DE3340150C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Servosystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Servosystem ist aus der DE-OS 19 58 794 bekannt. Dieses bekannte Servosystem enthält einen Servomotor, der effektiv mit einem Drehzahlsensor verbunden ist, welcher laufend den Ist-Wert der Drehzahl bzw. die von einem angetriebenen Teil zurückgelegte Strecke wiedergibt. Es ist ferner auch ein Sollwertgeber für die Drehzahl des Servomotors vorhanden, wobei mit Hilfe einer Regeleinrichtung ein Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleich durchgeführt wird, um ein der Regelabweichung entsprechendes Signal für die Nachregelung von zumindest der Drehzahl des Servomotors zu erzeugen. Dieses bekannte Servosystem enthält ferner eine Einrichtung zum Einstellen der Betriebszeit des Servomotors, wobei diese Einrichtung in der Regelkreis integriert ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieses bekannten Servosystems ist neben einem Regler auch ein Empfänger vorhanden, die derart zusammenwirken, daß der Empfänger einem von einer Bezugsgröße abgeleiteten Bezugszustand folgt. Wenn der Regler dem Empfänger eine Zustandsänderung aufzwingt, vergeht eine gewisse Zeitspanne, ehe der Empfänger vollständig auf einen Eingangsbefehl reagieren kann. Um nun sicherzustellen, daß einerseits der Empfänger vollständig auf einen empfangenen Eingangsbefehl anspricht und andererseits eine Störung durch einen unmittelbar nachfolgenden Eingangsbefehl ausgeschlossen wird, sind Maßnahmen getroffen, gemäß welchen der Regler einen nachfolgenden Eingangsbefehl oder Eingangsbefehle an den Empfänger nur dann überträgt, wenn der vorhergehende Eingangsbefehl nicht ausreichte, um den Empfänger auf einen Bezugszustand einzustellen. Ein derartiger Einstellvorgang des Servomotors umfaßt natürlich eine Einschaltphase, eine Beschleunigungsphase, eine Verzögerungsphase und eine Stopphase.
Aus der DE-OS 27 11 951 ist eine Servoeinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Servoeinrichtung bekannt, mit deren Hilfe der Zeitpunkt, zu dem ein durch ein Signal angezeigter Vorgang auftritt, geregelt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird auf dieses genannte Signal hin ein Rampensignal erzeugt und dieses Rampensignal wird für eine vorbestimmte, insbesondere konstante Zeitdauer unterbrochen und dann fortgesetzt. Bei der Fortsetzung des Rampensignals wird dieses überwacht und dient als Grundlage für die Fortsetzung des Regelvorganges. Gemäß diesem bekannten Verfahren bzw. Servoeinrichtung wird der betreffende Servomotor, wenn er von einer Ausgangsposition in eine bestimmte andere Position bewegt wird, mehrfach beschleunigt und verzögert, was aber in vielen Anwendungsfällen dazu führen kann, daß das vom Servomotor angetriebene System unstabil wird bzw. in Schwingungen oder Vibration geraten kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Servosystem der angegebenen Gattung zu schaffen, welches eine genaue und insbesondere stabile Einstellung der Betriebszeit des Servomotors ermöglicht und welches die jeweils eingestellte Betriebszeit des Servomotors einer betreffenden Bedienungsperson auch mitzuteilen vermag.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Bei dem Servosystem nach der vorliegenden Erfindung wird somit nicht nur eine reine Drehzahlregelung vorgenommen, sondern es wird insbesondere die gesamte Betriebsdauer des Servomotors bzw. der gesamte Betriebsablauf vom Starten des Servomotors bis zum Stoppen des Servomotors genau gesteuert.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, in welchem schematisch ein Servosystem dargestellt ist; bei welchem die Erfindung in vorteilhafter Weise angewendet werden kann;
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das den Drehzahl-Steuerteil des in Fig. 1 wiedergegebenen Servosystems darstellt;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung, in welchem die Beziehung zwischen einer Winkelgeschwindigkeit W und einer Betriebszeit t dargestellt ist, und welche zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems der Fig. 1 verwendbar ist; und
Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung, wenn sie bei dem Servosystem der Fig. 1 angewendet wird.
