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Anwendungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, welches die Position oder die
Geschwindigkeit einer Traversierführung, die durch einen Traversiermotor
hin- und herbewegt wird, steuert.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Bei
einer herkömmlichen
Einzel-Traversiervorrichtung wird eine Traversierführung jeder
Einheit jeweils durch einen Traversiermotor so angetrieben, dass
sie sich hin- und herbewegt. Ein Beispiel einer solchen Einzel-Traversiervorrichtung
ist in der
WO 1998
042 606 A1 gezeigt. Diese Entgegenhaltung zeigt den hierzu
nächst
gelegenen Stand der Technik, nämlich
ein Verfahren zur Steuerung der Drehung eines Traversiermotors mit
orthogonalen Feldspulen und einem Rotor zum hin- und herbewegen einer Traversierführung zum
Aufwickeln eines Fadens auf eine Auflaufwicklung, bei dem in dem
Traversiermotor mittels der Feldspulen ein rotierendes magnetisches
Feld erzeugt wird, indem die rechtwinklig zueinander angeordneten
Feldspulen mit Strömen
beaufschlagt werden, die jeweils einer Sin- beziehungsweise Cos-Funktion des Drehwinkels
des magnetischen Feldes entsprechen, wobei der Drehwinkel des magnetischen
Feldes gegenüber
der Winkelstellung des Rotos um einen Vorlaufwinkel θ voreilt.
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Weitere
Traversierführungen
sind beispielsweise aus der
DE 198 58 548 A1 , der
DE 600 04 134 T2 sowie
der
WO 99/05055 A1 bekannt.
Steuerungen für
klassische Schrittmotoren, die einen Voreilwinkel benutzen, sind
aus der
US 4,129,813 und
US 4,158,800 bekannt. Diese
Steuerungen sind jedoch zur Verwendung bei klassischen Schrittmotoren
mit einer Vielzahl eng benachbarter Magnetpole vorgesehen, wobei
jeweils eine digitale Ansteuerung der Statorspulen des Schrittmotors
mit nahezu rechteckigen Impulsen, also jeweils bis in die Sättigung
erfolgt, so dass sich der Motor ruckweise in definierten Schritten
bewegt. Dies lässt
nur eine geringe Ausnutzung des maximal möglichen Drehmoments des Motors
zu, da bei höheren
Drehmomenten das Risiko steigt, dass der Schrittmotor „überspringt", das heißt einen
Schritt verliert, wodurch ein dauerhafter Offsetfehler entsteht.
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Aufgabe der Erfindung
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Richtungsumkehr
mit hoher Geschwindigkeit bei Verwendung eines kleinstmöglichen
Traversiermotors zu ermöglichen
und eine hochpräzise
Positionssteuerung über
den gesamten Bereich eines Traversierhubs zu schaffen und folglich
die Traversiergeschwindigkeit zu erhöhen und somit den Spulenaufbau
einer Auflaufwicklung zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen
vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
einen Gesamtaufbau einer Traversiervorrichtung der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
eine graphische Darstellung der Traversiergeschwindigkeit in jeder
Traversierposition innerhalb eines Traversierhubs;
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3 ist
ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Motorantriebs
zur Durchführung
einer Vektorsteuerung und einer Voreilwinkelsteuerung eines Traversiermotors
zeigt;
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4 zeigt
ein Vektordiagramm zur Beschreibung der Voreilwinkelsteuerung durch
die Verwendung einer motordrehenden Koordinate (d-q-Koordinate).
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird ein Aufbau der Traversiervorrichtung für ein Traversiersteuerverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt,
wird eine Traversiervorrichtung 1 für ein Traversiersteuerverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einer Aufwickelmaschine verwendet, die einen Spinnfaden
Y, der von einer (nicht in den Zeichnungen gezeigten) Lieferwicklung
abgespult wird, wieder zu einer Auflaufwicklung 3 gespult wird,
während
der Spinnfaden Y in Richtung der Achse einer Wicklungshülse traversiert
wird Die Auflaufwicklung 3 wird durch das Aufwickeln des
Spinnfadens Y um eine Wicklungshülse 31 gebildet.
Die Auflaufwicklung 3 ist in einer Gabel 32 drehbar
gelagert. Weiterhin ist in 1 die Auflaufwicklung 3 eine
konische Kreuzwicklung, die durch das allmähliche Verengen der Traversierbreite
(Aufwickelbreite) einhergehend mit einer Zunahme des Aufwickeldurchmessers
gebildet wird. Jedoch ist die Form der Auflaufwicklung 3 nicht
auf eine solche konische Kreuzwicklungsform begrenzt. Eine Auflaufrolle 2,
die von einem Auflaufmotor in Drehung versetzt und angetrieben wird,
liegt an der Umfangsfläche
der Auflaufwicklung 3 an. Die Auflaufwicklung 3 wird
durch die Auflaufrolle 2 in Drehung versetzt und angetrieben.
