DE112021007832T5

DE112021007832T5 - Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung und Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren

Info

Publication number: DE112021007832T5
Application number: DE112021007832.1T
Authority: DE
Inventors: Yao Liang; Ryoutarou TSUNEKI; Kenichi Takayama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2024-03-28
Also published as: CN117678155A; JP7022261B1; JPWO2023032175A1; WO2023032175A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung verringert die Anzahl von Messdurchläufen und verkürzt die Messzeit durch Vorhersage von Frequenzcharakteristika auf Grundlage von gemessenen Frequenzcharakteristika. Diese Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung weist auf: ein Motorsteuergerät, das eine Achse einer Maschine bewegt; eine Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit, die einen Bewegungsbefehl zum Ändern der Position der Achse von einer ersten Position in eine zweite Position ausgibt; eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit, die die Frequenzcharakteristika der Maschine an der ersten Position und zweiten Position misst; eine Zustandsumschalteinheit, die den Zustand des Motorsteuergeräts an der ersten Position umschaltet; und eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit, die die Frequenzcharakteristika der Maschine an der zweiten Position vorhersagt. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit misst eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika einer Vielzahl von Zuständen, die an der ersten Position umgeschaltet werden sollen, und misst eine zweite Frequenzcharakteristik von zumindest einem der Zustände an der zweiten Position. Die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit sagt dritte Frequenzcharakteristika eines Zustands abgesehen von zumindest einem der Zustände an der zweiten Position unter Verwendung der ersten Frequenzcharakteristika und der zweiten Frequenzcharakteristik voraus.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung und ein Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren, insbesondere eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung und ein Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren zum Vorhersagen einer Frequenzcharakteristik einer Werkzeugmaschine oder einer Industriemaschine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Für eine Motorsteuerungsvorrichtung, die eine Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine in eine gewünschte Position bewegt, wurde gefordert, die Verstärkung bzw. Gain, eine Filtercharakteristik und andere gemäß einer Stellung der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine (einer Position der Achse bzw. Welle) zweckmäßig anzupassen.
Patentdokument 1 beschreibt eine Servosteuerungsvorrichtung, bei der die Steuerverstärkung korrekt und automatisch angepasst wird, um eine Regelungscharakteristik beizubehalten, selbst wenn ein bestücktes Objekt geändert wurde oder eine Konfiguration einer Maschine geändert wurde. Konkret wird in Patentdokument 1 beschrieben, dass die Servosteuerungsvorrichtung eine Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungseinheit, eine Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit, eine Geschwindigkeitsdetektionseinheit, eine Geschwindigkeitsregelschleife, eine Geschwindigkeitssteuerverstärkung, eine Sinusachsenstörungseingangseinheit, eine Ist-Frequenzcharakteristik-Berechnungseinheit, eine Referenzcharakteristik-Änderungseinheit, eine Referenzcharakteristik-Berechnungseinheit und eine Steuerverstärkungs-Regelungseinheit aufweist. Die Sinusachsenstörungseingangseinheit ändert sukzessive eine Frequenz. Die Referenzcharakteristik-Berechnungseinheit berechnet sukzessive für die Frequenz eine Referenz-Frequenzcharakteristik für ein Merkmal, das von der Referenzcharakteristik-Änderungseinheit vorgegeben wird. Die Ist-Frequenzcharakteristik-Berechnungseinheit berechnet sukzessive für die Frequenz eine Ist-Frequenzcharakteristik eines Regelsystems. Die Referenzcharakteristik-Berechnungseinheit speichert eine Charakteristik-Formel der Referenzcharakteristik-Änderungseinheit, wenn die Referenz-Frequenzcharakteristik und die Ist-Frequenzcharakteristik weitestgehend übereinstimmen.
Patentdokument 2 beschreibt eine Servomotor-Steuerungsvorrichtung, die eine Bearbeitungszeit für ein von einer Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Zielobjekt verkürzt, ohne die Bearbeitungsgenauigkeit zu beeinträchtigen, unmittelbar nachdem eine Vorschubachse der Werkzeugmaschine in ihrem Betrieb von einem Schnellverfahrbetrieb („rapid traversing operation“) auf einen Schneidvorschubbetrieb („cutting feed operation“) umgeschaltet worden ist. Insbesondere wird in Patentdokument 2 beschrieben, dass eine arithmetische Koeffizienteneinstelleinheit einen arithmetischen Koeffizienten zum Erzeugen von zumindest entweder Vorwärtssteuerungsinformationen oder Rückkopplungssteuerungsinformationen auf einen Wert zwischen einem ersten arithmetischen Koeffizientenwert, der für den Schneidvorschubbetrieb eingestellt ist, und einem zweiten arithmetischen Koeffizientenwert, der für den Schnellverfahrbetrieb eingestellt ist, der kleiner als der erste arithmetische Koeffizientenwert ist, einstellt. Des Weiteren wird in Patentdokument 2 beschrieben, dass, wenn vorhergesagt wird, dass zu einem ersten Zeitpunkt, der ein gewünschter Zeitpunkt während des Schnellverfahrbetriebs ist, ein Betriebsbefehl von einem Schnellverfahrbetriebsbefehl zu einem Schneidvorschubbetriebsbefehl zu einem zweiten Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt umgeschaltet wird, eine arithmetische Koeffizientenänderungseinheit den arithmetischen Koeffizienten kontinuierlich von dem zweiten Wert auf den ersten arithmetischen Koeffizientenwert ändert.
Liste der Bezugnahmen
Patentdokument

Patentdokument 1: nicht geprüfte japanische Patentanmeldung mit Offenlegungs-Nr. 2018-128734
Patentdokument 2: nicht geprüfte japanische Patentanmeldung mit Offenlegungs-Nr. 2013-218552

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Um die Verstärkung und die Filtercharakteristik eines Motorsteuergeräts einzustellen, ist es erforderlich, eine Frequenzcharakteristik der Verstärkung und die Phase des Motorsteuergeräts an Messpunkten in verschiedenen Stellungen zu messen. Wenn es eine Umschaltfunktion zwischen Parametern für den Schneidvorschub und Parametern für den Eingang einer Motorsteuerungsvorrichtung ermöglicht, eine Vielzahl von Zuständen einzunehmen, zum Beispiel wenn es einen Schneidvorschubzustand und einen Schnellverfahrzustand gibt, erfordert die Messung einer Frequenzcharakteristik in jedem der Zustände eine Anzahl von Messdurchläufen, die durch Multiplizieren der Zustände mit den Messpunkten erlangt wird, was in einer verlängerten Messzeit resultiert. Daher bestand Bedarf an einer/einem solchen Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung bzw. Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren, die in der Lage sind, eine Frequenzcharakteristik auf Grundlage einer gemessenen Frequenzcharakteristik vorherzusagen, um eine Anzahl von Messdurchläufen zu verringern und eine Messzeit zu verkürzen.
Mittel zum Lösen der Probleme
(1) Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, aufweisend: ein Motorsteuergerät, das eine Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine bewegt; eine Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit, die einen Bewegungsbefehl zum Ändern einer Position der Achse von einer ersten Position in eine zweite Position an das Motorsteuergerät ausgibt; eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit, die Frequenzcharakteristika der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine an der ersten Position und zweiten Position misst; eine Zustandsumschalteinheit, die einen Zustand des Motorsteuergeräts an der ersten Position umschaltet; und eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit, die eine Frequenzcharakteristik der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine an der zweiten Position vorhersagt, wobei die Frequenzcharakteristik-Messeinheit an der ersten Position eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika über eine Vielzahl von Zuständen misst, die durch die Zustandsumschalteinheit umgeschaltet werden sollen, und eine zweite Frequenzcharakteristik über zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position misst, und
die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika und die zweite Frequenzcharakteristik verwendet, um eine dritte Frequenzcharakteristik über einen anderen der Vielzahl von Zuständen als den zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position vorherzusagen.
(2) Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren, umfassend: Bewirken, dass ein Motorsteuergerät auf Grundlage eines ersten Bewegungsbefehls eine Position einer Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine in eine erste Position bewegt; Bewirken, dass eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit an der ersten Position eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika über eine Vielzahl von Zuständen des Motorsteuergeräts misst;
Bewirken, dass das Motorsteuergerät auf Grundlage eines zweiten Bewegungsbefehls die Position der Achse aus der ersten Position in eine zweite Position bewegt; Bewirken, dass die Frequenzcharakteristik-Messeinheit eine zweite Frequenzcharakteristik über zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position misst; und Bewirken, dass die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika und die zweite Frequenzcharakteristik verwendet, und Bewirken, dass die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit eine dritte Frequenzcharakteristik über einen anderen der Vielzahl von Zuständen als den zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position vorhersagt
Wirkungen der Erfindung
Gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Frequenzcharakteristik auf Grundlage einer gemessenen Frequenzcharakteristik vorherzusagen, um die Anzahl von Messdurchläufen zu verringern und die Messzeit zu verkürzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt,
2 ist eine Darstellung, die einen Sockel zeigt, der als bewegbarer Teil einer Maschine dient, der sich in Richtung der X-Achse bewegt,
3 ist eine Darstellung, die den Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und den Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt und zwei Messpunkten für den als bewegbaren Teil der Maschine dienenden Sockel zeigt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ist ein Charakteristik-Diagramm zur Veranschaulichung der Verstärkungscharakteristika beim Schnellverfahren und Schneidvorschub, die am repräsentativen Messpunkt gemessen werden;
6 ist ein Charakteristik-Diagramm zur Veranschaulichung von Phasencharakteristika beim Schnellverfahren und Schneidvorschub, die am repräsentativen Messpunkt gemessen werden;
7 ist ein Charakteristik-Diagramm, das den Unterschied zwischen der Verstärkungscharakteristik beim Schnellverfahren und der Verstärkungscharakteristik beim Schneidvorschub zeigt, die am repräsentativen Messpunkt gemessen werden;
8 ist ein Charakteristik-Diagramm, das den Unterschied zwischen der Phasencharakteristik beim Schnellverfahren und der Phasencharakteristik beim Schneidvorschub zeigt, die am repräsentativen Messpunkt gemessen werden;
9 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine Verstärkungscharakteristik beim Schnellverfahren, die an einem Messpunkt vorhergesagt wird, und eine Verstärkungscharakteristik beim Schnellverfahren, die an dem Messpunkt gemessen wird, zeigt;
10 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine Phasencharakteristik beim Schnellverfahren, die an einem Messpunkt vorhergesagt wird, und eine Phasencharakteristik beim Schnellverfahren, die an dem Messpunkt gemessen wird, zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Parametereinstelleinheit zeigt, die als Maschinenlernvorrichtung fungiert;
13 ist ein Blockliniendiagramm, das ein Referenzmodell veranschaulicht;
14 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine Eingangs-Ausgangs-Verstärkungscharakteristik eines Motorsteuergeräts des Referenzmodells und Eingangs-Ausgangs-Verstärkungscharakteristika des Motorsteuergeräts vor dem Lernen und nach dem Lernen zeigt;
15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Filters durch direkte Kopplung einer Vielzahl von Filtern miteinander zeigt;
16 ist ein Diagramm, das zwei Sockel zeigt, die als bewegbare Teile einer Maschine dienen, die sich in Richtung der X-Achse bzw. der Y-Achse bewegen;
17 ist ein Diagramm, das den Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt und acht Messpunkten zeigt;
18 ist ein Diagramm, das zwei Sockel zeigt, die als bewegbare Teile einer Maschine dienen, die sich in Richtung der X-Achse bzw. der Y-Achse bewegen, sowie einen bewegbaren Teil, der eine Hauptachse der Maschine in Richtung der Z-Achse bewegt;
19 ist ein Diagramm, das den Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an zwei repräsentativen Messpunkten und neun Messpunkten zeigt;
20 ist ein Diagramm, das einen bewegbaren Teil einer Maschine zeigt, der sich in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse bewegt; und
21 ist ein Diagramm, das den Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt und 26 Messpunkten zeigt.

BEVORZUGTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A weist ein Motorsteuergerät 100, eine Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200, eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300, eine Speichereinheit 400, eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 und eine Zustandsumschalteinheit 600 auf. Es wird angemerkt, dass eine oder eine Vielzahl der Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 und/oder der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300, der Speichereinheit 400, der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 und der Zustandsumschalteinheit 600 in dem Motorsteuergerät 100 vorgesehen sein können.
(Motorsteuergerät 100)
Das Motorsteuergerät 100 weist einen Subtrahierer 110, eine Geschwindigkeitsregeleinheit 120, ein Filter 130, eine elektrische Stromregeleinheit 140 und einen Motor 150. Der Subtrahierer 110, die Geschwindigkeitsregeleinheit 120, das Filter 130, die Stromregeleinheit 140 und der Motor 150 bilden ein Servosystem mit einer Geschwindigkeitsrückkopplungsschleife, die als Regelkreis dient. Als Motor 150 kann z.B. ein Linearmotor verwendet werden, der lineare Bewegungen ausführt, oder ein Motor mit einer Drehachse. Ein durch den Motor 150 anzutreibendes Regelungsziel 700 ist beispielsweise ein bewegbarer Teil einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine. Der Motor 150 kann z. B. als Teil der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine bereitgestellt sein. Die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A kann z. B. als Teil der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine bereitgestellt sein.
Der Subtrahierer 110 erfasst eine Differenz zwischen einem eingegebenen Geschwindigkeitsbefehl, der als Fahrbefehl dient, und einer detektierten Geschwindigkeit, die als Geschwindigkeitsrückkopplung bereitgestellt wurde, und gibt die Differenz als Geschwindigkeitsfehler an die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 aus.
Die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 führt eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) durch, addiert einen integrierten Wert, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitsfehlers mit der Integralverstärkung K1v gewonnen wird, und einen Wert, der durch Multiplizieren des Geschwindigkeitsfehlers mit der Proportionalverstärkung K2v gewonnen wird, zueinander und gibt den gewonnenen Wert als Drehmomentbefehl an das Filter 130 aus. Es wird angemerkt, dass die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 nicht auf die PI-Regelung beschränkt ist, sondern auch eine andere Regelung wie die Proportional-Integral-Differential-Regelung (PID-Regelung) verwendet werden kann. Die mathematische Gleichung 1 (im Folgenden als Gleichung 1 bezeichnet) repräsentiert eine Transferfunktion Hv (s) der Geschwindigkeitsregeleinheit 120. $H_{V} (s) = \frac{K 1 v}{s} + K 2 v$
Für das Filter 130 wird ein Filter verwendet, das bestimmte Frequenzkomponenten abschwächt, z. B. ein Kerbfilter, ein Tiefpassfilter oder ein Bandsperrfilter. In einer Maschine wie einer Werkzeugmaschine mit einem mechanischen Teil, das der Motor 150 antreibt, gibt es einen Resonanzpunkt, der möglicherweise zu einer erhöhten Resonanz in dem Motorsteuergerät 100 führt. Durch die Verwendung eines Filters, z. B. eines Kerbfilters, kann die Resonanz verringert werden. Ein Ausgang des Filters 130 wird als Drehmomentbefehl an die Stromregeleinheit 140 ausgegeben. Mathematische Gleichung 2 (im Folgenden als Gleichung 2 bezeichnet) repräsentiert eine Transferfunktion H_F (s) eines Kerbfilters, das als Filter 130 dient. Es wird angemerkt, dass in der mathematischen Gleichung 2 ein Koeffizient δ einen Dämpfungskoeffizienten, ein Koeffizient ω_c eine Mittenfrequenz und ein Koeffizient τ eine Teilbandbreite repräsentiert. Wenn eine Mittenfrequenz durch fc und eine Bandbreite durch fw dargestellt wird, wird der Koeffizient ω_c durch ω_c = 2πfc und der Koeffizient τ durch τ = fw / fc repräsentiert. Die Koeffizienten dienen als die Koeffizienten des Filters. $H_{F} (s) = \frac{s^{2} + 2 δ τ ω_{c} s + ω_{c}^{2}}{s^{2} + 2 τ ω_{c} s + ω_{c}^{2}}$
Die Stromregeleinheit 140 erzeugt auf Grundlage des Drehmomentbefehls einen Spannungsbefehl zum Ansteuern des Motors 150 und gibt den Spannungsbefehl an den Motor 150 aus. Wenn der Motor 150 ein Linearmotor ist, wird die Position eines bewegbaren Teils durch eine lineare Skala (nicht dargestellt) im Motor 150 detektiert. Ein Positionsdetektionswert wird dann differenziert, um einen Geschwindigkeitsdetektionswert zu erhalten. Der erfasste Geschwindigkeitsdetektionswert wird als Geschwindigkeitsrückkopplung in den Subtrahierer 110 eingegeben. Wenn es sich bei dem Motor 150 um einen Motor mit einer Drehachse handelt, wird eine Drehwinkelposition durch einen Drehgeber (nicht dargestellt) im Motor 150 detektiert. Ein Geschwindigkeitsdetektionswert wird dann als Geschwindigkeitsrückkopplung in den Subtrahierer 110 eingegeben. In der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass der Motor 150 ein Motor mit einer Drehachse ist und dass ein Geschwindigkeitsdetektionswert von einem Drehgeber (nicht dargestellt) detektiert wird.
Das Motorsteuergerät 100 ist wie oben beschrieben konfiguriert. Um einen oder beide der Integralverstärkung K1v und der Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion des Filters 130 in dem Motorsteuergerät 100 einzustellen, ist es erforderlich, eine Frequenzcharakteristik der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine zu messen. Es ist möglich, eine Frequenzcharakteristik der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine durch Messung einer Frequenzcharakteristik des Motorsteuergeräts 100 zu erfassen. Die Integralverstärkung K1v und/oder die Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion des Filters 130 werden im Folgenden als Parameter bezeichnet.
Zur Einstellung der Parameter des Motorsteuergeräts 100, einschließlich der Änderungen einer Maschinencharakteristik bzw. Maschineneigenschaft an verschiedenen Positionen des bewegbaren Teils der Maschine, ist es erforderlich, die Frequenzcharakteristik des Motorsteuergeräts 100 an jeder Position zu messen. Wenn in der nachstehenden Beschreibung nur von einer Frequenzcharakteristik die Rede ist, ist damit die Frequenzcharakteristik des Motorsteuergeräts 100 gemeint. Um die Parameter des Motorsteuergeräts 100 in Abhängigkeit von einem Zustand des Motorsteuergeräts 100, wie z. B. Schnellverfahren und Schneidvorschub, einzustellen, d. h. um die Parameter des Motorsteuergeräts 100 pro Zustand einzustellen, ist es außerdem erforderlich, eine Frequenzcharakteristik für jeden der Parameter zu messen, der pro Zustand einzustellen ist. Wenn eine Vielzahl von Parametern in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von Zuständen an allen Positionen des bewegbaren Teils der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine (im Folgenden als Maschine bezeichnet) eingestellt wird, um eine Frequenzcharakteristik für jeden der Parameter zu messen, erhöht sich die Anzahl von Messdurchläufen, was zu einer verlängerten Messzeit für die Frequenzcharakteristik führt.
Um eine Messzeit für eine Frequenzcharakteristik zu verkürzen, misst in der vorliegenden Ausführungsform die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A eine Vielzahl von Frequenzcharakteristika unter einer Vielzahl von Parametereinstellungen nur an einem repräsentativen Messpunkt, misst eine Frequenzcharakteristik unter zumindest einer der Vielzahl von Parametereinstellungen an einem anderen Messpunkt als dem repräsentativen Messpunkt, verwendet die gemessenen Frequenzcharakteristika und sagt eine Frequenzcharakteristik unter einer anderen Parametereinstellung als der zumindest einen der Vielzahl von Parametereinstellungen vorher. Zu diesem Zweck weist die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200, die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300, die Speichereinheit 400, die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 und die Zustandsumschalteinheit 600 auf. Der repräsentative Messpunkt dient als eine erste Position, und ein anderer Messpunkt als der repräsentative Messpunkt dient als eine zweite Position. In der vorliegenden Ausführungsform legt ein Benutzer die Parameter des Motorsteuergeräts 100 im Voraus fest.
In der nachstehenden Beschreibung wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem das Motorsteuergerät 100 den Motor 150 veranlasst, einen als bewegbarer Teil einer Maschine dienenden Sockel 810 in X-Achsenrichtungen zu bewegen, wie in 2 dargestellt, die später beschriebene Zustandsumschalteinheit 600 eine Umschaltung von Parametern zwischen denen zum Schnellverfahren und denen für Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt A2 und den in 3 dargestellten Messpunkten A1 und A3 durchführt und eine Frequenzcharakteristik gemessen wird. Obwohl die Position des repräsentativen Messpunkts A2 nicht konkret beschränkt ist, ist gewünscht, dass die Position in der Mitte eines bewegbaren Bereichs des Sockels festgelegt wird. 2 ist eine Darstellung, die den Sockel zeigt, der als bewegbarer Teil der Maschine dient, der sich in Richtung der X-Achse bewegt. 3 ist ein Diagramm, das einen Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt (dem repräsentativen Messpunkt A2) und zwei Messpunkten (den Messpunkten A1 und A3) für den als bewegbarer Teil der Maschine dienenden Sockel zeigt. In 3 ist der repräsentative Messpunkt A2, an dem bei zwei Parametereinstellungen zum Schnellverfahren und Schneidvorschub eine Frequenzcharakteristik zu messen ist, durch einen durchgezogenen schwarzen Kreis und die Messpunkte A1 und A3, an denen bei der Parametereinstellung für den Schneidvorschub Frequenzcharakteristika gemessen werden sollen, durch hohle Kreise gekennzeichnet. Die in 3 dargestellten, in beide Richtungen weisenden Pfeile am repräsentativen Messpunkt A2 und an den Messpunkten A1 und A3 deuten an, dass, wie später noch beschrieben wird, das Motorsteuergerät 100 mit einem Sinussignal beaufschlagt wird, während eine Frequenz kontinuierlich geändert wird, und Frequenzcharakteristika auf einer X-Achse an dem repräsentativen Messpunkt A2 und an den Messpunkten A1 und A3 gemessen wird.
(Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 und Zustandsumschalteinheit 600)
Die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 gibt an den Subtrahierer 110 und die Zustandsumschalteinheit 600 einen Geschwindigkeitsbefehl für Schnellverfahren aus, um die den Sockel 810 zu veranlassen, sich zur Position des repräsentativen Messpunkts A2 zu bewegen. Das Motorsteuergerät 100 wird auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für die Schnellverfahren gesteuert, so dass der Sockel 810 den repräsentativen Messpunkt A2 erreicht. Die Zustandsumschalteinheit 600 setzt die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für Schnellverfahren auf diejenigen für das Schnellverfahren. Danach gibt die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 ein Sinusachsensignal als Geschwindigkeitsbefehl Vcmd an den Subtrahierer 110 in das Motorsteuergerät 100 und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 aus, wobei die Frequenz kontinuierlich geändert wird. Danach, wenn die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 den Geschwindigkeitsbefehl für das Schnellverfahren in einen Geschwindigkeitsbefehl für den Schneidvorschub an der Position des repräsentativen Messpunkts A2 ändert, ändert die Zustandsumschalteinheit 600 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für den Schneidvorschub die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf diejenigen für den Schneidvorschub. Die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 gibt ein Sinusachsensignal, dessen Frequenz kontinuierlich geändert wird, als Geschwindigkeitsbefehl Vcmd an den Subtrahierer 110 und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 aus.
