DE112010003878T5 - Positionierungssteuervorrichtung - Google Patents

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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B2219/41117—Cancel vibration during positioning of slide

Abstract

Bei der Positionierungssteuerung einer Maschine, in der Restvibrationen aufgrund einer niedrigen mechanischen Steifigkeit verursacht werden, werden Restvibrationen innerhalb eines Erlaubt-Positionierungsfehlers unterdrückt, und es wird ein Positionierungszeitraum verkürzt, der für die Positionierungssteuerung erforderlich ist. Basierend auf Informationen zu Betriebsbedingungen und Restvibrationen wird die Amplitude der Restvibrationen der Maschine vorhergesagt vor Ausführung der Positionierung, und basierend auf einem Ergebnis der Vorhersage wird eine erste Servosteuerung (11), die Positionierungssteuerung durchführt, bei der Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird, oder einer zweiten Servosteuervorrichtung (12), in welcher die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird, automatisch selektiv verwendet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionierungssteuervorrichtung für eine Maschine, und genauer gesagt auf eine Positionierungssteuervorrichtung zum Betreiben einer Maschine niedriger Steifigkeit.
  • Hintergrund
  • Bei einer industriellen Maschine wird verlangt, dass Positionierungssteuerung innerhalb eines Positionierungsfehlers durchgeführt wird, bei dem eine mechanische Last akzeptabel ist, während der Einfluss von Restvibrationen reduziert wird, die durch eine niedrige mechanische Steifigkeit verursacht werden, wodurch ein für die Steuerung erforderlicher Zeitraum verkürzt wird. Als bekannter Stand zum Lösen eines solchen Problems offenbart Patentreferenz 1 eines Positionierungssteuervorrichtung, in welcher Vibrationen während der Positionierungssteuerung durch Formen eines Positionsbefehlssignals reduziert werden, indem ein Vorfilter entsprechend den Vibrations-Charakteristika aufgrund des Positionsbefehlssignals verwendet wird, wodurch die Anregung von Restvibrationen unterdrückt wird.
  • Patentreferenz 2 offenbart eine Positionierungssteuervorrichtung, in welcher Vibrationen während der Positionierungssteuerung reduziert werden, indem während der Positionierungssteuerung die Übertragungs-Charakteristika einer Positionssteuerschleife abhängig von einem verbleibenden Bewegungsabstand variiert werden, wodurch die Anregung von Restvibrationen unterdrückt wird.
  • Referenz des Stands der Technik
  • Patentreferenzen
    • Patentreferenz 1: JP-A-2005-25316
    • Patentreferenz 2: JP-A-S63-273902
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Probleme, welche die Erfindung lösen soll.
  • In der in der oben beschriebenen Patentreferenz 1 offenbarten Technik wird in dem Fall, wo Positionierungssteuerung in Bezug auf eine Mehrzahl von Bewegungsdistanzen durchgeführt wird, ein Original-Positionsbefehlssignal unter Verwendung eines Vorfilters geformt, der unabhängig von einer Bewegungsdistanz ist, und daher ist das Positionsbefehlssignal nach Formung in Bezug auf das Original-Positionsbefehlssignal verzögert. In dem Fall, wo ein Betrieb in einer kurzen Bewegungsdistanz durchgeführt wird, ist insbesondere der befehlsleistende Zeitraum vom Start des Original-Positionsbefehlssignals bis zum Erreichen der Zielposition kurz und daher ist der befehlsleistende Zeitraum in dem Fall, wo ein Vorfilter verwendet wird, relativ länger als in einem Fall, bei dem kein Vorfilter verwendet wird, mit dem Ergebnis, dass es ein Problem damit gibt, dass auch der Positionierungszeitraum verlängert wird.
  • In der in der oben beschriebenen Patentreferenz 2 offenbarten Technik ist darüber hinaus eine spezifische Richtlinie für einen Wert der verbleibenden Bewegungsdistanz, bei der die Steuerschleifen-Charakteristik umgeschaltet wird, nicht beschrieben, und muss durch Versuch und Irrtum bestimmt werden, wodurch ein Problem dahingehend verursacht wird, dass die Einstellung der Positionierungssteuervorrichtung einen langen Zeitraum erfordert. In Übereinstimmung mit dem Umschalten der Steuerschleifen-Charakteristika während der Positionierungssteuerung ist darüber hinaus der Betriebsbetrag eines Aktuators, wie etwa das Motordrehmoment, diskontinuierlich und es gibt das Problem, dass Vibrationen oder dergleichen aufgrund dessen erzeugt werden.
  • Die Erfindung ist gemacht worden, um solche Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Positionierungssteuervorrichtung zu erhalten, in der, selbst in Bezug auf eine Niedrigsteifigkeitsmaschine, ein für die Positionierungssteuerung erforderlicher Zeitraum abgekürzt werden kann, während Vibrationen innerhalb eines gewünschten Positionierungsfehlers unterdrückt werden, und ein Justierzeitraum der Positionierungssteuervorrichtung selbst verkürzt werden kann.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Eine Positionierungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie beinhaltet: eine erste Servosteuervorrichtung, welche basierend auf einer Betriebsbedingungsinformation, die aus einer begrenzten Beschleunigung der Maschine und einer Bewegungsdistanz einer Maschine in Positionierungssteuerung konfiguriert ist, ein Positionsbefehlssignal so erzeugt, dass ein Endwert die Bewegungsdistanz ist, und ein Befehlsbeschleunigungssignal, das ein Differentialsignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, und welche, basierend auf einem Detektionspositionssignal, welches eine detektierte Positionsinformation der Maschine ist, und dem Positionsbefehlssignal, ein erstes Drehmomentbefehlssignal zum Ausführen der Positionierungssteuerung derart erzeugt, dass das Positionsbefehlssignal und eine Maschinenposition miteinander koinzidieren; eine zweite Servosteuervorrichtung, die, basierend auf der Betriebsbedingungsinformation, die aus der begrenzten Beschleunigung der Maschine und der Bewegungsdistanz der Maschine bei der Positionierungssteuerung konfiguriert ist, ein Positionsbefehlssignal so erzeugt, dass ein Endwert die Bewegungsdistanz ist, und das Befehlsbeschleunigungssignal, das ein Ableitungssignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, welche, basierend auf den Betriebsbedingungsinformationen, ein Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente erzeugt, bei dem Komponenten von Restvibrationen, die bei der Positionierungssteuerung der Maschine erzeugt werden, aus dem Positionierungsbefehlssignal entfernt werden, und welche, basierend auf dem Detektionspositionssignal und dem Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente, ein zweites Drehmomentbefehlssignal zum Ausführen der Positionierungssteuerung derart erzeugt, dass das Positionierungsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente und die Maschinenposition miteinander koinzidieren; eine Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit, die Restvibrationsinformationen speichert, die durch Messen von Restvibrationsinformationen der Maschine erhalten werden, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung zuvor durchgeführt wird, unter Verwendung der ersten Steuervorrichtung unter beliebigen Betriebsbedingungen; eine Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit, welche, basierend auf den Restvibrationsinformationen und den Betriebsbedingungsinformationen, eine Amplitude von Restvibrationen der Maschine vorhersagt, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird; eine Erlaubt-Positionierungsfehler-Eingabeeinheit, die einen erlaubten Wert einer Differenz zwischen der Bewegungsdistanz der Maschine, die ein Ziel der Positionierungssteuerung ist, und einer detektierten Position der Maschine zum Zeitpunkt, wenn die Positionierungssteuerung beendet wird, als einen Erlaubt-Positionierungsfehler speichert; eine Servosteuervorrichtungs-Auswahleinheit, die eine bei der Positionierungssteuerung für jede der Betriebsbedingungen verwendete Servosteuervorrichtung so auswählt, dass in einem Fall, bei dem der durch die Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit vorhergesagte Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert den Erlaubt-Positionierungsfehler übersteigt, die Positionierungssteuerung an der Maschine unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird, und in einem Fall, bei dem der Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler ist, die Positionierungssteuerung an der Maschine unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird; und eine Seroosteuervorrichtung, die einen an einen Motor, der die Maschine antreibt, zu liefernden Strom steuert, basierend auf dem Drehmomentbefehlssignal, das aus der Servosteuervorrichtung ausgegeben wird, die durch die Servosteuerungs-Auswahleinheit ausgewählt wird.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der Positionierungssteuervorrichtung der Erfindung kann selbst in Bezug auf eine Niedrigsteifigkeitsmaschine ein für die Positionierungssteuerung erforderlicher Zeitraum verkürzt werden, während die Vibrationen innerhalb eines gewünschten Positionierungsfehlers unterdrückt werden, und es kann ein Einstellzeitraum der Positionierungssteuervorrichtung selbst abgekürzt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Positionierungssteuervorrichtung von Ausführungsform 1 der Erfindung.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer ersten Servosteuervorrichtung in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Positionierungsbefehlssignals der ersten Servosteuervorrichtung in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der ersten Servosteuervorrichtung in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer zweiten Servosteuervorrichtung in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der zweiten Servosteuervorrichtung in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der zweiten Servosteuervorrichtung in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Motorsteuerauswahleinheit in Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess der Positionierungssteuervorrichtung von Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine Ansicht, die die numerische Simulationswellenform mechanischer Vibrationen zeigt, wenn die Positionierungssteuerung in Ausführungsform 1 der Erfindung, in der Restvibrationsinformationen nicht entfernt werden, durchgeführt wird.
  • 12 ist eine Ansicht, die numerische Simulationswellenformen mechanischer Vibrationen zeigt, wenn die Positionierungssteuerung in Ausführungsform 1 der Erfindung, in der Restvibrationsinformationen entfernt werden, durchgeführt wird.
