-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Einstellen
eines Filters, wenn eine Maschine oder dergleichen schwingt, in
einer Servosteuervorrichtung, die einen Servomotor ansteuert, durch
das Detektieren der Schwingung und das Berechnen einer Frequenz,
die eine große
Frequenzkomponente aufweist.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Im
Stand der Technik, wie er in 4 gezeigt ist,
wird ein Signalausgang einer Frequenzanalysevorrichtung oder einer
FFT-(Schnelle Fouriertransformation)-Analysevorrichtung mit einem
Befehlseingang (beispielsweise ein Geschwindigkeitsbefehl) eines
Servos verbunden, und ein Detektionsausgangssignal einer Servosteuervorrichtung,
beispielsweise die Motorgeschwindigkeit, wird in die Frequenzanalysevorrichtung
eingegeben. In 4 bezeichnet 6 einen
Motor, 7 bezeichnet einen Kodierer, 8 bezeichnet eine
Lastmaschine (load machine), 12 bezeichnet eine Servosteuervorrichtung
und 11 bezeichnet eine FFT-Analyse- und Messvorrichtung.
-
Die
Frequenzanalysevorrichtung gibt ein Signal, in dem eine Frequenz überstrichen
wird, an die Servosteuervorrichtung aus, führt eine FFT-Analyse auf einer
Geschwindigkeitswellenform eines Motors, der durch die Servosteuervorrichtung
angesteuert wird, durch und erhält
eine Frequenz der Schwingung. Alternativ wird die Frequenzeigenschaft
eines Servosystems von einem FFT-Analyseergebnis der überstrichenen
Wellenform und der Motorgeschwindigkeitswellenform erhalten, und
die Schwingungsfrequenz wird spezifiziert. Ein Parameter des Schwingungsunterdrückungsfilters
(beispielsweise eines Kammfilters, eines Tiefpassfilters etc.) für das Abschneiden
einer Resonanzfrequenz wird aus der Vibrationsfrequenz, die in der
oben beschriebenen Weise erhalten wurde, eingestellt.
-
Beispielsweise
wird eine Resonanzfrequenz f0 aus einem Schaubild der 3(i) erhalten, und eine Grenzfrequenz
des Filters wird mit f0 kombiniert, wie das in einem Schaubild der 3(ii) gezeigt ist. Zusätzlich wird, wie das im Patentdokument
1 angegeben ist, ein Signal, bei dem die Frequenz variiert wird
und das eine feste Amplitude aufweist, in die Servosteuervorrichtung
eingegeben, die Frequenzanalyse wird am Motorgeschwindigkeitssignal,
einem Positionssignal eines beweglichen Tisches in einer Maschine
oder dergleichen durchgeführt,
die Resonanzfrequenz wird erhalten und ein Parameter des Filters
wird bestimmt, um die Resonanzfrequenz abzuschneiden.
-
- Patentdokument 1: JP-A-05-346813
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
PROBLEME DIE
BEI DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN
SOLLEN
-
Im
Stand der Technik wird jedoch, um die Frequenzeigenschaft zu erhalten,
eine spezielles Messvorrichtung oder dergleichen benötigt, und
ein Benutzer muss einen gewünschten
Zustand einer gewünschten
Amplitude oder dergleichen unter Verwendung einer Frequenz für eine Frequenzüberstreichung
und eines Geschwindigkeitssignals einstellen. Wenn beispielsweise
der Zustand falsch eingestellt wird, besteht das Problem, dass wenn
das Signal klein ist, es schwierig ist, das Signal genau zu messen,
und wenn das Signal groß ist,
so wird eine große Resonanz
erzeugt, was die Maschine zerbrechen kann.