An der Position des repräsentativen Messpunkts A2 verwendet das Motorsteuergerät 100 zunächst die Parameter zum Schnellverfahren, verwendet ein Sinusachsensignal, das sich in der Frequenz ändert, als Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und arbeitet, und verwendet danach Parameter für das Schneiden, die umgeschaltet wurden, verwendet ein Sinusachsensignal, das sich in der Frequenz ändert, als Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und arbeitet. Die Geschwindigkeitsdetektionswerte Vfd1 und Vfd2, die erfasst werden, wenn das Motorsteuergerät 100 unter den Parametern für das Schnellverfahren und den Parametern für das Schneiden arbeitet, werden als Geschwindigkeitsrückkopplung in den Subtrahierer 110 und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 eingegeben.
Anschließend gibt die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 einen Geschwindigkeitsbefehl für das Schnellverfahren an den Subtrahierer 110 aus. Das Motorsteuergerät 100 wird auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für das Schnellverfahren gesteuert. Der Sockel 810 bewegt sich vom repräsentativen Messpunkt A2 zum Messpunkt A1 oder A3 (die Position auf der X-Achse ändert sich vom repräsentativen Messpunkt A2 zum Messpunkt A1 oder A3). Die Zustandsumschalteinheit 600 ändert auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für das Schnellverfahren die Parameter des Motorsteuergeräts 100 von denen für das Schneiden zu denen für das Schnellverfahren. Wenn der Sockel 810 den Messpunkt A1 oder A3 erreicht und die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 den Geschwindigkeitsbefehl für das Schnellverfahren in einen Geschwindigkeitsbefehl für den Schneidvorschub ändert, ändert die Zustandsumschalteinheit 600 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für den Schneidvorschub die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf diejenigen für den Schneidvorschub. An einer Position des Messpunkts A1 oder A3 verwendet das Motorsteuergerät 100 ein Sinusachsensignal, das sich in der Frequenz ändert, als Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und arbeitet. Ein Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd3, der während des Betriebs des Motorsteuergeräts 100 unter den Parametern für das Schneiden erfasst wird, wird als Geschwindigkeitsrückkopplung in den Subtrahierer 110 und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 eingegeben. Es wird angemerkt, dass eine unterschiedliche Einstellung der Parameter zum Schnellverfahren oder den Schneidvorschub erfolgt, wenn einer oder beide der Integralverstärkung K1v und der Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion des Filters 130 geändert wird oder werden.
(Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 und Speichereinheit 400)
In der nachstehenden Beschreibung wird ein Vorgang beschrieben, bei dem die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren und unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub misst, die die Zustandsumschalteinheit 600 am repräsentativen Messpunkt A2 schaltet, eine Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub am Messpunkt A1 misst und eine Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren am Messpunkt A1 vorhersagt.
Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 verwendet einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd in Form eines Sinusachsensignals und einen Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd1 unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren am repräsentativen Messpunkt A2, erfasst bei jeder Frequenz ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung) und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und dem als Ausgangssignal dienenden Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd1, misst eine Frequenzcharakteristik f1 und speichert die Frequenzcharakteristik in der Speichereinheit 400. Des Weiteren verwendet die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und einen Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd2 unter der Parametereinstellung für den Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2, erfasst bei jeder Frequenz ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung) und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und dem als Ausgangssignal dienenden Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd2, misst eine Frequenzcharakteristik f2 und speichert die Frequenzcharakteristik in der Speichereinheit 400. Auf diese Weise werden in der Speichereinheit 400 die Frequenzcharakteristik f1 am repräsentativen Messpunkt A2 unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren und die Frequenzcharakteristik f2 unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2 gespeichert.
Die Frequenzcharakteristik f1 umfasst eine Verstärkungscharakteristik L_2F und eine Phasencharakteristik G∠_2F. Die Frequenzcharakteristik f2 umfasst eine Verstärkungscharakteristik L_2C und eine Phasencharakteristik G∠_2C. Die Frequenzcharakteristik f1 und die Frequenzcharakteristik f2 dienen als eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika.
Ferner verwendet die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und einen Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd3 unter der Parametereinstellung für den Schneidvorschub am Messpunkt A1, erfasst ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung) und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und dem als Ausgangssignal dienenden Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd3, misst eine Frequenzcharakteristik f3 und gibt die Frequenzcharakteristik an die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 aus. Die Frequenzcharakteristik f3 umfasst eine Verstärkungscharakteristik L_1C und eine Phasencharakteristik G∠_1C. Die Frequenzcharakteristik f3 dient als zweite Frequenzcharakteristik.
Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 kann die Amplitude und/oder die Erregungsanzahl und/oder ein Erregungsverfahren eines als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehls Vcmd ändern. Die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 erzeugt Signale, wie z. B. ein Sinusachsensignal, während eine Frequenz kontinuierlich geändert wird, und erregt das Regelungsziel, während die Frequenz kontinuierlich geändert wird. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 ist in der Lage, die Amplitude, die Erregungsanzahl oder das Erregungsverfahren eines einzugebenden Signals (Erregungseingabe) zu ändern. Hierbei ist zu beachten, dass sich eine Erregungseingabe auf die Amplitude eines Eingangssignals, eine Erregungsanzahl auf eine Anzahl von Zyklen, bei denen eine Maschine mit einer identischen Frequenz erregt wird, und ein Erregungsverfahren auf einen „Normalmodus“ oder einen „Hochpräzisionsmodus“ bezieht.
Der „Hochpräzisionsmodus“ bezieht sich auf einen Modus, bei dem die Abtastung mehrere Male durchgeführt wird, während die Erregungszeit innerhalb eines Hochfrequenzbandes konstant gehalten und die Phase einer Eingabe verschoben wird. Mit dieser Betriebsart kann die Messgenauigkeit im Bereich einer Hochfrequenz von 1 kHz oder höher verbessert werden. Wenn die Amplitude des Eingangssignals kleiner ist, wirkt auf die Maschine eine Reibungskraft ein, und es ist nicht möglich, eine korrekte Reaktion der Maschine zu erfassen. Daher ist es nicht möglich, eine korrekte Charakteristik der Maschine anzugeben. Wenn die Anzahl der Erregungen nicht ausreicht und die Reaktion der Maschine nur einer vorübergehenden Reaktion entspricht, anstatt einer stetigen Reaktion, ist es nicht möglich, eine korrekte Charakteristik der Maschine anzugeben. Wenn eine Eingangszeit in einem Hochfrequenzbereich kürzer ist, ist es nicht möglich, eine korrekte Reaktion der Maschine zu erfassen. Daher ist es nicht möglich, eine korrekte Charakteristik der Maschine anzugeben. Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Situationen ändert die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 eine Amplitude und/oder eine Erregungsanzahl und/oder ein Erregungsverfahren eines Geschwindigkeitsbefehls Vcmd, der als Eingangssignal dient.
(Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit)
Die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 liest aus der Speichereinheit 400 die Frequenzcharakteristik f1 (die Verstärkungscharakteristik L_2F und die Phasencharakteristik G∠_2F) beim Schnellverfahren und die Frequenzcharakteristik f2 (die Verstärkungscharakteristik L_2C und die Phasencharakteristik G∠_2C) im Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2 aus. Ferner erlangt die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 die Frequenzcharakteristik f3 (die Verstärkungscharakteristik L_1C und die Phasencharakteristik G∠_1C) im Schneidvorschub am Messpunkt A1. Die Frequenzcharakteristik f3, die die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessen hat, kann in der Speichereinheit 400 gespeichert werden, und die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 kann die Frequenzcharakteristik f3 aus der Speichereinheit 400 auslesen. Dann verwendet die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 die Frequenzcharakteristik f1 beim Schnellverfahren und die Frequenzcharakteristik f2 beim Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2 und die Frequenzcharakteristik f3 beim Schneidvorschub am Messpunkt A1 und berechnet eine Vorhersage-Frequenzcharakteristik f4 (eine Verstärkungscharakteristik L_1F und eine Phasencharakteristik G∠_1F) beim Schnellverfahren am Messpunkt A1. Die Vorhersage-Frequenzcharakteristik f4 dient als dritte Frequenzcharakteristik.
Konkret werden die Verstärkungscharakteristik L_1F und die Phasencharakteristik G∠_1F beim Schnellverfahren, die als Vorhersage-Frequenzcharakteristik f4 beim Schnellverfahren dienen, unter Verwendung der mathematischen Gleichung 3 (im Folgenden als Gleichung 3 bezeichnet) berechnet. $\begin{matrix} L_{1 F} = L_{2 F} - L_{2 C} + L_{1 C} \\ ∠ G_{1 F} = ∠ G_{2 F} - ∠ G_{2 C} + ∠ G_{1 C} \end{matrix}$
Es wird angemerkt, dass die Berechnung der Verstärkungscharakteristik L_1F, die von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 durchgeführt wird, eine solche sein kann: L_1F = (L_2F - L_2C) + L_1C, L_1F = (L_1C - L_2C) + L_2F, und L_1F = (L_2F + L_1C) - L_2C. Ferner kann das Berechnen der Phasencharakteristik Z∠_1F, die von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 durchgeführt wird, eine der folgenden sein: ∠G_1F = (∠G_2F - ∠G_2C) + ∠G_1C, ∠G_1F = (∠G_1C - ∠G_2C) + ∠G_2F, und ∠G_1F = (∠G_2F + ∠G_1C) - ∠G_2C.

Die Gründe, warum es möglich ist, eine Frequenzcharakteristik an einem anderen Messpunkt A1 als dem repräsentativen Messpunkt A2 unter Verwendung der oben beschriebenen mathematischen Gleichung 3 vorherzusagen, werden im Folgenden beschrieben. Hinsichtlich einer Frequenzcharakteristik einer Geschwindigkeitsschleife (einer Geschwindigkeitsrückkopplungsschleife) ist in Tabelle 1 für eine Regelanlage mit der Geschwindigkeitsregeleinheit 120, dem Filter 130, der Stromregeleinheit 140 und dem Motor 150 sowie dem Regelungsziel 700 dargestellt, ob es Auswirkungen der Positionsabhängigkeit eines bewegbaren Maschinenteils gibt oder nicht und ob es Auswirkungen eines Zustandsunterschieds wie Schnellverfahren und Schneidvorschub gibt oder nicht. [Tabelle 1]

WIRKUNG AUF FREQUENZCHARAKTERISTIK VON GESCHWINDIGKEITSSCHLEIFE	GESCHWINDIGKEITS-STEUERGERÄT	FILTER	STEUERGERÄT FÜR ELEKTRISCHEN STROM	STEUERANLAGE
POSITIONSABHÄNGIGKEIT	NICHT VORHANDEN	NICHT VORHANDEN	NICHT VORHANDEN	NICHT VORHANDEN
ZUSTANDS-DIFFERENZ	VORHANDEN	VORHANDEN	VORHANDEN	NICHT VORHANDEN

Wie in Tabelle 1 dargestellt, wirkt sich die Positionsabhängigkeit nur auf die Frequenzcharakteristik der Geschwindigkeitsschleife für die Regelanlage aus, nicht aber auf die Frequenzcharakteristik der Geschwindigkeitsschleife für die Geschwindigkeitsregeleinheit 120, das Filter 130 und die Stromregeleinheit 140. So wird bei identischer Position keine Positionsabhängigkeit bei einer Differenz zwischen Frequenzcharakteristika in zwei Zuständen beobachtet, z. B. eine Differenz zwischen einer Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren und einer Frequenzcharakteristik beim Schneidvorschub. Wenn man also eine Differenz zwischen einer Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren und einer Frequenzcharakteristik beim Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt und einer Frequenzcharakteristik im Schneidvorschub an einem anderen Messpunkt als dem repräsentativen Messpunkt zueinander addiert, ist es möglich, eine Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren an dem anderen Messpunkt als dem repräsentativen Messpunkt vorherzusagen. Ein Verfahren zur Vorhersage einer Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren an einem anderen Messpunkt als dem repräsentativen Messpunkt ist nicht konkret auf das Verfahren unter Verwendung der mathematischen Gleichung 3 beschränkt. Es kann auch ein anderes Verfahren verwendet werden.
