DE1255775B - Digital position control, especially for numerically controlled machines - Google Patents
Digital position control, especially for numerically controlled machinesInfo
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- DE1255775B DE1255775B DE1964L0049614 DEL0049614A DE1255775B DE 1255775 B DE1255775 B DE 1255775B DE 1964L0049614 DE1964L0049614 DE 1964L0049614 DE L0049614 A DEL0049614 A DE L0049614A DE 1255775 B DE1255775 B DE 1255775B
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- G05B19/00—Programme-control systems
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- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
G05fG05f
Deutsche KL: 21c-46/54 German KL: 21c-46/54
Nummer: 1 255 775Number: 1 255 775
Aktenzeichen: L 49614 VIII b/21 cFile number: L 49614 VIII b / 21 c
Anmeldetag: 28. Dezember 1964Filing date: December 28, 1964
Auslegetag: 7. Dezember 1967Opened on: December 7, 1967
Soll eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine während der Bearbeitung in mindestens zwei Koordinaten verfahren werden, so ist im allgemeinen eine Bahnsteuerung mit Interpolator zur Bildung von zwischen zwei programmierten Lagesollwerten liegenden Zwischenwerten erforderlich. Eine reine Drehzahlregelung der Antriebe, d. h. Geschwindigkeitsregelung ' des bewegten Maschinenteils in den einzelnen Koordinatenrichtungen, arbeitet bei den wechselnden technologischen Bedingungen zu ungenau, um damit einen Lagesollwert exakt ansteuern zu können. Steuerungen der genannten Art, bei denen neben der Lageregelung, die im wesentlichen die Abschaltung der Antriebe zu übernehmen hat, eine gleichzeitig arbeitende Geschwindigkeitsregelung erforderlich ist, sind trotz erheblichen Aufwandes ungenau, weil der Lagefehler das Zeitintegral des Geschwindigkeitsfehlers ist μηα sehr groß werden kann, wenn nur die Integrationszeit hinreichend groß ist. Should a numerically controlled machine tool be used in at least two coordinates during machining are moved, a path control with an interpolator is generally used to create Intermediate values between two programmed nominal position values are required. A pure speed control the drives, d. H. Speed control of the moving machine part in the individual coordinate directions, works too imprecisely in the changing technological conditions to be able to control a position setpoint exactly. Controls of the type mentioned, in which in addition to the position control, which is essentially the shutdown of the Drives has to take over, a speed control operating at the same time is required Inaccurate despite considerable effort, because the position error is the time integral of the speed error μηα can be very large if only the integration time is sufficiently large.
Die Erfindung betrifft eine digitale Lageregelung, insbesondere für numerisch gesteuerte Arbeitsmaschinen, ζ. B. Werkzeugmaschinen, bei der die Geschwindigkeiten, mit denen der in mindestens zwei Koordinatenrichtungen gleichzeitig bewegte Maschinenteil in seine Sollage gebracht wird, in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten ebenfalls geregelt werden. Es ist die Aufgabe gestellt, sicherzustellen, daß, auch ohne Bildung von Zwischenwerten durch einen Interpolator, der Lagesollwert mit genügender Genauigkeit angefahren wird.The invention relates to a digital position control, in particular for numerically controlled machines, ζ. B. Machine tools at which the speeds with which the in at least two coordinate directions at the same time moving machine part is brought into its target position, depending on given Setpoints can also be regulated. It's the job to make sure that, too without creating intermediate values by an interpolator, the position setpoint with sufficient accuracy is approached.
Gemäß der Erfindung erreicht man dies dadurch, daß vor Erreichen eines bestimmten Bereiches um den Lagesollwert allein die Geschwindigkeitsregelkreise, danach die Lageregelkreise wirksam sind.According to the invention, this is achieved in that before reaching a certain range the speed control loops alone, then the position control loops are effective around the position setpoint are.
