DE2201924A1

DE2201924A1 - Motorischer antrieb

Info

Publication number: DE2201924A1
Application number: DE19722201924
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl-Ing Bornhorst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-01-15
Filing date: 1972-01-15
Publication date: 1973-07-19
Also published as: IT978104B; CS158595B2; BE794061A; DE2201924B2; PL78883B1; JPS4880970A; JPS5392589U

Description

Notorischer Antrieb Die Erfindung betrifft einen motorischen Antrieb mit Drehzahiregeikreis und überlagerten Lageregelkreis.
Bei derartigen Antrieben ergibt sich das Problem, daß bei einer linearen Beziehung zwischen Ausgangssignal des Lageregelkreises und Drehzahlführungsgröße, die für ein ausreichendes Signal notwendige Verstärkung bei kleinen Lageabweichungen zu einem derartigen Signal bei größeren Lageabweichungen führt, daß ein geregeltes Einfahren in die Soll-Position innerhalb des noch zur Verfügung stehenden Weges nicht mehr möglich ist. Macht man andererseits die Verstärkung geringer, so wird bei sehr kleinen Lageabweichungen kein ausreichendes Führungssignal mehr erzeugt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Antrieb der eingangs genannten Art dafür zu sorgen, daß die Geschwindigkeit für den regelbaren Antrieb so vorgegeben wird, daß der Antrieb beim Einfahren in die Position voll ausgelastet, aber nicht überlastet wird, d.h. daß aus der Lageabweichung, die jeweils für ihn passende Drehzahlführungegröße gebildet wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein zwischen Lageregelkreis und Drehzahlregelkreis eingeschaltetes Rechenglied mit parabolischem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße gelöst. Zweckmäßigerweise wird dabei schaltungstechnisch das Rechenglied zwischen einem dem digitalen Regelkreis nachgeschalteten Digital-Analogwandler und dem analogen Drehzahlregelkreis angeordnet. Auf diese Weise wird beim Einfahren in die Position die Geschwindigkeit so vorgegeben, daß das Einfahren in die Position mit maximalem Bremsmoment des Motors vorgenommen wird, so daß die Einfahrzeit ein Minimum wird.
Durch eine relativ einfache Zusatzschaltung läßt sich dafür sorgen, daß bei gleichzeitigem Verfahren von zwei Achsen einer Werkzeugmanohine z.B. beim Bearbeiten von Schrägen, das Verhältnis zwischen den Nachläufen in beiden Achsen gleich dem Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten ist.
Dadurch wird ein Konturfehler beim Bearbeiten von Schrägen vermieden.
Die vorstehend genannte Anordnung hat fernerhin noch den Vorteil, daß vom Programm her die Vorschubgeschwindigkeit im Start-Stop-Betrieb vorgegeben werden kann, da sich der Motor jeweils selbst auf einer optimalen Kennlinie dem Stillstand nähert.
Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Antrieb, dessen analogem Drehzahlregelkreis (Geschwindigkeitsregelkreis) ein digitaler Lageregelkreis überlagert ist, Fig. 2 ein Rechenglied zur Bildung eines parabolischen Zusammenhangs zwischen Ausgangssignal/\ s des Lageregelkreises und Drehzahlführungsgröße Vs, Fig. 3 Drehzahlführungsgröße (Geschwindigkeitsführungsgröße) V8 als Funktion des Nachlaufs A s für verschiedene Kennlinien, Fig. 4 einen-Ausschnitt aus Fig. 3 in der Nähe des Nullpunktes, Fig. 5 eine Schaltung zum Verfahren in zwei Achsen einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Schrägen, Fig. 6 die Entstehung eines Konturfehlers bei parabolischem Zusammenhang zwischen Lageabweichung und Drehzahlführungsgröße.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist mit dem als Antrieb einer Arbeitsspindel 10 dienenden Gieichstrommotor 7 eine Tachometermaschine 8 gekuppelt, deren Drehzahlistwert nist zusammen mit der Drehzahlführungsgröße n5 (entspricht Geschwindigkeitsführungsgröße v ) am Eingang eines Drehzahlreglers 5 liegt. Der Drehzahlregler 5 steuert seinerseits das Thyristorstellglied 6 des Motors 7. Diesem analogen Drehzahlregelkreis ist ein digitaler Lageregelkreis überlagert, der die Drehzahlführungsgröße liefert. Hierzu ist mit dem Gleichstrommotor 7 zusätzlich ein digitaler Impulsgeber 9 gekuppelt, der für jede zurückgelegte Winkeleinheit (Weg) einen Impuls liefert.
Die vom Impulsgeber 9 gelieferte Pulsfrequenz s. wird in einem Differenz zähler 2 mit der von einem Taktgeber oder Interpolator 1 gelieferten Pulsfolge sß, dem Sollwert des zurückzulegenden Weges, verglichen. Abhängig von der Differenz der beiden Pulsfolgen, dem Nachlauf des Motors 7 gegenüber dem Lagesollwert, wird vom Zähler 2 ein Ausgangssignal A 8 abgeben, das über einen Digitalanalogwandler 3 und ein Rechenglied 4 dem Drehzahlregler 5 als Drehzahlführungsgröße n ( V5) vorgegeben wird. Das Rechenglied 4 hat dabei die Aufgabe, zwischen dem Ausgangssignal ß s des Lageregelkreises und dem Einzanz6signal V (bzw. n ) des Drehzahlrealers 5-5 5.