  • 13 ist eine Ansicht, die numerische Simulationswellenformen mechanischer Vibrationen zeigen, wenn die Positionierungssteuerung in Ausführungsform 1 der Erfindung durchgeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drehmotor
    2
    Positionsdetektor
    3
    Kugelspindel
    4
    Kupplung
    5
    Kugelspindelnut
    6
    Elastikelement
    7
    Lastmaschine
    10
    Betriebsbedingungsinformationseinheit
    11
    erste Servosteuervorrichtung
    12
    eine zweite Servosteuervorrichtung
    13
    Erlaubt-Positionierungsfehlereingabeeinheit
    14
    Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit
    15
    Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit
    16
    Servosteuer-Auswahleinheit
    17
    Stromsteuervorrichtung
    20
    Betriebsbedingungsinformation
    21
    erstes Drehmomentbefehlssignal
    22
    zweites Drehmomentbefehlssignal
    23
    Auswahldrehmoment-Befehlssignal
    24
    Strom
    25
    Detektionspositionsinformation
    26
    Restvibrationsinformation
    27
    Erlaubt-Positionierungsfehler
    30
    Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit
    31
    Positionssteuervorrichtung
    32, 36
    Differentiator
    33
    Geschwindigkeitsteuervorrichtung
    35
    Tiefpassfiltereinheit
    37, 57
    Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignalerzeugungseinheit
    40
    Positionsbefehlssignal
    41, 51
    Positionsabweichungssignal
    42, 52
    Geschwindigkeitsbefehlssignal
    43, 53
    Detektionsgeschwindigkeitssignal
    44, 54
    Geschwindigkeitsabweichungssignal
    50
    Tiefpasspositionsbefehlssignal
    55
    vorläufiger erster Drehmomentbefehl
    70
    Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit
    71
    Vibrationskomponenten-Entferntpositionsbefehlssignal
    80
    Nicht-Vibrationspositionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit
    91
    Restvibrationsinformationsamplituden-Theoriewert-Berechnungseinheit
    92
    Proportionalkonstanten-Multiplizierungseinheit
    93
    Servosteuerauswahl-Bestimmungseinheit
    94
    Servosteuerauswahl-Ausführeinheit
    101 bis 105
    Addierer/Subtrahierer
    X
    Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert
    Y
    Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert
  • Modus zum Ausführen der Erfindung
  • Ausführungsform 1
  • Es wird Ausführungsform 1 der Erfindung beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Positionierungssteuervorrichtung zeigt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Motor, 2 bezeichnet einen Positionsdetektor, der Positionsinformationen des Motors detektiert, 3 bezeichnet eine Kugelspindel, welche die Rotationsbewegung des Motors 1 in Linearbewegung umwandelt, 4 bezeichnet eine Kupplung, welche die Leistung des Motors 1 zur Kugelspindel 3 überträgt, 5 bezeichnet eine Kugelspindelnut, welche durch die Kugelspindel 3 angetrieben wird, 6 bezeichnet ein Elastikelement, das in der Maschine beinhaltet ist, und 7 bezeichnet eine Lastmaschine, die anzutreiben ist.
  • Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Betriebsbedingungs-Informationseinheit, welche Betriebsbedingungsinformationen, die für die Positionierungssteuerung notwendige Informationen sind, wie etwa Bewegungsdistanz und begrenzte Beschleunigung, die in der Positionierungssteuerung zu begrenzen sind, ausgibt, 11 bezeichnet eine erste Servosteuervorrichtung, die basierend auf den Betriebsbedingungsinformationen und den aus dem Positionsdetektor ausgegebenen Positionsinformationen ein erstes Drehmomentbefehlssignal berechnet, um die Positionierungssteuerung des Motors zu veranlassen, die durchzuführen ist, ohne die Erzeugung von Restvibrationen der Maschine zu berücksichtigen, und 12 bezeichnet eine zweite Servosteuervorrichtung, die basierend auf den Betriebsbedingungsinformationen und den aus dem Positionsdetektor ausgegebenen Positionsinformationen ein zweites Drehmomentbefehlssignal berechnet, um die Positionierungssteuerung des Motors, die durchzuführen ist, während die Erzeugung von Restvibrationen der Maschine unterdrückt wird, zu veranlassen.
  • Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Erlaubt-Positionierungsfehler-Eingabeeinheit, über die ein erlaubter Wert eines Fehlers zwischen einer Ziel-Bewegungsdistanz der Maschine und der detektierten Position der Maschine zum Zeitpunkt, wenn die Positionierungssteuerung beendet wird, oder ein erlaubter Wert einer Restvibrationsamplitude der Maschine als ein Erlaubt-Positionierungsfehler von außerhalb der Positionierungssteuervorrichtung eingegeben wird, 14 bezeichnet eine Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit, über welche Information von Restvibrationen der Maschine (Frequenz, Amplitude und dergleichen der Restvibration), die erzeugt werden, wenn die erste Servosteuervorrichtung 11 verwendet wird, von außerhalb der Positionierungssteuervorrichtung eingegeben wird, 15 bezeichnet eine Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit, die, basierend auf den Betriebsbedingungsinformationen, einen Amplitudenvorhersagewert der Restvibrationen der Maschine ausgibt, wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung durchgeführt wird, 16 bezeichnet eine Servosteuerauswahleinheit, die eine Ausgabe der Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit mit dem Erlaubt-Positionierungsfehler vergleicht und die auswählt, ob eine tatsächliche Positionierungssteuerung durchzuführen ist, indem der durch die erste Servosteuervorrichtung produzierte erste Drehmomentbefehl verwendet wird, oder eine tatsächliche Positionierungssteueroperation durchzuführen ist, indem der durch die zweite Servosteuervorrichtung erzeugte zweite Drehmomentbefehl verwendet wird; und 17 bezeichnet eine Stromsteuervorrichtung, die, basierend auf dem aus der Servosteuervorrichtung, welche durch die Servosteuer-Auswahleinheit 16 ausgewählt wird, ausgegebenen Drehmomentbefehl einen dem Motor zuzuführenden Strom so steuert, dass der Motor 1 ein gewünschtes Drehmoment erzeugen kann.
  • Das Bezugszeichen 20 bezeichnet Betriebsbedingungsinformationen, die aus der Betriebsbedingungsinformationseinheit 10 ausgegeben werden, 21 bezeichnet ein erstes Drehmomentbefehlssignal, das durch die erste Servosteuervorrichtung erzeugt wird, 22 bezeichnet ein zweites Drehmomentbefehlssignal, das durch die zweite Servosteuervorrichtung erzeugt wird, 23 bezeichnet ein ausgewähltes Auswahldrehmoment-Befehlssignal, welches der Drehmomentbefehl ist, der aus der Servosteuerungsvorrichtung, die durch Servosteuer-Auswahleinheit 16 ausgewählt ist, ausgegeben wird, 24 bezeichnet einen Strom, der aus der Stromsteuervorrichtung 15 dem Motor 1 zugeführt wird, und 25 bezeichnet ein Detektionspositionssignal, das eine Positionsinformation des Motors 1 ist, die durch den Positionsdetektor 2 detektiert wird. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet Restvibrationsinformationen, die aus der Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit 14 ausgegeben werden, wie etwa Frequenz, Amplitude und dergleichen der Restvibrationen. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Erlaubt-Positionierungsfehler, der aus der Erlaubt-Positionierungsfehler-Eingabeeinheit 13 ausgegeben wird.
  • Der Betrieb der Positionierungssteuervorrichtung, die in 1 gezeigt ist, wird beschrieben.
  • Die Betriebsbedingungsinformation 20 (die Bewegungsdistanz und die in der Positionierungssteuerung zu limitierende, begrenzte Beschleunigung), die aus der Betriebsbedingungsinformation 10 ausgegeben wird, wird an die erste Servosteuervorrichtung 11, die zweite Servosteuervorrichtung 12 und die Restvibrations-Amplitudenvorhersageeinheit 15 ausgegeben. Darüber hinaus wird das Detektionssignal 25 aus dem Positionsdetektor 2 an die erste Servosteuervorrichtung 11 und die zweite Servosteuervorrichtung 12 ausgegeben. Die erste Servosteuervorrichtung 11 empfängt die Betriebsbedingungsinformation und das Detektionssignal 25 und berechnet auf ihnen basierend, das erste Drehmomentbefehlssignal 21, um die Positionierungssteuerung des Motors zu veranlassen, ohne Berücksichtigung von Restvibrationen der Maschine durchgeführt zu werden. Die zweite Servosteuervorrichtung 12 empfängt die Betriebsbedingungsinformation 20 und das Detektionssignal 25 und berechnet basierend auf ihnen das zweite Drehmomentbefehlssignal 22, um zu veranlassen, dass die Positionierungssteuerung des Motors durchgeführt wird, während die Erzeugung von Restvibrationen der Maschine unterdrückt wird.
  • Die Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 empfängt die Betriebsbedingungsinformation 20 und Informationen zu Restvibrationen, die von außerhalb der Positionierungssteuervorrichtung über die Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit 14 zugeführt werden, und berechnet basierend auf ihnen einen Amplitudenvorhersagewert von Restvibrationen, wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuerungsvorrichtung 11 durchgeführt wird. Die Steuerauswahleinheit 16 empfängt den Amplitudenvorhersagewert von Restvibrationen aus der Restvibrations-Amplitudenvorhersageeinheit 15 und den Erlaubt-Positionierungsfehler aus der Erlaubt-Positionierungsfehler-Eingabeeinheit 13, und wählt, basierend auf ihnen, aus, ob die tatsächliche Positionierungssteuerung unter Verwendung des ersten Drehmomentbefehls 21 durchzuführen ist, oder eine tatsächliche Positionierungssteuerungsoperation unter Verwendung des zweiten Drehmomentbefehls 22 durchzuführen ist. Die Stromsteuervorrichtung 17 führt den Strom 24, mit dem der Motor 1 ein gewünschtes Drehmoment erzeugen kann, dem Motor 1 zu, basierend auf dem Auswahldrehmomentbefehl 23, der durch die Servosteuer-Auswahleinheit 16 ausgewählt ist, wodurch der Motor 1 angetrieben wird.
  • Als Nächstes wird die erste Servosteuervorrichtung 11 im Detail beschrieben.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der ersten Servosteuerungsvorrichtung zeigt. Hier bezeichnet 30 eine Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit, die ein Positionsbefehlssignal 40, basierend auf Informationen der Bewegungsdistanz und der beschränkten Beschleunigung, welche die Betriebsbedingungsinformation 20 ist, erzeugt, 101 bezeichnet einen Addierer/Subtrahierer, welcher die Differenz zwischen den Positionsbefehlssignalen 40 und dem Detektionssignal 25, das aus dem Positionsdetektor 2 detektiert wird, berechnet, und die Differenz als ein Positionsabweichungssignal 41 ausgibt, 31 bezeichnet eine Positionssteuervorrichtung, die ein Geschwindigkeitsbefehlssignal 42 aus dem Positionsabweichungssignal 41 berechnet, 32 bezeichnet einen Differentiator, der aus dem Detektionssignal 25 ein Detektionsgeschwindigkeitssignal 43 berechnet, welches ein Ableitungssignal des Detektionssignals ist, 102 bezeichnet einen Addierer/Subtrahierer, der die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal 42 und dem Detektionsgeschwindigkeitssignal 43 berechnet und die Differenz als ein Geschwindigkeitsabweichungssignal 44 ausgibt, und 33 bezeichnet eine Geschwindigkeitsteuervorrichtung, welche den ersten Drehmomentbefehl 21 aus dem Geschwindigkeitsabweichungssignal 44 berechnet.
