DE102018210441B4

DE102018210441B4 - Servomotorsteuerung

Info

Publication number: DE102018210441B4
Application number: DE102018210441.7A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ikai; Tsutomu Nakamura; Tomoyuki Aizawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: CN109213024A; CN109213024B; DE102018210441A1; US10525649B2; JP2019013923A; JP6542844B2; US20190001602A1

Abstract

Servomotorsteuerung (1, 1A, 1B), die einen Servomotor (2) zum Antreiben eines Antriebsziels (3) steuert und eine Positionssteuerung zum Steuern der Position des Antriebsziels (3) sowie eine Kraftsteuerung zum Steuern der Kraft ausführt, die auf ein Objekt (5) durch das Antriebsziel (3) aufgewendet werden soll, wobei die Servomotorsteuerung (1, 1A, 1B) umfasst:eine Positionsbefehl-Erzeugungseinheit (10), die einen Positionsbefehl zum Anweisen der Position des Antriebsziels (3) erzeugt;eine Positionsermittlungseinheit (12), die die Position des Antriebsziels (3) ermittelt;eine Positionssteuereinheit (14), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor (2) zur Positionssteuerung basierend auf dem Positionsbefehl, der von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit (10) erzeugt wird, und der Position erzeugt, die von der Positionsermittlungseinheit (12) ermittelt wird;eine Kraftbefehl-Erzeugungseinheit (20), die einen Kraftbefehl zum Anweisen der Kraft erzeugt, die durch das Antriebsziel (3) auf das Objekt (5) angewendet werden soll;eine Kraftermittlungseinheit (22), die eine Kraft ermittelt, die durch das Antriebsziel (3) auf das Objekt (5) angewendet wird;eine Kraftsteuereinheit (24), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor (2) zur Kraftsteuerung basierend auf dem Kraftbefehl, der von der Kraftbefehl-Erzeugungseinheit (20) erzeugt wird, und der Kraft erzeugt, die von der Kraftermittlungseinheit (22) ermittelt wird;eine Auswahleinheit (40), die eine aus der Positionssteuerung und der Kraftsteuerung auswählt; undeine Speichereinheit (30), die einen Kraftschwellenwert zur Auswahl durch die Auswahleinheit (40) speichert, wobeidie Auswahleinheit (40) den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung, der von der Positionssteuereinheit (14) erzeugt wird, und den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung, der von der Kraftsteuereinheit (24) erzeugt wird, vergleicht und einen der Geschwindigkeitsbefehle mit einem kleineren Wert auswählt, undwenn die von der Kraftermittlungseinheit (22) ermittelte Kraft kleiner als der Kraftschwellenwert ist, die Auswahleinheit (40) den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung unabhängig von einem Vergleichsergebnis auswählt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servomotorsteuerung, die einen Servomotor zum Antreiben eines Antriebsziels steuert und eine Positionssteuerung zum Steuern der Position des Antriebsziels sowie eine Kraftsteuerung zum Steuern der Kraft, die auf das Antriebsziel anzuwenden ist, ausführt.
Stand der Technik
Schmiedewalzmaschinen zum Pressen, Schmieden, Biegen, Walzen, Schneiden, Crimpen (Nieten) etc. sind bekannt. Unter diesen Schmiedewalzmaschinen gibt es eine Maschine mit einem Schlitten (bewegliche Einheit), der ein Gesenk aufweist, und einer Unterlage (feststehende Einheit), die das andere Gesenk aufweist, und die den Antrieb des Schlittens oder eines Ziehkissenmechanismus an der Unterlage unter Verwendung eines Servomotors steuert. Der Antrieb des Schlittens oder des Ziehkissenmechanismus an der Unterlage wird durch folgende zwei Verfahren gesteuert.
Ein erstes Verfahren besteht darin, den Antrieb des Schlittens unter Verwendung des Servomotors zu steuern. Gemäß diesem ersten Verfahren erfolgt die Positionssteuerung zum Steuern der Position des Schlittens solcher Art, dass sich das eine Gesenk einem Objekt nähert, das auf dem anderen Gesenk platziert ist, und mit dem Objekt in Kontakt kommt. Nachdem das eine Gesenk mit dem Objekt in Kontakt gekommen ist, wird eine Kraftsteuerung ausgeführt, um die durch den Schlitten konstant auf das Objekt ausgeübte Kraft zu steuern.
Ein zweites Verfahren besteht darin, den Schlitten mit einem vorgegebenen Hub vorwärts und rückwärts zu bewegen und den Antrieb des Ziehkissenmechanismus an der Unterlage unter Verwendung des Servomotors zu steuern. Bei dem zweiten Verfahren wird die Positionssteuerung durchgeführt, um den Ziehkissenmechanismus auf einer Standby-Position zu positionieren, bis das eine Gesenk mit dem Objekt in Kontakt kommt, der auf dem anderen Gesenk platziert ist. Nachdem das eine Gesenk mit dem Objekt in Kontakt gekommen ist, wird eine Kraftsteuerung ausgeführt, um die durch den Schlitten konstant auf das Objekt ausgeübte Kraft zu steuern, indem der Ziehkissenmechanismus und der Schlitten zusammen bewegt werden. In Patentdokument 1 und 2 sind Erfindungen bezüglich des Durchführungszeitpunkts für das Umschalten von einer Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung in einer Servomotorsteuerung beschrieben, die das zweite Verfahren anwendet.
Die in Patentdokument 1 beschriebene Servomotorsteuerung vergleicht einen Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung und einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung und wählt einen Geschwindigkeitsbefehl mit einem kleineren Wert hinsichtlich einer Pressrichtung des Objekts als einen tatsächlichen Geschwindigkeitsbefehl aus. Dadurch wird die Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung umgeschaltet, was mit einem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem der Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung einen kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung annimmt. Dadurch wird ein reibungsloser Übergang von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung erzielt.