eine parabolische Beziehung herzustellen, also Wenn der Geschwindigkeitsverlauf in Abhängigkeit vom Nachlauf 5 s nach dieser Funktion verläuft, kann der Antrieb bei plötzlicher Sperre der vom Taktgeber 1 erzeugten Impulsfrequenz innerhalb des Nachlaufweges 5 B zum Stillstand kommen, wobei die Führungsgröße ns (4 V5) so vorgegeben wird, daß das Bremsmoment bis zum Stillstand des Motors nahezu konstant bleibt.
Den Aufbau des Reohengliedes zeigt Fig. 2.'Am Eingang des Verstärkers 44 liegt über einem einstellbaren Widerstand R1 ein dem Ausgangssignal /i s des Lageregelkreises proportionales Signal an. Am gleichen Eingang liegt über einem einstellbaren Widerstand Rg das Ausgangssignal eines Multiplizierbausteins 43tz.B. eines Hall-Multiplizierers an, von dem der eine Eingang direkt mit dem Ausgang des Verstärkers 41 und der andere Eingang über eine Diode 44 mit dem Ausgang der Verstärkeranordnung verbunden ist. Der andere Eingang des Verstärkers 41 liegt über einen Widerstand Ro an Masse.
Da sich der Verstärker in etwa so einstellt, daß sich die uber Rd und R fließenden Ströme kompensieren, ergibt sich die Beziehung wenn R2 =co ist.
Dem Ausgang des Verstärkers 41 ist noch ein Umkehrverstärker 42 mit Verstärkungsfaktor nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal ebenfalls über eine Diode 45 am gleichen Eingang des Multiplizierbausteines 45 wie die Diode 44 liegt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß je nach dem Vorzeichen des Nachlaufs A s auch der vorzeichenrichtige Wert zum Eingang des Verstärkers 41 zurückgeführt wird und das Vorzeichen von A s gleich dem Vorzeichen von V5 ist.
Die sich mit der bisher geschilderten Verstärkeranordnung ergebende Kennlinie Ve = f ( iE s) ist in Fig. 3 dargestellt.
Diese Kennlinie hat nur noch den Nachteil, daß sie im Nullpunkt eine unendliche Verstärkung aufweist. Dies ist aus regeltechnischen Gründen nicht zulässig. Zusätzlich ist daher in der Rückführung des Verstärkers 41 ein einstellbarer Widerstand R2 vorgesehen, der allein in etwa die Kennlinie vm in Fig. 3 ergäbe. Aus der Superposition der beiden Kennlinien resultiert die verwendete Kennlinie ve = ( ti s), die bei ausreichender Verstärkung am Nullpunkt gleichzeitig für größere Lageabweichungen eine zulässige Geschwindigkeitsregelgröße liefert.
Wie in der Pig. 3 dabei nicht gezeichnet, gilt die entsprechende gespiegelte Kennlinie für negative Lageregelabweichungen.
Beim gleichzeitigen Verfahren von zwei Achsen einer Werkzeugmaschine ergäbe sich durch den parabolischen Zusammenhang zwischen Jeweiligem Nachlauf und Geschwindigkeitsführungsgroße ein Konturfehler. Um dies zu verhindern, muß dafür gesorgt werden, daß das Verhältnis von Wegdifferenz zur Geschwindigkeit in den beiden Achsen gleich ist. Fig. 6 läßt dies erkennen, Um vom Punkt P1 zum Punkt P2 zu gelangen* ist ein Weg von x bzw. # y zurückzulegen. Aus dem parabolischen Zusammenhang zwischen Weg und Geschwindigkeit ergibt sich für die Geechwindigkeit vy der größeren Wegdifferenz ein relativ kleinerer Wert als bei proportionaler Beziehung. Damit liegt der resultierende Gesohwindigkeitsvektor V außerhalb der gewünschten Kontur zwischen P1 und P2. Es ist also dafür zu sorgen* daß die Geschwindigkeitskomponenten in beiden Achsen proportional der jeweiligen Soll-Ist-Differenz sind, damit kein Konturfehler entsteht. Fig. 5 zeigt hierzu die erforderliohe Schaltung, wobei die Bauteile mit gleichen Bezugsziffern wie, in den vorhergehenden Figuren versehen sind und zur Unterscheidung der beiden Achsen jeweils noch die Zusatzbuchstaben oder b tragen.
tåd geforderte Verhältnis der Größen läßt sich dadurch erreichen, daB jeweils den Multiplizierbausteinen 43a und 43b in der Rückführung der Verstärker 41 und 41b eine Größe zugerührt wird, die der jeweils größten Geschwindigkeitskomponehte V bzw. Vy entspricht. Hierzu sind die Diodenrückführungen mit einem Schalter 45 untereinander verbindbar.
Hierdurch wird an einem der Eingänge der Multiplizierbausteine der Jeweils größere Wert wirksam, so daß das Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten wieder dem Verhältnis der Wegdifferenzen entspricht.
Anhand einer Rechnung sei dies näher erläutert: Es sei angenormen, daß Vx> Vy Hieraus ergibt sich: Damit wird also wieder die geforderte Abhängigkeit zwischen den einzelnen Komponenten des Lageregelkreises und den Geschwindigkeitetsführungsgrößen erreicht.
6 Patentanspruche 6 figuren

