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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Parameterbestimmungshilfsvorrichtung und ein Programm.
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Verwandte Technik
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Zur Steuerung eines Servomotors, der für einen in einer Werkzeugmaschine, einer Verpackungsmaschine, einem Industrieroboter, etc. enthaltenen Servomechanismus verwendet wird, ist es erforderlich, Ansteuerungsparameter zum Antreiben des Servomotors auf den geeigneten Wert einzustellen. Als Verfahren zum Einstellen dieses Ansteuerungsparameters ist in Patentschrift 1 beispielsweise eine Technik offenbart, bei der die Parameter eines Antriebssystems abgerufen werden, das Antriebssystem mittels eines entsprechend den ermittelten Parametern erstellten Testbetriebsprogramms betrieben wird, und die Parameter der Steuerung auf der Grundlage der Ergebnisse einer Analyse der während des Betriebs ermittelten Prüfdaten eingestellt werden.
Patentschrift 2 beschreibt ein Steuerungssystem für jede Art von Elektromotor, das automatisch die Eigenschaften des Motors lernt und ein Motormodell für den Motor berechnet.
Patentschrift 3 beschreibt Verfahren zum Schätzen von Parametern einer Induktionsmaschine, um eine relativ genaue Schätzung der Parameter der Induktionsmaschine in einem stationären Zustand durch Verwendung von Spannungsgleichungen der Induktionsmaschine und Signalverarbeitungstechniken ohne zusätzliche Hardware zu ermöglichen.
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- Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. JP 2003-316 422 A
- Patentschrift 2: US 7 437 201 B2
- Patentschrift 3: JP 2017-60 397 A
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die beanspruchte Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert, während bevorzugte Ausführungsformen den Gegenstand der abhängigen Ansprüche bilden.
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Patentschrift 1 basiert auf den bereits bekannten Leitungskonstanten wie dem Widerstandswert oder der Induktanz eines Motors; im Falle einer Ansteuerung eines Motors, bei dem die Leitungskonstante unbekannt ist, oder eines Motors, bei dem die Genauigkeit des als Leitungskonstante angegebenen Werts unklar ist, ist es jedoch erforderlich, den Ausgangsparameter für den Testlauf anhand bekannter Informationen wie der Nennleistung und der Grunddrehzahl des Motors zu bestimmen und die optimalen Ansteuerungsparameter auf der Grundlage von Daten wie dem Stromwert und der Drehzahl festzulegen, die bei der Durchführung eines Testlaufs zu bestimmten Arbeitsabläufen gemessen werden. Da die Prozedur zur Bestimmung der optimalen Ansteuerungsparameter jedoch kompliziert ist, muss der Techniker über Fachkönnen verfügen, und die Bestimmung der optimalen Ansteuerungsparameter ist zeitaufwendig.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Parameterbestimmungshilfsvorrichtung und ein Programm bereitzustellen, die zu einer Vereinfachung der Bestimmung von Ansteuerungsparametern beim Antreiben eines Motors, dessen Leitungskonstante unbekannt ist, und zur Verkürzung der zur Bestimmung erforderlichen Zeit geeignet sind.
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Eine Parameterbestimmungshilfsvorrichtung (beispielsweise die später beschriebene Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11) zum Ansteuern eines Motors gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Abrufeinrichtung (beispielsweise das später beschriebene Abrufelement 114) zum Abrufen von Spezifikationsinformationen zu einer Motorantriebsvorrichtung (beispielsweise der später beschriebenen Motorantriebsvorrichtung 31) und von Leistungsspezifikationsinformationen zu einem Synchronmotor (beispielsweise dem später beschriebenen Synchronmotor 41); eine Ausgangsparameterbestimmungseinrichtung (beispielsweise das später beschriebene Ausgangsparameterbestimmungselement 115) zur Bestimmung eines Ausgangsparameters für den Testlauf auf der Grundlage der Spezifikationsinformationen und der Leistungsspezifikationsinformationen; eine Programmerstellungseinrichtung (beispielsweise das später beschriebene Programmerstellungselement 116) zur Erstellung eines Testlaufprogramms zur Verwendung für einen Testlauf zur Ermittlung von Daten, die zur Einstellung eines Parameters erforderlich sind, der die Leistung des Synchronmotors bestimmt, auf der Grundlage der Leistungsspezifikationsinformationen; eine automatische Messeinrichtung (beispielsweise das später beschriebene automatische Messelement 117) zum automatischen Messen eines D-Phasenstroms, einer Zwischenkreisspannung und eines Q-Phasen-Spannungsbefehls der Motorantriebsvorrichtung als Betriebsinformationen beim Antreiben des Synchronmotors mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl unter jeder Bedingung unter einer ersten Bedingung, die auf einer Grunddrehzahl basiert, und einer zweiten Bedingung, unter der der D-Phasen-Strom der Motorantriebsvorrichtung gegenüber der ersten Bedingung verändert wurde, entsprechend dem Testlaufprogramm unter Anwendung des Ausgangsparameters; eine Schätzeinrichtung (beispielsweise das später beschriebene Schätzelement 118) zum Schätzen eines Kurzschlussstroms und einer D-Phasen-Induktanz als Leitungskonstanten des Synchronmotors auf der Grundlage der Betriebsinformationen; und eine Berechnungseinrichtung (beispielsweise das später beschriebene Berechnungselement 119) zum Ausführen einer Berechnung eines auf die Leistungsspezifikation des Synchronmotors abgestimmten optimalen Parameters auf der Grundlage der Leitungskonstanten.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die unter dem ersten Aspekt beschriebene Parameterbestimmungshilfsvorrichtung ferner umfassen: eine Erfassungseinrichtung (beispielsweise die später beschriebene Erfassungseinheit 112) zur Erfassung der Spezifikationsinformationen und eine Eingabeeinrichtung (beispielsweise die später beschriebene Eingabeeinheit 113) zur Eingabe der Leistungsspezifikationsinformationen durch einen Bediener, wobei die Abrufeinrichtung die Spezifikationsinformationen von der Erfassungseinrichtung und die Leistungsspezifikationsinformationen von der Eingabeeinrichtung abrufen kann.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die unter dem ersten oder zweiten Aspekt beschriebene Parameterbestimmungshilfsvorrichtung ferner eine Anzeigeeinrichtung (beispielsweise das später beschriebene Anzeigeelement 120) zur Anzeige zumindest entweder der gemessenen Betriebsinformationen oder der geschätzten Leitungskonstanten oder des berechneten optimalen Parameters umfassen.
