DE3782303T2 - Geschwindigkeitsservo mit positionsfehlerkorrektur. - Google Patents

Geschwindigkeitsservo mit positionsfehlerkorrektur.

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    • G05B19/232—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude with speed feedback only

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servoschaltung für einen geschwindigkeitsgeregelten Servomotor, wie er im Dokument EP-A-0070654 offenbart ist. Eine derartige Servoschaltung weist folgendes auf:
  • - einen Geschwindigkeitsprofilgenerator mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines analogen Geschwindigkeitssollwerts und eines Sollpositions-Pulszugs,
  • - eine Servotreiber-Baueinheit mit einem Servomotor und einer Rückkopplungsschleife mit einem Tachometer, das mit dem Servomotor verbunden ist und ein Rückkopplungssignal an den Servomotor liefert,
  • - eine Einrichtung zum Erzeugen eines analogen Positionsabweichungssignals, mit einem Pulsgenerator, der mit dem Servomotor verbunden ist, um die Istposition des Servomotors zu ermitteln,
  • - einen Positionsabweichungszähler, dem der Sollpositions- Pulszug und ein Rückkopplungspulszug vom Pulsgenerator zugeführt werden, welcher Positionsabweichungszähler eine Einrichtung zum Vergleichen des Sollpositionspuls-Zuges mit dem Rückkopplungspulszug aufweist, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen, das für die Differenz zwischen der Soll- und der Istposition des Servomotors repräsentativ ist,
  • - eine D/A-Wandlereinrichtung zum Umwandeln des digitalen Ausgangssignals des Positionsabweichungszählers in ein analoges Positionsabweichungssignal, und
  • - eine Einrichtung zum Antreiben der Servoantriebs-Baueinheit, mit einem Operationsverstärker zum Aufsummieren des analogen Geschwindigkeitssollwerts und des analogen Positionsabweichungssignals, wodurch der Servomotor mit gleichzeitig ermittelten Geschwindigkeitssollwerten und Positionsabweichungssignalen betrieben wird.
  • Während herkömmliche geschwindigkeitsgeregelte Servomotoren insbesondere für Verwendung bei Werkzeugmaschinen, wie Zylinderschleifmaschinen dadurch in der Geschwindigkeit hochfahren und herunterfahren, daß sie Abweichungssignalen folgen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen geschwindigkeitsgesteuerten Servomotor mit Positions- und Geschwindigkeitsbefehlen zu betreiben, die gleichzeitig von einer einzigen Datenquelle mit hoher Wiedergabegenauigkeit geliefert werden. Der Geschwindigkeitsservo wird demgemäß in solcher Weise betrieben, daß er sowohl den Geschwindigkeits- als auch den Abstandsbefehlen momentan folgt.
  • Eine Servoschaltung für einen wie oben definierten Geschwindigkeitsgeregelten Servomotor ist dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Sollpositions-Pulszug und der Rückkopplungspulszug vom Pulsgenerator dem Positionsabweichungszähler über eine Antikoinzidenzschaltung und eine Eingangssignal-Umkehrschaltung zugeführt werden,
  • - das Ausgangssignal des Positionsabweichungszählers nach einer D/A-Umwandlung durch den D/A-Wandler dem summierenden Operationsverstärker über eine Polaritätsumkehrschaltung zugeführt wird, und daß
  • - der Umschaltbetrieb der Eingangssignal-Umkehrschaltung und der Polaritätsumkehrschaltung durch eine Polaritätssteuerschaltung gesteuert werden, die an jeweiligen Eingängen mit dem Rückkopplungspulszug und dem Sollpositions-Pulszug nach Durchlaufen der Antikoinzidenzschaltung versorgt wird.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den beigefügten Zeichnungen hervor, die ein derzeitig bevorzugtes Ausführungsbeispiel veranschaulichen, das die Prinzipien der Erfindung beinhaltet.
  • Die Zeichnungen stellen folgendes dar:
  • Fig. 1 ist ein elektronisches Blockdiagramm, das einen Geschwindigkeitsservo veranschaulicht, der einen Teil einer Servoschaltung gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung bildet;
  • Fig. 2 ist ein elektronisches Blockdiagramm, das einen Teil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht;
  • Fig. 3 ist ein elektronisches Diagramm, das Details der in Fig. 2 dargestellten Polaritätsumkehrschaltung veranschaulicht; und
  • Fig. 4 ist ein elektronisches Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Teils eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels des Geschwindigkeitsservos veranschaulicht, bei dem Positionsabweichungskorrektur gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • Der Geschwindigkeitsprofilerzeuger 1 weist Profilerzeuger- PROMs 2 auf, die Steuerdatensätze 3 an eine N-Teilerschaltung 4 liefern, die mit der Taktfrequenz betrieben wird (siehe US-Patent Nr. 4.402.161). Die N-Teilerschaltung 4 wandelt die Steuerdatensätze 3 in einen Steuerpulszug um, der Intelligenz betreffend die Position und die Momentangeschwindigkeit aufweist und der auf einen Frequenz/Spannungs- Wandler (F/V) 5 gegeben wird, der Geschwindigkeitsinformation 6 entnimmt. Die Ausgangsspannung oder der Geschwindigkeitsbefehl 6 des Frequenz/Spannung-Wandlers (F/V) 5 wird an eine Servotreiber-Baueinheit 7 gegeben, die einen geschwindigkeitsgeregelten Servomotor 8 beinhaltet.
