DE112011104678B4

DE112011104678B4 - Motorsteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112011104678B4
Application number: DE112011104678.2T
Authority: DE
Inventors: Kotaro Nagaoka; Shinya Nishino; Toshiaki KIMATA; Daisuke Fujino
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: US8963474B2; DE112011104678T5; US20130300337A1; JP5665882B2; CN103348587A; WO2012093545A1; JPWO2012093545A1; CN103348587B

Abstract

Motorsteuerungsvorrichtung (1, 20, 40), die Folgendes umfasst:eine Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24), die einen Servobefehl entsprechend einem für einen eingegebenen Betriebsbefehl angesetzten Beschleunigungs-/Abbremsparameter generiert und den generierten Servobefehl ausgibt;eine Servosteuerungseinheit (6), die ein Motorantriebsdrehmoment steuert, um einen Motor einer Steuerzielmaschine entsprechend dem Servobefehl anzutreiben;eine Energieversorgungseinheit (2, 41), die elektrische Energie mit einer vorbestimmten Energieversorgungskapazität aus einer handelsüblichen Energieversorgung der Servosteuerungseinheit (6) zuführt;eine elektrische Speichereinheit (3), die elektrische Energie, um die aus der Energieversorgungseinheit (2, 41) der Servosteuerungseinheit (6) zuzuführende elektrische Energie zu ergänzen, der Servosteuerungseinheit (6) zuführt; undeine Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42), dadurch gekennzeichnet, dassdie Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) eine maximale Leistung, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, auf Grundlage einer in der elektrischen Speichereinheit (3) vorhandenen Energiespeichermenge, der vorbestimmten Energieversorgungskapazität und der gesamten zur Beschleunigung erforderlichen Leistung berechnet, einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter berechnet, der bewirkt, dass eine elektrische Leistung zu einem Beschleunigungs-/Abbremszeitpunkt gleich der maximalen Leistung oder geringer als die maximale Leistung ist, und den Beschleunigungs-/Abbremsparameter in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24) einstellt, wobei die elektrische Speichereinheit (3) eine Funktion, Information über die Menge der momentan in ihr gespeicherten Energie an die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) auszugeben, aufweist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerungsvorrichtung, die einen Motor einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, einer Presse u. dgl. antreibt und steuert, und im Spezielleren auf eine Motorsteuerungsvorrichtung mit einer elektrischen Speichervorrichtung, die in einer lastfreien Zeit regenerative Energie oder überschüssige Energie in sich speichert.
Hintergrund
Für eine Motorantriebseinheit der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, Presse u. dgl., wird ein System (ein Spitzenabschaltsystem) vorgeschlagen, das temporär elektrische Energie, die beim Beschleunigen oder Abbremsen erforderlich ist, aus einer elektrischen Speichervorrichtung zuführt, um eine Energieversorgungskapazität zu senken oder vertraglich bezogene elektrische Energie zu sparen. Was ein solches System betrifft, offenbart Patentschrift 1 beispielsweise folgendes technisches Verfahren.
Und zwar umfasst eine Motorantriebseinheit mit einem Umrichter, der eine Eingangswechselspannung empfängt und eine Wechselstrom-/Gleichstromenergieumsetzung durchführt, und einem Wechselrichter, der eine Gleichstromenergie empfängt und eine Gleichstrom-/Wechselstromenergieumsetzung durchführt, eine Lade-/Entladesteuerschaltung und einen Kondensator, die mit einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Umrichter und Wechselrichter parallelgeschaltet sind, und lädt oder entlädt im Kondensator gespeicherte Energie mit der Lade-/Entladesteuerschaltung zu einem beliebigen Zeitpunkt.
Entsprechend dem in der Patentschrift 1 und Patentschrift 2 beschriebenen technischen Verfahren kann Energie aus der elektrischen Speichervorrichtung in der zweiten Beschleunigungshälfte eines Motors zugeführt werden, wenn mehr Energie gebraucht wird als elektrischer Strom vom Umrichter während einer Motorbeschleunigung geliefert wird, und deshalb kann eine Energieversorgung erzielt werden, bei der eine Spitze in einem Eingangsstrom aus einer Stromzufuhr zum Motor unterdrückt ist.
Gemäß dem in Patentschrift 3 beschriebenen technischen Verfahren, kann ein numerisch gesteuertes Motorantriebssystem, einen Motorantriebskonverter und ein Eingangsstrombestimmungsmittel umfassen, um einen Eingangsstrom mit einem maximalen Stromwert zu vergleichen. Des Weiteren steuert ein Beschleunigungs-/Abbremsbefehls-Befehls-Änderungs-Signalausgangsmittel eine Antriebseinheit auf Grund des Vergleichs von Eingangsstrom und maximalen Stromwert. Wenn der Eingangsstrom den maximalen Stromwert erreicht, wird mit einer Beschleunigungs-/Abbremsbefehlseinheit der Drehzahlbefehlswert angepasst bzw. reduziert, um die Steigung des Geschwindigkeitsbefehls zu verringern und folglich konvergiert der Eingangsstrom auf einen niedrigeren Wert. Ein solches numerisch gesteuertes Motorsystem reagiert allerdings lediglich starr, wenn ein Eingangsstrom einen maximalen Stromwert überschreitet, um den Motor und das Motorsystem vor Motorausfällen durch Überströme zu schützen.
Anführungsliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung JP 2009-10 6146 A
Patentschrift 2: Europäische Patentanmeldung EP 2 045 904 A2
Patentschrift 3: Europäische Patentanmeldung EP 1 265 350 A1

Zusammenfassung
Technisches Problem
Generell wird, wenn ein Motor einen Beschleunigungs-/Abbremsbetrieb durchführt, regenerative Energie erzeugt, und die Energie wird während des Abbremsens in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert, und die gespeicherte Energie kann während einer anschließenden Beschleunigung genutzt werden. Jedoch kann es bei einem Beschleunigungs-/Abbremsbetrieb eines Motors der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder der Presse sein, dass Energie, die zugeführt werden sollte, wenn ein Bedarf an Energiezufuhr aus der elektrischen Speichervorrichtung auftritt, möglicherweise nicht in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert wurde.
Deshalb kann es bei der in der Patentschrift 1 beschriebenen Auslegung sein, dass in manchen Fällen die Energie aus der Energieversorgung möglicherweise nicht so zugeführt wird, dass die Spitze im Eingangsstrom zum Motor unterdrückt ist.
Wenn beispielsweise eine vertikale Aufwärtspositionierung im Hinblick auf eine vertikal angetriebene Spindel erfolgt, oder wenn ein Verlust (ein mechanischer Verlust) einer zu betreibenden Maschine groß ist, kann nur eine geringe Menge an regenerativer Energie in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert werden, und es tritt eine Energieknappheit zum Zeitpunkt einer anschließenden Beschleunigung auf.
Darüber hinaus gibt es bei einer Werkzeugmaschine mit einer Hauptspindel und einer Zustellspindel, wenn die Hauptspindel beschleunigt wird, und die Zustellspindel unmittelbar danach beschleunigt wird, einen Fall, dass in der elektrischen Speichervorrichtung vorhandene Energie während der Beschleunigung der Hauptspindel verbraucht wird und zum Zeitpunkt einer anschließenden Beschleunigung der Zustellspindel keine Energie mehr aus der elektrischen Speichervorrichtung geliefert werden kann.