Die in Patentdokument 2 beschriebene Servomotorsteuerung nimmt darüber hinaus die Korrektur eines Kraftbefehls für die Kraftsteuerung auf einen kleineren Wert vor, während ein Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung ausgewählt wird. Dadurch kann ein früherer Zeitpunkt festgelegt werden, an dem der Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung (Fehler zwischen einem Kraftbefehl und einer Kraftrückkopplung) einen kleineren Wert als ein Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung annimmt, und insbesondere ein früherer Zeitpunkt zum Umschalten von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung. Nachdem die Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung umgeschaltet wurde, wird der korrigierte Kraftbefehl auf einen Anfangswert wiederhergestellt.
Patentdokument 3 bezieht sich auf eine Ziehkissensteuervorrichtung für eine Pressmaschine, die aufweist: einen Positionsbefehlssignalausgabeabschnitt, der ein Positionsbefehlssignal ausgibt, das einem Sollpositionswert eines Ziehkissenkörpers entspricht; eine Positionsdetektionseinrichtung, die eine Position des Ziehkissenkörpers detektiert; einen Positionsvergleichsabschnitt, der ein Positionsabweichungssignal entsprechend einer Abweichung zwischen dem Sollpositionswert auf der Basis des Positionsbefehlssignals und eines Positionsdetektionswertes auf der Basis eines Positionsdetektionssignals von der Positionsdetektionseinrichtung ausgibt; einen Positionssteuerabschnitt, der ein Positionsgeschwindigkeitsbefehlssignal auf der Basis des Positionsabweichungssignals ausgibt; einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt, der ein Motorstrombefehlssignal auf der Basis des Positionsgeschwindigkeitsbefehlssignals von dem Positionssteuerabschnitt ausgibt; einen Servoverstärker, der einen elektrischen Servomotor zum Antreiben eines Ziehkissens mit einem Strom versorgt, der dem Motorstrombefehlssignal entspricht; und einen Ausfahrposition-Befehlssignalausgabeabschnitt, der ein Positionsbefehlssignal zum Befehlen ausgibt, dass der Ziehkissenkörper nach unten aus der unteren Totpunktposition um eine vorgegebene Ausfahrhöhe auf der Basis eines Presssignals ausfährt, das ausgegeben wird, wenn ein Schlitten der Pressmaschine eine untere Totpunktposition erreicht hat.
Patentdokument 4 bezieht sich auch eine Verarbeitungsmaschine, insbesondere eine Pressmaschine, die so ausgeführt ist, dass die Aufschlagkraft auf das Werkstück beim Auftreffen einer bewegbaren Form auf das Werkstück unterdrückt und die Genauigkeit der Kraftsteuerung verbessert wird. Während sich eine bewegbare metallform einem Werkstück nähert, wird eine Positionssteuerung durchgeführt, und die Position des Werkzeuges wird auf einen Positionszielwert geregelt. Die Verformung einer strukturellen Einheit, die den Rahmen der Verarbeitungsmaschine bildet, wird gemessen, und die gemessene Verformung wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Der Schwellenwert wird etwas größer als der Wert der Verformung eingestellt, der gemessen wird, wenn das Verarbeitungswerkzeug und das Werkstück nicht in Kontakt sind. An dem Moment, an dem das Verarbeitungswerkzeug das Werkstück kontaktiert, erreicht der Messwert der Verformung den Schwellenwert, und sofort findet eine automatische Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung statt, und danach wird die Kraft, die auf das Werkstück ausgeübt wird, bei einem spezifizierten Kraft-Zielwert gesteuert.

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung JP 4015139 B2
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung JP 4357405 B2
Patentdokument 3: DE 11 2007 000 521 T5
Patentdokument 4: DE 10 2007 030 016 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servomotorsteuerung, die das oben genannte erste Verfahren nutzt. Wenn die Servomotorsteuerung, die das erste Verfahren nutzt, das Verfahren zum Auswählen eines Geschwindigkeitsbefehls anwendet, wie in Patentdokument 1 beschrieben, und wenn ein Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung einen kleineren Wert als ein Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung aufweist, kann der Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung mit dem kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung ausgewählt werden, bevor das eine Gesenk mit dem Objekt in Kontakt kommt. In diesem Fall wird Zeit benötigt, bis der Schlitten (Antriebsziel) mit dem Objekt in Kontakt kommt. Das Problem kann gelöst werden, indem der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung zwangsweise ausgewählt wird, bis das eine Gesenk mit dem Objekt in Kontakt kommt.
Es wird davon ausgegangen, dass die Servomotorsteuerung, welche das erste Verfahren nutzt, das Verfahren zum Auswählen eines Geschwindigkeitsbefehls anwendet, das in Patentdokument 2 beschrieben ist. In diesem Fall wird hinsichtlich des oben genannten Problems, das auftritt, wenn ein Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung einen kleineren Wert als ein Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung aufweist, der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung zwangsweise ausgewählt, bis das eine Gesenk mit dem Objekt in Kontakt kommt. In diesem Fall dient ein Kraftbefehl, der vor einem Kontakt zwischen dem einen Gesenk und dem Objekt korrigiert wird, des Weiteren als ein Kraftschwellenwert zum Umschalten von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung. Bis der Kraftschwellenwert (korrigierter Kraftbefehl) überschritten wird, wird der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung zwangsweise ausgewählt. Wenn der Kraftschwellenwert (korrigierter Kraftbefehl) überschritten wird, wird der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf einen anfänglichen Kraftbefehl umgeschaltet und die Kraftsteuerung wird ausgeführt. Allerdings wird der Kraftbefehl auf den Anfangswert von dem korrigierten Wert wiederhergestellt, (Erhöhen des Kraftbefehls) nachdem die Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung durchgeführt wurde. Daher kann der Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung (Fehler zwischen einem Kraftbefehl und einer Kraftrückkopplung) stark ansteigen und einen mechanischen Stoß verursachen. Dies wird ausführlich unter Bezugnahme auf 1A und 1B beschrieben.
Bezug nehmend auf 1A zeigen gestrichelte Linien einen Kraftbefehl und durchgehende Linien zeigen eine Kraftrückkopplung (nachfolgend als Kraft FB bezeichnet). Bezug nehmend auf 1B zeigen gestrichelte Linien einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung und einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung, und durchgehende Linien zeigen einen ausgewählten Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (ausgewählt).