Oben wurde der Vorgang der Vorhersage einer Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung für Schnellverfahren am Messpunkt A1 beschrieben. Es ist jedoch möglich, auf ähnliche Weise die Vorhersage einer Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung für Schnellverfahren am Messpunkt A3 durchzuführen.
Die Funktionsblöcke, die in der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A enthalten sind, wurden oben beschrieben. Um diese Funktionsblöcke zu erzielen, enthält die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung, wie z. B. einen Hauptprozessor (CPU). Darüber hinaus enthält die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A eine zusätzliche Speichervorrichtung, wie z. B. ein Festplattenlaufwerk (HDD), das Programme für verschiedene Arten der Steuerung speichert, einschließlich Applikationssoftware und ein Betriebssystem (OS), und eine Hauptspeichervorrichtung, wie z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM), der Daten speichert, die die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung vorübergehend benötigt, um die Programme auszuführen.
In der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A liest dann die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung die Anwendungssoftware oder das Betriebssystem aus der Hilfsspeichereinrichtung, wendet die ausgelesene Anwendungssoftware oder das Betriebssystem in der Hauptspeichereinrichtung an und führt auf Grundlage der Anwendungssoftware oder des Betriebssystems eine arithmetische Verarbeitung durch. Darüber hinaus werden auf Grundlage eines Ergebnisses dieser arithmetischen Verarbeitung verschiedene Arten von in den Vorrichtungen beinhalteter Hardware gesteuert. Auf diese Weise werden die Funktionsblöcke gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht. Das bedeutet, es ist möglich, die vorliegende Ausführungsform zu erreichen, wenn die Hardware und die Software kooperieren.
Im Folgenden wird der Betrieb der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A anhand eines Ablaufdiagramms beschrieben. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung veranschaulicht.
In Schritt S11 wird das Motorsteuergerät 100 auf Grundlage eines Bewegungsbefehls für das Schnellverfahren, der von der Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 bereitgestellt wird, gesteuert, wodurch der als bewegbarer Teil dienende Sockel 810 veranlasst wird, sich zu dem repräsentativen Messpunkt A2 zu bewegen.
In Schritt S12 legt die Zustandsumschalteinheit 600 auf Grundlage des Fahrbefehls für das Schnellverfahren die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf die Parameter zum Schnellverfahren fest. Schritt S12 kann zeitgleich mit Schritt S11 oder vor Schritt S11 durchgeführt werden.
In Schritt S13 gibt die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd in Form eines Sinusachsensignals, das sich in der Frequenz ändert, an das Motorsteuergerät 100 aus, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasst pro Frequenz ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung) und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und einem als Ausgangssignal dienenden Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd1, misst eine Frequenzcharakteristik f1 und speichert die Frequenzcharakteristik in der Speichereinheit 400.
In Schritt S14, wenn die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 den Geschwindigkeitsbefehl für die Schnellverfahren in einen Geschwindigkeitsbefehl für den Schneidvorschub ändert, ändert die Zustandsumschalteinheit 600 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für den Schneidvorschub die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf diejenigen für den Schneidvorschub.
In Schritt S15 gibt die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd in Form eines sich in der Frequenz ändernden Sinusachsensignals an das Motorsteuergerät 100 aus, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasst pro Frequenz ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung) und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und einem als Ausgangssignal dienenden Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd2, misst eine Frequenzcharakteristik f2 und speichert die Frequenzcharakteristik in der Speichereinheit 400. Auf diese Weise werden in der Speichereinheit 400 die Frequenzcharakteristik f1 unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren und die Frequenzcharakteristik f2 unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2 gespeichert.
In Schritt S16 wird das Motorsteuergerät 100 auf Grundlage eines Bewegungsbefehls für Schnellverfahren gesteuert, der von der Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 bereitgestellt wird, wodurch der Sockel 810, der als bewegbarer Teil dient, zum Messpunkt A1 bewegt wird. Die Zustandsumschalteinheit 600 ändert die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für das Schnellverfahren auf diejenigen für das Schnellverfahren.
In Schritt S17, wenn die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 den Geschwindigkeitsbefehl zum Schnellverfahren in einen Geschwindigkeitsbefehl für den Schneidvorschub ändert, ändert die Zustandsumschalteinheit 600 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für den Schneidvorschub die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf diejenigen für den Schneidvorschub. Es wird angemerkt, dass, wenn sich der Sockel 810, der als bewegbarer Teil dient, von dem repräsentativen Messpunkt A2 zu dem Messpunkt A1 bewegt, es nicht notwendig ist, die Zustandsumschalteinheit 600 zu veranlassen, die Parameter des Motorsteuergeräts 100 in Schritt S16 auf diejenigen zum Schnellverfahren zu ändern, wodurch Schritt S17 unnötig wird, indem dem Sockel ermöglicht wird, sich in einer Schneidvorschubweise zu bewegen.
In Schritt S18 gibt die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200 als Bewegungsbefehl einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd in Form eines Sinusachsensignals, das sich in der Frequenz ändert, an das Motorsteuergerät 100 aus, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasst pro Frequenz ein Amplitudenverhältnis (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung) und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem als Eingangssignal dienenden Geschwindigkeitsbefehl Vcmd und einem als Ausgangssignal dienenden Geschwindigkeitsdetektionswert Vfd2, misst eine Frequenzcharakteristik f3 und gibt die Frequenzcharakteristik an die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 aus.
In Schritt S19 verwendet die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 die Frequenzcharakteristik f1 beim Schnellverfahren am repräsentativen Messpunkt A2, die Frequenzcharakteristik f2 beim Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2 und die Frequenzcharakteristik f3 beim Schneidvorschub am Messpunkt A1 und berechnet eine Vorhersage-Frequenzcharakteristik f4 beim Schnellverfahren am Messpunkt A1. Die Berechnung der Vorhersage-Frequenzcharakteristik f4 beim Schnellverfahren ist, wie bereits beschrieben, unter Verwendung der mathematischen Gleichung 3 möglich.
In Schritt S20 wird bestimmt, ob die Vorhersage der Frequenzcharakteristika an allen Messpunkten abgeschlossen ist oder nicht. Wenn die Vorhersage noch nicht abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S16 zurück. Bis die Vorhersage der Frequenzcharakteristika an allen Messpunkten, mit Ausnahme des repräsentativen Messpunktes, abgeschlossen ist, führt die Verarbeitung Schritt S16 bis Schritt S20 durch. Wenn die Vorhersage der Frequenzcharakteristika an allen Messpunkten abgeschlossen ist, wird die Verarbeitung beendet.
Oben wurde der Vorgang der Vorhersage einer Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung für Schnellverfahren am Messpunkt A1 beschrieben. Es ist jedoch möglich, in ähnlicher Weise die Vorhersage einer Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung für Schnellverfahren am Messpunkt A3 durchzuführen.
Da in der vorliegenden Ausführungsform nur am repräsentativen Messpunkt A2 eine Frequenzcharakteristik unter der Parametrierung zum Schnellverfahren gemessen wird und an den Messpunkten A1 und A3 keine Frequenzcharakteristika unter der Parametrierung zum Schnellverfahren gemessen werden, ist es möglich, eine Messzeit für eine Frequenzcharakteristik zu verkürzen.
Im Folgenden wird ein Implementierungsbeispiel beschrieben, bei dem die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Schneidmaschine zur Vorhersage einer Frequenzcharakteristik verwendet wird. Bei der Schneidmaschine handelt es sich um eine in 18 dargestellte Schneidmaschine, die später beschrieben wird. Ein Sockel, der als bewegbarer Teil der Schneidmaschine dient, wurde veranlasst, sich in einer der X-Achsenrichtungen zu bewegen, ein repräsentativer Messpunkt wurde in einer Mitte in einem bewegbaren Bereich in den X-Achsenrichtungen festgelegt, die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung wurde veranlasst, die Frequenzcharakteristika beim Schnellverfahren und beim Schneidvorschub an dem repräsentativen Messpunkt zu messen, und es wurde eine Differenz zwischen der Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren und der Frequenzcharakteristik beim Schneidvorschub erfasst.
5 ist ein Charakteristik-Diagramm, das die Verstärkungscharakteristika beim Schnellverfahren und beim Schneidvorschub veranschaulicht, die am repräsentativen Messpunkt gemessen werden, und 6 ist ein Charakteristik-Diagramm, das die Phasencharakteristika beim Schnellverfahren und beim Schneidvorschub veranschaulicht, die am repräsentativen Messpunkt gemessen werden. 7 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine Differenz zwischen der Verstärkungscharakteristik beim Schnellverfahren und der Verstärkungscharakteristik beim Schneidvorschub zeigt, die an dem repräsentativen Messpunkt gemessen werden, und 8 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine Differenz zwischen der Phasencharakteristik beim Schnellverfahren und der Phasencharakteristik beim Schneidvorschub veranschaulicht, die an dem repräsentativen Messpunkt gemessen werden. Als nächstes wurde die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung veranlasst, eine Frequenzcharakteristik beim Schneidvorschub an einem vom repräsentativen Messpunkt entfernten Messpunkt zu messen, die Frequenzcharakteristik und eine Differenz zwischen der Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren und der Frequenzcharakteristik beim Schneidvorschub miteinander zu addieren und eine Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren an dem vom repräsentativen Messpunkt entfernten Messpunkt vorherzusagen. Zu Vergleichszwecken wurde eine Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren an dem vom repräsentativen Messpunkt entfernten Messpunkt tatsächlich gemessen. 9 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine an einem Messpunkt vorhergesagte Verstärkungscharakteristik beim Schnellverfahren und eine an dem Messpunkt gemessene Verstärkungscharakteristik beim Schnellverfahren zeigt, und 10 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine an einem Messpunkt vorhergesagte Phasencharakteristik beim Schnellverfahren und eine an dem Messpunkt gemessene Phasencharakteristik beim Schnellverfahren zeigt. Wie in den 9 und 10 dargestellt, überschneiden sich die Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren, die am Messpunkt vorhergesagt wird, und die Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren, die tatsächlich am Messpunkt gemessen wird, im Wesentlichen, und es hat sich gezeigt, dass es effektiv ist, der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu erlauben, eine Frequenzcharakteristik vorherzusagen.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wird das Beispiel der Vorhersage einer Frequenzcharakteristik während des Schnellverfahrens an einem anderen Messpunkt als dem repräsentativen Messpunkt beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung beschrieben, die eine Parametereinstelleinheit aufweist, die die Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf Grundlage einer von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessenen Frequenzcharakteristik oder einer von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagten Frequenzcharakteristik einstellt.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In 11 bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische Bauteile wie die in 1 dargestellten Bauteile und doppelte Beschreibungen entfallen daher. Wie in 11 dargestellt, hat eine Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B eine Konfiguration, bei der eine Parametereinstelleinheit 800 um die in 1 dargestellten Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A ergänzt ist. In der nachstehenden Beschreibung wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem, ähnlich wie bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform, das Motorsteuergerät 100 den Motor 150 veranlasst, den als bewegbaren Teil dienenden Sockel 810 in den X-AchsenRichtungen zu bewegen, wie in 2 dargestellt, die später beschriebene Zustandsumschalteinheit 600 die Umschaltung der Parameter zwischen denen für das Schnellverfahren und denen für den Schneidvorschub an dem repräsentativen Messpunkt A2 und den in 3 dargestellten Messpunkten A1 und A3 durchführt und eine Frequenzcharakteristik gemessen wird.
Die Parametereinstelleinheit 800 stellt die Parameter des Motorsteuergeräts 100 während des Schnellverfahrens und des Schneidvorschubs auf Grundlage von Frequenzcharakteristika beim Schnellverfahren und im Schneidvorschub am repräsentativen Messpunkt A2 ein, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessen werden. Darüber hinaus stellt die Parametereinstelleinheit 800 die Parameter des Motorsteuergeräts 100 während des Schneidvorschubs auf Grundlage einer Frequenzcharakteristik beim Schneidvorschub am Messpunkt A1 ein, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessen wird. Darüber hinaus stellt die Parametereinstelleinheit 800 die Parameter des Motorsteuergeräts 100 während des Schnellverfahrens auf Grundlage einer Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren, die von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagt wird, am Messpunkt A1 ein.