Wenn während einer Beschleunigung ein Mangel an Energie auftritt, die aus der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt werden kann, sinkt die Geschwindigkeit oder eine Beschleunigungsrate nimmt ab, was bewirkt, dass sich eine Bewegung der Maschine von der befohlenen Bewegung unterscheidet. Als eine Maßnahme, um diese Situation zu vermeiden, kann die Beschleunigungsrate so niedrig angesetzt werden, dass sie einem Fall entspricht, bei dem eine geringe Energiemenge in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert ist. In diesem Fall kann die Maschine jedoch, selbst wenn genügend Energie in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert ist, nur mit einer geringen Beschleunigungsrate bewegt werden, was eine Zykluszeit verlängert.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Motor einer Steuerzielmaschine ungeachtet von Betriebsverläufen oder Ständen der Menge an gespeicherter Energie immer unter einer geeigneten Beschleunigungs-/Abbremsbedingung betreiben kann.
Lösung für das Problem
Um das obige Ziel zu erreichen, umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Motorsteuerungsvorrichtung: eine Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit, die einen Servobefehl entsprechend einem für einen eingegebenen Betriebsbefehl angesetzten Beschleunigungs-/Abbremsparameter generiert und den generierten Servobefehl ausgibt; eine Servosteuerungseinheit, die ein Motorantriebsdrehmoment steuert, um einen Motor einer Steuerzielmaschine entsprechend dem Servobefehl anzutreiben; eine Energieversorgungseinheit, die elektrische Energie mit einer vorbestimmten Energieversorgungskapazität aus einer handelsüblichen Energieversorgung der Servosteuerungseinheit zuführt; eine elektrische Speichereinheit, die elektrische Energie, um die aus der Energieversorgungseinheit der Servosteuerungseinheit zuzuführende elektrische Energie zu ergänzen, der Servosteuerungseinheit zuführt; und eine Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit, die eine maximale Leistung, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, auf Grundlage einer in der elektrischen Speichereinheit vorhandenen Energiespeichermenge, der vorbestimmten Energieversorgungskapazität und der gesamten zur Beschleunigung erforderlichen Energie berechnet, einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter berechnet, der bewirkt, dass eine elektrische Leistung zu einem Beschleunigungs-/Abbremszeitpunkt gleich der maximalen Leistung oder geringer als die maximale Leistung ist, und den Beschleunigungs-/Abbremsparameter in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit einstellt, wobei die elektrische Speichereinheit eine Funktion, Information über die Menge der momentan in ihr gespeicherten Energie an die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit auszugeben, aufweist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Beschleunigungs-/Abbremsbedingung je nach der Energiespeichermenge eingestellt, die in einer elektrischen Speichervorrichtung gespeichert ist. Deshalb kann ein Motor einer Steuerzielmaschine ungeachtet von Betriebsverläufen und Ständen der Energiespeichermenge immer unter einer realisierbaren Beschleunigungs-/Abbremsbedingung betrieben werden, und dementsprechend kann der Motor ohne Abnahme bei der Drehzahl oder Beschleunigung in der Mitte der Beschleunigung/Abbremsung stabil angetrieben werden. Darüber hinaus ist es möglich, einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter einzustellen, um die Beschleunigungs-/Abbremszeit zu verlängern, wenn die Energiespeichermenge gering ist, und den Beschleunigungs-/Abbremsparameter einzustellen, um eine Beschleunigung/Abbremsung in einer kurzen Zeit zu bewerkstelligen, wenn die Energiespeichermenge groß ist. Deshalb kann die Zykluszeit vorteilhafter Weise verkürzt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockschema eines Aufbaus einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Konzeptschema eines Gesamtaufbaus einer Maschine, die durch die in 1 gezeigte Motorsteuerungsvorrichtung zu steuern ist.
3(a), 3(b) und 3(c) sind Kennlinienschemata zur Erläuterung eines Betriebs u. dgl. eines Motors, der angetrieben wird, wenn es sich bei einem Servobefehl, der von einer in 1 gezeigten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit ausgegeben wird, um einen Befehl für einen vertikalen Aufwärtsbetrieb handelt.
4(a), 4(b) und 4(c) sind Kennlinienschemata zur Erläuterung eines Betriebs u. dgl. eines Motors, der angetrieben wird, wenn es sich bei einem Servobefehl, der von der in 1 gezeigten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit ausgegeben wird, um einen Befehl für einen vertikalen Abwärtsbetrieb handelt.
5 ist ein Kennlinienschema zur Erläuterung eines Maximalleistungsberechnungsverfahrens, das in einer in 1 gezeigten Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit durchgeführt wird.
6 ist ein Blockschema eines Aufbaus einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Konzeptschema eines Gesamtaufbaus einer Maschine, die durch die in 6 gezeigte Motorsteuerungsvorrichtung gesteuert wird.
8(a), 8(b) und 8(c) sind Kennlinienschemata zur Erläuterung eines Betriebs u. dgl. zweier Motoren, die entsprechend zweier Servobefehle angetrieben werden, die von der in 6 gezeigten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit ausgegeben werden.
9 ist ein Blockschema eines Aufbaus einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Kennlinienschema zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen einer maximalen regenerativen Energie in einer in 9 gezeigten Beschleunigungs-/ Abbremsparametereinstelleinheit.

Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen einer Motorsteuerungsvorrichtung 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
1 ist ein Blockschema eines Aufbaus einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 umfasst eine Motorsteuerungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Energieversorgungseinheit 2, eine elektrische Speichervorrichtung 3, eine Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4, eine Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 und eine Servosteuerungseinheit 6. Die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 ist ein Bestandteil, das zur vorliegenden Ausführungsform hinzugekommen ist.
Die Energieversorgungseinheit 2 umfasst einen Umrichter und richtet Dreiphasenwechselstrom, der von einer handelüblichen Energieversorgung her eingeht, in Gleichstromenergie um, um der Servosteuerungseinheit 6 die Gleichstromenergie zuzuführen. Bei der elektrischen Speichervorrichtung 3 handelt es sich um eine Vorrichtung wie etwa einen Kondensator, die bzw. der in sich elektrische Energie speichert und Gleichstromenergie an die Servosteuerungseinheit 6 liefert, wenn eine elektrische Energie aus der Energieversorgungseinheit 3 für die Servosteuerungseinheit 6 nicht ausreicht, um den Motor anzutreiben. Das heißt, die Servosteuerungseinheit 6 und die elektrische Speichervorrichtung 3 bilden einen Gleichstromkreis, der mit der Energieversorgungseinheit 2 parallelgeschaltet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die elektrische Speichervorrichtung 3 eine Funktion, Information über die Menge der momentan in ihr gespeicherten Energie an die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 auszugeben. Die Information über die Energiespeichermenge kann durch ein beliebiges Verfahren ausgegeben werden, wie etwa ein Verfahren des Ausgebens der Information als ein analoges Signal oder ein Verfahren des Ausgebens der Information durch eine serielle Kommunikation, solange die Energiespeichermenge laufend ausgegeben werden kann.