In Fig. 1 ist ein Servosystem dargestellt, bei welchem die Erfindung in vorteilhafter Weise angewendet werden kann, und welches eine Verarbeitungseinheit in Form eines Prozessors 1, einen Digital-Analog-(D/A)-Umsetzer 2, eine eine Drehzahlabweichung feststellende Einheit 3, eine Drehzahleinstelleinheit 4, eine ein Bezugssignal erzeugende Einheit 5, eine ein Drehzahlsignal erzeugende Einheit 6, eine Schmittschaltung 7, eine Stop-Positions-Steuereinheit 8, Differenzierglieder 9 und 10, eine Drehzahl-/Positions- Steuerschalteinheit 11, eine Motoransteuereinheit 12, einen Servomotor 13, einen Kodierer 14 und eine Last 15 aufweist. Der Kodierer 14 ist unmittelbar oder mittelbar mit dem Servomotor 13 verbunden, und er erzeugt ein Paar Positionssignale A und B welche um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, wenn sich der Motor 13 dreht. Diese Positionssignale A und B werden an die entsprechenden Differenzierglieder 9 und 10, wo die Signale differenziert werden, und dann an die das Drehzahlsignal erzeugende Einheit 6 angelegt, wo die Signale in entsprechender Weise verarbeitet werden, nämlich gleichgerichtet und addiert werden, um dadurch ein Drehzahlsignal zu erzeugen.
Andererseits werden Positionssignal A und B auch an den Bezugssignalgenerator 5 angelegt, welche dann ein Bezugssignal erzeugt, welches durch die Amplituden der Positionssignale A und B festgelegt ist. Wie durch die gestrichelten Linie in Fig. 1 angezeigt, kann die Drehzahl-Einstelleinheit 4 entweder zwischen dem D/A-Umsetzer 2 und dem Bezugssignalgenerator 5 oder zwischen der eine Drehzahlabweichung feststellenden Einheit 3 und der ein Drehzahlsignal erzeugenden Einheit 6 vorgesehen sein. Folglich wird ein Ausgang entweder von der das Drehzahlsignal erzeugenden Einheit 6 oder von dem Bezugssignalgenerator 5 entweder an die entsprechende, eine Drehzahlabweichung feststellende Einheit 3 oder an den A/D-Umsetzer 2 angelegt, nachdem durch die Drehzahleinstelleinheit 4 ein gewünschter Pegel festgestellt worden ist. Das Positionsignal B wird auch an die Schmittschaltung 7 angelegt, welche dann ein Positionstaktsignal C an die Verarbeitungseinheit 1 liefert, welche einen Mikroprozessor aufweisen kann, um den Gesamtbetrieb des Servosystems zu steuern; die Verarbeitungseinheit 1 gibt dann ein Drehzahl- oder Geschwindigkeits-Befehlsignal, das der Bewegungsstrecke für den Motor 13 entspricht, an den D/A-Umsetzer 2 ab, welcher seinerseits ein Drehzahl- oder Geschwindigkeitsbefehlssignal liefert, das dem erhaltenen Geschwindigkeits-Befehlsignal entspricht.