  • Nun wird der Betrieb beschrieben. In der Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 13 wird das Positionsbefehlssignal 40 aus der Betriebsbedingungsinformation 20 erzeugt und wird das Geschwindigkeitsbefehlssignal 42 durch die Positionssteuervorrichtung 31 unter Verwendung des Positionsabweichungssignals 41, das durch Subtrahieren des Detektionspositionssignals 25 vom Positionsbefehlssignal 40 erhalten wird, berechnet. Aus dem Geschwindigkeitsbefehlssignal wird der erste Drehmomentbefehl 21 durch die Geschwindigkeitsteuervorrichtung 33 unter Verwendung des Geschwindigkeitsabweichungssignals 44 berechnet, das durch Subtraktion des Detektionsgeschwindigkeitssignals 43, das durch Ableiten des Detektionspositionssignals 25 erhalten wird, erhalten wird, und der Befehl wird ausgegeben.
  • Hier erzeugt die Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 30 das Positionsbefehlssignal 40, so dass der Endwert des Positionsbefehlssignals die Bewegungsdistanz ist, und der Maximalwert eines Befehlsbeschleunigungssignals, welches die Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, ist gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung. Ein spezifisches Beispiel eines solchen Positionsbefehlssignals ist ein Signal, in welchem ein Befehlsgeschwindigkeitssignal, das ein Differentialsignal des Positionsbefehlssignals ist, eine Dreiecksform aufweist. Danach wird ein Befehl, in welchem ein Befehlsgeschwindigkeitssignal, welches das Ableitungssignal des Positionsbefehlssignals ist, eine Dreiecksform aufweist, als ein Dreiecksbefehl bezeichnet. 3 zeigt das Positionsbefehlssignal eines Dreiecksbefehls, das Befehlsgeschwindigkeitssignal, das die Ableitung erster Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, und das Befehlsbeschleunigungssignal, das die Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals ist. D bezeichnet die Bewegungsdistanz und A bezeichnet die Beschleunigung. Wie in 3 gezeigt, beschleunigt das Positionsbefehlssignal eines Dreieckssignals linear bei Beschleunigung A während der Beschleunigung (von Zeit 0 bis Zeit √(D/A)) und bremst linear bei Beschleunigung –A während der Verlangsamung ab (von Zeitpunkt √(D/A) bis Zeit 2 × √(D/A)). Von den Positionsbefehlssignalen, die bei Beschleunigung arbeiten, in welchen der Absolutwert gleich oder kleiner als A in einem Dreiecksbefehl ist, ist der Zeitraum vom Start des Positionsbefehlssignals zum Erreichen der Zielbewegungsdistanz am kürzesten.
  • Ein spezifisches Beispiel der Steuerung in der Positionssteuervorrichtung 31 ist die P-Steuerung, in welcher ein Proportionalelement mit dem Positionsabweichungssignal 41 multipliziert wird und das Geschwindigkeitsbefehlssignal ausgegeben wird. Ein spezifisches Beispiel der Geschwindigkeitsteuervorrichtung 33 ist die PI-Steuerung, welche durch ein Proportionalelement und ein Integralelement konfiguriert ist.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der ersten Servosteuerungsvorrichtung zeigt. Die Beschreibung der Komponenten, die mit jenen der in 42 gezeigten Konfiguration identisch sind, wird weggelassen. Das Bezugszeichen 35 ist eine Tiefpassfiltereinheit, in welcher das Positionsbefehlssignal 40 einen Filter mit Tiefpass-Charakteristik passiert, wo die Gleichstromkomponente gleich 1 ist, um ein Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 auszugeben. Ein spezifisches Beispiel des Tiefpass-Charakteristikfilters ist eine Anwendung eines Filters, der eine Übertragungscharakteristik von 1/(Ts + 1) aufweist, wobei s der Laplace-Operator ist und T die Zeitkonstante des Filters ist. Jedoch ist der Filter nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Filter mit einer höheren Filterordnung verwendet werden. Das Bezugszeichen 36 bezeichnet einen Differentiator, der das Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 ableitet, um ein Vorwärtszufuhrgeschwindigkeits-Befehlssignal 56 auszugeben, und 37 bezeichnet eine Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignal-Erzeugungseinheit, in der eine Ableitung zweiter Ordnung am Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 durchgeführt wird, und dann wird ein Verstärkungselement J, welches durch die Gesamtträgheit der Maschine bestimmt wird, multipliziert, wodurch ein Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignal 57 ausgegeben wird. Die Bezugszeichen 103 und 105 bezeichnen Addierer/Subtrahierer, welche Addition/Subtraktion am Eingangssignal durchführen.
  • Der Betrieb wird beschrieben. In der Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 30 wird das Positionsbefehlssignal 40 aus der Betriebsbedingungsinformation 20 erzeugt. Das Positionsbefehlssignal 40 wird der Tiefpassfiltereinheit 35 zugeführt und es wird das Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 erzeugt. Indem ein Positionsabweichungssignal 51 verwendet wird, das durch Subtrahieren des Detektionssignals 25 vom Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 erhalten wird, wird ein Geschwindigkeitsbefehlssignal 52 durch die Positionssteuervorrichtung 31 berechnet. Das Geschwindigkeitsbefehlssignal 52 und das Vorwärtszufuhr-Geschwindigkeitsbefehlssignal 56, das durch Ableiten des Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 erhalten wird, werden zusammen addiert und ein Detektionsgeschwindigkeitssignal 53, das durch Ableiten des Detektionssignals 25 erhalten wird, wird von der Summe subtrahiert, um ein Geschwindigkeitsabweichungssignal 54 zu erzeugen. Indem das Geschwindigkeitsabweichungssignal 54 verwendet wird, wird ein vorläufiger erster Drehmomentbefehl 55 durch die Geschwindigkeitsteuervorrichtung 33 berechnet, und der vorläufige erste Drehmomentbefehl 55 und das Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignal 57, das durch die Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignalerzeugungseinheit 37 aus dem Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 erzeugt wird, werden zusammen addiert und dann als der erste Drehmomentbefehl 21 ausgegeben.
  • Wie in den 2 und 4 gezeigt, führt die erste Servosteuervorrichtung 11 die Positionierungssteuerung durch, ohne Komponenten von Restvibrationen zu entfernen, die im Positionsbefehlssignal 40 enthalten sind, und die in der Positionierungssteuerung der Maschine erzeugt werden. Weiterhin ist die erste Servosteuervorrichtung 11 nicht auf das oben beschriebene Konfigurationsbeispiel beschränkt und kann jegliche Konfiguration aufweisen, solange sie die Positionierungssteuerung ohne Erwägung der Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine durchführt.
  • Die erste Servosteuervorrichtung 11 führt die Positionierungssteuerung durch, ohne die Komponenten von Restvibrationen zu entfernen, die im Positionsbefehlssignal enthalten sind, und die bei der Positionierungssteuerung der Maschine erzeugt werden. Daher wird keine Verzögerung aufgrund einer Berücksichtigung der Unterdrückung der Restvibrationen der Maschine erzeugt und die für die Positionierungssteuerung erforderliche Positionierungszeitperiode kann verkürzt werden. Im Fall, bei dem ein Dreieckbefehl, bei dem eine Beschleunigung auf die begrenzte Beschleunigung eingestellt ist, als das Positionsbefehlssignal 40 verwendet wird, wird insbesondere die Steuerung so durchgeführt, dass sie dem Positionsbefehlssignal folgt, in welchem eine Bewegung des kürzesten Zeitraumes erzielt wird, und daher ist der Effekt besonders bemerkenswert. Wenn andererseits die Positionierungssteuerung an einer Maschine niedriger Steifigkeit unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt wird, wird die Steuerung ohne Berücksichtigung der Unterdrückung von Restvibrationen in der Maschine durchgeführt und daher ist es üblich, dass Restvibrationen leicht während des Einschwingens der Positionierungssteuerung erzeugt werden.
  • Als Nächstes wird die zweite Servosteuervorrichtung 12 im Detail beschrieben.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der zweiten Servosteuervorrichtung 12 zeigt. Die in 5 gezeigte zweite Servosteuervorrichtung 12 beinhaltet weiter eine Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 hinter der Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 30 in der Konfiguration der in 2 gezeigten ersten Servosteuervorrichtung 11. Die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 erzeugt ein Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71, das durch Entfernen von Frequenzkomponenten von Restvibrationen aus dem Positionsbefehlssignal 40 erhalten wird. In der in 5 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtung 12 sind andere Operationen als die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 identisch mit jenen der in 2 gezeigten ersten Servosteuervorrichtung 11, und die Positionierungssteuerung wird unter Verwendung des Positionsbefehlssignals mit entfernten Vibrationskomponenten 71 anstelle des Positionsbefehlssignals 40 in der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt.
  • 6 zeigt ein anderes Konfigurationsbeispiel der zweiten Servosteuervorrichtung 12. Die in 6 gezeigte zweite Servosteuervorrichtung 12 beinhaltet weiter die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 hinter der Tiefpassfiltereinheit 35 in der Konfiguration der in 4 gezeigten ersten Servosteuervorrichtung 11. Die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 erzeugt das Positionsbefehlssignal mit entfernten Vibrationskomponenten 71, das durch Entfernen von Frequenzkomponenten von Restvibrationen aus dem Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 erhalten wird. In der in 6 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtung 12 sind andere Operationen als die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 identisch mit jenen der in 4 gezeigten ersten Servosteuervorrichtung 11 und die Positionierungssteuerung wird unter Verwendung des Positionsbefehlssignals mit entfernter Vibrationskomponente 71 anstelle des Tiefpasspositions-Befehlssignals 50 in der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt.
  • Hier weisen die in den 5 und 6 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtungen 12 die Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 30 auf, die das Positionsbefehlssignal 40 basierend auf Informationen zur Bewegungsdistanz und der begrenzten Beschleunigung, welches die Betriebsbedingungsinformation 20 ist, erzeugt. Alternativ kann das Positionsbefehlssignal 40, das durch die erste Servosteuervorrichtung 11 erzeugt wird, der zweiten Servosteuervorrichtung 12 zugeführt werden, um als das Positionsbefehlssignal 40 in der zweiten Servosteuervorrichtung 12 verwendet zu werden.
