung in einen Bereich übergeht, in dem die Produktivität in einem unzulässigen Ausmaß abnimmt. Es können der Höchstwert und/oder der Mindestwert festgelegt werden.
Als Nächstes werden die Trägheit und die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante beschrieben, die auf Grundlage des bestimmten Korrekturbetrags bestimmt werden. 5 ist ein Ablaufplan eines Prozesses zum Korrigieren und Bestimmen der Trägheit und der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten mithilfe eines Korrekturbetrags gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Zuerst schätzt die Trägheitsschätzeinheit 22 die Trägheit im Hinblick auf eine unbekannte Trägheit J_x auf Grundlage der Rückkopplungsinformationen des Drehmoments und des Stroms während des Betriebs des Motors 10 (S201). Anschließend werden die Schätzträgheit und die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante (die Zeitkonstante) auf Grundlage des Korrekturbetrags korrigiert, der in den Prozessen der Schritte S101 bis S103 bestimmt worden ist (Schritt S202). Die korrigierte Schätzträgheit und die korrigierte Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante (die korrigierte Zeitkonstante) werden bestimmt (Schritt S203).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Prozess von Schritt S203 darüber hinaus ermittelt, ob sich die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante innerhalb des Bereichs des Höchst- und des Mindestwerts befindet. Beispielsweise wird der Höchstwert als Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante festgelegt, wenn die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante den Höchstwert überschreitet, und der Mindestwert wird als Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante festgelegt, wenn die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante kleiner als der Mindestwert ist.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden die folgenden Vorteile erzielt. Die Steuereinheit 2 des Motors 10, der das Werkstück (einen angetriebenen Körper) W antreibt, beinhaltet: die Trägheitsschätzeinheit 22, die eine Trägheit auf Grundlage der Rückkopplungsinformationen (Drehmoment und Strom) des Motors 10 schätzt; die Berechnungseinheit 31, die eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors 10 aus einer Schätzträgheit berechnet, die durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzt worden ist; die Speichereinheit 32, die eine Trägheitsdifferenz, bei der es sich um eine Differenz zwischen der Schätzträgheit und mindestens einer bekannten tatsächlichen Trägheit handelt, und eine Zeitkonstantendifferenz speichert, bei der es sich um eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten, die der tatsächlichen Trägheit entspricht, und der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten handelt, die auf Grundlage der Schätzträgheit berechnet worden ist; und die Korrektureinheit 33, die die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die durch die Berechnungseinheit 31 berechnet worden ist, mithilfe der Trägheitsdifferenz und der Zeitkonstantendifferenz korrigiert, die in der Speichereinheit 32 gespeichert sind.
Auf diese Weise ist es möglich, die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante so festzulegen, dass sie in einen Bereich fällt, in dem die Beschleunigung nicht übermäßig ansteigt, da der Korrekturbetrag auf Grundlage der Abweichung ΔJ berechnet wird. Durch Berücksichtigen eines Schätzfehlers in derselben Werkzeugmaschine 1 ist es möglich, die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante in geeigneter Weise selbst dann zu gewinnen, wenn wiederholt eine Anpassung durchgeführt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform korrigiert die Steuereinheit 2 die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante mithilfe von Koeffizienten, die durch Durchführen einer Polynomanpassung im Hinblick auf eine Mehrzahl von Trägheitsdifferenzen und eine Mehrzahl von Zeitkonstantendifferenzen gewonnen werden.
Da der Korrekturbetrag auf Grundlage einer Mehrzahl von Daten genauer berechnet werden kann, ist es auf diese Weise möglich, die Trägheit und die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante mit hoher Genauigkeit festzulegen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform legt die Korrektureinheit 33 einen Höchstwert oder einen Mindestwert der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten oder beides aus der in der Speichereinheit 34 gespeicherten Differenz fest.
Auf diese Weise ist es möglich zu verhindern, dass die Beschleunigung in einen gefährlichen Bereich übergeht, und zu verhindern, dass die Beschleunigung so stark abnimmt, dass die Leistung abnimmt.
Wenngleich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise geändert werden.
Bezugszeichenliste

W: Werkstück
2: Steuereinheit
10: Motor
22: Trägheitsschätzeinheit
31: Berechnungseinheit
32: Speichereinheit
33: Korrektureinheit

Claims

Steuereinheit (2) eines Motors (10), der einen angetriebenen Körper antreibt, wobei die Steuereinheit (2) aufweist: eine Trägheitsschätzeinheit (22), die eine Trägheit auf Grundlage von Rückkopplungsinformationen des Motors (10) schätzt; eine Berechnungseinheit (31), die eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors aus der Schätzträgheit berechnet, die durch die Trägheitsschätzeinheit (22) geschätzt worden ist; eine Speichereinheit (32), die eine Trägheitsdifferenz, bei der es sich um eine Differenz zwischen der Schätzträgheit und mindestens einer bekannten tatsächlichen Trägheit handelt, und eine Zeitkonstantendifferenz speichert, bei der es sich um eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten, die der tatsächlichen Trägheit entspricht, und einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten handelt, die auf Grundlage der Schätzträgheit berechnet worden ist; und eine Korrektureinheit (33), die die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante, die durch die Berechnungseinheit (32) berechnet worden ist, mithilfe der Trägheitsdifferenz und der Zeitkonstantendifferenz korrigiert, die in der Speichereinheit (31) gespeichert sind.
Steuereinheit (2) nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante mithilfe von Koeffizienten korrigiert wird, die durch Durchführen einer Polynomanpassung im Hinblick auf eine Mehrzahl von Trägheitsdifferenzen und eine Mehrzahl von Zeitkonstantendifferenzen gewonnen werden.
Steuereinheit (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektureinheit (33) einen Höchstwert und einen Mindestwert der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten oder beides aus der in der Speichereinheit (32) gespeicherten Differenz festlegt.