Obwohl das Verfahren zum Einstellen der Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf Grundlage einer von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessenen Frequenzcharakteristik und einer von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagten Frequenzcharakteristik nicht konkret beschränkt ist, wird in der nachstehenden Beschreibung ein Beispiel für die Verwendung von Verstärkungslernen als maschinelles Lernen beschrieben. Das Verstärkungslernen, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2020-177257 , beschrieben. Obwohl es möglich ist, das Verstärkungslernen als maschinelles Lernen zu verwenden, ist das maschinelle Lernen nicht speziell auf das Verstärkungslernen beschränkt. Zum Beispiel kann überwachtes Lernen durchgeführt werden.
Die Parametereinstelleinheit 800, die als Maschinenlernvorrichtung fungiert, wird im Folgenden als Parametereinstelleinheit 800A bezeichnet. Die Parametereinstelleinheit 800A erfasst eine Frequenzcharakteristik, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessen wird, oder eine Frequenzcharakteristik, die von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagt wird, und führt maschinelles Lernen optimaler Werte für die Parameter des Motorsteuergeräts 100 durch, damit die erfasste Frequenzcharakteristik mit einer Soll-Frequenzcharakteristik übereinstimmt oder in einen konstanten Bereich fällt (im Folgenden wird „maschinelles Lernen“ einfach als „Lernen“ bezeichnet). Dann stellt die Parametereinstelleinheit 800A die Parameter des Motorsteuergeräts 100, d.h. die Integralverstärkung K1v und die Proportionalverstärkung K2v und jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion des Filters 130 auf die optimalen Werte ein. Obwohl die Einstellung der Parameter durch die Parametereinstelleinheit 800A vor der Auslieferung erfolgt, kann das Neulernen nach der Auslieferung durchgeführt werden.
<Parametereinstelleinheit 800A>
Die Parametereinstelleinheit 800A führt Q-Learning durch, wobei eine Frequenzcharakteristik (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung und eine Phasen-Nacheilung), die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessen wird, oder eine Frequenzcharakteristik (Eingangs-Ausgangs-Verstärkung und eine Phasen-Nacheilung), die von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagt wird, als ein Zustand S betrachtet wird, und die Anpassung an die Werte der Parameter unter dem Zustand S als eine Handlung A betrachtet wird. Wie dem Fachmann bekannt ist, zielt das Q-Learning darauf ab, unter einem bestimmten Zustand S eine Handlung A auszuwählen, bei der ein Wert Q(S, A) als optimale Handlung unter den durchzuführenden möglichen Handlungen A am höchsten wird.
Die Parametereinstelleinheit 800A überwacht die Zustandsinformation S, die die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessene Frequenzcharakteristik oder die von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagte Frequenzcharakteristik enthalten, und bestimmt eine Handlung A. Jedes Mal, wenn eine Handlung A ausgeführt wird, erhält die Parametereinstelleinheit 800A eine Belohnung (Reward). Die Belohnung wird später beschrieben. Beim Q-Learning sucht die Parametereinstelleinheit 800A in einer Trial-and-Error-Methode nach einer optimalen Handlung A, bei der zum Beispiel die Summe der in der Zukunft zu erwerbenden Belohnungen maximiert wird. Auf diese Weise ist die Parametereinstelleinheit 800A in der Lage, eine optimale Handlung A (d. h. einen optimalen Wert für einen Servoparameter) in Bezug auf einen Zustand S auszuwählen.
In der Parametereinstelleinheit 800A gibt es Unterschiede zwischen der Einstellung der Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf Grundlage einer von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessenen Frequenzcharakteristik und der Einstellung der Parameter des Motorsteuergeräts 100 auf Grundlage einer von der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 vorhergesagten Frequenzcharakteristik. Jeder der Vorgänge wird nun hier beschrieben.
(Wenn Parameter der Motorsteuerung auf Grundlage der gemessenen Frequenzcharakteristik eingestellt werden)
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Parametereinstelleinheit 800A zeigt. Um das oben beschriebene Verstärkungslernen durchzuführen, weist die Parametereinstelleinheit 800A, wie in 12 dargestellt, eine Zustandsinformationserfassungseinheit 801, eine Lerneinheit 802, eine Handlungsinformationsausgabeeinheit 803, eine Wertfunktionsspeichereinheit 804 und eine Einheit 805 zur Ausgabe optimaler Handlungsinformationen auf.
Die Zustandsinformationserfassungseinheit 801 veranlasst das Motorsteuergerät 100, unter Verwendung der eingestellten Parameter zu arbeiten, erfasst eine von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 gemessene Frequenzcharakteristik (eine Verstärkungscharakteristik der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung und eine Phasencharakteristik, die eine Phasen-Nacheilung anzeigt) und gibt die Frequenzcharakteristik an die Lerneinheit 802 aus. Die Zustandsinformationserfassungseinheit 801 erfasst von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 zu einem Zeitpunkt des erstmaligen Starts des Q-Learning eine Frequenzcharakteristik des Motorsteuergeräts 100 unter den zuvor eingestellten Parametern und gibt die Frequenzcharakteristik an die Lerneinheit 802 aus. Die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasste Frequenzcharakteristik dient als Zustandsinformation S. Es wird angemerkt, dass in 12 die Parameter als die Koeffizienten des Filters 130 dargestellt sind.
Es wird angemerkt, dass der Benutzer die Parameter mit Anfangswerten zum Zeitpunkt des ersten Starts des Q-Learnings im Voraus erstellt. Für die Parameter mit den Anfangswerten können eingestellte Werte als Anfangswerte verwendet werden, wenn ein Bediener zuvor eine Werkzeugmaschine eingestellt hat.
Die Lerneinheit 802 ist ein Teil, der das Lernen eines Wertes Q(S, A) durchführt, wenn eine bestimmte Handlung A unter einem bestimmten Zustand S ausgewählt wird. Die Lerneinheit 802 weist eine Belohnungsausgabeeinheit 8021, eine Wertfunktionsaktualisierungseinheit 8022 und eine Handlungsinformationserzeugungseinheit 8023 auf.
Die Belohnungsausgabeeinheit 8021 ist ein Teil, der eine Belohnung berechnet, wenn eine Handlung A unter einem bestimmten Zustand S ausgewählt wird. Die Belohnungsausgabeeinheit 8021 vergleicht, wenn die Parameter mit den Anfangswerten angepasst wurden, die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung gs pro Frequenz mit einem Wert gb der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung pro Frequenz eines Referenzmodells, das zuvor eingestellt wurde. Die Belohnungsausgabeeinheit 8021 stellt eine negative Belohnung bereit, wenn die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung gs größer ist als der Wert gb der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells. Hingegen stellt die Belohnungsausgabeeinheit 8021, wenn die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung gs kleiner gleich dem Wert gb der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells ist und wenn sich der Zustand S in einen Zustand S' geändert hat, eine positive Belohnung bereit, wenn die Phasen-Nacheilung abnimmt, stellt eine negative Belohnung bereit, wenn die Phasen-Nacheilung zunimmt, oder stellt eine Null-Belohnung bereit, wenn sich die Phasen-Nacheilung nicht ändert.
Zunächst wird der Betrieb, bei dem die Belohnungsausgabeeinheit 8021 eine negative Belohnung bereitstellt, wenn die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung gs größer ist als der Wert gb der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells, nun unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben. Die Belohnungsausgabeeinheit 8021 speichert das Referenzmodell der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung. Das Referenzmodell repräsentiert ein Modell eines Motorsteuergeräts, das eine ideale Charakteristik aufweist, die keine Resonanz hervorruft. Das Referenzmodell kann z.B. durch Berechnung der Trägheit Ja, der Drehmomentkonstante K_t, der Proportionalverstärkung K_p, der Integralverstärkung K_I und der Differentialverstärkung K_D des in 13 dargestellten Modells gewonnen werden. Die Trägheit Ja ist ein Wert, der sich aus der Addition der Trägheit des Motors und der mechanischen Trägheit ergibt. 14 ist ein Charakteristik-Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Motorsteuergeräts des Referenzmodells und Frequenzcharakteristika der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Motorsteuergeräts 100 vor dem Lernen und nach dem Lernen zeigt. Gemäß dem in 14 dargestellten Charakteristik-Diagramm beinhaltet das Referenzmodell einen Bereich A, der einen Frequenzbereich darstellt, in dem es möglich ist, eine konstante Eingangs-Ausgangs-Verstärkung oder mehr zu erreichen, d.h. eine ideale Eingangs-Ausgangs-Verstärkung von beispielsweise -20 dB oder mehr, und einen Bereich B, der einen Frequenzbereich darstellt, in dem es möglich ist, eine Eingangs-Ausgangs-Verstärkung unterhalb der konstanten Eingangs-Ausgangs-Verstärkung zu erreichen. Im Bereich A in 14 stellt die Kurve MC₁ (fette Linie) die ideale Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells dar. Im Bereich B in 14 veranschaulicht eine Kurve MC₁₁ (gestrichelte fette Linie) die ideale, virtuelle Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells, und eine gerade Linie MC₁₂ (fette Linie) veranschaulicht, wenn die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells auf einen konstanten Wert gesetzt wird. In den Bereichen A und B in 14 stellen die Kurven RC₁ bzw. RC₂ die Kurven der Eingangs-/Ausgangsverstärkung des Motorsteuergeräts vor und nach dem Lernen dar.
Die Belohnungsausgabeeinheit 8021 stellt im Bereich A eine erste negative Belohnung bereit, wenn die Kurve RC₁ der Eingangs-Ausgangsverstärkung vor dem Lernen die Kurve MC₁ der idealen Eingangs-Ausgangsverstärkung des Referenzmodells überschreitet. Im Bereich B, in dem die Frequenz eine Frequenz überschreitet, bei der die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung vollständig abnimmt, werden die Auswirkungen auf die Stabilität selbst dann geringer, wenn die Kurve RC₁ der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung vor dem Lernen die Kurve MC₁₁ der idealen, virtuellen Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells überschreitet. Daher folgt die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells im Bereich B, wie oben beschrieben, nicht der Kurve MC₁₁, die eine ideale Verstärkungscharakteristik anzeigt. Stattdessen wird die Gerade MC₁₂ verwendet, entlang derer die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung einen konstanten Wert (z. B. -20 dB) hat. Wenn jedoch die Kurve RC₁ der Eingangs-/Ausgangsverstärkung vor dem Lernen die Gerade MC₁₂ überschreitet, entlang derer die Eingangs-/Ausgangsverstärkung einen konstanten Wert hat, kann es zu Instabilitäten kommen. Daher wird ein erster negativer Wert als Belohnung bereitgestellt.
Als Nächstes wird nun der Betrieb der Belohnungsausgabeeinheit 8021 zur Bestimmung einer Belohnung auf Grundlage einer Phasen-Nacheilung beschrieben, wenn die Eingangs-Ausgangs-Verstärkung gs kleiner gleich dem Wert gb der Eingangs-Ausgangs-Verstärkung des Referenzmodells ist. In der nachstehenden Beschreibung repräsentiert D(S) eine Phasen-Nacheilung, die eine Zustandsvariable ist, die sich auf die Zustandsinformation S bezieht, und D(S') repräsentiert eine Phasen-Nacheilung, die eine Zustandsvariable ist, die sich auf einen Zustand S' bezieht, der von einem Zustand S aufgrund von Handlungsinformationen A (Anpassung eines Wertes eines Servoparameters) geändert wurde. Es wird angemerkt, dass, da zum Zeitpunkt des ersten Starts des Q-Learnings keine Phasen-Nacheilung erfasst wurde, eine Phasen-Nacheilung des Motorsteuergeräts 100, die erfasst wurde, indem das Motorsteuergerät 100 unter den Servoparametern mit den Anfangswerten betrieben wurde, die von der Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 erfasst wurden, als D(S) betrachtet wird, um wie unten beschrieben eine Belohnung zu bestimmen.