Die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 berechnet einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter auf Grundlage der von der elektrischen Speichervorrichtung 3 ausgegebenen Energiespeichermenge und Information über eine als bekannte Daten eingestellte Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit 2 durch ein der später noch erläutertes, in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 einzustellendes Verfahren.
Mit einem allgemeinen Aufbau führt die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 bei Eingabe eines Betriebsbefehls wie etwa einer Bewegungsdistanz oder einer Bewegungsgeschwindigkeit einen Beschleunigungs-/Abbremsprozess entsprechend einem vorab eingestellten Beschleunigungs-/Abbremsparameter wie etwa einer Befehlsbeschleunigung oder einem Höchststromwert durch. In der ersten Ausführungsform führt die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 einen Beschleunigungs-/Abbremsprozess entsprechend dem durch die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 eingestellten Beschleunigungs-/Abbremsparameter durch und gibt einen Betriebsbefehl wie etwa einen Geschwindigkeitsbefehl oder einen Positionsbefehl, der in dem Beschleunigungs-/Abbremsprozess generiert wird, als einen Servobefehl an die Servosteuerungseinheit 6 aus.
Die Servosteuerungseinheit 6 hat einen in sie integrierten Wechselrichter und setzt die von der Energieversorgungseinheit 2 oder der elektrischen Speichervorrichtung 3 eingegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um, um ein Drehmoment zu erzeugen, um den Motor entsprechend dem Servobefehl arbeiten zu lassen.
2 ist ein Konzeptschema eines Gesamtaufbaus einer Maschine, die durch die in 1 gezeigte Motorsteuerungsvorrichtung zu steuern ist. In 2 ist eine Drehspindel eines Motors 11 an eine in der Steuerzielmaschine vertikal angeordnete Kugelumlaufspindel 12 angeschlossen, und an der Kugelumlaufspindel 12 ist eine Last 13 angebracht. In der ersten Ausführungsform wird ein Fall erläutert, in dem die Motorsteuerungsvorrichtung 1 den Motor 11 antreibt und steuert, der die Last 13 durch die vertikal angeordnete Kugelumlaufspindel 12 nach oben und unten bewegt.
Deshalb gibt der in die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 eingegebene Betriebsbefehl eine Bewegungsdistanz und eine Bewegungsgeschwindigkeit an, um die Last 13 mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu einer Zielposition zu bewegen. Es wird davon ausgegangen, dass der durch die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 eingestellte Beschleunigungs-/Abbremsparameter eine Befehlsbeschleunigung ist. Dementsprechend führt die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 den Beschleunigungs-/Abbremsprozess durch, um zu bewirken, dass sich die Last 13 über die Bewegungsdistanz, die durch den Betriebsbefehl bestimmt ist, und mit der Bewegungsgeschwindigkeit bewegt, die auch durch den Betriebsbefehl bestimmt ist, und die Geschwindigkeit bei der durch den Beschleunigungs-/Abbremsparameter festgelegten Befehlsbeschleunigung zu verändern, und gibt den Servobefehl zum Ausführen eines in 3 bzw. 4 gezeigten Betriebsverlaufs an die Servosteuerungseinheit 6 aus.
3(a), 3(b) und 3(c) sind Kennlinienschemata zur Erläuterung eines Betriebs u. dgl. eines Motors, der angetrieben wird, wenn es sich bei einem aus der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 ausgegebenen Servobefehl um einen Befehl für einen vertikalen Aufwärtsbetrieb handelt. 4(a), 4(b) und 4(c) sind Kennlinienschemata zur Erläuterung eines Betriebs u. dgl. eines Motors, der angetrieben wird, wenn es sich bei einem aus der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 ausgegebenen Servobefehl um einen Befehl für einen vertikalen Abwärtsbetrieb handelt. In 3(a), 3(b), 3(c), 4(a), 4(b) und 4(c) sind Veränderungskennlinien der Geschwindigkeit (rad/s) (3(a) und 4(a)), des Drehmoments (Nm) (3(b) und 4(b)) und der elektrischen Leistung (W) (3(c) und 4(c)) in einem Fall gezeigt, in dem ein Beschleunigungs-/Abbremsprozess des Bewegens der Last 13 über eine vorbestimmte Distanz erfolgt.
Die Geschwindigkeit (rad/s) in 3(a) und 4(a): Die Geschwindigkeit hat einen Absolutwert, der mit einer durch den Beschleunigungs-/Abbremsparameter festgelegten Beschleunigung nach dem Bewegungsbeginn zunimmt und zu einer konstanten Geschwindigkeit wird, wenn die bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit erreicht ist. Dann beginnt eine Abbremsung vor dem Abschluss der der Befehlsbewegungsdistanz entsprechenden Bewegung und wird gesteuert, um zu bewirken, dass die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt des Abschlusses der der Bewegungsdistanz entsprechenden Bewegung Null beträgt.
Das Drehmoment (Nm) in 3(b) undFIG. 4(b): Das Drehmoment wird erzielt, indem ein Wert, der erhalten wird, indem die Beschleunigung, die durch einmaliges Differenzieren der Geschwindigkeit im Hinblick auf Zeit erhalten wird, mit der Trägheit einer Last multipliziert wird, und ein Drehmoment addiert werden, um eine Störung auszuschalten. In diesem Beispiel wird ein Augenmerk auf die Last 13 gerichtet, die sich vertikal bewegt, und somit wirkt die Schwerkraft als Störung. Deshalb wird konstant ein Drehmoment hinzuaddiert, um die Schwerkraft als Störung auszuschalten.
Die elektrische Leistung (W) in 3(c) und 4(c): Die elektrische Leistung kann als ein Produkt einer durch den Motor erzeugten Leistung, d.h. die Drehzahl und das Drehmoment erhalten werden, wenn Auswirkungen verschiedener Verluste wie etwa Reibung und ein Motorverlust außer Acht gelassen werden. Ein Leistungsbetrieb, der elektrische Energie verbraucht, erfolgt, wenn die elektrische Leistung einen positiven Wert hat, und eine Regeneration, d.h. Abbremsung, die elektrische Energie erzeugt, erfolgt, wenn die elektrische Leistung einen negativen Wert hat. Die elektrische Energie, die aus der Energieversorgungseinheit 2 und der elektrischen Speichervorrichtung 3 geliefert wird, wird während des Leistungsbetriebs verbraucht, und regenerative Energie wird während der Regeneration in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeichert. Das heißt, bei der Menge an in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeicherten Energie handelt es sich um regenerative Energie, die während der Bewegung der Last 13 erzeugt wurde, und sie hat einen Wert, der durch Integrieren negativer Anteile der elektrischen Leistung erhalten wird.
Vergleicht man den Fall, in dem sich die Last 13 vertikal nach oben bewegt ( 3(a), 3(b), 3(c)) mit dem Fall, in dem sich die Last 13 vertikal nach unten bewegt (4(a), 4(b), 4(c)), so ist die regenerative Energie, die im Fall der vertikalen Aufwärtsbewegung erzeugt wird, geringer als diejenige, die im Fall der vertikalen Abwärtsbewegung erzeugt wird. Im Fall eines Leistungsbetriebs wird bei der vertikalen Aufwärtsbewegung mehr elektrische Energie gebraucht als bei der vertikalen Abwärtsbewegung. Dies zeigt an, dass die in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeicherte Energiemenge entsprechend einem Verlauf des Betriebsbefehls variiert.