Die eine Drehzahlabweichung feststellende Einheit 3 vergleicht das von dem D/A-Umsetzer 2 gelieferte Geschwindigkeits- Befehlssignal mit dem Geschwindigkeitssignal, das von der ein Geschwindigkeits- oder Drehzahlsignal erzeugenden Einheit 6 geliefert worden ist, um dadurch ein Drehzahl- oder Geschwindigkeitsabweichungssignal abzugeben, welches dann als ein Eingang an die Drehzahl-/Positions-Steuerschalteinheit 11 angelegt wird, welche so geschaltet ist, um auch ein Positionsabweichungssignal von der Stopp-Positions- Steuereinheit 8 zu erhalten. Folglich kann unter der Steuerung der Verarbeitungseinheit 1 die Geschwindigkeits-/ Positions-Steuerschalteinheit 11 selektiv entweder das Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlabweichungssignal oder das Positionsabweichungssignal zu der Motoransteuereinheit 12 durchlassen, welche dann ein verstärktes Signal an den Motor 13 abgibt. Die Verarbeitungseinheit 1 steuert in der Weise, das eine Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssteuerung stattfindet, bis der Motor 13 eine Stelle erreicht hat, die in einer vorbestimmten Nähe zu eienr vorgesehenen Sollposition festgelegt ist, und der Motor 13 wird dann aus der vorbestimmten Nähe unter einer Positionssteuerung und nicht unter einer Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssteuerung in die Bestimmungsposition bewegt. Entsprechend dieser Betriebsfolge kommt dann der Motor 13 nachdem er eine erforderliche Strecke zurückgelegt hat, zuverlässig und genau in einer gewünschten Position zum Halt.
In Fig. 2 ist schematisch in Blockform der Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssteuerteil des in Fig. 1 wiedergegebenen Systems dargestellt, wobei mit G eine Schaltungsverstärkungseinheit und H eine Rückkopplungsverstärkungseinheit in der Motordrehzahlsteuerung bezeichnet sind. Bekanntlich kann die Beziehung zwischen einer gewünschten Drehzahl Wref und einer Solldrehzahl Wreal durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Wenn G »1 ist, ist Wreal ≅(1/H) Wref, so daß, um die Motordrehzahl einzustellen, nur die Größe von Wref oder von H entsprechend geändert werden braucht. Wenn die Geschwindigkeits- bzw. Drehzahleinstelleinheit 4 zwischen dem D/A-Umsetzer 2 und der ein Bezugssignal erzeugenden Einheit 6 angeordnet ist, kann der Wert von Wref entsprechend geändert werden. Wenn dagegen die Drehzahleinstelleinheit 4 zwischen der eine Drehzahlabweichung feststellenden Einheit 3 und der ein Drehzahlsignal erzeugenden Einheit 6 angeordnet ist, wird der Wert von H entsprechend geändert. Wenn der Wert von Wref oder von H auf diese Weise entsprechend geändert wird, kann die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit W des Motors und der Betriebszeit t durch die in Fig. 3 grafisch dargestellten Linien angezeigt werden. Umgekehrt besteht die Rolle der Drehzahleinstelleinheit 4 darin, ein gewünschtes Drehzahlprofil a zu erhalten, indem verschiedene Faktoren ausgeschaltet werden, welche die Winkelgeschwindigkeit W des Motors 13 beeinflussen können.
In Fig. 4 ist im einzelnen die Betriebszeit-Einstelleinheit 4 wiedergegeben, die entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ausgelegt ist. Hierbei gilt der in Fig. 4 dargestellte Aufbau für den Fall, bei welchem die Drehzahleinstelleinheit 4 zwischen dem D/A-Umsetzer 2 und dem Bezugssignalgenerator 5 angeordnet ist, die Drehzahleinstelleinheit 4 kann jedoch auch zwischen der eine Drehzahlabweichung feststellenden Einheit 3 und der das Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssignal erzeugenden Einheit 6 angeordnet sein, wie in Fig. 1 angezeigt ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Betriebszeit-Einstelleinheit 4 so angeordnet, daß sie eine Ausgangsspannung Vref von dem Bezugssignalgenerator 5 erhält und ein sich im Pegel änderndes Signal Iref an den D/A-Umsetzer 2 abgibt, um dadurch die Drehzahl des Motors 13 einzustellen. Folglich arbeitet die Betriebszeiteinstelleinheit 4 von dem Bezugssignalgenerator 5 her gesehen, wirksam als ein veränderlicher Ausgangswiderstand.
