DE112011101670T5

DE112011101670T5 - Motorregler

Info

Publication number: DE112011101670T5
Application number: DE112011101670T
Authority: DE
Inventors: Kei Terada; Hidetoshi Ikeda; Kiyoshi Maekawa; Yuji Igarashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: JP5372249B2; TW201202878A; JPWO2011145366A1; CN102893513B; US8928267B2; US20130038265A1; TWI430062B; WO2011145366A1; KR20130030263A; DE112011101670B9; CN102893513A; DE112011101670B4; KR101354221B1

Abstract

Um einen Antriebsgegenstand stabil so zu steuern, dass er sich einem Andruckgegenstand nähert und diesen mit einer geringen Aufprallwirkung berührt, eine Schwingung zu unterdrücken, die beim Anpressen des Antriebsgegenstands an den Andruckgegenstand entsteht, und es einem Motorregler zu ermöglichen, auf Grundlage eines einfachen Befehls zu arbeiten, begrenzt ein Regressionsdrehmomentregler 102 des Motorreglers einen Drehmomentregeldrehzahlbefehl uT auf einen Drehzahlgrenzwert vlim, der auf Grundlage einer Kontaktgeschwindigkeit zwischen einem Antriebsgegenstand 201 und einem Andruckgegenstand 202 bestimmt wird, und gibt den Drehmomentregeldrehzahlbefehl uT aus, und ein Drehzahlregler 101 des Motorreglers berechnet einen Drehmomentbefehl Tu so, dass eine Motordrehzahl v den aus dem Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebenen Drehmomentregeldrehzahlbefehl uT befolgen kann.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motorregler, der einen in einer industriellen Maschine enthaltenen Motor antreibt.
Hintergrund
Als eine Art einer industriellen Maschine ist eine Kappenbefestigungsvorrichtung, ein elektrischer Schraubendreher oder eine Formgebungsmaschine bekannt, die einen Antriebsgegenstand zu einer vorbestimmten Position bewegt und dann den Antriebsgegenstand mit einem gewünschten Druck gegen einen Andruckgegenstand presst. Für eine industrielle Maschine dieser Art wird oftmals ein Motorregelungsverfahren übernommen, bei dem eine Positionsregelung durchgeführt wird, um die Drehposition eines Motors, wenn sich der Antriebsgegenstand bewegt, einen Positionsbefehl befolgen zu lassen, und um die Positionsregelung zu einer Optimalwertdrehmomentregelung umzuschalten, um den Motor direkt ein Sollreferenzdrehmoment erzeugen zu lassen.
Ein solches Motorregelungsverfahren des Umschaltens zwischen der Positionsregelung und der Optimalwertdrehmomentregelung wirft die folgenden Probleme auf. Wenn das Regelungsverfahren einfach von einer Regelung zur anderen wechselt, erzeugt die unstete Veränderung in einem Drehmoment während des Umschaltens eine Aufprallwirkung und eine Schwingung oder verursacht einen übermäßigen Anstieg bei einer Motordrehzahl.
Um diese Probleme zu lösen, offenbart beispielsweise Patentschrift 1 ein technisches Verfahren, zwischen einer Positions-/Drehzahlregelung unter Verwendung eines Positionsbefehls oder eines Drehzahlbefehls und der Optimalwertdrehmomentregelung unter Verwendung eines Referenzdrehmoments auf Grundlage eines von außen eingegebenen Schaltsignals umzuschalten. Gemäß diesem technischen Verfahren wird, wenn die Motordrehzahl nach dem Umschalten in der Drehmomentregelung einen Drehzahlgrenzwert überschreitet, die Drehzahlregelung auf Grundlage des Drehzahlgrenzwerts ausgeführt, um zu verhindern, dass die Motordrehzahl zunimmt. Darüber hinaus wird die Optimalwertdrehmomentregelung wieder durchgeführt, wenn die Motordrehzahl wieder zurück in den Rahmen der Drehzahlgrenze fällt. Ferner kann eine angemessene Einstellung des Werts eines in einer Drehzahlregelung enthaltenen Integrators während des Umschaltens eine Drehmomentkontinuität sicherstellen.
Patentschrift 2 offenbart ein technisches Verfahren, einen gewünschten Betrieb durchzuführen, indem ein Anlegedruckschätzwert rückgemeldet wird, anstatt einen Anlegedrucksensor in einer Robotersteuerung wie etwa einer Punktschweißrobotersteuerung zu verwenden. Speziell umfasst gemäß diesem technischen Verfahren eine Steuervorrichtung einen Störungsschätzungsbeobachter, der ein Störungsdrehmoment gegen einen Motor ausgehend von einem Drehmoment (einem Strom) und einer Motordrehzahl schätzt, und eine Drehzahlregelung (eine Drehzahlschleifenverarbeitungseinheit). In einer Drehmomentregelungsbetriebsart (einer Anlegedruckregelungsbetriebsart) meldet die Regelung eine Abweichung zwischen einem Referenzdrehmoment (einem durch einen Anlegedruckbefehl umgewandelten Drehmoment) und einem geschätzten Störungsdrehmoment zurück. Das geschätzte Störungsdrehmoment wird aus dem Störungsschätzungsbeobachter für einen Drehzahlbefehl ausgegeben. Darüber hinaus presst die Robotersteuerung einen Antriebsgegenstand in einem Zustand einer Positionsregelungsbetriebsart des Ausführens einer gewöhnlichen Positionsregelung gegen einen Andruckgegenstand, bestimmt einen Zeitpunkt, zu dem das geschätzte Störungsdrehmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet, und schaltet die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart um, die oben beschrieben wurden.
Anführungsliste
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2009-141987 Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2000-141262

Zusammenfassung
Technisches Problem
Jedoch wirft das in der Patentschrift 1 offenbarte technische Verfahren die folgenden Probleme auf. In einem Fall, bei dem die Positions-/Drehzahlregelung zu einem Zeitpunkt zur Drehmomentregelung umschaltet, zu dem der Antriebsgegenstand den Andruckgegenstand nicht berührt, schaltet die Drehzahlregelung, wenn die Motordrehzahl näher am Drehzahlgrenzwert liegt, häufig zwischen EIN und AUS um, was im Ergebnis ein instabiles Verhalten bedeutet. Darüber hinaus wird, wenn der Antriebsgegenstand sich an den Andruckgegenstand presst, eine vom Andruckgegenstand ausgehende Reaktionskraft zu einer Störung und bringt manchmal den Motor zum Schwingen. Allerdings ist es mit dem technischen Verfahren der Patentschrift 1 möglich, die erzeugte Schwingung zu unterdrücken, weil das Drehmoment einfach optimalwertgeregelt wird.
Ferner muss gemäß dem technischen Verfahren der Patentschrift 2 ein Befehlsgeber für die Regelungsvorrichtung einen Positionsbefehl auf Grundlage einer detaillierten Berechnung erzeugen, um den Antriebsgegenstand den Andruckgegenstand, ohne den Andruckgegenstand übermäßig mit einer Aufprallwirkung zu beaufschlagen, durch einen Betrieb in der Positionsregelungsbetriebsart berühren zu lassen, und um den Anlegedruck so zu erzeugen, dass er nach der der Berührung gleich dem vorbestimmten oder höher als der vorbestimmte Druck ist. Darüber hinaus ist es notwendig, zu bestimmen, ob das Umschalten unter Verwendung des geschätzten Störungsdrehmoments, das eine spezielle Variable für eine gewöhnliche Positionsregelung o. dgl. ist, während des Umschaltens zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart erfolgen soll. Eine solche Funktion auf den einfachen Befehlsgeber, der zur einfachen Positionierung o. dgl. verwendet wird, anzuwenden, ist vom Standpunkt der Entwicklungskosten o. dgl. her unrealistisch.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme erzielt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motorregler bereitzustellen, der einen Antriebsgegenstand stabil so steuern kann, dass er sich einem Andruckgegenstand nähert und diesen mit einer geringen Aufprallwirkung berührt, und der eine Schwingung unterdrücken kann, die erzeugt wird, wenn sich der Antriebsgegenstand an den Andruckgegenstand presst. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorregler bereitzustellen, der auf Grundlage eines einfachen Befehls arbeitet.
Lösung für das Problem
Um die vorstehenden Probleme zu lösen und eine Aufgabe zu erfüllen, wird ein Motorregler gemäß der vorliegenden Erfindung zum Regeln eines Motors bereitgestellt, der einen Antriebsgegenstand so antreibt, dass der Antriebsgegenstand gegen einen Andruckgegenstand gepresst wird, und zwar mit einem Druck, der einem Referenzdrehmoment entspricht, wobei der Motorregler umfasst: einen Drehzahlregler, der einen Drehmomentbefehl für den Motor und ein Regressionsdrehmoment berechnet, um den Drehmomentbefehl auf Grundlage eines erfassten Drehzahlwerts des Motors auszugleichen; und einen Regressionsdrehmomentregler, der einen ersten Drehzahlbefehl berechnet, der einer Abweichung zwischen dem Referenzdrehmoment und dem durch den Drehzahlregler berechneten Regressionsdrehmoment entspricht, wobei der Regressionsdrehmomentregler den berechneten ersten Drehzahlbefehl auf einen gewünschten Drehzahlgrenzwert begrenzt, der auf Grundlage einer Kontaktgeschwindigkeit zwischen dem Antriebsgegenstand und dem Andruckgegenstand berechnet wird, und den ersten Drehzahlbefehl ausgibt, und wobei der Drehzahlregler den Drehmomentbefehl so berechnet, dass der erfasste Drehzahlwert den aus dem Regressionsdrehmomentregler ausgegebenen ersten Drehzahlbefehl befolgt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Motorregler die Drehzahlregelung, unter der ein Drehzahlgrenzwert ein Drehzahlbefehl ist, anstatt einen Motor ein Referenzdrehmoment erzeugen zu lassen, bis ein Antriebsgegenstand einen Andruckgegenstand berührt, automatisch ausführen, so dass die Motorregelung den Antriebsgegenstand stabil so steuern kann, dass er sich dem Andruckgegenstand nähert und den Andruckgegenstand mit einer geringen Aufprallwirkung berührt. Nachdem der Antriebsgegenstand den Andruckgegenstand berührt hat, steuert der Motorregler den Motor darüber hinaus so, dass das Referenzdrehmoment erzeugt und dabei der erfasste Drehzahlwert rückgemeldet wird. Deshalb ist es möglich, eine Schwingung zu unterdrücken, die beim Andruck an den Andruckgegenstand entsteht. Ferner steuert der Motorregler den Antriebsgegenstand so, dass er sich zu einer Position bewegt, an der der Antriebsgegenstand den Andruckgegenstand berührt, und dann den Andruckgegenstand berührt und sich dann an diesen presst, indem nur das Referenzdrehmoment aus dem Befehlsgeber in den Motorregler eingegeben wird. Deshalb kann der Motorregler einen Betrieb auf Grundlage eines einfachen Befehls ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein erläuterndes Schema eines Beispiels einer Anbindung eines Motorreglers gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein erläuterndes Schema einer Auslegung des Motorreglers.
