DE4213795C2

DE4213795C2 - Motor-Servosystem-Regelung

Info

Publication number: DE4213795C2
Application number: DE4213795A
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-28
Also published as: US5304905A; JPH04325886A; JP2954378B2; DE4213795A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Motor-Servosystem-Regelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Motor-Servosystem-Regelung ist auf den Seiten 514 und 515 des "Kleinen Handbuchs technischer Regelvor gänge", von W. Oppelt, 5. Auflage 1972 beschrieben.

Darüber hinaus ist aus der Literaturstelle "Adaption an Zeit varianz; Grundlagen und Anwendungen adaptiver Regelsysteme", von E. Dittmar, aus "Elektrotechnik", Jg. 64, Heft 23 vom 6. Dezember 1982, Seiten 16 bis 18 ein adaptives Regelsystem für Antriebssysteme bekannt, das neben dem Hauptregelkreis eine Identifikation, einen Entscheidungsprozeß und die Modifika tion der Regelfunktion aufweist. Dabei werden veränderliche Systemparameter wie beispielsweise eine von der veränderli chen Massenträgheit abhängige Hauptzeitkonstante identifi ziert, einem Entscheidungsprozeß zugeführt und - sofern er forderlich - von einem Modifikationsabschnitt die optimalen Regelparameter für den Regelalgorithmus des Regelsystems adaptiv eingestellt. Diese Literaturstelle zeigt jedoch le diglich Grundfunktionen einer adaptiven Regelung.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Mo tor-Servosystem-Regelung zeigt, wie sie in der Literaturstelle "from analog servo to digital servo" (Twakane: Journal of Robotics . . . of Japan, Bd. 7, Nr. 3, Seiten 212 bis 217, Juni 1989) eingesetzt wird. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Motor und 2 ein mechanisches System, welches am Motor 1 montiert ist. In diesem Fall ist die Kombination des Motors 1 und des mechanischen Systems 2 das Regelobjekt. Die Bezugszahl 3 bezeichnet eine Positions- und Geschwindigkeits-Erfassungs einrichtung zum Messen der Position und der Geschwindigkeit des Regelobjekts 1 und 2, 4 eine Stromerfassungseinrichtung zum Messen des durch den Motor 1 fließenden Stroms, 5 eine Strom- Steuereinrichtung, 6 eine Geschwindigkeits-Steuereinrichtung, 7 eine Positions-Steuereinrichtung, 11 einen Positions-Stellwert, 14 einen erfaßten Stromwert, 15 einen Positionsfehler, 16 einen Geschwindigkeits-Stellwert, 17 einen Geschwindigkeitsfehler, 18 einen Strom-Stellwert, 19 einen Stromfehler, 20 den durch den Motor 1 fließenden Strom und 30d eine Motor-Servosystem-Rege lung.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise beschrieben. Die Motor-Servo system-Regelung 30d wird dazu verwendet, die Bewegungsbahn bzw. den Bewegungsablauf von z. B. einer Werkzeugmaschine oder eines Roboters zu regeln, in der der Positions-Stellwert 11 von einem gewünschten Bahn-Stellwert erzeugt wird, um das Regelobjekt 1 und 2 entsprechend dem Positions-Befehlswert 11 zu betreiben. D.h. um den Positionsfehler 15 zu erhalten, wird die Differenz zwischen dem von der Erfassungseinrichtung 3 erfaßten Positi onswert 12 und dem Positions-Stellwert 11 berechnet und zum Be stimmen des Geschwindigkeits-Stellwertes 16 eine genaue Opera tion in der Positions-Steuereinrichtung 7 ausgeführt.

