DE112013006820B4

DE112013006820B4 - Servo-Regelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013006820B4
Application number: DE112013006820.6T
Authority: DE
Inventors: Kotaro Nagaoka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: US9658608B2; CN105190462B; TW201435529A; WO2014141515A1; CN105190462A; JP5885883B2; JPWO2014141515A1; KR20150119065A; TWI514099B; US20150355607A1; KR101688360B1; DE112013006820T5

Abstract

Servo-Regelungsvorrichtung (100), umfassend:- eine Servo-Regelungseinheit (3), die unter Verwendung eines Erfassungswertes einer Maschinenendposition, die eine Position eines Maschinensystems ist, und eines Erfassungswerts einer Motorendposition, die eine Position eines Motors, der das Maschinensystem antreibt, als eine Positionsrückführung ist, einen Drehmomentbefehl für den Motor berechnet, so dass die Maschinenendposition einem Positionsbefehl folgt;- eine Modellantwort-Berechnungseinheit (1), die einen berechneten Wert der Maschinenendposition auf Grundlage des Positionsbefehls berechnet;- eine Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit (4), die ein Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens misst, welches ein Verschiebungsmaß des Erfassungswerts der Motorendposition ist, in einem Zeitraum ab wenn sich der berechnete Wert der Maschinenendposition auf null ändert, bis sich der berechnete Wert auf einen anderen Wert als null ändert; und- eine Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit (2), die ein Fehlerkorrekturmaß auf Grundlageeines Parameters, der im Voraus als ein maximales Änderungsmaß einer Abweichung zwischen der Maschinenendposition während der Umkehr einer Bewegungsrichtung einer Zugspindel und der Motorendposition eingestellt ist,des berechneten Wertes der Maschinenendposition unddes Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens berechnet, wobei die Servo-Regelungseinheit (3)aufweist:- eine Positionsregelungseinheit (31), die eine im Voraus eingestellte Positionsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und dem Erfassungswert der Maschinenendposition anwendet;- eine Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit (34), die das Fehlerkorrekturmaß ableitet;- eine Ableitungsoperation-Einheit (33), die den Erfassungswert der Motorendposition ableitet; und- eine Geschwindigkeitsregelungseinheit (32),die eine im Voraus eingestellte Geschwindigkeitsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen einem Wert, der durch Addieren einer Ausgabe der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit (34) zu einer Ausgabe der Positionsregelungseinheit (31) erhalten wird, und einer Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit (33) anwendet unddie den Drehmomentbefehl berechnet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servo-Regelungsvorrichtung, die Servomotoren antreibt.
Hintergrund
Im Gebiet der FA wird die Antriebsregelung einer Werkzeugmaschine so durchgeführt, dass die Bewegung eines Tisches oder eines Werkzeuges zum Befestigen eines Werkstückes (Werk) einem Befehl folgt. Die Regelung zum Antreiben einer Maschine, so dass eine Werkzeugposition (d.h. die Relativposition des Werkzeugs zum Werk) genau einem Befehlsweg (einer Befehlsbahn) folgt, wird als Bahnführungsregelung (engl.: tracking control) (oder Umrissbewegungsregelung, engl.: contour motion control) bezeichnet. Die Bahnführungsregelung wird präzise durchgeführt, indem eine numerische Regelungsvorrichtung oder eine mit der numerischen Regelungsvorrichtung verbundene Servo-Regelungsvorrichtung verwendet wird. Die Werkzeugmaschine, auf die die Regelung abzielt, weist eine Vielzahl von Wellen auf, wobei jede Welle jeweils durch einen Servomotor angetrieben wird. Die individuellen Servomotoren werden jeweils unter Verwendung von Servo-Regelungsvorrichtungen angetrieben.
Reibung, Spiel und Totgang (engl.: lost motion), die in einem Maschinensystem vorhanden sind, stören die Bahnführungsregelung. Wenn die Bewegungsrichtung einer Zugspindel umgekehrt wird, kehren sich die Richtungen, in die diese Störungen wirken, um. Der Einfluss der Umkehr der Richtungen zeigt sich deutlich in Bahnführungsfehlern. Ein typischer Fehler, der auftritt, wenn man einer gekrümmten Bahn folgt, ist ein Bahnführungsfehler, der auftritt, wenn sich die Bewegungsrichtung der Zugspindel in einem Quadranten-Umschaltungsabschnitt der gekrümmten Bahn umkehrt. Der Bahnführungsfehler wird als „Quadrantenvorstehen“ bezeichnet, weil eine Bahn eine Form aufweist, die als ein Vorsprung zu der äußeren Seite vorsteht, wenn das Fehlermaß in radialer Richtung vergrößert und dargestellt wird. Das Auftreten des Bahnführungsfehlers der Bahn, wie das Quadrantenvorstehen, während der Bearbeitung ist unerwünscht, weil Streifen und Fehlstellen in dem Bearbeitungsergebnis entstehen.
Deshalb wird, beispielsweise, ein virtueller Zugmechanismus integriert und ein Korrekturbefehl wird aus der Differenz in dem Drehmomentbefehlssignal zwischen dem virtuellen Zugmechanismus und dem tatsächlichen Zugmechanismus berechnet, und dieser wird zu einem tatsächlichen Drehmomentbefehl oder einer Reibungskraft oder einem Reibmoment, das auftritt, bevor oder nachdem die Umkehr der Bewegungsrichtung des Zugantriebsmechanismus abgeschätzt wird, hinzuaddiert; ein Motordrehmomentfehler wird entnommen; und eine Drehmomentkompensation wird gemäß einem Fehlersignal durchgeführt (z.B., Patentdokument 1).
Weiter bekannt ist eine Positionssteuervorrichtung zum Positionieren eines Steuerobjekts, das über einen Übertragungsmechanismus mit einem Motor verbunden ist, um eine sich zeitlich ändernde variable Positionsreferenz zu verfolgen, mit: einer Referenzerzeugungseinrichtung zum Erzeugen der variablen Positionsreferenz (z.B., Patentdokument 2).
Referenzenliste
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP 2010 - 49 599 A ; Patentdokument 2: US 2002 / 0 151 988 A1
Zusammenfassung
Technisches Problem
Allerdings zeigt sich gemäß der Technologie des Patentdokuments 1 ein Effekt des Korrekturbefehls, nachdem eine Differenz in einem tatsächlichen Drehmoment und einem Modelldrehmoment auftritt. Deshalb besteht das Problem, dass die Korrektur zu spät wirkt. Gemäß der Technologie des Patentdokuments 1 beeinträchtigt, obwohl ein Reibungskompensationssignal auf Grundlage der Richtungsumkehr eines Positionsbefehls erzeugt wird, im Falle einer vollständig geschlossenen Regelung, das Umschalten der Position zwischen einem Motorende und einem Maschinenende die vollständig geschlossene Regelung. Deshalb besteht das Problem, dass eine Wirkung nur durch Drehmomentkompensation nicht ausreichend erreicht wird. Weiterhin beeinträchtigt im Falle der vollständig geschlossenen Regelung das Umschalten der Position zwischen dem Motorende und dem Maschinenende die Größe des Bahnführungsfehlers während der Umkehr der Bewegungsrichtung. Deshalb besteht das Problem, dass abhängig von dem Befehlsweg die Kompensationswirkung nicht ausreichend erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben Genannte gemacht und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Servo-Regelungsvorrichtung zu erhalten, die eine vollständig geschlossene Regelung ermöglicht, bei der ein Bahnführungsfehler zwischen einer Maschinenendposition und einer Befehlsposition reduziert wird, sogar wenn sich die Bewegungsrichtung einer Zugspindel umkehrt.
