DE3740712A1

DE3740712A1 - Beschleunigunssteuervorrichtung

Info

Publication number: DE3740712A1
Application number: DE19873740712
Authority: DE
Inventors: Jun Fujita; Yoshinori Nakanishi; Etsuzi Oda; Kazutaka Yamashita
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-12-01
Publication date: 1989-06-15
Also published as: US4808895A

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschleunigungssteuervorrichtung und insbesondere eine Beschleunigungssteuervorrichtung zur Beschleunigungssteuerung, indem eine Beschleunigungsleitgröße mit einem tatsächlichen Beschleunigungswert verglichen wird.

Auf dem Gebiet der Werkzeugvorschubsteuerung bei Werkzeugmaschinen wird die Beschleunigungssteuerung durchgeführt, um den mechanischen Stoß zu verringern und eine Positionierung mit hoher Genauigkeit zu erlauben.

Eine herkömmliche Art einer Beschleunigungssteuervorrichtung zur Durchführung einer solchen Bescheunigungssteuerung ist ausgebildet, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Die in Fig. 8 dargestellte Beschleunigungssteuervorrichtung umfaßt die Beschleunigungsleitgrößeeinheit 10, einen Rechenkreis 2 für die augenblickliche Leitgröße, um einen augenblicklichen Leitgrößenwert aufgrund des Ausgangssignals der Beschleunigungsleitgrößeeinheit 10 und desjenigen des unmittelbar mit dem Motor 50 verbundenen Positionsfühlers 61 zu berechnen, einen Antriebssteuerschaltkreis 40, der eine Stromnebenschleife bildet, und einen zu steuernden Motor 50. Der Rechenschaltkreis 2 für die augenblickliche Leitgröße wandelt ein Beschleunigungsleitgrößenwert a c in ein augenblickliches, äquivalentes Leitgrößensignal um, dessen Amplitude proportional dem Beschleunigungsleitgrößenwert α c ist, welcher von der Beschleunigungsleitgrößeeinheit 10 ausgegeben wird (in Fig. 8 stellt K α I die Umwandlungskonstante für die Beschleunigungs/ Stromamplitude dar). Demgemäß wird die Beschleunigung des Motors 50 auf Grundlage des Beschleunigungsleitgrößenwerts α c und eines Positionssignals (Drehwinkel) R des Rotors 50 gesteuert. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß eine solche herkömmliche Beschleunigungssteuervorrichtung nicht ausgelegt ist, unmittelbar eine Beschleunigungsschleife zur Steuerung der Beschleunigung des Motors zu bilden. Deshalb wird der Beschleunigungsleitgrößenwert a c in eine entsprechende Stromleitgröße umgewandelt und eine in dem Antriebssteuerschaltkreis 40 vorgesehene Stromnebenschleife ersetzt die Beschleunigungsschleife. Dies ergibt sich hauptsächlich aus historischen Gründen.

Die vorgenannte, herkömmliche Beschleunigungssteuervorrichtung weist jedoch die folgenden Schwierigkeiten auf.

Im allgemeinen ist die ersetzte Stromnebenschleife in eine Geschwindigkeitssteuerschleife eingegliedert. Deshalb ist es in den Fällen unmöglich, in denen sich die Last aufgrund von Reibung ändert, die Korrelation zwischen einer angenommenen Stromamplitude und dem von dem Motor 50 erzeugten Drehmoment (eine sogenannte Drehmomentkonstante) von einer tatsächlichen Drehmomentkonstanten verschieden ist und wo das Trägheitsmoment einer mit dem Motor 50 verbundenen Last von einem tatsächlichen Trägheitsmoment unterschiedlich ist, eine genaue Steuerung auf Grundlage des Beschleunigungsleitgrößenwerts α c durchzuführen und dieses bewirkt einen beträchtlichen Fehler zwischen der angenommenen und der tatsächlichen Beschleunigung. Wenn ein solcher Fehler auftritt, ergibt sich ein Fehler bei der Verstärkung (Abschneidefrequenz) der vorgenannten Geschwindigkeitsschleife. Ferner kann in dem Fall, bei dem die Verstärkung der Geschwindigkeitsschleife aufgrund des Fehlers verringert wird, ein Überschießen oder Schwingen auftreten. Demgemäß ist darauf hinzuweisen, daß die Stromnebenschleife zur Verwendung bei Präzisionswerkzeugmaschinen nicht geeignet ist.

