DE3783989T2

DE3783989T2 - Positions-regelsystem.

Info

Publication number: DE3783989T2
Application number: DE8787114075T
Authority: DE
Inventors: Minoru Ito; Yasuhiro Yuasa
Original assignee: SG KK
Current assignee: SG KK
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1987-09-26
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2007-09-27
Also published as: JPS6383807A; EP0262624A3; EP0262624B1; DE3783989D1; JPH0646367B2; EP0262624A2; US4831318A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionierungssteuersystem, das zur Positionierungssteuerung in verschiedenartigen Antriebseinheiten, zum Beispiel einem Elektromotor oder einem Hydraulikzylinder, verwendbar ist und, insbesondere, eine Verbesserung der Kompensation des Vorlaufens in dem Positionierungssteuersystem und, insbesondere, die Verwendung von Zeitdaten als Vorlaufkompensationsparameter in einem solchen System und, ferner, ein solches System mit einer Lernfunktion.
Beim Steuern einer Maschine durch Ermitteln der Position der Maschine mittels eines Nockenschalters, eines Grenztasters oder dergleichen, die an der Maschine befestigt sind und erforderliche Steuerungen in Reaktion auf ein Positionsermittlungsausgangssignal durchführen, entsteht eine zeitliche Verzögerung zwischen einem Zeitpunkt, an dem dieses Positionsermittlungsausgangssignal erzeugt wird, und dem Zeitpunkt, an dem die auf dieses Positionsermittlungsausgangssignal hin erfolgende Steuerung auf die Maschine ausgeübt wird. Eine solche zeitliche Verzögerung bewirkt eine Verschiebung der Position, an der der Schalter oder eine ähnliche Vorrichtung betätigt wird, woraus sich der Nachteil ergibt, daß eine genaue Steuerung der Maschine behindert ist. Zur Beseitigung dieses Nachteils, war es bisher üblich, eine Kompensation durchzuführen, um die Betätigungsposition des Grenztasters oder dergleichen, Positionsermittlungsdaten oder Positionszielwerte um einen Betrag zu verschieben, der der Zeit- oder Betriebsverzögerung entspricht. Diese Kompensation wird im allgemeinen als Vorlaufkompensation bezeichnet.
Das einfachste Beispiel für Vorlaufkompensation besteht in dem Befestigen eines Grenztasters oder dergleichen Ermittlungsvorrichtung an einer von einer gewünschten Position um einen Vorlaufkompensationsbetrag versetzten Position. Der Betrag der zeitlichen Verzögerung ist jedoch nicht gleichmäßig, sondern schwankt in Abhängigkeit von der Betriebsgeschwindigkeit der Maschine. Der Vorlaufkompensationsbetrag muß daher entsprechend der Geschwindigkeit der Maschine verändert werden, so daß die Befestigungsposition des Schalters oder dergleichen bei jeder Veränderung der Maschinengeschwindigkeit geändert werden muß.
Zur Überwindung dieses Nachteils ist ein Positionierungssteuerungssystem bekannt (EP-A 0 135 754), bei dem ein Positionsdetektor, der in der Lage ist, die Position einer Maschine kontinuierlich zu ermitteln, anstelle eines Grenztasters oder dergleichen vorgesehen ist und ein Zielpositionsermittlungsausgangssignal durch Vergleichen von Positionsermittlungsdaten des Positionsdetektors mit einem bestehenden Zielpostionswert erhalten wird. Bei diesem bekannten System wird die Vorlaufkompensation erreicht, indem die Geschindigkeit der Maschine ermittelt wird, der Betrag der Vorlaufkompensation in Reaktion auf die ermittelte Geschwindigkeit erhalten wird und Positionsermittlungsdaten oder Zielpositionsdaten entsprechend diesem Betrag der Vorlaufkompensation korrigiert werden. Das Prinzip dieses Systems ist in Fig. 7 dargestellt. In Fig. 7 wird ein Vorlaufbetrag θa durch eine Vorlaufbetragoperationsschaltung 1 entsprechend der mittels eines Geschwindigkeitsdetektors 2 erhaltenen Geschwindigkeit der Maschine und einem Vorlaufkompensationsparameter a, der in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine erstellt wird, erhalten und die Vorlaufkompensation wird erreicht, indem der Vorlaufbetrag θa und die von einem Positionsdetektor 3 ermittelten Positionsdaten x addiert werden und die Daten, welche die Ist-Position der Maschine angeben, um den Vorlaufbetrag θa verschoben werden. In diesem Fall kann die Operationsschaltung 1 derart aufgebaut sein, daß der Vorlaufbetrag θa erhalten wird, indem mit einer vorbestimmten Funktion f(v) in Echtzeit operiert wird, oder daß ein Speicher, in dem zuvor verschiedene Geschwindigkeiten der Maschine entsprechende Vorlaufbeträge θa gespeichert wurden, vorgesehen ist und ein entsprechender Vorlaufbetrag θa in Reaktion auf die Geschwindigkeit v der Maschine ausgelesen wird.
Das bekannte System hat die Nachteile, daß das Vorsehen des Geschwindigkeitsdetektors zu hohen Herstellungskosten führt, daß bei einer Echtzeit-Durchführung der Operation mit der Funktion f(v) zum Erhalten des Vorlaufbetrags, die erforderliche Operationszeit zu zeitlichen Verzögerungen führt, und daß, wenn die Geschwindigkeit durch Berechnen der Positionsermittlungsdaten erhalten wird, die erforderliche Operationszeit ebenfalls zu zeitlichen Verzögerungen führt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Positionierungssteuerungssystem mit einer Vorlaufkompensationsfunktion zu schaffen, welche diese Nachteile des bekannten Systems eliminiert.