Lösung des Problems
Um das Problem zu lösen und das oben erwähnte Ziel zu erreichen, betrifft die vorliegende Erfindung eine Servo-Regelungsvorrichtung, die aufweist: eine Servo-Regelungseinheit, die unter Verwendung eines Erfassungswertes einer Maschinenendposition, die eine Position eines Maschinensystems ist, und eines Erfassungswerts einer Motorendposition, die eine Position eines Motors, der das Maschinensystem antreibt, als eine Positionsrückführung ist, einen Drehmomentbefehl für den Motor berechnet, so dass die Maschinenendposition einem Positionsbefehl folgt; eine Modellantwort-Berechnungseinheit, die einen berechneten Wert der Maschinenendposition auf Grundlage des Positionsbefehls berechnet; eine Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit, die ein Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens misst, welches ein Verschiebungsmaß des Erfassungswerts der Motorendposition ist, in einem Zeitraum ab wenn sich der berechnete Wert der Maschinenendposition auf null ändert, bis sich der berechnete Wert auf einen anderen Wert als Null ändert; und eine Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit, die ein Fehlerkorrekturmaß auf Grundlage eines Parameters, in dem ein maximales Änderungsmaß einer Abweichung zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition während der Umkehr einer Bewegungsrichtung einer Zugspindel im Voraus eingestellt ist, des berechneten Wertes der Maschinenendposition und des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens berechnet. Die Servo-Regelungseinheit berechnet den Drehmomentbefehl unter Verwendung des Fehlerkorrekturmaßes.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Drehmomentbefehl unter Verwendung des Fehlerkorrekturmaßes berechnet, das auf Grundlage des maximalen Änderungsmaßes der Abweichung zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition während der Umkehr der Bewegungsrichtung der Zugspindel berechnet wird. Deshalb ist es möglich, wenn die Abweichung zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition sich während der Umkehr der Bewegungsrichtung plötzlich ändert, den Bahnführungsfehler, der nach der Umkehr der Bewegungsrichtung auftritt, in Bezug auf eine Befehlsposition der Maschinenendposition zu reduzieren. Das Fehlerkorrekturmaß wird unter Berücksichtigung des Motorendbewegungsmaßes, während der Motor anhält, berechnet. Deshalb ist es, sogar falls ein Befehl für ein vorübergehendes Anhalten vor der Bewegungsrichtungsumkehr gegeben wird, immer noch möglich, einen Bahnführungsfehler, der nach der Bewegungsrichtungsumkehr auftritt, in Bezug auf die Befehlsposition der Maschinenendposition zu reduzieren. Das Fehlerkorrekturmaß wird unter Berücksichtigung des Motorendbewegungsmaßes, während der Motor anhält, berechnet. Deshalb ist es, falls die Abweichung zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition sich während der Umkehr der Bewegungsrichtung sanft ändert, möglich, eine Situation zu verhindern, in der das Fehlerkorrekturmaß zu früh wirkt, die Korrektur der Position eine übermäßige Wirkung nach der Bewegungsrichtungsumkehr hat, und ein Bahnführungsfehler auftritt. Das heißt, dass es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, die Servo-Regelungsvorrichtung bereitzustellen, die eine vollständig geschlossene Regelung ermöglicht, bei der ein Bahnführungsfehler zwischen der Maschinenendposition und der Befehlsposition reduziert wird, sogar wenn sich die Bewegungsrichtung der Zugspindel umkehrt.
Figurenliste
1 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer Servo-Regelungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.

2 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration eines Motors und eines Maschinensystems darstellt.
3 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration einer Modellantwort-Berechnungseinheit darstellt.
4 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration einer Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit darstellt.
5 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration einer Servo-Regelungseinheit darstellt.
6 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines Bahnführungsfehlers, der während der Umkehr einer Bewegungsrichtung auftritt, darstellt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bahnführungsfehlers, der während der Umkehr der Bewegungsrichtung auftritt, darstellt.
8 ist ein Diagramm, das zeitliche Änderungen eines Fehlerkorrekturmaßes und Signale, die sich auf das Fehlerkorrekturmaß während der Bewegungsrichtungsumkehr beziehen, darstellt.
9 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration einer Servo-Regelungseinheit, die in einer Servo-Regelungsvorrichtung umfasst ist, darstellt, gemäß einer zweiten Ausführungsform.
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Motorendposition/einer Maschinenendposition und einer Positionsrückführung erläutert.

Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaubild, das die Konfiguration einer Servo-Regelungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in der Figur dargestellt, ist eine Servo-Regelungsvorrichtung 100 mit einem Motor 5 und einem Maschinensystem 6 verbunden.
2 ist ein Schaubild, das die Konfiguration des Motors 5 und des Maschinensystems 6 darstellt. Der Motor 5 umfasst einen Servomotor 51 und einen Motorendpositionserfasser 52, der eine Motorendposition des Servomotors 51 (die Position des Motors 5) erfasst. Als Motorendpositionserfasser 52 wird, zum Beispiel, ein Drehgeber verwendet. Das Maschinensystem 6 weist eine Kugelrollspindel 61, eine Mutter 62 und einen Tisch 63, der zusammen mit der Mutter 62 beweglich ist und mit dem Servomotor 51 verbunden ist, auf. Ein Maschinenendpositionserfasser 64, der die Position des Tisches 63 (die Position des Maschinensystems 6) als eine Maschinenendposition erfasst, ist an dem Tisch 63 befestigt. Als Maschinenendpositionserfasser 64 wird, zum Beispiel, ein Linearmaßstab verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass eine direkt in dem Motorendpositionserfasser 52 erfasste Position ein Drehwinkel des Motors 5 ist. Der Winkel kann in die Länge in eine Bewegungsrichtung des Tisches 63 umgewandelt werden, indem der Winkel mit einer Kugelrollspindelsteigung multipliziert wird, welche die Tischbewegungsdistanz pro einer Umdrehung des Motors ist, und das Produkt durch einen Winkel 2 n (rad) einer Drehung des Motors dividiert wird. In der folgenden Erklärung wird ein Wert, der in die Länge in die Tischbewegungsrichtung umgewandelt wurde, als die Motorendposition verwendet.
Ein Positionsbefehl wird der Servo-Regelungsvorrichtung 100 eingegeben. Die Maschinenendposition, die durch den Maschinenendpositionserfasser 64 erfasst wird, und die Motorendposition, die durch den Motorendpositionserfasser 52 erfasst wird, werden auch der Servo-Regelungsvorrichtung 100 eingegeben. Die Servo-Regelungsvorrichtung 100 erzeugt, während sie einen Erfassungswert der Maschinenendposition und einen Erfassungswert der Motorendposition als Positionsrückführung verwendet, einen Drehmomentbefehlswert des Motors 5, so dass der Erfassungswert der Maschinenendposition dem Positionsbefehl folgt. Die Servo-Regelungsvorrichtung 100 gibt den erzeugten Drehmomentbefehlswert an den Motor 5 aus.
Die Servo-Regelungsvorrichtung 100 weist eine Modellantwort-Berechnungseinheit 1, eine Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2, eine Servo-Regelungseinheit 3 und eine Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 als Komponenten zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes auf.
Ein Positionsbefehl wird der Modellantwort-Berechnungseinheit 1 eingegeben. Die Modellantwort-Berechnungseinheit 1 gibt ein Ergebnis (eine Modellantwort), die durch Simulieren einer Antwort des Maschinensystems 6 erhalten wird, an den Positionsbefehl aus. Die ausgegebene Modellantwort ist ein Simulationswert (ein berechneter Wert) der Maschinenendposition, der auf der Grundlage des Positionsbefehls erzeugt wurde.