Der Positionsbefehl nach einer Beschleunigung/Abbremsung wird erhalten, indem der Geschwindigkeitsverlauf nach dem Beschleunigungs-/Abbremsprozess, wie in 3(a) oder 4(a) gezeigt, im Hinblick auf die Zeit integriert wird, und wird als Servobefehl in die Servosteuerungseinheit 6 eingegeben. In der Servosteuerungseinheit 6 erfolgt eine Servosteuerung durch eine Vorwärtssteuerung oder eine Rückkopplungssteuerung, so dass die Position der Last 13 eine durch den Servobefehl festgelegte Position nachvollzieht.
Die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 ermittelt eine maximale Leistung, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, auf Grundlage der in der elektrischen Speichervorrichtung 3 vorhandenen Energiespeichermenge und der Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit 2, die zuvor als die bekannten Daten eingestellt wurde, und stellt einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 ein, der bewirkt, dass die elektrische Energie während einer Beschleunigung/Abbremsung die maximale Leistung nicht überschreitet.
5 ist ein Kennlinienschema zur Erläuterung eines Maximalleistungsberechnungsverfahrens, das in der Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 4 durchgeführt wird. In 5 stellt die horizontale Achse die Zeit ab dem Beschleunigungsbeginn dar, und die vertikale Achse stellt die elektrische Energie während der Beschleunigung dar. PO (W) gibt die Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit 2 an, und P (W) gibt die maximale Leistung an, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann.
Unter der Annahme, dass die Beschleunigung mit einem konstanten Drehmoment erfolgt, nimmt in 5 die elektrische Energie während der Beschleunigung linear zu, überschreitet die Energieversorgungskapazität PO der Energieversorgungseinheit 2, und erreicht die maximale Leistung P, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann. In diesem Fall entspricht ein Bereich mit einem schraffierten Abschnitt, der die Energieversorgungskapazität P0 überschreitet, einer Menge E an Energie, die aus der elektrischen Speichervorrichtung 3 zugeführt wird, die über die Energiespeichermenge E (J) verfügt. Wenn die Beschleunigung mit einem konstanten Drehmoment erfolgt, ist der die Energieversorgungskapazität PO überschreitende schraffierte Abschnitt dreieckförmig, wie in 5 gezeigt ist.
Deshalb ist ein Verhältnis zwischen der notwendigen Gesamtnergie Ea und der aus der elektrischen Speichervorrichtung 3 gelieferten Energiemenge E gleich einem Verhältnis zwischen dem Quadrat der maximalen Leistung P, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, und dem Quadrat einer Differenz zwischen der maximalen Leistung P, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, und der Energieversorgungskapazität P0. Wenn dies durch einen Ausdruck dargestellt wird, wird der folgende Ausdruck (1) erhalten. Die notwendige Gesamtenergie Ea lässt sich ermitteln, indem zuvor ein Betrag an Energie gemessen wird, die bei der Beschleunigung verbraucht wird, oder es lässt sich kinetische Energie, die durch eine Berechnung auf Grundlage der Trägheit der Last und der Befehlsgeschwindigkeit ermittelt wird, als die notwendige Gesamtenergie Ea verwenden. $E / E_{a} = {(P - P_{0})}^{2} / P^{2}$
Die maximale Leistung P (W), die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, kann gemäß dem folgenden Ausdruck (2) auf Grundlage des Verhältnisses des Ausdrucks (1) erhalten werden. $P = \frac{\sqrt{E_{a}}}{\sqrt{E_{a}} + \sqrt{E}} P_{0}$
Die maximale Leistung P (W), die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, entspricht dem Produkt aus der Befehlsgeschwindigkeit und einem Beschleunigungs-/Abbremsdrehmoment, und das Beschleunigungs-/Abbremsdrehmoment entspricht dem Produkt aus der Befehlsbeschleunigung und der Trägheit der Last, wenn eine Störung außer Acht gelassen wird. Deshalb wird ein Wert, der erhalten wird, indem die maximale Leistung P, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, durch die Befehlsgeschwindigkeit v (rad/s) dividiert wird, und ein erhaltener Wert weiter durch die Trägheit J (kgm²) der Last 13 dividiert wird, als Befehlsbeschleunigung „a“ (rad/s²) definiert, und die Befehlsbeschleunigung „a“ wird als Parameter der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 5 eingestellt. Wenn eine Berechnung der Befehlsbeschleunigung „a“ durch einen Ausdruck dargestellt wird, wird der folgende Ausdruck (3) erhalten. $a = \frac{P}{v \cdot J}$
Bei der Befehlsbeschleunigung „a“ handelt es sich um die maximale Befehlsbeschleunigung, mit der eine Beschleunigung/Abbremsung unter Nutzung der momentanen Energiespeichermenge E erfolgen kann. Jedoch gibt es als Einschränkungen auch andere Bedingungen als den Energieverbrauch, wie etwa die Maschinenkapazität and -schwingung. Wenn die Obergrenze der Beschleunigung separat durch diese Einschränkungen eingeschränkt wird, können eine kleinere als die durch den Ausdruck (3) erhaltene Befehlsbeschleunigung „a“ und die Obergrenze der Beschleunigung, die durch die anderen Bedingungen als den Energieverbrauch definiert sind, als die Befehlsbeschleunigung eingestellt werden.
Obwohl vorstehend das Beispiel beschrieben wurde, bei dem die anzutreibende Spindel den Drehmotor und die Kugelumlaufspindel umfasst, kann die vorliegende Ausführungsform entsprechend auf einen Fall angewendet werden, bei dem die Spindel durch einen Linearmotor angetrieben wird. In einem solchen Fall reicht es aus, die Einheit der Befehlsgeschwindigkeit auf m/s zu setzen, die Einheit der Befehlsbeschleunigung auf m/s² zu setzen und die Trägheit durch die Masse (die Einheit ist Kilogramm) zu ersetzen.
Beim Berechnen der Befehlsbeschleunigung erfolgt das Berechnen unter Berücksichtigung dessen, dass das Produkt aus der Trägheit der Last und der Befehlsbeschleunigung dem Drehmoment entspricht, wobei eine Störung außer Acht gelassen wird. Allerdings kann das Berechnen auch unter Berücksichtigung einer Störung wie etwa Schwerkraft and Reibung erfolgen. In diesem Fall werden Parameter wie etwa Schwerkraft und Reibung auf Grundlage eines Ergebnisses einer früheren Messung des Drehmoments zum Zeitpunkt eines Stopps oder während eines Vorschubs mit konstanter Geschwindigkeit ausgemacht und eingestellt.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der ersten Ausführungsform eine Beschleunigungs-/Abbremsbedingung je nach der in der elektrischen Speichervorrichtung gespeicherten Energiemenge eingestellt. Deshalb kann der Motor als Steuerzielmaschine immer unter einer realisierbaren Beschleunigungs-/Abbremsbedingung betrieben werden, ungeachtet der Betriebsverläufe oder Stände der Energiespeichermenge, und somit kann der Motor ohne Abnahme bei der Drehzahl oder Geschwindigkeit in der Mitte der Beschleunigung/Abbremsung stabil angetrieben werden.