Da ferner die eingesetzte Stromnebenschleife typischerweise von einem Analogschaltkreis gebildet wird, können einer Verschiebung und eine Drift leicht auftreten und dies kann zu Änderungen bei dem Drehmoment des Motors 50 führen. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Stromnebenschleife zur Steuerung der Werkzeugvorschubwelle bei einer Werkzeugmaschine angewandt wird, ein Streumuster auf einer bearbeiteten Oberfläche bilden, da es unmöglich ist, die Vorschubgeschwindigkeit festzulegen.

Diese Schwierigkeit ist von äußerster Bedeutung im Hinblick auf das Installationsumfeld von Werkzeugmaschinen oder verschiedene andere Umstände, die die Verwender umgeben.

Um eine solche Schwierigkeit zu überwinden, ist in Betracht gezogen, die Stromnebenschleife durch digitale Verarbeitungseinrichtungen auszubilden. Jedoch wird ein A/D-Hochgeschwindigkeitsumwandler äußerster Genauigkeit benötigt, damit das gesamte Steuersystem so ausgebildet werden kann, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, während der augenblickliche Leitgrößenwert und der Rückkopplungsstromwert digitalisiert werden. Jedoch ist diese Idee aus wirtschaftlichen Gründen für die Praxis nicht geeignet. Da ferner eine Verschiebung und eine Drift bei einem solchen A/D-Umwandler vorliegen, stellt dies keine wesentliche Gegenmaßnahme dar. Zusätzlich müssen arithmetische Operationen bei der Stromnebenschleifenverstärkung durch eine zentrale Recheneinheit CPU durchgeführt werden, in der Software gespeichert ist, woraus sich ergibt, daß ein äußerst großer Durchfluß benötigt wird, da der Motor 50, z. B. ein Dreiphasenwechselstrommotor für jede der drei Phasen Ausgleichselemente benötigt. Demgemäß muß die Länge einer Abtastzeit vergrößert oder eine Hochgeschwindigkeit CPU muß verwendet werden. Im erstgenannten Fall wird das Ansprechen auf den Strom verschlechtert und die Steuerbarkeit wird somit verringert, da die Stromschleifenverstärkung abnimmt. Der letztgenannte Vorschlag ist aus wirtschaftlichen Gründen schwierig auszuführen, ähnlich wie jene, die im Zusammenhang mit dem A/D-Umwandler genannt worden sind.

Es ist deshalb eine vorrangige Zielsetzung der Erfindung, eine Beschleunigungssteuervorrichtung zu schaffen, mit der eine genaue Beschleunigungssteuerung erreicht wird, ohne daß sie von Störungen, wie Laständerungen und Ungleichförmigkeit der Drehmomentkennlinie eines Motordrehmoments beeinträchtigt wird und auch kein Überschwingen oder Vibrieren bzw. Schwingen auftritt.

Die Erfindung zieht die Überwindung der vorgenannten, herkömmlichen Schwierigkeiten dadurch in Betracht, daß eine Beschleunigungssteuerschleife mittels einer unmittelbaren Rückführung des augenblicklichen Beschleunigungswerts gebildet wird, wobei von der Erkenntnis der Schwierigkeiten, ausgegangen wird, die sich durch die ersetzte Stromnebenschleife ergeben, die als das Steuersystem dient, und daß die vorgenannten, herkömmlichen Schwierigkeiten nicht durch eine teilweise Verbesserung, wie den Einsatz einer digitalen Verarbeitung wegen der wesentlichen Eigenschaften eines Steuersystems gelöst werden können. Die vorgenannte Zielsetzung wird durch die Erfindung erreicht, die eine Beschleunigungssteuervorrichtung schafft, welche umfaßt
eine Beschleunigungsleitgrößeneinheit,
einen mit einem Motor verbundenen Signalgenerator, um ein Signal zu erzeugen, welches eine die Drehung des Motors wiedergebende Information anzeigt,
einen Komparationsschaltkreis, um eine Beschleunigungsabweichung zu erzeugen, in dem ein Beschleunigungsleitgrößenwert, der von der Beschleunigungsleitgrößeneinheit zugeführt wird und eine augenblickliche Beschleunigung verglichen wird, die von dem Signalgenerator zugeführt wird;
einen Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis, um einen Spannungsleitgrößenwert auf der Basis des genannten Beschleunigungsabweichungssignals zu berechnen, welches von dem Komparatorschaltkreis ausgegeben wird; und
einen Antriebssteuerschaltkreis, um elektrische Signale zu erzeugen, die zum Antreiben und Steuern des Motors auf der Grundlage eines Ausgangssignals von dem Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis geeignet sind,
wobei die Beschleunigung auf der Grundlage des Vergleichs des Beschleunigungsleitgrößenwerts und der augenblicklichen Beschleunigung gesteuert wird.