3 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration der Modellantwort-Berechnungseinheit 1 darstellt. Die Modellantwort-Berechnungseinheit 1 weist eine Positionsregelungssimulationseinheit 41 und einen Integrator 42 auf. Die Positionsregelungssimulationseinheit 41 wendet eine rechnerische Verarbeitung an, welche die gleiche ist wie die später erklärte rechnerische Verarbeitung einer Positionsregelungseinheit 31, um eine Differenz zwischen einer Position, die durch den Positionsbefehl vorgegeben ist, und einer Modellantwort, die durch den Integrator 42 ausgegeben wird, zu erhalten und gibt einen Geschwindigkeitsbefehl der Maschinenendposition aus. Der Integrator 42 integriert die Ausgabe der Positionsregelungssimulationseinheit 41, um dabei die Modellantwort zu berechnen, und gibt die Modellantwort aus.
Der erfasste Wert der Motorendposition wird der Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 von dem Motor 5 eingegeben. Die Modellantwort wird der Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 von der Modellantwort-Berechnungseinheit 1 eingegeben. Die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 misst und gibt ein Verschiebungsmaß der Motorendposition aus, während die Modellantwort anhält (ein Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens).
Im Besonderen berechnet die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens, wie nachfolgend erklärt. Wenn sich die Modellgeschwindigkeit (erhalten durch Zeitableitung der Modellantwort) auf 0 ändert, speichert die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 vorübergehend eine Motorendposition zu diesem Zeitpunkt. Danach, wenn sich die Modellgeschwindigkeit auf einen Wert anders als 0 ändert, gibt die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 die Differenz zwischen einer Motorendposition zu diesem Zeitpunkt und die vorübergehend gespeicherte Motorendposition aus. Zu einem anderen Zeitpunkt als wenn sich die Modellgeschwindigkeit von 0 auf einen anderen Wert als 0 ändert, gibt die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 einen Wert aus, der gleich ist wie der Wert einer Ausgabe des unmittelbar vorhergehenden Regelu ngszykl us.
Es sei darauf hingewiesen, dass, zum Beispiel, zur Bestimmung, ob die Modellgeschwindigkeit 0 ist, die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 einen Geschwindigkeitsschwellwert und einen Zeitschwellwert verwendet, die im Voraus eingestellt sind. Zuerst wird ein Zustand der Geschwindigkeit null als ein Zustand definiert, in dem ein Absolutwert der Modellgeschwindigkeit gleich oder kleiner als der Schwellwert der Geschwindigkeit ist. Dann, wenn der Zustand, während dem der Absolutwert der Modellgeschwindigkeit gleich oder kleiner als der Schwellwert der Geschwindigkeit ist, für eine Zeit gleich oder länger als die durch den Zeitschwellwert eingestellte Zeit fortbesteht, bestimmt die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4, dass die Modellgeschwindigkeit 0 ist. Als Geschwindigkeitsschwellwert und Zeitschwellwert werden positive Konstanten von ungefähr minimaler Auflösung der Geschwindigkeit bzw. eines Abtastzyklus verwendet. Weil die Schwellwerte auf diese Weise eingestellt sind, ist es möglich, eine fehlerhafte Bestimmung eines Bewegungszustandes aufgrund eines Berechnungsfehlers oder dergleichen zu verhindern.
Das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens wird der Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2 von der Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 eingegeben. Die Modellantwort wird der Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2 von der Modellantwort-Berechnungseinheit 1 eingegeben. Die Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2 berechnet ein Fehlerkorrekturmaß auf Grundlage eines im Voraus eingestellten Parameters, der Modellantwort und des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens und gibt das Fehlerkorrekturmaß aus.
4 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration der Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2 darstellt. Die Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2 weist eine Vorzeichenberechnungseinheit 21 und eine Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 auf. Die Vorzeichenberechnungseinheit 21 berechnet das Vorzeichen einer Änderungsrate einer Ausgabe der Modellantwort-Berechnungseinheit 1, das heißt, das Vorzeichen der Modellgeschwindigkeit. Insbesondere gibt die Vorzeichenberechnungseinheit 21 1 aus, wenn die Modellgeschwindigkeit plus ist, und gibt einen Wert von -1 aus, wenn Die Modellgeschwindigkeit minus ist. Wenn die Modellgeschwindigkeit 0 ist, gibt die Vorzeichenberechnungseinheit 21 ein Vorzeichen unmittelbar, bevor die Modellgeschwindigkeit sich auf 0 ändert, aus. Deshalb kann die Ausgabe der Vorzeichenberechnungseinheit 21 1 oder -1 annehmen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bestimmung betreffend, ob die Modellgeschwindigkeit 0 ist, durch ein Verfahren durchgeführt werden kann, das dem durch die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 durchgeführten Verfahren gleich ist.
Wenn sich die Ausgabe der Vorzeichenberechnungseinheit 21 ändert, das heißt, wenn die Ausgabe aus der Vorzeichenberechnungseinheit 21 sich von 1 auf -1 oder von -1 auf 1 ändert, verändert die Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 das Fehlerkorrekturmaß. Das Änderungsmaß des Fehlerkorrekturmaßes durch die Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 ist ein Wert, der durch Subtrahieren des Motorendgeschwindigkeitsmaßes während des Anhaltens von einem Wert, der im Voraus als ein Parameter festgehalten wird, erhalten wird. Die Richtung, in der die Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 das Fehlerkorrekturmaß verändert, ist die gleiche, in die sich die Ausgabe der Vorzeichenberechnungseinheit 21 verändert. Das heißt, dass die Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 das Fehlerkorrekturmaß reduziert, wenn die Ausgabe der Vorzeichenberechnungseinheit 21 sich von 1 auf -1 verändert und das Fehlerkorrekturmaß vergrößert, wenn die Ausgabe der Vorzeichenberechnungseinheit 21 sich von -1 auf 1 verändert. Der in der Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 festgehaltene Parameter ist ein maximales Änderungsmaß der Abweichung zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition während der Umkehr der Bewegungsrichtung einer Zugspindel. Details des Parameters werden nachfolgend erläutert. Das Fehlerkorrekturmaß verändert sich schrittweise, wenn sich die Bewegungsrichtung der Zugspindel (das heißt, eine Bewegungsrichtung der Mutter 62 und des Tisches 63) umkehrt.
5 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration der Servo-Regelungseinheit 3 darstellt. Die Servo-Regelungseinheit 3 weist eine Positionsregelungseinheit 31, eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 32, eine Ableitungsoperation-Einheit 33 und eine Korrekturmaß-Ableitungsoperation-einheit 34 auf.
Die Differenz (eine positive Abweichung) zwischen dem Positionsbefehl und der Maschinenendposition wird der Positionsregelungseinheit 31 eingegeben. Die Positionsregelungseinheit 31 führt eine vorbestimmte Positionsregelungsverarbeitung, wie eine Proportionalregelung, unter Verwendung der Positionsabweichung zum Berechnen eines Geschwindigkeitsbefehls aus und gibt den Geschwindigkeitsbefehl aus. Alternativ wird das Fehlerkorrekturmaß in der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 abgeleitet. Die Motorendposition wird in der Ableitungsoperation-Einheit 33 abgeleitet. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Arten der Ableitungsverarbeitung in einem System mit diskreter Zeit durch Differenzenverarbeitung ersetzt werden. Das heißt, dass ein Wert, der durch Dividieren einer Differenz zwischen der momentanen Motorendposition und einer Motorendposition einer unmittelbar vorhergehenden Abtastung durch einen Regelungsverarbeitungskreis erhalten wird, als ein angenäherter Ableitungswert verwendet wird.