Zur Lösung der genannten Aufgabe der Erfindung ist ein Positionssteuerungssystem vorgesehen, mit einer Positionsermittlungseinrichtung zum Ermitteln der gegenwärtigen Position eines zu steuernden Objekts und zum Liefern ermittelter Daten der gegenwärtigen Position; einer Einstelleinrichtung zum Einstellen von Zielpositionsdaten; einer Datenzufuhreinrichtung zum Korrigieren wenigstens der von der Positionsermittlungseinrichtung gelieferten Daten der gegenwärtigen Position und/oder der von der Einstelleinrichtung gelieferten Zielpositionsdaten entsprechend den Kompensationsparameterdaten; und einer Steuersignalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines auf die Position des Objekts bezogenen Steuersignals entsprechend den Daten der gegenwärtigen Position und den Zieldaten, jeweils nach der Korrektur durch die Kompensationseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung von der Positionsermittlungseinrichtung gelieferte Positionsdaten speichert; die Datenzufuhreinrichtung variable Zeitdaten als die Kompensationsparameterdaten liefert, und die Kompensationseinrichtung aus der Speichereinrichtung Positionsdaten entnimmt, die den gegenwärtigen Positionsdaten um einen Zeitraum vorausgehen, der den gelieferten Zeitdaten entspricht, und wenigstens die Daten der gegenwärtigen Position und/oder die Zielpositionsdaten entsprechend der Differenz zwischen den entnommenen Positionsdaten und den Daten der gegenwärtigen Position korrigiert.
Ein Beispiel für eine Ortskurve von durch die Positionsermittlungseinrichtung ermittelten Positionsdaten in bezug zum Verlauf der Zeit ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Positionsdaten sind in der Speichereinrichtung gespeichert. Wenn die Zeit, die den als Vorlaufkompensationsparameter zugeführten Zeitdaten entspricht, als Δt angegeben ist, liest die Kompensationseinrichtung die Positionsdaten x (-Δt), die dem gegenwärtigen Zeitpunkt um Δt vorhergehen, aus der Speichereinrichtung aus und korrigiert wenigstens die gegenwärtigen Positionsdaten und/oder die Zielpositionsdaten, wobei die Differenz Δx zwischen den ausgelesenen Positionsdaten und den gegenwärtigen Positionsdaten als der Vorlaufkompensationsbetrag verwendet wird. Zum Beispiel addiert die Kompensationseinrichtung Δx zu den gegenwärtigen Positionsdaten und bewirkt dadurch einen Vorschub der Positionsdaten um den Vorlaufkompensationsbetrag Δx. Somit sind die vorlaufkompensierten gegenwärtigen Positionsdaten eine geschätzte Position des Objekts zu einem Zeitpunkt, der um Δt nach dem gegenwärtigen Zeitpunkt liegt. Anders ausgedrückt kann die Position nach Δt geschätzt werden, indem die Positionsdifferenz Δx zum vorhergehenden Zeitpunkt Δt zu dieser addiert wird.
Die Zeitdaten Δt können in geeigneter Weise entsprechend einem gewünschten Vorlaufkompensationsbetrag geliefert werden. Wenn zum Beispiel eine Stop-Positionierungssteuerung unter Verwendung eines Bremssystems erfolgt, wird die erforderliche Zeit Δt zwischen einem Zeitpunkt, zu dem die Bremswirkung aufgebracht wird, und einem Zeitpunkt, zu dem das Objekt tatsächlich anhält, geschätzt und dieses Δt wird als die Zeitdaten geliefert. In diesem Fall entspricht die Differenz Δx einem geschätzten Betrag des Gleitens der Bremse entsprechend der Zeit Δt. Die Kompensationseinrichtung führt eine Vorlaufkompensation entsprechend diesem geschätzten Betrag des Gleitens der Bremse durch, indem sie Δx bei der Positionierungssteuerung als den Vorlaufkompensationsbetrag verwendet. Δt muß kein bekannter fester Wert sein, sondern kann nach den Erfordernissen erstellt und geändert werden. Die gleiche Operation wird nicht nur bei der zuvor beschriebenen Stop-Steuerung unter Verwendung eines Bremssystem durchgeführt, sondern auch bei anderen Arten der Positionierungssteuerung, indem die einem gewünschten Vorlaufkompensationsbetrag entsprechenden Zeitdaten Δt zugeführt werden.
Wie zuvor erwähnt, besteht eine zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Positionierungsbefehl ausgegeben wird (z. B. das Aufbringen einer Bremskraft), und dem Zeitpunkt, zu dem die Positionierung tatsächlich erfolgt (z. B. das Anhalten), woraus sich ergibt, daß ein Überlauf (z. B. der Betrag des Gleitens der Bremse) erzeugt wird. Durch die zuvor beschriebene Durchführung der Vorlaufkompensation entsprechend Δt wird der Überlaufbetrag eliminiert und eine tatsächlich erhaltene Position (z. B. Anhalteposition) kann sich der Zielposition in größtmöglichem Maße annähern.