Die Betriebszeiteinstelleinheit 4 der Fig. 4 weist einen Bezugswiderstand R5, Drehzahl-Einstellwiderstände R4 bis R1 und Überbrückungs- bzw. Kurzschließglieder BS4 bis BS1 auf, die jeweils selektiv und einzeln betätigt werden können, um den entsprechenden Drehzahleinstellwiderstand zu schließen bzw. zu überbrücken. Die Drehzahleinstellwiderstände R4 bis R1 haben Widerstandswerte, welche so ausgelegt sind, daß gilt: R4=2³R, R3=2²R, R2 und R1=R ist. Folglich kann bei einem extremen Zustand, bei welchem alle Überbrückungsglieder BS4 bis BS1 offen sind, was durch "15" angezeigt wird, die Beziehung zwischen Iref und Vref so ausgedrückt werden, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist, wobei mit "0" der offene Zustand und mit "S" der geschlossene oder kurzgeschlossene Zustand bezeichnet ist.
Andererseits gilt
und unter der Annahme, daß R5»R, dann gilt die folgende Beziehung:
Wie aus der vorstehenden Gl. (3) zu ersehen ist, ändert sich der Wert von Iref schrittweise mit dem Inkrement von R/R5, multipliziert mit dem Zählwert n, der anzeigt, daß die Drehzahl des Motors 13 schrittweise zusammen mit dem gleichen Zunahmewert bei jedem Schritt geändert werden kann. Folglich kann bei einer Anzahl n Einstellwiderständen und der gleichen Anzahl von Kurzschließelementen der Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitswert über eine Anzahl von 2n Stufen geändert werden. In der dargestellten Ausführungsform, bei welcher ein oder mehrere der Kurzschließglieder BS4 bis BS1 selektiv betätigt werden können, kann die Drehzahl oder Geschwindigkeit über 16 Werte eingestellt werden.
Ferner ist von Wichtigkeit, daß die Betriebszeiteinstelleinheit 4 der Fig. 4 die Funktion hat, den eingestellten Werte, festzustellen, welcher durch die Zustände der Kurzschließglieder BS4 bis BS1 festgelegt ist. Das heißt, die Betriebszeiteinstelleinheit 4 weist Operationsverstärker OP1 bis OP4, welche jeweils 2 Eingänge haben, die mit beiden Seiten des entsprechenden Einstellwiderstands verbunden sind, und Widerstände R6 bis R21 auf, die, wie dargestellt, als Eingangs- und Rückkopplungswiderstände bei den entsprechenden Operationsverstärkern OP1 bis OP4 geschaltet sind. Hierbei ist festgesetzt, daß der elektrische Widerstandswert der Widerstände R1 bis R4 sehr viel kleiner ist als derjenige der Widerstände R6 bis R21, so daß der Strom, der durch jeden der Operationsverstärker OP1 bis OP4 fließt, im Vergleich zu dem Strom Iref vernachlässigbar klein ist. Die Ausgänge der einzelnen Operationsverstärker OP1 bis OP4 sind jeweils mit einem Eingang einer entsprechenden Schmittschaltung SMT1 bis SMT4 verbunden, welche die Aufgabe haben, den Ausgang von den Operationsverstärkern OP1 bis OP4 auf einem TTL-Pegel umzusetzen.