Die im Folgenden beschriebenen Verfahren sind beispielhafte Verfahren, bei denen die Belohnungsausgabeeinheit 8021 auf Grundlage einer Phasen-Nacheilung eine Belohnung bestimmt. Wenn sich der Zustand S in einen Zustand S' geändert hat, ist es möglich, eine Belohnung in Abhängigkeit davon zu bestimmen, ob eine Frequenz, bei der eine Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, zunimmt, abnimmt oder konstant bleibt. Es wird angemerkt, dass, obwohl der Fall beschrieben wird, in dem die Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, der Winkel nicht auf 180 Grad beschränkt ist, sondern auch andere Winkel verwendet werden können. Wenn beispielsweise der Zustand S in einen Zustand S' übergegangen ist und die Kurve so verändert wurde, dass die Frequenz, bei der die Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, abnimmt, vergrößert sich die Phasen-Nacheilung. Wenn hingegen der Zustand S in einen Zustand S' übergegangen ist und die Kurve so geändert wurde, dass die Frequenz, bei der die Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, zunimmt, nimmt die Phasen-Nacheilung ab.
Wenn sich der Zustand S zu einem Zustand S' verändert hat, ist und die Frequenz, mit der die Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, abgenommen hat, ist daher definiert, dass die Phasen-Nacheilung D(S) < Phasen-Nacheilung D(S') ist, und die Belohnungsausgabeeinheit 8021 legt einen Wert einer Belohnung auf einen zweiten negativen Wert fest. Es wird angemerkt, dass ein absoluter Wert des zweiten negativen Wertes auf einen Wert festgelegt wird, der kleiner als der des ersten negativen Wertes ist. Wenn sich andererseits der Zustand S in einen Zustand S' geändert hat und die Frequenz, mit der die Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, zugenommen hat, ist es definiert, dass die Phasen-Nacheilung D(S) > Phasen-Nacheilung D(S') ist, und die Belohnungsausgabeeinheit 8021 legt einen Wert einer Belohnung auf einen positiven Wert fest. Wenn sich der Zustand S in einen Zustand S' geändert hat und sich die Frequenz, mit der die Phasen-Nacheilung 180 Grad erreicht, noch nicht geändert hat, ist es definiert, dass Phasen-Nacheilung D(S) = Phasen-Nacheilung D(S') ist, und die Belohnungsausgabeeinheit 8021 legt einen Wert einer Belohnung auf einen Wert von Null fest.
Ein Verfahren zur Bestimmung einer Belohnung auf Grundlage einer Phasen-Nacheilung ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Ein solches Verfahren kann so angewendet werden, dass, wenn der Zustand S in einen Zustand S' übergegangen ist und ein Phasenrand abgenommen hat, eine Belohnung mit dem zweiten negativen Wert bereitgestellt werden kann, wenn der Phasenrand zugenommen hat, eine Belohnung mit einem positiven Wert bereitgestellt werden kann, und wenn der Phasenrand konstant geblieben ist, eine Belohnung mit einem Wert von Null bereitgestellt werden kann.
Die Belohnungsausgabeeinheit 8021 wurde bereits oben beschrieben.
Die Wertfunktionsaktualisierungseinheit 8022 führt das Q-Learning basierend auf einem Zustand S, einer Handlung A, einem Zustand S', wenn die Handlung A auf den Zustand S angewendet wird, und einer Belohnung durch, die wie oben beschrieben ermittelt wurde, um die Wertfunktion Q zu aktualisieren, die die Wertfunktionsspeichereinheit 804 speichert. Zum Aktualisieren der Wertfunktion Q kann Online-Lernen, Batch-Lernen oder Mini-Batch-Lernen durchgeführt werden. Das Online-Lernen bezieht sich auf ein Lernverfahren, bei dem eine bestimmte Handlung A auf einen aktuellen Zustand S angewendet wird, um die Wertfunktion Q jedes Mal sofort zu aktualisieren, wenn der Zustand S in einen neuen Zustand S' übergegangen ist. Darüber hinaus bezieht sich das Batch-Lernen auf eine Lernmethode, bei der eine bestimmte Handlung A auf einen aktuellen Zustand S angewendet wird und dem Zustand S erlaubt wird, wiederholt in einen neuen Zustand S' überzugehen, um Daten zu sammeln, die für das Lernen verwendet werden, alle gesammelten Daten zu verwenden, die für das Lernen verwendet werden, und die Wertfunktion Q zu aktualisieren. Darüber hinaus dient das Mini-Batch-Lernen als Zwischenstufe zwischen dem Online-Lernen und dem Batch-Lernen und bezieht sich auf eine Lernmethode, bei der jedes Mal, wenn Daten, die für das Lernen verwendet werden, bis zu einem bestimmten Niveau kumuliert werden, die Wertfunktion Q aktualisiert wird.
Die Handlungsinformationserzeugungseinheit 8023 wählt eine Handlung A für den aktuellen Zustand S im Verlauf des Q-Learnings aus. Die Handlungsinformationserzeugungseinheit 8023 erzeugt Handlungsinformationen A, um zu bewirken, dass eine Operation zum Einstellen eines Wertes eines Servoparameters (entsprechend einer Handlung A im Q-Learning) im Verlauf des Q-Learnings durchgeführt wird, und gibt die erzeugten Handlungsinformationen A an die HandlungsinformationsAusgabeeinheit 803 aus. Genauer kann die Handlungsinformationserzeugungseinheit 8023 eine Addition oder eine Subtraktion in einer inkrementellen Weise durchführen, zum Beispiel für die Integralverstärkung K1v und die Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und jeden der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion des Filters 130, in den Parametern, die in einer Handlung A für die Nachjustierungsparameter enthalten sind, die in dem Zustand S enthalten sind.
Es wird angemerkt, dass die Integralverstärkung K1v und die Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ des Filters 130, die als Parameter dienen, alle oder nur einige der Koeffizienten geändert werden können. Wenn jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ des Filters 130 angepasst wird, ist es zum Beispiel möglich, eine Mittenfrequenz fc, die das Auftreten von Resonanz verursacht, leicht zu finden, d.h. es ist möglich, die Mittenfrequenz fc leicht zu identifizieren. Dann kann die Handlungsinformationserzeugungseinheit 8023 Handlungsinformationen A erzeugen und die erzeugten Handlungsinformationen A an die HandlungsinformationsAusgabeeinheit 803 ausgeben, um den Vorgang des vorübergehenden Festlegens der Mittenfrequenz fc und des Änderns der Bandbreite fw und des Dämpfungskoeffizienten δ durchzuführen, d.h. das Festlegen des Koeffizienten ω_c (= 2πfc) und das Ändern des Koeffizienten τ (= fw / fc) und des Dämpfungskoeffizienten δ.
Darüber hinaus kann die Handlungsinformationserzeugungseinheit 8023 eine allgemein bekanntes Verfahren wie den Greedy-Algorithmus, der eine Handlung A' auswählt, nach der der Wert Q(S, A) am höchsten wird, und den ε-Greedy-Algorithmus, der eine Handlung A' zufällig mit einer bestimmten kleinen Wahrscheinlichkeit ε auswählt und eine Handlung A' auswählt, nach der der Wert Q(S, A) mit einer anderen als der bestimmten kleinen Wahrscheinlichkeit ε am höchsten wird, unter den Werten der gegenwärtig denkbaren Handlungen A verwenden, um eine Maßnahme derart zu ergreifen, dass eine Handlung A' ausgewählt wird.
Die Handlungsinformationsausgabeeinheit 803 sendet die von der Lerneinheit 802 ausgegebenen Handlungsinformationen A an das Motorsteuergerät 100. Wie oben beschrieben, wird durch die Anpassung der Integralverstärkung K1v und der Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder jedes der Koeffizienten ω_c, τ und δ, die gegenwärtig in den Parametern eingestellt wurden, in einem gegenwärtigen Zustand S, d.h. in dem Motorsteuergerät 100, basierend auf diesen Handlungsinformationen, ein Übergang zu einem nächsten Zustand S' (d.h., die Integralverstärkung K1v und die Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder jeder der Koeffizienten des Filters 130, die eingestellt worden sind).
Die Wertfunktionsspeichereinheit 804 ist eine Speichereinrichtung, die die Wertfunktion Q speichert. Die Wertfunktion Q kann z. B. als Tabelle (im Folgenden als Handlungswerttabelle bezeichnet) pro Zustand S oder Handlung A gespeichert werden. Die in der Wertfunktionsspeichereinheit 804 gespeicherte Wertfunktion Q wird von der Wertfunktionsaktualisierungseinheit 8022 aktualisiert. Außerdem kann die in der Wertfunktionsspeichereinheit 804 gespeicherte Wertfunktion Q gemeinsam mit der Parametereinstelleinheit 800A einer anderen Werkzeugmaschine genutzt werden. Indem die Wertfunktion Q von den Parametereinstelleinheiten 800A einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen gemeinsam genutzt werden kann, ist es möglich, das Verstärkungslernen in einer verteilten Weise unter den Parametereinstelleinheiten 800A der Werkzeugmaschinen durchzuführen, wodurch die Effizienz des Verstärkungslernens verbessert wird.
Die Einheit 805 zur Ausgabe optimaler Handlungsinformationen erzeugt auf Grundlage der Wertfunktion Q, die aktualisiert wird, wenn die Wertfunktionsaktualisierungseinheit 8022 das Q-Learning durchführt, Handlungsinformationen A (im Folgenden als „optimale Handlungsinformationen“ bezeichnet), die die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und das Filter 130 veranlassen, einen Betrieb durchzuführen, bei dem der Wert Q(S, A) maximal wird. Genauer erlangt die Einheit 805 zur Ausgabe optimaler Handlungsinformationen die Wertfunktion Q, die in der Wertfunktionsspeichereinheit 804 gespeichert ist. Die Wertfunktion Q ist eine, die aktualisiert wird, wenn die Wertfunktionsaktualisierungseinheit 8022 wie oben beschrieben das Q-Learning durchführt. Dann erzeugt die Einheit 805 zur Ausgabe optimaler Handlungsinformationen basierend auf der Wertfunktion Q Handlungsinformationen und gibt die erzeugten Handlungsinformationen an die Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder das Filter 130 in dem Motorsteuergerät 100 aus. Diese optimalen Handlungsinformationen enthalten Informationen zum Modifizieren der Integralverstärkung K1v und der Proportionalverstärkung K2v der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und/oder von jedem der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion des Filters 130 in dem Motorsteuergerät 100.
In der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 werden die Integralverstärkung K1v und die Proportionalverstärkung K2v auf Grundlage dieser Handlungsinformationen geändert. In dem Filter 130 wird jeder der Koeffizienten ω_c, τ und δ der Transferfunktion auf Grundlage dieser Handlungsinformationen modifiziert.
Durch die oben beschriebenen Vorgänge ist die Parametereinstelleinheit 800A in der Lage, die Parameter zu optimieren, wodurch die Einstellung der Parameter vereinfacht werden kann.
(Beim Einstellen der Parameter des Motorsteuergeräts auf Grundlage der vorhergesagten Frequenzcharakteristik)
Die Konfiguration der Parametereinstelleinheit 800A ist identisch mit der in 12 dargestellten Konfiguration.
Da die Parameter des Motorsteuergeräts 100 verschiedentlich modifiziert werden, misst die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 eine Frequenzcharakteristik während des Schnellverfahrens am repräsentativen Messpunkt A2 und misst Frequenzcharakteristika während des Schneidvorschubs an dem repräsentativen Messpunkt A2 und dem Messpunkt A1. Unter Verwendung dieser Frequenzcharakteristika sagt die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 eine vorhergesagte Frequenzcharakteristik während des Schnellverfahrens am Messpunkt A1 vorher. Wenn die vorhergesagte Frequenzcharakteristik während des Schnellverfahrens erfasst wird, sind die Parameter des Motorsteuergeräts 100 identisch mit den Parametern des Motorsteuergeräts 100 unter einer Schnellverfahreinstellung am repräsentativen Messpunkt A2.