  • Ein spezifisches Beispiel der Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 kann einen Filterprozess unter Verwendung eines Bandsperrfilters, wie etwa unten beschrieben, durchführen, wodurch das Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71 erzeugt wird. Ausdruck (1)
    Figure 00200001
    wobei s der Laplace-Operator ist, L die Zeit ist und exp(–sL) bedeutet, dass das Signal um die Zeit L verzögert ist. Der Bandsperrfilterprozess von Ausdruck (1) entspricht einer Ausgabe eines Signals, das durch Addieren des Orignal-Positionsbefehlssignals und eines Positionsbefehlssignals, das um die Zeit L verzögert ist, miteinander, und dann durch Teilen der Summe durch 2, erhalten wird. Wenn dieser Prozess durchgeführt wird, wird eine Verzögerung der Zeit von L/2 in Bezug auf das Eingabesignal in dem Signal erzeugt, das aus der Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 ausgegeben wird. Um Restvibrationen der Maschine zu unterdrücken, kann L auf eine Hälfte des Zeitraums 2π/ωn der Restvibrationen eingestellt werden, das heißt kann L = 2π/ωn × (1/2) eingestellt werden.
  • Die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt und kann eine andere Form aufweisen, kann beispielsweise einen IIR-Filter oder dergleichen verwenden. Die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 kann so ausgelegt sein, dass anstelle des Positionsbefehlssignals das Vorwärtszufuhrgeschwindigkeits-Befehlssignal oder das Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignal hindurchgeführt wird. Spezifischer, selbst wenn die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 so konfiguriert ist, dass anstelle des Tiefpass-Positionsbefehlssignals 50 das Vorwärtszufuhrgeschwindigkeits-Befehlssignal 56 oder das Vorwärtszufuhrdrehmoment-Befehlssignal 57 hindurchgeleitet wird, werden ähnliche Effekte erhalten.
  • 7 ist ein Beispiel, das eine weitere Konfiguration der zweiten Servosteuervorrichtung 12 zeigt. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der Konfiguration der in 5 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtung 12 darin, dass die Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 30 und die Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit 70 nicht verwendet werden und eine Nichtvibrations-Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 80 verwendet wird. In der Nichtvibrations-Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 80 wird die Betriebsbedingungsinformation 20 empfangen, und das Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71 wird erzeugt und so ausgegeben, dass keine Restvibrationen einer Frequenz ωn angeregt werden und die Beschleunigung gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist. In der in 7 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtung 12 ist die der Nichtvibrations-Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 80 nachfolgende Operation identisch mit derjenigen der in 5 gezeigten ersten Servosteuervorrichtung 11 und es wird die Positionierungssteuerung unter Verwendung des Positionsbefehlssignals mit entfernter Vibrationskomponente 71 durchgeführt.
  • Ein spezifisches Beispiel des Positionsbefehlssignals, das durch die Nichtvibrations-Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 80 erzeugt wird, wird gezeigt. Wie durch den hiesigen Erfinder in der JP-A-2009-122777 offenbart, werden ein Befehlsgeschwindigkeitssignal V·(t), das die Ableitung erster Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, als V·(t) = v·(t) + v·(2t0 – t) unter Verwendung eines Signals ausgedrückt, das zu einer Beschleunigungs-/Abbremszeit t0 symmetrisch ist, das heißt eine Funktion, in der v·(t) = 0, wenn t < 0 und t > t0 (ein Befehlsbeschleunigungssignal A·(t), das die Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals zu der Zeit ist, wird als A·(t) = a·(t) – a·(2t0 – t) unter Verwendung von a·(t) = dv·(t)/(dt) ausgedrückt, und a·(t) und ein in a·(t) enthaltener Parameter werden unter Verwendung der Frequenz ωn der Restvibrationen in der nachfolgenden Weise bestimmt. [Ausdruck 2]
    Figure 00220001
    wobei c eine Konstante ist, um den Endwert des Positionsbefehlssignals zu veranlassen, zu einer Bewegungsdistanz D zu werden, wenn das Positionsbefehlssignal durch Durchführen von Integration zweiter Ordnung am Befehlsbeschleunigungssignal A·(t) = a·(t) – a·(2t0 – t) erhalten wird, und [Z] die maximale Ganzzahl ausdrückt, die Z nicht übersteigt. Dann ist ein Signal, welches durch Durchführen der Integration zweiter Ordnung am Befehlsbeschleunigungssignal A·(t), ausgedrückt wie oben beschrieben, erhalten wird, das Positionsbefehlssignal.
  • In dem Fall, bei dem das Positionsbefehlssignal, das auf diese Weise berechnet wird, verwendet wird, wird die nachfolgende Beziehung, welche die Beschleunigungs-/Abbremszeit t0, die Bewegungsdistanz D und den Maximalwert A des Befehlsbeschleunigungssignals ausdrückt: [Ausdruck 3]
    Figure 00230001
    verwendet und t0 wird so ausgewählt, dass A gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, wodurch ein Positionsbefehlssignal, welches gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, erhalten werden kann, während Restvibrationen der Frequenz ωn unterdrückt werden.
  • Ein anderes spezifisches Beispiel des Positionsbefehlssignals, das durch die Nichtvibrations-Positionsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 80 erzeugt wird, wird gezeigt. Wenn das Befehlsbeschleunigungssignal A·(t), das die Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, als ein Signal ausgedrückt wird, das um die Beschleunigungs-/Abbremszeit t0 herum symmetrisch ist, das heißt A·(t) = a·(t) – a·(2t0 – t) (wenn t < 0 und t > t0, a·(t) = 0), werden a·(t) und der in a·(t) enthaltene Parameter r in der folgenden Weise bestimmt: [Ausdruck 4]
    Figure 00230002
    wobei c die Konstante ist, um den Endwert des Positionsbefehlssignals zu veranlassen, eine Bewegungsdistanz D zu werden, wenn das Positionsbefehlssignal durch Durchführen einer Integration zweiter Ordnung am Befehlsbeschleunigungssignal A·(t) = a·(t) – a·(2t0 – t) erhalten wird, und m eine Ganzzahl gleich oder großer als 1 ist. Dann ist ein Signal, welches durch Durchführen der Integration zweiter Ordnung am Befehlsbeschleunigungssignal A·(t) erhalten wird, das wie oben ausgedrückt ist, das Positionsbefehlssignal.
  • In dem Fall, bei dem das Positionsbefehlssignal, das in dieser Weise berechnet wird, verwendet wird, wird die nachfolgende Beziehung, welche die Beschleunigungs-/Abbremszeit t0, die Bewegungsdistanz D und den Maximalwert des Befehlsbeschleunigungssignals ausdrückt: [Ausdruck 5]
    Figure 00240001
    verwendet, und t0 wird so ausgewählt, dass A gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, wodurch ein Positionsbefehlssignal, das gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, erhalten werden kann, während Restvibrationen der Frequenz ωn unterdrückt werden.
  • Im Fall der in den 5 und 6 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtung 12 wird die Komponente mit der Frequenz, die gleich derjenigen der Restvibrationen der Maschine ist, aus Befehlssignalen, wie etwa dem Positionsbefehlssignal 40 und dem Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 entfernt, und daher können die Restvibrationen, die während des Einschwingens der Positionierungssteuerung erzeugt werden, unterdrückt werden. Jedoch entspricht dies dem Fall, bei dem das ursprüngliche Positionsbefehlssignal so geformt wird, dass keine Vibrationen angeregt werden, und daher wird eine Verzögerung in Bezug auf das ursprüngliche Positionsbefehlssignal erzeugt. Wenn der Zeitraum, der erforderlich ist, damit der Motor die Zielbewegungsdistanz in dem Fall erreicht, bei dem das Positionsbefehlssignal 40 oder das Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 als das in der Positionierungssteuerung verwendete Befehlssignal verwendet wird, mit demjenigen in dem Fall verglichen wird, bei dem das Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71 verwendet wird, ist der Zeitraum in dem Fall, wenn das Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71 verwendet wird, länger als in dem Fall, bei dem das Positionsbefehlssignal 40 oder das Tiefpasspositions-Befehlssignal 50 verwendet wird.
  • Auch in der in 7 gezeigten zweiten Servosteuervorrichtung 12 wird das Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71, das keine Vibrationen anregt, erzeugt und daher können die Restvibrationen, die während des Einschwingens der Positionierungssteuerung erzeugt werden, unterdrückt werden. Wenn unter denselben Betriebsbedingungen (d. h. dieselbe Bewegungsdistanz und dieselbe begrenzte Beschleunigung) ein Vergleich gemacht wird, ist der Zeitraum vom Start des Positionsbefehlssignals bis zum Erreichen der Ziel-Bewegungsdistanz in dem Fall, bei dem das Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente 71, das keine Vibrationen anregt, in der Positionierungssteuerung verwendet wird, länger als in dem Fall, wenn ein Dreieckbefehl, bei dem die begrenzte Beschleunigung maximal eingesetzt wird, in der Positionierungssteuerung verwendet wird.
  • Wie oben beschrieben, wird in der zweiten Servosteuervorrichtung 12 die Positionierungssteuerung unter Erwägung der Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine durchgeführt, und daher können die Restvibrationen, die während des Einschwingens der Positionierungssteuerung erzeugt werden, unterdrückt werden, aber der Positionierungszeitraum wird verlängert.
  • Als Nächstes wird die Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 beschrieben.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 in 1 zeigt. In 8 bezeichnet 91 eine Restvibrations-Amplitudentheoriewert-Berechnungseinheit, die einen Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y, basierend auf der Betriebsbedingungsinformation 20 und der Restvibrationsinformation 26 berechnet, und bezeichnet 92 eine Proportionalkonstanten-Multiplikationseinheit, die den Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y mit einer Proportionalkonstante multipliziert, um einen Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X zu berechnen.
  • In der Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 werden die Betriebsbedingungsinformation 20 und die Restvibrationsinformation 26 der Restvibrations-Amplitudentheoriewert-Berechnungseinheit 91 zugeführt und wird der Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y, wenn die Operation unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt wird, berechnet. Der berechnete Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y und die Restvibrationsinformation 26 werden der Proportionalkonstanten-Multiplikationseinheit 92 zugeführt. In der Proportionalkonstanten-Multiplikationseinheit 92 wird die Proportionalkonstante mit dem Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y multipliziert, um den Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X zu berechnen und der berechnete Wert wird ausgegeben.
  • Hier wird die Proportionalkonstante in der Proportionalkonstanten-Multiplikationseinheit 92 in der folgenden Prozedur bestimmt.
  • Zuerst wird die Positionierungssteuerung tatsächlich unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 unter gewissen Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D0 und Beschleunigung A0 werden eingestellt) durchgeführt und die Amplitude (der Versatz ab der Zielposition) X0 und die Frequenz ωn von Vibrationen des Detektionssignals 25, die zu dieser Zeit aus dem Positionsdetektor 2 ausgegeben wird, werden separat durch beliebige Mittel gemessen. Das Positionsbefehlssignal zu dieser Zeit ist die Zielbewegungsdistanz D0, und der Maximalwert des Befehlsbeschleunigungssignals, welches die Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, ist A0.