3 ist ein erläuterndes Schema einer Auslegung eines Regressionsdrehmomentreglers gemäß der ersten Ausführungsform.
4 stellt Kurven zur Erläuterung eines durch den Motorregler gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführten Betriebs dar.
5 stellt eine Auslegung eines Motorreglers dar, der nur in einer Drehmomentregelungsbetriebsart betrieben wird.
6 stellt eine Auslegung eines Motorreglers gemäß einer zweiten Ausführungsform dar.
7 stellt eine Auslegung eines Motorreglers gemäß einer dritten Ausführungsform dar.
8 stellt eine Auslegung eines Regressionsdrehmomentreglers gemäß der dritten Ausführungsform dar.
9 stellt Kurven zur Erläuterung eines durch den Motorregler gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführten Betriebs dar.
10 stellt eine Auslegung eines Motorreglers gemäß einer vierten Ausführungsform dar.
11 stellt eine Auslegung eines Regressionsdrehmomentreglers gemäß der vierten Ausführungsform dar.
12 stellt ein Auslegungsbeispiel eines Drehzahlreglers gemäß der vierten Ausführungsform dar.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen eines Motorreglers gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung regelt ein Motorregler einen Motor so, dass er einen Antriebsgegenstand antreibt und den Antriebsgegenstand mit einem gewünschten Druck gegen einen Andruckgegenstand presst. Als ein Beispiel wird ein Fall beschrieben, in dem der Motorregler auf ein Formgebungssystem angewendet wird, das ein Formgebungsziel presst und zwischen dem Antriebsgegenstand und dem Andruckgegenstand formt. 1 ist ein erläuterndes Schema eines Beispiels einer Anbindung des Motorreglers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Formgebungssystem einen Antriebsgegenstand 201 und einen Andruckgegenstand 202, der in einer Fahrtrichtung des Antriebsgegenstands 201 vorgesehen ist. Der Formungsgegenstand wird so angeordnet, dass er den Andruckgegenstand 202 berührt und sich durch den gegen den Andruckgegenstand 202 gepressten Antriebsgegenstand 201 verformt und gestaltet wird. Der Antriebsgegenstand 201 wird gegen den Andruckgegenstand 202 gepresst, wenn ein Motor 203 eine Struktur wie etwa einen Kugelgewindeantrieb antreibt.
Ein Stromregler 205 erzeugt einen effektiven Strom I, der dem Motor 203 auf Grundlage eines Drehmomentbefehls T_u zugeführt werden soll. Der Motor 203 läuft mit einem Drehmoment, das auf dem Drehmomentbefehl T_u beruht, wenn der effektive Strom I zum Motor 203 fließt, und treibt den Antriebsgegenstand 201 an. Darüber hinaus ist ein Detektor 204, der eine Drehposition des Motors 203 erfasst, am Motor 203 angebracht, und der Detektor 204 gibt einen erfassten Motorbetriebswert (Positionserfassungswert) y aus, der einen Drehwinkel o. dgl. des Motors 203 darstellt.
Ein Referenzbefehl (ein Positionsbefehl) y_ref, ein Referenzdrehmoment T_ref und ein Schaltsignal sw werden ausgehend von einem Befehlsgeber 200 in einen Motorregler 100 eingegeben. Der Motorregler 100 schaltet Betriebsarten zwischen einer Positionsregelungsbetriebsart und einer Drehmomentregelungsbetriebsart auf Grundlage des Schaltsignals sw um. In der Positionsregelungsbetriebsart wird der Drehmomentbefehl T_u so erzeugt, dass der erfasste Motorbetriebswert y den Referenzbefehl y_ref befolgen kann. In der Drehmomentregelungsbetriebsart wird der Drehmomentbefehl T_u erzeugt, um den Antriebsgegenstand 201 mit dem Referenzdrehmoment T_ref gegen den Andruckgegenstand 202 zu pressen. Es wird beschrieben, dass der Befehlsgeber 200 den Motorregler 100 anweist, eine Positionsregelung durchzuführen, wenn der Antriebsgegenstand 201 angetrieben wird, um sich von einer Position A, die als eine Ausgangsposition angenommen wird, zu einer Position B vor einer Position C zu bewegen, an der der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 (um genau zu sein, ein Formgebungsziel) berührt, und den Motorregler 100 anweist, eine Drehmomentregelung an und nach der Position B durchzuführen. In den folgenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, dass das Konzept des Andruckgegenstands 202 das Formgebungsziel beinhaltet.
2 ist ein erläuterndes Schema einer Auslegung des Motorreglers 100. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Motorregler 100 einen Drehzahlregler 101, einen Regressionsdrehmomentregler 102, einen Drehmomentsignalsubtrahierer 103, eine Drehzahlberechnungseinheit 104, einen Positionsregler 105 und eine Steuerschalteinheit 106.
Der Referenzbefehl y_ref, der ausgehend vom Befehlsgeber 200 eingegeben wird, und der Motorbetriebswert y, der durch den Detektor 204 erfasst wird, werden in den Positionsregler 105 eingegeben. Der Positionsregler 105 berechnet einen Positionsregeldrehzahlbefehl (zweiten Drehzahlbefehl) u_pv so, dass der erfasste Motorbetriebswert y den Referenzbefehl y_ref befolgen kann. Wenn zum Beispiel der Positionsregler 105 ein P-Regelung ausführt, führt der Positionsregler 105 eine wie durch eine Gleichung (1) ausgedrückte Berechnung aus, worin K_p eine Positionsverstärkung angibt, und gibt ein Ergebnis der Berechnung als den Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv aus. u_pv = K_p(y_ref – y) (1)
Der Positionsregler 105 gibt den erhaltenen Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv an die Steuerschalteinheit 106 aus.
Die Drehzahlberechnungseinheit 104 führt einen Differenzprozess, einen Filterprozess o. dgl. an dem durch den Detektor 204 erfassten Motorbetriebswert y durch, wodurch eine Motordrehzahl v berechnet wird. Die Drehzahlberechnungseinheit 104 gibt die berechnete Motordrehzahl v an den Drehzahlregler 101 aus.
Der Drehzahlregler 101 berechnet den Drehmomentbefehl T_u so, dass die aus der Drehzahlberechnungseinheit 104 eingegebene Motordrehzahl v gleich einem Drehzahlbefehl u werden kann, der von der (später noch zu beschreibenden) Steuerschalteinheit 106 eingegeben wird. Der Drehzahlregler 101 gibt den berechneten Drehmomentbefehl T_u an den Stromregler 205 aus. Darüber hinaus berechnet der Drehzahlregler 101 ein Regressionsdrehmomentsignal T_t, von dem ein Beharrungszustandswert dem Drehmomentbefehl T_u gleichkommt, und gibt das berechnete Regressionsdrehmomentsignal T_t an den Drehmomentsignalsubtrahierer 103 aus.
Beispielsweise führt der Drehmomentregler 101 eine Berechnung durch eine Kombination aus einer PI-Regelung und einem Filter aus, wie durch eine Gleichung (2) ausgedrückt wird, und berechnet den Drehmomentbefehl T_u. T_u = H(s)·K_v·{(s + K_i)/s}·(u – v) (2)
In der Gleichung (2) gibt s einen Laplace-Operator an, K_v gibt eine P-Verstärkung an, und K_i gibt eine Drehzahl-I-Verstärkung an. Ein Filter H(s) entfernt vorbestimmte Frequenzkomponenten in einer höheren Frequenz als einem Steuerband, das durch eine Steuerverstärkung des Drehzahlreglers 101 bestimmt ist. Das Filter H(s) ermöglicht es dem erfassten Motorbetriebswert y, den Referenzbefehl y_ref prompt zu befolgen, indem eine Stabilität einer Drehzahlrückkopplungsschleife verbessert wird, die die Motordrehzahl v unter Verwendung eines „Tiefpassfilter” oder „Kerbfilter” genannten Elements rückmeldet, und indem Verstärkungen des Drehzahlreglers 101 und des Positionsreglers 105 hoch eingestellt werden. Deshalb ist das Filter H(s) für eine Verbesserung im Ansprechen eines Steuersystems in einer gewöhnlichen Drehzahlregelung wesentlich und stellt dem Steuersystem situationsabhängig komplizierte Eigenschaften bereit.
Beispielsweise führt der Drehzahlregler 101 auf Grundlage der PI-Regelung eine Berechnung aus, wie sie durch eine Gleichung (3) ausgedrückt ist, und berechnet das Regressionsdrehmomentsignal T_t. T_t = K_v·{(s + K_i)/s}·(u – v) (3)
Gemäß den Gleichungen (2) und (3) gilt ein durch die folgende Gleichung (4) ausgedrücktes Verhältnis zwischen dem Drehmomentbefehl T_u und dem Regressionsdrehmomentsignal T_t. T_u = H(s)·T_t (4)
Das Filter H(s) soll, wie vorstehend beschrieben, die vorbestimmten Frequenzkomponenten entfernen, und eine Beharrungszustandsverstärkung |H(0)| ist auf 0 dB eingestellt, um die Beharrungszustandswerte des Drehmomentbefehls T_u und des Regressionsdrehmomentsignals T_t gleich auszulegen. Es reicht aus, dass der Drehzahlregler 101 das Regressionsdrehmomentsignal T_t unter Verwendung der Gleichung (3) berechnet, und den Drehmomentbefehl T_u unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet, indem das Regressionsdrehmomentsignal T_t der Gleichung (4) zugeschrieben wird.