-
Es
ergibt sich, dass ein Verfahren zur Durchführung der FFT-Analyse schwierig
ist, und dass, wenn einige Spitzen in den gemessenen Daten vorhanden
sind, die notwendige Frequenz extrahiert werden muss. Weiterhin
muss der Benutzer anhand der Vibrationsfrequenz wählen, welches
Filter benötigt
wird, und das Filter in einem Servo einstellen, wobei das Filter
einer Zeitkonstanten des Kehrwerts der Frequenz entspricht. Somit
ist es sehr schwierig, das Filter automatisch einzustellen.
-
Da
die Messvorrichtung die Frequenzüberstreichung
bei der Messung der Frequenzeigenschaft mechanisch durchführt, besteht
das Problem, dass wenn die Lastmaschine zu schwingen beginnt, die
Lastmaschine kontinuierlich schwingt, bis die Lastmaschine einen
Notstop ausführt.
In so einem Fall kann es sein, dass der Schwingungszustand der Lastmaschine
für eine
Weile fortgesetzt wird, da der Schwingungszustand nicht sofort unterdrückt wird.
-
Hier
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Frequenz eines Filters
einzustellen, durch eine Steuervorrichtung, die automatisch eine Schwingungsfrequenz
detektiert, und die bestimmt, welches Filter benötigt wird, um eine gewisse
Frequenzkomponente zu entfernen, in einem einfachen Verfahren, das
keinen speziellen Prozess benötigt.
-
MITTEL ZUM
LÖSEN DER
PROBLEME
-
Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird das Abtasten von
Daten, wie dem Drehmoment oder einer Differenz zwischen einer geschätzten Geschwindigkeit
und einer Geschwindigkeit für jede
vorbestimmte Zeit durchgeführt.
Wenn ein Schwingungsdetektionsabschnitt eine Schwingung detektiert,
die einen vorbestimmten Pegel übersteigt, wird
eine Frequenz der Daten analysiert. Dann werden einige hohe Frequenzen
aus diesen Frequenzkomponenten berechnet. Es wird ein gewünschtes Filter
ausgewählt,
das eine Frequenz abschneiden kann, die gleich oder höher als
eine Frequenz ist, deren Wert, der einer Schwingungsenergie entspricht, groß ist, oder
das ein entsprechendes Frequenzband gemäß der Frequenz abschneiden
kann.
-
Wie
oben beschrieben ist, ist es möglich,
die Berechnung in einem so einfach wie möglichen Verfahren durchzuführen und
das Filter online unter ausschließlicher Verwendung der Steuervorrichtung
einzustellen.
-
WIRKUNGEN
DER ERFINDUNG
-
Gemäß der Erfindung
besteht der Vorteil, dass es möglich
ist, die Frequenz des gewünschten Filters
online je nach Notwendigkeit und durch ein einfaches Verfahren einzustellen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Blockdiagramm, das eine spezifische Ausführungsform gemäß dem Stand
der Technik und der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
2 ist
ein Diagramm, das einen Messungszeitverlauf eines Geschwindigkeitsbefehls,
einer Geschwindigkeit, einer Wellenform des Drehmoments und eines
Schwingungspegels während
einer normalen Ansteuerung zeigt.
-
3 ist
ein Beispiel einer Schwingungswellenform.
-
4 ist
ein Diagramm, das eine Einstellzeit zeigt.
-
5 zeigt
eine Frequenzeigenschaft einer Lastmaschine.
-
5(i) zeigt eine Frequenzeigenschaft ohne
ein Filter.
-
5(ii) zeigt eine Frequenzeigenschaft, wenn das
Filter verwendet wird.
-
6 ist
ein schematisches Flussdiagramm zur Einstellung eines Schwingungsunterdrückungsfilters
gemäß der Erfindung.
-
7 ist
ein Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform
des Stands der Technik.
-
BEZUGSZAHLEN
-
- 1
- Schwingungsdetektionsabschnitt
- 2
- Mikrocomputer
- 3
- Stromverstärker
- 4
- Basisansteuerschaltung
- 5
- Leistungstransistormodul
- 6
- Motor
- 7
- Kodierer
- 8
- Last
- 9
- Datenverfolgungsabschnitt
- 10
- Frequenzanalyse
- 11
- FFT-Analyse-
und Messvorrichtung
- 12
- Servosteuervorrichtung
-
BESTE ART
FÜR DAS
AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
-
Nachfolgend
wird eine spezifische Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 1 beschrieben.