  • Als Nächstes wird in der Restvibrations-Amplitudentheoriewert-Berechnungseinheit 91 ein Restvibrations-Amplitudentheoriewert V0, wenn die Operation unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 unter den Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D0 und Beschleunigung A0 werden eingestellt) durchgeführt wird, berechnet durch:
    [Ausdruck 6] Y0 = V ^·(ωn)exp(jωnt0) 2 oder
    [Ausdruck 7] Y0 = 2∫0 t0{cosωn(t0 – τ)}υ·(τ)dτ wobei t0 ein Halb (Beschleunigung-/Abbremszeitraum) des Zeitraums vom Start des Positionsbefehlssignals zum Erreichen der Zielbewegungsdistanz ist und j eine Imaginär-Einheit ist. V·hat(ω) ist eine Fourier-Transformation, die Frequenzkomponenten des Befehlsgeschwindigkeitssignals zeigt, welches ein Ableitungssignal des Positionsbefehlssignals ist, das in der Positionierungssteuerung im Falle der Messung von X0 verwendet wird, und V·hat(ωn) zeigt Frequenzkomponenten der Restvibrationen bei einer Frequenz ω = ωn an. Weiterhin zeigt v·(t) das Befehlsgeschwindigkeitssignal von Zeit 0 bis Zeit t0 an.
  • In dem Fall, wo das Positionsbefehlssignal ein Dreieckbefehl der Bewegungsdistanz D0 und der Beschleunigung A0 ist, kann insbesondere der Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y0 berechnet werden durch: [Ausdruck 8]
    Figure 00280001
  • Indem die Werte dieser X0 und Y0 verwendet werden, wird die Proportionalkonstante in der Proportionalkonstanten-Multiplikationseinheit 92 auf X0/Y0 eingestellt. In dem Fall, bei dem die Betriebsbedingungen der Positionierungssteuerung eine Bewegungsdistanz D1 und eine Beschleunigung A1 sind, führt die Restvibrations-Amplitudentheoriewert-Berechnungseinheit 91 die Kalkulation durch, während die Variablen als D0 → D1 und A0 → A1 in der oben beschriebenen Prozedur zum Extrahieren von Y0 umgewandelt werden.
  • Als Nächstes wird die Servosteuer-Auswahleinheit 16 beschrieben.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Servosteuer-Auswahleinheit 16 in 1 zeigt. In 9 bezeichnet 93 eine Servosteuer-Auswahlbestimmungseinheit, die einen Erlaubt-Positionierungsfehler mit dem Wert des Restvibrations-Amplitudenvorhersagewertes X vergleicht, um den Grad zu bestimmen, und die feststellt, welche der Positionierungssteuerungen der ersten Servosteuervorrichtung 11 und der zweiten Servosteuervorrichtung 12 auszuwählen ist, und 94 bezeichnet eine Servosteuerauswahl-Ausführeinheit 94, die, basierend auf einem Ergebnis der Bestimmung durch die Servosteuerauswahl-Bestimmungseinheit 93 eine von der ersten Servosteuervorrichtung 11 und der zweiten Servosteuervorrichtung 12 auswählt, und welche die ausgewählte Einheit veranlasst, die Positierungssteuerung durchzuführen.
  • In der Servosteuer-Auswahleinheit 16 wird der Erlaubt-Positionierungsfehler 27 aus der Erlaubt-Positionierungsfehlereingabeeinheit 13 in die Servosteuerauswahl-Bestimmungseinheit 93 eingegeben, und wird der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X aus der Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 eingegeben. In der Servosteuerauswahl-Bestimmungseinheit 93 werden die Werte des Erlaubt-Positionierungsfehlers 27 und des Restvibrations-Amplitudenvorhersagewertes X miteinander verglichen, und, wenn der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X kleiner als der Erlaubt-Positionierungsfehler 27 ist, wird die Positionierungssteuerung durch die erste Servosteuerungsvorrichtung 11 durchgeführt. Wenn der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X größer als der Erlaubt-Positionierungsfehler 27 ist, wird die Positionierungssteuerung durch die zweite Servosteuervorrichtung 12 durchgeführt.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, welches spezifisch die Prozesse der Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 und der Servosteuer-Auswahleinheit 16 illustriert.
  • Im Schritt ST1 wird die Betriebsbedingungsinformation 20 der Bewegungsdistanz D1 und der Beschleunigung A1, die Information zum Durchführen der Positionierungssteuerung ist, aus der Betriebsbedingungsinformationseinheit 10 in die Restvibrations-Vorhersageeinheit 15 eingelesen.
  • Im Schritt ST2, bevor die Positionierungssteuerung tatsächlich durchgeführt wird, wird ein Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y1, der erzeugt wird, wenn der Betrieb unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 unter den oben beschriebenen Betriebsbedingungen durchgeführt wird, in der Restvibrations-Amplitudentheoriewert-Berechnungseinheit 91 berechnet. Spezifisch, in Bezug auf ein Positionsbefehlssignal, das die Bewegungsdistanz D1 ist, und in dem der Maximalwert des Befehlsbeschleunigungssignals, das die Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, gleich oder kleiner als A1 ist, wird der theoretische Wert unter Verwendung der Fourier-Transformation V·hat(ω), die Frequenzkomponenten des Befehlsgeschwindigkeitssignals zeigen, das das Differentialsignal des Positionsbefehlssignals ist, berechnet durch:
    [Ausdruck 9] Y1 = V ^·(ωn)exp(jωnt0) (4) oder
    [Ausdruck 10] Y1 = 2∫0 t0{cosωn(t0 – τ)}υ·(τ)dτ
  • In den Ausdrücken (2) und (4) werden Y0 und Y1 unter Verwendung der Frequenzkomponenten V·hat(ωn) des Befehlsgeschwindigkeitssignals berechnet. Alternativ können Y0 und Y1 auch unter Verwendung der Positionierungssteuerung, der Frequenzkomponenten V·hat(ω) des Befehlsbeschleunigungs-Befehlssignals A·(t), das das Ableitungssignal zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals ist, oder der Frequenzkomponenten J·hat(ω) des Befehlsruckbefehlssignals J·(t), welches das Ableitungssignal dritter Ordnung ist, berechnet werden. V·(t) ist das Signal, das durch Durchführen der Ableitung erster Ordnung an X·(t) erhalten wird, das, welches durch Durchführen der Integration erster Ordnung an A·(t) erhalten wird, und das, das durch Durchführen der Integration zweiter Ordnung an J·(t) erhalten wird. Daher kann Y1 berechnet werden als: [Ausdruck 11]
    Figure 00310001
  • Jedenfalls wird Y1 proportional zu den Frequenzkomponenten bei der Frequenz ωn der Restvibrationen des Positionsbefehlssignals, des Befehlsgeschwindigkeitssignals, des Befehlsbeschleunigungssignals und des Befehlsrucksignals berechnet.
  • Im Falle eines Dreiecksignals, in welchem das Positionsbefehlssignal die Beschleunigung A ist, wird insbesondere Y1 berechnet als: [Ausdruck 12]
    Figure 00320001
  • In Schritt ST3 wird, basierend auf dem Messwert X0 der Restvibrationsamplitude und dem Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y0, wenn die Positionierungsoperation durch die erste Servosteuervorrichtung 11 unter den Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D0, Beschleunigung A0) geführt wird, und dem Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y1, wenn der Betrieb unter den Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D1, Beschleunigung A1) durchgeführt wird, ein Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X1 in der Proportionalkonstanten-Multiplikationseinheit 92 berechnet durch: [Ausdruck 13]
    Figure 00320002
  • Weil nämlich die Proportionalkonstante auf X0/Y0 eingestellt ist, wird die Restvibrationsamplitude im Verhältnis zum Restvibrations-Amplitudentheoriewert Y1 vorhergesagt.
  • Im Schritt ST4 werden der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X1, der in Schritt ST3 berechnet wird, und der Erlaubt-Positionierungsfehler 27 miteinander verglichen. Hier ist der Erlaubt-Positionierungsfehler ein Wert, der abhängig von den Positionierungsspezifikationen der Maschine bestimmt wird, und aus der Erlaubt-Positionierungsfehlereingabeeinheit 13 eingegeben wird. In dem Fall, bei dem die Positionierungsgenauigkeit weiter zu verbessern ist, wird beispielsweise der Erlaubt-Positionierungsfehler auf Klein eingestellt, und in dem Fall, bei dem die Genauigkeit nicht erforderlichweise so hoch sein muss, wird der Erlaubt-Positionierungsfehler auf Groß eingestellt. Falls der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X kleiner als der Erlaubt-Positionierungsfehler 27 ist, wird die tatsächliche Positionierungssteuerung in Schritt ST5 durch die erste Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt, welche die Positionierungssteuerung durchführt, bei der eine Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird. Falls im Schritt ST5 bestimmt wird, dass der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X größer als der Erlaubt-Positionierungsfehler 27 ist, wird die tatsächliche Positionierungssteuerung in Schritt ST6 durch die zweite Servosteuervorrichtung 12 durchgeführt, welche die Positionierungssteuerung durchführt, bei der die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird.
  • In dem Fall, bei dem die Positionierungssteuerung in einer Sequenzabfolge in Bezug auf eine Mehrzahl von Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz, Beschleunigung) durchgeführt wird, wird die Positionierungssteuerung unter gewissen Betriebsbedingungen anhand des Flussdiagramms von 10 durchgeführt, und nachdem dies abgeschlossen ist, wird eine Operation, in der andere Betriebsbedingungen gemäß ST1 eingelesen werden, und der dem Einleseschritt ST2 nachfolgende Prozess durchgeführt wird, wiederholt. In diesem Fall kann der Prozess durchgeführt werden, während während wiederholter Operationen die gleichen Werte als X0 und Y0 in Schritt ST3 verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben, wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 ausgeführt wird, in der die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird, werden Restvibrationen erzeugt, aber wird kaum eine unnötige Verzögerung erzeugt. Wenn andererseits die Positionierungssteuerung unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung 12 ausgeführt wird, in der eine Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird, werden keine Restvibrationen erzeugt, wird aber leicht eine Verzögerung erzeugt.
  • Bevor die Positionierungssteuerung tatsächlich ausgeführt wird, wird daher die Amplitude der Restvibrationen der Maschine, wenn die erste Servosteuervorrichtung 11, in der die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird, verwendet wird, in Schritt ST3 vorhergesagt, und wenn der Amplitudenvorhersagewert gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler ist, wird die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt, wodurch die Positionierungssteuerung, in der keine unnötige Verzögerung erzeugt wird, und auch Restvibrationen unterdrückt werden, um gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler zu sein, realisiert werden kann. In dem Fall, wenn das Positionsbefehlssignal ein Dreiecksbefehl ist und die Beschleunigung die begrenzte Beschleunigung ist, ist insbesondere der Zeitraum vom Start des Positionsbefehlssignals zum Zeitpunkt, wenn der Befehl die Zielposition erreicht, am kürzesten, und auch die Positionierungszeitperiode kann verkürzt werden.