Der Drehmomentsignalsubtrahierer 103 berechnet eine Differenz zwischen dem durch den Drehzahlregler 101 berechneten Regressionsdrehmomentsignal T_t und dem Referenzdrehmoment T_ref (siehe die folgende Gleichung (5)). Der Drehmomentsignalsubtrahierer 103 gibt die erhaltene Differenz an den Regressionsdrehmomentregler 102 als Drehmomentsignalabweichung e_T aus. e_T = T_ref – T_t (5)
Der Regressionsdrehmomentregler 102 berechnet einen Drehmomentregeldrehzahlbefehl (ersten Drehzahlbefehl) u_T, der der Steuerschalteinheit 106 zugeführt werden soll, auf Grundlage der Drehmomentsignalabweichung e_T. 3 ist ein erläuterndes Schema einer Auslegung des Regressionsdrehmomentreglers 102.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Regressionsdrehmomentregler 102 eine Drehmomentsignalverstärkung 111 und einen Drehmomentsignalbegrenzer 112. Die Drehmomentsignalverstärkung 111 multipliziert die Drehmomentsignalabweichung e_T mit einer Konstanten (W_x) und gibt ein Multiplikationsergebnis an den Drehmomentsignalbegrenzer 112 aus. Der Drehmomentsignalbegrenzer 112 begrenzt eine Größe (einen Absolutwert) des Ausgangs aus der Drehmomentsignalverstärkung 111 so, dass sie gleich einer oder kleiner als eine vorbestimmte Größe (einem Drehzahlgrenzwert) ist, und gibt ein Ergebnis der Begrenzung als den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T aus.
Das heißt, wenn der Drehzahlgrenzwert als vlim ausgedrückt wird, wird der aus dem Drehmomentsignalbegrenzer 112 ausgegebene Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T gemäß einer Gleichung (6) berechnet. u_T = W_x·e_T wenn |W_x·e_T| < vlim u_T = vlim wenn |W_x·e_T| ≥ vlim (6)
Bei dem Drehzahlgrenzwert vlim handelt es sich um eine Drehzahl, bei der kein versehentlicher Schaden am Antriebsgegenstand 201 und Andruckgegenstand 202 auftritt, wenn der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt. Hier wird davon ausgegangen, dass der Drehzahlgrenzwert vlim kleiner ist als |W_x·T_ref|.
Der aus dem Positionsregler 105 ausgegebene Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv, der aus dem Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebene Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T und das Schaltsignal sw werden in die Steuerschalteinheit 106 eingegeben. Die Steuerschalteinheit 106 gibt den Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv als Drehzahlbefehl u an den Drehzahlregler 101 aus, wenn der Befehlsgeber 200 die Positionsregelungsbetriebsart durch das Schaltsignal sw auswählt, und gibt den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T als Drehzahlbefehl u an den Drehzahlregler 101 aus, wenn der Befehlsgeber 200 die Drehmomentregelungsbetriebsart auswählt.
Als Nächstes wird ein Betrieb erläutert, der durch den Motorregler 100 durchgeführt wird. 4 stellt Kurven zur Erläuterung eines durch den Motorregler 100 durchgeführten Betriebs dar. 4(a) stellt einen Übergang einer Motordrehposition, d. h. den erfassten Motorbetriebswert y dar. A, B und C, die auf einer vertikalen Achse dargestellt sind, entsprechen der Position A (einem Punkt A), der Position B (einem Punkt B) bzw. der Position C (einem Punkt C), die in 2 gezeigt sind. Speziell stellt die Position A die Ausgangsposition des Antriebsgegenstands 201 dar, die Position B stellt den Punkt dar, an dem der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, und die Position C stellt den Punkt dar, an dem der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt. Darüber hinaus stellen a, b und c, die auf einer horizontalen Achse dargestellt sind, einen Zeitpunkt dar, zu dem der Antriebsgegenstand 201 den Punkt A, den Punkt B bzw. den Punkt C erreicht. 4(b) ist ein Kurve eines Übergangs der Motordrehzahl v, und 4(c) ist eine Kurve eines Übergangs des Drehmomentbefehls T_u.
Ein durch den Motorregler 100 durchgeführter Betrieb wird erläutert und dabei separat auf einen Fall, in dem der Befehlsgeber 200 die Positionsregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw auswählt, einen Fall, in dem der Befehlsgeber 200 die Positionsregelungsbetriebsart auf die Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, und einen Fall Bezug genommen wird, in dem der Befehlsgeber 200 die Drehmomentregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw auswählt.
Wenn der Motorregler 100 in der Positionsregelungsbetriebsart arbeitet, d. h. während der Befehlsgeber 200 die Positionsregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw auswählt, gibt die Steuerschalteinheit 106 den Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv als Drehzahlbefehl u aus. Das heißt, während der Befehlsgeber 200 die Positionsregelungsbetriebsart als das Schaltsignal sw auswählt, wird die folgende Gleichung 7 aufgestellt. u = u_pv (7)
Deshalb führt der Motorregler 100 die Positionsregelung über einen Zeitraum von einem Zeitpunkt a bis zu einem Zeitpunkt b aus (bis der erfasste Motorbetriebswert y den Punkt B ausgehend vom Punkt A erreicht), und der Antriebsgegenstand 201 am Punkt B anhält.
Wenn der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, schaltet die Steuerschalteinheit 106 den Drehzahlbefehl u vom Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv auf den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T um.
Wenn der Befehlsgeber 200 von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, hält der Antriebsgegenstand 201 im Wesentlichen am Punkt B an, so dass der Drehmomentbefehl T_u gleich dem Regressionsdrehmomentsignal T_t ist. Deshalb ist die durch den Drehmomentsignalsubtrahierer 103 berechnete Drehmomentsignalabweichung e_T gleich dem Referenzdrehmoment T_ref, und das Referenzdrehmoment T_ref wird in den Regressionsdrehmomentregler 102 eingegeben. Darüber hinaus gibt die Drehmomentsignalverstärkung 111 W_x·R_ref aus.
Wenn der Regressionsdrehmomentregler 102 den Drehmomentsignalbegrenzer 112 nicht beinhaltet und W_x·R_ref als Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T ausgibt, nimmt die Größenordnung des Drehzahlbefehls u plötzlich zu, und die Motordrehzahl nimmt genau nachdem das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umgeschaltet wird, plötzlich zu. Weil andererseits in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Drehzahlgrenzwert vlim so eingestellt wird, dass er kleiner als |W_x·T_ref| ist, wirkt der Drehmomentsignalbegrenzer 112 so, dass er den aus dem Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebenen Drehzahlregeldrehzahlbefehl u_T auf den Drehzahlgrenzwert vlim begrenzt, wenn die Regelungsbetriebsart auf die Drehmomentregelungsbetriebsart umgeschaltet wird. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass die Größenordnung des Drehzahlbefehls u genau nachdem der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, plötzlich zunimmt.
Während der Befehlsgeber 200 die Drehmomentregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw auswählt, gibt die Steuerschalteinheit 106 den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T als Drehzahlbefehl u an den Drehzahlregler 101 aus, wie durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt wird. u = u_T (8)
Das heißt, solange die Drehmomentregelungsbetriebsart ausgewählt ist, wird der aus dem Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebene Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T in den Drehzahlregler 101 eingegeben. Deshalb befolgt die Motordrehzahl v den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T.
In diesem Fall arbeitet der Motorregler 100, genau bevor der Antriebsgegenstand 201 ausgehend vom Punkt B den Punkt C erreicht, in der Drehmomentregelungsbetriebsart, aber der Antriebsgegenstand 201 berührt den Andruckgegenstand 202 nicht. Entsprechend arbeitet der Motorregler 100 in einem Zustand in der Drehmomentregelungsbetriebsart, in dem über einen Zeitraum ab dem Punkt B bis zum Punkt C keine Reaktionskraft ausgehend vom Andruckgegenstand 202 vorliegt. Deshalb führt der Motorregler 100 eine zur Drehzahl-PI-Regelung äquivalente Regelung durch, unter der der Drehzahlgrenzwert vlim der Drehzahlbefehl u ist, weil der aus dem Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebene Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T vor dem Punkt C gleich dem Drehzahlgrenzwert vlim ist. Im Ergebnis beschleunigt sich die Motordrehzahl v auf den Drehzahlgrenzwert vlim glatt vom Punkt B zum Punkt C.
Auf diese Weise erzeugt der Motorregler 100 beim Betrieb in der Drehmomentregelungsbetriebsart den Drehzahlbefehl u, dessen Größenordnung auf den Drehzahlgrenzwert vlim begrenzt ist. Deshalb ist es selbst dann, wenn die Positionsregelungsbetriebsart versehentlich zur Drehmomentregelungsbetriebsart in einem Zustand umgeschaltet wird, in dem der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 nicht berührt, möglich, zu verhindern, dass die Motordrehzahl übermäßig zunimmt. Darüber hinaus führt der Motorregler 100 die Drehzahlregelung, um die Motordrehzahl gleich dem Drehzahlgrenzwert vlim auszulegen, bis der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt, durch. Deshalb ist es möglich, den Antriebsgegenstand 201 langsam und stetig zu bewegen, bis der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 ohne Instabilität berührt, und es dem Antriebsgegenstand 201 möglich ist, den Andruckgegenstand mit einer geringen Aufprallwirkung zu berühren. Dies kann verhindern, dass der Antriebsgegenstand 201 und der Andruckgegenstand 202 zu Bruch gehen. Ein Betrieb, um den Antriebsgegenstand 201 langsam zu der Position zu bewegen, an der der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt, wird auch als „Kriechbetrieb” bezeichnet.