Wie zuvor erläutert, ist das Fehlerkorrekturmaß ein schrittweises Signal. Deshalb wird, wenn das Fehlerkorrekturmaß abgeleitet wird, das schrittweise Signal in ein impulsähnliches Signal abgeleitet. Dies ist manchmal unerwünscht. In einem solchen Fall wird eine Pseudoableitung an Stelle der Ableitung in der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 ausgeführt. Insbesondere führt die Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 eine Differenzenverarbeitung des Fehlerkorrekturmaßes aus und wirkt als ein Tiefpassfilter mit einer vorbestimmten Zeitkonstante auf das Fehlerkorrekturmaß nach der Differenzenverarbeitung ein, wobei sie einen impulsähnlichen Spitzenwert erzeugt, der sich in einem Fehlersignalkorrekturmaß nach der Differenzenverarbeitung weniger scharf zeigt. Wenn die Zeitkonstante des Tiefpassfilters für die Pseudoableitung durch Td dargestellt wird, wird die Übertragungsfunktion Gd(s) des Tiefpassfilters für die Pseudoableitung durch den folgenden Ausdruck 1 ausgedrückt: $Gd (s) = 1 / (1 + Td * s)$
Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeitkonstante Td des Tiefpassfilters für die Pseudoableitung im Voraus angepasst ist, so dass die Höhe des Spitzenwertes des Signals nach der Pseudoableitung gleich oder niedriger als ein festgesetztes Niveau ist.
Ein Wert wird durch Subtrahieren einer Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 von der Summe der Geschwindigkeitsbefehle erhalten, welcher die Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 ist; und eine Ausgabe der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 wird in die Geschwindigkeitsregelungseinheit 32 eingegeben. Die Geschwindigkeitsregelungseinheit 32 wendet eine vorbestimmte Geschwindigkeitsregelungsverarbeitung, wie eine Proportional-/ Integralregelung, auf den Eingabewert an, um dabei einen Drehmomentbefehl zu berechnen, und gibt den Drehmomentbefehl aus.
Nachfolgend werden ein in der Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 eingestellter Parameter und ein Prinzip erläutert, dass durch Konfigurieren der Servo-Regelungsvorrichtung 100, wie zuvor erklärt, ein Bahnführungsfehler zwischen der Maschinenendposition der durch den Positionsbefehl vorgegebenen Position (die Befehlsposition) reduziert werden kann, sogar, wenn sich die Bewegungsrichtung der Zugspindel umkehrt.
Wenn ein Spiel (z.B. Schlupf in der Kugelrollspindel) in dem Maschinensystem 6 vorhanden ist, ist zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition eine Abweichung mit derselben Größe wie der Spielbetrag vorhanden. Deshalb folgt in einem stationären Zustand der Bewegung in die gleiche Richtung die Motorendposition dem Positionsbefehl mit einer Verschiebung eines festen Maßes, das dem Spielbetrag entspricht. Eine Abweichung zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition, das heißt, eine relative Position der Motorendposition zu der Maschinenendposition, wird als Maschinenabweichung bezeichnet. Die Maschinenabweichung ist ein fester Wert, falls die Bewegung bei fester Geschwindigkeit stattfindet. Ein Vorzeichen der Maschinenabweichung ändert sich gemäß der Bewegungsrichtung. Das heißt, dass im Falle einer Bewegung bei fester Geschwindigkeit in positive Richtung die Maschinenabweichung positiv ist, weil sich das Motorende in einer Position befindet, die um einen festen Betrag, der dem Spielbetrag entspricht, in die positive Richtung in Bezug auf das Maschinenende verschoben ist. Umgekehrt ist im Falle der Bewegung in negative Richtung die Maschinenabweichung negativ, weil sich das Motorende in einer in negative Richtung in Bezug auf das Maschinenende verschobenen Position befindet.
In einem vollständig geschlossenen Regelungssystem, in dem die Maschinenendposition als ein Rückführungssignal verwendet wird, folgt die Maschinenendposition im Allgemeinen dem Positionsbefehl. Die Motorendposition ist eine Position, die gegenüber der Befehlsposition um einen Betrag der Maschinenabweichung verschoben ist.
Weil sich das Vorzeichen der Maschinenabweichung abhängig von der Bewegungsrichtung ändert, wenn sich die Bewegungsrichtung umkehrt, ändert sich die Maschinenabweichung schrittweise. Deshalb ist es nötig, die Motorendposition schrittweise zu bewegen, um im Falle eines vollständig geschlossenen Regelungssystems die Bewegungsrichtungsumkehr der Maschinenendposition ohne eine Bahnverzögerung zu realisieren. Allerdings kann sich die Motorendposition tatsächlich nicht schrittweise bewegen und bewegt sich verspätet mit einer Geschwindigkeit, die einer Antwortzeitkonstante des Rückführungsregelungssystems entspricht. Im Ergebnis ist die Bewegungsrichtungsumkehr der Maschinenendposition verzögert. Ein Bahnführungsfehler, welcher ein Fehler einer Übergangsposition in Bezug auf die Befehlsposition ist, tritt auf.
Der Bahnführungsfehler fluktuiert gemäß der Größen der Maschinenabweichungen vor und nach der Bewegungsrichtungsumkehr. Das heißt, weil eine Veränderung in den Maschinenabweichungen vor und nach der Bewegungsrichtungsumkehr größer wird, wird auch der Bahnführungsfehler in Bezug auf die Befehlsposition der Maschinenendposition größer. Die Ursache für die Bahnführungsverzögerung der Maschinenendposition ist, dass die Motorendposition sich nicht schrittweise verändern kann.
Deshalb wird, um den Bahnführungsfehler der Maschinenendposition während der Umkehr der Bewegungsrichtung zu reduzieren, in der ersten Ausführungsform eine Differenz zwischen der Maschinenabweichung und der Bewegung in die positive Richtung und der Maschinenabweichung in die Bewegung in der negativen Richtung (das maximale Änderungsmaß der Abweichung während der Umkehr der Bewegungsrichtung der Zugspindel) im Voraus als der Parameter der Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 gespeichert. Die Servo-Regelungseinheit 3 addiert ein schrittweises Korrekturmaß, welches einen Wert des Parameters als die Höhe einer Stufe hat, zu der Motorendposition hinzu. Das heißt, dass der Parameter ein Wert ist, der durch Aufaddieren des Spielbetrages (ein Absolutwert) zu dem Zeitpunkt, wenn die Zugspindel in die positive Richtung bewegt wird und des Spielbetrages (ein Absolutwert) zu dem Zeitpunkt, wenn die Zugspindel in die negative Richtung bewegt wird, erhalten wird. Es wird darauf hingewiesen, dass in dem vollständig geschlossenen Regelsystem die Motorendposition einmal in der Servo-Regelungseinheit 3 abgeleitet wird und zu dem Geschwindigkeitsbefehl als eine Geschwindigkeitsrückführung addiert wird. Deshalb ist das Korrekturmaß auch dazu ausgebildet, einmal abgeleitet zu werden und zu dem Geschwindigkeitsbefehl addiert zu werden.
Des Weiteren regelt während des Anhaltens das vollständig geschlossene Regelungssystem nur die Maschinenendposition, so dass sie eine Position wird, die der Befehlsposition gleich ist, und es kann nicht direkt die Maschinenabweichung regeln. Deshalb, beispielsweise wenn einmal angehalten, wenn die Bewegungsposition umgekehrt wird, ist es wahrscheinlich, dass die Maschinenabweichung sich während des Anhaltens ändert. Weil sich die Maschinenendposition während des Anhaltens nicht ändert, ist es möglich, durch Beobachten der Veränderung in der Motorendposition während des Anhaltens die Veränderung in der Maschinenabweichung während des Anhaltens zu erhalten.
