DE3587593T2 - Antriebregelsystem für servomotoren. - Google Patents

Antriebregelsystem für servomotoren.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Servomotorantriebs- Regelsystem, in dem ein Mikroprozessor als eine Servo-Regeleinheit benutzt wird.
  • Um eine Mehr-Achsen-Werkzeugmaschine oder dgl. mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu steuern, wird von einem Servomotor Gebrauch gemacht, der durch ein Befehlssignal aus einer numerischen Steuereinheit (im folgenden als NC-Einheit bezeichnet) oder dgl. getrieben wird. Herkömmlicherweise werden Servomotoren dieser Art durch analoge Servosysteme getrieben. Indessen sind mit dem Fortschritt, der in jüngster Zeit bei der technischen Entwicklung auf dem Gebiet der Rechnersteuerungen erzielt worden ist, verschiedene vorteilhafte Aspekte, die mit der Frage zu tun haben, wie eine Vielzahl von Servomotoren wirksam durch eine einzige Regeleinheit zu regeln sind, herausgefunden worden.
  • Im allgemeinen werden einem Mikroprozessor dessen Operationen durch ein Steuerprogramm bestimmt. Wie bekannt, können dazu durch Erzeugen eines Steuerprogramms, um Übereinstimmung mit der betreffenden Regelkonfiguration zu erreichen, verschiedene Arten von Servoregelungen durch ein und dieselbe Servoregeleinheit realisiert werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das die allgemeinen Merkmale einer Servomotor-Regelschaltung dieser Art darstellt. Wie in der Figur gezeigt, sind eine Haupt-CPU 1 mit einem Mikroprozessoraufbau, die zum Einlesen von Eingangsdaten und zum Ausführen vorbestimmter Verarbeitungsvorgänge vorgesehen ist, und eine Vielzahl von gemeinsam benutzten RAM'S 2 durch einen Datenbus B1 mit einer NC-Einheit verbunden. Mit jedem der gemeinsam benutzten RAM'S 2 ist eine Servoregelungs-CPU 3 mit einem Mikroprozessoraufbau über einen Bus B2 verbunden, und diese gibt ein analoges Signal, das kennzeichnend für einen Geschwindigkeitsbefehl ist, an jeden Servoverstärker 4 aus, der einem Servomotor zugeordnet ist. Der Servoverstärker 4 umfaßt eine Geschwindigkeitsregelschaltung 5, eine Stromregelschaltung 6 und einen Wechselrichter 7 und unterzieht einen Servomotor 8 einer vorgeschriebenen Rückkopplungsregelung auf der Grundlage von Strom, Stellung und Geschwindigkeit.
  • Jeder gemeinsam benutzte RAM 2 ist für den Austausch von Daten zwischen der Haupt-CPU 1 und der Servoregel-CPU 3 vorgesehen. Beispielsweise wird ein Signal, das kennzeichnend für die Stellung des Servomotors 8 ist, vorübergehend in dem gemeinsam benutzten RAM 2 durch die Servoregel-CPU 3 gespeichert, und die Haupt-CPU 1 liest diesen gespeicherten Wert aus, um eine Anzeige-Verarbeitung und dgl. durchzuführen. Ferner wird ein Positionsbefehlssignal aus der Haupt-CPU 1 vorübergehend in dem gemeinsam benutzten RAM 2 gespeichert, und die Servoregel- CPU 3 liest diesen gespeicherten Wert aus und gibt einen Geschwindigkeitsbefehl an den Servoverstärker 8 aus.
  • In einem Servomotorantriebs-Regelsystem, das auf diese Weise aufgebaut ist, kann vorgesehen sein, daß dieselbe Hardware genügt, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob der Servomotor vom Wechselstrom- oder vom Gleichstromtyp ist, falls ein sog. "weiches" Servosystem angenommen ist, in dem alle Regelfunktionen mit Ausnahme derjenigen für den Wechselrichter in dem Servoverstärker durch einen Mikroprozessor ersetzt sind und die Verstärkerfunktion auf der Seite der NC-Einheit vorgesehen ist. Dies ist so, weil der einzige Unterschied zwischen einer Wechselstromregelung und einer Gleichstromregelung darin besteht, daß die Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signale, die dem getriebenen Wechselrichter zugeführt werden, entweder in drei Phasen benötigt werden, was demzufolge erforderlich macht, daß sechs Signale benutzt werden, oder in einer Phase benötigt werden, in welchem Fall nur zwei Signale ausreichend sind. Indessen muß in einem Fall, in dem ein Wechselstrom-Synchron- Servomotor einer Stromregelung durch einen Mikroprozessor unterzogen wird, der Frequenzgang der Stromschleife um ungefähr eine Stelle schneller als die Frequenzgänge der Stellungs- und Geschwindigkeitsschleifen gemacht werden, wie dies in Fig. 3(a) gezeigt ist. Demzufolge muß, selbst obwohl eine Verarbeitung für die Stellungsregelung und die Geschwindigkeitsregelung bei einer Periode von z. B. 1 ms durchgeführt wird, die Verarbeitung für die Stromregelung bei einer Periode von 166 us durchgeführt werden, was 1/6 des zuvor genannten Werts ausmacht. Darüber hinaus können die Perioden der Stellungsregelung und der Geschwindigkeitsregelung, da die Reaktionszeit nicht vernachlässigt werden kann, nicht verlängert werden, um die Drehmoment-Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
  • Falls der Servomotor vom Gleichstromtyp ist, sollte andererseits der Frequenzgang der Stromschleife verlangsamt werden. Beispielsweise kann, wenn die Periode zu 333 us gemacht wird, wie dies in Fig. 3(b) gezeigt ist, eine Vielzahl von Servomotoren durch eine einzige Servo-CPU selbst dann geregelt werden, wenn die Regelung durch einen Prozessor ausgeübt wird, der dieselbe Verarbeitungsgeschwindigkeit hat. Dennoch kann der Prozessor nicht so ausgeführt werden, daß er seine Verarbeitungsfähigkeit mit demselben Typ von Hardware-Anordnung zeigt.