In einer Zeitspanne von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t1 wird, selbst wenn der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) einen kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) aufweist, der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) zwangsweise ausgewählt, damit sich unter der Positionssteuerung ein Schlitten einem Objekt nähert. Dabei wird ein Kraftbefehl auf einen kleineren Wert (Kraftschwellenwert) korrigiert. Zum Zeitpunkt t1 kommt der Schlitten mit dem Objekt in Kontakt. In einer Zeitspanne von Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t2 wird die Kraft FB erhöht, um den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) (Fehler zwischen dem Kraftbefehl und der Kraft FB) zu reduzieren. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Kraft FB den Kraftbefehl (Kraftschwellenwert) und der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) wird null. Dabei wird der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) anstelle des Geschwindigkeitsbefehls Vcmd (Position) ausgewählt, um eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung durchzuführen. Dabei wird der korrigierte Kraftbefehl auf einen anfänglichen Wert (anfänglicher Kraftbefehlswert) wiederhergestellt. Damit steigt der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) (Fehler zwischen dem Kraftbefehl und der Kraft FB), und insbesondere der ausgewählte Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (ausgewählt) von null steil an. Dieser steile Anstieg des Geschwindigkeitsbefehls kann einen mechanischen Stoß verursachen. Anschließend wird, mit dem Anstieg der Kraft FB, der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) (Fehler zwischen dem Kraftbefehl und der Kraft FB) reduziert. Zum Zeitpunkt t3 erreicht die Kraft FB den Kraftbefehl und der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) wird konstant gesteuert, um die Kraft FB auf einem konstanten Wert zu halten.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Servomotorsteuerung bereitzustellen, die den Anstieg der Zeit einschränkt, den ein Antriebsziel benötigt, um mit einem Objekt in Kontakt zu kommen, und die das Auftreten eines mechanischen Stoßes beim Umschalten eines Steuersystems (eines Steuerverfahrens) reduziert.

(1) Eine Servomotorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung (beispielsweise die Servomotorsteuerung 1, 1A, 1B, die später beschrieben wird) steuert einen Servomotor (beispielsweise den Servomotor 2, der später beschrieben wird) dazu an, ein Antriebsziel (beispielsweise den Schlitten (Antriebsziel) 3, der später beschrieben wird) anzutreiben, und führt eine Positionssteuerung zum Steuern der Position des Antriebsziels sowie eine Kraftsteuerung zum Steuern der Kraft durch, die durch das Antriebsziel auf ein Objekt (beispielsweise eine Niete (Objekt) 5) aufgewendet werden soll. Die Servomotorsteuerung umfasst: eine Positionsbefehl-Erzeugungseinheit (beispielsweise die Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10, die später beschrieben wird), die einen Positionsbefehl zum Anweisen der Position des Antriebsziels erzeugt; eine Positionsermittlungseinheit (beispielsweise die Positionsermittlungseinheit 12, die später beschrieben wird), welche die Position des Antriebsziels ermittelt; eine Positionssteuereinheit (beispielsweise die Positionssteuereinheit 14, die später beschrieben wird), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor für die Positionssteuerung basierend auf dem Positionsbefehl erzeugt, der von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit erzeugt wird, sowie der Position, die von der Positionsermittlungseinheit ermittelt wird; eine Kraftbefehl-Erzeugungseinheit (beispielsweise die Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20, die später beschrieben wird), die einen Kraftbefehl zum Befehlen einer Kraft erzeugt, die von dem Antriebsziel auf das Objekt angewendet werden soll; eine Kraftermittlungseinheit (beispielsweise die Kraftermittlungseinheit 22, die später beschrieben wird), die eine Kraft ermittelt, die auf das Objekt durch das Antriebsziel angewendet wird; eine Kraftsteuereinheit (beispielsweise die Kraftsteuereinheit 24, die später beschrieben wird), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor für die Kraftsteuerung basierend auf dem Kraftbefehl erzeugt, der von der Kraftbefehl-Erzeugungseinheit erzeugt wird, sowie der Kraft, die von der Kraftermittlungseinheit ermittelt wird; eine Auswahleinheit (beispielsweise die Auswahleinheit 40, die später beschrieben wird), die eines von der Positionssteuerung und der Kraftsteuerung auswählt; und eine Speichereinheit (beispielsweise die Speichereinheit 30, die später beschrieben wird), die einen Kraftschwellenwert zur Auswahl durch die Auswahleinheit speichert. Die Auswahleinheit vergleicht den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung, der von der Positionssteuereinheit erzeugt wird, und den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung, der von der Kraftsteuereinheit erzeugt wird, und wählt einen der Geschwindigkeitsbefehle mit einem kleineren Wert aus. Wenn die von der Kraftermittlungseinheit ermittelte Kraft kleiner als der Kraftschwellenwert ist, wählt die Auswahleinheit den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung unabhängig von einem Vergleichsergebnis aus.
(2) Die in (1) beschriebene Servomotorsteuerung kann das Weiteren umfassen: eine Geschwindigkeitssteuereinheit (beispielsweise die Geschwindigkeitssteuereinheit 50, die später beschrieben wird), die einen Drehmomentbefehl für den Servomotor basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl erzeugt, der von der Auswahleinheit ausgewählt wird; und einen Filter (beispielsweise den Filter 45, der später beschrieben wird), der auf einer Stufe angeordnet ist, die der Geschwindigkeitssteuereinheit vorausgeht und/oder folgt. Wenn die Auswahleinheit eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt, kann der Filter eine Änderung von dem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung und/oder eine Änderung des Drehmomentbefehls in Reaktion auf eine Änderung des Geschwindigkeitsbefehls glätten.
(3) In der in (2) beschriebenen Servomotorsteuerung kann der Filter einen Tiefpassfilter erster Ordnung beinhalten.
(4) Die in (1) beschriebene Servomotorsteuerung kann das Weiteren umfassen: eine Geschwindigkeitssteuereinheit (beispielsweise die Geschwindigkeitssteuereinheit 50B, die später beschrieben wird), die einen Drehmomentbefehl für den Servomotor basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl erzeugt, der von der Auswahleinheit ausgewählt wird. Die Geschwindigkeitssteuereinheit beinhaltet einen Integrator. Eine durch den Integrator angewendete Funktion ändert den Wert des Integrators auf solche Weise, dass der Drehmomentbefehl ein durchgehender Drehmomentbefehl wird, wenn die Auswahleinheit eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt.