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Die
Traversiervorrichtung 1 umfasst einen Traversiermotor 11,
der als Schrittmotor oder dgl. ausgeführt ist. Die Traversiervorrichtung 1 umfasst auch
eine Antriebsriemenscheibe 12, die von einem Traversiermotor 11 in
Drehung versetzt und in beiden Drehrichtungen angetrieben werden
kann. Zusätzlich umfasst
die Traversiervorrichtung 1 Antriebsriemenscheiben 13, 13 die
an beiden Endabschnitten eines Traversierbereichs vorgesehen sind,
und einen Antriebsriemen 14, der um die Antriebsriemenscheibe 12 und
die Antriebsriemenscheiben 13, 13 gelegt ist. Die
Traversiervorrichtung 1 umfasst auch eine Traversierführung 15,
die den Spinnfaden Y führt,
und durch den Antriebsriemen 14 mit dem Traversiermotor
mechanisch gekoppelt ist. Weiterhin können für den Antriebsriemen 14 verschiedene
Riemen verwendet werden, wie z. B. Zahnriemen oder ein Metalldraht
oder andere flexible endlose Elemente mit einer ähnlichen Funktion. Die Traversierführung 15 bewegt
sich hin- und her von einem Ende zum anderen Ende oder vom anderen
Ende zum einen Ende in Achsrichtung der Wicklungshülse 31,
einhergehend mit der Drehbewegung der Antriebsriemenscheibe 12 in
beiden Richtungen. Folglich traversiert die Traversierführung 15 den
Spinnfaden Y, der um die Auflaufwicklung 3 gewickelt wird.
Darüber
hinaus umfasst die Traversiervorrichtung 1 eine Traversiersteuervorrichtung 5,
die den Antrieb des Traversiermotors 11 steuert, um die
Position und die Antriebsgeschwindigkeit der Traversierführung 15 zu
steuern. Durch das Steuern des Antriebs des Traversiermotors 11 in
der oben beschriebenen Weise kann die Traversierführung 15,
die den Spinnfaden Y aufnimmt innerhalb einer bestimmten Traversierbreite hin-
und herbewegt werden.
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Die
oben beschriebene Traversiervorrichtung 1 umfasst den Traversiermotor 11,
der jeweils für
eine einzelne Auflaufwicklung 3 vorgesehen ist, und die
Position und die Geschwindigkeit der Traversierführung 15 werden durch
die Traversiersteuervorrichtung 5 mit einem Mikrocomputer
gesteuert. Außerdem
wird die Traversiersteuervorrichtung 5 von einer Bewegungssteuerung 52 und
einem Motorantrieb 51 gebildet, die im Folgenden beschrieben
werden.
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Im
Folgenden wird ein Steuern des Traversiermotors 11 durch
die Traversiersteuervorrichtung 5 beschrieben. Die Traversiersteuervorrichtung 5 steuert
die Position der Traversierführung 15 über den
Traversiermotor 11. Wie oben beschrieben umfasst die Traversiersteuervorrichtung 5 die
Bewegungssteuerung 52 zur Erzeugung eines Befehlssignals
(Positionsbefehl) für den
Traversiermotor 11, um einen bestimmten Antriebsvorgang
auszuführen,
und den Motorantrieb 51 zum Antreiben des Traversiermotors 11 gemäß dem erzeugten
Befehlssignal. Die Hauptfunktionen der Bewegungssteuerung 52 und des
Motorantriebes 51 werden durch einen gemeinsamen (nicht
in den Zeichnungen gezeigten) Mikrocomputer realisiert. Der Mikrocomputer
umfasst eine einzelne CPU (Zentraleinheit), ein ROM (Festspeicher)
zum Speichern eines Steuerprogramms (Bewegungsprogramm) oder dgl.
der Traversiervorrichtung, und ein RAM (Arbeitsspeicher) zum vorübergehenden
Speichern errechneter Daten oder dgl.. Weiterhin sind die CPU, das
ROM und das RAM die Hauptkomponenten einer Einrichtung zum Ausführen der
Bewegungssteuerungsfunktion und der Motorantriebsfunktion. Die CPU
führt eine
Steuerung (Traversiersteuerung) des Traversiermotors 11 durch
das Ausführen
des in dem ROM gespeicherten Steuerungsprogramms durch, wie im folgenden
beschrieben wird. Weiterhin kann ein Mikrocomputer (CPU) jeweils
für die
Bewegungssteuerung 52 und den Motorantrieb 51 vorgesehen
sein, so dass jede Funktion durch einen separaten Mikrocomputer
realisiert wird. Darüber
hinaus sind ein Motordrehdetektor (Drehkodierer) 53 zum
Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Traversiermotors 11 und
ein Spulendrehdetektor 54 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit
der Auflaufspule 3 an die Traversiersteuervorrichtung 5 angeschlossen.