Darüber hinaus kann das Einstellen des Beschleunigungs-/Abbremsparameters so erfolgen, dass die Beschleunigungs-/Abbremszeit verlängert wird, wenn die Energiespeichermenge gering ist, und die Beschleunigung/Abbremsung in einer kurzen Zeit erfolgt, wenn die Energiespeichermenge groß ist. Deshalb kann die Zykluszeit verkürzt werden.
Zusätzlich wird der maximale Leistungsbetrag, der zum Motorantrieb verwendet werden kann, auf Grundlage der momentan in der elektrischen Speichervorrichtung gespeicherten Energiemenge berechnet, und der Beschleunigungs-/Abbremsparameter wird so eingestellt, dass der Motor mit einer Energiemenge angetrieben wird, die gleich dem maximalen oder kleiner als der maximale Leistungsbetrag ist. Deshalb kann der Motor mit einer Energiemenge angetrieben werden, die den maximalen Leistungsbetrag nicht überschreitet.
Zweite Ausführungsform
6 ist ein Blockschema eines Aufbaus einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform wird ein Aufbaubeispiel einer Motorsteuerungsvorrichtung beschrieben, die mehrere Spindeln einer Steuerzielmaschine auf einmal steuert. In 6 ist ein einfachstes Aufbaubeispiel gezeigt, bei dem zwei Spindeln gesteuert werden. In 6 sind Bestandteile, die identisch oder äquivalent zu den in 1 (der ersten Ausführungsform) gezeigten Bestandteilen sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nachstehend werden hauptsächlich Elemente erläutert, die sich auf die zweite Ausführungsform beziehen.
Und zwar sind in 6 in einer Motorsteuerungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform, eine Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel und eine Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel in dem in 1 (der ersten Ausführungsform) gezeigten Aufbau anstelle der Servosteuerungseinheit 6 vorgesehen. Zusammen damit gibt es einige zu einer Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 23 und einer Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 hinzugefügte Funktionen, die mit Bezugszeichen bezeichnet sind, die sich von denjenigen in der ersten Ausführungsform unterscheiden.
In der zweiten Ausführungsform liefert die Energieversorgungseinheit 2 umgerichtete Gleichstromenergie aus der handelsüblichen Energieversorgung parallel an die Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel und die Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel. Die elektrische Speichervorrichtung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform liefert auch einen Fehlbetrag in der Gleichstromenergie parallel an die Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel und die Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel. Deshalb bilden die Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel, die Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel und die elektrische Speichervorrichtung 3 einen Gleichstromkreis, der mit der Energieversorgungseinheit 2 parallelgeschaltet ist.
Während sie eine Berechnung eines Beschleunigungs-/Abbremsparameters durch das wie in der ersten Ausführungsform erwähnte Verfahren durchführt, erhält die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 23 gemäß der zweiten Ausführungsform Beschleunigungs-/Abbremsparameter für die erste Spindel und die zweite Spindel und stellt die erhaltenen Parameter in der Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 24 ein.
Mit einem allgemeinen Aufbau führt die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 bei Eingang eines Betriebsbefehls wie etwa Bewegungsdistanzen oder Bewegungsgeschwindigkeiten der zwei Spindeln, den Beschleunigungs-/Abbremsprozess entsprechend den vorab eingestellten Beschleunigungs-/Abbremsparametern wie etwa Befehlsbeschleunigungen oder Höchststromwerten durch. Jedoch führt in der zweiten Ausführungsform die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 den Beschleunigungs-/Abbremsprozess entsprechend den durch die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 23 eingestellten Beschleunigungs-/Abbremsparametern durch, setzt Betriebsbefehle wie etwa Geschwindigkeitsbefehle oder Positionsbefehle für die beiden Spindeln an, die in dem Beschleunigungs-/Abbremsprozess als Erstspindelservobefehl und Zweitspindelservobefehl generiert werden, und gibt die Servobefehle an die Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel bzw. die Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel aus.
Die Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel und die Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel haben jeweils ein Wechselrichter in sich integriert und richten die eingegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie um, so dass die Servosteuerungseinheit 21 für eine erste Spindel ein Erstspindelmotorantriebsdrehmoment erzeugt, um einen Motor der ersten Spindel entsprechend dem Erstspindelservobefehl zu betreiben, und die Servosteuerungseinheit 22 für eine zweite Spindel ein Zweitspindelmotorantriebsdrehmoment erzeugt, um einen Motor der zweiten Spindel entsprechend dem Zweitspindelservobefehl zu betreiben.
7 ist ein Konzeptschema eines Gesamtaufbaus einer Maschine, die durch die in 6 gezeigte Motorsteuerungsvorrichtung gesteuert wird. In 7 handelt es sich bei dem Motor der ersten Spindel um einen Zustellspindelmotor 31. Die Drehspindel des Zustellspindelmotors 31 ist an eine horizontal angeordnete Kugelumlaufspindel 32 angeschlossen, und ein als Last wirkender Tisch 33 ist an der Kugelumlaufspindel 32 angebracht. Bei einem Hauptspindelmotor 34, der genau über dem Tisch 33 angeordnet ist, handelt es sich um den Motor für die zweite Spindel, und ein als Last wirkendes Werkzeug 35 ist an der Drehspindel des Hauptspindelmotors 34 angebracht und hängt nach unten.
Das heißt, in der zweiten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Motorsteuerungsvorrichtung 20 parallel einen Steuerbetrieb zum Antrieb des Motors für die erste Spindel (den Zustellspindelmotor 31), um die Kugelumlaufspindel 32 zu drehen und den Tisch 33 als Last horizontal zu bewegen, und einen Steuerbetrieb zum Antrieb des Motors für die zweite Spindel (den Hauptspindelmotor 34) durchführt, um das Werkzeug 35 als Last mit einer bestimmten Drehzahl zu drehen.
Deshalb wird davon ausgegangen, dass der Betriebsbefehl, der in die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 eingegeben wird, eine Zustellspindelbewegungsdistanz und eine Zustellspindelbewegungsgeschwindigkeit, um den Tisch 33 mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu einer Zielposition zu bewegen, und eine Hauptspindeldrehzahl bezeichnet, um das Werkzeug 35 mit einer bestimmten Drehzahl zu drehen. Die durch die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 23 in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 eingestellten Beschleunigungs-/Abbremsparameter enthalten eine Zustellspindelbefehlsbeschleunigung und einen Hauptspindelstromgrenzwert.
Dementsprechend führt die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 im Hinblick auf die Zustellspindel den Beschleunigungs-/Abbremsprozess durch, um die Zustellspindel über die Zustellspindelbewegungsdistanz, die durch den Betriebsbefehl bezeichnet ist, mit der Zustellspindelbewegungsgeschwindigkeit zu bewegen, die auch durch den Betriebsbefehl bezeichnet ist, und die Geschwindigkeit der Zustellspindel mit der durch den Beschleunigungs-/Abbremsparameter festgelegten Befehlsbeschleunigung zu verändern, und gibt den Erstspindelservobefehl aus. Darüber hinaus führt die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit 24 im Hinblick auf die Hauptspindel den Beschleunigungs-/Abbremsprozess für die Hauptspindel durch, um zu bewirken, dass ein zum Erzeugen des Antriebsdrehmoments erforderlicher Strom einen Wert hat, der gleich dem oder kleiner als der durch den Beschleunigungs-/Abbremsparameter festgelegte Stromgrenzwert ist, und gibt den Zweitspindelservobefehl aus.