Die vorliegende Erfindung ist dazu in der Lage, eine Servomotorsteuerung bereitzustellen, die den Anstieg der Zeit einschränkt, den ein Antriebsziel benötigt, um mit einem Objekt in Kontakt zu kommen, und das Auftreten eines mechanischen Stoßes beim Umschalten eines Steuersystems (eines Steuerverfahrens) reduziert.
Figurenliste

1A zeigt die Signalform der einzelnen Elemente in einer konventionellen Servomotorsteuerung;
1B zeigt die Signalform der einzelnen Elemente in der konventionellen Servomotorsteuerung;
2 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt die Konfiguration der Servomotorsteuerung detailliert gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ist ein Flussdiagramm, das den Vorgang zur Auswahl eines Steuersystems durch die Servomotorsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5A zeigt die Signalform der einzelnen Elemente in der Servomotorsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5B zeigt die Signalform der einzelnen Elemente in der Servomotorsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5C zeigt die Signalform der einzelnen Elemente in der Servomotorsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels; und
8 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden Beispiele eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen weisen vergleichbare oder entsprechende Elemente das gleiche Bezugszeichen auf.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
2 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 3 zeigt die Konfiguration der Servomotorsteuerung detailliert gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 2 dargestellt, steuert eine Servomotorsteuerung 1 einen Servomotor 2 in beispielsweise einer Niet-Crimpmaschine.
Die Niet-Crimpmaschine ist eine Vorrichtung, um zwei Metallplatten beispielsweise mit der Niete aneinander zu crimpen. In der Niet-Crimpmaschine wird ein Schlitten (bewegliche Einheit) 3 relativ zu einer Unterlage (feststehende Einheit) 4 bewegt, um eine Niete 5 mit dem Schlitten 3 und der Unterlage 4 zu halten und eine Kraft zu erzeugen, die auf die Niete 5 angewendet wird, um die Niete 5 dadurch zu verformen.
Die Servomotorsteuerung 1 steuert den Servomotor 2 dazu an, den Schlitten (nachfolgend als Antriebsziel bezeichnet) 3 anzutreiben. Für diese Steuerung führt die Servomotorsteuerung 1 zwei Steuerungen aus: Positionssteuerung zum Steuern der Position des Antriebsziels 3; und Kraftsteuerung zum Steuern der Kraft (Druck), die auf die Niete (nachfolgend als Objekt bezeichnet) 5 durch das Antriebsziel 3 angewendet werden soll (erstes Verfahren, das oben beschrieben wurde).
Wie in 2 und 3 dargestellt, beinhaltet die Servomotorsteuerung 1 eine Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10, eine Positionsermittlungseinheit (Geschwindigkeitsermittlungseinheit) 12, eine Positionssteuereinheit 14, eine Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20, eine Kraftermittlungseinheit 22, eine Kraftsteuereinheit 24, eine Speichereinheit 30, eine Auswahleinheit 40 und eine Geschwindigkeitssteuereinheit 50.
Die Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10 erzeugt einen Positionsbefehl (einen Positionsbefehl für die Positionssteuerung) zum Anweisen der Position des Antriebsziels 3. Die Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10 erzeugt einen Positionsbefehl für das Antriebsziel 3 durch Befolgen eines Programms oder einer Befehlseingabe von beispielsweise einer Host-Steuerung oder einer externen Eingabevorrichtung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Die Positionsermittlungseinheit 12 ist beispielsweise ein Codierer, der an dem Servomotor 2 bereitgestellt ist. Die Positionsermittlungseinheit 12 ermittelt die Drehposition des Servomotors 2. Die Drehposition des Servomotors 2 entspricht der Position des Antriebsziels 3. Die Positionsermittlungseinheit 12 dient dazu, die Position des Antriebsziels 3 zu ermitteln. Die ermittelte Position wird als eine Positionsrückkopplung (Position FB) verwendet. Die Positionsermittlungseinheit 12 dient außerdem als ein Geschwindigkeitsdetektor und ermittelt die Drehgeschwindigkeit des Servomotors 2. Die Drehgeschwindigkeit des Servomotors 2 entspricht der Geschwindigkeit des Antriebsziels 3. Somit dient Positionsermittlungseinheit 12 dazu, die Geschwindigkeit des Antriebsziels 3 zu ermitteln. Die ermittelte Geschwindigkeit wird als eine Geschwindigkeitsrückkopplung (Geschwindigkeit FB) verwendet.
Die Positionssteuereinheit 14 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor 2 zur Positionssteuerung basierend auf dem Positionsbefehl, der von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10 erzeugt wird, und der Position FB, die von der Positionsermittlungseinheit 12 ermittelt wird. Die Positionssteuereinheit 14 beinhaltet einen Subtrahierer 15, einen Verstärker 16, einen Differentiator 17 und einen Addierer 18.
Der Subtrahierer 15 bestimmt den Positionsfehler, der aus dem Positionsbefehl, der von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10 erzeugt wird, und der Position FB erhalten wird, die von der Positionsermittlungseinheit 12 ermittelt wird. Der Verstärker 16 multipliziert den durch den Subtrahierer 15 bestimmten Positionsfehler mit einer Positionsverstärkung. Der Differentiator 17 differenziert den von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehl. Der Addierer 18 addiert einen Rückkopplungswert von dem Verstärker 16 und einen Mitkopplungswert von dem Differentiator 17 und erzeugt dadurch einen Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung.
Die Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt einen Kraftbefehl (einen Kraftbefehl für die Kraftsteuerung) zum Befehlen der Kraft (Druck), die auf das Objekt 5 durch das Antriebsziel 3 aufgewendet werden soll. Die Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt einen Kraftbefehl für das Antriebsziel 3 durch Befolgen eines Programms oder einer Befehlseingabe von beispielsweise einer Host-Steuerung oder einer externen Eingabevorrichtung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Die Kraftermittlungseinheit 22 ist beispielsweise ein Drucksensor, der an dem Antriebsziel 3 bereitgestellt ist. Die Kraftermittlungseinheit 22 ermittelt eine Kraft (Druck), die durch das Antriebsziel 3 auf das Objekt 5 angewendet wird. Die ermittelte Kraft wird als eine Kraftrückkopplung (Kraft FB) verwendet.