Deshalb berechnet in der ersten Ausführungsform die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit 4 das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens. Die Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 stellt den Wert des Änderungsmaßes (die Höhe der Stufe) des Fehlerkorrekturmaßes auf den Wert ein, der durch Subtrahieren des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens von dem durch den Parameter gegebenen Wert erhalten wird. Weil die Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit 22 als das Änderungsmaß des Fehlerkorrekturmaßes den Wert einstellt, der durch Subtrahieren des Bewegungsmaßes des Motorendes während des Anhaltens von dem ursprünglichen Parameter erhalten wird, sogar falls Fluktuationen der Maschinenabweichung während des Anhaltens auftreten, ist es möglich, das Fehlerkorrekturmaß mit einer angemessenen Größe, die der Maschinenabweichung während der Umkehr der Bewegungsrichtung entspricht, auszugeben.
6 und 7 sind Schaltbilder, die Beispiele von Bahnführungsfehlern darstellen, die während der Umkehr der Bewegungsrichtung auftreten. In den Beispielen, die in 6 bzw. 7 dargestellt sind, wird angenommen, dass gekrümmte Formen in einer XY-Ebene vorgegeben sind, wenn eine X-Achse bzw. eine Y-Achse durch unabhängige Servo-Regelungsvorrichtungen 100 kontrolliert werden. In 6 und 7 zeigen dünne durchgezogene Linien die Befehlsbahnen an, die durch Befehlspositionen auf der X-Achse und der Y-Achse bestimmt sind. Gestrichelte Linien zeigen Motorendbahnen an, die Bahnen sind, die durch Motorendpositionen auf der X-Achse und der Y-Achse bestimmt sind. Dicke durchgezogene Linien zeigen Maschinenendbahnen an, die durch die Maschinenendposition bestimmt sind. In dem in 6 dargestellten Beispiel hält die Befehlsposition auf der Y-Achse im Falle einer Bewegungsrichtungsumkehr auf der Y-Achse nicht an. In dem in 7 dargestellten Beispiel hält die Befehlsposition auf der Y-Achse im Falle der Bewegungsrichtungsumkehr auf der Y-Achse einmal an.
Im Fall des in 6 dargestellten Beispiels gibt es einen Ort, an dem die Bewegungsrichtung auf der Y-Achse auf halbem Weg umgekehrt wird. Eine Maschinenabweichung auf der Y-Achse ist ein positiver fester Wert bis zur Bewegungsrichtungsumkehr, die nach der Bewegungsrichtungsumkehr ein negativer fester Wert wird. Dies tritt auf, weil in dem Maschinensystem auf der Y-Achse Spiel vorhanden ist und die Motorendposition um einen dem Spiel entsprechenden Betrag vorausbewegt werden muss, um zu bewirken, dass die Maschinenendposition der Befehlsposition folgt. Weil sich die Abweichung zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition zwischen der Umkehr der Bewegungsrichtung in hohem Maße ändert, zeigt sich ein der Änderung entsprechender Bahnführungsfehler als ein Fehler der Maschinenendbahn in Bezug auf die Befehlsbahn.
Die Servo-Regelungsvorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform speichert im Voraus als einen Parameter die Differenz zwischen der Maschinenabweichung während einer positiven Richtungsbewegung und die Maschinenabweichung während einer negativen Richtungsbewegung und addiert in der Y-Achsen-Bewegungsrichtungsumkehrposition ein Fehlerkorrekturmaß, das einen Korrekturimpuls beinhaltet, der eine Größe hat, die der Differenz zu dem Positionsbefehl entspricht. In der Folge wird der Bahnführungsfehler der Maschinenendbahn in Bezug auf die Befehlsbahn während der Umkehr der Bewegungsrichtung reduziert. Es sei darauf hingewiesen, dass im Falle des in 6 dargestellten Beispiels während der Umkehr der Bewegungsrichtung auf der Y-Achse die Servo-Regelungsvorrichtung 100 das Fehlerkorrekturmaß in der negativen Richtung zu dem Positionsbefehl auf der Y-Achse addiert.
Des Weiteren gibt es in dem Fall des in 7 dargestellten Beispiels einen Ort, an dem die Bewegung auf der Y-Achse auf halbem Weg anhält. Des Weiteren zeigt sich ein Ort, an dem sich die Bewegungsrichtung auf der Y-Achse umkehrt, nach dem Ort. Die Maschinenabweichung auf der Y-Achse ist ein positiver fester Wert bis zu dem Anhalteort und zeigt das Verhalten der Annäherung an 0 Stück für Stück von dem Anhalteort zu dem Bewegungsrichtungsumkehrort. Anschließend, nach dem Bewegungsrichtungsumkehrort, ist die Maschinenabweichung ein negativer fester Wert. Die Maschinenabweichung nähert sich 0 während des Anhaltens, weil zwischen dem Motorende und dem Maschinenende ein Federelement vorhanden ist; und eine Verdrehung, die durch das Federelement während der Bewegung verursacht wird, wird Stück für Stück während des Anhaltens umgekehrt.
Ein Bahnführungsfehler tritt in der Maschinenendbahn während der Umkehr der Y-Achsen-Bewegungsrichtung auf. Allerdings ist, weil das Änderungsmaß der Maschinenabweichung, verglichen mit dem Fall der 6, klein ist, der Bahnführungsfehler der Maschinenendbahn auch klein, verglichen mit dem Fall der 6. Wenn in dem in 7 dargestellten Fall eine Korrektur gleich wie die Korrektur in dem Fall des in 6 dargestellten Beispiels durchgeführt wird, wird das Korrekturmaß übermäßig groß.
Die Servo-Regelungsvorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform misst das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens und reduziert die Größe des Fehlerkorrekturmaßes, das während der Umkehr der Bewegungsrichtung durch das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens ausgegeben wird. Deshalb ist es möglich, sogar falls sich die Maschinenabweichung während des Anhaltens ändert, den Bahnführungsfehler der Maschinenendbahn in Bezug auf die Befehlsbahn während der Umkehr der Bewegungsrichtung zu reduzieren. In dem Fall des in 7 dargestellten Beispiels addiert die Servo-Regelungsvorrichtung 100 das Fehlerkorrekturmaß in der negativen Richtung zu dem Positionsbefehl auf der Y-Achse während der Umkehr der Bewegungsrichtung auf der Y-Achse. Die Größe des Korrekturmaßes, das an diesem Punkt hinzuaddiert werden soll, ist um das Änderungsmaß der Motorendposition von dem Anhalten zu der Bewegungsrichtungsumkehr auf der Y-Achse kleiner, als die Größe des Korrekturmaßes, das im Fall von 6 verwendet wird.
Ein Beispiel vorübergehender Änderungen der Modellantwort, der Motorendposition, des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens und des Fehlerkorrekturmaßes auf der Y-Achse in dem in 7 dargestellten Beispiel ist in 8 dargestellt. Wenn die Bewegung der Modellantwort anhält, wird ein Integral des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens begonnen. Anschließend, wenn sich die Bewegungsrichtung von positiv auf negativ ändert, wird das Fehlerkorrekturmaß in die negative Richtung geändert. Das Änderungsmaß des Fehlerkorrekturmaßes an diesem Punkt ist ein Wert, der durch Subtrahieren eines Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens m zu einem Zeitpunkt der Umkehr von einem Parameter d erhalten wird. Nachdem die Bewegungsrichtung umgekehrt ist, wird das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens auf null reduziert und das Fehlerkorrekturmaß behält einen Wert nach der Änderung.