Nach dem Kriechbetrieb wird, wenn der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 am Punkt C berührt, die vom Andruckgegenstand 202 ausgehende Reaktionskraft an den Motor 203 angelegt. Dementsprechend sinkt die Motordrehzahl v, die Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl u und der Motordrehzahl v nimmt zu, und der Ausgang aus dem Drehzahlregler 101 nimmt in der Größenordnung zu, so dass Größenordnungen des Drehmomentbefehls T_u und des Regressionsdrehmomentsignals T_t entsprechend einer Zunahme bei der Reaktionskraft zunehmen. Wenn die Größenordnung des Regressionsdrehmomentsignals T_t zunimmt, nimmt die Drehmomentsignalabweichung e_T ab, bei der es sich um die Differenz zwischen dem Referenzdrehmoment T_ref und dem Regressionsdrehmomentsignal T_t handelt. Der aus der Drehmomentsignalverstärkung 111 ausgegebene Absolutwert |W_x·(T_ref·T_t)| nimmt ab und sinkt schließlich unter den Drehzahlgrenzwert vlim. Der Motorregler 100 treibt den Antriebsgegenstand 201 durch die Drehzahl-PI-Regelung an, unter der der Drehzahlgrenzwert vlim der Drehzahlbefehl u ist, der Antriebsgegenstand 201 presst sich an das Formgebungsziel, und das Formgebungsziel wird geformt, bis der Absolutwert |W_x·(T_ref – T_t)| unter den Drehzahlgrenzwert vlim sinkt.
Wenn der aus der Drehmomentsignalverstärkung 111 ausgegebene Absolutwert unter den Drehzahlgrenzwert vlim sinkt, wird die vom Regressionsdrehmomentregler 102 ausgehende Rückkopplung aktiviert, und der Motorregler 100 beaufschlagt den Andruckgegenstand 202 mit Druck, so dass das Regressionsdrehmomentsignal T_t dem Referenzdrehmoment T_ref gleichkommt. Wenn der Motorregler 100 den Andruckgegenstand 202 weiter mit Druck beaufschlagt, nimmt die vom Andruckgegenstand 202 ausgehende Reaktionskraft weiter zu und der Drehmomentbefehl T_u oder das Regressionsdrehmomentsignal T_t kommt schließlich dem Referenzdrehmoment T_ref gleich. Wenn das Regressionsdrehmomentsignal T_t gleich dem Referenzdrehmoment T_ref ist, wird die Drehmomentsignalabweichung e_T zu 0 wie auch der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T zu 0 wird. Im Ergebnis wird auch der Drehzahlbefehl u zu 0, und der Motor 203 stoppt an dem Punkt, an dem das Referenzdrehmoment T_ref gleich dem Regressionsdrehmomentsignal T_t ist. Weil sich der Drehmomentbefehl T_u und das Regressionsdrehmomentsignal T_t in einem Verhältnis befinden, in dem deren Beharrungszustandswerte einander gleich sind, kommt auch der Drehmomentbefehl T_u dem Referenzdrehmoment T_ref gleich. Durch den vorstehenden Betriebsablauf stoppt der Motor 203 an dem Punkt, an dem der Drehmomentbefehl T_u, das Regressionsdrehmomentsignal T_t und das Referenzdrehmoment T_ref schließlich einander gleich sind.
Wie vorstehend beschrieben, führt der Motorregler 100 den Betrieb durch und schaltet dabei zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart um. Alternativ kann ein Motorregler wie ein in 5 gezeigter Motorregler 300 so ausgelegt sein, dass der Positionsregler 105 und die Steuerschalteinheit 106 vom Motorregler 100 ausgeschlossen sind, und kann nur in der Drehmomentregelungsbetriebsart auf Grundlage des Referenzdrehmoments T_ref vom Befehlsgeber 200 arbeiten. In diesem Fall vollzieht der Antriebsgegenstand 201 den Kriechbetrieb von der Position A bis zur Position C.
Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Motorregler 100 so ausgelegt, dass er den Drehzahlregler 101, der den Drehmomentbefehl T_u für den Motor 203 und den Regressionsdrehmomentbefehl T_t zum Ausgleichen des Drehmomentbefehls T_u auf Grundlage der Drehzahl v des Motors 203 berechnet, und den Regressionsdrehmomentregler 102 umfasst, der den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf Grundlage der Abweichung e_T zwischen dem Referenzdrehmoment T_ref und dem durch den Drehzahlregler 101 berechneten Regressionsdrehmomentbefehl T_t berechnet. Der Regressionsdrehmomentregler 102 ist so ausgelegt, dass er den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf den Drehzahlgrenzwert vlim begrenzt, der auf Grundlage einer Kontaktgeschwindigkeit zwischen dem Antriebsgegenstand 201 und dem Andruckgegenstand 202 bestimmt wird, und den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T ausgibt. Der Drehzahlregler 101 ist so ausgelegt, dass er den Drehmomentbefehl T_u so berechnet, dass die Motordrehzahl v den vom Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebenen Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T befolgen kann. Deshalb kann der Motorregler 100 die Drehzahlregelung, unter der der Drehzahlgrenzwert vlim der Drehzahlbefehl ist, ohne den Motor 203 das Referenzdrehmoment T_ref erzeugen zu lassen, bis der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt, ausführen, so dass der Motorregler 100 den Antriebsgegenstand stabil so steuern kann, dass er sich dem Andruckgegenstand 202 nähert und den Andruckgegenstand 202 mit einer geringen Aufprallwirkung berührt. Darüber hinaus steuert der Motorregler 100, nachdem der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt hat, den Motor 203 so, dass das Referenzdrehmoment T_ref erzeugt und dabei die Motordrehzahl v rückgemeldet wird. Deshalb ist es möglich, eine Schwingung zu unterdrücken, die beim Andrücken an den Andruckgegenstand 202 entsteht. Darüber hinaus steuert der Motorregler 100 den Antriebsgegenstand 201 so, dass er sich zu der Position bewegt, an der der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt und den Andruckgegenstand 202 berührt und sich dann an den Andruckgegenstand 202 presst, indem nur das Referenzdrehmoment T_ref aus dem Befehlsgeber 200 in den Motorregler 100 eingegeben wird. Deshalb kann der Motorregler 100 den Betrieb auf Grundlage eines einfachen Befehls ausführen.
Es gibt einen Fall, bei dem die vom Andruckgegenstand 202 ausgehende Reaktionskraft aufgrund eines Fehlers o. dgl. des Andruckgegenstands 202 plötzlich nachlässt. Das plötzliche Nachlassen der vom Andruckgegenstand 202 ausgehenden Reaktionskraft bewirkt eine plötzliche Abnahme des Regressionsdrehmomentsignals T_t und eine Zunahme bei dem aus der Drehmomentsignalverstärkung 111 ausgegebenen W_x·(T_ref – T_t). Nichtsdestoweniger ist es selbst bei der plötzlichen Zunahme bei dem aus der Drehmomentsignalverstärkung 111 ausgegebenen W_x·(T_ref – T_t) möglich, zu verhindern, dass der Motor 203 plötzlich beschleunigt und die Motordrehzahl v übermäßig ansteigt, weil der Regressionsdrehmomentregler 102 den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T ausgibt und dabei der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf den Drehzahlgrenzwert vlim begrenzt wird.
Darüber hinaus ist der Motorregler 100 so ausgelegt, dass er noch den Positionsregler 105, der den Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv auf Grundlage des Referenzbefehls y_ref und des erfassten Motorbetriebswerts y berechnet, und die Steuerschalteinheit 106 umfasst, die den Drehzahlbefehl, der dem Drehzahlregler 101 zugeführt werden soll, zwischen dem durch den Positionsregler 105 berechneten Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv und den aus dem, Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebenen Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf Grundlage des Schaltsignals sw umschaltet. Der Drehzahlregler 101 ist so ausgelegt, dass er den Drehmomentbefehl T_u so berechnet, dass die Motordrehzahl v den durch die Steuerschalteinheit 106 ausgewählten Drehzahlbefehl u befolgen kann. Deshalb kann der Befehlsgeber 200 den Motorregler 100 anweisen, die Positionsregelung unter Verwendung des Referenzbefehls y_ref durchzuführen, bevor der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt. Ferner gibt der Regressionsdrehmomentregler 102 den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T aus und begrenzt dabei den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf den Drehzahlgrenzwert vlim. Deshalb ist es möglich, den plötzlichen Anstieg bei der Motordrehzahl v in einem Moment zu verhindern, in dem der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw aktiviert und die Betriebsarten umstellt. Darüber hinaus erzeugt der Befehlsgeber 200 den Referenzbefehl y_ref, um den Antriebsgegenstand 201 zu einer beliebigen Position zu bewegen, bevor der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt, und dann den Antriebsgegenstand 201 zu stoppen, und kann den Motorregler 100, einfach nur durch Betätigen des Schaltsignals sw zur Drehmomentregelungsbetriebsart wechseln lassen. Dies ermöglicht es dem Motorregler 100, auf Grundlage eines einfachen Befehls zu arbeiten.
In der ersten Ausführungsform drücken die Gleichungen (6) aus, dass der Drehmomentsignalbegrenzer 112 die in der Größenordnung gleichen Begrenzungen immer sowohl in einer Plus-Richtung (eine normalen Motordrehrichtung) als auch einer Minus-Richtung (einer umgekehrten Motordrehrichtung) erteilt. Alternativ kann der Drehmomentsignalbegrenzer 112 in der ersten Ausführungsform so ausgelegt sein, dass er den Drehzahlgrenzwert vlim variabel lässt oder ihn von einem höheren Regler aus online veränderbar macht. Zusätzlich kann der Drehmomentsignalbegrenzer 112 die Größenordnung nur in einer Richtung, der normalen Drehrichtung oder der umgekehrten Drehrichtung des Motors 203, begrenzen.
In der ersten Ausführungsform hat der Positionsregler 105 eine Eigenschaft der Positions-P-Regelung, und der Drehzahlregler 101 hat eine Eigenschaft der Drehzahl-PI-Regelung. Die Eigenschaften des Positionsreglers 105 und des Drehzahlreglers 101 sind nicht auf diese Eigenschaften beschränkt. Solange der Positionsregler 105 eine Regelung so ausführt, dass der Motor 203 nicht instabil arbeitet, und so, dass der erfasste Motorbetriebswert y den Referenzbefehl y_ref befolgen kann, braucht der Positionsregler 105 nicht unbedingt die Eigenschaften der Positions-P-Regelung zu haben. Zusätzlich braucht der Drehzahlregler 101, solange die Motordrehzahl v den Drehzahlbefehl u befolgt, nicht unbedingt die Eigenschaft der Drehzahl-PI-Regelung zu haben.