  • Die Servotreiber-Baueinheit 7 beinhaltet auch eine Rückkopplungsschleife für die Geschwindigkeit, mit einem Tachometer 9, der an den geschwindigkeitsgeregelten Servomotor 8 angeschlossen ist, um die Geschwindigkeit dieses Servomotors 8 zu stabilisieren. Mit dem Motor 8 ist auch ein Pulsgenerator 10 verbunden, der einen Rückkopplungs-Pulszug an die Abwärtszählseite eines Positionsabweichungszählers 11 liefert. Der Steuerpulszug, der an den Frequenz/Spannung-Wandler (F/V) 5 geliefert wird, wird gleichzeitig an die Aufwärtszählseite des Positionsabweichungszählers 11 gegeben. Der Zählwert im Positionsabweichungszähler 11 entspricht demgemäß der Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition des geschwindigkeitsgeregelten Servomotors 8. Wenn der Servomotor 8 sich nicht um die Anzahl von Pulsen vorwärtsbewegt hat, die vom Geschwindigkeitsprofilgenerator 1 zugeführt wird, besteht im Positionsabweichungszähler 11 nicht der Wert 0. Die vorhandene digitale Differenz wird durch einen Digital/Analog-Wandler (D/A) 12 in eine analoge Spannung umgewandelt und dieses Positionsabweichungssignal wird mit dem Geschwindigkeitssollwert durch einen Operationsverstärker 13 aufsummiert, um den Servomotor 8 mit Geschwindigkeits- und Positionsabweichungsbefehlen zu betreiben, die gleichzeitig von einer Signaldatenquelle ausgegeben werden. Eine derartige Anordnung behält die richtige Motorposition auch dann bei, wenn die Geschwindigkeit 0 ist. Das Eingangssignal an die Servotreiber-Baueinheit 7 ist demgemäß der Geschwindigkeitssollwert und ein Wert, der proportional zur Positionsabweichung des Servomotors 8 ist.
  • In Fig. 2 wird der Rückkopplungs-Pulszug auf eine Anti-Jitter-Schaltung 14 und dann auf eine Anti-Koinzidenzschaltung 15 mit vier Eingängen gegeben. Der Steuer-Pulszug wird ebenfalls auf diese Anti-Koinzidenzschaltung 15 mit vier Eingängen gegeben. Die Ausgänge (für den Sollbefehl und die Rückkopplungs-Pulszüge) der Anti-Koinzidenzschaltung 15 mit den vier Eingängen sind gemeinsam mit einer Polaritätssteuerung 16 und einer Eingangssignal-Umkehrschaltung 17 verbunden, die Aufwärtszähl- und Abwärtszählsignale an den Positionsabweichungszähler 11 liefert.
  • Im Betrieb laufen, wenn angenommen wird, daß der erste Puls an die Polaritätssteuerung 16 und die Eingangssignal-Umkehrschaltung 17 ein Sollbefehlpuls ist, die Sollbefehlpulse durch die Eingangssignal-Umkehrschaltung 17 über den oberen Parallelweg, um den Positionsabweichungszähler 11 hochzuzählen. Rückkopplungspulse werden über den unteren Parallelweg zum Abwärtszählen des Positionsabweichungszählers 11 weitergegeben. Eine Positionsabweichung (Sollbefehlspulse, die die Rückkopplungspulse überschreiten) wird im D/A-Wandler 12 in analoge Form umgewandelt, und eine Polaritätsschaltung 18 legt positive Polarität fest und definiert dadurch das Positionsabweichungssignal.
  • Details der Polaritätsumkehrschaltung 18 sind in Fig. 3 dargestellt. Diese Schaltung beinhaltet ein paar abwechselnd betätigbare Schalter 19, 20 und einen Spannungsinverter 21. ,Das Polaritätssignal betätigt diese Schalter 19, 20 so, daß sie die Polarität des Positionsabweichungssignals wie gewünscht umschalten.
  • Wenn der Zählwert des Positionsabweichungszählers 11 auf 0 verringert ist, wird die Polaritätssteuerung freigegeben. Sollte der nächste Puls ein Sollbefehlpuls sein, bleiben die Zustände der Umkehrschaltung 17 für das Eingangssignal und der Polaritätsumkehrschaltung 18 unverändert und der Sollbefehl und die Rückkopplungspulse werden auf dieselbe Weise verarbeitet. Sollte jedoch dieser nächste Puls ein Rückkopplungspuls sein, ändern sich die Zustände dieser zwei Umkehrschaltungen 17, 18, und der Rückkopplungspuls zählt den Positionsabweichungszähler 11 hoch, während die Sollbefehlpulse den Positionsabweichungszähler 11 herunterzählen, bis der Zählwert wiederum bis auf 0 verringert ist. Das erzeugte Positionsabweichungssignal weist nun negative Polarität auf, wie von der Polaritätsumkehrschaltung 18 festgelegt.
  • Diese Schaltung verhindert, daß der Positionsabweichungszähler 11 durch 0 in den negativen Bereich läuft (der Positionsabweichungszähler 11 wird immer nach oben gezählt). Weniger Verschaltungstechnik ist erforderlich und gute Monotonie wird erzielt.
  • Wenn der Zählwert des Positionsabweichungszählers 11 erneut auf 0 verringert ist, wird die Polaritätssteuerung 11 erneut freigegeben. Sollte der nächste Puls an die Polaritätssteuerung 16 ein Rückkopplungspuls sein, bleiben die Zustände der Umkehrschaltung 17 für das Eingangssignal und der Polaritätsumkehrschaltung 18 unverändert. Sollte jedoch der nächste Puls ein Sollbefehlpuls sein, kehrt die Polaritätssteuerung die Umkehrschaltung 17 für das Eingabesignal und die Polaritätsumkehrschaltung 18 gemeinsam um. Der Sollbefehlpuls zählt demgemäß den Positionsabweichungszähler 11 hoch, und die Rückkopplungspulse zählen den Positionsabweichungszähler herunter.
  • Eine andere Abart ist in Fig. 4 veranschaulicht. Hier sind die von den Profilgenerator-PROMs 2 ausgehenden Sollbefehl- Datenleitungen 19 gleichzeitig auf die N-Teilerschaltung 4 und einen Digital/Analog-Wandler (D/A) 20 geführt. Die Sollbefehl-Datenleitungen 19 sind mit dem Digital/Analog-Wandler (D/A) 20 in der normalen digitalen Bedeutung verbunden, um den Geschwindigkeitssollwert der N-Teilerschaltung 4 zu bilden.