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Ein Programm gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranlasst einen Computer, als die unter einem unter dem ersten bis dritten Aspekt beschriebene Parameterbestimmungshilfsvorrichtung zu fungieren.
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Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, die Bestimmung von Ansteuerungsparametern beim Antreiben eines Motors zu vereinfachen, dessen Leitungskonstanten unbekannt sind, und die zur Bestimmung erforderliche Zeit zu verkürzen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Motorantriebssystems zeigt, das eine Parameterbestimmungshilfsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
- 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der in 1 gezeigten Parameterbestimmungshilfsvorrichtung zeigt;
- 3 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer in 1 gezeigten numerischen Steuervorrichtung zeigt;
- 4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer in 1 gezeigten Motorantriebsvorrichtung zeigt;
- 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise der in 1 gezeigten Parameterbestimmungshilfsvorrichtung darstellt;
- 6 ist eine Ansicht, die einen Bildschirm zeigt, auf dem gemessene Betriebsinformationen auf einer Anzeige angezeigt werden;
- 7 ist eine Ansicht, die einen Bildschirm zeigt, auf dem geschätzte Leitungskonstanten auf einer Anzeige angezeigt werden; und
- 8 ist eine Ansicht, die einen Bildschirm zeigt, auf dem berechnete optimale Parameter auf einem Bildschirm angezeigt werden.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. 1 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Motorantriebssystems 1, das eine Parameterbestimmungshilfsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Zusätzlich zu der Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 ist das Motorantriebssystem 1 mit einer numerischen Steuervorrichtung 21, einer Motorantriebsvorrichtung 31 und einem Synchronmotor 41 versehen.
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Die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 bestimmt auf der Grundlage der von der Motorantriebsvorrichtung 31 empfangenen Spezifikationen der Motorantriebsvorrichtung 31 und von dem Bediener in die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 eingegebener Leistungsspezifikationsinformationen zu dem Synchronmotor 41 Ausgangsparameter für den Testlauf des Synchronmotors 41 und erstellt auf der Grundlage der Spezifikationsinformationen, der Leistungsspezifikationsinformationen und der Ausgangsparameter ein Testdurchführungsprogramm zum Ausführen von Testläufen. Zur Schätzung der Leitungskonstanten des Synchronmotors 41 bei einer Drehung des Synchronmotors 41 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl (einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit) und einer Beschleunigung und Verlangsamung ist es erforderlich, die Daten wie den Antriebsstromwert, den Antriebsspannungswert und die Drehzahl (die Betriebsinformationen) zu bestätigen; ein „Testlauf“ erfolgt hier jedoch in Form eines Testlaufs, bei dem zur Bestätigung dieser Daten ein Betrieb des Synchronmotors 41 veranlasst wird. Zudem bezeichnet „Antriebsspannungswert“ die zum tatsächlichen Antreiben des Synchronmotors 41 mit einer bestimmten Drehzahl erforderliche Spannung und wird auf der Grundlage der Spannung der Stromquelle und/oder des Befehlswerts für die Spannung berechnet. Zudem umfassen die „Ausgangsparameter“ hier beispielsweise zumindest einen unter dem maximalen Stromwert zum Antreiben des Synchronmotors 41, dem D-Phasen-Stromwert, der höchsten Drehzahl des Synchronmotors 41 und dem Koeffizienten zum Umwandeln des von der Motorantriebsvorrichtung 31 zugeführten Feedback des Stromwerts in eine tatsächliche physikalische Größe. Zudem umfassen die „Leistungsspezifikationsinformationen“ hier zumindest entweder die Nennleistung oder die Grunddrehzahl des Synchronmotors 41.