Deshalb vergleicht der Komparatorschaltkreis den Beschleunigungsleitgrößenwert, der von der Beschleunigungsleitgrößeneinheit zugeführt wird, und den tatsächlichen Beschleunigungswert, den der Signalgenerator erfaßt und als Erfassungsergebnis bezüglich des zu steuernden Motors erzeugt wird. Auf Grundlage der sich ergebenden Beschleunigungsabweichung kann die Beschleunigung des Motors über den Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis und den Antriebssteuerschaltkreis gesteuert werden.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches eine erste, bevorzugte Ausführungsform einer Beschleunigungssteuervorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, wobei bei dieser Ausführungsform in beispielhafter Weise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor verwendet wird,

Fig. 2 ein ins einzelne gehendes Blockdiagramm, welches die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform darstellt,

Fig. 3 eine Darstellung eines Modells des bei der ersten Ausführungsform verwendeten Motors,

Fig. 4 ein Blockdiagramm, welches in vereinfachter Form eine zweite, bevorzugte Ausführungsform bei Verwendung eines Dreiphasen-Wechselstrommotors darstellt,

Fig. 5 ein Blockdiagramm, welches eine dritte, bevorzugte Ausführungsform darstellt, bei der eine unterschiedliche Ausbildung des Signalgenerators verwendet wird,

Fig. 6 ein ins einzelne gehendes Blockdiagramm einer vierten, bevorzugten Ausführungsform, wobei ein Gleichstrommotor verwendet wird,

Fig. 7 ein der Fig. 6 ähnliches Blockdiagramm, das eine vereinfachte Form der vierten Ausführungsform darstellt, und

Fig. 8 ein ins einzelne gehendes Blockdiagramm, welches eine Beschleunigungssteuervorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen einer Beschleunigungssteuervorrichtung nach der Erfindung werden im einzelnen weiter unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um ähnliche oder entsprechende Teile wie jene bei der vorübergehend beschriebenen Beschleunigungssteuervorrichtung zu bezeichnen, die in Fig. 8 gezeigt ist.

Fig. 1 und 2 zeigen eine erste, bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung, die ausgelegt ist, einen dreiphasigen Synchronmotor mit nichtausgeprägten Polen und permanent-magnetischem Feld zu steuern, und einen von einem Stellgeber gebildeten Signalgeber aufweist.

Die erste, bevorzugte Ausführungsform der Beschleunigungssteuervorrichtung umfaßt die Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10, einen Komparatorschaltkreis 20, einen Spannungsleitgrößen-Berechnungsschaltkreis 30, den Antriebssteuerschaltkreis 40, den Motor 50 und einen Signalgenerator 60. Diese Teile bilden in Kombination eine Digitalservoeinrichtung. Die Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10 gibt einmal während jeder Abtastzeit einen Beschleunigungsleitgrößenwert α c ab, der ein digitales Signal ist, welches die nächste Sollbeschleunigung darstellt.