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Eine
Spulendurchmesser-Berechnungseinrichtung 52a ist innerhalb
der Bewegungssteuerung 52 der Traversiersteuervorrichtung 5 vorgesehen. Der
Spulendurchmesser wird jedesmal auf der Grundlage des erfassten
Wertes des Spulendrehdetektors 54 während des Aufspulens berechnet.
Zusätzlich
erzeugt eine Befehlssignal-Erzeugungseinrichtung 52b, die
innerhalb der Bewegungssteuerung 52 vorgesehen ist, ein
Befehlssignal (Bewegungsimpuls) zur Steuerung des Antriebs des Traversiermotors 11 auf
der Grundlage eines Antriebsmusters, das im voraus eingestellt wurde,
und des berechneten Spulendurchmessers. Es kann auch ein anderes
Verfahren als Spulendurchmesser-Berechnungsverfahren verwendet werden.
Z. B. kann eine relative Position der Auflaufspule 3 in
Bezug auf die Auflaufrolle 2 (Winkel der Gabel 32)
erfasst werden.
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Der
Motorantrieb 51 umfasst einen (nicht in den Zeichnungen
gezeigten) Antriebsschaltkreis mit mehreren Schaltelementen. Der
Motorantrieb 51 führt
dem Traversiermotor 11 ein Motorantriebssignal gemäß dem Bewegungsimpuls,
der von der Bewegungssteuerung 52 erzeugt wird, zu. Der
Traversiermotor 11, dem das Motorantriebssignal zugeführt wurde,
wird in Drehung versetzt und mit einer Geschwindigkeit entsprechend
der Frequenz des Bewegungsimpulses lediglich für den Winkel entsprechend der
Anzahl der Bewegungsimpulse angetrieben. D. h. der Motorantrieb 51 erfasst
die Drehposition des Traversiermotors 11 durch den Drehdetektor 53,
wie z. B. ein Drehdekodierer. Zusätzlich bestimmt der Motorantrieb 51 eine
Abweichung zwischen der erfassten Drehposition und des Positionsbefehlswertes (Anzahl
der Bewegungsimpulse) durch den Mikrocomputer. Anschließend steuert
der Motorantrieb 51 die Position des Traversiermotors 11 derart,
dass die Abweichung zu Null wird, d. h. derart, dass die erfasste
Position dem Positionsbefehl folgt. Insbesondere, wie im folgenden
anhand der 3 beschrieben wird, umfasst
der Motorantrieb 51 eine Stromerfassungseinrichtung (Stromdetektor 70)
zum Erfassen eines Motorstromes. Der Motorantrieb 51 berechnet
einen Geschwindigkeitsbefehlswert auf der Grundlage der Positionsbefehls
entsprechend der Anzahl der Bewegungsimpulse und der Ist-Position, die
durch den Drehdetektor 53 erfasst wurde. Zusätzlich berechnet
der Motorantrieb 51 den Strombefehlswert auf der Grundlage
des Geschwindigkeitsbefehlswerts und der Ist-Geschwindigkeit, die
durch den Drehbewegungsdetektor 53 festgestellt wurde. Anschließend steuert
der Motorantrieb 51 die Erregung des Traversiermotors 11 auf
der Grundlage des elektrischen Strombefehlswerts und des erfassten elektrischen
Stromwertes.
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Bei
der Traversiersteuervorrichtung 5, die den Antrieb des
Traversiermotors 11 wie oben beschrieben steuert, wird,
wenn sich die hin- und herbewegende Traversierführung 15 innerhalb
des mittleren Abschnitts des Traversierhubs befindet, der Traversiermotor 11 derart
gesteuert, dass die Traversierführung 15 sich
mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Wenn sich die Traversierführung 15 in den
Endabschnitten des Traversierhubs befindet, wird der Traversiermotor 11 so
gesteuert, dass sich die Traversierführung 15 bewegt, wobei
sie ihre Geschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit geringer als die
Geschwindigkeit im mittleren Abschnitt verändert.
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Insbesondere
ist, wie in 2 gezeigt, der Traversierhub
R der Traversierführung 15 in
einen Konstantgeschwindigkeitsbereich Rc des mittleren Abschnitts
und den Endbereichen Re an den beiden Endabschnitten unterteilt.