Nachdem in der zweiten Ausführungsform der Hauptspindelmotor 34 in Drehung versetzt wurde, wird der Zustellspindelmotor 31 in Drehung versetzt, um den Tisch 33 zu bewegen, und dann erfolgt eine Betrieb zu Stoppen der Drehung des Hauptspindelmotors 34, nachdem die Bewegung des Tischs 33 abgeschlossen ist.
8(a), 8(b), 8(c) sind Kennlinienschemata zur Erläuterung eines Betriebs u. dgl. zweier Motoren, die entsprechend zweier Servobefehle angetrieben werden, die von der in 6 gezeigten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit ausgegeben werden. In 8(a), 8(b) und 8(c) ist jede der Veränderungskennlinien der Zustellspindelgeschwindigkeit (rad/s) (a) in 8(a), der Hauptspindelgeschwindigkeit (rad/s) (b) in 8(b) und der elektrischen Leistung (W) ) in 8(c) in einem Fall gezeigt, in dem ein Beschleunigungs-/Abbremsprozess zum Drehen des Zustellspindelmotors 31 erfolgt, um den Tisch 33 über eine bestimmte Distanz zu bewegen, während sich der Hauptspindelmotor 34 mit einer bestimmten Drehzahl dreht.
Die Zustellspindeldrehzahl (rad/s) in 8(a): Die Drehzahl des Zustellspindelmotors 31 hat einen Absolutwert, der mit einer durch den Beschleunigungs-/Abbremsparameter festgelegten Beschleunigung zunimmt, nachdem die Bewegung des Tischs 33 begonnen hat, und wird zu einer konstanten Drehzahl, wenn die bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit erreicht ist. Eine Abbremsung beginnt, bevor die der bestimmten Bewegungsdistanz entsprechende Bewegung abgeschlossen ist, und wird gesteuert, um zu bewirken, dass die Drehzahl Null beträgt, wenn die der Bewegungsdistanz entsprechende Bewegung abgeschlossen ist.
Die Hauptspindeldrehzahl (rad/s) in 8(b): Die Drehzahl des Hauptspindelmotors 34 nimmt zu, bis sie die bestimmte Hauptspindeldrehzahl nach dem Beginn der Bewegung des Tischs 33 erreicht. Im Allgemeinen nimmt das Drehmoment des Hauptspindelmotors 34 ab, wenn die Drehzahl des Hauptspindelmotors 34 zunimmt, und somit hat der Hauptspindelmotor 34 solche Antriebskennlinien, dass die Zunahmerate bei der Drehzahl moderater wird, wenn die Drehzahl des Hauptspindelmotors 34 höher wird.
Die elektrische Leistung (W) in 8(c): Die elektrische Leistung hat wie in der ersten Ausführungsform einen Wert, der während einer Beschleunigung/Abbremsung des Zustellspindelmotors 31 proportional zur Drehzahl des Zustellspindelmotors 31 ist, wenn Auswirkungen verschiedener Verluste wie etwa Reibung oder ein Motorverlust außer Acht gelassen werden. Während einer Beschleunigung/Abbremsung des Hauptspindelmotors 34 ist die Leistung während der Beschleunigung/Abbremsung konstant ausgelegt, und somit hat die elektrische Leistung einen im Wesentlichen konstanten Wert. Die elektrische Leistung hat während einer Beschleunigung der Zustellspindel und der Hauptspindel einen positiven Wert, und hat während einer Abbremsung der Zustellspindel und Hauptspindel einen negativen Wert.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, wird die elektrische Leistung mit negativen Werten in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeichert. Die in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeicherte Energiemenge hat einen Wert, der erhalten wird, indem negative Wertanteile der elektrischen Energie integriert werden. Wenn die Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit 2 geringer ist als der in 8(a), 8(b), 8(c) gezeigte obere Grenzwert der Energie, wird elektrische Energie aus der elektrischen Speichervorrichtung 3 zugeführt. Deshalb hat die elektrische Speichervorrichtung 3 zum Zeitpunkt des Beschleunigungsabschlusses der Hauptspindel eine geringe Energiespeichermenge und kann somit zum Zeitpunkt einer anschließenden Beschleunigung der Zustellspindel nicht genügend Energie liefern. Wenn die Beschleunigung in diesem Fall mit einer hohen Beschleunigung erfolgt, tritt in der Mitte der Beschleunigung eine Energieknappheit auf.
Deshalb ermittelt in der zweiten Ausführungsform die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 23 eine maximale Leistung, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, auf Grundlage der Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit 2 und der Energiespeichermenge in der elektrischen Speichervorrichtung 3 und stellt die Befehlsbeschleunigung für die Zustellspindel und den Stromgrenzwert für die Hauptspindel ein, um zu bewirken, dass die notwendige Energie während der Beschleunigung gleich der maximalen oder geringer als die maximale Leistung ist, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Eine Berechnung der maximalen Leistung, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, und eine Berechnung der Befehlsbeschleunigung für die Zustellspindel, die bewirkt, dass die notwendige Energie während der Beschleunigung gleich der maximalen oder geringer als die maximale Leistung ist, können auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform erfolgen.
Um den Stromgrenzwert für die Hauptspindel zu berechnen, der bewirkt, dass die notwendige Energie während der Beschleunigung gleich der maximalen oder geringer als die maximale Leistung ist, genügt es, ein Modell zu verwenden, das durch vorheriges modellhaftes Nachbilden eines Verhältnisses zwischen dem Stromwert und dem Energieverbrauch erstellt wird. Weil der Stromwert und der Energieverbrauch im Allgemeinen ein im Wesentlichen proportionales Verhältnis haben, wird ein Wert, der erhalten wird, indem die maximale Leistung durch einen relevanten Proportionalitätskoeffizienten dividiert wird, als Stromgrenzwert angesetzt. Alternativ kann eine Tabelle durch vorheriges Messen eines Verhältnisses zwischen dem Stromwert und dem Energieverbrauch erstellt werden, um die Tabelle rückwärts zu durchsuchen.
Obwohl der Beschleunigungs-/Abbremsprozess für die Motoren der mehreren Spindeln in 6 in einer Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit erfolgt, kann der Beschleunigungs-/Abbremsprozess für jede Spindel auch in einer einzelnen Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit erfolgen.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der zweiten Ausführungsform eine Beschleunigungs-/Abbremsbedingung entsprechend der in der elektrischen Speichervorrichtung gespeicherten Energiespeichermenge eingestellt. Deshalb können, selbst wenn mehrere Motoren in einer Steuerzielmaschine zu unterschiedlichen Zeitpunkten angetrieben werden sollen, die Motoren ungeachtet der Betriebsverläufe oder Stände der Energiespeichermenge immer unter einer realisierbaren Beschleunigungs-/Abbremsbedingung betrieben werden, und somit können die Motoren ohne Abnahme bei der Drehzahl oder Geschwindigkeit in der Mitte der Beschleunigung/Abbremsung stabil angetrieben werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Beschleunigungs-/Abbremsparameter so einzustellen, dass die Beschleunigungs-/Abbremszeit verlängert wird, wenn die Energiespeichermenge gering ist, und Beschleunigungs-/Abbremsparameter so einzustellen, dass die Beschleunigung/Abbremsung in einer kurzen Zeit erfolgt, wenn die Energiespeichermenge groß ist. Deshalb kann die Zykluszeit verkürzt werden.