Es ist möglich, den Überlaufbetrag unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren, wie zum Beispiel der Trägheitscharakteristika der Maschine, der Zeitverzögerung beim Betrieb, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung im voraus zu schätzen, und es ist ebenfalls möglich, die Zeitdaten Δt entsprechend dieser vorab schätzbaren Faktoren vorab zu erstellen. Anders ausgedrückt kann, durch Einstellen der Zeitdaten Δt auf einen geeigneten Wert durch vorheriges Lernen, der Überlaufbetrag eliminiert werden und die tatsächlich eingenommene Position kann, wie zuvor beschrieben, mit der Zielposition übereinstimmen.
In einem Fall, in dem die Zeitdaten Δt, die durch Vorausschätzung oder vorheriges Lernen erstellt wurden, nicht perfekt sind (eine perfekte Vorausschätzung oder ein perfektes vorheriges Lernen ist unmöglich), oder in einem Fall, in dem eine Veränderung der Belastungsbedingungen der Maschine oder eine Veränderung der Charakteristika der Maschine aufgrund des Alterns aufgetreten ist, werden diese erstellten Zeitdaten Δt ungenau, was zu einer Ungenauigkeit der Positionierungssteuerung führt.
Es ist daher ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung, daß sie ferner eine Korrektureinrichtung zum Ermitteln eines Fehlers zwischen einer Zielposition und der tatsächlich eingenommenen Position aufweist, um die von der Datenzufuhreinrichtung gelieferten Zeitdaten Δt entsprechend dem Fehler zu korrigieren.
Wird die Vorlaufkompensation zum Beispiel mit den Zeitdaten Δt = Δt1 und ist ein Fehler zwischen der Zielposition T und der tatsächlich eingenommenen Position B -d2, wie in Fig. 3a dargestellt, werden die Zeitdaten Δt entsprechend -d2 korrigiert. Wenn die -d2 entsprechende Zeit zum Beispiel -Δtd ist, wird eine Korrektur derart durchgeführt, daß die Zeitdaten Δt = Δt1 - Δtd = Δt2 werden, und Δt = Δt2 wird bei der nächsten Positionierungssteuerung als die neuen Zeitdaten verwendet. Wird, bei einem anderen Beispiel, die Vorlaufkompensation mit den Zeitdaten Δt = Δt1 durchgeführt und der Fehler zwischen der Zielposition T und der tatsächlich eingenommenen Position B ist +d2, wie in Fig. 3b dargestellt, werden die Zeitdaten Δt entsprechend +d2 korrigiert. Ist zum Beispiel die +d2 entsprechende Zeit +Δtd, wird eine Korrektur derart durchgeführt, daß die Zeitdaten Δt = Δt1 + Δtd = Δt2 werden, und Δt = Δt2 wird bei der nächsten Positionierungssteuerung als die neuen Zeitdaten verwendet. In Fig. 3 bezeichnet A eine Position zu einem Zeitpunkt, zu dem der Positionierungsbefehl (z. B. ein Bremsbetätigungsbefehl) ausgegeben wird.
Eine Lernfunktion (Funktion des Vorablernens) wird realisiert, indem die bei der Vorlaufkompensation verwendeten Zeitdaten kontinuierlich korrigiert werden, wodurch die Schwierigkeiten durch eine Veränderung der Belastungsbedingungen der Maschine oder eine Veränderung der Charakteristika der Maschine aufgrund des Alterns überwunden werden und eine genaue Positionierungssteuerung möglich ist.
In einem Fall, in dem die Zeit Δt, die als der Vorlaufkompensationsparameter erstellt wurde, übermäßig groß wird, ist es unwahrscheinlich, daß die Differenz Δx zwischen der Position vor Δt und der gegenwärtigen Position exakt der Geschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt entspricht. Anders ausgedrückt vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit, daß Geschwindigkeitsveränderungen während der Zeit Δt auftreten. Aus diesem Grund sollten aus dem Speicher zu lesende Positionsdaten vorzugsweise Daten sein, die dem gegenwärtigen Zeitpunkt so nahe wie möglich sind. Nach einem Aspekt der Erfindung werden daher Positionsdaten aus der Speichereinrichtung gelesen, die um Δt/N (wobei N eine beliebige natürliche Zahl ist) vorausgehen und 1/N der Zeit Δt entsprechen, die als der Vorlaufkompensationsparameter zugeführt wurde, und die Differenz Δx zwischen den ausgelesenen Positionsdaten und den gegenwärtigen Positionsdaten wird im wesentlichen mit N multipliziert, um die Differenz N Δx zu erhalten, die der erstellten Zeit bt entspricht, und N Δx wird als der Vorlaufkompensationsbetrag verwendet. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Durch diese Anordnung können Daten, die die gegenwärtige Geschwindigkeit so weit wie möglich repräsentieren, als der Vorlaufkompensationsbetrag verwendet werden, selbst wenn die als Vorlaufkompensationsparameter gelieferte Zeitspanne Δt relativ lang ist, so daß eine genaue Vorlaufkompensation gewährleistet ist. Ferner ist es nicht erforderlich, daß die Speichereinrichtung, welche die Positionsdaten speichert, verhältnismäßig alte Daten speichert, so daß Speicherkapazität der Speichereinrichtung gespart werden kann.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 - ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Positionierungssteuerungssystems;
Fign. 2 bis 4 - Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 5 - ein Blockschaltbild eines modifizierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die modifizierten Teile;
Fig. 6 - ein Blockdiagramm eines spezifischen Beispiels der Zeitdatenzufuhreinrichtung und der Korrektureinrichtung von Fig. 1; und
Fig. 7 - ein Blockschaltbild eines Beispiels für das herkömmliche Positionierungssteuersystem.