Die Kraftsteuereinheit 24 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor 2 zur Kraftsteuerung basierend auf dem Kraftbefehl, der von der Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt wird, und der Kraft FB, die von der Kraftermittlungseinheit 22 ermittelt wird. Die Kraftsteuereinheit 24 beinhaltet einen Subtrahierer 25 und einen Verstärker 26.
Der Subtrahierer 25 bestimmt den Kraftfehler, der aus dem Kraftbefehl, der von der Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt wird, und der Kraft FB erhalten wird, die von der Kraftermittlungseinheit 22 ermittelt wird. Der Verstärker 46 multipliziert den von dem Subtrahierer bestimmten Kraftfehler mit einer Kraftverstärkung und erzeugt dadurch einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung.
Die Speichereinheit 30 enthält einen Kraftschwellenwert, der vorab zur Auswahl durch die Auswahleinheit 40 gespeichert wird, wie später beschrieben wird. Die Speichereinheit 30 ist ein wiederbeschreibbarer Speicher, wie beispielsweise ein EEPROM.
Die Auswahleinheit 40 wählt eine aus der Positionssteuerung und der Kraftsteuerung aus und führt dadurch ein Umschalten zwischen der Positionssteuerung und der Kraftsteuerung durch. Genauer gesagt, vergleicht die Auswahleinheit 40 den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung, der von der Positionssteuereinheit 14 erzeugt wird, und den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung, der von der Kraftsteuereinheit 24 erzeugt wird, und wählt einen der Geschwindigkeitsbefehle mit einem kleineren Wert aus. Wenn dabei die von der Kraftermittlungseinheit 22 ermittelte Kraft FB kleiner als der in der Speichereinheit 30 gespeicherte Kraftschwellenwert ist, wählt die Auswahleinheit 40 den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung unabhängig von einem Ergebnis des vorangehenden Vergleichs aus.
Die Geschwindigkeitssteuereinheit 50 erzeugt einen Drehmomentbefehl für den Servomotor 2 basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl, der von der Auswahleinheit 40 ausgewählt wird, und der Geschwindigkeit FB, die von der Geschwindigkeitsermittlungseinheit (Positionsermittlungseinheit) 12 ermittelt wird. Die Geschwindigkeitssteuereinheit 50 beinhaltet einen Subtrahierer 51, einen Verstärker 52, einen Verstärker 53, einen Integrator 54 und einen Addierer 55.
Der Subtrahierer 51 bestimmt den Geschwindigkeitsfehler, der aus dem Geschwindigkeitsbefehl, der von der Auswahleinheit 40 ausgewählt wird, und der Geschwindigkeit FB erhalten wird, die von der Positionsermittlungseinheit 12 ermittelt wird. Der Verstärker 52 multipliziert den durch den Subtrahierer 51 bestimmten Geschwindigkeitsfehler mit einer Proportionalverstärkung. Der Verstärker 53 multipliziert den durch den Subtrahierer 51 bestimmten Geschwindigkeitsfehler mit einer integralen Verstärkung. Der Integrator 54 integriert einen Ausgangswert von dem Verstärker 53. Der Addierer 55 addiert einen Ausgangswert von dem Verstärker 52 und einen Ausgangswert von dem Integrator 54 und erzeugt dadurch einen Drehmomentbefehl.
Die Servomotorsteuerung 1 (außerdem eine Servomotorsteuerung 1A und eine Servomotorsteuerung 1B, die später beschrieben werden) wird unter Verwendung eines arithmetischen Prozessors wie beispielsweise einem digitalen Signalprozessoren (DSP) oder einer feldprogrammierbaren Gate-Anordnung (FPGA) konfiguriert. Verschiedene Funktionen (Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10, Positionssteuereinheit 14, Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20, Kraftsteuereinheit 24, Auswahleinheit 40, Geschwindigkeitssteuereinheit 50 und Geschwindigkeitssteuereinheit 50B sowie der Filter 45, wie später beschrieben) der Servomotorsteuerung 1 (der Servomotorsteuerungen 1A und 1B) werden durch Ausführung von vorgegebener Software (Programm) realisiert, die beispielsweise in der Speichereinheit 30 gespeichert ist. Verschiedene Funktionen der Servomotorsteuerung 1 können durch Zusammenwirken zwischen Hardware und Software oder nur durch Hardware (elektronische Schaltung) realisiert werden.
Der Vorgang zum Auswählen eines Steuersystems (eines Steuerverfahrens) durch die Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels wird anschließend unter Bezug auf 4 erläutert. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Vorgang zur Auswahl eines Steuersystems durch die Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Zunächst ermittelt die Positionsermittlungseinheit 12 die Drehposition des Servomotors 2, genauer gesagt die Position FB des Antriebsziels 3 (S11). Des Weiteren ermittelt die Kraftermittlungseinheit 22 die Kraft FB, die durch das Antriebsziel 3 auf das Objekt 5 angewendet wird (S11).
Danach erzeugt die Positionssteuereinheit 14 einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung basierend auf dem Positionsfehler, der aus einem Positionsbefehl, der von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit 10 erzeugt wird, und der Position FB erhalten wird (S12). Anschließend erzeugt die Kraftsteuereinheit 24 einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung basierend auf dem Kraftfehler, der aus einem Kraftbefehl, der von der Kraftbefehl-Erzeugungseinheit 20 erzeugt wird, und der Kraft FB erhalten wird (S13).
Als nächstes bestimmt die Auswahleinheit 14, ob die Kraft FB gleich oder größer als ein Kraftschwellenwert ist (S14). Wenn die Kraft FB gleich oder größer als der Kraftschwellenwert ist (JA in S14), bestimmt die Auswahleinheit 14, ob der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung einen gleichen oder kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung aufweist (S15). Wenn der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) einen gleichen oder kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) aufweist (JA in S15), wählt die Auswahleinheit 14 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung aus (S16).
Wenn in Schritt S14 bestimmt wird, dass die Kraft FB kleiner als der Kraftschwellenwert ist (NEIN in S14), oder wenn in Schritt S15 bestimmt wird, dass der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) einen größeren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) aufweist (NEIN in S15), wählt die Auswahleinheit 14 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung aus (S17).
