DE3408173C2

DE3408173C2 -

Info

Publication number: DE3408173C2
Application number: DE19843408173
Authority: DE
Inventors: Horst Gose; Wolfgang Dr. Papiernik; Juergen-Andreas 8520 Erlangen De Reimann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1984-03-06
Publication date: 1991-08-29
Also published as: DE3408173A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung von mit jeweils einem Regler versehenen Antrieben einer Maschine, insbesondere von rechnergeführten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern, wobei für jede Antriebsstrecke, ein Streckenmodell vorgesehen ist und wobei der aus dem Sollwert der Regelgröße der Regelstrecke resultierende tatsächliche Istwert der Regelgröße und der aus dem Sollwert der Regelgröße an Hand des Streckenmodells geschätzte Istwert miteinander verglichen werden, so daß eine Abweichung des tatsächlichen Istwerts vom geschätzten Istwert, die ein vorgebbares Toleranzband überschreitet, als ein Fehler signalisierbar ist.

Es sind rechnergeführte numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen von einem Lagemeßsystem in vorgegebenen Intervallen Teilistwerte erfaßt, in den Rechner eingegeben und zu einem Gesamtistwert summiert werden, der mit einem Lagesollwert verglichen wird, wobei der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für die Antriebseinheit umgesetzt wird. Um Störungen zu erfassen, wird überwacht, ob der Schleppabstand einen vorbestimmten Wert überschreitet; ferner wird auch noch überwacht, ob das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert bestimmte Grenzen überschreitet (vgl. DE-AS 27 29 372).

Mit derartigen Überwachungen kann erfaßt werden, ob sich Istwerte zu weit von ihren zugehörigen Sollwerten entfernen, es kann aber nicht oder nur sehr schwer erfaßt werden, ob der tatsächliche Istwert einen Verlauf im Hinblick auf eine Sollwertänderung hat, die mit dem zu erwartenden, d. h. im Regelfall gewünschten und für den Normalbetrieb repräsentativen zeitlichen Verlauf übereinstimmt.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 30 43 474 bekannt. Dabei wird mit Hilfe eines Streckenmodells im Betrieb eine fortlaufende Überwachung auf ordnungsgerechtes Betriebsverhalten gewährleistet. Eine Möglichkeit einer Vorausbetrachtung ist dabei allerdings nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bereits vor dem eigentlichen Betrieb der Antriebe eine Vorausschau des Betriebsverhaltens ermöglicht wird und daß Fehler, die ihre Ursache in der Dynamik des Bewegungsablaufs haben, eliminiert werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem eigentlichen Betrieb die Sollwerte und die mit dem Streckenmodell ermittelten zugehörigen Istwerte miteinander verglichen werden und auf eine maximale vorgebbare Abweichung voneinander durch Veränderung der Geschwindigkeit der Sollwertvorgabe einregelbar sind.

Wie bemerkt, ist das Systemmodell als Differenzengleichung im Rechner hinterlegt, wobei die Modellordnung der gewünschten Modellgenauigkeit anzupassen ist. Die Differenzengleichung kann bei Systemen mit konstanten Parametern, wie z. B. Werkzeugmaschinen, einmal bei der Inbetriebnahmephase (z. B. nach der Methode der kleinsten Quadrate) bestimmt werden. Falls das System zeitveränderliche Parameter enthält, wie z. B. bei Robotern durch deren veränderliche Ausladung, kann das Modell durch ein on-line-Identifikationsverfahren fortlaufend korrigiert werden. Die ermittelten Parameter sind dann ständig einer Plausibilitätskontrolel zu unterziehen (z. B. Überwachung auf Grenzwerte).

Mit der vorstehend beschriebenen Methode ist nicht nur eine Systemüberwachung möglich, sondern es ist auch eine betriebsmäßige Eingrenzung des Fehlers möglich. Sei z. B. angenommen, daß in einem kaskadierten Lagedrehzahlregelsystem ein Fehler im Gesamtsystem erkannt wird, so kann dann anhand eines Streckenteilmodells der Drehzahlregelstrecke auch ermittelt werden, ob der Fehler in diesem Teil liegt. Auf diese Weise kann eine Systemdiagnose, z. B. von entfernten Leitzentralen her, vorgenommen werden.

Da das Modell die Strecke dynamisch nachbildet, kann das Modell auch zur Konturenüberwachung verwendet werden, d. h. zur Überwachung, ob die Bahn des Werkzeugs am zu fertigenden Werkstück innerhalb eines vorgeschriebenen Toleranzbands verläuft.

Regelungstechnisch wird dies dadurch erreicht, daß entweder das Programm vorab simuliert wird, oder jeweils betriebsmäßig kurz vorher - schneller als in Echtzeit - simuliert wird und überprüft wird, ob der zu erwartende Istwert zu weit vom gewünschten Sollwert abweicht. Falls dies der Fall sein sollte, kann dann z. B. in der nachfolgenden wirklichen Bearbeitung an den betreffenden Stellen die Bahngeschwindigkeit verringert werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Überwachungsanordnung, und

Fig. 2 den zeitlichen Ablauf der Überwachung.