In Fig. 1 ermittelt ein Positionsdetektor 10 die Position eines zur Positionierungssteuerung vorgesehenen Objekts und gibt digitale Positionsdaten Dx aus. Wenn das Objekt der Positionierungssteuerung eine drehende Vorrichtung, zum Beispiel ein Motor ist, wird ein Positionsdetektor vom Rotationstyp verwendet, während, wenn das Objekt der Positionierungssteuerung eine linear verschobene Vorrichtung, zum Beispiel ein Zylinder, ist, wird ein Positionsdetektor vom Lineartyp verwendet. Eine Speicherschaltung 11 speichert die ermittelten Positionsdaten Dx sequentiell in Reaktion auf einen Schreib- Taktimpuls CK und besteht aus einem Schieberegister oder einem RAM (Direktzugriffspeicher).
Eine Zeitdatenzufuhreinrichtung 21 liefert Zeitdaten als einen Vorlaufkompensationsparameter. Die den gelieferten Zeitdaten entsprechende Zeitspanne wird als die gegebene Vorlaufzeit Δt bezeichnet. Die Kompensationseinrichtung 22 liest Positionsdaten aus der Speichereinrichtung 11 aus, die um die Zeitspanne vorausgehen, die den gelieferten Zeitdaten entspricht, und korrigiert wenigstens die gegenwärtigen Positionsdaten und/oder die Zielpositionsdaten durch die Verwendung der Differenz zwischen den ausgelesenen Positionsdaten und den gegenwärtigen Positionsdaten als einen Vorlaufkompensationsbetrag.
Die Korrektureinrichtung 23 ermittelt einen Fehler zwischen einer Zielposition und einer tatsächlichen Halteposition und korrigiert die der Zeitdatenzufuhreinrichtung 21 zugeführten Zeitdaten entsprechend diesem Fehler.
In der Kompensationseinrichtung 22 erstellt eine Logikschaltung 13 ein Verhältnis N in einer vorbestimmten Weise entsprechend der Größe der gegebenen Vorlauf zeit Δt, die den von der Zeitdatenzufuhreinrichtung 21 gelieferten Zeitdaten entspricht, und gibt Daten aus, die die Zeit Δt/N repräsentieren, welche 1/N der gegebenen Vorlaufzeit Δt ist. Wird das Verhältnis N auf 1 festgelegt, ist eine solche Logikschaltung 13 nicht erforderlich. Alternativ können Daten, die zuvor in Δt und N geteilt wurden, von der Zeitdatenzufuhreinrichtung 21 geliefert werden, anstatt die Logikschaltung 13 vorzusehen.
Eine Ausleseschaltung 14 liest in Reaktion auf die von der Logikschaltung gelieferten Zeitdaten Δt oder Δt/N aus der Speicherschaltung 11 Positionsdaten Dx (-t) aus, die der gegenwärtigen Zeit um Δt oder Δt/n vorausgehen. Diese Ausleseschaltung 14 besteht zum Beispiel aus einer Auswählschaltung, die einen Ausgang einer gewünschten Stufe eines Schieberegisters auswählt, wenn die Speicherschaltung 11 aus einem Schieberegister besteht, und besteht aus einer Leseschaltung, die eine gewünschte Adresse eines RAM bestimmt und die gespeicherten Daten liest, wenn die Speicherschaltung 11 aus einem RAM besteht.
Ein Subtrahierer 15 subtrahiert die vorausgehenden Positionsdaten Dx(-Δt), die von der Ausleseschaltung 14 aus den Daten Dx, welche die gegenwärtige Position repräsentieren, ausgelesen wurden, um die Differenz Δx = Dx -Dx(-Δt) zu erhalten. Die derart erhaltene Differenz Δx entspricht dem Verschiebungsbetrag des Objekts während des neuesten Zeitintervalls Δt oder Δt/N. Je höher die Geschwindigkeit der Verschiebung des Objekts ist, desto größer ist der Betrag der Verschiebung, d.h., die Differenz Δx. Ein Multiplizierer 16 führt die Operation des Multiplizierens der Differenz Δx mit N durch, wobei die von der Logikschaltung 13 gelieferten Daten N als Multiplikator verwendet werden. Die mit N multiplizierten Differenzdaten N Δx oder Δx (wenn N = 1 ist) werden von einem Addierer 17 zu den gegenwärtigen Positionsdaten addiert, wodurch Daten Dx(+Δt) = Dx + N Δx erhalten werden, die eine vorab geschätzte Position beim Ablauf der gegebenen Vorlauf zeit Δt repräsentieren.
Auf diese Weise wird die Vorlaufkompensation der Positionsdaten erreicht.
Ein Zielpositionseinsteller 18 ist bei der Stop-Steuerung oder anderen geeigneten Betriebssteuerungen zum Einstellen von Daten vorgesehen, die eine Zielposition angeben.
Ein Komparator 19 vergleicht die eingestellten Zielpositionsdaten Sx mit den vorlaufkompensierten Positionsdaten Dx (+Δt) und, wenn die beiden Daten übereinstimmen, gibt er ein Steuersignal für die Stop-Steuerung oder eine andere Betriebssteuerung aus. Der Komparator 19 entspricht der Steuersignalerzeugungseinrichtung. Das Steuersignal kann einem an sich bekannten Stellglied 32 zugeführt werden, um es als ein Signal zu verwenden, das einem Ausgangssignal eines Grenztasters oder eines Nockenschalters der herkömmlichen Positionierungssteuerung äquivalent ist, oder es kann alternativ als ein Abweichungssignal zur Servo-Steuerung verwendet werden. Im Falle einer Maschine mit einem Bremssystem, bildet das Bremssystem das Stellglied 32 und die Bremse wird auf dieses Steuersignal hin betätigt. Auf diese Weise wird die Positionierungssteuerung im vorlaufkompensierten Zustand durchgeführt. Die vorliegende Positionierungssteuerung umfaßt nicht nur die Stop-Steuerung, sondern auch andere Steuerungen, bei denen der Betrieb eines Stellglieds an einer bestimmten gewünschten Stelle gesteuert wird.