Im Konstantgeschwindigkeitsbereich Rc bewegt sich die Traversierführung 15 in
etwa mit einer konstanten Geschwindigkeit mit einer bestimmten Führungsgeschwindigkeit
Sg. Darüber
hinaus wird im Endbereich Re die Traversiergeschwindigkeit am Hubende,
an dem die Traversierführung 15 umkehrt,
zu Null und die Traversiergeschwindigkeit nimmt zu, wenn sich die
Traversierführung 15 vom
Hubende zum mittleren Abschnitt bewegt. Die Traversiergeschwindigkeit
der Traversierführung 15 erreicht
die Führungsgeschwindigkeit
Sg in einem Grenzbereich zwischen dem Endbereich Re und dem Konstantgeschwindigkeitsbereich
Rc.
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Darüber hinaus
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Voreilwinkel-Steuerung
durchgeführt
werden, um eine Energiezufuhrsteuerung der Motorwicklung zu einem
Zeitpunkt, bei dem eine Position des Rotors um einen bestimmten
Winkel im Bezug auf die tatsächliche
Position des Rotors (d. h. um einen Voreilwinkel) vorauseilt, durchzuführen. In
diesem Fall speichert das ROM im Voraus ein Traversiermuster, das
eine Geschwindigkeit und eine Position des Rotors (oder eine Geschwindigkeit
und eine Position der Traversierführung 15) vorgibt.
Der Traversiermotor 11 wird so gesteuert, dass er diesem Traversiermuster
folgt.
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Im
Folgenden wird ein Fall, bei dem eine Voreilwinkelsteuerung des
Traversiermotors 11 mittels einer Vektorsteuerung durchgeführt wird,
anhand der 3 und der 4 beschrieben.
Wie oben beschrieben, ist der Bewegungsimpuls (Befehlssignal), der
von der Befehlssignal-Erzeugungseinrichtung 52b erzeugt
wird, ein Signal, das einen Soll-Drehwinkel (Positionsbefehlssignal)
des Schrittmotors, der als Traversiermotor 11 vorgesehen
ist, angibt. Die Positionssteuereinheit 61 innerhalb des
Motorantriebs 51 erzeugt ein Geschwindigkeitsbefehlssignal auf
der Grundlage des Positionsbefehlssignals (Soll-Position), das durch
die Anzahl der Bewegungsimpulssignale berechnet wurde, und das Positionsberechnungsergebnis
(Ist-Position), das durch die Positionsberechnungseinheit 67 auf
der Grundlage eines erfassten Impulses des Motordrehbewegungsdetektors 53,
der als ein Drehbewegungsdecoder ausgeführt ist, festgestellt wurde.
Insbesondere erzeugt die Positionssteuerung 61 das Geschwindigkeitsbefehlssignal
durch PI-Steuerung oder PID-Steuerung durch die Verwendung der Abweichung
zwischen dem Positionsbefehlssignal und dem Positionsberechnungsergebnis,
das durch die Abweichungsberechnungseinheit 60 berechnet
wurde.
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Die
Geschwindigkeitssteuereinheit 62 erzeugt ein Drehmomentkomponenten-Strombefehlssignal
(Igref: q-Achsen-Sollstrom) gemäß dem Geschwindigkeitsbefehlssignal
(Sollgeschwindigkeit), das von der Positionssteuerungseinheit 61 erzeugt wird,
und dem Geschwindigkeitsberechnungsergebnis (Ist-Geschwindigkeit),
das von der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 68 auf Grundlage
eines erfassten Impulses des Decoders berechnet wurde. Insbesondere
erzeugt die Geschwindigkeitssteuereinheit 62 ein Drehmoment-Strombefehlssignal durch
PI-Steuerung oder
PID-Steuerung unter Verwendung der Abweichung zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal
und dem Geschwindigkeitsberechnungsergebnis. Ein Fluss-Strombefehlssignal (Idref:
d-Achsen-Sollstrom) wird einer Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a zugeführt.
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Darüber hinaus
wird das Positionsberechnungsergebnis der Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a zugeführt. Die
Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a berechnet die Voreilwinkel-Erregungsposition mit
einem bestimmten Voreilwinkel bezüglich der Ist-Position des
Rotors gemäß dem Positionsberechnungsergebnis.
D. h. es wird, wie in 4 gezeigt, eine Voreilwinkel-Erregungsposition
q' berechnet. Die
Voreilwinkel-Erregungsposition q' ist
eine Position, die um einen bestimmten Voreilwinkel θ gegenüber einer
Maximaldrehmoment-Erregungsposition (Position
senkrecht zur Ist-Position des Rotors) q vorläuft, bei der das Drehmoment,
das auf den Rotorfluss d aufgebracht wird, der der Ist- Position des Rotors
entspricht, maximal wird. Weiterhin zeigt d' in 4 den Fluss
in einer Richtung senkrecht zur Voreilwinkel-Erregungsposition q' und zeigt eine imaginäre Rotorposition
nach dem Beaufschlagen mit dem Voreilwinkel. Darüber hinaus wird der Voreilwinkel θ im Voraus
eingestellt und gespeichert.