Der Drehmomentbefehl T_u und das Regressionsdrehmomentsignal T_t brauchen nicht unbedingt das wie durch den Ausdruck (5) ausgedrückte Verhältnis zu haben, sondern können einander gleich sein.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform schaltet der Motorregler Betriebsarten zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart um. Hingegen schaltet in der zweiten Ausführungsform ein Motorregler die Betriebsarten zwischen einer Drehzahlregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart um.
6 stellt eine Auslegung eines Motorreglers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In der vorliegenden Ausführungsform sind Bestandteile bildende, eine Eingabe und Ausgabe durchführende Elemente, die identisch zu denjenigen in der ersten Ausführungsform sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, und deren wiederholte Erklärungen werden weggelassen.
Wie in 6 gezeigt ist, werden eine externe Referenzdrehzahl v_ref, bei der es sich um einen Sollwert für die Motordrehzahl v handelt, das Schaltsignal sw zum Umschalten zwischen der Drehzahlregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart und das Referenzdrehmoment T_ref in der Drehzahlregelungsbetriebsart aus dem Befehlsgeber 200 in einen Motorregler 400 gemäß der zweiten Ausführungsform eingegeben. Darüber hinaus wird der durch den Detektor 204 erfasste Motorbetriebswert y in den Motorregler 400 eingegeben. Der Motorregler 400 arbeitet in der durch das Schaltsignal sw angeordneten Betriebsart und erzeugt den Drehmomentbefehl T_u, der dem Stromregler 205 zugeführt werden soll.
Der Motorregler 400 umfasst den Drehzahlregler 101, den Regressionsdrehmomentregler 102, die Drehmomentsignalsubtrahierer 103, die Drehzahlberechnungseinheit 104 und eine Steuerschalteinheit 401. Die Steuerschalteinheit 401 gibt den externen Referenzdrehzahlwert v_ref als Drehzahlbefehl u an den Drehzahlregler 101 aus, wenn der Befehlsgeber 200 die Drehzahlregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw auswählt, und gibt den durch den Regressionsdrehmomentregler 102 erzeugten Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T als Drehzahlbefehl u an den Drehzahlregler 101 aus, wenn der Befehlsgeber 200 die Drehmomentregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw auswählt.
Der Motorregler 400 gemäß der zweiten Ausführungsform arbeitet ähnlich dem Motorregler 100 gemäß der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Motorregler 400 ab dem Punkt A bis zum Punkt B nicht in der Positionsregelungsbetriebsart sondern in der Drehzahlregelungsbetriebsart arbeitet, und somit werden wiederholte Erklärungen weggelassen.
Auf diese Weise ist der Motorregler 400 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so ausgelegt, dass er noch die Steuerschalteinheit 401 umfasst, die den Drehzahlbefehl u, der dem Drehzahlregler 101 zugeführt werden soll, zwischen dem externen Referenzdrehzahlwert v_ref und dem vom Regressionsdrehmomentregler 102 ausgegebenen Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf Grundlage des Schaltsignals sw umschaltet. Der Drehzahlregler 101 ist so ausgelegt, dass er den Drehmomentbefehl T_u so berechnet, dass die Motordrehzahl v den durch die Steuerschalteinheit 401 ausgewählten Drehzahlbefehl u befolgen kann. Deshalb kann der Befehlsgeber 200 den Motorregler 400 anweisen, die Drehzahlregelung unter Verwendung des externen Referenzdrehzahlwerts v_ref auszuführen, bevor der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt. Darüber hinaus gibt der Regressionsdrehmomentregler 102 den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T aus und begrenzt dabei den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf den Drehzahlgrenzwert vlim. Deshalb ist es möglich, den plötzlichen Anstieg bei der Motordrehzahl v in dem Moment zu verhindern, in dem der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw aktiviert, um die Betriebsarten umzuschalten. Darüber hinaus erzeugt der Befehlsgeber 200 die externe Referenzdrehzahl v_ref, um den Antriebsgegenstand 201 zur angemessenen Position zu bewegen, bevor der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt, und dann den Antriebsgegenstand 201 zu stoppen, und kann den Motorregler 400 in die Drehmomentregelungsbetriebsart wechseln lassen, indem einfach nur das Schaltsignal sw aktiviert wird. Dies ermöglicht es dem Motorregler 400, auf Grundlage eines einfachen Befehls zu arbeiten.
In der zweiten Ausführungsform kann, während der Detektor 204 den erfassten Motorbetriebswert erfasst und die Drehzahlberechnungseinheit 104 die Motordrehzahl v auf Grundlage des erfassten Motorbetriebswerts y berechnet, ein derartiger Detektor wie etwa ein Drehmelder (resolver) verwendet werden, um die Motordrehzahl v direkt zu erfassen.
Dritte Ausführungsform
Ein Motorregler gemäß einer dritten Ausführungsform führt eine Regelung aus und schaltet dabei zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart um. 7 stellt eine Auslegung des Motorreglers gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In 7 sind Bestandteile bildende, eine Eingabe und Ausgabe durchführende Elemente, die identisch zu denjenigen in der ersten Ausführungsform sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, und deren wiederholte Erklärungen werden weggelassen.
Wie in 7 gezeigt ist, werden der Referenzbefehl y_ref, das Schaltsignal sw zum Umschalten zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart, und das Referenzdrehmoment T_ref aus dem Befehlsgeber 200 in einen Motorregler 500 eingegeben. Darüber hinaus wird aus dem Detektor 204 der erfasste Motorbetriebswert y in den Motorregler 500 eingegeben. Der Motorregler 500 arbeitet in der durch das Schaltsignal sw angeordneten Betriebsart und erzeugt den Drehmomentbefehl T_u, der dem Stromregler 205 zugeführt werden soll.
Der Motorregler 500 umfasst den Drehzahlregler 101, einen Regressionsdrehmomentregler 501, den Drehmomentsignalsubtrahierer 103, die Drehzahlberechnungseinheit 104, den Positionsregler 105, die Steuerschalteinheit 106 und eine Anfangswerteinstelleinheit 502.
Der Regressionsdrehmomentregler 501 berechnet den in die Steuerschalteinheit 106 einzugebenden Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf Grundlage der Drehmomentsignalabweichung e_T aus dem Drehmomentsignalsubtrahierer 103. 8 stellt eine Auslegung des Regressionsdrehmomentreglers 501 dar.
Wie in 8 gezeigt ist, umfasst der Regressionsdrehmomentregler 501 eine Drehmomentsignalverstärkung 511, einen Drehmomentsignalbegrenzer 512 und ein Filter 513. Die Drehmomentsignalverstärkung 511 multipliziert die Drehmomentsignalabweichung e_T mit der Konstanten (W_x) und gibt das Multiplikationsergebnis an den Drehmomentsignalbegrenzer 512 aus. Der Drehmomentsignalbegrenzer 512 begrenzt die Größenordnung (einen Absolutwert) des Ausgangs aus der Drehmomentsignalverstärkung 511 so, dass sie gleich der oder größer als die vorbestimmte Größenordnung ist, und gibt das Begrenzungsergebnis durch eine Berechnung aus, die ähnlich derjenigen ist, die durch die Gleichungen (6) ausgedrückt wird.
Ein Ausgang aus dem Drehmomentsignalbegrenzer 512 wird in das Filter 513 eingegeben, und das Filter 513 gibt den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T durch eine Berechnung aus, die durch eine Transferfunktion F(s) ausgedrückt wird. Eine Berechnung unter Verwendung von Zustandsvariablen, wie sie durch einen Integrator in einem kontinuierlichen Zeitsystem oder Schieberegister in einem diskreten Zeitsystem dargestellt werden, stellt die durch die Transferfunktion F(s) ausgedrückte Berechnung her. Indem ein Prozess zum Auffrischen dieser Zustandsvariablen zu einem gewünschten Zeitpunkt durchgeführt wird, kann ein Ergebnis der durch die Transferfunktion F(s) ausgedrückten Berechnung diskontinuierlich verändert werden. Anzumerken ist, dass eine Beharrungszustandsverstärkung |F(0)| des Filters 513 auf 1 eingestellt ist.
Der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T, der das Ergebnis der durch den Regressionsdrehmomentregler 501 ausgeführten Berechnung ist, wird durch die folgenden Gleichungen (9) ausgedrückt. u_T = F(s)·W_x·e_T wenn |W_x·e_T| < vlim u_T = F(s)·vlim wenn |W_x·e_T| ≥ vlim (9)
Der Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv und das Schaltsignal sw werden in die Anfangswerteinstelleinheit 502 eingegeben. Die Anfangswerteinstelleinheit 502 stellt die Zustandsvariablen des vorstehend beschriebenen Filters 513 so ein, dass der aus dem Filter 513 ausgegebene Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T dem Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv an einem Zeitpunkt gleichkommt, zu dem das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet.
Als Nächstes werden Eigenschaften des Motorreglers 500 in einem Fall beschrieben, in dem die Drehmomentregelungsbetriebsart als Schaltsignal sw ausgewählt und eine Bedingung |W_x·e_T| < vlim erfüllt ist. Der Einfachheit halber werden die Eigenschaften des Motorreglers 500 unter der Annahme beschrieben, dass es sich bei der Regelung des Drehzahlreglers 101 um die durch die Ausdrücke (2) und (3) ausgedrückte PI-Regelung handelt, und dass das Filter 513 Eigenschaften eines primären Tiefpassfilters hat, von dem eine Abschaltfrequenz der Drehzahlintegralverstärkung K_i gleichkommt, wie durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt ist. F(s) = K_i/(s + K_i) (10)
Indem die Gleichungen (2), (3), (5), (9) und (10) verwendet werden, werden eine Transferfunktion vom Referenzdrehmoment T_ref zum Drehmomentbefehl T_u und diejenige von der Motordrehzahl v zum Drehmomentbefehl T_u im Falle, dass |W_x·e_T| < vlim erfüllt ist, durch die folgenden Gleichungen (11) bzw. (12) ausgedrückt. T_u/T_ref = H(s)·K_v·K_i·W_x/(s + K_v·K_i·W_x) (11) T_u/v = H(s)·K_v·(s + K_i)/(s + K_v·K_i·W_x) (12)
In diesem Fall ist die durch die Gleichung 11 ausgedrückte Transferfunktion gleich 0, wenn davon ausgegangen wird, dass die Drehmomentsignalverstärkung W_x gleich 0 ist. Darüber hinaus ist die durch die Gleichung (12) ausgedrückte Transferfunktion gleich der PI-Regelung über die Motordrehzahl v. Das heißt, die Eigenschaften des Motorreglers 500 sind diejenigen der Drehzahl-PI-Regelung, wobei der Drehzahlbefehl u auf 0 eingestellt ist.