  • Falls der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert größer als der Erlaubt-Positionierungsfehler ist, wird in Schritt ST6 die zweite Servosteuervorrichtung 12 verwendet, bei der eine Unterdrückung der Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird, wodurch die Positionierungssteueroperation auf innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers, der in einer Positionierungssteuerung minimal erfüllt sein muss, realisiert werden kann.
  • Wie oben beschrieben, kann die erste Servosteuervorrichtung 11, in der die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird, und die zweite Servosteuervorrichtung 12, in der die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird, automatisch selektiv anhand der Betriebsbedingungen verwendet werden, wodurch Wirkungen erzielt werden, dass die Positionierungssteueroperation auf innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers realisiert werden kann, und dass auch der Positionierungszeitraum soweit als möglich verkürzt werden kann.
  • Als Nächstes werden die Gründe dafür, dass die Amplitude der Restvibrationen in dem Fall, wenn die erste Servosteuervorrichtung 11 verwendet wird, durch Ausdruck (6) vorhergesagt werden kann, beschrieben. Wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11, in der die Unterdrückung von Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird, durchgeführt wird, sind die Einschwing-Charakteristika weitgehend durch die Restvibrationen beeinträchtigt. Zu dieser Zeit können die Transfer-Charakteristika ab dem Positionsbefehlssignal X·(t) zum Detektionspositionierungssignal X(t) angenähert werden durch: [Ausdruck 14]
    Figure 00360001
    indem die Frequenz ωn der Restvibrationen verwendet wird, wobei s der Laplace-Operator ist, X·hat(s) die Laplace-Transformation des Positionsbefehlssignals ist, und Xhat(s) die Laplace-Transformation des Detektionssignals ist.
  • Weiterhin wird auch zwischen der Laplace-Transformation Vhat(s) des Detektionsgeschwindigkeitssignals V(t), das die Ableitung des Detektionssignals ist und der Laplace-Transformation V·hat(s) des Befehlsgeschwindigkeitssignals V·(t), was das Ableitungssignal des Positionsbefehls ist, in derselben Weise wie Ausdruck (7), die durch [Ausdruck 15]
    Figure 00360002
    angezeigte Beziehung etabliert. Hier wird angenommen, dass das Positionsbefehlssignal X·(t) zur Zeit t0 gestartet wird und die Ziel-Bewegungsdistanz zur Zeit 2t0 erreicht, und die Beziehung, dass das Befehlsgeschwindigkeitssignal um die Zeit t = t0 herum symmetrisch ist, das heißt es wird die durch
    [Ausdruck 16] V(t) = υ·(t) + υ·(2t0 – t) (9) angezeigte Beziehung etabliert. Im Ausdruck ist v·(t) ein Signal, in dem v·(t) 0, wenn t < 0 und t > t0. Der oben beschriebene Dreiecksbefehl und das Positionsbefehlssignal, das im spezifischen Beispiel des Positionsbefehlssignals beschrieben worden ist, das in der Nicht-Vibrationsbefehlssignal-Erzeugungseinheit 80 erzeugt wird, werden als Ausdruck (9) ausgedruckt.
  • Die Zeitreaktion des Detektionsgeschwindigkeitssignals V(t) zur oder nach der Zeit t > 2t0 wird erhalten, indem die inverse Laplace-Transformation von Ausdruck (8) verwendet wird, und Ausdruck (9) ersetzt wird als: [Ausdruck 17]
    Figure 00370001
  • Weiterhin kann das Detektionspositionssignal X(t) zu oder nach der Zeit t ≥ 2t0 durch Integrieren des obigen Ausdrucks ausgedrückt werden als:
    [Ausdruck 18] X(t) = [–2∫0 t0{cosωn(t0 – τ)}υ·(τ)dτ]cosωn(t – t0) + D
  • Im obigen Ausdruck hängt der Ausdruck in den eckigen Klammern [] nicht von der Zeit t ab und daher bedeutet dies, dass Vibrationen mit einer Frequenz von ωn und eine durch:
    [Ausdruck 19] 2∫0 t0{cosωn(t0 – τ)}υ·(τ)dτ (10) angezeigte Amplitude im Detektionssignal X(t) erzeugt werden.
  • Wenn andererseits die Frequenzkomponenten V·hat(jω) des Befehlsgeschwindigkeitssignals von Ausdruck (9) berechnet werden, wird die Beziehung von: [Ausdruck 20]
    Figure 00380001
    erhalten. In Ausdruck (11) wird eine Variable Transformation der Integration, τ → 2t0 – τ für die Etablierung der dritten Gleichung verwendet und werden Identitäten von trigonometrischer Funktion von:
    [Ausdruck 21] cos ωt + cos ω(2t0 – t) = 2 sin ωt0 cos ω(t0 – t) sin ωt + sin ω(2t0 – t) = 2 cos ωt0 cos ω(t0 – t) für die Etablierung der vierten Gleichung verwendet.
  • In Ausdruck (11) wird die Gleichung in den ersten und letzten Ausdrücken etabliert. Daher kann die folgende Beziehung angezeigt werden. [Ausdruck 22]
    Figure 00390001
  • Wenn ω = ωn in Ausdruck (12) ersetzt wird, wird der die Amplitude des Detektionssignals anzeigende Ausdruck (10) zu:
    [Ausdruck 23] V ^·(jωn)cxp(jωnt0) und es ist zu sehen, dass die Amplitude proportional zu V·hat(jωn) bestimmt wird, was die Frequenzkomponenten des Befehlsgeschwindigkeitssignals zeigt. Daher ist zu sehen, dass, wenn die Frequenzkomponenten des Befehlsgeschwindigkeitssignals, die zuvor kalkuliert sind, und die Komponenten der Befehlsfrequenz, die eine Frequenz entsprechend der Frequenz von Restvibrationen erhalten wird, es möglich ist, die Restvibrationamplitude der Maschine bei der Positionierungssteuerung voherzusagen.
  • Insbesondere wird der Fall, bei dem das Positionsbefehlssignal ein Dreieckbefehl von Beschleunigung A ist, berücksichtigt. Die Fourier-Transformation V·hat(s) des Befehlsgeschwindigkeitssignals eines Dreieckbefehls kann durch Berechnen des Befehlsbeschleunigungssignals, was das Ableitungssignal des Befehlsgeschwindigkeitssignals ist, und Durchführen der Integration an Befehlsbeschleunigungssignal erhalten werden, und ist daher wie folgt: [Ausdruck 24]
    Figure 00400001
  • Durch Substituieren s = jωn in Ausdruck (14) wird die Restvibrationsamplitude aus den Ausdrücken (13) und (14) berechnet und dann wird [Ausdruck 25]
    Figure 00400002
    erhalten. Wenn die Tatsachen, dass die Restvibrationen in dem Fall, bei dem das Positionsbefehlssignal ein Dreieckbefehl der Beschleunigung A ist, nicht von den Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D, Beschleunigung A) abhängen, und dass die Beschleunigung/Abbremsung die Zeit t0 = √(D/A) verwendet werden, kann daher gesagt werden, dass die Amplitude in Proportion zu: [Ausdruck 26]
    Figure 00410001
    erzeugt wird.
  • Wie oben beschrieben, kann die Restvibrationsamplitude in der Theorie gemäß den Ausdrücken (13) und (15) erwartet werden. Jedoch kann tatsächlich die Vorhersage unter Verwendung von Ausdrücken (13) und (15) manchmal einen Fehler aufgrund von Reibung, dem Verstärkungswert der eingestellten Servosteuerung und dergleichen involvieren. Selbst in einem solchen Fall, übt jedoch Ausdruck (7), der durch die Restvibrationsfrequenz ωn bestimmt wird, in Dynamiken, wo Restvibrationen erzeugt werden, einen großen Einfluss aus und daher wird angenommen, dass die Ausdrücke (13) und (15), die vom Ausdruck abgeleitet sind, die Tendenz der Vibrationsamplitude anzeigen. Es wird nämlich erwogen, dass es zwischen einer Amplitude X0 von Vibrationen, bei denen der Betrieb tatsächlich unter bestimmten Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D0, Beschleunigung A09) durchgeführt wird und einer Amplitude X1 von Vibrationen, wenn der Betrieb unter anderen Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D1, Beschleunigung A1) durchgeführt wird, eine proportionale Beziehung gibt, das heißt X0:Y0 = X1:Y1. Daher wird die Amplitude X0 von Vibrationen, wenn der Betrieb tatsächlich unter gewissen Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D0, Beschleunigung A0) durchgeführt wird, zuvor gemessen, und die Amplitude X1 von Vibrationen, wenn der Betrieb unter anderen Betriebsbedingungen (Bewegungsdistanz D1, Beschleunigung A1) durchgeführt wird, kann vorhergesagt werden durch: [Ausdruck 27]
    Figure 00420001
  • Effekte der Erfindung werden spezifisch unter Verwendung von Simulationsergebnissen beschrieben.
  • Es wird ein Fall erwogen, bei dem die Positionierungssteuerung an einer Maschine durchgeführt wird, in der die Frequenz von Restvibrationen 10 Hz (ωn = 2π × 10 [rad/s]), unter Betriebsbedingungen, bei denen eine Mehrzahl von Bewegungsdistanzen von 1 mm (= 0,001 m), 5 mm (= 0,005 m), 10 mm (= 0,010 m), und 20 mm (= 0,020 m) und die begrenzte Beschleunigung A = 3,0 m/s2 sind, und der Erlaubt-Positionierungsfehler unabhängig von der Bewegungsdistanz 0,5 mm ist. Hier werden die Verhaltensweisen des Detektionssignals miteinander durch Simulation verglichen, wenn die Positionierungssteuerung unter den Betriebsbedingungen durchgeführt wird durch: ein Positionierungssteuersystem, bei dem die Unterdrückung der 10 Hz Restvibrationen der Maschine nicht erwogen wird, unabhängig von der Bewegungsdistanz (dieses System wird als das System A bezeichnet), ein Positionierungssteuersystem, in dem die Unterdrückung der 10 Hz Restvibrationen der Maschine erwogen wird, unabhängig von der Bewegungsdistanz (dieses System wird als das System B bezeichnet), und das Positionierungssteuersystem gemäß der Erfindung (dieses System wird als das System C bezeichnet). Hier wurde als das Positionierungssteuersystem des Systems A eine Servosteuervorrichtung, welche in derselben Weise wie die in 4 gezeigte erste Servosteuervorrichtung 11 konfiguriert ist, verwendet. Als das Positionierungssteuersystem des Systems B wurde eine Servosteuervorrichtung, die in derselben Weise wie die in 6 gezeigte zweite Servosteuervorrichtung 12 konfiguriert war, verwendet und der Bandsperrfilter von Ausdruck (1) wurde in der Vibrationskomponenten-Entfernungseinheit verwendet. Als die erste Servosteuervorrichtung 11 im System C wurde die in 4 gezeigte Konfiguration verwendet und wurde als die zweite Servosteuervorrichtung 12 die in 6 gezeigt Konfiguration verwendet. In allen Systemen A, B und C wurde ein Dreiecksbefehl, in welchem die begrenzte Beschleunigung maximal eingesetzt wurde, im Positionsbefehlssignal verwendet.