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Darüber hinaus
wird das Geschwindigkeitsberechnungsergebnis der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 68 der
Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a zugeführt. Die
Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a verändert den Voreilwinkel θ gemäß dem Geschwindigkeitsberechnungsergebnis,
welches die Ist-Geschwindigkeit
des Rotors angibt. Zusätzlich wird
das Drehmomentkomponenten-Strombefehlssignal (Igref: q-Achsen-Sollstrom),
das von der Geschwindigkeitssteuereinheit 62 erzeugt wird,
der Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a zugeführt. Die
Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a bestimmt den Betrag
des Drehmomentkomponenten-Befehlssignals nach der Beaufschlagung
mit dem Voreilwinkel (Igref: q-Achsen-Sollstrom nach Beaufschlagung
mit dem Voreilwinkel) entsprechend dem Drehmomentkomponenten-Strombefehlssignal.
Folglich wird ein Statorfluss (Drehmoment) mit einem Betrag entsprechend
des Geschwindigkeitsabweichungswertes dem Rotor zugeführt.
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Abhängig von
dem obigen Eingangssignal erzeugt die Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a das Flusskomponenten-Strombefehlssignal
nach Beaufschlagung mit dem Voreilwinkel (Idref: d-Achsen-Sollstrom
nach Beaufschlagung mit dem Voreilwinkel), und ein Drehmomentkomponenten-Strombefehlssignal
nach Beaufschlagung mit dem Voreilwinkel (Igref': q-Achsen-Sollstrom nach Beaufschlagung mit dem
Voreilwinkel). Anschließend
erzeugt eine Sinus/Kosinus-Berechnungseinheit (Trigonometriefunktions-Erzeugungseinheit) 77 eine
trigonometrische Funktion (Sinussignal und Kosinussignal) entsprechend
eines elektronischen Winkelerfassungssignals, das das Positionsberechnungsergebnis
der Positionsberechnungseinheit 67 ist. Die Flusskomponenten-Stromsteuereinheit 64 gibt
ein Flusskomponenten-Spannungsbefehlssignal
(d-Achsen-Spannungsbefehlssignal) entsprechend dem Fluss-Strombefehlssignal
nach Beaufschlagung mit dem Voreilwinkel (Idref') und dem tatsächlichen Fluss-Stromwert (id:
d-Achsen-Stromerfassungswert) ab. Insbesondere wird das Fluss-Spannungsbefehlssignal durch
PI-Steuerung oder PID-Steuerung unter Verwendung der Abweichung
zwischen dem Fluss-Strombefehlssignal
nach Beaufschlagung mit dem Voreilwinkel (Idref') und dem tatsächlichen Fluss-Stromwert (id)
erzeugt.
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Die
Drehmoment-Stromsteuereinheit 63 gibt das Drehmoment-Spannungsbefehlssignal
(q-Achsen-Spannungsbefehlssignal) gemäß dem Drehmoment-Strombefehlssignal
ab, nachdem es mit dem Voreilwinkel (Igref) und dem tatsächlichen
Drehmoment-Stromwert (iq: q-Achsen-Stromerfassungswert) beaufschlagt
wurde. Insbesondere wird das Drehmoment-Spannungsbefehlssignal durch PI-Steuerung oder
PID-Steuerung durch die Verwendung der Abweichung zwischen dem Drehmoment-Strombefehlssignal
erzeugt, nachdem es mit dem Voreilwinkel (Igref') und mit dem tatsächlichen Drehmoment-Stromwert
(iq) beaufschlagt wurde, so dass die Verstärkung im voraus eingestellt
wird. Ein Koordinatenumsetzer (dq/AB-Phasenumsetzer) 65 konvertiert
das Fluss-Spannungsbefehlssignal und das Drehmoment-Spannungsbefehlssignal
in ein Stator-Spannungsbefehlssignal (A-Phasen-Spannungsbefehlssignal und B-Phasen-Spannungsbefehlssignal)
entsprechend dem trigonometrischen Funktionssignal.
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Die
A/B-Phasen-Wellensignal-Ausgabeeinheit (PWM-Invertereinheit) 66 führt dem
Schrittmotor eine A-Phasenspannung und eine B-Phasenspannung gemäß dem Stator-Spannungsbefehlssignal zu.