Der Signalgenerator 60 wird von einem Stellgeber 61 gebildet, der unmittelbar mit dem dreiphasigen Synchronmotor 50 mit nichtausgeprägten Polen und permanentmagnetischem Feld verbunden ist, welcher gesteuert werden soll, sowie von Differenzierschaltkreisen 64, 65, die eine Rückführungsverarbeitung eines von dem Stellgeber 61 abgegebenen Positionssignal R bewirken. Der Stellgeber 61, der von einem Impulscodierer gebildet ist, gibt das Positionssignal R entsprechend der Position (Drehwinkel) des Rotors des Motors 50 ab. Der Differenzierschaltkreis 64 erzeugt ein Geschwindigkeitssignal durch einmaliges Differenzieren des Positionssignals R. Der Differenzierschaltkreis 65 erzeugt ein Beschleunigungssignal durch einmaliges Differenzieren des Geschwindigkeitssignals . Das derart erhaltene Signal stellt den augenblicklichen Wert der Beschleunigung dar.

Der Komparatorschaltkreis 20 vergleicht den Beschleunigungsleitgrößenwert α c, der von der Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10 zugeführt wird mit dem Beschleunigungssignal , welches die augenblickliche Beschleunigung darstellt, und von dem Signalgenerator 60 zugeführt wird, und gibt ein Beschleunigungsabweichsignal α e aus. Der Komparatorschaltkreis 20 führt diesen Vergleich einmal während jeder Abtastzeit durch, die verändert werden kann.

Aufgrund des Beschleunigungsabweichsignals α e, welches von dem Komparatorschaltkreis 20 zugeführt wird, gibt der Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis vorbestimmte Leitgrößenspannungen Vua, Vva und Vwa an den Antriebssteuerschaltkreis 40 ab, der später beschrieben wird. Die Werte dieser Leitgrößenspannungen sind so ausgewählt, daß der Pegel des Beschleunigungsabweichsignals α e auf Null verringert wird, und die Leitgrößenspannungen werden an die Klemmen des Motors 50 als Klemmenspannungen angelegt.

Bei der vorhergehend beschriebenen, ersten Ausführungsform ist der Motor 50 vom Typ mit drei Phasen, nichtausgeprägten Polen und einem permanent-magnetischen Feld. Deshalb ist der Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis 30 so ausgelegt, daß er die Leitgrößenspannungen aufgrund der folgenden Gleichung berechnet.

Die Symbole in der Gleichung (1) und die Grundlage, auf der die Gleichung (1) abgeleitet ist, wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben.

Fig. 3 stellt ein Modell des Motors 50 dar und jedes seiner Elemente ist in der folgenden Weise festgelegt:

R: Drehwinkel des Rotors,
Ra: Statorpolwiderstand,
La: effektive Statorpolinduktion,
La: Streuinduktion des Statorpols,
Maa: gegenseitige Induktion der Statorpolwindungen, wobei L definiert ist als L = La + La + Maa,
Iua: Statorpolstrom der U-Phase,
Iva: Statorpolstrom der V-Phase,
Iwa: Statorpolstrom der W-Phase,
Vua: Statorpolspannung der U-Phase,
Vva: Statorpolspannung der V-Phase,
Vwa: Statorpolspannung der W-Phase,
uga: Spaltmagnetfluß, der auf den Statorpol der U-Phase wirkt,
vga: Spaltmagnetfluß, der auf den Statorpol der V-Phase wirkt,
wga: Spaltmagnetfluß, der auf den Statorpol der W-Phase wirkt,
ur: Magnetfluß des Rotors in Richtung der U-Achse der Rotorkoordinaten,
vr: Magnetfluß des Rotors in Richtung der V-Achse der Rotorkoordinaten,
wr: Magnetfluß des Rotors in Richtung der W-Achse der Rotorkoordinaten,
I: Amplitude des Motorstroms.

Die Gleichung, welche die Spannung, den Strom und den Magnetfluß bei dem dreiphasigen Synchronmotor mit nichtausgeprägten Polen und permanent-magnetischem Fluß liefert, wird in der folgenden Weise ausgedrückt:

worin s den Differenzialkoeffizienten

bezeichnet.