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Darüber hinaus sendet die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 diesen Ausgangsparameter und das Testlaufprogramm an die numerische Steuervorrichtung 21. Die numerische Steuervorrichtung 21 erzeugt durch Ausführen des Testlaufprogramms unter Verwendung des Ausgangsparameters Befehlswerte wie den Positionsbefehlswert und den Drehzahlbefehlswert und sendet sie zusammen mit dem Ausgangsparameter an die Motorantriebsvorrichtung 31.
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Die Motorantriebsvorrichtung 31 führt dem Synchronmotor 41 entsprechend dem von der numerischen Steuervorrichtung 21 empfangenen Ausgangsparameter und den Befehlswerten den Antriebsstrom zu.
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Der Synchronmotor 41 sendet Feedback-Werte zu den Drehzahlinformationen, den Positionsinformationen, der Drehzahl, etc. an die Motorantriebsvorrichtung 31.
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Die Motorantriebsvorrichtung 31 sendet die Betriebsinformationen, die die von dem Synchronmotor 41 empfangenen Feedback-Werte, den Antriebsstromwert, den Befehlswert für den Synchronmotor 41, etc. umfassen, an die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11. Es ist darauf hinzuweisen, dass die „Betriebsinformationen“ hier die Drehzahl SPEED (rpm) des Synchronmotors 41 sowie den D-Phasen-Strom ID (A), die Zwischenkreisspannung VDC (V) und den Q-Phasen-Spannungsbefehl VQCMD (%) der Motorantriebsvorrichtung 31 umfassen.
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Die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 schätzt die Leitungskonstante des Synchronmotors 41 auf der Grundlage der von der Motorantriebsvorrichtung 31 empfangenen Betriebsinformationen und bekannter Werte. Darüber hinaus führt die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 auf der Grundlage dieser Leitungskonstante eine Berechnung des auf die Leistungsspezifikationen des Synchronmotors 41 abgestimmten optimalen Parameters aus und sendet diesen optimalen Parameter an die numerische Steuervorrichtung 21. Es ist darauf hinzuweisen, dass die „Leitungskonstante“ hier einen Kurzschlussstrom Isc (Arms) und die D-Phasen-Induktanz Ld (mH) umfasst. Zudem umfassen die „bekannten Werte“ die Sperrspannungskonstante Ke (V/krpm) und die Anzahl an Polpaarpolen (dimensionslos) des Synchronmotors 41.
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2 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen der Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 zeigt. Die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 umfasst eine Steuereinheit 111, eine Erfassungseinheit 112 und eine Eingabeeinheit 113, und ferner umfasst die Steuereinheit 111 ein Abrufelement 114, ein Ausgangsparameterbestimmungselement 115, ein Programmerstellungselement 116, ein automatisches Messelement 117, ein Schätzelement 118, ein Berechnungselement 119 und ein Anzeigeelement 120.
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Die Steuereinheit 111 weist eine CPU, ein ROM, ein RAM, einen CMOS-Speicher, etc. auf, und dies sind Fachleuten bekannte Komponenten, die darauf ausgelegt sind, über einen Bus miteinander kommunizieren zu können. The CPU ist ein Prozessor, der die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 insgesamt steuert. Dadurch, dass diese CPU ein Systemprogramm und Anwendungsprogramme, die in dem ROM gespeichert sind, über einen Bus liest und die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 insgesamt entsprechend diesem Systemprogramm und dem Anwendungsprogramm steuert, ist die Steuereinheit 111 so konfiguriert, dass sie die Funktionen des Abrufelements 114, des Ausgangsparameterbestimmungselements 115, des Programmerstellungselements 116, des automatischen Messelements 117, des Schätzelements 118, des Berechnungselements 119 und des Anzeigeelements 120 realisiert. Unterschiedliche Typen von Daten wie temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten werden in dem RAM gespeichert. Der CMOS-Speicher ist als nicht flüchtiger Speicher konzipiert, der durch eine (nicht dargestellte) Batterie abgesichert ist und bei dem der Speicherzustand selbst dann aufrechterhalten wird, wenn die Stromquelle der Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 abgeschaltet wird.
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Das Abrufelement 114 ruft die Spezifikationsinformationen zu der Motorantriebsvorrichtung 31 und die Leistungsspezifikationsinformationen zu dem Synchronmotor 41 ab. Genauer ruft das Abrufelement 114 die Spezifikationsinformationen zu der Motorantriebsvorrichtung 31 von dem später beschriebenen Erfassungselement 112 und die Leistungsspezifikationsinformationen zu dem Synchronmotor 41 von der später beschriebenen Eingabeeinheit 113 ab.
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Das Ausgangsparameterbestimmungselement 115 bestimmt den Ausgangsparameter für den Testlauf auf der Grundlage der Spezifikationsinformationen und der Leistungsspezifikationsinformationen, die von dem Abrufelement 114 abgerufen wurden.
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Das Programmerstellungselement 116 erstellt auf der Grundlage der von dem Abrufelement 114 abgerufenen Leistungsspezifikationsinformationen ein Testlaufprogramm. Dieses Testlaufprogramm wird für Testabläufe zur Ermittlung von zur Einstellung von Parametern, die die Leistung des Synchronmotors 41 bestimmen, erforderlichen Daten verwendet.