Die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise werden im allgemeinen für jede Koordinate auf dem Programmträger, z. B. einem Lochstreifen, gespeichert. Eine einfache Überwachung des Bereiches, in dem die Umschaltung der Regelkreise erfolgt, ist nach einer besonderen Ausbildungsform der Erfindung dann möglich, wenn der Umschaltbereich eine Rechteckoder Quadratfläche bildet, in deren Mittelpunkt der anzufahrende Lagesollwert liegt.The setpoints of the speed control loops are in general for each coordinate on the Program carrier, e.g. B. a punched tape saved. A simple monitoring of the area in which the Switching of the control loops takes place, is then according to a special embodiment of the invention possible if the switching area forms a rectangle or square area with the position setpoint to be approached lies.
Nach erfolgter Umschaltung auf die Lageregelkreise können die dann an sich nicht mehr nötigen Geschwindigkeitsregelkreise
den Lageregelkreisen in an sich bekannter Weise unterlagert werden, d. h., die Lageregelabweichungen bilden die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise.
Dies hat zur Folge, daß die Geschwindigkeit beim Einfahren in den Lagesollwert exakt der Lageregelabweichung angepaßt werden kann
Digitale Lageregelung, insbesondere bei
numerisch gesteuerten ArbeitsmaschinenAfter switching to the position control loops, the speed control loops, which are then no longer necessary, can be subordinated to the position control loops in a manner known per se, ie the position control deviations form the setpoints of the speed control loops. The consequence of this is that the speed when entering the position setpoint can be matched exactly to the position control deviation, especially with digital position control
numerically controlled machines
Anmelder:Applicant:
Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Heinz Günter Lott, Neu-IsenburgDr.-Ing. Heinz Günter Lott, Neu-Isenburg
und die Geschwindigkeit beeinflussende Störgrößen ebenfalls ausgeregelt werden.and disturbance variables influencing the speed are also corrected.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in einer Annäherung an die Güte einer echten Bahnsteuerung mit linearer Interpolation, ohne daß ein Interpolator erforderlich ist.The particular advantage of the invention is that it approximates the quality of a real path control with linear interpolation without the need for an interpolator.
Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawing showing an exemplary embodiment. It shows
F i g. 1 ein Geschwindigkeits-Weg-Diagramm,F i g. 1 a speed-distance diagram,
F i g. 2 schematisch den erfindungsgemäßen Regelkreis, F i g. 2 schematically the control circuit according to the invention,
F i g. 3 eine grafische Darstellung des Fehlers bei Abweichungen von der Sollbahn.F i g. 3 shows a graphical representation of the error in the event of deviations from the nominal path.
In F i g. 1 soll ein nicht dargestelltes Werkzeug während der Bearbeitung von Punkt P1 mit den Koordinaten X1^1 entlang der Geraden G1 zu Punkt P2 mit den Koordinaten xzy2 verfahren werden. Von dem Programmträger sind außer den Koordinaten des neuen Lagesollwertes auch Geschwindigkeitssollwerte v*2> vy2 vorgegeben. Da die richtigen Geschwindigkeitssollwerte bei hohen Genauigkeitsanforderungen nicht exakt vorgebbar sind und auch die Genauigkeit der Geschwindigkeitsregelung begrenzt ist, wird der resultierende Vektor vr im allgemeinen nicht mit dem gewünschten Vektor vt zusammenfallen, sondern etwas von ihm abweichen, so daß der Lagesollwert P2 nicht erreicht würde. Daher findet, sobald die Quadratfläche B2 an der Stelle P2' berührt wird, eine Umschaltung auf die Lageregelkreise statt, die das Werkzeug exakt auf den Punkt P2 führen. Ist dieser erreicht,In Fig. 1, a tool (not shown) is to be moved during machining from point P 1 with coordinates X 1 ^ 1 along straight line G 1 to point P 2 with coordinates x z y 2 . In addition to the coordinates of the new position setpoint, the program carrier also specifies speed setpoints v * 2> vy 2 . Since the correct speed setpoints cannot be precisely specified for high accuracy requirements and the accuracy of the speed control is also limited, the resulting vector v r will generally not coincide with the desired vector v t , but will deviate somewhat from it, so that the position setpoint P 2 will not would be achieved. Therefore, as soon as the square area B 2 is touched at the point P 2 ', a switchover to the position control loops takes place, which guide the tool exactly to the point P 2. If this is reached,
709 707/445709 707/445
so werden die neuen Lage- und Geschwindigkeitssollwerte X3, y3 bzw, VX3, vy3 vorgegeben; das Werkzeug wird wieder allein von den Geschwindigkeitsregelkreisen gesteuert, bis es den PunktP3' des Bereiches Bä erreicht, wonach es von den Lageregelkreisen in den Sollwert P3 eingefahren wird.the new position and speed setpoints X 3 , y 3 or VX 3 , vy 3 are specified; the tool is controlled solely by the speed control loops back until it reaches the point P 3 'of the region B, etc., after which it is retracted from the position control loops in the target value P3.