-
AUSFÜHRUNGSFORM
-
In 1 bezeichnet 1 einen
Schwingungsdetektionsabschnitt, 2 bezeichnet einen Mikrocomputer, 3 bezeichnet
einen Stromverstärker, 4 bezeichnet
eine Basisansteuerschaltung, 5 bezeichnet ein Leistungstransistormodul, 6 bezeichnet
einen Motor, 7 bezeichnet einen Kodierer, 8 bezeichnet eine
Lastmaschine, 9 bezeichnet einen Datenverfolgungsabschnitt
und 10 bezeichnet einen Frequenzanalyseabschnitt.
-
In
einer Schaltung, die so konfiguriert ist, wie das oben beschrieben
ist, werden Operationen der Schaltung unter Bezug auf das Zeitdiagramm
in 4 beschrieben.
-
Zuerst
empfängt
der Mikrocomputer 2 einen Befehl für die Position, die Geschwindigkeit
etc. von einer externen Steuerung oder dergleichen.
-
Dann
steuert beispielsweise im Fall eines Geschwindigkeitsbefehls der
Mikrocomputer 2 die Geschwindigkeit, steuert einen Strom
durch einen Strombefehl, der ein Ausgangssignal von ihm darstellt,
und steuert den Motor 6 durch das Ansteuern des Leistungstransistors 5 durch
die Basisansteuerschaltung 4.
-
Hier
führt,
wie das in 4 gezeigt ist, der Mikrocomputer 2 eine
Datenverfolgung der Daten des Drehmoments oder einer Differenz zwischen
einer geschätzten
Geschwindigkeit und einer Geschwindigkeit, beispielsweise bei einer
Ansteuerung mit konstanter Geschwindigkeit, bei der normalen Ansteuerung
durch. Wenn hier eine Schwingung während eines schnellen Übergangs
erzeugt wird, detektiert der Schwingungsdetektionsabschnitt 1 ist die
Schwingung.
-
Hier
detektiert, wenn die Schwingungskomponente, die in einem Drehmomentbefehl
oder einem Geschwindigkeitssignal des Motors enthalten ist, einen
vorbestimmten Pegel übersteigt,
der Schwingungsdetektionsabschnitt 1 die Schwingung. Als
Detektionspegel kann, wie beispielsweise in 3 gezeigt
ist, ein maschinenspezifischer Schwingungsamplitudenpegel während der
Ansteuerung detektiert werden, beim Durchführen einer normalen Ansteuerung
oder einer Ansteuerung. In dieser Figur wird ein maximaler Wert
der Schwingungsamplitude des Drehmoments während der normalen Ansteuerung detektiert.
Der Schwingungsdetektionspegel kann ungefähr das Dreifache des Schwingungspegels während der
normalen Ansteuerung betragen. Wenn die Schwingung detektiert ist,
führt der
Frequenzanalyseabschnitt 10 eine Frequenzanalyse an den
verfolgten Daten zu dieser Zeit durch. Dann wird die Frequenzkomponente,
die ein hohes Frequenzspektrum aufweist, oder die Frequenz, deren
Wert einer Schwingungsenergie entspricht, groß ist (die Frequenz, deren
Wert man durch das Multiplizieren der Frequenz und der Amplitude
erhält,
groß ist,
oder bei dem eine zweite Potenz des Wertes groß ist) etc., ausgewählt (f0
in 4(ii)). Wenn die ausgewählte Schwingungsfrequenz
f0 oder die Frequenz um die Schwingungsfrequenz f0 an ein Schwingungsunterdrückungsfilter,
beispielsweise als Sperrfrequenz eines Kammfilters, gegeben wird,
so ist es möglich, eine
Frequenzantwort der Lastmaschine, die eine Resonanz und eine Antiresonanz
aufweist, wie das in 5(i) gezeigt
ist, zu steuern, um die Resonanz zu unterdrücken, wie das in 5(ii) gezeigt ist. Alternativ kann man dieselbe
Wirkung durch das Einstellen einer Grenzfrequenz eines Tiefpassfilters
auf der Basis von f0 erzielen. In diesem Fall kann die Grenzfrequenz
des Tiefpassfilters als eine Multiplikation der gemessenen f0 mit
einer vorbestimmten konstanten Zahl eingestellt werden.