Wie zuvor erläutert, umfasst die Servo-Regelungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Modellantwort-Berechnungseinheit 1, die die Modellantwort berechnet, die ein berechneter Wert der Maschinenendposition ist; die Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Berechnungseinheit 4, die das Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens misst, welches das Verschiebungsmaß eines Erfassungswertes der Motorendposition in einem Zeitraum ab dem Zeitpunkt, wenn sich der berechnete Wert der Maschinenendposition auf null ändert, bis sich der berechnete Wert auf einen anderen Wert als null ändert; und die Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2, die ein Fehlerkorrekturmaß auf Grundlage eines im Voraus eingestellten Parameters, der das maximale Änderungsmaß der Abweichung zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition während der Umkehr der Bewegungsrichtung der Zugspindel anzeigt, des berechneten Wertes der Maschinenendposition und des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens berechnet. Die Servo-Regelungseinheit 3 stellt den Erfassungswert der Maschinenendposition und den Erfassungswert der Motorendposition als eine Positionsrückführung ein und berechnet einen Drehmomentbefehl unter Verwendung des Fehlerkorrekturmaßes. Gemäß der ersten Ausführungsform wird der Drehmomentbefehl unter Verwendung des Fehlerkorrekturmaßes berechnet, das auf Grundlage des maximalen Änderungsmaßes der Abweichung zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition während der Umkehr der Bewegungsrichtung der Zugspindel berechnet wird. Deshalb ist es möglich, wenn sich die Abweichung zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition plötzlich während der Umkehr der Bewegungsrichtung ändert, den Bahnführungsfehler in Bezug auf eine Befehlsposition der Maschinenendposition, die nach der Bewegungsrichtungsumkehr erzeugt wird, zu reduzieren. Das Fehlerkorrekturmaß wird unter Berücksichtigung des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens berechnet. Deshalb ist es möglich, sogar wenn ein Befehl für ein vorübergehendes Anhalten vor der Bewegungsrichtungsumkehr gegeben ist, den Bahnführungsfehler in Bezug auf die Befehlsposition der Maschinenendposition, die nach der Bewegungsrichtungsumkehr erzeugt wird, zu reduzieren. Das Fehlerkorrekturmaß wird unter Berücksichtigung des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens berechnet. Deshalb ist es möglich, wenn die Abweichung zwischen der Motorendposition und der Maschinenendposition sich während der Umkehr der Bewegungsrichtung in hohem Maße ändert, das Auftreten der Situation, in der das Fehlerkorrekturmaß zu früh wirkt, die Korrektur der Position nach der Bewegungsrichtungsumkehr eine übermäßige Wirkung hat und ein Bahnführungsfehler auftritt, zu verhindern. Wie zuvor erläutert, ermöglicht die Servo-Regelungsvorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform die vollständig geschlossene Regelung, in der der Bahnführungsfehler zwischen der Maschinenendposition und der Befehlsposition reduziert wird, sogar wenn sich die Bewegungsrichtung der Zugspindel umkehrt.
Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere die Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit 2 das Vorzeichen der Geschwindigkeit des Maschinenendes auf Grundlage der Modellantwort berechnet und das Fehlerkorrekturmaß durch Multiplizieren eines Wertes, der durch Subtrahieren des Parameters von dem Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens erhalten wird, mit dem Vorzeichen berechnet. Deshalb ist es möglich, sogar falls die Motorendposition während des Anhaltens fluktuiert, ein Fehlerkorrekturmaß so genau wie möglich zu berechnen.
Die Servo-Regelungseinheit 3 umfasst die Positionsregelungseinheit 31, die eine vorbestimmte Positionsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und dem Erfassungswert der Maschinenendposition anwendet; die Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34, die das Fehlerkorrekturmaß ableitet; die Ableitungsoperation-Einheit 33, die den Erfassungswert der Motorendposition ableitet; und die Geschwindigkeitsregelungseinheit 32, die eine vorbestimmte Geschwindigkeitsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen einem Wert, der durch Addieren einer Ausgabe der Fehlerkorrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 zu einer Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 erhalten wird, und einer Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 anwendet und die den Drehmomentbefehl berechnet. In der Folge kann die Servo-Regelungsvorrichtung 100 die Maschinenendposition so regeln, dass sie dem Positionsbefehl durch Einstellen der Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Maschinenendposition als eine Positionsabweichung und Durchführen einer Rückführungsregelung, um die Positionsabweichung zu reduzieren, folgt.
Zweite Ausführungsform
Eine Servo-Regelungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform hat grundsätzlich die gleiche Konfiguration wie die Konfiguration in der ersten Ausführungsform. Komponenten, die gleich wie die Komponenten der ersten Ausführungsform sind, werden mit Begriffen und Bezugszeichen bezeichnet, die gleich sind wie die Begriffe und Bezugszeichen in der ersten Ausführungsform. Von einer redundanten Erläuterung der Komponenten wird abgesehen. Es sei darauf hingewiesen, dass gemäß der zweiten Ausführungsform sich die Konfiguration einer Servo-Regelungseinheit von der Konfiguration in der ersten Ausführungsform unterscheidet. Die Servo-Regelungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform ist durch das Bezugszeichen 200 bezeichnet und die Servo-Regelungseinheit in der zweiten Ausführungsform ist durch das Bezugszeichen 7 bezeichnet, um sich jeweils von der Servo-Regelungsvorrichtung und der Servo-Regelungseinheit in der ersten Ausführungsform zu unterscheiden.
9 ist ein Blockschaltbild, das die interne Konfiguration der Servo-Regelungseinheit 7, die von der Servo-Regelungsvorrichtung 200 in der zweiten Ausführungsform erfasst ist, darstellt. Die Servo-Regelungseinheit 7 weist eine Positionsregelungseinheit 71, eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 32, eine Ableitungsoperation-Einheit 33, einen Positionsrückführungsfilter 47 und einen Korrekturmaßfilter 75 auf. Die Servo-Regelungseinheit 7 in der zweiten Ausführungsform weist den Korrekturmaßfilter 75 an Stelle der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 auf. Die Servo-Regelungseinheit 7 ist dazu ausgebildet, eine Ausgabe des Korrekturmaßfilters 75 zu einem Positionsbefehl zu addieren. Die Servo-Regelungseinheit 7 in der zweiten Ausführungsform umfasst den Positionsrückführungsfilter 74. Die Servo-Regelungseinheit 7 gibt eine Differenz zwischen einer Maschinenendposition und einer Motorendposition der Positionsrückführungsfiltereinheit 74 ein und verwendet als eine Positionsrückführung einen Wert, der durch Addieren der Motorendposition zu einer Ausgabe des Positionsrückführungsfilters 74 erhalten wird. Anders gesagt, verwendet die Servo-Regelungseinheit 7 als eine Positionsabweichung einen Wert, der durch Subtrahieren der Summe der Ausgabe des Positionsrückführungsfilters 74 und der Motorendposition von dem Positionsbefehl erhalten wird.
Der Positionsrückführungsfilter 74 berechnet die Niederfrequenzkomponente der Differenz zwischen dem Erfassungswert der Maschinenendposition und dem Erfassungswert der Motorendposition. Insbesondere hat der Positionsrückführungsfilter 74 die Eigenschaft eines primären Verzögerungstiefpassfilters. Wenn die Zeitkonstante des Positionsrückführungsfilters 74 durch Tf dargestellt wird, wird die Übertragungsfunktion Gf(s) des Positionsrückführungsfilters 74 durch den folgenden Ausdruck 2 dargestellt: $Gf (s) = 1 / (1 + Tf * s)$
Der Korrekturmaßfilter 75 berechnet eine Hochfrequenzkomponente des Fehlerkorrekturmaßes. Insbesondere hat der Korrekturmaßfilter 75 die Eigenschaft eines primären Hochpassfilters. Wenn die Zeitkonstante des Korrekturmaßfilters 75 durch Tc dargestellt wird, wird die Übertragungsfunktion Gc(s) des Korrekturmaßfilters 75 durch den folgenden Ausdruck 3 dargestellt: $Gc (s) = Tc * s / (1 + Tc * s)$
Ein Servo-Regelungssystem zum Kombinieren der Motorendposition und der Maschinenendposition und Berechnen der Positionsrückführung, wie die Servo-Regelungseinheit 7 in der zweiten Ausführungsform, wird als duale Rückführungsregelung bezeichnet. Wenn die Steifigkeit des Maschinensystems niedrig ist, weil die Resonanz-Mode des Maschinensystems den Positionsregelungskreis beeinträchtigt, neigt das Regelungssystem zur Instabilität, wenn die Positionskreisverstärkung vergrößert wird. Des Weiteren tritt, wenn die Motorendposition als Positionsrückführung verwendet wird, wegen einer Abweichung zwischen dem Maschinenende und dem Motorende, ein Positionierungsfehler an dem Maschinenende auf. Deshalb wird gemäß der dualen Rückführungsregelung eine Kombination einer Hochfrequenzkomponente der Motorendposition und einer Niederfrequenzkomponente der Maschinenendposition als die Positionsrückführung verwendet, um sowohl Genauigkeit der Maschinenendpositionierung während des Anhaltens und Stabilität des Regelkreises während der Bewegung zu erreichen. Das heißt, dass es gemäß der dualen Rückführungsregelung, weil die Hochfrequenzkomponente der Maschinenendposition entfernt wird, möglich ist, den Einfluss der Maschinenresonanz, der während des Betriebs, wenn die Steifigkeit des Maschinensystems niedrig ist, auftritt, zu reduzieren. Weil die Maschinenendposition als die Positionsrückführung während des Anhaltens verwendet wird, ist es möglich, die Genauigkeit der Maschinenendpositionierung zu verbessern.