  • Die 10 bis 12 zeigen Wellenformen, welche Zeitantwortsimulationen der Zeit und des Detektionssignals in dem Fall anzeigen, bei dem die Positionierungssteuerung durch die oben beschriebenen drei Systeme durchgeführt wurde. Die Zeit, wenn das Positionsbefehlssignal gestartet wird, wird auf 0 [s) eingestellt. 10 zeigt den Fall des Systems A, 11 zeigt den des Systems B und 12 zeigt den des Systems C. In allen 10, 11 und 12 zeigt der obere linke Teil Simulationsergebnisse im Falle der Bewegungsdistanz von 1 mm an, zeigt der obere rechte Teil jene im Fall von Bewegungsdistanz 5 mm an, zeigt der linke untere Teil jene im Fall der Bewegungsdistanz von 10 mm an und zeigt der untere rechte Teil jene im Falle der Bewegungsdistanz von 20 mm an. In diesen Figuren zeigen die durchgezogenen Linien das Detektionssignal an und zeigen die unterbrochenen Linien Linien der Ziel-Bewegungsdistanz ± dem Erlaubt-Positionierungsfehler an. Wenn das Detektionssignal nach Ausführung der Positionierungssteuerung zwischen den unterbrochenen Linien ist, ist die Positionierungssteuerung adäquat und wenn die Amplitude der Vibrationen außerhalb der unterbrochenen Linien erscheint, ist die Operation als Positionierungssteuerung inadäquat.
  • Wie in 10 gezeigt, ist im System A (dem Positionierungssteuersystem, bei dem die Unterdrückung der Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird) zu sehen, dass bei jeglicher Bewegungsdistanz Restvibrationen während des Einschwingens der Positionierungssteuerung erzeugt werden. Im Falle der Bewegungsdistanzen von 1 mm und 20 mm fällt jedoch, selbst wenn Restvibrationen erzeugt werden, die Amplitude innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers. Zu dieser Zeit ist der Positionierungszeitraum vom Start des Positionierungsbefehlssignals bis zur Konvergenz des Detektionssignals innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers 0,0524 [s] in dem Fall, bei dem die Bewegungsdistanz 1 mm ist, und 0,221 [s] im Fall, bei dem die Bewegungsdistanz 20 mm ist. Im Gegensatz dazu werden im Falle der Bewegungsdistanzen von 5 mm und 10 mm Restvibrationen, die den Erlaubt-Positionierungsfehler übersteigen, erzeugt und der Betrieb ist als die Positionierungssteuerung inadäquat.
  • Wie in 11 gezeigt, werden im System B (das Positionierungssteuersystem, bei dem die Unterdrückung der Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird) unabhängig von der Bewegungsdistanz keine Restvibrationen während des Einschwingens der Positionierungssteuerung erzeugt und ist die Operation bei jeder Bewegungsdistanz als Positionierungssteuerung adäquat. Der Positionierungszeitraum ist 0,0688 [s] im Fall, bei dem die Distanz 1 mm ist, 0,148 [s] im Fall, bei dem die Distanz 5 mm ist, 0,192 [s] im Fall, bei dem die Distanz 10 mm ist und 0,247 [s] im Fall, bei dem die Distanz 20 mm ist.
  • Als Nächstes wird der Fall berücksichtigt, bei dem die Positionierungssteuerung gemäß dem System C in der Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird. Die gewissen Betriebsbedingungen, die beim Erhalten der Amplitude X0 von Restvibrationen verwendet wurden, wenn der Positionierungsvorgang tatsächlich durch die erste Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt wurde, wurden auf D0 = 1 mm und A0 = 3,0 m/s2 eingestellt. Wenn die Bewegungsdistanz 1 mm im System A ist, wird eine Amplitude von X0 = 0,39 mm in der Simulation erzeugt und auch die Systeme A und C verwenden einen Dreieckbefehl als das Positionsbefehlssignal. Wenn Y0 im Ausdruck (3) berechnet wird, ist daher Y0 = 1,767. Basierend auf X0 und Y0 wird weiterhin der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X1 einer anderen Bewegungsdistanz berechnet.
  • In Bezug auf die Bewegungsdistanz von 1 mm wird Y1 = 1,767 aus Ausdruck (5) erhalten und daher ist der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X1 = 0,39 mm aus Ausdruck (6). Dies ist gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler von 0,5 mm und daher wird die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt, in welcher eine Unterdrückung der 10 Hz Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird.
  • In Bezug auf die Bewegungsdistanz von 5 mm wird Y1 = 5,515 aus Ausdruck (5) erhalten und daher ist der Restvibrations-Amplitudevorhersagewert X1 = 1,217 mm aus Ausdruck (6). Dies übersteigt den Erlaubt-Positionierungsfehler von 0,5 mm und daher wird die Positionierungssteuerung unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung 12 durchgeführt, in der die Unterdrückung der 10 Hz Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird.
  • In Bezug auf die Bewegungsdistanz von 10 mm wird Y1 = 5,653 aus Ausdruck (5) erhalten und daher ist der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X1 = 1,248 aus Ausdruck (6). Dies übersteigt den Erlaubt-Positionierungsfehler von 0,5 mm und daher wird die Positionierungssteuerung unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung 12 durchgeführt, in welcher die Unterdrückung der 10 Hz Restvibrationen der Maschine berücksichtigt wird.
  • In Bezug auf die Bewegungsdistanz von 20 mm wird Y1 = 1,783 aus Ausdruck (5) erhalten und daher ist aus Ausdruck (6) der Restvibrations-Amplitudenvorhersagewert X1 = 0,393. Dies ist gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler von 0,5 mm und daher wird die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt, in welcher die Unterdrückung der 10 Hz Restvibrationen der Maschine nicht berücksichtigt wird.
  • Wie in 12 gezeigt, wird im System gemäß der Erfindung (dem System C) in Bezug auf alle Bewegungsdistanzen 1 mm, 5 mm, 10 mm, und 20 mm, bestätigt, dass die Positionierungssteuerung innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers durchgeführt werden kann und der Betrieb als Positionierungssteuerung adäquat ist.
  • Tabelle 1 fasst die Positionierungszeiträume zusammen, die in 10, 11 und 12 durch Simulation in dem Steuersystem erhalten werden. [Tabelle 1]
    Bewegungs-Distanz Positionierungszeitraum in jedem Steuersystem (Einheit ist Sekunde)
    System A System B System C (Vorliegende Erfindung)
    1 mm 0,0524 0,0688 0,0524
    5 mm NG 0,148 0,148
    10 mm NG 0,192 0,192
    20 mm 0,221 0,247 0,221
  • Aus Tabelle 1 wird in Bezug auf die Distanzen von 1 mm und 20 mm bestätigt, dass der Positionierungszeitraum im System C identisch zu demjenigen im System A ist und kürzer als derjenige von System B ist. Der Grund dafür ist, dass im System C die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung 11 durchgeführt wird. In Bezug auf die Distanzen 5 mm und 10 mm ist der Positionierungszeitraum im System C identisch mit demjenigen im System B. Dies liegt daran, dass im System C die Positionierungssteuerung unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung 12 durchgeführt wird.
  • Wie oben beschrieben, wird bestätigt, dass in der Spezifikation des Systems C, bei dem die Positionierungssteuerung innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers gemäß den Betriebsbedingungen durchgeführt wird, das Steuersystem, in dem der für die Positionierungssteuerung erforderliche Zeitraum kürzer ist, ausgewählt werden kann. In der oben beschriebenen Simulation sind der Erlaubt-Positionierungsfehler, die begrenzte Beschleunigung und dergleichen konstant, unabhängig von der Bewegungsdistanz. Die Erfindung kann auch auf den Fall angewendet werden, wo die beiden gemäß der Bewegungsdistanz verändert werden.
  • Gemäß der Betriebsbedingungsinformation (Bewegungsdistanz und Beschleunigung) wird die Amplitude der Restvibrationen der Maschine, wenn die erste Servosteuervorrichtung 11, in der der Positionierungszeitraum der Positionierungssteuerung leicht verkürzt werden kann, verwendet wird, vorhergesagt und der Vorhersagewert der Restvibrationsamplitude und des Erlaubt-Positionierungsfehlers werden miteinander verglichen. Gemäß einem Ergebnis des Vergleichs wird ein Steuersystem, bei dem das Detektionssignal innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers konvergiert, und das vorteilhafter ist, den Positionierungszeitraum zu verkürzen, ausgewählt. Daher kann der Positionierungszeitraum weiter verkürzt werden, während Vibrationen innerhalb eines gewünschten Positionierungsfehlers unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus kann ein Steuersystem, bei dem, wie oben beschrieben, das Detektionssignal innerhalb des Erlaubt-Positionierungsfehlers konvergiert, unabhängig von der Bewegungsdistanz, und welches vorteilhaft dabei ist, den Positionierungszeitraum zu verkürzen, ausgewählt werden. Daher kann ein Einstellzeitraum der Positionierungssteuervorrichtung selbst verkürzt werden.