Zusätzlich wird der maximale Leistungsbetrag, der zum Motorantrieb verwendet werden kann, auf Grundlage der momentan in der elektrischen Speichervorrichtung gespeicherten Energiemenge berechnet, und dann werden die Beschleunigungs-/Abbremsparameter so eingestellt, dass die Motoren mit einer elektrischen Leistung angetrieben werden, die gleich dem maximalen oder kleiner als der maximale Leistungsbetrag ist. Deshalb können, auch wenn die Motoren zu verschiedenen Zeitpunkten angetrieben werden sollen, die Motoren mit einer elektrischen Leistung in einem Bereich angetrieben werden, der den maximalen Leistungsbetrag nicht überschreitet.
Dritte Ausführungsform
9 ist ein Blockschema eines Aufbaus einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 9 sind Bestandteile, die identisch oder äquivalent zu den in 6 (der zweiten Ausführungsform) gezeigten Bestandteilen sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nachstehend werden hauptsächlich Elemente erläutert, die sich auf die dritte Ausführungsform beziehen.
In 9 besitzt eine Motorsteuerungsvorrichtung 40 gemäß der dritten Ausführungsform eine Energieversorgungseinheit 41 anstelle der Energieversorgungseinheit 2, und eine Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 42 anstelle der Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 23 im Aufbau, der in 6 (der zweiten Ausführungsform) gezeigt ist. Die anderen Bestandteile sind identisch zu den in 6 gezeigten.
Die Energieversorgungseinheit 41 hat eine Energieversorgungsregenerationsfunktion, und eine Funktion des Einspeisens regenerativer Energie, die beim Abbremsen eines Motors erzeugt wird, ist auf der Seite der handelsüblichen Energieversorgung zu dieser hinzugekommen. Eine Funktion des separaten Einstellens von Beschleunigungs-/Abbremsparametern für die Hauptspindel als Stromgrenzwert beim Beschleunigen und eines Stromgrenzwerts beim Abbremsen ist zur Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 42 hinzugekommen.
In diesem Fall unterliegen gemäß der dritten Ausführungsform die elektrische Energie und der Stromwert beim Beschleunigen der Hauptspindel einer Einschränkung der Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit 41, und die elektrische Energie und der Stromwert beim Abbremsen unterliegen einer Einschränkung der Regenerationskapazität der Energieversorgungseinheit 41. Im Allgemeinen wird der Stromgrenzwert beim Abbremsen so bestimmt, dass bewirkt wird, dass die durch die Energieversorgungseinheit 41 auf die Seite der handelsüblichen Energieversorgung beim Abbremsen eingespeiste Energie gleich einem oder niedriger als ein Energiewert ist, der durch die Regenerationskapazität bestimmt ist. Wenn die elektrische Speichervorrichtung 3 vorhanden ist, kann eine die Regenerationskapazität übersteigende Energiemenge in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeichert werden. Allerdings besteht auch eine Obergrenze bei der Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung 3, und somit wird der Stromgrenzwert beim Abbremsen durch die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 42 entsprechend der in der elektrischen Speichervorrichtung 3 vorhandenen Energiespeichermenge angesetzt.
Die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit 42 ermittelt die maximale rückgewinnbare regenerative Energie auf Grundlage der in der elektrischen Speichervorrichtung 3 vorhandenen Energiespeichermenge und der Regenerationskapazität der Energieversorgungseinheit 41, die als bekannte Daten eingestellt ist, und stellt auch den Stromgrenzwert so ein, dass verhindert wird, dass die erzeugte regenerative Energie den Höchstwert überschreitet.
10 ist ein Kennlinienschema zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen einer maximalen regenerativen Energie in der in 9 gezeigten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit. In 10 stellt die horizontale Achse die Zeit ab Beginn einer Abbremsung dar, und die vertikale Achse stellt elektrische Energie während des Abbremsens dar. Die elektrische Energie während des Abbremsens ist eine regenerative Energie und hat somit einen negativen Wert. Pr (W) gibt eine Größe der Regenerationskapazität der Energieversorgungseinheit 41 an, und P (W) gibt eine Größe der maximalen regenerativen Energie an, die während des Abbremsens erzeugt werden kann.
In 10 entspricht ein Bereich des schraffierten Abschnitts, in dem die Größe der regenerativen Energie die Größe Pr der Regenerationskapazität überschreitet, der Energiemenge, die während des Abbremsens in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeichert wird. Deshalb genügt es, diese gleich einer Differenz (Ec - E) zwischen der maximalen Energiespeichermenge Ec (J) der elektrischen Speichervorrichtung 3 und der momentanen Energiespeichermenge E (J) anzusetzen. Im Falle des Hauptspindelmotors ist die Leistung während einer Beschleunigung/Abbremsung im Wesentlichen konstant, und wenn davon ausgegangen wird, dass auch der Energieverbrauch konstant ist, wird ein Verhältnis zwischen der Gesamtenergie Ea, die während des Abbremsens erzeugt wird, und der in der elektrischen Speichervorrichtung 3 gespeicherten Energiemenge (Ec - E) gleich einem Verhältnis zwischen der zu erhaltenden maximalen regenerativen Energie P und der Differenz (P - Pr) zwischen der maximalen regenerativen Energie P und der Regenerationskapazität Pr. Wenn dies durch einen Ausdruck dargestellt wird, wird der folgende Ausdruck (4) erhalten. Die bei der Regeneration erzeugte Gesamtenergie Ea lässt sich ermitteln, indem die Menge an der beim Abbremsen erzeugten elektrischen Energie tatsächlich gemessen wird, oder es lässt sich kinetische Energie, die durch eine Berechnung auf Grundlage der Trägheit der Last und der Befehlsgeschwindigkeit ermittelt wird, für die Gesamtenergie Ea verwenden. $(E_{c} - E) / E_{a} = (P - P_{r}) / P$
Aus dem Verhältnis des Ausdrucks (4) lässt sich die maximale wiedergewinnbare regenerative Energie P nach dem folgenden Ausdruck (5) ermitteln. $P = \frac{E_{a}}{E_{a} - (E_{c} - E)} P_{r}$
Der Stromgrenzwert bei der Hauptspindelabbremsung wird berechnet, um zu bewirken, dass die regenerative Energie während der Abbremsung gleich der maximalen oder geringer als die maximale wiedergewinnbare regenerative Energie ist. Um den Stromgrenzwert bei der Hauptspindelabbremsung zu berechnen, genügt es, ein Modell zu verwenden, das erstellt wird, indem zuvor ein Verhältnis zwischen dem Stromwert und der regenerativen Energie modellhaft nachgebildet wird. Im Allgemeinen haben der Stromwert und die regenerative Energie beim Abbremsen ein im Wesentlichen proportionales Verhältnis, und somit wird ein Wert, der erhalten wird, indem die maximale wiedergewinnbare Energie durch einen relevanten Proportionalitätskoeffizienten dividiert wird, als Stromgrenzwert bei der Abbremsung angesetzt. Alternativ kann eine Tabelle durch vorheriges Messen des Verhältnisses zwischen dem Stromwert und der regenerativen Energie bei der Abbremsung erstellt werden, um die Tabelle rückwärts zu durchsuchen.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der dritten Ausführungsform der Stromgrenzwert bei der Abbremsung als eine Beschleunigungs-/Abbremsbedingung entsprechend der Energiespeichermenge in der elektrischen Speichervorrichtung und der maximalen Energiespeichermenge angesetzt. Deshalb können Motoren einer Steuerzielmaschine, selbst wenn eine Einschränkung an der Energieversorgungsregenerationskapazität besteht, ungeachtet der Betriebsverläufe oder Stände der Energiespeichermenge immer unter einer realisierbaren Beschleunigungs-/Abbremsbedingung betrieben werden, und somit können die Motoren immer stabil innerhalb eines Bereichs der Regenerationskapazität angetrieben werden.