Selbstverständlich ist dieses Verfahren nicht auf eine Bewegung in zwei Koordinaten beschränkt. Die Geschwindigkeitsregelkreise können nach Umschaltung auf die Lageregelkreise diesen unterlagert werden, so daß die Einfahrgeschwindigkeit in den Sollwert jeweils in ein exaktes Verhältnis zu der Lageregelabweichung gebracht werden kann.Of course, this method is not restricted to a movement in two coordinates. the Speed control loops can be subordinate to these after switching to the position control loops, so that the approach speed to the setpoint is in an exact ratio to the position control deviation can be brought.
In F i g. 2 ist die Regelanordnung schematisch dargestellt. Von dem Leser LS werden die auf dem nicht dargestellten digitalen Programmträger, z. B. einem Lochstreifen L, aufgebrachten Lage- und Geschwindigkeitsinformationen abgelesen und in die entsprechenden, den einzelnen Koordinatenrichtungen zugeordneten Zwischenspeicher ZLx, ZLy bzw. ZVx, ZVy eingespeichert. Außerdem wird ein Wert in den Speicher ÜB gebracht, der den Abmessungen des Umschaltbereiches entspricht. An der Werkzeugmaschine W sind in an sich bekannter Weise geeignete digitale Meßwertgeber für die Lageistwerte MLx, MLy sowie die Geschwindigkeitswerte MVx, MVy angebracht. Die Antriebe für die einzelnen Richtungen sind mit Ax und Ay bezeichnet.In Fig. 2 the control arrangement is shown schematically. From the reader LS on the digital program carrier, not shown, z. B. a punched tape L, read the applied position and speed information and stored in the corresponding buffer ZLx, ZLy or ZVx, ZVy assigned to the individual coordinate directions. In addition, a value is brought into the memory UB , which corresponds to the dimensions of the switchover area. In a manner known per se, suitable digital measuring transducers for the actual position values MLx, MLy and the speed values MVx, MVy are attached to the machine tool W. The drives for the individual directions are labeled Ax and Ay.
Zu Beginn eines Bearbeitungssatzes werden die Antriebe der Maschine W zunächst von den Geschwindigkeitsregelkreisen gesteuert. Die Geschwindigkeitsregelabweichungen für die einzelnen Koordinatenrichtungen werden in den Subtraktionsgliedern VVx, VVy nach Betrag und Vorzeichen ermittelt und steuern über Regelverstärker Vx und Vy die Antriebe Ax und Ay. At the beginning of a machining block, the drives of the machine W are first controlled by the speed control loops. The speed control deviations for the individual coordinate directions are determined in the subtraction elements VVx, VVy according to amount and sign and control the drives Ax and Ay via control amplifiers Vx and Vy.