D. h. die A/B-Phasen-Wellensignal-Ausgabeeinheit 66 ist ein Energieumsetzer
und umfasst eine (nicht in den Zeichnungen gezeigte) PWM-Modulationseinheit
und einen (nicht in den Zeichnungen gezeigten) Antriebsschaltkreis.
Die A/B-Phasen-Wellensignal-Ausgabeeinheit 66 moduliert
das A-Phasen-Spannungsbefehlssignal und das B-Phasen-Spannungsbefehlssignal in ein
PWM-Signal. Anschließend
steuert die A/B-Phasen-Wellensignal-Ausgabeeinheit 66 das
Umschalten des Antriebsschaltkreises mit mehreren Schaltelementen über einen
Basis-Steuerschaltkreis.
Darüber
hinaus erfasst ein Geschwindigkeits/Positions-Detektor 53 eine
absolute Position des Motorrotors entsprechend der Drehbewegung
des Traversiermotors 11. Z. B. kann ein optischer Kodierer
für den
Geschwindigkeits/Positions-Detektor 53 verwendet werden,
wobei der optische Kodierer einen Erfassungsimpuls (absoluter Positionsimpuls)
gemäß dem Drehwinkel
der Ausgangswelle des Schrittmotors erzeugen kann. Anstatt des optischen
Kodierers kann ein Resolver, ein Hall-Element oder dgl. verwendet
werden. Darüber hinaus
kann die Winkelgeschwindigkeit durch die Verwendung eines Tachometers
erfasst werden, wobei die erfasste Winkelgeschwindigkeit integriert
und ausgegeben werden kann.
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Der
Motorstrom, der von den Stromdetektoren 70, 70 erfasst
wurde, wird als A-Phasen-Stromwert
IA, B-Phasen-Stromwert IB durch die Strommesseinheit 79 über D/A-Wandler 78, 78 extrahiert. Der
A-Phasen-Stromwert IA und der B-Phasen-Stromwert
IB wird in einen d-Phasen-Stromwert id und einen q-Phasenstromwert iq
durch den Koordinatenwandler (AB/dq-Phasenwandler) 80 gemäß dem trigonometrischen
Funktionssignal, das von der Sinus/Kosinus-Berechnungseinheit 77 überzeugt wird,
konvertiert.
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Weiterhin
berechnet die Positionsberechnungseinheit 67 die Ist-Position
des Rotors durch die Signalverarbeitungseihheit 69 gemäß dem Erfassungssignal
des Geschwindigkeits/Positions-Detektors 53. In der Zwischenzeit
berechnet die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 68 die
Ist-Geschwindigkeit des Rotors durch die Signalvearbeitungseinheit 69 gemäß dem Erfassungssignal
des Geschwindigkeits/Positions-Detektors 53. Außerdem erfasst
der Stromdetektor 70 den Motorstrom des Traversiermotors 11.
Der Stromdetektor 70 ist jeweils für die A-Phase und die B-Phase
vorgesehen. Weiterhin bilden die Drehmomentkomponenten-Stromsteuereinheit 63,
die Flusskomponenten-Stromsteuereinheit 64,
der Koordinatenwandler (dq/AB-Phasenwandler) 65 und die
A/B-Phasen-Wellensignal-Ausgabeeinheit (PWM-Invertereinheit) 66 oder
dgl. ein Energiezufuhr-Steuereinrichtung zum Steuern der Energiezufuhr
der Motorwicklung derart, dass die Richtung des Flusses, der durch
die Energiezufuhr der Motorwicklung erzeugt wird, die Voreilwinkel-Erregungsposition
wird. Darüber
hinaus ist die d-q-Koordinate eine Koordinate des Motors, die sich
entsprechend der Drehung des Rotors dreht. Die d-Achse ist eine Koordinatenachse
entlang des Flusses des Rotors. Die q-Achse ist eine Koordinatenachse
senkrecht zur d-Achse.
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Durch
das Durchführen
der Vektorsteuerung zum Steuern des Drehmomentenstroms gemäß der Rotorposition
kann die Geschwindigkeit des Traversiermotors 11 oder das
Drehmoment wirksam gesteuert werden. Folglich kann die Genauigkeit
der Position der Traversierführung
noch weiter erhöht werden
und die Traversierführung
kann an den Endabschnitten des Traversierens wesentlich schneller die
erforderliche Richtungsumkehr durchführen. Daher kann die Wicklungsform
der Auflaufwicklung verbessert werden und die Abwickeleigenschaften
bei einem späteren
Arbeitsschritt verbessert werden. Darüber hinaus ist die Vektorsteuerung,
die zum Steuern des Traversiermotors 11 verwendet wird,
ein Verfahren zum Durchführen
des folgenden Arbeitsschrittes. D. h. der erfasste Motorstrom (A-Phasenstrom
und B-Phasenstrom) wird in ein Drehmotor-Koordinatensystem (d-q-Koordinatensystem)
konvertiert, das sich synchron mit dem Rotor dreht. Anschließend wird
der Motorstrom, nachdem er in eine d-Achsen-Komponente (elektrischer
Strom zum Erzeugen des Flusses) und die q-Achsen-Komponente (elektrischer
Strom, der zur Erzeugung des Drehmoments beiträgt) aufgeteilt wurde, gesteuert.