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Das automatische Messelement 117 misst beim Betreiben des Synchronmotors 41 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl unter jeder Bedingung unter einer auf der Grunddrehzahl basierenden ersten Bedingung und einer zweiten Bedingung, unter der der D-Phasen-Strom der Motorantriebsvorrichtung 31 gegenüber der ersten Bedingung verändert wurde, entsprechend dem vorstehend aufgeführten Testlaufprogramm unter Verwendung der vorstehend aufgeführten Ausgangsparameter automatisch die Betriebsinformationen. Zum Antreiben des Synchronmotors 41 mit der im Wesentlichen konstanten Drehzahl unter der auf der Grunddrehzahl basierenden ersten Bedingung reicht eine Einstellung auf eine Drehzahl ohne die Verwendung des D-Phasen-Stroms, z.B. eine Einstellung auf eine Drehzahl von der Hälfte der Grunddrehzahl in einem lastfreien Zustand aus. Selbstverständlich kann die Drehzahl der Grunddrehzahl entsprechen; zur Verminderung von Fehlern ist jedoch eine geringere Drehzahl als die Grunddrehzahl vorzuziehen. Zum Antreiben des Synchronmotors 41 mit der im Wesentlichen konstanten Drehzahl unter der zweiten Bedingung, unter der der D-Phasen-Strom der Motorantriebsvorrichtung 31 verändert wurde, reichen eine Einstellung, die die Grunddrehzahl übersteigt, beispielsweise eine Einstellung auf eine Drehzahl von dem 1,3-fachen der Grunddrehzahl, und eine Veränderung des Q-Phasen-Spannungsbefehls, der ein Parameter ist, der für den Umrechnungsfaktor für den D-Phasen-Strom verwendet wird, um ca. 10% aus. Der D-Phasen-Strom ist vorzugsweise in gewissem Maße hoch, und durch seine Festlegung als Bezugsgröße ist die Änderungsgröße des D-Phasen-Stroms stabil und die Zuverlässigkeit wird verbessert. Zudem wird die Änderungsgröße des D-Phasen-Stroms durch die Änderungsgröße des Q-Phasen-Spannungsbefehls veranlasst; daher wird der Fehler bei einer Änderung des Q-Phasen-Spannungsbefehls in einem bestimmten Umfang (um ca. 10%) geringer.
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Das Schätzelement 118 schätzt auf der Grundlage der von dem automatischen Messelement 117 gemessenen Betriebsinformationen den Kurzschlussstrom Isc (Arms) und die D-Phasen-Induktanz Ld (mH) als Leitungskonstanten des Synchronmotors 41. Der Kurzschlussstrom Isc (Arms) wird unter Verwendung der Betriebsinformationen anhand der Berechnungsformel Isc = (IDAVE1 - (VDCAVE1 · VQCMDAVE1 : (VDCAVE2 · VQCMDAVE2)) · IDAVE2 : ( (VDCAVE1 · VQCMDAVE1 : (VDCAVE2 · VQCMDAVE2)) -1) · (1/21/2) geschätzt. Die D-Phasen-Induktanz Ld (mH) wird unter Verwendung der Betriebsinformationen anhand der Berechnungsformel Ld = (Ke : 31/2) · (1 : Pole) · (1 : (1000 . 2n : 60)) · (1 : Isc) . 1000 geschätzt. Es ist darauf hinzuweisen, dass das an die Bezugszeichen, die jeden numerischen Wert ausdrücken, angehängte Suffix „AVE1“ den Durchschnittswert dieses numerischen Werts unter der ersten Bedingung angibt, und dass das an die Bezugszeichen, die jeden numerischen Wert ausdrücken, angehängte Suffix „AVE2“ den Durchschnittswert dieses numerischen Werts unter der zweiten Bedingung angibt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Sperrspannungskonstante Ke (V : krpm), obwohl sie hier ein bekannter Wert ist, unter Verwendung der Betriebsinformationen mittels der Berechnungsformel Ke = (1000 : SPEEDAVE) · (VDCAVE : (2 1/2)) . (VQCMDAVE : 100) geschätzt werden kann. Es ist darauf hinzuweisen, dass das an die Bezugszeichen, die jeden numerischen Wert ausdrücken, angehängte Suffix „AVE“ den Durchschnittswert dieses numerischen Werts angibt.
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Das Berechnungselement 119 führt auf der Grundlage der von dem Schätzelement 118 geschätzten Leitungskonstanten die Berechnung des auf die Leistungsspezifikation des Synchronmotors 41 abgestimmten optimalen Parameters aus.