Wenn die Drehmomentsignalverstärkung W_x bis zu einer wesentlichen Unendlichkeit ansteigt (einem Höchstwert, der durch einen Regelzyklus begrenzt ist) und das Filter H(s) 1 ist, ist die durch die Gleichung (11) ausgedrückte Transferfunktion im Wesentlichen 1 und die durch die Gleichung (12) ausgedrückte ist 0. Das heißt, dies lässt den Drehmomentbefehl T_u gleich dem Referenzdrehmoment T_ref werden, und die Eigenschaften des Motorreglers 500 bestehen im Wesentlichen darin, eine Drehmomentoptimalwertregelung durchzuführen. Derartige Eigenschaften der Drehmomentregelungsbetriebsart eignen sich für einen Zweck, beispielsweise den über hohe Viskosität verfügenden und schwierig zum Schwingen zu bringenden Andruckgegenstand 202 mit einem gewünschten Druck zu pressen.
Wenn die Drehmomentsignalverstärkung W_x auf einen Zwischenwert zwischen den beiden oben gemäß den Gleichungen (11) und (12) beschriebenen Beispielen eingestellt wird, sind die Eigenschaften des Motorreglers 500 Eigenschaften der Drehzahlregelung, um den Drehmomentbefehl T_u bei einer unter derjenigen der Drehmomentsignalverstärkung W_x liegenden Frequenz gleich dem Referenzdrehmoment T_ref werden zu lassen und die Drehzahl des Motors 203 bei einer über derjenigen der Drehmomentsignalverstärkung W_x liegenden Frequenz näher an 0 liegen zu lassen. Indem der Motorregler 500 mit diesen Eigenschaften versehen wird, kann er den Antriebsgegenstand 201 stabil antreiben, um den Antriebsgegenstand 201 stetig mit einem dem Referenzdrehmoment T_ref entsprechenden Druck gegen den Andruckgegenstand 202 zu pressen und dabei eine Schwingung unterdrücken, wenn die Schwingung beim Pressen des Antriebsgegenstands 201 gegen den Andruckgegenstand 202 aufzutreten droht.
Als Nächstes wird ein durch den Motorregler 500 durchgeführter Betrieb erklärt. 9 stellt Kurven zur Erläuterung eines durch den Motorregler 500 durchgeführten Betriebs dar. 9(a), 9(b) und 9(c) stellen einen Übergang des erfassten Motorbetriebswerts y, einen Übergang der Motordrehzahl v bzw. einen Übergang des Drehmomentbefehls T_u dar. Es wird davon ausgegangen, dass der Motorregler 500 die Betriebsarten umschaltet, um im Unterschied zur ersten Ausführungsform den Motor nicht an der Position B anzuhalten. Betriebsabläufe in der Positionsregelungsbetriebsart sind identisch zu den in der ersten Ausführungsform beschriebenen, und somit werden deren Erklärungen weggelassen. Der Motorregler 500 arbeitet in der Positionsregelungsbetriebsart, um den Antriebsgegenstand 201 so anzusteuern, dass er sich zur Position B bewegt.
Als Nächstes wird ein Betrieb erklärt, der durchgeführt wird, wenn der Motorregler 500 die Betriebsarten an der Position B umschaltet. Als Erstes stellt der Befehlsgeber 200 am Punkt B das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart um. Wenn der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umstellt, stellt die Anfangswerteinstelleinheit 502 die Zustandsvariablen des im Regressionsdrehmomentregler 501 enthaltenen Filters 513 so ein, dass der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T gleich dem Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv wird. Gleichzeitig wählt die Steuerschalteinheit 106 den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T als Drehzahlbefehl u aus. Im Ergebnis können das Regressionsdrehmomentsignal T_t und der Drehmomentbefehl T_u vor und nach dem Schaltzeitpunkt kontinuierlich gehalten werden. Mit anderen Worten ist es, selbst wenn die Positionsregelungsbetriebsart beim Betrieb des Motors 203 zur Drehmomentregelungsbetriebsart umgeschaltet wird, möglich, eine abrupte Veränderung bei der Drehzahl in einem Moment beim Umschalten der Regelungsbetriebsart zu verhindern.
Ein Betrieb, nachdem die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehzahlregelungsbetriebsart umgeschaltet wurde, wird als Nächstes beschrieben. In einem Beispiel von 9 wechselt die Positionsregelungsbetriebsart an und nach dem Punkt B (zu und nach dem Zeitpunkt b) zur Drehmomentregelungsbetriebsart. Bis der Antriebsgegenstand 201 die Position C von der Position B her erreicht (das heißt, bis der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 berührt, da die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umgeschaltet ist), arbeitet der Motorregler 500 in dem Zustand keiner vom Andruckgegenstand 202 ausgehenden Reaktionskraft in der Drehmomentregelungsbetriebsart. Darüber hinaus ist der Ausgang aus dem Drehmomentsignalbegrenzer 512 in einem Beharrungszustand gleich dem aus dem Filter 513, weil die Beharrungszustandsverstärkung |F(0)| des Filters 513 auf 1 eingestellt ist. Das heißt, der Drehzahlregler 101 regelt die Motordrehzahl v so, dass sie den aus dem Regressionsdrehmomentregler 501 ausgegebenen Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T befolgt. Die Motordrehzahl v verändert sich glatt zur selben Drehzahl wie der Drehzahlgrenzwert vlim, ungeachtet der Motordrehzahl v zum Zeitpunkt, zu dem die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet. Deshalb kann der Motorregler 500 ähnlich der ersten Ausführungsform den Antriebsgegenstand 201 so steuern, dass er sich dem Andruckgegenstand 202 langsam und stetig nähert und den Andruckgegenstand 202 mit einer geringen Aufprallwirkung berührt.
Wenn der Antriebsgegenstand 201 den Andruckgegenstand 202 am Punkt C berührt, wird die vom Andruckgegenstand 202 ausgehende Reaktionskraft an den Motor 203 angelegt. Die Motordrehzahl v nimmt ab, die Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl u und der Motordrehzahl v nimmt zu, und der Ausgang aus dem Drehzahlregler 101 nimmt in der Größenordnung zu, so dass die Größenordnungen des Drehmomentbefehls T_u und des Regressionsdrehmomentsignals T_t entsprechend der Reaktionskraft zunehmen. Wenn die Größenordnung des Regressionsdrehmomentsignals T_t zunimmt, nimmt die Drehmomentsignalabweichung e_T ab, bei der es sich um die Differenz zwischen dem Referenzdrehmoment T_ref und dem Regressionsdrehmomentsignal T_t handelt. Der aus der Drehmomentsignalverstärkung 511 ausgegebene Absolutwert |W_x·(T_ref – T_t)| nimmt ab und sinkt schließlich unter den Drehzahlgrenzwert vlim. Vor diesem Moment steuert der Drehzahlregler 101 den Presseggenstand 201 so, dass er sich langsam bewegt und den Andruckgegenstand 202 mit Druck beaufschlagt. Wenn der aus der Drehmomentsignalverstärkung 511 ausgegebene Absolutwert unter den Drehzahlgrenzwert vlim sinkt, wird die Rückkopplung aus dem Regressionsdrehmomentregler 501 aktiviert, und der Motorregler 500 beaufschlagt den Andruckgegenstands 202 mit Druck, so dass das Regressionsdrehmomentsignal T_t dem Referenzdrehmoment T_ref gleichkommt. Wenn der Motorregler 500 den Andruckgegenstand 202 weiter mit Druck beaufschlagt, nimmt die vom Andruckgegenstand 202 ausgehende Reaktionskraft weiter zu, und der Drehmomentbefehl T_u oder das Regressionsdrehmomentsignal T_t kommt dem Referenzdrehmoment T_ref gleich. Wenn das Regressionsdrehmomentsignal T_t dem Referenzdrehmoment T_ref gleichkommt, wird die Drehmomentsignalabweichung e_T zu 0, wie auch der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T zu 0 wird. Im Ergebnis wird auch der Drehzahlbefehl u zu 0, und der Motor 203 stoppt an dem Punkt, an dem das Referenzdrehmoment T_ref dem Regressionsdrehmomentsignal T_t gleichkommt. Weil der Drehmomentbefehl T_u dem Beharrungszustandswert des Regressionsdrehmomentsignals T_t gleichkommt, kommt der Drehmomentbefehl T_u dem Referenzdrehmoment T_ref gleich. Durch den vorstehenden Betriebsablauf steht der Motor 203 an dem Punkt still, an dem der Drehmomentbefehl T_u, das Regressionsdrehmomentsignal T_t und das Referenzdrehmoment T_ref schließlich einander gleich sind.
Auf diese Weise ist gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Regressionsdrehmomentregler 501 so ausgelegt, dass er das Filter 513 umfasst, das die Berechnung unter Verwendung der Zustandsvariablen ausführt. Der Motorregler 500 ist so ausgelegt, dass er noch die Anfangswerteinstelleinheit 502 umfasst, die die Zustandsvariablen in das Filter 513 einstellt, so dass der Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv genau vor dem Umschalten dem Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T genau nach dem Umschalten gleichkommt, wenn die Steuerschalteinheit 106 den Drehzahlbefehls u vom Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv zum Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T umschaltet. Dies kann den Drehmomentbefehl T_u während des Schaltens kontinuierlich machen. Das heißt, zusätzlich zu den Wirkungen der ersten und zweiten Ausführungsform kann die Drehmomentkontinuität während des Schaltens selbst dann aufrechterhalten werden, wenn der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw aktiviert, um die Betriebsarten in einem Zustand zu wechseln, in dem der Motor 203 nicht stoppt.