Auf diese Weise vergleicht die Auswahleinheit 14 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung und den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung und wählt einen der Geschwindigkeitswerte mit einem kleineren Wert aus (wenn JA in S15, dann S16, oder wenn NEIN in S15, dann S17). Wenn die Kraft FB kleiner als der Kraftschwellenwert ist, wählt die Auswahleinheit 40 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung unabhängig von einem Ergebnis des vorhergehenden Vergleichs aus (wenn NEIN in S14, dann S17).
Danach erzeugt die Geschwindigkeitssteuereinheit 50 einen Drehmomentbefehl basierend auf einem Geschwindigkeitsfehler, der aus dem ausgewählten Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit FB erhalten wird, die von der Geschwindigkeitsermittlungseinheit (Positionsermittlungseinheit) 12 ermittelt wird, und leitet das erzeugte Drehmoment zu dem Servomotor 2.
Der Vorgang zum Auswählen eines Steuersystems (eines Steuerverfahrens) durch die Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend ausführlicher unter Bezug auf 5A bis 5C beschrieben. 5A bis 5C zeigen jeweils die Signalform der einzelnen Elemente in der Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Bezug nehmend auf 5A zeigen gestrichelte Linien einen Kraftbefehl und durchgehende Linien zeigen die Kraft FB. Bezugnehmend auf 5B und 5C, zeigen gestrichelte Linien den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung und den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung, und durchgehende Linien zeigen einen ausgewählten Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (ausgewählt). 5B zeigt die Signalform der einzelnen Elemente, wenn der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung einen kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung aufweist. 5C zeigt die Signalform der einzelnen Elemente, wenn der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung einen größeren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung aufweist.
In einer Zeitspanne von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt T1 ist die Kraft FB gleich null. Somit wählt die Auswahleinheit 40 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung unabhängig von einem Ergebnis des Vergleichs in Schritt S15 aus (wenn NEIN in S14, dann S17). Dadurch nähert sich das Antriebsziel 3 dem Objekt 5 unter der Positionssteuerung.
Vcmd (Position) und Vcmd (Kraft) werden dabei wie folgt ausgedrückt: $Vcmd (Position) = (Positionsbefehl - Position FB) \times Positionsverst \ddot{a} rkung FF$
$Vcmd (Kraft) = (Kraftbefehl-Kraft FB) \times Kraftverst \ddot{a} rkung$
Position FF = Mitkopplung, die durch den Differentiator 17 erhalten wird.
In einigen Fällen wird es in Abhängigkeit von der Steifigkeit einer Vorrichtung oder derjenigen des Objekts 5 unmöglich, eine hohe Kraftverstärkung festzulegen. In solchen Fällen kann Vcmd (Kraft) reduziert werden, so dass sie einen kleineren Wert als Vcmd (Position) aufweist, wie in 5B dargestellt. Wenn die Auswahleinheit 40 in diesem Fall einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung mit einem kleineren Wert als ein Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auswählt, wird Zeit benötigt, damit das Antriebsziel 3 mit dem Objekt 5 in Kontakt kommt. Hinsichtlich dessen wählt die Auswahleinheit 40 dieses Ausführungsbeispiels, obwohl die Kraft FB kleiner als der Kraftschwellenwert ist, den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung unabhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen den Geschwindigkeitsbefehlen aus. Dies ermöglicht es, einen Anstieg der Zeit einzuschränken, den das Antriebsziel 3 benötigt, um mit dem Objekt 5 in Kontakt zu kommen. Dieses Ausführungsbeispiel weicht von der Konfiguration, die in 1A und 1B dargestellt ist, dahingehend ab, dass der Haftbefehl und der Kraftschwellenwert separat berücksichtigt werden und der Kraftbefehl auf einem Anfangswert gehalten wird, und dahingehend, dass der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) zwangsweise ausgewählt wird, bis die Kraft FB den Kraftschwellenwert erreicht.
Wenn das Antriebsziel 3 mit dem Objekt 5 zum Zeitpunkt t1 in Kontakt kommt, wird die Kraft FB erhöht und der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) (Fehler zwischen dem Kraftbefehl und der Kraft FB) wird in einer Zeitspanne von Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t2 reduziert.
Wenn die Kraft FB den Kraftschwellenwert zum Zeitpunkt t2 erreicht (JA in S14), wählt die Auswahleinheit 40 einen aus dem Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung und dem Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) für die Kraftsteuerung mit einem kleineren Wert aus. Wenn, wie in 5B dargestellt, der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) einen gleichen oder kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) aufweist (JA in S15), wählt die Auswahleinheit 14 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) anstelle des Geschwindigkeitsbefehls Vcmd (Position) aus. Dadurch wird die Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung umgeschaltet. Eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) und dem Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) ist dabei gering, so dass die Änderung auf den ausgewählten Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (ausgewählt) gering ist. Dadurch kann das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens eines Steuersystems (eines Steuerverfahrens) reduziert werden. Wenn beispielsweise eine Niete (Objekt) in einer Niet-Crimpmaschine verformt werden soll, muss eine konstante Kraft auf die Niete angewendet werden, um die Niete gleichmäßig abzuplatten. Wenn jedoch beim Umschalten ein Stoß auftritt, wird es unter Umständen unmöglich, die Niete gleichmäßig abzuplatten. Dagegen kann das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens eines Steuersystems (eines Steuerverfahrens) in diesem Ausführungsbeispiel reduziert werden, so dass die Niete gleichmäßig abgeplattet werden kann. Mit dem anschließenden Anstieg der Kraft FB wird der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) (Fehler zwischen dem Kraftbefehl und der Kraft FB) reduziert. Die Kraft FB erreicht den Kraftbefehl zum Zeitpunkt t3 und der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) wird dann konstant gesteuert, um die Kraft FB auf einem konstanten Wert zu halten.
Wenn, wie in 5C dargestellt, der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) einen größeren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) aufweist (NEIN in S15), wählt die Auswahleinheit 14 weiterhin den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) für die Positionssteuerung aus (S17). Wenn der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) einen gleichen oder kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Position) annimmt (JA in S15), wählt die Auswahleinheit 14 den Geschwindigkeitsbefehl Vcmd (Kraft) anstelle des Geschwindigkeitsbefehls Vcmd (Position) aus. In diesem Fall wird die Positionssteuerung kontinuierlich auf die Kraftsteuerung umgeschaltet.