Des Weiteren folgt gemäß der dualen Rückführungsregelung die Maschinenendposition während des Anhaltens oder während eines Vorschubs mit konstanter Geschwindigkeit dem Positionsbefehl. Allerdings wird, wenn sich eine Maschinenabweichung übergangsweise während der Umkehr der Bewegungsrichtung ändert, an dem Maschinenende eine Bahnführungsverzögerung erzeugt.
10 stellt unter Verwendung der Übertragungsfunktion Gf(s) des Positionsrückführungsfilters eine Beziehung zwischen der Motorendposition/der Maschinenendposition und der Positionsrückführung dar. Im Falle der dualen Rückführungsregelung werden die Übertragungsfunktion der Motorendposition und die Positionsrückführung durch Subtrahieren der Übertragungsfunktion des Positionsrückführungsfilters von 1 erhalten. Insbesondere ist die Übertragungsfunktion der Motorendposition und die Positionsrückführung eine Übertragungsfunktion eines Hochpassfilters, die durch den folgenden Ausdruck 4 angegeben ist: $1 - Gf (s) = Tf * s / (1 + Tf * s)$
Während der Umkehr der Bewegungsrichtung ändert sich die Motorendposition schrittweise. Deshalb zeigt sich ein Bahnführungsfehler in Form einer Sprungantwort der Übertragungsfunktion 1-Gf(s) in der Positionsrückführu ng.
Die Positionsrückführung wird zu dem Positionsbefehl in der Servo-Regelungseinheit 7 hinzuaddiert. Deshalb kann, durch Addieren eines Fehlerkorrekturmaßes, das dem Bahnführungsfehler entspricht, der in der Positionsrückführung während der Umkehr der Bewegungsrichtung auftritt, zu dem Positionsbefehl, die Servo-Regelungsvorrichtung 200 den Bahnführungsfehler in Bezug auf den Positionsbefehl der Maschinenendposition reduzieren, sogar wenn eine duale Rückführungsregelung verwendet wird. Das heißt, dass gemäß der zweiten Ausführungsform, um den Bahnführungsfehler in Bezug auf den Positionsbefehl der Maschinenendposition während der Umkehr der Bewegungsrichtung zu reduzieren, die Zeitkonstante Tc des Korrekturmaßfilters 75 so eingestellt ist, dass sie gleich zu der Zeitkonstante Tf des Positionsrückführungsfilters 74 ist.
Wie zuvor erläutert, umfasst gemäß der zweiten Ausführungsform die Servo-Regelungsvorrichtung 7 den Positionsrückführungsfilter 74, der eine Niederfrequenzkomponente der Differenz zwischen dem Erfassungswert der Maschinenendposition und dem Erfassungswert der Motorendposition berechnet; den Korrekturmaßfilter 75, der eine Hochfrequenzkomponente des Fehlerkorrekturmaßes berechnet; die Positionsregelungseinheit 71, die die vorbestimmte Positionsregelungsoperation auf den Wert, der durch Subtrahieren der Summe der Ausgabe des Positionsrückführungsfilters 74 und dem Erfassungswert der Motorendposition von der Summe des Positionsbefehls und der Ausgabe des Korrekturmaßfilters 75 erhalten wird, anwendet; die Ableitungsoperation-Einheit 33, die den Erfassungswert der Motorendposition ableitet; und die Geschwindigkeitsregelungseinheit 32, die die vorbestimmte Geschwindigkeitsregelungsoperation auf die Differenz zwischen der Ausgabe der Positionsregelungseinheit 71 und der Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 anwendet und dann einen Drehmomentbefehl berechnet. In der Folge kann die Servo-Regelungsvorrichtung 200 in der zweiten Ausführungsform eine duale Rückführungsregelung umsetzen, um sowohl die Positionierungsgenauigkeit des Maschinenendes während des Anhaltens und Stabilität während der Bewegung zu erreichen, sogar wenn die Steifigkeit des Maschinensystems 6 niedrig ist. Des Weiteren kann die Servo-Regelungsvorrichtung 200 die Bahnführungsverzögerung des Maschinenendes, die durch die duale Rückführungsregelung verursacht wird, reduzieren und den Bahnführungsfehler in Bezug auf den Positionsbefehl der Maschinenendposition, der nach der Bewegungsrichtungsumkehr auftritt, ausreichend reduzieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Korrekturmaßfilter 75 die Eigenschaften eines Hochpassfilters hat; der Positionsrückführungsfilter 74 hat die Eigenschaften eines Tiefpassfilters; und die Zeitkonstante des Korrekturmaßfilters 75 und die Zeitkonstante des Positionsrückführungsfilters 74 sind im Wesentlichen gleich. In der Folge ist es möglich, die Bahnführungsverzögerung des Maschinenendes, die durch die duale Rückführungsregelung verursacht wird, zu reduzieren und den Bahnführungsfehler in Bezug auf den Positionsbefehl der Maschinenendposition, der nach der Bewegungsrichtungsumkehr auftritt, ausreichend zu reduzieren.
In den zuvor erläuterten Ausführungsformen sind, falls sich die Eingabe- und Ausgabebeziehungen zwischen den Komponenten, die von den Servo-Regelungsvorrichtungen 100 und 200 umfasst sind, entsprechen, jede Reihenfolge der Addition und der Subtraktion und der Anordnung der Komponenten, oder beides, austauschbar. Beispielsweise addiert die Servo-Regelungseinheit 3 die Ausgabe der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 zu der Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 und subtrahiert danach die Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 von der Summe der Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 und der Ausgabe der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34. Allerdings kann die Servo-Regelungseinheit 3 die Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 von der Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 subtrahieren und danach die Ausgabe der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 zu der Differenz zwischen der Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 und der Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 addieren, oder sie kann von der Ausgabe der Positionsregelungseinheit 31 einen Wert, der durch Subtrahieren der Ausgabe von der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit 34 von der Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit 33 erhalten wird, subtrahieren.
In den zuvor erläuterten Ausführungsformen wird die Maschinenabweichung zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition durch Spiel verursacht. Allerdings kann im Totgang, in welchem die Maschinenabweichung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung auftritt, die Maschinenabweichung durch andere Faktoren verursacht werden. Beispielsweise wenn zwischen der Maschinenendposition und der Motorendposition eine elastische Charakteristik vorliegt und Reibung auf die Maschinenendposition aufgebracht wird, tritt eine Verschiebung (Totgang) in der Maschinenendposition zwischen der Zeit positiver Richtungsbewegung und der Zeit negativer Richtungsbewegung auf. In einem solchen Fall wird ein Totgangbetrag (eine Verschiebung der Maschinenendposition, die auftritt, wenn eine Positionierung in der gleichen Position von der positiven Richtung und der negativen Richtung durchgeführt wird) als ein Parameter eingestellt. In der Folge ist es möglich, den Bahnführungsfehler der Maschinenendposition während der Bewegungsrichtungsumkehr zu reduzieren, wie in den zuvor erläuterten Ausführungsformen.