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Das Anzeigeelement 120 zeigt verschiedene Informationen auf einer (nicht dargestellten) Anzeige an, mit der die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 ausgestattet ist. Die „verschiedenen Informationen“ umfassen hier zumindest entweder die von dem automatischen Messelement 117 gemessenen Betriebsinformationen oder die von dem Schätzelement 118 geschätzte Leitungskonstante oder den von dem Berechnungselement 119 berechneten optimalen Parameter. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Anzeigeelement 120 Navigationsinformationen anzeigen kann, die als Anleitung zur Eingabe der Leistungsspezifikationsinformationen unter Verwendung der später beschriebenen Eingabeeinheit 113 für den Bediener dienen. Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Navigationsinformationen nicht auf das Eingabeverfahren für die Leistungsspezifikationsinformationen beschränkt sind und beispielsweise Informationen wie das Betriebsverfahren für die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 umfassen können.
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Die Erfassungseinheit 112 ist eine Vorrichtung, die die Spezifikationsinformationen zu der Motorantriebsvorrichtung 31 erfasst, und ist beispielsweise ein Sensor. Zudem ist die Eingabeeinheit 113 eine Vorrichtung, die zur Eingabe der Leistungsspezifikationsinformationen zu dem Synchronmotor 41 durch den Bediener verwendet wird, und ist beispielsweise eine Tastatur und/oder ein berührungsempfindliches Bedienfeld.
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3 zeigt die Konfiguration der numerischen Steuervorrichtung 21. Die numerische Steuervorrichtung 21 umfasst hauptsächlich eine CPU 211, ein ROM 212, ein RAM 213, ein CMOS 214, Schnittstellen 215, 218, 219, eine PMC (eine programmierbare Maschinensteuerung) 216, eine E/A-Einheit 217, Achsensteuerschaltungen 230 bis 234 und eine Spindelsteuerschaltung 260.
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Die CPU 211 ist ein Prozessor, der die numerische Steuervorrichtung 21 insgesamt steuert. Die CPU 211 liest über den Bus 220 ein in dem ROM 212 gespeichertes Systemprogramm und steuert die numerische Steuervorrichtung 21 insgesamt entsprechend diesem Systemprogramm.
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Temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten und unterschiedliche von dem Bediener über die Anzeige-/manuelle Dateneingabeeinheit 270 eingegebene Daten werden in dem RAM 213 gespeichert.
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Der CMOS-Speicher 214 ist als nicht flüchtiger Speicher konzipiert, der durch eine (nicht dargestellte) Batterie abgesichert ist und bei dem der Speicherzustand selbst dann aufrechterhalten wird, wenn die Stromquelle der numerischen Steuervorrichtung 21 abgeschaltet wird. In dem CMOS-Speicher 214 werden über die Schnittstelle 215 gelesene Bearbeitungsprogramme, über die Anzeige-/manuelle Dateneingabeeinheit 270 eingegebene Bearbeitungsprogramme, etc. gespeichert.
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Unterschiedliche Systemprogramme zum Ausführen einer Verarbeitung in einem zur Erstellung und zum Editieren von Bearbeitungsprogrammen erforderlichen Editiermodus und einer Verarbeitung für einen automatischen Betrieb werden vorab in das ROM 212 geschrieben.
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Die unterschiedlichen Bearbeitungsprogramme können über die Schnittstelle 215 oder über die Anzeige-/manuelle Dateneingabeeinheit 270 eingegeben werden und werden in dem CMOS-Speicher 214 gespeichert.
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Die Schnittstelle 215 ermöglicht eine Verbindung der numerischen Steuervorrichtung 21 mit externen Geräten 272 wie Adaptern. Von Seiten der externen Geräte 272 werden ein Bearbeitungsprogramm, unterschiedliche Parameter, etc. gelesen. Zudem kann veranlasst werden, dass das in der numerischen Steuervorrichtung 21 editierte Bearbeitungsprogramm über die externen Geräte 272 in einer externen Speichereinrichtung gespeichert wird.
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Die PMC (die programmierbare Maschinensteuerung) 216 führt die Steuerung durch die Ausgabe von Signalen zur Steuerung von Zusatzanlagen wie einer Werkzeugmaschine (beispielsweise von Stellgliedern wie Roboterhänden für den Werkzeugwechsel) mittels eines in die numerische Steuervorrichtung 21 eingebauten Ablaufprogramms über die E/A-Einheit 217 aus. Zudem sendet sie nach dem Empfang von Signalen beispielsweise von unterschiedlichen Schaltern auf einer am Hauptkörper der Werkzeugmaschine angeordneten Steuerkonsole und der Ausführung der erforderlichen Signalverarbeitung diese an die CPU 211.
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Die Anzeige-/manuelle Dateneingabeeinheit 270 ist eine manuelle Dateneingabevorrichtung, die mit einer Anzeige, einer Tastatur, etc. versehen ist, und die Schnittstelle 218 empfängt Befehle und/oder Daten von der Tastatur der Anzeige/manuellen Dateneingabeeinheit 270 und sendet sie an die CPU 211. Die Schnittstelle 219 ist mit der Steuerkonsole 271 verbunden, die mit einem manuellen Impulsgenerator, etc. ausgestattet ist.