Folglich wird der Statorfluss in einer Richtung erzeugt, die immer
senkrecht zum Rotorfluss ist.
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Darüber hinaus
ist bei der vorliegenden Ausführungsform
der Geschwindigkeits/Positions-Detektor 53 vorgesehen,
um die Ist-Geschwindigkeit des Rotors des Traversiermotors 11 zu
erfassen. Jedoch kann der Voreilwinkel entsprechend der erfassten Ist-Geschwindigkeit
des Rotors verändert
werden. D. h., dass der Voreilwinkel durch die Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a entsprechend
der Ist-Geschwindigkeit des Rotors, die durch den Geschwindigkeits/Positions-Detektor 53 erfasst
wird, eingestellt wird. Durch das Verändern des Voreilwinkels entsprechend
der Ist-Geschwindigkeit des Rotors in einer solchen Weise, kann
z. B. durch das Einstellen einer bestimmten Standardgeschwindigkeit
im voraus, wenn die Ist-Geschwindigkeit des Rotors schneller als
die Standardgeschwindigkeit ist, der Voreilwinkel vergrößert werden
kann, und wenn die Ist-Geschwindigkeit des Rotors geringer als die Standardgeschwindigkeit
ist, der Voreilwinkel verringert werden. Darüber hinaus kann der Betrag
des Voreilwinkels derart verändert
werden, dass er proportional zur Ist-Geschwindigkeit des Rotors
ist. In beiden Fällen
kann die Beziehung zwischen der Ist-Geschwindigkeit des Rotors und
dem Voreilwinkel im Voraus eingestellt und gespeichert werden. Zusätzlich ist
es zweckmäßig, dass
die Beziehung als veränderbarer Parameter
eingegeben wird. Folglich kann der Voreilwinkel automatisch entsprechend
der Ist-Geschwindigkeit des Rotors eingestellt werden. Somit kann
der Voreilwinkel immer einen bestmöglichen Wert annehmen, so dass
stets ein wirksames Drehmoment mit einem geeigneten zeitlichen Verlauf
erzeugt werden kann. Darüber
hinaus kann der Voreilwinkel immer auf dem geeigneten Wert gehalten
werden, so dass eine hochpräzise
Positionssteuerung unabhängig von
der Traversiergeschwindigkeit geschaffen werden kann. Folglich können die
Abwickeleigenschaften bei späteren
Arbeitsvorgängen
der Auflaufwicklung verbessert werden.
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Darüber hinaus
kann bei der Traversiersteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung
der Voreilwinkel entsprechend der Ist-Position der Traversierführung 15 verändert werden.
Z. B. kann in 4 eine „Führungspositions-Erfassungseinrichtung" innerhalb oder außerhalb
der Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a vorgesehen
sein, so dass die Ist-Position der Traversierführung 15 erfasst werden kann.
Anschließend
kann der Voreilwinkel verändert werden,
wenn die Traversierführung 15 sich
innerhalb des Konstantgeschwindigkeitsbereich Rc im mittleren Abschnitt
des Traversierhubs R befindet und wenn die Traversierführung 15 sich
im Endbereich Re an beiden Endabschnitten des Traversierbereichs
R befindet. D. h. der Voreilwinkel kann so gesteuert werden, dass
er innerhalb des Konstantgeschwindigkeitsbereichs Rc, wo die Traversierführung 15 mit
hoher Geschwindigkeit angetrieben wird, groß ist. Der Voreilwinkel kann
so gesteuert werden, dass er innerhalb des Endbereichs Re, wo die
Traversierführung 15 mit
einer niedrigen Geschwindigkeit angetrieben wird, klein ist. In
diesem Fall kann die Beziehung zwischen der Position der Traversierführung und
dem Voreilwinkel im Voraus eingestellt und gespeichert werden und
es ist zweckmäßig, dass
die Beziehung als ein veränderbarer Parameter
eingegeben wird. Folglich kann die Voreilwinkelgröße automatisch
entsprechend der Position der Traversierführung verändert werden.
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Z.