  • Die Veröffentlichung "Advances in Instrumentation" Bd. 31, Nr. 1 von 1976 enthält auf den Seiten 1 bis 10 derselben einen Artikel mit dem Titel "Position Control of Machine Tools Using a Microcomputer". Darin ist ein Servomotorpositions-Antriebsregelsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht indessen darin, ein Servomotor-Antriebsregelsystem zu schaffen, in welchem eine Stromregelung eines Servomotors durch einen Mikroprozessor auf der Grundlage eines Servomotorstrom-Rückkopplungssignals durchgeführt wird, wobei sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom-Servomotoren durch dieselbe Hardware- Anordnung geregelt werden können und kein Abfall der Verarbeitungsfähigkeit des Mikroprozessors verursacht wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsregelsystem für Servomotoren vorgesehen, bei dem eine Positionssteuerung eines Servomotors durch einen Servosteuerungs-Mikroprozessor auf der Grundlage eines Servomotor-Rückkopplungssignals durchgeführt wird und der Servosteuerungs-Mikroprozessor mit einer Unterbrechungsbefehls-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Unterbrechungsbefehls bei einer variablen Unterbrechungsperiode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haupt- CPU zum Durchführen einer Eingangsdaten- und Sequenzdaten- Verarbeitung des Servomotors vorgesehen ist und der Servosteuerungs-Mikroprozessor mit der Haupt-CPU verbunden ist zum Durchführen nicht nur der Positionssteuerung und der Geschwindigkeitsregelung, sondern auch zur Pulsbreitenmodulations-(PBM-)Stromregelung des Servomotors auf der Grundlage eines Servomotorstrom-Rückkopplungssignals mit einer Unterbrechungsbefehls-Periode, die in Abhängigkeit davon, ob der Servomotor als entweder ein Wechselstrom-Motor oder ein Gleichstrom-Motor vorgesehen ist und in Abhängigkeit von der Nennleistung des Servomotors eingestellt ist.
  • Das Servomotor-Antriebsregelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt ein Antriebsregelsignal entsprechend dem Antriebsdrehmoment durch Einstellen einer Stromschleifen-Unterbrechungsperiode in Übereinstimmung mit der Regelung des Servomotors, der in dem Mikroprozessor geregelt wird, welcher die Stromregelung des Servomotors bewirkt. Dies gestattet, verschiedene Servomotoren auf eine höchst wirksame Art und Weise zu regeln.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines her kömmlichen Servomotor-Regelsystems darstellt.
  • Fig. 3(a) u. Fig. 3(b) zeigen Darstellungen von Wechselstrom- Servo- bzw. Gleichstrom-Servoregel-Zeitsteuerplänen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden im einzelnen anhand der Figuren beschrieben.
  • In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Servo-CPU mit einem Mikrocomputer-Aufbau zum Regeln eines Servomotors 11. Die CPU 10, die den Strom, die Geschwindigkeit und die Stellung des Servomotors 11 regelt, ist in einer NC-Einheit zusammen mit einer Haupt-CPU 12, die eine Reihe von Ablauffolgen- Verarbeitungsschritten in Übereinstimmung mit eingegebenen Daten ausführt, und mit einem gemeinsam benutzten RAM 13 zum Liefern von Daten angeordnet. Die CPU 10 ist durch einen Datenbus 14 über den gemeinsam benutzten RAM 13 mit der Haupt- CPU 12 verbunden. Die Servolregel-CPU 10 versorgt einen Servoverstärker 15 mit einem Pulsbreitenmodulations- (PWM-)Befehl in Form eines digitalen Signals aus einer PWM-Befehlsausgabeschaltung 16. Der Servoverstärker 15 ist so aufgebaut, daß er nur Endstufentreiberelemente, wie Leistungstransistoren enthält, die einen Wechselrichter bilden. In anderen Worten ausgedrückt ist der Servoverstärker aus Elementen in drei Phasen zusammengesetzt, falls der Servomotor ein Wechselstrom- Synchronmotor ist, und Elementen einer einzigen Phase, falls der Servomotor ein Gleichstrommotor ist.
  • Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Zähler zum Abzählen von Erfassungsimpulsen aus einem Sensor, wie einem Drehcodierer, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen A/D-Wandler. Dieser setzt ein Strom-Rückkopplungssignal in ein digitales Signal um, welches der CPU 10 zugeführt wird. Mit dem Datenbus 14 sind, falls erforderlich, außerdem ein Datenspeicher (RAM), ein Programmspeicher, eine Datentabelle und dgl. verbunden. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Interrupt-Erzeugungsschaltung, die mit der Servo-CPU 10 verbunden ist. Mit der Interrupt-Erzeugungsschaltung 20 ist ein Oszillator 21 zum Erzeugen einer Referenz-Frequenz verbunden. Die Anordnung ist derart getroffen, daß eine Stromschleifen-Interrupt-Periode in Übereinstimmung mit der Nennleistung und dem Typ (Wechselstrom-Motor oder Gleichstrom-Motor) des Servomotors 11 eingestellt wird, welcher durch die Servo-CPU 10 geregelt wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine gewünschte Interrupt-Periode entweder durch Aufbau des Oszillators 21 derart, daß er seine eigene Schwingungsfrequenz variiert, oder durch eine solche Maßnahme, wie das Verbinden eines Frequenzteilers 22 damit, um die Schwingungsfrequenz des Oszillators 21 zu variieren, gewonnen wird.
  • Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Interrupt-Periode der CPU 10 auf der Servoreglerseite zu variieren, wobei die NC- Seite in der Lage ist, wirksam Wechselstrom- und Gleichstrom- Servomotoren mit derselben Hardware-Anordnung zu regeln. Mehr Insbesondere wird, wenn der Frequenzgang der Stromregelung, die durch die Servo-CPU 10 durchgeführt wird, im Falle eines Wechselstrommotors auf 166 135 gesetzt wird und auf 333 us durch Umschalten der Frequenzteilerschaltung 22 im Falle eines Gleichstrommotors gesetzt wird, eine Stromregelung von drei Gleichstrom-Servomotoren mittels einer einzigen Servo-CPU möglich.
  • Dementsprechend kann in einem Fall, in dem die Servo-CPU 10 innerhalb der NC-Einheit zusammen mit der Haupt-CPU 12 vorgesehen ist und eine Vielzahl von Gleichstrom-Servomotoren getrieben und durch Übertragen von Daten zwischen den zwei CPU's bei einer hohen Geschwindigkeit über den gemeinsam benutzten RAM 13 geregelt wird, eine Interrupt-Periode in Abhängigkeit von den Nennleistungen und dem Typ der Servomotoren (Wechselstrom- oder Gleichstrom-Servomotoren) eingestellt werden. Des weiteren kann der Frequenzgang der Stromschleife genau zum Anheben der Drehmoment-Leistungsfähigkeit eines Wechselstrommotors eingestellt werden, und es kann ein Antriebsregelsignal entsprechend dem betreffenden Trieb geliefert werden. Es kann eine Anzahl von Servomotoren wirksam durch Zusammenschalten der Haupt-CPU und der Servo-CPU's, die speziell für betreffende Servomotoren vorgesehen sind, getrieben und geregelt werden.
  • Das Servomotor-Antriebsregelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu bestimmt, die Mikroprozessor-Interrupt- Periode und den Strombefehl zu erzeugen, der dem Servomotor bei einer Interrupt-Periode zugeführt wird, die in Abhängigkeit von der Nennleistung und dem Typ des Servomotors (Wechselstrom- oder Gleichstrom-Servomotor), der getrieben und geregelt wird, eingestellt ist. Dementsprechend können sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstrom-Servomotoren mit derselben Hardware-Konfiguration geregelt werden, und es ergibt sich kein Abfall der Leistungsfähigkeit, der durch die Verarbeitungsfähigkeit des Mikroprozessors verursacht würde.

Claims (1)

  1. Antriebsregelsystem für Servomotoren, bei dem eine Positionssteuerung eines Servomotors (11) durch einen Servosteuerungs- Mikroprozessor (10) auf der Grundlage eines Servomotor-Rückkopplungssignals durchgeführt wird und der Servosteuerungs- Mikroprozessor (10) mit einer Unterbrechungsbefehls-Erzeugungsschaltung (20) zum Erzeugen eines Unterbrechungsbefehls bei einer variablen Unterbrechungsperiode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haupt-CPU (12) zum Durchführen einer Eingangsdaten- und Sequenzdaten-Verarbeitung des Servomotors (11) vorgesehen ist und der Servosteuerungs- Mikroprozessor mit der Haupt-CPU (12) verbunden ist zum Durchführen nicht nur der Positionssteuerung und der Geschwindigkeitsregelung, sondern auch zur Pulsbreitenmodulations-(PBM-) Stromregelung des Servomotors (11) auf der Grundlage eines Servomotorstrom-Rückkopplungssignals mit einer Unterbrechungsbefehls-Periode, die in Abhängigkeit davon, ob der Servomotor (11) als entweder ein Wechselstrom-Motor oder ein Gleichstrom- Motor vorgesehen ist und in Abhängigkeit von der Nennleistung des Servomotors (11) eingestellt ist.
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