Wenn
Iua = -I sin R,
Iva = -I sin ( R - 120°),
Iwa = -I sin ( R - 240°),
Φ ur = Φ r,
Φ vr = 0, und
Φ wr = 0
ergibt sich die folgende Gleichung:

Die Phasenspannungen Vua, Vva und Vwa ergeben sich wie folgt:

V _ua=
-Ra I sin R - (La + ℓa) { (s I) sin R + I cos R (s R ) }
+sMaa I {sin ( R -120°) +sin ( R -240°)}
- Φ _f sind R (s R )
= -Ra I sin R - (La + ℓa + Maa) sin R (s I)
- { (La + ℓa + Maa) I cos R + Φ _f sin R } (s R )

V _va = Maas I {sin R +sin ( R -240°)}
-Ra I sin ( R -120°)
-La +ℓa) {(s I) sin ( R -120°)
+I cos ( R -120°) (s R )}
-sin ( R - 120°) (s R ) Φ _f
= -Ra I sin ( R -120°)
-(La +ℓa +Maa) sin ( R -120°) (s I)
-{La +ℓa +Maa) I cos ( R -120°)
+Φ _f sin ( R -120°)} (s R )

V _wa = sMaa I {sin R + sin (R -120°)}
-Ra I sin ( R -240°)
-(La + ℓa) s I sin ( R -240°)
-Φ _f sin ( R -240°) (s R )
= -Ra I sin ( R -240°)
- (La + ℓa + Maa) sin ( R -240°) (s I)
- {(La +la + Maa) I cos ( R -240°)
+Φ _f sin ( R -240°)} (s R )

Man sieht deshalb, daß die Phasenspannungen Vua, Vva und Vwa durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden können:

Deshalb erhält man, wenn die Gleichung (4) weiter umgeschrieben wird, die Gleichung (1).

Es wird wieder auf die Gleichung (1) Bezug genommen, mit der die Phasenspannungen (Spannleitgrößenwerte) Vua, Vva und Vwa erhalten werden, indem jeder Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (1) berechnet wird, die eine Determinantengleichung ist, die von drei Zeilen x einer Spalte gebildet ist. Genauer gesagt werden der Statorwiderstand R, die Summe L der effektiven Statorpolinduktion La, die Streuinduktion La des Stators und die gegenseitige Induktion Maa der Statorwindung und der Magnetfluß Φ₁ des Rotors als hauptsächliche Motorkonstanten bestimmt. Jeder Sinus und Kosinus enthaltende Ausdruck kann aus einer Tabelle fester trigonometrischer Funktionen ebenso wie die relative Lagebeziehung zwischen dem Stator des Motors 50 und dessen Rotor erhalten werden, d. h. der Drehwinkel R des Rotors. Ferner wird der mit dem dritten und vierten Ausdruck auf der rechten Seite verbundene Ausdruck R (s R ) dadurch erhalten, daß der Drehwinkel R differenziert wird, der ein Positionsrückführsignal ist, da R (s R ) dem Geschwindigkeitsrückführsignal äquivalent ist. In ähnlicher Weise ist der Motorstrom I dem Beschleunigungsrückführsignal proportional, wobei der Motorstrom I durch zweimaliges Differenzieren des vorgenannten Positionsrückführsignals R oder durch einmaliges Differenzieren des Geschwindigkeitsrückführsignals erhalten wird.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis 30 bei dieser Ausführungsform eine arithmetische Operationseinheit 31 zur Ausgabe einer Motorstromamplitude I, indem eine Konstante K₁ mit dem von dem Signalgenerator 60 zugeführten Beschleunigungsrückführsignal multipliziert wird. Eine arithmetische Operationseinheit 32 zur Berechnung einer Motorstromänderung

die sich auf den zweiten Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (1) bezieht, indem eine Konstante k₂ mit dem Beschleunigungsabweichsignal α e aufgrund der Tatsache multipliziert wird, daß das Maß der Beschleunigungsänderung einmal während jeder Abtastzeit mittels des Beschleunigungsabweichsignals α e festgelegt werden soll, welches von dem Komparatorschaltkreis 20 abgegeben wird, und daß dieses Maß der Beschleunigungsänderung proportional der Änderung

eines Motorstroms ist, (wobei k₂ = k₁ · G · L und G ist der Verstärkungsfaktor einer Beschleunigungsschleife); eine arithmetische Operationseinheit 34 zur Berechnung von Ra I in dem ersten Ausdruck auf der rechten Seite, indem der Motorstrom I mit dem Statorwiderstand Ra multipliziert wird; eine arithmetische Operationseinheit 35 zur Berechnung von

in dem vierten Ausdruck auf der rechten Seite; eine arithmetische Operationseinheit 36 zur Berechnung von

in dem dritten Ausdruck auf der rechten Seite; eine arithmetische Operationseinheit 37, die unter Einschluß einer trigonometrischen Funktionstafel zur Verwendung bei der Berechnung von jedem Ausdruck auf der rechten Seite bei der Berechnung von jedem trigonometrischen Funktionskern ausgebildet ist; und eine arithmetische Operationseinheit 38 zur Berechnung der Phasenspannungen Vua, Vva und Vwa, indem die Ausdrücke auf der rechten Seite addiert werden.