Um das Antriebsziel 3 auf eine Anfangsposition zurückzustellen, wird ein umgekehrter Vorgang zu demjenigen vorgenommen, der in 5A bis 5C dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, vergleicht in der Servomotorsteuerung 1 dieses Ausführungsbeispiels die Auswahleinheit 40 einen Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung und einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung und wählt einen der Geschwindigkeitsbefehle mit einem kleineren Wert aus. Wenn ferner die Kraft FB kleiner als der Kraftschwellenwert ist, wählt die Auswahleinheit 40 den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung unabhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen den Geschwindigkeitsbefehlen aus. Dadurch wird der Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung mit einem kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung erst dann ausgewählt, wenn das Antriebsziel 3 mit dem Objekt in Kontakt kommt. Dadurch kann ein Anstieg der Zeit verhindert werden, den das Antriebsziel 3 benötigt, um mit dem Objekt 5 in Kontakt zu kommen. Wenn der Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung einen gleichen oder kleineren Wert als der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung aufweist, wird der Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung umgeschaltet, wenn die Kraft FB gleich oder größer als der Kraftschwellenwert wird, und insbesondere während eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung und dem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung gering ist. Dadurch kann das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens eines Steuersystems reduziert werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Ein zweites Ausführungsbeispiel zielt darauf ab, das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung weiter zu reduzieren.
6 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration einer Servomotorsteuerung 1A, die in 6A dargestellt ist, weicht von derjenigen der Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels, das in 3 dargestellt ist, dahingehend ab, dass sie des Weiteren einen Filter 45 aufweist.
Der Filter 45 ist an einer Stufe angeordnet, die der Geschwindigkeitssteuereinheit 50 vorangeht, genauer gesagt zwischen der Auswahleinheit 40 und der Geschwindigkeitssteuereinheit 50. Der Filter 45 beinhaltet einen Tiefpassfilter erster Ordnung. Der Filter 45 ist so konfiguriert, dass er ein Eingangssignal dazu veranlasst, durch den Tiefpassfilter zu verlaufen, wenn die Auswahleinheit 40 eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt, und ein Eingangssignal dazu veranlasst, den Tiefpassfilter in anderen Fällen zu umgehen. Wenn die Auswahleinheit 40 eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt, glättet der Filter 45 dadurch die Änderung von einem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung (Zeitpunkt t2 in 5B).
Wie in 7 dargestellt, kann der Filter 45 auf einer Stufe nach der Geschwindigkeitssteuereinheit 50 bereitgestellt sein. Wenn die Auswahleinheit 40 eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt, glättet der Filter 45 in diesem Fall die Änderung eines Drehmoments in Reaktion auf eine Änderung von einem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung (Zeitpunkt t2 in 5B).
Die Servomotorsteuerung 1A des zweiten Ausführungsbeispiels weist Vorteile ähnlich denjenigen der Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels auf.
Zusätzlich ist die Servomotorsteuerung 1A des zweiten Ausführungsbeispiels dazu in der Lage, weiterhin die Änderung von einem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung zu reduzieren, wodurch das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens eines Steuersystems (Steuerverfahrens) noch weiter reduziert werden kann.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Ein drittes Ausführungsbeispiel weist eine andere Konfiguration auf und zielt darauf ab, das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung noch weiter zu reduzieren.
8 zeigt die Konfiguration einer Servomotorsteuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration einer Servomotorsteuerung 1B, die in 8 dargestellt ist, weicht von derjenigen der Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels, das in 3 dargestellt ist, dahingehend ab, dass sie eine Geschwindigkeitssteuereinheit 50B anstelle der Geschwindigkeitssteuereinheit 50 enthält.
Die Geschwindigkeitssteuereinheit 50B beinhaltet weiterhin einen Integrator 54B anstelle des Integrators 54 in der Geschwindigkeitssteuereinheit 50.
Der Integrator 54B ist ein Integrator, der zum Ändern einer Funktion fähig ist. Eine durch den Integrator 54B verwendete Funktion ändert den Wert des Integrators 54B auf solche Weise, dass ein durchgehender Drehmomentbefehl erzeugt wird, wenn die Auswahleinheit 40 die Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt. Wenn zum Beispiel der Fehler zwischen einem Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit FB (V1 - V1fb) beträgt und eine Ausgabe von dem Integrator 54B während der Positionssteuerung Σ1 ist, und wenn der Fehler zwischen einem Geschwindigkeitsbefehl und der Geschwindigkeit FB (V2 - V2fb) beträgt und eine Ausgabe von dem Integrator 54B während der Kraftsteuerung Σ2 ist, werden ein Drehmomentbefehl Tcmd1 während der Positionssteuerung und ein Drehmomentbefehl Tcmd2 während der Kraftsteuerung durch folgende Formeln ausgedrückt: $Tcmd1= (V1 - V1fb) \times Proportionalverst \ddot{a} rkung+ Σ 1$
$Tcmd2= (V2 - V2fb) \times Proportionalverst \ddot{a} rkung+ Σ 2 .$
Während des Umschaltens von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung kann die Ausgabe Σ2 von dem Integrator 54B auf eine Weise geändert werden, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird, um einen kontinuierlichen Drehmomentbefehl zu erzeugen, und um insbesondere Tcmd2 = Tcmd1 zu erfüllen: $Σ 2= {Tcmd1 - (V 2 - V 2 fb) \times Proportionalverst \ddot{a} rkung} .$
Mit anderen Worten kann eine Funktion, die von dem Integrator 54B verwendet wird, so geändert werden, dass die Ausgabe Σ2 erfüllt wird, die durch die voranstehende Formel ausgedrückt wird. Ein Drehmomentbefehl, der von der Geschwindigkeitssteuereinheit 50B erzeugt wird, wird in einer Speichervorrichtung, wie beispielsweise der Speichereinheit 30, gespeichert. Der Integrator 54 kann den Drehmomentbefehl Tcmd1 während der vorangehenden Positionssteuerung aus der Speichervorrichtung zum Umschalten von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung abrufen.