Tritt zum Beispiel in einem Positionierungssteuerungssystem für ein Objekt eine Zeitverzögerung Δt auf und erfolgt in diesem System keine Vorlaufkompensation, erfolgt die Steuerung von einem Zeitpunkt Δt an, nach dem die tatsächliche Position Dx die Zielposition Sx erreicht hat, und die gegenwärtige Position in diesem Fall die Zielposition überschritten hat. Erfolgt im Gegensatz hierzu eine Vorlaufkompensation wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, stimmen die vorlaufkompensierten gegenwärtigen Positionsdaten Dx (+Δt) mit den Zielpositionsdaten Sx überein, bevor die gegenwärtige Position die Zielposition erreicht hat, und wenn die Steuerung um Δt später erfolgt, hat der wirkliche gegenwärtige Wert Dx den Zielwert Sx gerade erreicht. Daher erfolgt eine genaue Positionierungssteuerung.
Der Subtrahierer 15 zum direkten Erhalten der Differenz Δx und der Multiplizierer 16 zum direkten Multiplizieren der Differenz Δx mit N sind nicht unverzichtbar, jedoch können die Differenz Δx oder die mit N multiplizierte Differenz Δx auf eine beliebige andere Weise erhalten werden. Da zum Beispiel die vorlaufkompensierten Positionsdaten Dx (+Δt) gleich Dx (+Δt) = Dx + N (Dx - Dx (-Δt)) = (N+1) Dx- N Dx (-Δt) ist, wenn N gleich 1 ist, kann Dx (+Δt) erhalten werden, indem die Operation zum Erhalten der Differenz Δx durch direktes Ausführen der Operation 2Dx - Dx (-Δt) entfällt, und wenn N 2 oder mehr ist, kann die Differenz Δx erhalten werden, indem zuerst Dx mit (N+1) und Dx (-Δt) mit N multipliziert wird und dann die Subtraktion der Produkte der Multiplikationen erfolgt. Eine solche allgemeine Operation erfordert natürlich eine komplizierte Operationsschaltung (insbesondere einen Multiplizierer) und ist daher nicht als bevorzugt anzusehen. Dennoch ist eine solche allgemeine Operation im wesentlichen äquivalent zum Erhalten der Differenz Δx und zum Multiplizieren mit N, so daß dies in den Rahmen der Erfindung fällt. Der Subtrahierer 15 kann zwischen der Speicherschaltung 11 und der Ausleseschaltung 14 vorgesehen sein.
Die Vorlaufkompensation wird nicht nur, wie in Fig. 1 dargestellt, durch Vorschieben der Positionsdaten Dx erreicht, sondern auch durch eine Verringerung der Zielpositionsdaten, wie in Fig. 5. Der Aufbau des in Fig. 5 nicht dargestellten Bereichs ist derselbe wie in Fig. 1 und es ist nur ein modifizierter Bereich dargestellt. Ein Subtrahierer 20 subtrahiert die Differenzdaten N Δx oder Δx, die von einem Multiplizierer 16 geliefert werden, von Zielpositionsdaten Sx, die von einer Einstellvorrichtung 18 geliefert werden, wodurch die Zielposition relativ verringert wird. Somit werden einem Komparator 19 die kompensierten Zielpositionsdaten Sx' = Sx - N Δx zugeführt, in welchem sie mit den Daten Dx verglichen werden, welche die wirkliche gegenwärtige Position angeben, und es wird ein Steuersignal erzeugt, wenn die beiden Daten miteinander übereinstimmen. Anders ausgedrückt tritt eine Übereinstimmung in dem Komparator 19 auf, wenn die Zielposition Sx' an einer Position um N Δx oder Δx vor der wirklichen Zielposition besteht und die tatsächliche gegenwärtige Position Dx eine Position um N Δx oder Δx vor einer Position ist, an welcher die tatsächliche gegenwärtige Position Dx die tatsächliche Zielposition Sx erreicht, und die tatsächliche gegenwärtige Position Dx erreicht die tatsächliche Zielposition Sx, wenn die Steuerung um Δx später durchgeführt wird.
Die Vorlaufkompensation kann auch erreicht werden, indem sowohl die Positionsdaten Dx, als auch die Zielpositionsdaten Sx um geeignete Beträge korrigiert werden. Zum Beispiel kann N Δx/2 zu Dx addiert werden und N Δx/2 kann von Sx subtrahiert werden und die Ergebnisse der beiden Operationen können miteinander verglichen werden.
Im folgenden wird ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen dem Wert von N und der gegebenen Vorlauf zeit Δt beschrieben.
Es sei angenommen, daß die Zahl der Speicherpositionen (d.h., die Zahl der Adressen oder Stufen) 199 und die Periode der Schreibtaktimpulse CK in der Speicherschaltung 11 o,1 ms beträgt, so daß die Speicherschaltung 11 Positionsdaten für 199 Abtastungen speichern kann, die einem Zeitraum von 19,9 ms vor dem Auftreten eines Intervalls von 0,1 ms entsprechen. Wenn N=1 ist (in diesem Fall sind die Logikschaltung 13 und der Multiplizierer 16 von Fig. 3 nicht erforderlich), liegt die erstellbare gegebene Vorlaufzeit Δt innerhalb des Bereichs zwischen 0,1 ms und 19,9 ms und die Vorlaufzeit kann auf ein Intervall von 0,1 ms eingestellt werden.
In dem Bereich, in dem die gegebene Vorlauf zeit Δt 20 ms bis 39,8 ms beträgt, können Positionsdaten von Δt/N = 10 ms bis 19,9 ms zuvor aus der Speicherschaltung 11 entnommen werden, indem N auf 2 eingestellt wird. In diesem Fall kann Δt auf ein Intervall von 0,2 ms eingestellt werden.