Die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 verknüpft die Parameter des Motorsteuergeräts 100 unter der Schnellverfahren-Einstellung am repräsentativen Messpunkt A2 und die vorhergesagte Frequenzcharakteristik beim Schnellverfahren am Messpunkt A1 miteinander und speichert pro Parameter, der verschiedentlich modifiziert wird, die Parameter und die Frequenzcharakteristik in der Speichereinheit in der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500.
Die Zustandsinformationserfassungseinheit 801 in der Parametereinstelleinheit 800A erfasst, wenn das oben beschriebene Verstärkungslernen durchgeführt wird, einen der Parameter am repräsentativen Messpunkt und eine vorhergesagte Frequenzcharakteristik während des Schnellverfahrens (Verstärkung und eine Phase) unter dem einen der Parameter aus der Speichereinheit in der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500. Die Handlungsinformationsausgabeeinheit 803 gibt einen anderen der in der Speichereinheit der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 gespeicherten Parameter an.
Die Zustandsinformationserfassungseinheit 801 erfasst von der Speichereinheit in der Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500 den spezifizierten anderen der Parameter und die Frequenzcharakteristik (die Verstärkung und die Phase) unter einem Schnellverfahr-Modus, der unter dem anderen der Parameter vorhergesagt wird. Der Betrieb des Lernens der Parametereinstelleinheit 800A ist, abgesehen von dem oben beschriebenen Betrieb, identisch mit dem Betrieb der Parametereinstelleinheit 800A, der bereits beschrieben wurde. Durch die Durchführung des maschinellen Lernens auf diese Weise ist es möglich, optimale Parameter zu erhalten, die einer optimalen Frequenzcharakteristik entsprechen.
In einem Fall, in dem von der Parametereinstelleinheit 800A, die das Maschinenlernen durchführt, erwartet wird, dass sie eine größere Menge an arithmetischer Verarbeitung durchführt, kann zum Beispiel eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) auf einem PC montiert werden, und eine Technik, die als „General-Purpose Computing on Graphics Processing Units“ (GPGPU) bezeichnet wird, kann verwendet werden, um die GPU bei der arithmetischen Verarbeitung zu nutzen, da dies eine schnelle Verarbeitung ermöglicht. Um eine schnellere Verarbeitung zu erreichen, kann eine Vielzahl von Computern, die jeweils mit einer solchen GPU ausgestattet sind, wie oben beschrieben, verwendet werden, um einen Computer-Cluster zu bilden, damit die Vielzahl von Computern, die in diesem Computer-Cluster enthalten sind, eine parallele Verarbeitung durchführen können.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es ist möglich, die vorliegende Erfindung in verschiedenen Modifikationen auszuführen, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Fälle beschrieben, in denen nur ein Filter bereitgestellt ist. Für das Filter 130 kann jedoch eine Vielzahl von Filtern, die jeweils verschiedenen Frequenzbändern entsprechen, so konfiguriert werden, dass sie miteinander in Reihe gekoppelt werden. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Filters durch direkte Kopplung einer Vielzahl von Filtern miteinander zeigt. Wenn in 15 eine Anzahl m (m ist eine natürliche Zahl von 2 oder größer) von Resonanzpunkten vorhanden ist, wird das Filter 130 konfiguriert, indem eine Anzahl m von Filtern 130-1 bis 130-m miteinander in Reihe gekoppelt werden.
Darüber hinaus wurde als die Vielzahl von Zuständen, in denen die Parameter umgeschaltet werden, ein Beispiel beschrieben, bei dem die Parameter zwischen Schnellverfahren und Schneidvorschub umgeschaltet werden. Die Parameter können jedoch auch zwischen angehaltener Maschine und sich bewegender Maschine umgeschaltet werden, die Parameter können in Abhängigkeit vom Gewicht eines bewegbaren Körpers umgeschaltet werden, und die Parameter können in Abhängigkeit von den Antriebsbedingungen für eine Werkzeugmaschine umgeschaltet werden, z. B. wenn die Genauigkeit priorisiert wird und wenn eine geringe Wärmeentwicklung priorisiert wird.
Obwohl das Beispiel beschrieben wird, bei dem die Verstärkung der Geschwindigkeitsregeleinheit 120 und die Koeffizienten des Filters 130 als Parameter verwendet werden, die jeden Zustand einer Vielzahl von Zuständen repräsentieren, umfassen Beispiele für andere Parameter die Verstärkung der Positionsschleife, die Verstärkung der Stromregeleinheit 140 und einen Pulsweitenmodulationszyklus (PWM).
Darüber hinaus wird in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen das Beispiel beschrieben, bei dem sich ein als bewegbarer Teil einer Maschine dienender Sockel eindimensional bewegt. Wie im Folgenden beschrieben wird, ist es jedoch möglich, die vorliegende Erfindung auch dann anzuwenden, wenn bewegbare Teile einer Maschine sich zweidimensional oder bewegbare Teile einer Maschine sich dreidimensional bewegen.
<Beispiel, bei dem sich die bewegbaren Teile der Maschine zweidimensional bewegen (in X-Achsen-Richtungen bzw. Y-Achsen-Richtungen) >
16 ist ein Diagramm, das zwei Sockel zeigt, nämlich den Sockel 810 und einen Sockel 820, die als bewegbare Teile einer Maschine dienen und sich in Richtung der X-Achse bzw. in Richtung der Y-Achse bewegen. 17 ist ein Diagramm, das einen Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt A22 und acht Messpunkten A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A33 zeigt. In 17 ist der repräsentative Messpunkt A22, an dem eine Frequenzcharakteristik unter den beiden Parametereinstellungen zum Schnellverfahren und Schneidvorschub zu messen ist, durch einen durchgezogenen schwarzen Kreis angedeutet, und die Messpunkte A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A33, an denen Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub gemessen werden sollen, sind durch hohle Kreise angedeutet.
Die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A oder die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B ist sowohl auf der X-Achse als auch auf der Y-Achse vorgesehen. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A oder der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B, die sowohl auf der X-Achse als auch auf der Y-Achse vorgesehen ist, misst Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren und der Parametereinstellung für Schneidvorschub an dem repräsentativen Messpunkt A22 und misst Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub an den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A33. Dann sagt die Einheit 500 für die Vorhersage der Frequenzcharakteristik unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren an den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A33 die Frequenzcharakteristik voraus. Beide Richtungspfeile am repräsentativen Messpunkt A22 und den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A33, die in 17 dargestellt sind, zeigen an, dass das Motorsteuergerät 100 mit Sinusachsensignalen beaufschlagt wird, während eine Frequenz kontinuierlich auf der X-Achse und der Y-Achse geändert wird, und dass am repräsentativen Messpunkt A22 und den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A33 Frequenzcharakteristika gemessen werden.
<Beispiel: Zwei Sockel, die als bewegbare Teile der Maschine dienen, bewegen sich zweidimensional (in Richtung der X-Achse bzw. der Y-Achse) und der bewegbare Teil, der die Hauptachse der Maschine bewegt, bewegt sich eindimensional (in Richtung der Z-Achse) unabhängig von den beiden Sockeln>
18 ist ein Diagramm, das die beiden Sockel 810 und 820, die als bewegbare Teile einer Maschine dienen und sich in Richtung der X-Achse bzw. der Y-Achse bewegen, sowie einen bewegbaren Teil 830 zeigt, der eine Hauptachse der Maschine in Richtung der Z-Achse bewegt. 19 ist ein Diagramm, das einen Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an zwei repräsentativen Messpunkten A22 und B33 und neun Messpunkten A11 bis A13, A21, A23, A31 bis A33 und C33 zeigt. In 19 sind die repräsentativen Messpunkte A22 und B33, an denen die Frequenzcharakteristika unter den beiden Parametereinstellungen zum Schnellverfahren und Schneidvorschub gemessen werden sollen, durch ausgefüllte schwarze Kreise gekennzeichnet, und die Messpunkte A11 bis A13, A21, A23, A31 bis A33 und C33, an denen die Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub gemessen werden sollen, sind durch hohle Kreise gekennzeichnet. Da sich das bewegliche Teil 830, das die Hauptachse in Z-Achsenrichtung bewegt, unabhängig von den beiden Basen 810 und 820 eindimensional (in Z-Achsenrichtung) bewegt, werden die Frequenzcharakteristika nur an den Messpunkten A33, B33 und C33 in Z-Achsenrichtung gemessen. In 19 sind die beiden Richtungspfeile auf der X-Achse und der Y-Achse nur an dem repräsentativen Messpunkt A22 und dem Messpunkt A33 angegeben, die beiden Richtungspfeile auf der X-Achse und der Y-Achse an den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23 und A31 bis A32 sind weggelassen. Die Frequenzcharakteristika auf der X-Achse und der Y-Achse werden an den Messpunkten A11 bis A33 gemessen. Außerdem sind in 19 die in beide Richtungen weisenden Pfeile auf der Z-Achse nur an den Messpunkten A33, B33 und C33 dargestellt, was bedeutet, dass die Frequenzcharakteristika auf einer Z-Achse gemessen werden sollen.
Die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A oder die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B ist auf jeder der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse vorgesehen. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A oder der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B, die auf jeder der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse vorgesehen ist, misst Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren und der Parametereinstellung für Schneidvorschub an den repräsentativen Messpunkten A22 und B33, und misst Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub an den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23, A31 bis A33 und C33. Dann sagt die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren die Frequenzcharakteristika an den Messpunkten A11 bis A13, A21, A23, A31 bis A33 und C33 voraus.
<Beispiel, bei dem sich ein bewegbarer Teil, der die Hauptachse der Maschine bewegt, dreidimensional bewegt (Richtung der X-Achse, Richtung der Y-Achse und Richtung der Z-Achse)>
20 ist ein Diagramm, das einen bewegbaren Teil zeigt, das eine Hauptachse einer Maschine in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse bewegt. 21 ist ein Diagramm, das einen Zustand der Einstellungen der Parameter zum Schnellverfahren und Schneidvorschub an einem repräsentativen Messpunkt B22 und 26 Messpunkten A11 bis A33, B11 bis B13, B21, B23, B31 bis B33 und C11 bis C33 darstellt. In 21 ist der repräsentative Messpunkt B22, an dem die Frequenzcharakteristika unter den beiden Parametereinstellungen zum Schnellverfahren und Schneidvorschub gemessen werden sollen, durch ausgefüllte schwarze Kreise gekennzeichnet, und die Messpunkte A11 bis A33, B11 bis B13, B21, B23, B31 bis B33 und C11 bis C33, an denen die Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub gemessen werden sollen, sind durch hohle Kreise gekennzeichnet. In 21 sind beide Richtungspfeile auf der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse nur am repräsentativen Messpunkt A22 angedeutet, und beide Richtungspfeile auf der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse an den Messpunkten A11 bis A33, B11 bis B13, B21, B23, B31 bis B33 und C11 bis C33 sind weggelassen. Die Frequenzcharakteristika auf der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse sind an allen Messpunkten A11 bis C33 zu messen. Die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A oder die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B ist auf jeder der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse vorgesehen. Die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300 der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10A oder der Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung 10B, die auf jeder der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse vorgesehen ist, misst Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren und der Parametereinstellung für Schneidvorschub an dem repräsentativen Messpunkt B22 und misst Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung für Schneidvorschub an den Messpunkten A11 bis A33, B11 bis B13, B21, B23, B31 bis B33 und C11 bis C33. Dann sagt die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit die Frequenzcharakteristika unter der Parametereinstellung zum Schnellverfahren an den Messpunkten A11 bis A33, B11 bis B13, B21, B23, B31 bis B33 und C11 bis C33 voraus.