Bei dem herkömmlichen technischen Verfahren ist die Obergrenze der regenerativen Energie, die beim Abbremsen erzeugt wird, durch die Obergrenze der Regenerationskapazität eingeschränkt, entsprechend ist eine Abbremsrate beim Abbremsen eingeschränkt, und somit kann eine erforderliche Abbremszeit nicht verkürzt werden. Gemäß der dritten Ausführungsform kann die erforderliche Abbremszeit jedoch verkürzt werden, wenn die regenerative Energie durch die elektrische Speichervorrichtung rückgewonnen werden kann, und die Zykluszeit kann verkürzt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, ist die Motorsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Motorsteuerungsvorrichtung nützlich, die einen Motor einer Steuerzielmaschine ungeachtet von Betriebsverläufen oder Ständen der Menge an gespeicherter Energie immer unter einer geeigneten Beschleunigungs-/Abbremsbedingung betreiben kann.
Bezugszeichenliste

1, 20, 40: Motorsteuerungsvorrichtung
2, 41: Energieversorgungseinheit
3: elektrische Speichervorrichtung
4, 23, 42: Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit
5, 24: Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit
6: Servosteuerungseinheit
11: Motor
12, 32: Kugelumlaufspindel
13: Last
21: Servosteuerungseinheit für eine erste Spindel
22: Servosteuerungseinheit für eine zweite Spindel
31: Zustellspindelmotor
33: Tisch (Last)
34: Hauptspindelmotor
35: Werkzeug

Claims

Motorsteuerungsvorrichtung (1, 20, 40), die Folgendes umfasst: eine Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24), die einen Servobefehl entsprechend einem für einen eingegebenen Betriebsbefehl angesetzten Beschleunigungs-/Abbremsparameter generiert und den generierten Servobefehl ausgibt; eine Servosteuerungseinheit (6), die ein Motorantriebsdrehmoment steuert, um einen Motor einer Steuerzielmaschine entsprechend dem Servobefehl anzutreiben; eine Energieversorgungseinheit (2, 41), die elektrische Energie mit einer vorbestimmten Energieversorgungskapazität aus einer handelsüblichen Energieversorgung der Servosteuerungseinheit (6) zuführt; eine elektrische Speichereinheit (3), die elektrische Energie, um die aus der Energieversorgungseinheit (2, 41) der Servosteuerungseinheit (6) zuzuführende elektrische Energie zu ergänzen, der Servosteuerungseinheit (6) zuführt; und eine Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) eine maximale Leistung, die zur Beschleunigung/Abbremsung verwendet werden kann, auf Grundlage einer in der elektrischen Speichereinheit (3) vorhandenen Energiespeichermenge, der vorbestimmten Energieversorgungskapazität und der gesamten zur Beschleunigung erforderlichen Leistung berechnet, einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter berechnet, der bewirkt, dass eine elektrische Leistung zu einem Beschleunigungs-/Abbremszeitpunkt gleich der maximalen Leistung oder geringer als die maximale Leistung ist, und den Beschleunigungs-/Abbremsparameter in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24) einstellt, wobei die elektrische Speichereinheit (3) eine Funktion, Information über die Menge der momentan in ihr gespeicherten Energie an die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) auszugeben, aufweist.
Motorsteuerungsvorrichtung (1, 20, 40) nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) die gesamte zur Beschleunigung erforderliche Leistung auf Grundlage einer durch den Betriebsbefehl bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit berechnet.
Motorsteuerungsvorrichtung (1, 20, 40) , Folgendes umfassend: eine Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24), die einen Servobefehl entsprechend einem für einen eingegebenen Betriebsbefehl angesetzten Beschleunigungs-/Abbremsparameter generiert und den generierten Servobefehl ausgibt; eine Servosteuerungseinheit (6), die ein Motorantriebsdrehmoment steuert, um einen Motor einer Steuerzielmaschine entsprechend dem Servobefehl anzutreiben; eine Energieversorgungseinheit (2, 41), die elektrische Energie aus einer handelsüblichen Energieversorgung der Servosteuerungseinheit (6) zuführt und eine Funktion hat, elektrische Energie mit einer vorbestimmten Regenerationskapazität zu regenerieren; eine elektrische Speichervorrichtung (3), die elektrische Energie, um die aus der Energieversorgungseinheit (2, 41) der Servosteuerungseinheit (6) zuzuführende elektrische Energie zu ergänzen, der Servosteuerungseinheit (6) zuführt und in sich durch den Motor erzeugte, regenerative Energie speichert; und eine Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) dazu ausgelegt ist: eine Obergrenze einer Größe wiedergewinnbarer regenerativer Energie auf Grundlage einer Energiespeichermenge in der elektrischen Speichervorrichtung (3), einer maximalen Energiespeichermenge der elektrischen Speichervorrichtung (3), einer Energieversorgungskapazität der Energieversorgungseinheit (2, 41) und der bei einem Abbremsen erzeugten Gesamtleistung zu berechnen; einen Beschleunigungs-/Abbremsparameter zu berechnen, der bewirkt, dass eine Größe regenerativer Energie bei einem Abbremsen gleich der oder kleiner als die Obergrenze ist; und den Beschleunigungs-/Abbremsparameter in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24) einzustellen, wobei die elektrische Speichereinheit (3) eine Funktion, Information über die Menge der momentan in ihr gespeicherten Energie an die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) auszugeben, aufweist.
Motorsteuerungsvorrichtung (1, 20, 40) nach Anspruch 3, wobei die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) die gesamte zur Beschleunigung erforderliche Leistung auf Grundlage einer durch den Betriebsbefehl bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit berechnet.
Motorsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mehrere Servosteuerungseinheiten (6) vorgesehen sind, die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) mehrere Beschleunigungs-/Abbremsparameter, die zum Berechnen jeweiliger Servobefehle der Servosteuerungseinheiten (6) erforderlich sind, in der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24) einstellt, und die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungseinheit (5, 24) einen Beschleunigungs-/Abbremsprozess entsprechend den durch die Beschleunigungs-/Abbremsparametereinstelleinheit (4, 23, 42) eingestellten Beschleunigungs-/Abbremsparametern durchführt und jeweilige Servobefehle für die Servosteuerungseinheiten (6) generiert.