In dem Bereich, in dem die gegebene Vorlaufzeit Δt 100 ms bis 199 ms beträgt, können Positionsdaten von Δt/N = 10 ms bis 19,9 ms zuvor aus der Speicherschaltung 11 entnommen werden, indem N auf 10 eingestellt wird. In diesem Fall kann Δt auf ein Intervall von 1 ms eingestellt werden.
Die zuvor genannten Beispiel sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt: Tabelle 1 Δt (gegebene Daten) Δt/N (entnommene Daten)
Im folgenden wird ein Beispiel für die Zeitdatenzufuhreinrichtung 21 unter Bezugnahme auf Fig 6 beschrieben. Ein Zeitdatenspeicher 24 besteht aus einem Speicher, der in der Lage ist, sowohl zu lesen, als auch zu schreiben, zum Beispiel einem RAM. Der Speicher 24 weist Adressen auf, die jedem von einem oder mehreren Positionierungsschritten entsprechen und speichert die zuvor beschriebenen Zeitdaten Δt für jeden der Schritte. Die in diesem Zeitdatenspeicher 24 gespeicherten Zeitdaten Δt werden zu Anfang in Reaktion auf ein Ausgangssignal von einem Vorlauf-ROM oder einer Einstelleinrichtung 25 erstellt. Die anfänglich erstellten Zeitdaten Δt werden entsprechend verschiedenen Faktoren, zum Beispiel den Trägheitscharakteristika und der Zeitverzögerung beim Betrieb der Maschine oder der erstellten (oder ermittelten) Geschwindigkeit oder Beschleunigung, vorab geschätzt oder zuvor erlernt und können daher als zuvor erlernter Wert bezeichnet werden. Anstelle einer Anfangserstellung, können die Zeitdaten Δt zu Anfang auf 0 eingestellt werden. Die Lese- und Schreibadressen in diesem Zeitdatenspeicher 24 werden durch ein Schrittnummersignal bezeichnet, das von einer externen Folgesteuerung oder dergleichen Vorrichtung geliefert wird. Beim Erkennen der Vollendung der Positionierung durch eine noch zu beschreibende Positionierungsvollendungserkennungsschaltung 26, geht der Speicher 24 in einer vorbestimmten Zeitfolge in einen Schreibmodus über und verbleibt ansonsten im Lesemodus. Das Schrittnummersignal wird ebenfalls der Zielpositionseinstelleinrichtung 18 (Fig. 1) zugeführt, so daß dem gewählten Positionierungsschritt entsprechende Zielpositionsdaten erzeugt werden.
In der Korrektureinrichtung 23 berechnet eine Fehlerberechnungseinrichtung 27 beim Abschluß der Positionierung einen Fehler (Sx-Dx) zwischen der Zielposition Sx und der tatsächlich eingenommenen Position (gegenwärtige Position Dx). Dieser Fehler Sx - Dx hat ein positives oder negatives Vorzeichen und entspricht ±d2 in Fig. 2.
Ein Korrekturoperationsabschnitt 28 korrigiert die Zeitdaten Δt entsprechend diesen Fehlerdaten. Ein Pufferspeicher 29 speichert zeitweilig die aus dem Zeitdatenspeicher 24 ausgelesenen Zeitdaten Δt und führt diese danach dem Korrekturoperationsabschnitt 28 zu. Ein Positionsregister 30 speichert Positionsdaten Dx zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Steuersignal (z. B. ein Brems-Einschaltsignal) von dem Komparator 19 geliefert wird (Fig. 1). Durch Subtrahieren der in dem Register 30 gespeicherten Positionsdaten von den gegenwärtigen Positionsdaten (Daten der tatsächlichen Halteposition) Dx zum Zeitpunkt der Vollendung der Positionierung in einem Subtrahierer 31, wird der Überlaufbetrag d1 (d.h. der Betrag des Gleitens der Bremse) erhalten. Ein Beispiel für den Überlaufbetrag d1 bzw. den Positionierungsfehler d2 ist in den Fign. 3a und 3b dargestellt.
In dem Korrekturoperationsabschnitt 28 erfolgt eine Operation, bei der eine vorbestimmte Funktion entsprechend der in dem Pufferregister 29 gespeicherten Zeitdaten (als Δt1 bezeichnet), die von dem Subtrahierer 31 gelieferten Daten des Überlaufbetrags d1 und der von der Fehleroperatoreinrichtung gelieferte Fehler d2 verwendet werden und es werden neue Zeitdaten Δt2, die eine Modifizierung der Zeitdaten Δt1 sind, erzeugt. Diese modifizierten Zeitdaten Δt2 werden dem Dateneingang des Zeitdatenspeichers 24 zugeführt. Ein Beispiel der in dem Korrekturoperationsabschnitt 28 verwendeten Funktionsoperation wird im folgenden beschrieben.
Als einfachstes Beispiel sei angenommen, daß das Verhältnis zwischen Zeit und Überlaufbetrag eine lineare Funktion sei, so daß das folgende proportionale Verhältnis zwischen den bei der zu diesem Zeitpunkt abgeschlossenen Positionierungssteuerung als die Vorlaufdaten verwendeten Zeitdaten Δt, dem entsprechen diesen Zeitdaten erzeugten Überlaufbetrag d1, dem Fehler d2 der zu diesem Zeitpunkt abgeschlossenen Positionierungssteuerung und Daten Δtd, die durch Umwandlung dieses Fehlers d2 in Zeit erhaltenen Daten sind, besteht:
Δt1 : Δtd = d1 : d2
Aus diesem Verhältnis ergibt sich
Δtd = Δt1 (d2/d1)
wobei Δtd entsprechend dem positiven oder negativen Vorzeichen von d2 ein positives oder negatives Vorzeichen hat. Hieraus ergibt sich, daß die zu dieser Zeit verwendeten Zeitdaten Δt1 in bezug auf die Zeitdaten den Fehler Δtd aufweisen. Dieser Fehler kann durch Ausführung der Operation Δt2 = Δt1 + Δtd (wobei Δtd ein positives oder negatives Vorzeichen hat) korrigiert werden, wodurch neue Zeitdaten Δt2, welche die korrigierten Zeitdaten Δt1 sind, erhalten werden.