B. kann die Ist-Position der Traversierführung 15 durch das
Messen einer Anzahl der Impulse des Detektorsignals des Drehdetektors 53 durch
einen Zähler
nach einer Umkehr des Rotors des Traversiermotors 11 (d.
h. einer Umkehr der Traversierführung 15)
erfasst werden. Folglich kann der Voreilwinkel auf einen geeigneten
Wert jeweils innerhalb des Konstantgeschwindigkeitsbereichs Rc und
des Endbereichs Re eingestellt werden. Folglich kann die maximale
Geschwindigkeit im Konstantgeschwindigkeitsbereich Rc erhöht werden,
so dass die Traversiergeschwindigkeit vergrößert werden kann. Zusätzlich ist
es möglich,
ein rasches Beschleunigen und Abbremsen innerhalb des Endbereiches
Re durchzuführen,
so dass verhindert werden kann, dass sich an den Rändern der
Wicklung 3 eine Satteltasche bildet. Darüber hinaus
kann eine hochpräzise
Positionssteuerung innerhalb des Endbereichs Re einschließlich der
Umkehrposition der Traversierführung 15 durchgeführt werden,
so dass Überläufer verhindert werden
und die Wicklungsform der Auflaufwicklung 3 verbessert
werden kann. Darüber
hinaus kann der Voreilwinkel immer auf dem geeignetsten Wert gehalten
werden, so dass eine hochpräzise
Positionssteuerung unabhängig
von der Traversiergeschwindigkeit geschaffen werden kann. Somit
können
die Abspuleigenschaften der Auflaufspule bei späteren Arbeitsvorgängen verbessert
werden.
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Außerdem wird,
wie oben beschrieben, die Position des Traversiermotors 11 so
gesteuert, dass sie dem Eingangs-Positionsbefehlssignal folgt. Die Voreilwinkelsteuerung
durch die Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a kann den
Voreilwinkel entsprechend der Eingabe-Soll-Erregungsposition und
der Ist-Position
des Rotors verändern.
Z. B. kann der Voreilwinkel kontinuierlich so verändert werden,
dass er proportional dem Betrag der Differenz zwischen der Soll-Erregungsposition
und der Ist-Position des Rotors ist. Dieser Zusammenhang kann durch
das Zuführen
eines Ausgangssignals (Positionsabweichung) der Abweichungs-Berechnungseinheit 60,
die vor der Positionssteuerungseinheit 61 in
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3 angeordnet
ist, an die Voreilwinkel-Berechnungseinheit 55a, erreicht
werden.
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Z.
B. kann, wenn die Abweichung zwischen der Soll-Position und der
Ist-Position des Rotors groß ist
(d. h., wenn es einen großen
Rückstand
in Bezug auf die Soll-Position
gibt) der Voreilwinkel vergrößert werden.
Wenn die obige Abweichung gering ist (d. h., wenn es einen geringen
Rückstand
in Bezug auf die Soll-Position gibt) kann der Voreilwinkel verkleinert werden.
In diesem Fall kann die Beziehung zwischen der Abweichung und dem
Voreilwinkel im Voraus eingestellt und gespeichert werden und es
ist zweckmäßig, dass
die Beziehung als veränderbarer
Parameter eingegeben wird. Folglich kann der Voreilwinkel automatisch
abhängig
von der Übereinstimmung
der Position des Rotors mit der Soll-Position verändert werden.
Somit kann durch das Verändern
des Voreilwinkels abhängig
von der Übereinstimmung
der Position des angetriebenen Rotors mit dem Positionsbefehl, z.
B. auch wenn sich die Lastbedingungen verändern, eine hochpräzise Positionssteuerung durch
Halten des Wertes des Voreilwinkels auf dem am besten geeigneten
Wert erreicht werden, so dass die Abwickeleigenschaften der Auflaufspule
bei späteren
Arbeitsvorgängen
verbessert werden können.
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Außerdem kann
durch das Durchführen
der Voreilwinkelsteuerung das Drehmoment des Traversiermotors 11 erhöht werden.
Jedoch nimmt das Drehmoment ab, wenn der Voreilwinkel zu sehr erhöht wurde.
Daher umfasst die Voreilwinkel-Berechnungseinrichtung 55a einen
Begrenzer zur Einhaltung eines oberen Grenzwertes des Voreilwinkels. Durch
diese Begrenzung kann die Abnahme des Drehmoments des Traversiermotors 11 infolge
der Kontrolle der Voreilwinkel-Überschreitung
verhindert werden. Folglich kann eine Verschlechterung der Form
der Auflaufwicklung infolge der Abnahme der Positionsgenauigkeit
verhindert werden.
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Weiterhin
kann erfindungsgemäß der Drehmomentverlauf
des Traversiermotors 11 verbessert werden, so dass ein
stabiler Drehmomentverlauf vom Niedriggeschwindigkeitsbereich bis
zum Hochgeschwindigkeitsbereich erreicht werden kann.