Der Antriebssteuerschaltkreis 40 ist von einem Modulator 41 und einer PWM-Verstärkergruppe 42 (PWM = Impulsweitenmodulation) gebildet, um das Muster von jedem Phasenspannungsleitgrößenwert Vua, Vva und Vwa, welches von dem Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis 30 abgegeben wird, mittels Impulsweitenmodulation umzuwandeln. Demgemäß kann der Antriebssteuerschaltkreis 40 selbst wenn der Motor 50 eine Nennleistung von vielen kW z. B. 20 kW aufweist, bei einem solchen Motor verwendet werden, und es ist somit möglich, die Freiheit bei der Auswahl von Signalpegeln in dem Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis 30 zu erhöhen.

Somit wird bei der ersten Ausführungsform bei jeder optimalen Abtastzeit, die dem mechanischen System entspricht, der Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10 geliefert wird, unmittelbar mit der augenblicklichen Beschleunigung verglichen, welche von dem Signalgenerator 60 als ein Beschleunigungsrückführsignal zugeführt wird, und somit werden die Phasenspannung-Leitgrößenwerte Vua, Vva und Vwa mittels des Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreises 30, wodurch der Motor 50 über den Antriebssteuerschaltkreis 40 gesteuert und angetrieben werden kann. Deshalb wird selbst dann, wenn sich der auf den Motor 50 angewandte Lastpegel ändert oder das Trägheitsmoment der Last oder die Drehmomentkonstante des Motors von einem angenommenen Wert abweichen, kein Fehler durch diese Störungen erzeugt, und es kann somit eine genaue Beschleunigungssteuerung erreicht werden. Abweichend von dem vorhergehend beschriebenen Beschleunigungssteuersystem, bei dem eine Stromnebenschleife mit einem Analogschaltkreis verwendet wird, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, kann die Beschleunigung durch digitale Verarbeitung gesteuert werden. Deshalb ergibt sich keine Wahrscheinlichkeit dafür, daß eine Versetzung bzw. Verschiebung (offset) oder Drift auftritt und sich somit keine Drehmomentwelligkeit ergibt. Demgemäß ist diese Ausführungsform äußerst wirksam, insofern, als keine Schwingungen erzeugt werden.

Wie vorhergehend beschrieben wurde, kann die Beschleunigung durch digitale Verarbeitung zu jeder der Abtastzeiten gesteuert werden. Deshalb kann die Beschleunigungssteuerung mit der ersten Ausführungsform in Übereinstimmung mit einer geeignet ausgewählten Abtastzeit durchgeführt werden. Beispielsweise ist es in dem Fall, bei dem die erste Ausführungsform zur Werkzeugvorschubsteuerung bei einer Werkzeugmaschine angewandt wird, möglich, einen bedeutenden betriebsmäßigen Vorteil zu erhalten, da eine für die Eigenschaften des mechanischen Systems bei jeder individuellen Werkzeugmaschine gutgeeignete Beschleunigungssteuerung durchgeführt werden kann. Es ist somit möglich, wirkungsvoll den Produktionswirkungsgrad und die Bearbeitungsgenauigkeit bei der Werkzeugmaschine zu verbessern.

Abweichend von der Vorrichtung nach dem Stand der Technik benötigt die erste Ausführungsform keinen A/D- Hochgeschwindigkeitsumwandler, da der Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis 30 von einem Mikroprozessor gebildet werden kann. Das ist äußerst wirtschaftlich und ermöglicht eine Größen- und Gewichtsverringerung des Schaltkreises 30. Demgemäß vereinfacht sich die Handhabung des Schaltkreises 30, wie bei der Befestigung des Schaltkreises an einer Werkzeugmaschine.