Ein Teil oder alle Komponenten, die die Servo-Regelungsvorrichtungen 100 und 200 bilden, können durch Software realisiert werden oder können durch Hardware realisiert werden. Die Komponenten mit Software zu realisieren bedeutet, die Funktionen der Komponenten zu realisieren, indem man einem Computer, der eine Recheneinheit und eine Speichervorrichtung aufweist, im Voraus in der Speichervorrichtung Programmmodule, die den Komponenten entsprechen, speichern lässt und die Recheneinheit die in der Speichervorrichtung gespeicherten Programmmodule ausführen lässt. Ob die Komponenten als Hardware oder als Software realisiert werden, hängt von den Gestaltungsbedingungen ab, die der gesamten Vorrichtung auferlegt sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie zuvor erläutert, wird die Servo-Regelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet auf die Servo-Regelungsvorrichtung angewendet, die den Servomotor antreibt.
Bezugszeichenliste

1: Motorantwort-Berechnungseinheit
2: Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit
3: Servo-Regelungseinheit
4: Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit
5: Motor
6: Maschinensystem
7: Servo-Regelungseinheit
21: Code-Berechnungseinheit
22: Fehlerkorrekturmaß-Ausgabeeinheit
31, 71: Positionsregelungseinheiten
32: Geschwindigkeitsregelungseinheit
33: Ableitungsoperation-Einheit
34: Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit
41: Positionsregelungssimulationseinheit
42: Integrator
51: Servomotor
52: Motorendpositionserfasser
62: Mutter
63: Tisch
64: Maschinenendpositionserfasser
74: Positionsrückführungsfilter
75: Korrekturmaßfilter
100, 200: Servo-Regelungsvorrichtung

Claims

Servo-Regelungsvorrichtung (100), umfassend: - eine Servo-Regelungseinheit (3), die unter Verwendung eines Erfassungswertes einer Maschinenendposition, die eine Position eines Maschinensystems ist, und eines Erfassungswerts einer Motorendposition, die eine Position eines Motors, der das Maschinensystem antreibt, als eine Positionsrückführung ist, einen Drehmomentbefehl für den Motor berechnet, so dass die Maschinenendposition einem Positionsbefehl folgt; - eine Modellantwort-Berechnungseinheit (1), die einen berechneten Wert der Maschinenendposition auf Grundlage des Positionsbefehls berechnet; - eine Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit (4), die ein Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens misst, welches ein Verschiebungsmaß des Erfassungswerts der Motorendposition ist, in einem Zeitraum ab wenn sich der berechnete Wert der Maschinenendposition auf null ändert, bis sich der berechnete Wert auf einen anderen Wert als null ändert; und - eine Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit (2), die ein Fehlerkorrekturmaß auf Grundlage eines Parameters, der im Voraus als ein maximales Änderungsmaß einer Abweichung zwischen der Maschinenendposition während der Umkehr einer Bewegungsrichtung einer Zugspindel und der Motorendposition eingestellt ist, des berechneten Wertes der Maschinenendposition und des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens berechnet, wobei die Servo-Regelungseinheit (3) aufweist: - eine Positionsregelungseinheit (31), die eine im Voraus eingestellte Positionsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und dem Erfassungswert der Maschinenendposition anwendet; - eine Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit (34), die das Fehlerkorrekturmaß ableitet; - eine Ableitungsoperation-Einheit (33), die den Erfassungswert der Motorendposition ableitet; und - eine Geschwindigkeitsregelungseinheit (32), die eine im Voraus eingestellte Geschwindigkeitsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen einem Wert, der durch Addieren einer Ausgabe der Korrekturmaß-Ableitungsoperation-Einheit (34) zu einer Ausgabe der Positionsregelungseinheit (31) erhalten wird, und einer Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit (33) anwendet und die den Drehmomentbefehl berechnet.
Servo-Regelungsvorrichtung (200), umfassend: - eine Servo-Regelungseinheit (7), die unter Verwendung eines Erfassungswertes einer Maschinenendposition, die eine Position eines Maschinensystems ist, und eines Erfassungswerts einer Motorendposition, die eine Position eines Motors, der das Maschinensystem antreibt, als eine Positionsrückführung ist, einen Drehmomentbefehl für den Motor berechnet, so dass die Maschinenendposition einem Positionsbefehl folgt; - eine Modellantwort-Berechnungseinheit (1), die einen berechneten Wert der Maschinenendposition auf Grundlage des Positionsbefehls berechnet; - eine Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaß-Messeinheit (4), die ein Motorendbewegungsmaß während des Anhaltens misst, welches ein Verschiebungsmaß des Erfassungswerts der Motorendposition ist, in einem Zeitraum ab wenn sich der berechnete Wert der Maschinenendposition auf null ändert, bis sich der berechnete Wert auf einen anderen Wert als null ändert; und - eine Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit (2), die ein Fehlerkorrekturmaß auf Grundlage eines Parameters, der im Voraus als ein maximales Änderungsmaß einer Abweichung zwischen der Maschinenendposition während der Umkehr einer Bewegungsrichtung einer Zugspindel und der Motorendposition eingestellt ist, des berechneten Wertes der Maschinenendposition und des Motorendbewegungsmaßes während des Anhaltens, wobei die Servo-Regelungseinheit (3) aufweist: - einen Positionsrückführungsfilter (74), der eine Niederfrequenzkomponente einer Differenz zwischen dem Erfassungswert der Maschinenendposition und dem Erfassungswert der Motorendposition berechnet; - einen Korrekturmaßfilter (75), der eine Hochfrequenzkomponente des Fehlerkorrekturmaßes berechnet; - eine Positionsregelungseinheit (71), die eine im Voraus eingestellte Positionsregelungsoperation auf einen Wert anwendet, der durch Subtrahieren einer Summe einer Ausgabe des Positionsrückführungsfilters und des Erfassungswerts der Motorendposition von einer Summe des Positionsbefehls und einer Ausgabe des Korrekturmaßfilters erhalten wird; - eine Ableitungsoperation-Einheit (33), die den Erfassungswert der Motorendposition ableitet; und - eine Geschwindigkeitsregelungseinheit (32), die eine im Voraus eingestellte Geschwindigkeitsregelungsoperation auf eine Differenz zwischen einer Ausgabe der Positionsregelungseinheit (31) und einer Ausgabe der Ableitungsoperation-Einheit (33) anwendet, und die den Drehmomentbefehl berechnet.
Servo-Regelungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fehlerkorrekturmaß-Berechnungseinheit (2) ein Geschwindigkeitsvorzeichen des Maschinenendes auf Grundlage des berechneten Wertes der Maschinenendposition berechnet, und, wenn sich das berechnete Vorzeichen ändert, das Fehlerkorrekturmaß in einer Richtung des berechneten Vorzeichens in der Schrittweite eines Wertes ändert, der durch Subtrahieren des Während-Anhalten-Motorendbewegungsmaßes von dem Parameter erhalten wird.
Servo-Regelungsvorrichtung (200) nach Anspruch 2, wobei der Korrekturmaßfilter ein Hochpassfilter ist, der Positionsrückführungsfilter ein Tiefpassfilter ist, und eine Zeitkonstante des Korrekturmaßfilters und eine Zeitkonstante des Positionsrückführungsfilters gleich sind.