  • Weiterhin wird das Steuersystem während der Positionierungssteuerung unter gewissen Bedingungen nicht umgeschaltet und daher gibt es einen Effekt, dass Stoß oder Vibrationen aufgrund des Umschaltens in der Positionierungssteuerung nicht erzeugt werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben, ist die Erfindung für eine Positionierungssteuervorrichtung zum Betreiben einer Maschine geeignet und besonders am meisten für eine Positionierungssteuervorrichtung zum Antreiben einer Niedersteifigkeitsmaschine geeignet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-122777 A [0046]

Claims (7)

  1. Positionierungssteuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine erste Servosteuervorrichtung, welche basierend auf einer Betriebsbedingungsinformation, die aus einer begrenzten Beschleunigung der Maschine und einer Bewegungsdistanz einer Maschine in Positionierungssteuerung konfiguriert ist, ein Positionsbefehlssignal so erzeugt, dass ein Endwert die Bewegungsdistanz ist, und ein Befehlsbeschleunigungssignal, das ein Differentialsignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, und welche, basierend auf einem Detektionspositionssignal, welches eine detektierte Positionsinformation der Maschine ist, und dem Positionsbefehlssignal, ein erstes Drehmomentbefehlssignal zum Ausführen der Positionierungssteuerung derart erzeugt, dass das Positionsbefehlssignal und eine Maschinenposition miteinander koinzidieren; eine zweite Servosteuervorrichtung, die, basierend auf der Betriebsbedingungsinformation, die aus der begrenzten Beschleunigung der Maschine und der Bewegungsdistanz der Maschine bei der Positionierungssteuerung konfiguriert ist, ein Positionsbefehlssignal so erzeugt, dass ein Endwert die Bewegungsdistanz ist, und das Befehlsbeschleunigungssignal, das ein Ableitungssignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, welche, basierend auf den Betriebsbedingungsinformationen, ein Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente erzeugt, bei dem Komponenten von Restvibrationen, die bei der Positionierungssteuerung der Maschine erzeugt werden, aus dem Positionierungsbefehlssignal entfernt werden, und welche, basierend auf dem Detektionspositionssignal und dem Positionsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente, ein zweites Drehmomentbefehlssignal zum Ausführen der Positionierungssteuerung derart erzeugt, dass das Positionierungsbefehlssignal mit entfernter Vibrationskomponente und die Maschinenposition miteinander koinzidieren; eine Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit, die Restvibrationsinformationen speichert, die durch Messen von Restvibrationsinformationen der Maschine erhalten werden, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung zuvor durchgeführt wird, unter Verwendung der ersten Steuervorrichtung unter beliebigen Betriebsbedingungen; eine Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit, welche, basierend auf den Restvibrationsinformationen und den Betriebsbedingungsinformationen, eine Amplitude von Restvibrationen der Maschine vorhersagt, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird; eine Erlaubt-Positionierungsfehler-Eingabeeinheit, die einen erlaubten Wert einer Differenz zwischen der Bewegungsdistanz der Maschine, die ein Ziel der Positionierungssteuerung ist, und einer detektierten Position der Maschine zum Zeitpunkt, wenn die Positionierungssteuerung beendet wird, als einen Erlaubt-Positionierungsfehler speichert; eine Servosteuervorrichtungs-Auswahleinheit, die eine bei der Positionierungssteuerung für jede der Betriebsbedingungen verwendete Servosteuervorrichtung so auswählt, dass in einem Fall, bei dem der durch die Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit vorhergesagte Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert den Erlaubt-Positionierungsfehler übersteigt, die Positionierungssteuerung an der Maschine unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird, und in einem Fall, bei dem der Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler ist, die Positionierungssteuerung an der Maschine unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird; und eine Stromsteuervorrichtung, die einen an einen Motor, der die Maschine antreibt, zu liefernden Strom steuert, basierend auf dem Drehmomentbefehlssignal, das aus der Servosteuervorrichtung ausgegeben wird, die durch die Servosteuerungs-Auswahleinheit ausgewählt wird.
  2. Positionierungssteuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine erste Servosteuervorrichtung, welche basierend auf einer Betriebsbedingungsinformation, die aus einer begrenzten Beschleunigung der Maschine und einer Bewegungsdistanz einer Maschine in Positionierungssteuerung konfiguriert ist, ein Positionsbefehlssignal so erzeugt, dass ein Endwert die Bewegungsdistanz ist, und ein Befehlsbeschleunigungssignal, das ein Differentialsignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, und welche, basierend auf einem Detektionspositionssignal, welches eine detektierte Positionsinformation der Maschine ist, und dem Positionsbefehlssignal, ein erstes Drehmomentbefehlssignal zum Ausführen der Positionierungssteuerung derart erzeugt, dass das Positionsbefehlssignal und eine Maschinenposition miteinander koinzidieren; eine zweite Servosteuervorrichtung, die, basierend auf der Betriebsbedingungsinformation, die aus der begrenzten Beschleunigung der Maschine und der Bewegungsdistanz der Maschine bei der Positionierungssteuerung konfiguriert ist, ein Positionsbefehlssignal so erzeugt, dass ein Endwert die Bewegungsdistanz ist, und das Befehlsbeschleunigungssignal, das ein Ableitungssignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der begrenzten Beschleunigung ist, welche ein Signal erzeugt, bei dem Komponenten der Restvibrationen, die in der Positionierungssteuerung der Maschine erzeugt werden, entfernt werden aus einem Vorwärtszufuhr-Geschwindigkeitsbefehlssignal, welches durch Durchführen einer Ableitung erster Ordnung an einem Signal erhalten wird, welches durch Hindurchführen des Positionsbefehlssignals durch einen Tiefpass-Charakteristik-Filter erhalten wird, oder aus einem Vorwärtszufuhr-Drehmomentbefehlssignal, welches durch Durchführen einer Ableitung zweiter Ordnung an einem Signal erhalten wird, welches durch Durchleiten des Positionsbefehlssignals durch einen Tiefpass-Charakteristik-Filter und durch Multiplizieren damit eines sich ergebenden Signals mit einem Verstärkungselement, welches durch die Gesamtträgheit der Maschine festgelegt wird, erhalten wird, und welche, basierend auf dem Signal, in dem die Komponenten der Restvibrationen entfernt sind, und dem Detektionspositionssignal, ein zweites Drehmomentbefehlssignal zum Ausführen der Positionierungssteuerung erzeugt; eine Restvibrationsinformations-Eingabeeinheit, die Restvibrationsinformationen speichert, die durch Messen von Restvibrationsinformationen der Maschine erhalten werden, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung zuvor durchgeführt wird, unter Verwendung der ersten Steuervorrichtung unter beliebigen Betriebsbedingungen; eine Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit, welche, basierend auf den Restvibrationsinformationen und den Betriebsbedingungsinformationen, eine Amplitude von Restvibrationen der Maschine vorhersagt, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird; eine Erlaubt-Positionierungsfehler-Eingabeeinheit, die einen erlaubten Wert einer Differenz zwischen der Bewegungsdistanz der Maschine, die ein Ziel der Positionierungssteuerung ist, und einer detektierten Position der Maschine zum Zeitpunkt, wenn die Positionierungssteuerung beendet wird, als einen Erlaubt-Positionierungsfehler speichert; eine Servosteuervorrichtungs-Auswahleinheit, die eine bei der Positionierungssteuerung für jede der Betriebsbedingungen verwendete Servosteuervorrichtung so auswählt, dass in einem Fall, bei dem der durch die Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit vorhergesagte Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert den Erlaubt-Positionierungsfehler übersteigt, die Positionierungssteuerung an der Maschine unter Verwendung der zweiten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird, und in einem Fall, bei dem der Restvibrationsamplituden-Vorhersagewert gleich oder kleiner dem Erlaubt-Positionierungsfehler ist, die Positionierungssteuerung an der Maschine unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung ausgeführt wird; und eine Stromsteuervorrichtung, die einen an einen Motor, der die Maschine antreibt, zu liefernden Strom steuert, basierend auf dem Drehmomentbefehlssignal, das aus der Servosteuervorrichtung ausgegeben wird, die durch die Servosteuerungs-Auswahleinheit ausgewählt wird.
  3. Positionierungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Erzeugung des Positionsbefehlssignals, basierend auf der Betriebsbedingungsinformation, die aus der Bewegungsdistanz der Maschine bei der Positionierungssteuerung und der beschränkten Beschleunigung der Maschine besteht, so dass der Endwert die Bewegungsdistanz ist, und das Befehlsbeschleunigungssignal, welches das Ableitungssignal zweiter Ordnung ist, gleich oder kleiner der beschränkten Beschleunigung ist, die zweite Servosteuervorrichtung das durch die erste Servosteuervorrichtung erzeugte Positionsbefehlssignal empfängt und das Positionsbefehlssignal in einer Berechnung zum Erzeugen des zweiten Drehmomentbefehlssignals in der zweiten Servosteuervorrichtung verwendet.
  4. Positionierungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit die Amplitude von Restvibrationen der Maschine proportional zu Frequenzkomponenten entsprechend der Frequenz der Restvibrationen der Maschine des Positionsbefehlssignals in der ersten Servosteuervorrichtung vorhersagt, welches basierend auf den Restvibrationsinformationen und den Betriebsbedingungsinformationen, einem Befehlsgeschwindigkeitssignal, das eine Ableitung erster Ordnung des Positionsbefehlssignals in der ersten Servosteuervorrichtung ist, oder einem Ableitungssignal höherer Ordnung des Positionsbefehlssignals in der ersten Servosteuervorrichtung berechnet wird.
  5. Positionierungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass in einem Fall, bei dem die Frequenz der Restvibrationen der Maschine ωn ist, das Positionsbefehlssignal in der ersten Servosteuervorrichtung zur Zeit 0 gestartet wird und eine Ziel-Bewegungsdistanz zur Zeit 2t0 erreicht, und eine Form eines Befehlsgeschwindigkeitssignals v·(t), durch ein Ableitungssignal des Positionsbefehlssignals in der ersten Servosteuervorrichtung ist, um die Zeit t0 herum symmetrisch ist, die Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit eine Amplitude der Restvibrationen der Maschine proportional zu: [Ausdruck 1] ∫0 t0{cosωn(t0 – τ)}υ·(τ)dτ vorhersagt.
  6. Positionierungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall eines Befehlsgeschwindigkeitssignals, das eine Ableitung erster Ordnung des Positionsbefehlssignals in der ersten Servosteuervorrichtung ist, eine Dreieckform aufweist, die Bewegungsdistanz der Maschine D ist, ein Pegel eines Befehlsbeschleunigungssignals, das eine Ableitung zweiter Ordnung des Positionsbefehlssignals in der ersten Servosteuervorrichtung ist, A ist, und die Frequenz der Restvibrationen der Maschine ωn ist, die Restvibrationamplituden-Vorhersageeinheit eine Amplitude der Restvibrationen der Maschine proportional zu: [Ausdruck 2]
    Figure 00570001
    voraussagt.
  7. Positionierungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf einer Amplitude von Restvibrationen der Maschine, die erzeugt werden, wenn die Positionierungssteuerung unter beliebigen Betriebsbedingungen unter Verwendung der ersten Servosteuervorrichtung durchgeführt wird, wobei die Amplitude zuvor gemessen worden ist, die Restvibrationsamplituden-Vorhersageeinheit eine Amplitude von Restvibrationen der Maschine vorhersagt, die unter einer anderen Betriebsbedingung betrieben wird.
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