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Die Achsensteuerschaltungen 230 bis 234 jeder Achse empfangen Bewegungsbefehlsgrößen für jede Achse von der CPU 211 und geben den Befehl für jede Achse an die Servoverstärker 240 bis 244 aus. Die Servoverstärker 240 bis 244 empfangen diese Befehle und treiben die Servomotoren 250 bis 254 jeder Achse an. Die Servomotoren 250 bis 254 jeder Achse sind mit einem Positions-/Drehzahldetektor ausgestattet und führen zum Ausführen einer Feedbacksteuerung der Position/Drehzahl ein Positions-/Drehzahl-Feedbacksignal von diesem Positions-/Drehzahldetektor an die Achsensteuerschaltungen 230 bis 234 zurück. Es ist darauf hinzuweisen, dass in 3 auf die Darstellung des Feedback der Position/Drehzahl verzichtet wurde.
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Die Spindelsteuerschaltung 260 empfängt einen Spindeldrehbefehl für die Werkzeugmaschine und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 261 aus. Der Spindelverstärker 261 empfängt dieses Spindeldrehzahlsignal und veranlasst den Spindelmotor 262 der Werkzeugmaschine zu einer Drehung mit der befohlenen Drehzahl, wodurch das Werkzeug angetrieben wird. Bei dem Spindelmotor 262 ist ein Impulsgeber 263 über Zahnräder, einen Riemen oder dergleichen mit dem Spindelmotor 262 verbunden, der Impulsgeber 263 gibt einen mit der Drehung der Spindel synchronen Rückimpuls aus, und dieser Rückimpuls wird durch den Bus 220 geleitet und von der CPU 211 gelesen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Servoverstärker 240 bis 244 und der Spindelverstärker 261 der Motorantriebsvorrichtung 31 gemäß 1 entsprechen und die Servomotoren 250 bis 254 und der Spindelmotor 262 dem Synchronmotor 41 gemäß 1 entsprechen. Zudem ist die Konfiguration der in 3 gezeigten numerischen Steuervorrichtung 21 letztendlich lediglich ein Beispiel, und es besteht keine Beschränkung darauf, und es ist möglich, eine gattungsmäßige numerische Steuervorrichtung als numerische Steuervorrichtung 21 zu verwenden.
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4 zeigt die Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 31. Die Motorantriebsvorrichtung 31 umfasst einen Wechselrichter 311, einen Stromdetektor 312, eine Steuerung 313 und einen Drehzahldetektor 314.
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Der Wechselrichter 311 führt dem Synchronmotor 41 einen Antriebsstrom zu. Der Stromdetektor 312 erfasst den dem Synchronmotor 41 zugeführten Antriebsstrom. Die Steuerung 313 verwendet den Drehzahlbefehl für den Motor, das Drehzahlfeedback von dem Synchronmotor 41 und den von dem Stromdetektor 312 erfassten Stromwert zum Ausführen einer PWM-Steuerung an dem Wechselrichter 311. Der Drehzahldetektor 314 erfasst die Drehzahl für eine Feedbacksteuerung des Synchronmotors 41 und sendet die erfasste Drehzahl an die Steuerung 313.
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Die Konfiguration der in 4 gezeigten Motorantriebsvorrichtung 31 ist letztendlich lediglich ein Beispiel, und es besteht keine Beschränkung darauf, und es ist möglich, eine gattungsmäßige Motorantriebsvorrichtung als Motorantriebsvorrichtung 31 zu verwenden.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsabläufe der Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 darstellt. In Schritt S1 erfasst die Erfassungseinheit 112 die Spezifikationsinformationen zu der Motorantriebsvorrichtung 31, und das Abrufelement 114 ruft Spezifikationsinformationen von der Erfassungseinheit 112 ab.
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In Schritt S2 gibt der Bediener die Leistungsspezifikationsinformationen zu dem Synchronmotor 41 über die Eingabeeinheit 113 ein, und das Abrufelement 114 ruft die Leistungsspezifikationsinformationen von der Eingabeeinheit 113 ab.
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In Schritt S3 bestimmt das Ausgangsparameterbestimmungselement 115 den Ausgangsparameter für den Testlauf auf der Grundlage der Spezifikationsinformationen und der Leistungsspezifikationsinformationen, die von dem Abrufelement 114 abgerufen wurden.
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In Schritt S4 erstellt das Programmerstellungselement 116 auf der Grundlage der von dem Abrufelement 114 abgerufenen Leistungsspezifikationsinformationen ein Testlaufprogramm für den Testlauf, um die Daten zu ermitteln, die zur Schätzung der Leitungskonstanten des Synchronmotors 41 und zur Einstellung der Parameter erforderlich sind, die die Leistung des Synchronmotors 41 bestimmen.
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In Schritt S5 misst das automatische Messelement 117 beim Betreiben des Synchronmotors 41 mit der im Wesentlichen konstanten Drehzahl unter der ersten Bedingung oder der zweiten Bedingung entsprechend dem Testlaufprogramm automatisch den D-Phasen-Strom ID (A), die Zwischenkreisspannung VDC (V) und den Q-Phasen-Spannungsbefehl VQCMD (%) der Motorantriebsvorrichtung 31 als Betriebsinformationen.
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In Schritt S6 wird bestimmt, ob die Verarbeitung in Schritt S5 zwei Mal wiederholt wurde.