-
Eine
Reihe von Operationen gemäß der Erfindung
wird unter Bezug auf ein Flussdiagramm in 6 beschrieben.
In Schritt ST1 führt
der Datenverfolgungsabschnitt 9 die Datenverfolgung des
Drehmoments, der Geschwindigkeit oder dergleichen durch. Als nächstes prüft im Schritt
ST2 der Schwingungsdetektionsabschnitt 1, ob die Schwingung
erzeugt wird. Wenn die Schwingung erzeugt wird, führt der
Frequenzanalyseabschnitt 10 die Frequenzanalyse der Daten,
die man durch den Datenverfolgungsabschnitt 9 erhalten
hat, im Schritt ST3 durch. Als nächstes
wird im Schritt ST4 eine Bestimmung der Frequenz durchgeführt. Wie
oben beschrieben ist, wird die Frequenz, die das höchste Frequenzspektrum
aufweist oder die Frequenz, deren Wert, der der Schwingungsenergie
entspricht, groß ist,
ausgewählt.
Zusätzlich
ist es in einem Fall, bei dem die Berechnung unter Verwendung der
Daten durchgeführt wird,
die für
mehrere Zeiten, während
denen die Schwingung erzeugt wird, genommen wurden, leicht, die
Bestimmung durchzuführen,
wann die Frequenz des Wertes, der der Schwingungsenergie entspricht groß ist, ausgewählt wird
auf der Basis der Daten, die für
mehrere Zeiten genommen wurden. Als nächstes wird, wie im Schritt
ST5, wenn die Schwingungsfrequenz höher ist als die Frequenz, die
gemäß einer Steuerkapazität bestimmt
wurde, als Schwingungsunterdrückungsfilter,
das die Nachbarschaft der Frequenz abschneidet, beispielsweise ein
Kammfilter ausgewählt,
wie im Schritt ST6A. Wenn die Schwingungsfrequenz niedriger ist,
wird das Schwingungsunterdrückungsfilter,
das eine Frequenz abschneidet, die gleich oder geringer als die
ausgewählte
Frequenz ist, wie das Tiefpassfilter, wie im Schritt ST6B ausgewählt. Dann
wird eine Zeitkonstante des Filters etc. eingestellt. Da die Frequenz,
die durch die Steuerkapazität
bestimmt wird, eine Steuerverstärkung beeinflussen
kann, wenn die Frequenz beispielsweise bis zu ungefähr 400 Hz
beträgt,
so wird die Frequenz gemäß der Steuerkapazität etc. unter
der Bedingung bestimmt, dass ein Tiefpassfilter oder dergleichen
verwendet wird.
-
Die
zu analysierenden Daten können
irgend welche andere Daten als die Differenz zwischen der Geschwindigkeit
und der geschätzten
Geschwindigkeit sein, so lange wie die Daten die Schwingung widerspiegeln,
wobei die Daten das Drehmoment oder dergleichen sein können. Die
Differenz zwischen der Geschwindigkeit und der geschätzten Geschwindigkeit
wird beispielsweise erhalten durch das Berechnen der Geschwindigkeit
unter Berücksichtigung
der Last auf der Basis des Drehmomentbefehls, indem die Differenz
zwischen der Geschwindigkeit, die durch einen Beobachter geschätzt wird,
und der Geschwindigkeit oder dergleichen genommen wird. Zusätzlich kann
der Mikrocomputer 2 als Schwingungsdetektor 1,
Datenverfolgungsabschnitt 9 und Frequenzanalyseabschnitt 10 arbeiten.