Wenn das Kurzschließglied PB4 betätigt wird oder sich in dem kurzgeschlossenen Zustand befindet, ist der Spannungsabfall an dem Widerstand R4 null, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers OP4 auch null ist, wodurch ein Signal Hi als Ausgang der Schmittschaltung SMT4 erzeugt wird. Wenn das Kurzschlußglied BS3 offen und damit nicht in kurzgeschlossenem Zustand ist, dann liegt eine Spannungsdifferenz von R3×Iref an dem Widerstand R3 an, so daß eine Spannung Vop3, an dem Ausgang des Operationsverstärkers OP3 erzeugt wird, wodurch der Ausgang der Schmittschaltung SMT3 Lo wird. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit davon, ob die jeweiligen Kurzschließglieder BS4 bis BS1 offen oder geschlossen sind, der Ausgang der jeweiligen Schmittschaltung SMT4 bis SMT1 entweder auf Hi oder Lo festgelegt. Jede der Schmittschaltungen SMT4 bis SMT1 hat einen Ausgang, der mit dem entsprechenden Eingangsanschluß PI4 bis PI1 der Verarbeitungseinheit 1 verbunden ist.
Wie in Fig. 4 dargestellt, weist das Servosystem auch eine Anzeigeeinrichtung 16 auf, die mit der Verarbeitungseinheit 1 verbunden ist. Genauer gesagt, die Verarbeitungseinheit 1 hat Ausgangsanschlüsse PO1 bis PO4, die jeweils mit einem Eingang entsprechender Inverter INV1 bis INV4 verbunden sind, deren Ausgänge wiederum mit den Kathoden entsprechender lichtemittierender Dioden LED1 bis LED4 verbunden sind, an deren Anoden über entsprechende Widerstände R23 bis R26 eine Versorgungsspannung Vcc angelegt ist. Die Anzeigeeinrichtung 16 weist auch einen Prüfschalter SWT auf, welcher den Eingangsanschluß PI0 der Verarbeitungseinheit 1 erdet, wenn er betätigt worden ist, und den Eingangsanschluß PI0 mit der Versorgungsspannung Vcc verbindet, wenn er deaktiviert ist.
Wenn während des Betriebs der Prüfschalter SWT angeschaltet wird, stellt die Verarbeitungseinheit 1 diesen Zustand an dem Eingangsanschluß PI0 fest und gibt entsprechende Befehle ab, wodurch dann der Servomotor 13 auf einmal in die Ausgangsstellung zurückkehrt und dann in einem vorbestimmten Muster betrieben wird, das entsprechend programmiert ist, um den Betriebszeitabschnitt zu messen. Eine solche Arbeitsweise wird N-mal unter der Steuerung der Verarbeitungseinheit 1 wiederholt, und dann wird die mittlere Betriebszeit auf folgende Weise berechnet:
= ΣT/N (4)
Die Verarbeitungseinheit 1 legt dann einen Schiebewert ΔA fest, welcher die Differenz zwischen der zur Zeit eingestellten Betriebszeit und der optimalen Betriebszeit ist, wobei die folgende Beziehung verwendet wird:
Gleichzeitig legt die Verarbeitungseinheit 1 die augenblickliche Betriebszeit oder den augenblicklichen Drehzahlzustand fest, der in der Betriebszeiteinstelleinheit 4 eingestellt worden ist, wobei von dem Zustand der Eingänge ausgegangen wird, die an Eingangsanschlüssen PI1 bis PI4 zugeführt worden sind, und führt dann die Addition des vorstehend wiedergegebenen Werts ΔA zu dem laufenden Wert durch, wodurch dann eine neue optimale Betriebszeit festgelegt ist. Dann liefert die Verarbeitungseinheit 1 einen Datenwert, welcher die gerade festgelegte optimale Betriebszeit anzeigt, an ihre Ausgangsanschlüsse PO1 bis PO4, so daß die lichtemittierenden Dioden LED1 bis LED4 selektiv aufleuchten, wodurch angezeigt wird, welches der Kurzschließglieder BS1 bis BS4 zu betätigen oder zu schließen ist. Folglich braucht die Bedienungsperson nur das oder die entsprechenden Kurzschließglieder BS1 bis BS4 zu drücken, was durch die ein-/ausgeschalteten Zustände der lichtemittierenden Dioden LED1 bis LED4 angezeigt wird. Auf diese Weise kann eine gewünschte Betriebszeit oder ein gewünschter Drehzahlzustand leicht und zuverlässig eingestellt werden.