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Wenn Schritt S6 NEIN ergibt (wenn die Verarbeitung in Schritt S5 nicht zwei Mal wiederholt wurde), werden die Bedingungen beim Betreiben des Synchronmotors 41 in Schritt S7 geändert.
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Wenn Schritt S6 JA ergibt (wenn die Verarbeitung in Schritt S5 zwei Mal wiederholt wurde), werden die jeweiligen, von dem automatischen Messelement 117 automatisch gemessenen Daten zu dem konstanten Betrieb automatisch extrahiert, und in Schritt S8 wird ein Mittelwert dieser Daten gebildet. Dadurch ist es möglich, die Fehler lokaler Werte aufgrund eines Rauschens, einer Drehzahlschwankung, etc. zu eliminieren, und dementsprechend kann die statistische Zuverlässigkeit der Messdaten erhöht werden.
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In Schritt S9 schätzt das Schätzelement 118 durch eine automatische Berechnung auf der Grundlage der von dem automatischen Messelement 117 automatisch gemessenen Betriebsinformationen den Kurzschlussstrom Isc (Arms) als Leitungskonstante des Synchronmotors 41.
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In Schritt S10 schätzt das Schätzelement 118 auf der Grundlage der von dem automatischen Messelement 117 automatisch gemessenen Betriebsinformationen durch eine automatische Berechnung die S-Phasen-Induktanz Ld (mH) als Leitungskonstante des Synchronmotors 41. Genauer schätzt das Schätzelement 118 in Schritt S10 die drehmomentkonstante D-Phasen-Induktanz Ld (mH) durch eine automatische Berechnung unter Verwendung des auf der Grundlage der von dem automatischen Messelement 117 automatisch gemessenen Betriebsinformationen geschätzten Kurzschlussstroms Isc (Arms).
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In Schritt S11 führt das Berechnungselement 119 auf der Grundlage der von dem Schätzelement 118 geschätzten Leitungskonstanten eine Berechnung zur Bestimmung des auf die Leistungsspezifikation des Synchronmotors 41 abgestimmten optimalen Parameters aus.
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In Schritt S12 zeigt das Anzeigeelement 120 die von dem automatischen Messelement 117 automatisch gemessenen Betriebsinformationen, die von dem Schätzelement 118 geschätzten Leitungskonstanten und den von dem Berechnungselement 119 berechneten optimalen Parameter umschaltbar auf der (nicht dargestellten) Anzeige an. Dadurch wird es dem Bediener ermöglicht, bei direkter Bestätigung der Messdaten zu beurteilen, ob der in Schritt S11 bestimmte Parameter geeignet ist. Entsprechend dem Vorstehenden endet der Arbeitsablauf der Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass gemäß dem in 5 dargestellten Ablaufdiagramm nach dem Ausführen der Verarbeitung in Schritt S12 eine Rückführung zu den vorhergehenden Schritten erfolgen kann und dass die Verarbeitung in dem Schritt der Rückführung und den nachfolgenden erneut ausgeführt werden kann. So kann die Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 beispielsweise nach der Anzeige der Parameter in Schritt S12 den Parameter durch erneutes Ausführen der Verarbeitung des Schritts S5 und der nachfolgenden korrigieren.
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6 zeigt einen Bildschirm, auf dem die gemessenen Betriebsinformationen auf der (nicht dargestellten) Anzeige angezeigt werden. 7 zeigt einen Bildschirm, auf dem die geschätzten Leitungskonstanten auf der (nicht dargestellten) Anzeige angezeigt werden. 8 zeigt einen Bildschirm, auf dem berechnete optimale Parameter auf der (nicht dargestellten) Anzeige angezeigt werden. Wie in 6 gezeigt, werden in Schritt S10 des in 5 dargestellten Ablaufdiagramms Zeitverlaufswellenformen zu jeder der Drehzahlen SPEED (rpm) des Synchronmotors 41 sowie des D-Phasen-Stroms ID (A), der Zwischenkreisspannung VDC (V) und des Q-Phasen-Spannungsbefehls VWCMD (%) der Motorantriebsvorrichtung 31 als von dem automatischen Messelement 117 automatisch gemessene Betriebsinformationen auf der (nicht dargestellten) Anzeige angezeigt. Zudem werden, wie in 7 gezeigt, durch Umschalten der Anzeige auf der (nicht dargestellten) Anzeige der Kurzschlussstrom Isc (Arms) und die D-Phasen-Induktanz Ld (mH) jeweils als von dem Schätzelement 118 geschätzte Leitungskonstanten angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt zeigt die Anzeige für jede in 6 gezeigte Wellenform gleichzeitig den Bereich einer stabilen Wellenform bei der konstanten Drehzahl (den von einer gestrichelten Linie umgebenen Bereich) und in diesem Bereich den Berechnungsbereich (den Bereich der Pfeile) an, in dem die Berechnung des vorstehend aufgeführten Kurzschlussstroms Isc und der D-Phasen-Induktanz Ld ausgeführt wurde. Zudem zeigt die (nicht dargestellte) Anzeige, wie in 8 gezeigt, durch Umschalten der Anzeige verschiedene, durch das Berechnungselement 119 berechnete optimale Parameter an.