-
Wie
oben beschrieben wurde, ist es möglich, ein
gewünschtes
Filter je nach Notwendigkeit einzustellen, wenn die Schwingung,
die Resonanz etc. erzeugt wird. Nachdem das Schwingungsunterdrückungsfilter
eingestellt ist, kann eine Prüfung
des Filters durchgeführt
werden.
-
Zusätzlich ist
es im Gegensatz zu einem Fall einer kontinuierlichen Frequenzanalyse
möglich,
da nur die Resonanzfrequenz erhalten wird, die Resonanzfrequenz
von einer Schwingungskomponente eines Steuersystems zu trennen.
-
INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es in einem Roboter, einer numerischen Steuervorrichtung oder
dergleichen möglich,
durch eine Servosteuervorrichtung, die einen Servomotor ansteuert,
eine Schwingung zu detektieren, wenn eine Lastmaschine schwingt,
eine Frequenz zu erhalten, bei der die Schwingungsfrequenzkomponente
groß ist,
und automatisch ein Schwingungsunterdrückungsfilter der Servosteuervorrichtung
einzustellen.
-
1
- 9
- Datenverfolgungsabschnitt
- 10
- Frequenzanalysevorrichtung
- 1
- Schwingungsdetektion
- 3
- Stromverstärker
- 4
- Basisansteuerschaltung
- #1
- Befehl
für Position,
Geschwindigkeit, etc.
-
2
- #1
- Geschwindigkeitsbefehl
- #2
- Geschwindigkeit
- #3
- Drehmoment
- #4
- Schwingungspegel
während
Ansteuerung
- #5
- Zeit
-
3
- #1
- Drehmoment
oder Geschwindigkeit
- #2
- Schwingungsdetektionspegel
- #3
- Zeit
-
4(i)
- #1
- Datenabtastung
- #2
- Eingabesignal
-
4(ii)
- #3
- FFT-Analyse
-
6
- #1
- Einstellen
des Schwingungsunterdrückungsfilters
- ST1
- Führe Datenverfolgung
von Drehmoment etc. durch
- ST2
- Wird
Schwingungspegel überschritten?
- ST3
- Führe Frequenzanalyse
der verfolgten Daten durch
- ST4
- Bestimme
Frequenz und wähle
sie aus
- ST5
- Ist
Schwingungsfrequenz gleich oder höher als gewisse Frequenz?
- ST6A
- Stelle
Kammfilter ein
- ST6B
- Stelle
Tiefpassfilter ein
- #3
- Stelle
Schwingungsunterdrückungsfilter ein
- #2
- Ende
-
7
- 11
- FFT-Analyse-
und Messvorrichtung für
Frequenzeigenschaft
- 12
- Servosteuervorrichtung
- #1
- Befehl
- #2
- Rückkopplungssignal
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Unter
Verwendung eines einfachen Verfahrens, das keine speziellen Verarbeitungen
erfordert, bestimmt eine Steuervorrichtung automatisch die Schwingungsfrequenz,
um so zu entscheiden, welches Filter erforderlich ist, und das Filter
einzustellen. Eine Servosteuervorrichtung für das Ansteuern eines Servomotors
umfasst eine Schwingungsdetektionsvorrichtung für die Detektion einer Schwingung
eines Steuersystems, und sie umfasst auch eine Schwingungsfrequenz-Mess/Analysevorrichtung.
Wenn eine Schwingung während
eines Ansteuerns auftritt, detektiert die Schwingungsdetektionsvorrichtung
die Schwingung, und die Schwingungsfrequenz-Mess/Analysevorrichtung misst die Frequenz einer
großen
Schwingungsfrequenzkomponente. Die Frequenz eines Schwingungsunterdrückungsfilters wird
auf der Basis der Schwingungsfrequenz eingestellt.