Claims

Patentansprüche Notorischer Antrieb mit Drehzahlregelkreis und überlagertem Lageregelkreis, gekennzeichnet durch ein zwischen Lageregelkreis (2) und Drehzahlregelkreis (5) eingeschaltetes Rechenglied (4) mit parabolischem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße.
2. Motorischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenglied (4) zwischen einem dem digitalen Lageregelkreis nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler (3) und dem analogen Drehzahlregler (5) angeordnet ist.
3. Motorischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenglied (4) aus einer Verstärkeranordnung (41, 42) besteht, in deren Rückführung elektronische Nultiplizierbausteine (43) angeordnet sind.
4. Motorischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzeichenrichtige Rückführung des Ausgangssignals der Verstärkeranordnung (41, 42) an die Eingänge der Multiplizierbausteine (43) vorgesehen ist.
5. Motorischer Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Multiplizierbausteinen (43) einstellbare Widerstände (R1, R3) in der Rückführung vorgesehen sind.
6. Motorischer Antrieb nach Anspruch 1 für jeweils die Bewegung eines Maschinenteils in einer Achse einer Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine, mit mindestens zwei Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils größere der als Drehzahlführungsgrößen dienenden Ausgangssignale (Vx, V2 derart zusätzlich zur Steuerung-der RechengliediP- (41a, 41b) in den anderen Achsen einsetzbar ist, daß das Verhältnis des hier resultierenden Aus gangsignal-

zum größeren AuBgangs s-i*;nsl

gleich dem Verhältnis der Eingangsgrößen der Rechenglieder (41a, 41b) ist.