Den Geschwindigkeitsfehler 17 erhält man daraufhin durch Be rechnung der Differenz zwischen dem vor der Erfassungseinrich tung 3 erhaltenen, erfaßten Geschwindigkeitswert 13 und dem Ge schwindigkeits-Stellwert 16, und zum Bestimmen des Strom-Stell werts 18 wird eine genaue Operation in der Geschwindigkeits- Steuereinrichtung 6 ausgeführt. Ferner erhält man den Stromfeh ler 19 durch Berechnung der Differenz zwischen dem von der Stromerfassungseinrichtung 4 erhaltenen, erfaßten Stromwert 14 und dem Strom-Stellwert 18, und zum Bestimmen des Motorstroms 20 wird eine genaue Operation in der Strom-Steuereinrichtung 5 ausgeführt.

Für die vorstehend genannte Regelung werden P-(Proportional-) Operationen und PI-(Proportional- und Integral-) Operationen in der Positions-Steuereinrichtung 7, in der Geschwindigkeits- Steuereinrichtung 6 und in der Strom-Steuereinrichtung 5 ausge führt. Deshalb kann insbesondere eine Bewegungsbahn-Regelung durch die vorstehend genannte Motor-Servosystem-Regelung 30d aufgebaut werden, wobei passende Regelparameter entsprechend dem Regelobjekt 1 und 2 für die Operationen der Steuereinrich tungen 5 bis 7 verwendet werden.

Weiterhin beschreibt das "Kleine Handbuch technischer Regelvor gänge", von W. Oppelt, 5. Auflage 1972, auf den Seiten 514 und 515 eine Motor-Servosystem-Regelung zur Regelung eines aus einem Motor und einem am Motor montierten mechanischen System bestehenden Regelobjekts, die eine Geschwindigkeits- und Posi tions-Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit und der Position des Regelobjekts und eine Strom-Erfassungsein richtung zur Erfassung des durch den Motor fließenden Stroms aufweist. Dabei steuert eine Strom-Steuereinrichtung den durch den Motor fließenden Strom mittels eines von der Strom-Er fassungseinrichtung erfaßten Stromwerts. Außerdem erfaßt eine Geschwindigkeits-Steuereinrichtung einen Strom-Stellwert mittels eines von der Geschwindigkeits- und Positions-Er fassungseinrichtung erfaßten Geschwindigkeitswerts. Ferner wird ein Geschwindigkeits-Stellwert durch eine Positions-Steuerein richtung mittels eines von der Geschwindigkeits- und Positions- Erfassungseinrichtung erfaßten Positionswerts gesteuert. Ge nauer wird bei dieser elektrischen Antriebsregelung der Motor strom als Hilfsregelgröße verwendet. Durch eine Art Kaskadenre gelung wird ein unterlagerter Stromregelkreis gebildet, dessen Sollwert dann durch den eigentlichen Drehzahlregler beeinflußt wird.

Wenn das mechanische System 2 zum ersten Mal montiert wird oder sich die Charakteristik des mechanischen Systems 2 aufgrund von Alterung verändert, müssen die Regelparameter in Abhängigkeit von den Größen für das Lastträgheitsmoment und Vibrationen usw. zurückgesetzt werden. Da dies bei dieser Regelung jedoch ma nuell durch die Bedienungsperson geschieht, ist die Einstellung der Regelparameter infolgedessen umständlich und schwierig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Motor-Servosystem-Regelung derart weiterzubilden, daß Regelparameter für die Lastträgheitsmomente oder Vibra tionsgrößen eines Motors und eines mechanischen Systems auto matisch und daher einfach angepaßt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei integriert eine Integrationseinrichtung einen vorgegebe nen Vergleichsstromwert und den erfaßten Stromwert über die Zeit und ermittelt ein Vergleichsergebnis zwischen dem Ver gleichsstromwert und dem erfaßten Stromwert. Außerdem bestimmt eine Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrichtung das Lastträg heitsmoment des Regelobjekts durch Korrektur des vorgegebenen Wertes des Lastträgheitsmoments in Abhängigkeit von dem Ver gleichsergebnis. Darüber hinaus stellt eine Regelparameter-Ein stelleinrichtung die Regelparameter in den Regelparameter- Steuereinrichtungen mittels des von der Lastträgheitsmoment-Be stimmungseinrichtung erhaltenen Lastträgheitsmomentwerts ein. Dadurch werden das Lastträgheitsmoment entsprechend dem über die Zeit integrierten Wert des Motorstroms identifiziert und die Regelparameter der Geschwindigkeits-Steuereinrichtung ent sprechend dem Lastträgheitsmoment eingestellt.

