DE19535869A1 - Verfahren zur Steuerung der Bremswege bei NC-Maschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung dient dazu, die Steuerung der Beschleunigung a von numerisch gesteuerten Achsen zu vereinfachen. Bei numerisch gesteuerten Maschinen erzeugt ein In­ terpolator (1) gemäß Bild 1 die Lagesollwerte P_soll, hier x_s, y_s für die Einzelachsen (2), (3) gemäß Vorgabe eines Programmes, aus dem der nächste Endpunkt P_E und die Sollge­ schwindigkeit v_B bestimmt ist, wobei v_B von der Bedienperson jederzeit mittels eines Overri­ destellers verändert werden kann. Der sich dabei einstellende Schleppabstand e_R zwischen dem interpolierten Sollwert P_Soll und dem Lageistwert P_i ergibt sich bei Lageregelkreisen mit Proportionalverhalten aus der Höhe des Geschwindigkeitsverstärkungsfaktors K_v. Da die Steuerung gewährleisten muß, daß gemäß Bild 2 die physikalischen Bedingungen der be­ grenzten Bremsbeschleunigung a_MAX zur Bremsung aus der Geschwindigkeit v_B in den nächsten Genauhaltpunkt (hier P₁₊₄) mit v_B = 0 jederzeit gewährleistet sind, muß über eine ins­ gesamt sehr aufwendige "Look-ahead" Funktion der Bremsweg zu diesen Genauhaltpunkt errechnet werden, um die Bremsung zeitlich rechtzeitig einzuleiten. Die Vorschau erstreckt sich bei modernen Steuerungen auf bis zu 100 NC-Sätzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt ein Interpolationsverfahren zugrunde, das diesen Aufwand vermeidet. Der grundlegende Erfindungsgedanke besteht in der Nutzung eines integrieren­ den Zwischenfilters (4), (5) zwischen Interpolator (8) und Lageregelkreisen (2), (3) gemäß Bild 3, der für einen Schleppabstand e_B zwischen dem errechneten Sollwert des Interpola­ tors P_{soll(xs, ys)} und ausgegebenen Sollwerten an die Lageregelkreise P′_{soll(x′s,y′s)} sorgt und diesen Schleppabstand e_B so steuert, daß gerade für jede Achse stets der notwendige Bremsweg aufgrund der begrenzten Beschleunigung verfügbar ist (Bild 2). Im einfachsten Fall kann ein solches Zwischenfilter aus einem System 1. Ordnung bestehen. Bei konstanter Achsgeschwindigkeit stellt ,sich ein konstanter Schleppabstand e_B ein. Günstigerweise wird man zur Begrenzung des Rucks mindestens einen Filter 2. Ordnung verwenden, so daß sich bei einer zeitlichen Ansteuerung des Zwischenfilters mit einer Kurve 1. Grades (Gerade) am Ausgang eine Kurve 3. Grades ergibt. Bild 4 stellt die entsprechenden Zusammenhänge für die x-Achse am Beispiel eines Zwischenfilters 1. Ordnung dar, das mit einer Kurve 1. Grades (Gerade) angesteuert wird und eine parabelförmige Ausgangskurve x′_s erzeugt. Damit wird die Geschwindigkeitsvorgabe ′_s rampenförmig ansteigen und die Beschleunigung auf ′=a_MAX begrenzt. Für eine zusätzliche Ruckbegrenzung würde man anstelle der Parabel x′_s eine Kurve 3. Ordnung benötigen, die mit einem Zwischenfilter 2. Ordnung erzeugt werden würde.

Der künstlich erzeugte Schleppabstand e_B wird nun über die Zeitkonstante T des Zwischen­ filters so gesteuert, daß die Bremsbeschleunigung jeder Achse ausreicht, um die Ge­ schwindigkeit der Achse während der Zeit der Filterzeitkonstanten T auf Null zu bringen. Bild 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Zwischenfilters, wobei hier zunächst der Soll­ wert x_s zur Geschwindigkeitsbildung _s differenziert wird. Zur Beeinflussung der Ge­ schwindigkeit _s benutzt man vorzugsweise einen Integrierer (6), der die sprungförmige Änderung einer Geschwindigkeit _s während einer Zeit T über eine Rampe ′_-s ansteigen läßt, wodurch sich die Beschleunigung a_MAX = entsprechend Bild 4 ergibt. Bei Gleich­ heit von Ausgang ′_s und Eingang ′_s des Integrierers (6) nach Bild 5 wird dieser über den Schalter S (7) kurzgeschlossen.

Je nach Geschwindigkeitslage in den einzelnen Achsen wird nun die Zeitkonstante T für alle Filter gleich eingestellt. Die Zeitkonstante ist geschwindigkeitsabhängig und bestimmt sich so, daß die Achse mit der höchsten Geschwindigkeit jederzeit auf Null gebremst werden kann, ohne den aktuellen, vom Interpolator vorgegebenen Sollwert der laufenden Interpola­ tion zu überschreiten. Die Zwischenfilter speichern somit automatisch den notwendigen Restweg über eine beliebige Anzahl von Sätzen und sorgen damit stets für die maximale Nutzung des Beschleunigungsvermögens des Gesamtsystems. Sie stellen zudem die Ver­ rundung einer Ecke bei der Betriebsart "ohne Genauhalt" mit der jeweils maximal verfügba­ ren Beschleunigung sicher, da die Zwischenfilter eine Übersteuerung der Achsen vermeiden und sich stets aktuell auf den günstigsten Bremsweg einstellen. Mit diesem Verfahren ergeben sich somit die folgenden Vorteile:

• 1. Zeitersparnis durch ständige Nutzung des maximalen Beschleunigungsvermögens beim Eckenfahren;
• 2. Die rechenaufwendige Look-ahead-Funktion entfällt und wird durch einfache Zwischenfil­ ter ersetzt, die über eine beliebige Anzahl von Sätzen den Restweg zum Bremsen spei­ chern und die Bremsung rechtzeitig einleiten.

Claims (1)

1. Verfahren zur Sollwerterzeugung von numerisch gesteuerten Achsen einer NC-Steuerung mittels eines Interpolators und Einhalten des Bremsweges zum Genauhalt über eine unbe­ grenzte Anzahl von Sätzen hinweg, dadurch gekennzeichnet, daß

   • 1. Zwischen der Lagesollwertausgabe des Interpolators und den Eingängen eines jeden La­ geregelkreises ein Zwischenfilter geschaltet wird, welches die Weitergabe des Sollwertes über ein Integralverhalten zeitlich so verzögert, daß für einen Genauhalt die Zeit zum Bremsen auf die Geschwindigkeit Null stets zur Verfügung steht.
   • 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet werden, daß ein Zwischenfilter hö­ herer Ordnung verwendet wird, um Beschleunigung und Ruck zu begrenzen.
   • 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Achsen die beschleuni­ gungsbestimmende Zeitkonstante der Zwischenfilter gleich sind und stets so gesteuert werden, daß die Achse mit maximaler Geschwindigkeit zu jedem Ausgabepunkt des In­ terpolators ohne Überschwingen auf die Geschwindigkeit 0 gebremst werden kann.