Wenn die Regelung der Drehzahlreglers 101 die durch die Gleichungen (2) und (3) ausgedrückte Drehzahl-PI-Regelung ist und das Filter 513 die Eigenschaften des primären Tiefpassfilters hat, dessen Abschaltfrequenz der durch die Gleichung (10) ausgedrückten Drehzahlintegralverstärkung K_i gleichkommt, ist es möglich, den Motorregler 500 mit denselben Eigenschaften wie denjenigen der Optimalwertsteuerung auszustatten, indem die Drehmomentsignalverstärkung W_x auf die wesentliche Unendlichkeit (einen Höchstwert, der durch den Regelzyklus begrenzt ist) eingestellt wird. Indem die Drehmomentsignalverstärkung W_x angepasst wird, können darüber hinaus Übergangseigenschaften gewünschten Eigenschaften angepasst werden.
Obwohl in der dritten Ausführungsform beschrieben wurde, dass der Motorregler 500 in Betrieb ist und dabei zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, kann der Motorregler 500 auch in Betrieb sein und dabei zwischen der Drehzahlregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart umschalten, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde.
Vorstehend wurde beschrieben, dass es sich bei dem Filter 513 des Regressionsdrehmomentreglers 501 um das Tiefpassfilter handelt, und dass es sich bei der Drehzahlregelung des Drehzahlreglers 101 um die PI-Regelung handelt. Jedoch sind die Eigenschaften des Filters 513 des Regressionsdrehmomentreglers 501 und die Eigenschaften des Drehzahlreglers 101 nicht auf die obigen Eigenschaften beschränkt.
Vierte Ausführungsform
Ein Motorregler nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 10 bis 12 erläutert. Der Motorregler nach der vierten Ausführungsform arbeitet und schaltet dabei zwischen einer Positionsregelungsbetriebsart und einer Drehmomentregelungsbetriebsart um.
10 stellt eine Auslegung des Motorreglers gemäß der vierten Ausführungsform dar. Wie in 10 gezeigt ist, werden aus dem Befehlsgeber 200 der Referenzbefehl y_ref, das Schaltsignal sw und das Referenzdrehmoment T_ref in einen Motorregler 600 eingegeben. Darüber hinaus wird der erfasste Motorbetriebswert y aus dem Detektor 204 in den Motorregler 600 eingegeben. Der Motorregler 600 arbeitet in einer durch das Schaltsignal sw angeordneten Betriebsart und erzeugt den Drehmomentbefehl T_u, der dem Stromregler 205 zugeführt werden soll.
Der Motorregler 600 umfasst einen Drehzahlregler 601, einen Regressionsdrehmomentregler 602, den Drehmomentsignalsubtrahierer 103, die Drehzahlberechnungseinheit 104, den Positionsregler 105, die Steuerschalteinheit 106 und eine Anfangswerteinstelleinheit 603.
Der Regressionsdrehmomentregler 602 berechnet den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T, der in die Steuerschalteinheit 106 eingegeben werden soll, auf Grundlage der Drehmomentsignalabweichung e_T aus dem Drehmomentsignalsubtrahierer 103. 11 stellt eine Auslegung des Regressionsdrehmomentreglers 602 dar.
Wie in 11 gezeigt ist, umfasst der Regressionsdrehmomentregler 602 eine Drehmomentsignalverstärkung 611, einen Drehmomentsignalbegrenzer 612 und ein Filter 613. Die Drehmomentsignalverstärkung 611 multipliziert die Drehmomentsignalabweichung e_T mit der Konstanten (W_x) und gibt das Multiplikationsergebnis an den Drehmomentsignalbegrenzer 612 aus. Der Drehmomentsignalbegrenzer 612 begrenzt die Größenordnung (einen Absolutwert) des Ausgangs aus der Drehmomentsignalverstärkung 611 so, dass er gleich der vorbestimmten oder kleiner als die vorbestimmte Größenordnung ist, und gibt das Ergebnis der Begrenzung durch eine ähnliche wie durch die Gleichungen (6) ausgedrückte Berechnung aus. Das Filter 613 umfasst mindestens einen Integrator und berechnet und gibt den Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf Grundlage des Ausgangs aus dem Drehmomentsignalbegrenzer 612 aus. Darüber hinaus wird im Unterschied zur dritten Ausführungsform davon ausgegangen, dass ein Anfangswert jedes einzelnen aller im Filter 613 enthaltenen Integratoren gleich 0 ist. Mit dieser Auslegung ist der Wert des Drehmomentregeldrehzahlbefehls u_T in dem Moment gleich 0, in dem das Schaltsignal sw in die Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet. Eigenschaften des Filters 613 sind als F(s) ausgedrückt. Der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T entspricht dem durch die Gleichungen (9) ausgedrückten. Eine Beharrungszustandsverstärkung |F(0)| des Filters 613 ist auf 1 eingestellt.
Der Drehzahlregler 601 umfasst mindestens einen Integrator, der eine Integralausgleichsberechnung durchführt, um die Abweichung zwischen dem Drehzahlbefehl u und der Motordrehzahl v kleiner zu machen, holt sich den Drehzahlbefehl u aus der Steuerschalteinheit 106 und die Motordrehzahl v aus der Drehzahlberechnungseinheit 104, berechnet den Drehmomentbefehl T_u so, dass die Motordrehzahl v dem Drehzahlbefehl u gleichkommt, und gibt den berechneten Drehmomentbefehl T_u an den Stromregler 205 aus. Darüber hinaus gibt der Drehzahlregler 601 das Regressionsdrehmomentsignal T_t, dessen Beharrungszustandswert dem Drehmomentbefehl T_u gleichkommt, an den Drehmomentsignalsubtrahierer 103 aus. Beispielsweise handelt es sich bei dem Drehzahlregler 601, der die Integratoren umfasst, um einen in 12 gezeigten PI-Regler.
Wie in 12 gezeigt ist, umfasst der Drehzahlregler 601 einen Drehzahlsignalsubtrahierer 621, eine Drehzahlintegralverstärkung 622, einen Drehzahlintegrator 623, eine Drehzahleingangsaddierer 624, eine Drehzahlproportionalverstärkung 625 und ein Filter 626. Der Drehzahlbefehl u und die Motordrehzahl v werden in den Drehzahlsignalsubtrahierer 621 eingegeben, und der Drehzahlsignalsubtrahierer 621 berechnet die Differenz zwischen dem eingegebenen Drehzahlbefehl u und der eingegebenen Motordrehzahl v und gibt ein Ergebnis der Berechnung als eine Drehzahlabweichung e_v aus. Die Drehzahlabweichung e_v wird in die Drehzahlintegralverstärkung 622 eingegeben, und die Drehzahlintegralverstärkung 622 multipliziert die eingegebene Drehzahlabweichung e_v mit einer Konstanten (K_i) und gibt das Multiplikationsergebnis aus. Ein Ausgang aus der Drehzahlintegralverstärkung 622 wird in den Drehzahlintegrator 623 eingegeben, und der Drehzahlintegrator 623 integriert den eingegebenen Wert und gibt einen Integralwert als einen Drehzahlintegralausgang e_I aus.
Der Drehzahleingangsaddierer 624 berechnet eine Summe aus dem Drehzahlintegralausgang e_I und der Drehzahlabweichung e_v und gibt die Summe an die Drehzahlproportionalverstärkung 625 aus. Ein Ausgang aus dem Drehzahleingangsaddierer 624 wird in die Drehzahlproportionalverstärkung 625 eingegeben und die Drehzahlproportionalverstärkung 625 multipliziert den eingegebenen Wert mit einer Konstanten (K_v) und gibt ein Multiplikationsergebnis als das Regressionsdrehmomentsignal T_t aus. Das Regressionsdrehmomentsignal T_t wird in das Filter 626 eingegeben, und das Filter 626 schwächt Signale mit vorbestimmten Frequenzkomponenten aus dem Regressionsdrehmomentsignal T_t ab und gibt ein Abschwächungsergebnis als den Drehmoment befehl T_u aus.
Der in 12 gezeigte Drehzahlregler 601 berechnet das Regressionsdrehmomentsignal T_t, indem er die wie durch Gleichung (3) ausgedrückte Berechnung ausführt, und berechnet den Drehmomentbefehl T_u aus dem Regressionsdrehmomentsignal T_t, wie durch die Gleichung (4) ausgedrückt ist.
Das Schaltsignal sw und der Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv werden in die Anfangswerteinstelleinheit 603 eingegeben. Die Anfangswerteinstelleinheit 603 verändert einen Wert des im Drehzahlregler 601 enthaltenen Drehzahlintegrators 623, um die Drehzahlkontinuität vor und nach dem Schalten zu dem Zeitpunkt sicherzustellen, zu dem der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet.
Als Nächstes werden Funktionsabläufe und Charakteristika gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Funktionsabläufe und Charakteristika in der Positionsregelungsbetriebsart entsprechen denjenigen gemäß der ersten und dritten Ausführungsform, und somit werden deren Erläuterungen weggelassen. Außerdem entsprechen Funktionsabläufe und Charakteristika in der Drehmomentregelungsbetriebsart gemäß der vierten Ausführungsform denjenigen gemäß der dritten Ausführungsform, und somit werden deren Erläuterungen weggelassen. Funktionsabläufe während des Umschaltens der Betriebsarten werden nachstehend beschrieben.
Wenn der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, addiert die Anfangswerteinstelleinheit 603 den Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv zum Zeitpunkt des Umschaltens zum Wert des im Drehzahlregler 601 enthaltenen Drehzahlintegrators 623. Darüber hinaus schaltet die Steuerschalteinheit 106 den Drehzahlbefehl u vom Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv zum Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T um.