Ferner weist der Signalgenerator 60 den von einem Impulscodierer gebildeten Stellgeber 61 auf. Deshalb kann die vorbeschriebene, digitale Verarbeitung weiter vereinfacht werden und das Geschwindigkeitsrückführsignal und das Beschleunigungsrückführsignal kann ohne weiteres und genau mittels der Differenzierschaltkreise 64 und 65 erzeugt werden.

Da ferner der Antriebssteuerschaltkreis 40 den Modulator 41 zur Durchführung einer Impulsweitenmodulations- Musterumwandlung aufweist, können der Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis 30 und der Motor 50 ohne weiteres aneinander angepaßt werden und dies verbessert ganz wesentlich das Anpassungsvermögen in Bezug auf einen zu steuernden Gegenstand.

Die in Fig. 4 gezeigte, zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß der erste und der vierte Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (1) fortgelassen sind, da die Richtungen der Vektoren des ersten, zweiten und vierten Ausdrucks einander gleich sind. Demgemäß weist der Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis 30 keine arithmetischen Operationseinheiten auf, die den bei der ersten Ausführungsform vorgesehenen arithmetischen Operationseinheiten 33 und 35 entsprechen. Die Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10, der Komparatorschaltkreis 20, der Antriebsteuerschaltkreis 40, der Motor 50 und der Signalgenerator 60 sind die gleichen, wie die bei der ersten Ausführungsform verwendeten.

Ähnlich wie die erste Ausführungsform führt die zweite Ausführungsform die Rückführung der Beschleunigungssignale durch und es ist deshalb möglich, die gleichen Wirkungen und Arbeitsweisen wie bei der ersten Ausführungsform zu erhalten, wie z. B. eine genaue Beschleunigungssteuerung. Ferner kann der Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis 30 ohne weiteres ausgelegt werden, da der erste und der vierte Ausdruck der Gleichung (1) weggelassen sind, wodurch die zweite Ausführungsform eine kleinere Baugröße aufweist und wirtschaftlicher als die erste Ausführungsform ist.

Die in Fig. 5 gezeigte, dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß der Signalgenerator 60 nicht von dem Stellgeber 61 und den Differenzierschaltkreisen 64, 65 gebildet ist. Stattdessen ist der Signalgenerator 60 von einem Stellgeber 61 zur Erzeugung eines Positionsrückführsignals oder Drehwinkels R des Rotors des Motors 50, einem Geschwindigkeitsdetektor 62 zum Erzeugen des Geschwindigkeitsrückführsignals und einem Beschleunigungsdetektor 63 zum Erzeugen des Beschleunigungsrückführsignals gebildet. Die Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10, der Komparatorschaltkreis 20, der Antriebssteuerschaltkreis 40, der Motor 50 und der Signalgenerator 60 sind die gleichen, wie sie bei der ersten Ausführungsform verwendet werden, und deren ins einzelne gehenden Beschreibung wird deshalb weggelassen.

Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird bei der dritten Ausführungsform auch die Rückführung der Beschleunigungssignale durchgeführt und somit ist es möglich, ähnliche Wirkungen und Arbeitsweisen wie bei der ersten Ausführungsform zu erhalten, wie z. B. eine genaue Beschleunigungssteuerung. Man sieht ohne weiteres, daß die Art und Form des Signalgenerators 60 keiner Beschränkung unterliegt, da der Signalgenerator 60 mit dem Motor 50 verbunden ist und somit lediglich das Beschleunigungsrückführsignal erzeugen muß.

Bei der vierten Ausführungsform wird ein Gleichstrommotor und ein von einem Stellgeber gebildeter Signalgenerator verwendet.

Die in Fig. 6 dargestellte Beschleunigungssteuervorrichtung ist von der Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10, dem Komparatorschaltkreis 20, dem Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis 30, dem Antriebssteuerschaltkreis 40, dem Motor und dem Signalgenerator 60 gebildet.

Da der Motor 50 ein Gleichstrommotor ist, kann der Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis 30 den Spannungsleitgrößenwert Va berechnen auf der Basis von

worin der Statorwiderstand Ra und die anderen Größen die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform sind.

In diesem Fall kann jeder Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (5) in einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden.