Diese Operation erfolgt beim Beenden der Positionierung in Reaktion auf das Ausgangssignal der Positionierungsvollendungserkennungsschaltung 26. Die erhaltenen korrigierten Zeitdaten Δt2 werden in den Zeitdatenspeicher 24 eingeschrieben (d.h., an der durch das Schrittnummersignal bestimmten Adresse), das sich auf das Ausgangssignal der Positionierungsvollendungserkennungsschaltung 26 hin im Schreibmodus befindet. Die in dem Speicher 24 gespeicherten Zeitdaten Δt1 werden somit als Δt2 eingeschrieben. Bei der nächsten Positionierungssteuerung derselben Schrittzahl werden somit die korrigierten Daten Δt2 als die Zeitdaten Δt aus dem Speicher 24 ausgelesen und der Kompensationseinrichtung 22 (Fig. 1) zugeführt. Diese korrigierten Zeitdaten Δt2 sind die besten Daten, die die neuesten Bedingungen verschiedener Faktoren, zum Beispiel die neuesten Lastbedingungen oder Betriebsbedingungen des zu steuernden Gegenstands in bestmöglichem Maße wiedergeben, so daß sie als die besten Vorlaufkompensationsdaten bezeichnet werden können, wobei diese sowohl den anfänglich erstellten, zuvor erlernten Wert, als auch den berichtigten Wert umfassen. Durch Verwenden der Zeitdaten Δt, die durch das Ausführen der Lernfunktion stets erneuert werden, als die Vorlaufkompensationsdaten der Positionierungssteuerung, ist eine stets genaue Positionierungssteuerung zu erwarten.
Die positionierungsvollendungserkennungsschaltung 26 erkennt die Vollendung der Positionierung an einem geeigneten Zustand, zum Beispiel daran, daß die Geschwindigkeit des zu steuernden Gegenstands null geworden ist oder eine vorbestimmte Zeitspanne von einem Zeitpunkt ab vergangen ist, zu dem ein Steuersignal erzeugt wurde.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel werden verschiedene Zeitdaten Δt für jeden der Schritte verwendet. Alternativ können gemeinsame Zeitdaten Δt für die jeweiligen Schritte verwendet werden. In diesem Fall kann der Zeitdatenspeicher 24 lediglich eine Adresse aufweisen.
Die in dem Korrekturoperationsabschnitt 28 verwendete Operation ist nicht auf das zuvor genannte Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann das Verhältnis zwischen Zeit und Überlauf (z.B. der Gleitbetrag der Bremse) als genaue Funktion (z.B. Funktion zweiter Ordnung) ausgedrückt werden und eine vorbestimmte Operation kann entsprechend dieser Funktion ausgeführt werden.
Als Positionsdetektor 10 kann jede beliebige Art von Detektor verwendet werden, vorausgesetzt, daß er die Position des Gegenstands kontinuierlich erkennen und digitale Positionsdaten erzeugen kann. Es können zum Beispiel ein Absolut-Encoder, ein Inkremental-Encoder und ein Zähler, der dessen Ausgangsimpulse zählt, ein Resolver und eine Einrichtung zum Erhalten von digitalen Signalen in Reaktion auf ein Ausgangssignal des Resolvers verwendet werden. Vorzugsweise können insbesondere Drehpositionsdetektoren vom Induktionstyp (Typ mit variabler Reluktanz) oder das Phasenverschiebungssystem verwendete Linearpositionsdetektoren verwendet werden, die in den mitanhängigen US Patentanmeldungen 4 612 503, 4 604 575, 4 556 886 und 4 572 951 offenbart sind. Bei dieser Art von Positionsdetektoren, welche das Phasenverschiebungssystem verwenden, wird in jeder Phase 0 eines eine Primärspule erregenden Referenz-Wechselstromsignals der digitale Zählerwert, der die Phasendifferenz eines Sekundär-Wechselstromausgangssignals wiedergibt, abgetastet und dieser digitale Zählerwert wird als die Positionserkennungsdaten Dx geliefert. Als Ladetaktimpuls CK zur Speicherschaltung 11 kann dieser Abtasttaktimpuls (d.h., der mit dem Referenz-Wechselstromsignal synchronisierte Taktimpuls) verwendet werden.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Schaltung aus fest verdrahteter Logik. Die gleiche Funktion kann jedoch von einem Software-Programm unter Verwendung eines Mikrocomputers ausgeführt werden und die Positionierungssteuerung unter Verwendung eines solchen Software-Programms fällt in den Rahmen der Erfindung.
Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, werden erfindungsgemäß Zeitdaten als Vorlaufkompensationsparameter verwendet, Positionsdaten, die um einen den Zeitdaten entsprechenden Zeitraum vorangehen, werden aus der Speichereinrichtung entnommen und die Differenz zwischen diesen Positionsdaten und den gegenwärtigen Positionsdaten wird bei der Positionierungssteuerungsoperation als der Vorlaufkompensationsbetrag verwendet. Durch diese Ausbildung wird eine komplizierte Funktionsoperation unter Berücksichtigung von Faktoren wie der Geschwindigkeit und Beschleunigung zum Erhalten des Vorlaufkompensationsbetrags vermieden. Da ferner die als Vorlaufkompensationsparameter verwendeten Zeitdaten entsprechend einem vorherigen Positionierungsfehler korrigiert werden und die korrigierten Zeitdaten bei der nächsten Positionierungssteuerung verwendet werden, ist die Genauigkeit der Positionierungssteuerung weiter verbessert.