Darüber hinaus ist es möglich, die oben beschriebenen Ausführungsformen durch Hardware, Software oder Kombinationen davon zu lösen. Es wird angemerkt, dass vorliegend eine Lösung in Form von Software eine Erzielung bedeutet, wenn ein Computer ein Programm liest und ausführt. Bei der Konfiguration durch Hardware ist es zum Beispiel möglich, einen Teil oder die Gesamtheit jeder der Ausführungsformen mit einer integrierten Schaltung (Integrated Circuit, IC) wie einer Large Scale Integrated Circuit (LSI), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), einem Gate-Array oder einem feldprogrammierbaren Gate-Array (Field Programmable Gate Array, FPGA) zu konfigurieren.
Wenn ein Teil oder die Gesamtheit jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen mit einer Kombination aus Software und Hardware konfiguriert wird, ist es außerdem möglich, eine solche Kombination zu erreichen, indem in einem Computer, der eine Speichereinheit wie eine Festplatte oder einen Festwertspeicher (ROM) enthält, der ein Programm speichert, das den gesamten oder einen Teil des Betriebs der maschinellen Lerneinheit beschreibt, das in einem Ablaufdiagramm dargestellt ist, einem dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), der die für die arithmetische Verarbeitung erforderlichen Daten speichert, einem Hauptprozessor (CPU) und einem Bus, der die Komponenten miteinander koppelt, bewirkt wird, dass der DRAM die für die arithmetische Verarbeitung erforderlichen Informationen speichert und die CPU das Programm ausführt.
Es ist möglich, das Programm mit Hilfe eines computerlesbaren Mediums unterschiedlichen Typs zu speichern und das Programm an den Computer zuzuführen. Das computerlesbare Medium umfasst ein materielles Speichermedium unterschiedlichen Typs. Bei dem computerlesbaren Medium handelt es sich beispielsweise um ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (z. B. ein Festplattenlaufwerk), ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium (z. B. eine magnetooptische Platte), einen Compact-Disc-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine einmal beschreibbare CD (CD-R), eine Compact-Discbeschreibbar (CD-R/W) oder einen Halbleiterspeicher (z. B. einen Masken-ROM, einen programmierbaren ROM (PROM), einen löschbaren PROM (EPROM), ein Flash-ROM oder einen Direktzugriffsspeicher (RAM)).
Es ist möglich, dass die Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung und das Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung verschiedene Arten von Ausführungsformen mit den unten beschriebenen Konfigurationen annehmen, einschließlich der oben beschriebenen Ausführungsformen.

(1) Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, aufweisend: ein Motorsteuergerät, das eine Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine bewegt (z.B. das Motorsteuergerät 100); eine Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit, die an das Motorsteuergerät einen Bewegungsbefehl ausgibt, um eine Position der Achse von einer ersten Position in eine zweite Position zu ändern (z.B. die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit 200); eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit, die Frequenzcharakteristika der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine an der ersten Position und der zweiten Position misst (z.B. die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300); eine Zustandsumschalteinheit, die einen Zustand des Motorsteuergeräts an der ersten Position umschaltet (z.B. die Zustandsumschalteinheit 600); und eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit, die eine Frequenzcharakteristik der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine an der zweiten Position vorhersagt (z.B. die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500), wobei die Frequenzcharakteristik-Messeinheit an der ersten Position eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika über eine Vielzahl von Zuständen misst, die durch die Zustandsumschalteinheit umgeschaltet werden sollen, und an der zweiten Position eine zweite Frequenzcharakteristik über zumindest einen der Vielzahl von Zuständen misst, und die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika und die zweite Frequenzcharakteristik verwendet, um eine dritte Frequenzcharakteristik über einen anderen der Vielzahl von Zuständen als den zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position vorherzusagen. Mit dieser Frequenzvorhersagevorrichtung ist es möglich, eine Frequenzcharakteristik auf Grundlage einer gemessenen Frequenzcharakteristik vorherzusagen, um eine Anzahl von Messdurchläufen zu verringern und eine Messzeit zu verkürzen.
(2) Die in Punkt (1) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, ferner aufweisend eine Speichereinheit, die zumindest die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika speichert (z.B. die Speichereinheit 400).
(3) Die in Punkt (1) oder Punkt (2) oben beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, bei der sich unter der Vielzahl von Zuständen ein Wert der Verstärkung und/oder eines Filterkoeffizienten und/oder eines Pulsweitenmodulationszyklus (PWM) des Motorsteuergeräts unterscheiden.
(4) Die in einem der obigen Punkte (1) bis (3) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, bei der die erste Position in einem Bewegungsbereich der Achse auf eine Mitte eingestellt ist.
(5) Die in einem der obigen Punkte (1) bis (4) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, bei der die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit ein Signal erzeugt, das sich in der Frequenz ändert, und das Signal in das Motorsteuergerät eingibt, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit das Signal und ein Ausgangssignal des Motorsteuergeräts verwendet, um ein Amplitudenverhältnis und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem Signal und dem Ausgangssignal pro der durch das Signal spezifizierten Frequenz zu erfassen, um eine Frequenzcharakteristik zu messen.
(6) Die im obigen Punkt (5) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, wobei die Frequenzcharakteristik-Messeinheit in der Lage ist, die Amplitude und/oder die Erregungszahl und/oder ein Erregungsverfahren des Signals zu ändern.
(7) Die in einem der obigen Punkte (1) bis (6) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, ferner aufweisend eine Parametereinstelleinheit, die einen Parameter des Motorsteuergeräts auf Grundlage der Vielzahl erster Frequenzcharakteristika oder der zweiten Frequenzcharakteristik oder auf Grundlage der dritten Frequenzcharakteristik bestimmt (z.B. die Parametereinstelleinheit 800).
(8) Die im obigen Punkt (7) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, bei der der Parameter des Motorsteuergeräts die Verstärkung einer Geschwindigkeitsregeleinheit und/oder einen Koeffizienten eines Filters und/oder eine Verstärkung einer Stromregeleinheit und/oder oder einen PWM-Zyklus umfasst.
(9) Die in Punkt (7) oder (8) beschriebene Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, bei der die Parametereinstelleinheit Verstärkungslernen verwendet, um den Parameter des Motorsteuergeräts zu bestimmen.
(10) Verfahren zur Vorhersage von Frequenzcharakteristika, umfassend: Bewirken, auf Grundlage eines ersten Bewegungsbefehls, dass ein Motorsteuergerät (z.B. das Motorsteuergerät 100) eine Position einer Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine zu einer ersten Position bewegt; Bewirken, dass eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit (z.B. die Frequenzcharakteristik-Messeinheit 300) veranlasst, eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika über eine Vielzahl von Zuständen des Motorsteuergeräts an der ersten Position zu messen; veranlasst, auf Grundlage eines zweiten Bewegungsbefehls, dass das Motorsteuergerät die Position der Achse aus der ersten Position in eine zweite Position bewegt; veranlasst, dass die Frequenzcharakteristik-Messeinheit an der zweiten Position eine zweite Frequenzcharakteristik über zumindest einen der Vielzahl von Zuständen misst; und veranlasst, dass eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit (z.B. die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit 500) veranlasst, die Vielzahl von ersten Frequenzcharakteristika und die zweite Frequenzcharakteristik zu verwenden, und die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit veranlasst, eine dritte Frequenzcharakteristik über einen anderen der Vielzahl von Zuständen als den zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position vorherzusagen. Mit diesem Frequenzvorhersageverfahren ist es möglich, eine Frequenzcharakteristik auf Grundlage einer gemessenen Frequenzcharakteristik vorherzusagen, um eine Anzahl von Messdurchläufen zu verringern und eine Messzeit zu verkürzen.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

10A, 10B: Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung
100: Motorsteuergerät
200: Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit
300: Frequenzcharakteristik-Messeinheit
400: Speichereinheit
500: Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit
600: Zustandsumschaltvorrichtung
700: Regelungsziel
800: Parametereinstelleinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018128734 [0004]
JP 2013218552 [0004]
JP 2020177257 [0054]

Claims

Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung, aufweisend: ein Motorsteuergerät, das eine Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine bewegt; eine Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit, die einen Bewegungsbefehl zum Ändern einer Position der Achse von einer ersten Position in eine zweite Position an das Motorsteuergerät ausgibt; eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit, die Frequenzcharakteristika der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine an der ersten Position und der zweiten Position misst; eine Zustandsumschalteinheit, die einen Zustand des Motorsteuergeräts an der ersten Position umschaltet; und eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit, die eine Frequenzcharakteristik der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine an der zweiten Position vorhersagt, wobei die Frequenzcharakteristik-Messeinheit eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika über eine Vielzahl von Zuständen, die durch die Zustandsumschalteinheit umgeschaltet werden sollen, an der ersten Position misst und an der zweiten Position eine zweite Frequenzcharakteristik über zumindest einen der Vielzahl von Zuständen misst, und die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika und die zweite Frequenzcharakteristik verwendet, um eine dritte Frequenzcharakteristik über einen anderen der Vielzahl von Zuständen als den zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position vorherzusagen.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach Anspruch 1 ferner aufweisend eine Speichereinheit, die zumindest die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika speichert.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich unter der Vielzahl von Zuständen ein Wert der Verstärkung und/oder eines Filterkoeffizienten und/oder eines Pulsweitenmodulationszyklus (PWM) des Motorsteuergeräts unterscheiden.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Position in einem Bewegungsbereich der Achse auf eine Mitte eingestellt ist.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bewegungsbefehl-Erzeugungseinheit ein Signal erzeugt, das sich in der Frequenz ändert, und das Signal in das Motorsteuergerät eingibt, und die Frequenzcharakteristik-Messeinheit das Signal und ein Ausgangssignal des Motorsteuergeräts verwendet, um ein Amplitudenverhältnis und eine Phasen-Nacheilung zwischen dem Signal und dem Ausgangssignal pro der durch das Signal spezifizierten Frequenz zu erfassen, um eine Frequenzcharakteristik zu messen.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Frequenzcharakteristik-Messeinheit in der Lage ist, die Amplitude und/oder die Erregungszahl und/oder das Erregungsverfahren des Signals zu ändern.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend eine Parametereinstelleinheit, die einen Parameter des Motorsteuergeräts auf Grundlage der Vielzahl erster Frequenzcharakteristika oder der zweiten Frequenzcharakteristik oder auf Grundlage der dritten Frequenzcharakteristik bestimmt.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Parameter des Motorsteuergeräts die Verstärkung einer Geschwindigkeitsregeleinheit und/oder einen Koeffizienten eines Filters und/oder eine Verstärkung einer Stromregeleinheit und/oder oder einen PWM-Zyklus umfasst.
Frequenzcharakteristik-Vorhersagevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Parametereinstelleinheit Verstärkungslernen verwendet, um den Parameter des Motorsteuergeräts zu bestimmen.
Frequenzcharakteristik-Vorhersageverfahren, umfassend: Bewirken, auf Grundlage eines ersten Bewegungsbefehls, dass ein Motorsteuergerät eine Position einer Achse einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine in eine erste Position bewegt; Bewirken, dass eine Frequenzcharakteristik-Messeinheit an der ersten Position eine Vielzahl erster Frequenzcharakteristika über eine Vielzahl von Zuständen des Motorsteuergeräts misst; Bewirken, auf Grundlage eines zweiten Bewegungsbefehls, dass das Motorsteuergerät die Position der Achse aus der ersten Position an eine zweite Position bewegt; Bewirken, dass die Frequenzcharakteristik-Messeinheit an der zweiten Position eine zweite Frequenzcharakteristik über zumindest einen der Vielzahl von Zuständen misst; und Bewirken, dass eine Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit die Vielzahl erster Frequenzcharakteristika und die zweite Frequenzcharakteristik verwendet, und Bewirken, dass die Frequenzcharakteristik-Vorhersageeinheit eine dritte Frequenzcharakteristik über einen anderen der Vielzahl von Zuständen als den zumindest einen der Vielzahl von Zuständen an der zweiten Position vorhersagt.