Der Komparatorschaltkreis 20, der Signalgenerator 60 usw. sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform und deshalb wird eine ins einzelne gehende Beschreibung fortgelassen.

Die vierte Ausführungsform ist so ausgelegt, daß der Gleichstrommotor 50 gesteuert wird. Eine genaue Steuerung der Beschleunigung wird positiv sichergestellt, ohne daß sie durch Störungen wie z. B. Laständerungen, beeinträchtigt wird, da der Beschleunigungsleitgrößenwert a c unmittelbar mit der augenblicklichen Beschleunigung in dem Komparatorschaltkreis 20 verglichen wird.

Die vierte Ausführungsform kann, wie es Fig. 7 zeigt, wegen der Tatsache abgewandelt werden, das die Richtungen der Vektoren der entsprechenden Ausdrücke auf der rechten Seite der Gleichung (5) einander gleich sind.

Die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen sind mit getrennten Teilen wie der Beschleunigungsleitgrößeneinheit 10, dem Komparatorschaltkreis 20 und dem Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis 30 ausgebildet. Jedoch können diese Teile integral von einem Computer gebildet werden, da alles, was erforderlich ist, darin besteht, den augenblicklichen Beschleunigungswert des Motors 50 zu berechnen, um die Rückführungssteuerung des Motors 50 durchzuführen.

Die Art des Motors 50 ist nicht auf den obengenannten Typ beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung auch bei einem Motor mit ausgeprägten Polen und einem Induktionsmotor angewandt werden.

In vorteilhafter Weise schafft die Erfindung eine Beschleunigungssteuervorrichtung, die eine genaue Beschleunigungssteuerung erreicht, ohne daß sie von irgendeiner Störung wie von Laständerungen oder einer Ungleichförmigkeit der Motordrehmomentcharakteristik beeinträchtigt wird und ohne daß ein Überschwingen oder Schwingungen erzeugt werden.

Claims

1. Beschleunigungssteuervorrichtung, gekennzeichnet durch
eine Beschleunigungsleitgrößeneinheit (10),
einen Signalgenerator (60, 61, 64, 65), der mit einem Motor (50) verbunden ist, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Drehinformation in Bezug auf den Motor (50) anzeigt,
einen Komparatorschaltkreis (20) zum Erzeugen einer Beschleunigungsabweichung ( α e), indem ein Beschleunigungs leitgrößenwert ( α c), der von der Beschleunigungsleitgrößeneinheit (10) zugeführt wird, und einen tatsächlichen Beschleunigungswert verglichen wird, der von dem Signalgenerator (60, 61, 64, 65) zugeführt wird,
einen Spannungsleitgrößen-Rechenschaltkreis (30) zum Berechnen eines Spannungsleitgrößenwerts auf der Grundlage eines Beschleunigungsabweichsignals, welches von dem Komparatorschaltkreis (20) abgegeben wird, und
einen Antriebssteuerschaltkreis (40) zum Erzeugen elektrischer Signale auf der Grundlage eines von dem Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis (30) abgegebenen Signals, welche elektrische Signale zum Antreiben und Steuern des Motors (50) geeignet sind,
wodurch die Beschleunigung auf der Grundlage des Vergleichs des Beschleunigungsleitgrößenwerts und des tatsächlichen Beschleunigungswerts gesteuert wird.

2. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (60) einen Stellgeber (61) und einen Differenzierschaltkreis (64) aufweist, die beide unmittelbar mit dem Motor (50) verbunden sind.

3. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (61) von einem Impulscodierer gebildet ist.

4. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (60) so ausgebildet ist, daß von ihm ein Geschwindigkeitsrückführsignal und ein Positionsrückführsignal an den Spannungsleitgrößen- Rechenschaltkreis (30) abgebbar ist.

5. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (60) von einem Beschleunigungsdetektor gebildet ist, der unmittelbar mit dem Motor (50) verbunden ist.

6. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebssteuerschaltkreis (40) eine Impulsbreitenmodulations-Musterumwandlungseinrichtung (41) umfaßt.

7. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (50) von einem Dreiphasenmotor mit permanent-magnetischem Feld gebildet ist.

8. Beschleunigungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Gleichstrommotor ist.