Claims

1. Positionssteuerungssystem mit:

- einer Positionsermittlungseinrichtung (10) zum Ermitteln der gegenwärtigen Position eines zu steuernden Objekts und zum Liefern ermittelter Daten (Dx) der gegenwärtigen Position;

- einer Einstelleinrichtung (18) zum Einstellen von Zielpositionsdaten (Sx);

- einer Datenzufuhreinrichtung (22; 20) zum Korrigieren wenigstens der von der Positionsermittlungseinrichtung gelieferten Daten (DX) der gegenwärtigen Position oder der von der Einstelleinrichtung gelieferten Zielpositionsdaten (Sx) entsprechend den Kompensationsparameterdaten; und

- einer Steuersignalerzeugungseinrichtung (19) zum Erzeugen eines auf die Position des Objekts bezogenen Steuersignals entsprechend den Daten der gegenwärtigen Position und den Zieldaten, jeweils nach der Korrektur durch die Kompensationseinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Speichereinrichtung (11) von der Positionsermittlungseinrichtung (10) gelieferte Positionsdaten speichert;

- die Datenzufuhreinrichtung (21) variable Zeitdaten (Δt) als die Kompensationsparameterdaten liefert, und

- die Kompensationseinrichtung (22; 20) aus der Speichereinrichtung (11) Positionsdaten (Dx(-Δt)) entnimmt, die den gegenwärtigen Positionsdaten (Dx) um einen Zeitraum vorausgehen, der den gelieferten Zeitdaten (Δt) entspricht, und wenigstens die Daten (Dx) der gegenwärtigen Position oder die Zielpositionsdaten (Sx) entsprechend der Differenz (Δx) zwischen den entnommenen Positionsdaten (Dx(-Δt)) und den Daten (Dx) der gegenwärtigen Position korrigiert.

2. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einer Korrektureinrichtung (23) zum Ermitteln eines Fehlers zwischen der in Reaktion auf das Steuersignal tatsächlich eingenommenen Position des Objekts und einer Zielposition, und zum Korrigieren der von der Datenzufuhreinrichtung (21) gelieferten Zeitdaten (Δt) entsprechend dem Fehler.

3. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationseinrichtung (20, 22) Positionsdaten (Dx(-Δ t)/N) entnimmt, die den Positionsdaten (Dx) um einen Zeitraum vorangehen, der 1/N der Zeit ist, die den von der Datenzufuhreinrichtung (21) aus der Speichereinrichtung (11) gelieferten Zeitdaten (Δt) entspricht, und wenigstens die Daten (Dx) der gegenwärtigen Position oder die Zielpositionsdaten (Sx) entsprechend einem Wert korrigiert, der n-mal so groß ist wie die Differenz (Δt) zwischen den entnommenen Positionsdaten (Dx(-Δt)) und den Daten (Dx) der gegenwärtigen Position.

4. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Datenzufuhreinrichtung (21) eine Einstelleinrichtung (25) zum Festlegen eines Ausgangswerts der Zeitdaten aufweist, und die Datenzufuhreinrichtung (21) diesen Ausgangswert zu Beginn als die Zeitdaten liefert und im folgenden die durch die Korrektureinrichtung (23) korrigierten Daten liefert.

5. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Datenzufuhreinrichtung (21) die Zeitdaten für jede von mehreren Zielpositionen individuell erzeugt.

6. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Korrektureinrichtung (23) einen Fehler zwischen der in Reaktion auf das Steuersignal tatsächlich eingenommenen Position des Objekts und einer Zielposition ermittelt, und ebenfalls eine Differenz zwischen der Position zu einem Zeitpunkt, zu dem die Steuerung in Reaktion auf das Steuersignal beginnt, und der Position zu einem Zeitpunkt, zu dem die Steuerung in Reaktion auf das Steuersignal beendet ist, ermittelt, und die von der Datenzufuhreinrichtung (21) gelieferten Zeitdaten (Δt) entsprechend dem Fehler und der Differenz korrigiert.

7. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuersignalerzeugungseinrichtung (19) ein Steuersignal zum Aufbringen einer Bremswirkung (32) auf das Objekt erzeugt, wenn die von der Kompensationseinrichtung (20, 22) korrigierten Daten (Dx) der gegenwärtigen Position und die Zielpositionsdaten (Sx) übereinstimmen.

8. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuersignalerzeugungseinrichtung (19) eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der von der Kompensationseinrichtung (20, 22) korrigierten Daten (Dx) der gegenwärtigen Position und der Zielpositionsdaten (Sx) aufweist, und das Steuersignal zum Positionieren des Objekts entsprechend dem Ausgang der Vergleichseinrichtung steuert.

9. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationseinrichtung (22) die Daten (Dx) der gegenwärtigen Position derart korrigiert, daß die Daten (Dx) der gegenwärtigen Position entsprechend der Differenz zwischen den aus der Speichereinrichtung (11) entnommenen Positionsdaten (Dx(-Δt)) und den von der Positionsermittlungseinrichtung (10) ermittelten Daten (Dx) der gegenwärtigen Position erhöht werden.

10. Positionssteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationseinrichtung (20) die Zieldaten (Sx) derart korrigiert, daß die Zieldaten (Sx) entsprechend der Differenz zwischen den aus der Speichereinrichtung (11) entnommenen Positionsdaten (Dx(-Δt)) und den von der Positionsermittlungseinrichtung (10) ermittelten Daten (Dx) der gegenwärtigen Position verringert werden.