Die Lageregelabweichungen werden für die einzelnen Koordinateneinrichtungen in den Subtraktionsgliedern VLx, VLy gleichzeitig ermittelt und beaufschlagen die Recheneinrichtung R, die die Abweichungen in χ und y bildet. Bei Gleichzeit dieses Wertes mit dem in ÜB gespeicherten Wert, d. h. bei Erreichen des Umschaltbereiches um den Lagesollwert, erhält die Umschalteinrichtung S einen Befehl, so daß die Lageregelabweichungen die Sollwerte der Geschwindigkeitsregelkreise bilden. Die Antriebe werden nunmehr in Abhängigkeit von den Lageregelkreisen über die nunmehr unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreise gesteuert, bis der Sollwert erreicht ist. Nach Übernahme der neuen Sollwerte von dem Lochstreifen schaltet S wieder um, da der Ausgangswert von R wieder von dem in ÜB gespeicherten Wert verschieden ist.The position control deviations are determined simultaneously for the individual coordinate devices in the subtraction elements VLx, VLy and are applied to the computing device R, which forms the deviations in χ and y . When this value is at the same time as the value stored in OB , ie when the switchover range around the position setpoint is reached, the switchover device S receives a command so that the position control deviations form the setpoints of the speed control loops. The drives are now controlled as a function of the position control loops via the now subordinate speed control loops until the setpoint is reached. After the new setpoints have been taken over from the punched tape, S switches over again, since the output value of R again differs from the value stored in ÜB.
In F i g. 3 ist dargestellt, wie sich ein Verfahren der Maschine auf dem Weg P1, P2, P3 auf den Konturfehler / auswirkt. Grundsätzlich gilt für In Fig. 3 shows how a movement of the machine on the path P 1 , P 2 , P 3 affects the contour error /. Basically applies to
/:/= Ra (1 — cos<p),/: / = Ra (1 - cos <p),
wenn Ra der Radius des Bearbeitungswerkzeuges darstellt.when Ra represents the radius of the machining tool.
Ferner gilt angenähertFurthermore, approximately applies
As_.
2 Ra As_.
2 Ra
daraus folgtit follows
Ra(I^1 Ra (I ^ 1
As*As *
Der Fehler kann also für kleine Winkel φ näherungsweise angegeben werden zuThe error can therefore be approximated to for small angles φ
As*As *
* ~ ZRa'* ~ ZRa '
Bei einer Schrittweite von s — 1 mm und einem Fräserradius von 12,5 mm wird der Fehler / z. B. 1/100 mm, d. h., die erfindungsgemäße Steuerung ao arbeitet sehr genau.With a step size of s - 1 mm and a cutter radius of 12.5 mm, the error / z. B. 1/100 mm, that is, the control system according to the invention works very precisely.
Claims (5)
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 079 170, 1 037 367, 007;Considered publications:
German Auslegeschriften No. 1 079 170, 1 037 367, 007;
Zeitschrift »Bulletin SEV«, 1956, S. 85.Austrian Patent No. 230 479;
"Bulletin SEV" magazine, 1956, p. 85.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1964L0049614 DE1255775B (en) | 1964-12-28 | 1964-12-28 | Digital position control, especially for numerically controlled machines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1964L0049614 DE1255775B (en) | 1964-12-28 | 1964-12-28 | Digital position control, especially for numerically controlled machines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1255775B true DE1255775B (en) | 1967-12-07 |
Family
ID=7273072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1964L0049614 Pending DE1255775B (en) | 1964-12-28 | 1964-12-28 | Digital position control, especially for numerically controlled machines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1255775B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3418365A1 (en) * | 1984-05-17 | 1985-11-21 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Control system for a direct-current work-spindle drive |
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AT230479B (en) * | 1959-12-28 | 1963-12-10 | Elin Union Ag | Position program switch |
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-
1964
- 1964-12-28 DE DE1964L0049614 patent/DE1255775B/en active Pending
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