Claims (1)

  1. Servoschaltung für einen geschwindigkeitsgeregelten Servomotor, mit
    - einem Geschwindigkeitsprofilgenerator (1) mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines analogen Geschwindigkeitssollwerts (6) und eines Sollpositions-Pulszugs (23),
    - einer Servotreiber-Baueinheit (7) mit einem Servomotor (8) und einer Rückkopplungsschleife mit einem Tachometer (9), das mit dem Servomotor (8) verbunden ist und ein Rückkopplungssignal an den Servomotor (8) liefert,
    - einer Einrichtung zum Erzeugen eines analogen Positionsabweichungssignals (22), mit einem Pulsgenerator (6), der mit dem Servomotor (8) verbunden ist, um die Istposition des Servomotors (8) zu ermitteln,
    - einem Positionsabweichungszähler (11), dem der Sollpositions-Pulszug (21) und ein Rückkopplungspulszug vom Pulsgenerator (10) zugeführt werden, welcher Positionsabweichungszähler (11) eine Einrichtung zum Vergleichen des Sollpositionspuls-Zuges mit dem Rückkopplungspulszug aufweist, um ein digitales Ausgangssignal zu erzeugen, das für die Differenz zwischen der Soll- und der Istposition des Servomotors repräsentativ ist,
    - einer D/A-Wandlereinrichtung (12) zum Umwandeln des digitalen Ausgangssignals des Positionsabweichungszählers (11) in ein analoges Positionsabweichungssignal (22), und
    - einer Einrichtung zum Antreiben der Servoantriebs-Baueinheit (7), mit einem Operationsverstärker (13) zum Aufsummieren des analogen Geschwindigkeitssollwerts (6) und des analogen Positionsabweichungssignals (22), wodurch der Servomotor (8) mit gleichzeitig ermittelten Geschwindigkeitssollwerten und Positionsabweichungssignalen betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    - der Sollpositions-Pulszug und der Rückkopplungspulszug vom Pulsgenerator (10) dem Positionsabweichungszähler (11) über eine Antikoinzidenzschaltung (15) und eine Eingangssignal- Umkehrschaltung (17) zugeführt werden,
    - das Ausgangssignal des Positionsabweichungszählers (11) nach einer D/A-Umwandlung durch den D/A-Wandler (12) dem summierenden Operationsverstärker (13) über eine Polaritätsumkehrschaltung (18) zugeführt wird, und daß
    - der Umschaltbetrieb der Eingangssignal-Umkehrschaltung (17) und der Polaritätsumkehrschaltung (18) durch eine Polaritätssteuerschaltung (16) gesteuert werden, die an jeweiligen Eingängen mit dem Rückkopplungspulszug und dem Sollpositions-Pulszug nach Durchlaufen der Antikoinzidenzschaltung (15) versorgt wird.
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