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Die vorstehend erläuterte Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 misst durch Anwenden der Ausgangsparameter beim Betreiben des Synchronmotors 41 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl unter jeder Bedingung unter einer auf der Grunddrehzahl basierenden ersten Bedingung und einer zweiten Bedingung, unter der der D-Phasen-Strom ID (A) der Motorantriebsvorrichtung 31 gegenüber der ersten Bedingung verändert wurde, entsprechend dem Testlaufprogramm automatisch den D-Phasen-Strom ID (A), die Zwischenkreisspannung VDC (V) und den Q-Phasen-Spannungsbefehl VQCMD (%) der Motorantriebsvorrichtung 31 als Betriebsinformationen; schätzt auf der Grundlage dieser Betriebsinformationen den Kurzschlussstrom Isc (Arms) und die D-Phasen-Induktanz Ld (mH) als Leitungskonstanten des Synchronmotors 41 und berechnet auf der Grundlage dieser Leitungskonstanten entsprechend den Leistungsspezifikationen des Synchronmotors 41 die optimalen Parameter.
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Dadurch wird es möglich, die Bestimmung von Ansteuerungsparametern beim Ansteuern eines Synchronmotors 41 zu vereinfachen, dessen Leitungskonstanten unbekannt sind, und die zur Bestimmung erforderliche Zeit zu verkürzen.
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Zudem umfasst die vorstehend besprochene Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 ferner das Anzeigeelement 120, das zumindest entweder die gemessenen Betriebsinformationen oder die geschätzte Leitungskonstante oder den berechneten optimalen Parameter anzeigt.
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Da der Bediener dadurch die Gültigkeit des Parameters durch die Bestätigung beurteilt, mittels welcher Art von Logik ein Parameter bestimmt wird und welche Art von Ausgang dadurch erfolgt, ist es möglich, den optimalen Parameter zu bestimmen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass jede in der vorstehend erläuterten Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 enthaltene Vorrichtung jeweils durch Hardware, Software oder eine Kombination dieser realisiert werden kann. Zudem kann das von jeder Vorrichtung, die in der vorstehend aufgeführten Parameterbestimmungshilfsvorrichtung 11 enthalten ist, ausgeführte Parameterbestimmungsverfahren ebenfalls durch Hardware, Software oder eine Kombination dieser realisiert werden. Hierbei bezeichnet eine Realisierung durch Software den Umstand einer Realisierung mittels eines Computers, der ein Programm liest und ausführt.
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Die Programme können unter Verwendung unterschiedlicher Typen nicht flüchtiger, computerlesbarer Medien gespeichert und dem Computer zugänglich gemacht werden. Die nicht flüchtigen, computerlesbaren Medien umfassen unterschiedliche Typen von konkreten Speichermedien. Beispiele nicht flüchtiger, computerlesbarer Medien umfassen magnetische Medien (beispielsweise Disketten, Magnetbänder, Festplattenlaufwerke), magneto-optische Aufzeichnungsmedien (beispielsweise magneto-optische Platten), CD-ROM (Festspeicher), CD-R, CD-R/W und Halbleiterspeicher (beispielsweise Mask-ROM, PROM (programmierbares ROM), EPROM (überschreibbares PROM), Flash-ROM, RAM (Direktzugriffsspeicher)). Zudem kann das Programm dem Computer durch unterschiedliche Typen flüchtiger computerlesbarer Medien zugänglich gemacht werden. Beispiele flüchtiger computerlesbarer Medien umfassen elektrische Signale, optische Signale und elektromagnetische Wellen. Die flüchtigen computerlesbaren Medien können einem Computer Programme über einen kabelgebundenen Kommunikationsweg wie elektrische Leitungen und Glasfasern oder über einen drahtlosen Kommunikationsweg zugänglich machen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass im Zusammenhang mit der vorstehend erläuterten Ausführungsform ein Beispiel eines Falls beschrieben ist, in dem das automatische Messelement 117 die Betriebsinformationen zwei Mal automatisch misst; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann so konfiguriert sein, dass drei oder mehr automatische Messungen erfolgen und der Durchschnittswert verwendet wird. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Wiederholungen der automatischen Messungen durch das automatische Messelement 17 und die anschließende Verwendung des Mittelwerts ist es möglich, Fehler lokaler Werte aufgrund eines Rauschens, einer Drehzahlschwankung, etc. zu eliminieren, und dementsprechend kann die statistische Zuverlässigkeit der Messdaten verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorantriebssystem
- 11
- Parameterbestimmungshilfsvorrichtung
- 21
- numerische Steuervorrichtung
- 31
- Motorantriebsvorrichtung
- 41
- Synchronmotor
- 111
- Steuereinheit
- 112
- Erfassungseinheit
- 113
- Eingabeeinheit
- 114
- Abrufelement
- 115
- Ausgangsparameterbestimmungselement
- 116
- Programmerstellungselement
- 117
- automatisches Messelement
- 118
- Schätzelement
- 119
- Berechnungselement
- 120
- Anzeigeelement