Die Servomotorsteuerung 1B des dritten Ausführungsbeispiels weist ebenfalls Vorteile ähnlich denjenigen der Servomotorsteuerung 1 des ersten Ausführungsbeispiels auf.
Zusätzlich ist die Servomotorsteuerung 1B des dritten Ausführungsbeispiels dazu in der Lage, weiterhin die Änderung von einem Drehmomentbefehl in Reaktion auf eine Änderung von einem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf einen Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung zu reduzieren, wodurch das Auftreten eines mechanischen Stoßes während des Umschaltens eines Steuersystems (Steuerverfahrens) noch weiter reduziert werden kann.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Effekte sind lediglich eine Liste der vorteilhafttesten Effekte, die aus der vorliegenden Erfindung hervorgehen. Die von der vorliegenden Erfindung erzielten Effekte sind nicht auf diejenigen beschränkt, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
So ist beispielsweise in den voranstehenden Ausführungsbeispielen eine Steuerung für einen Servomotor zum Antreiben eines Schlittens (bewegliche Einheit) (Antriebsziel) in einer Niet-Crimpmaschine als ein Beispiel beschrieben. Allerdings sind die Merkmale der vorliegenden Erfindung auch auf Steuerungen für Servomotoren zum Antreiben von Schlitten in Schmiedewalzmaschinen zum Pressen, Schmieden, Biegen, Walzen, Schneiden, Crimpen (Nieten) etc. anwendbar.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B: Servomotorsteuerung
2: Servomotor
3: Schlitten (Antriebsziel)
4: Unterlage
5: Niete (Objekt)
10: Positionsbefehl-Erzeugungseinheit
12: Positionsermittlungseinheit (Geschwindigkeitsermittlungseinheit)
14: Positionssteuereinheit
15: Subtrahierer
16: Verstärker
17: Differentiator
18: Addierer
20: Kraftbefehl-Erzeugungseinheit
22: Kraftermittlungseinheit
24: Kraftsteuereinheit
25: Subtrahierer
26: Verstärker
30: Speichereinheit
40: Auswahleinheit
45: Filter
50, 50B: Geschwindigkeitssteuerungseinheit
51: Subtrahierer
52, 53: Verstärker
54, 54B: Integrator
55: Addierer

Claims

Servomotorsteuerung (1, 1A, 1B), die einen Servomotor (2) zum Antreiben eines Antriebsziels (3) steuert und eine Positionssteuerung zum Steuern der Position des Antriebsziels (3) sowie eine Kraftsteuerung zum Steuern der Kraft ausführt, die auf ein Objekt (5) durch das Antriebsziel (3) aufgewendet werden soll, wobei die Servomotorsteuerung (1, 1A, 1B) umfasst: eine Positionsbefehl-Erzeugungseinheit (10), die einen Positionsbefehl zum Anweisen der Position des Antriebsziels (3) erzeugt; eine Positionsermittlungseinheit (12), die die Position des Antriebsziels (3) ermittelt; eine Positionssteuereinheit (14), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor (2) zur Positionssteuerung basierend auf dem Positionsbefehl, der von der Positionsbefehl-Erzeugungseinheit (10) erzeugt wird, und der Position erzeugt, die von der Positionsermittlungseinheit (12) ermittelt wird; eine Kraftbefehl-Erzeugungseinheit (20), die einen Kraftbefehl zum Anweisen der Kraft erzeugt, die durch das Antriebsziel (3) auf das Objekt (5) angewendet werden soll; eine Kraftermittlungseinheit (22), die eine Kraft ermittelt, die durch das Antriebsziel (3) auf das Objekt (5) angewendet wird; eine Kraftsteuereinheit (24), die einen Geschwindigkeitsbefehl für den Servomotor (2) zur Kraftsteuerung basierend auf dem Kraftbefehl, der von der Kraftbefehl-Erzeugungseinheit (20) erzeugt wird, und der Kraft erzeugt, die von der Kraftermittlungseinheit (22) ermittelt wird; eine Auswahleinheit (40), die eine aus der Positionssteuerung und der Kraftsteuerung auswählt; und eine Speichereinheit (30), die einen Kraftschwellenwert zur Auswahl durch die Auswahleinheit (40) speichert, wobei die Auswahleinheit (40) den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung, der von der Positionssteuereinheit (14) erzeugt wird, und den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung, der von der Kraftsteuereinheit (24) erzeugt wird, vergleicht und einen der Geschwindigkeitsbefehle mit einem kleineren Wert auswählt, und wenn die von der Kraftermittlungseinheit (22) ermittelte Kraft kleiner als der Kraftschwellenwert ist, die Auswahleinheit (40) den Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung unabhängig von einem Vergleichsergebnis auswählt.
Servomotorsteuerung (1A) nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: eine Geschwindigkeitssteuereinheit (50), die einen Drehmomentbefehl für den Servomotor (2) basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl, der von der Auswahleinheit (40) ausgewählt wird, erzeugt; und einen Filter (45), der an einer Stufe angeordnet ist, die der Geschwindigkeitssteuereinheit (50) vorangeht oder folgt, wobei wenn die Auswahleinheit (40) die Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt, der Filter (45) eine Änderung von dem Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung auf den Geschwindigkeitsbefehl für die Kraftsteuerung und/oder eine Änderung des Drehmomentbefehls in Reaktion auf eine Änderung des Geschwindigkeitsbefehls glättet.
Servomotorsteuerung (1A) nach Anspruch 2, wobei der Filter (45) einen Tiefpassfilter erster Ordnung beinhaltet.
Servomotorsteuerung (1B) nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Geschwindigkeitssteuereinheit (50B), die einen Drehmomentbefehl für den Servomotor (2) basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl erzeugt, der von der Auswahleinheit (40) ausgewählt wird, wobei die Geschwindigkeitssteuereinheit (50B) einen Integrator beinhaltet, und eine durch den Integrator angewendete Funktion den Wert des Integrators auf solche Weise ändert, dass der Drehmomentbefehl ein durchgehender Drehmomentbefehl wird, wenn die Auswahleinheit (40) eine Umschaltung von der Positionssteuerung auf die Kraftsteuerung vornimmt.