Der Ausgang aus dem Drehzahleingangsaddierer 624 lautet e_I + u_pv – v, weil der Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv genau bevor das Schaltsignal sw von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebart umschaltet, als der Drehzahlbefehl u ausgegeben wird. Andererseits ist der Drehzahlbefehl u gleich 0, und der Ausgang aus dem Drehzahleingangsaddierer 624 lautet e_I – v, weil der Anfangswert des Drehmomentregeldrehzahlbefehls u_T, genau, nachdem die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart umgeschaltet wurde, gleich 0 ist. Deshalb wird, wenn die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart wechselt, der Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv zu einem vorliegenden Wert des Drehzahlintegrators 623 hinzuaddiert, und ein Wert des Drehzahlintegralausgangs e_I wird um den Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv erhöht. Dies kann den Ausgang aus dem Drehzahleingangsaddierer 624 kontinuierlich halten. Im Ergebnis können das Regressionsdrehmomentsignal T_t und der Drehmomentbefehl T_u vor und nach dem Umschalten von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart kontinuierlich gehalten werden. Mit anderen Worten ist es selbst dann, wenn die Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart wechselt und der Motor dabei in Betrieb ist, möglich, die abrupte Veränderung bei der Drehzahl in dem Moment zu verhindern, in dem die Betriebsart umgeschaltet wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß der vierten Ausführungsform der Drehzahlregler 601 so ausgelegt, dass er den Drehzahlintegrator 623 umfasst, der die Integralausgleichsberechnung durchführt, um die Abweichung zwischen dem durch die Steuerschalteinheit 106 ausgewählten Drehzahlbefehl u und der Motordrehzahl v kleiner zu machen, und der Motorregler 600 ist ferner so ausgelegt, dass er die Anfangswerteinstelleinheit 603 umfasst, die den Ausgang aus dem Drehzahlintegrator 623 so korrigiert, dass der Ausgang aus dem Drehzahlintegrator 623 genau vor dem Umschalten demjenigen des Drehzahlintegrators 623 genau nach dem Umschalten gleichkommt, wenn die Steuerschalteinheit 106 den Drehzahlbefehl u vom Positionsregeldrehzahlbefehl u_pv zum Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T umschaltet. Ähnlich wie in der dritten Ausführungsform kann die Drehmomentkontinuität während des Umschaltens selbst dann aufrechterhalten werden, wenn der Befehlsgeber 200 das Schaltsignal sw zum Umschalten der Betriebsarten in einem Zustand aktiviert, in dem der Motor 203 nicht stillsteht.
Obwohl in der vierten Ausführungsform beschrieben wurde, dass der Motorregler 600 in Betrieb ist und dabei zwischen der Positionsregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart umschaltet, kann der Motorregler 600 auch in Betrieb sein und dabei zwischen der Drehzahlregelungsbetriebsart und der Drehmomentregelungsbetriebsart umschalten, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde.
In der vierten Ausführungsform können das Regressionsdrehmomentsignal T_t und der Drehmomentbefehl T_u genau nach dem Umschalten vorab berechnet werden, indem der Wert des Drehmomentregeldrehzahlbefehls u_T genau nach dem Umschalten von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart auf 0 gesetzt wird, und der Wert des im Drehzahlregler 601 enthaltenen Drehzahlintegrators 623 auf Grundlage der Berechnung aktualisiert wird. Alternativ ist es möglich, dieselben Wirkungen wie diejenigen der vierten Ausführungsform selbst dann zu erzielen, wenn der Wert des Integrators des im Regressionsdrehmomentregler 602 enthaltenen Filters 626 so eingestellt wird, dass der Drehmomentregeldrehzahlbefehl u_T auf einen angemessenen Wert eingestellt werden kann. Der Wert des im Drehzahlregler 601 enthaltenen Drehzahlintegrators 623 wird auf Grundlage der Differenz zwischen dem Regressionsdrehmomentsignal T_t vor dem Umschalten von der Positionsregelungsbetriebsart zur Drehmomentregelungsbetriebsart und dem Regressionsdrehmomentsignal T_t genau nach dem Umschalten bzw. der Differenz zwischen dem Drehmomentbefehl T_u vor dem Umschalten und dem Drehmomentbefehl T_u genau nach dem Umschalten aktualisiert.
Darüber handelt es sich in der vierten Ausführungsform bei dem Drehzahlregler 601 um den PI-Regler. Jedoch ist der Drehzahlregler 601 nicht unbedingt auf den PI-Regler beschränkt, und es kann ein beliebiges Regelverfahren verwendet werden, solange der Drehzahlregler 601 den Integrator umfasst, der die Integralausgleichsberechnung durchführt, um die Abweichung zwischen dem Drehzahlbefehl und der Motordrehzahl zu verkleinern, und der erfasste Motorbetriebswert y den Referenzbefehl y_ref, und die Motordrehzahl v den Drehzahlbefehl u befolgen kann, ohne den Motor 203 instabil zu machen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, ist der Motorregler gemäß der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, um auf einen Motorregler angewendet zu werden, der einen in einer industriellen Maschine enthaltenen Motor antreibt.
Bezugszeichenliste

100: Motorregler
101: Drehzahlregler
102: Regressionsdrehmomentregler
103: Drehmomentsignalsubtrahierer
104: Drehzahlberechnungseinheit
105: Positionsregler
106: Steuerschalteinheit
111: Drehmomentsignalverstärkung
112: Drehmomentsignalbegrenzer
200: Befehlsgeber
201: Antriebsgegenstand
202: Andruckgegenstand
203: Motor
204: Detektor
205: Stromregler
400: Motorregler
401: Steuerschalteinheit
500: Motorregler
501: Regressionsdrehmomentregler
502: Anfangswerteinstelleinheit
511: Drehmomentsignalverstärkung
512: Drehmomentsignalbegrenzer
513: Filter
600: Motorregler
601: Drehzahlregler
602: Regressionsdrehmomentregler
603: Anfangswerteinstelleinheit
611: Drehmomentsignalverstärkung
612: Drehmomentsignalbegrenzer
613: Filter
621: Drehzahlsignalsubtrahierer
622: Drehzahlintegralverstärkung
623: Drehzahlintegrator
624: Drehzahleingangsaddierer
625: Drehzahlproportionalverstärkung
626: Filter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-141987 [0006]
JP 2000-141262 [0006]

Claims

Motorregler zum Regeln eines Motors, der einen Antriebsgegenstand so antreibt, dass der Antriebsgegenstand gegen einen Andruckgegenstand gepresst wird, und zwar mit einem Druck, der einem Referenzdrehmoment entspricht, wobei der Motorregler umfasst: einen Drehzahlregler, der einen Drehmomentbefehl für den Motor und ein Regressionsdrehmoment berechnet, um den Drehmomentbefehl auf Grundlage eines erfassten Drehzahlwerts des Motors auszugleichen; und einen Regressionsdrehmomentregler, der einen ersten Drehzahlbefehl berechnet, der einer Abweichung zwischen dem Referenzdrehmoment und dem durch den Drehzahlregler berechneten Regressionsdrehmoment entspricht, wobei der Regressionsdrehmomentregler den berechneten ersten Drehzahlbefehl auf einen gewünschten Drehzahlgrenzwert begrenzt, der auf Grundlage einer Kontaktgeschwindigkeit zwischen dem Antriebsgegenstand und dem Andruckgegenstand berechnet wird, und den ersten Drehzahlbefehl ausgibt, und wobei der Drehzahlregler den Drehmomentbefehl so berechnet, dass der erfasste Drehzahlwert den aus dem Regressionsdrehmomentregler ausgegebenen ersten Drehzahlbefehl befolgt.
Motorregler nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend: einen Positionsregler, der einen zweiten Drehzahlbefehl auf Grundlage eines von außen eingegebenen Positionsbefehls und eines Positionserfassungswerts des Motors berechnet; und eine Steuerschalteinheit, die einen dem Drehzahlregler zuzuführenden Drehzahlbefehl zwischen dem durch den Positionsregler berechneten zweiten Drehzahlbefehl und dem aus dem Regressionsdrehmomentregler ausgegebenen ersten Drehzahlbefehl auf Grundlage eines von außen eingegebenen Schaltsignals umschaltet, wobei der Drehzahlregler den Drehmomentbefehl so berechnet, dass der erfasste Drehzahlwert den aus der Steuerschalteinheit zugeführten Drehzahlbefehl befolgt.
Motorregler nach Anspruch 1, darüber hinaus eine Steuerschalteinheit umfassend, die einen dem Drehzahlregler zuzuführenden Drehzahlbefehl zwischen einem von außen eingegebenen zweiten Drehzahlbefehl und einem aus dem Regressionsdrehmomentregler ausgegebenen ersten Drehzahlbefehl auf Grundlage eines von außen eingegebenen Schaltsignals umschaltet, wobei der Drehzahlregler den Drehmomentbefehl so berechnet, dass die erfasste Drehzahl den aus der Steuerschalteinheit zugeführten Drehzahlbefehl befolgt.
Motorregler nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Regressionsdrehmomentregler ein Filter umfasst, das eine Berechnung unter Verwendung von Zustandsvariablen durchführt, und der Motorregler darüber hinaus eine Anfangswerteinstelleinheit umfasst, die die Zustandsvariablen im Filter so einstellt, dass der zweite Drehzahlbefehl genau vor dem Umschalten dem ersten Drehzahlbefehl genau nach dem Umschalten gleichkommt, wenn die Steuerschalteinheit den dem Drehzahlregler zuzuführenden Drehzahlbefehl vom zweiten Drehzahlbefehl zum ersten Drehzahlbefehl umschaltet.
Motorregler nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Drehzahlregler einen Integrator umfasst, der eine Integralausgleichsberechnung durchführt, um eine Abweichung zwischen dem durch die Steuerschalteinheit ausgewählten Drehzahlbefehl und der erfassten Drehzahl zu verkleinern, und der Motorregler darüber hinaus eine Integralkorrektureinheit umfasst, die einen Ausgang aus dem Integrator so korrigiert, dass der Drehmomentbefehl, der genau vor dem Umschalten ausgegeben wird, gleich dem Drehmomentbefehl ist, der genau nach dem Umschalten ausgegeben wird, wenn die Auswahleinheit den dem Drehzahlregler zuzuführenden Drehzahlbefehl vom zweiten Drehzahlbefehl zum ersten Drehzahlbefehl umschaltet.