Somit können mit der vorliegenden Erfindung unter anderem die folgenden Vorteile erhalten werden:
  • (1) Ein sehr leichtes Einstellen, da die Betriebszeit digital geschoben werden kann.
  • (2) Ein leichtes Warten infolge des Vorsehens einer den Einstellwert feststellenden Funktion und einer den optimalen Wert anzeigenden Funktion.
  • 3) Es sind keine Fachleute erforderlich, da die Bedienungsperson nur die Prüftaste anzuschalten braucht und das oder die entsprechenden Kurzschließglieder zu betätigen braucht, was durch den ein-/ausgeschalteten Zustand der lichtemittierenden Dioden angezeigt wird, um auf diese Weise eine Betriebszeit einzustellen.

Claims (6)

1. Servosystem, mit einem Servomotor, der mit einem Drehzahlsensor verbunden ist, welcher den Ist-Wert der Drehzahl wiedergibt und mit einem Sollwert-Geber für die Drehzahl des Servomotors, einer Einrichtung zur Durchführung eines Ist- Wert-Sollwert-Vergleiches, um ein der Regelabweichung entsprechendes Signal für die Nachregelung von zumindest der Drehzahl des Motors zu erzeugen, und mit einer in den Regelkreis integrierten Einrichtung zur Einstellung der Betriebszeit des Servomotors, welche einer Zeitdauer entspricht, während welcher der Servomotor gestartet wird, beschleunigt wird, verzögert wird und angehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (Fig. 1) zum Einstellen der Betriebszeit des Servomotors (13) folgendes enthält:
  • a) eine Einrichtung (R1 bis R4; BS1 bis BS4), um die tatsächliche Betriebszeit in Stufen einzustellen, so daß die tatsächliche Betriebszeit in vorherbestimmten Beträgen geändert werden kann,
  • b) eine Einrichtung (OP1 bis OP4), welche die jeweils eingestellte tatsächliche Betriebszeit feststellt,
  • c) eine Einrichtung (1) zum Berechnen einer mittleren tatsächlichen Betriebszeit des Servomotors (13) unter den laufenden Bedingungen,
  • d) eine Einrichtung in (in 1) zum Berechnen und Speichern einer optimalen Betriebszeit,
  • e) eine Einrichtung (in 1) zum Ermitteln der Differenz zwischen der optimalen Betriebszeit und der aktuellen mittleren Betriebszeit, und
  • f) eine Anzeigeeinrichtung (16) zur Anzeige einer optimalen tatsächlichen Betriebszeit auf der Basis der gemäß e) ermittelten Differenz.
2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (R1 bis R4; BS1 bis BS4) eine Anzahl in Reihe geschalteter Widerstände (R1 bis R4) und eine ähnliche Anzahl Kurzschließglieder (BS1 bis BS4) aufweist, die jeweils vorgesehen sind, um bei einer Betätigung den entsprechenden Widerstand kurzzuschließen.
3. Servosystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl in Reihe geschalteter Widerstände (R1 bis R4) Widerstandswerte aufweisen, die proportional gewichtet sind.
4. Servosystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (16) eine Anzahl Anzeigelampen (LED bis LED4) aufweist, welche selektiv aufleuchten, um anzuzeigen, daß das oder die entsprechenden Kurzschlußglieder (BS1 bis BS4) zu aktivieren bzw. zu betätigen sind.
5. Servosystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Anzeigelampen eine lichtemittierende Diode (LED bis LED4) aufweist.
6. Servosystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schalter (SWT), in Abhängigkeit von dessen Zustand die Anzeigeeinrichtung (16) wirksam oder unwirksam ist.
DE19833340150 1982-11-06 1983-11-07 Servosystem Granted DE3340150A1 (de)

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