Bei der in Fig. 1 schematisch umrandet gezeichneten Regalstrecke 2 werden Lagesollwert x_Soll, der aus einer Rechnersteuerung 1 stammt und Lageistwert x_St, der von einem mit dem Antriebsmotor 25 gekuppelten Wegistgeber 27 stammt, miteinander in einem Lageregler 21 verglichen und zur Bildung des Drehzahlsollwerts n_Soll benutzt. Dieser Drehzahlsollwert n_Soll dient zusammen mit dem vom Geber 27 ebenfalls abgeleiteten Drehzahlistwert n_ist zur Bildung des Stromsollwerts i_Soll im Drehzahlregler 22. Stromsollwert i_Soll und Stromistwert i_ist im Ankerkreis der Maschine 25 werden miteinander verglichen und in einem Stromregler 23 zur Bildung des Steuersignals für ein Thyristorstellglied 24 benutzt, das seinerseits die Maschine 25 entsprechend speist. Die Maschine 25 dient z. B. zum Vorschub eines schematisch angedeuteten Werkzeugschlittens 26.

Regelstrecken mit derartigen kaskadierten Regelkreisen unter Einbeziehung einer Rechnersteuerung sind bekannt (vgl. z. B. die DE-AS 27 29 372), wobei in diesem Zusammenhang noch bemerkt sei, daß nur der Einfachheit halber Teile der Strecke, wie Lageregler und Drehzahlregler, als diskrete Bausteine dargestellt sind. In Wirklichkeit können auch diese Bausteine im Rechner 1 integriert sein.

Zusätzlich ist noch in der Rechnersteuerung 1 ein Modell der eingangs beschriebenen Regelstrecke 2 gespeichert. Dieses Modell 3 ist der Anschaulichkeit halber besonders herausgezeichnet. Wie ersichtlich, wird diesem Modell der Regelstrecke ebenfalls der jeweilige Lagesollwert x_Soll zugeführt. Anhand des Modells 3 der Regelstrecke wird hieraus der zu erwartende Istwert 1 x_ist berechnet, und zwar z. B. nach folgender Beziehung:

_ist (k) = ax_{ist (k-1)} + bx_{Soll (k-1)}

wenn die Regelstrecke durch ein Verzögerungsglied erster Ordnung approximiert wird.

Hierbei ist mit k der Wert zum diskreten Zeitpunkt und mit k-1 der betreffende Wert zum diskreten Abtastzeitpunkt vorher bezeichnet. Die Größen a und b sind Parameter, die sich aus dem jeweiligen System ergeben.

In Worten ausgedrückt: es wird also der jeweils zu erwartende Istwert aus dem Istwert zum vorhergehenden Abtastzeitpunkt und dem vorliegenden Sollwert zum vorhergehenden Abtastzeitpunkt bestimmt.

Dieser berechnete (geschätzte) Istwert _ist wird mit dem zugehörigen tatsächlichen Istwert x_ist in einem Baustein 4 verglichen und festgestellt, ob die Differenz innerhalb eines vorgeschriebenen Toleranzbandes der Breite ε liegt. Falls der tatsächliche Istwert und der zu erwartende Istwert zu weit auseinanderklaffen, wird, wie durch die Leuchte 41 angedeutet, ein Fehlersignal ausgegeben. Gleichzeitig wird dieser Fehler über die Leitung 42 in die Rechnersteuerung 1 zurückgemeldet und für weitere Überwachungs- und Diagnosemaßnahmen benutzt.

Falls die Abweichung kleiner als ein vorgeschriebenes Toleranzband ε ist, so werden in nachfolgenden Schritten die Rechenwerte aktualisiert und erneut wieder der nächste zu erwartende Istwert berechnet. Der zeitliche Ablauf dieses Verfahrens ist aus Fig. 2 nochmals ersichtlich.

Wie bereits bemerkt, kann die vorstehend beschriebene Überwachung nicht nur zur Aufdeckung von Fehlern im Gesamtsystem während des Betriebs verwendet werden, sondern auch um betriebsmäßig eine Diagnose durchzuführen. Beispielsweise ist es möglich, wie durch das Bezugszeichen 5 angedeutet, ein Teilmodell der Drehzahlregelstrecke herzustellen und hier das Verhältnis vom geschätzten _ist zum tatsächlichen Istwert n_ist ebenfalls zu überprüfen.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung von mit jeweils einem Regler versehenen Antrieben einer Maschine, insbesondere von rechnergeführten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern, wobei für jede Antriebsstrecke ein Streckenmodell vorgesehen ist und wobei der aus dem Sollwert der Regelgröße der Regelstrecke resultierende tatsächliche Istwert der Regelgröße und der aus dem Sollwert der Regelgröße an Hand des Streckenmodells geschätzte Istwert miteinander verglichen werden, so daß eine Abweichung des tatsächlichen Istwerts vom geschätzten Istwert, die ein vorgebbares Toleranzband überschreitet, als ein Fehler signalisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem eigentlichen Betrieb die Sollwerte (x_soll) und die mit dem Streckenmodell (3) ermittelten zugehörigen Istwerte (_ist) miteinander verglichen werden und auf eine maximale vorgebbare Abweichung voneinander durch Veränderung der Geschwindigkeit der Sollwertvorgabe einregelbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Hand von Teilmodellen der Strecke tatsächliche und geschätzte Istwerte der betreffenden Teilstrecke (5) miteinander auf Fehler vergleichbar sind.