Daher werden die Regelparameter automatisch auf einen optimalen Wert eingestellt, wird der Einstellvorgang für eine Bedienungs person erleichtert und auf einfache Weise eine optimale Ar beitsweise realisiert.

In den Unteransprüchen 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausgestaltun gen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 zeigt Strom-Kurvensignalverläufe während der Regelpara meter-Einstellung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsbeispiel;

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsge mäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für die Arbeitsweise des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 5(A) zeigt eine perspektivische Ansicht eines dritten er findungsgemäßen Ausführungsbeispiels und

Fig. 5(B) zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts (a) ge mäß Fig. 5(A); und

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Regelung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Motor-Servosystem-Rege lung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 30a eine Motor-Servosystem-Regelung mit selbsteinstellender Funktion und 31 einen Simulationsab schnitt der Motor-Servosystem-Regelung. Der Simulationsab schnitt 31 ist wie folgt aufgebaut. Das Bezugszeichen 1b be zeichnet ein Simulationsmodell des Motors und des mechanischen Systems, 5b eine (Simulations-)Strom-Steuereinrichtung, 6b eine (Simulations-) Geschwindigkeits-Steuereinrichtung, 7b eine (Simulations-) Positions-Steuereinrichtung, 12b einen erfaßten Simulations-Positionswert, 13b einen erfaßten Simulations-Ge schwindigkeitswert, 14b einen simulierten, erfaßten Stromwert, 15b einen Simulations-Positionsfehler, 16b einen Simulations- Geschwindigkeits-Stellwert, 17b einen Simulations-Geschwindig keitsfehler, 18b einen Simulations-Strom-Stellwert, 19b einen Simulations-Stromfehler und 20b den simulierten Motorstrom.

Die Bezugszahl 21 bezeichnet eine Integrationseinrichtung zum Berechnen und Vergleichen des Strombereichs des wirklich er faßten Stromwerts 14 und des erfaßten Simulations-Stromwerts 14b, 22 eine Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrichtung als Lastträgheitsmoment-Identifikationsvorrichtung zum Bestimmen eines Korrekturwerts des angenommenen Lastträgheitsmoments des Modells 1b des Motors und des mechanischen Systems entsprechend dem Berechnungsergebnis der Integrationseinrichtung 21 und 23 eine Regelparameter-Einstelleinrichtung zum Bestimmen der am besten geeigneten Regelparameter der Geschwindigkeits-Steuer einrichtungen 6 und 6b für das korrigierte, angenommene Last trägheitsmoment.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels ist im folgenden be schrieben. Die Arbeitsweise des wirklichen Servosystems 1 bis 7 und 11 bis 20 ist die gleiche wie bei herkömmlichen Servo systemen; vorausgesetzt, daß die Charakteristika des Motors 1 und der Erfassungseinrichtungen 3 und 4 bekannt sind und nur die Charakteristik des mechanischen Systems 2 unbekannt ist, sind alle Parameter in der Stromschleife bekannt und die Regel parameter der Strom-Steuereinrichtung 5 können durch diese Pa rameter bestimmt werden. Wenn wie bei einer Werkzeugmaschine mehrere Motoren gleichzeitig betrieben werden, verwenden die Regelparameter der Positions-Steuereinrichtung 7 vorgegebene Werte, da es notwendig ist, die Regelfrequenzen der Positions schleife auszugleichen. Deshalb werden gemäß diesem Ausfüh rungsbeispiel nur die Proportionalregelparameter und die Inte gralregelparameter der Geschwindigkeits-Steuereinrichtung 6 au tomatisch eingestellt. Durch eine einfache Erweiterung dieses Ausführungsbeispiels ist es möglich, ein automatisches Setzen der Regelparameter der Positions-Steuereinrichtung 7 entspre chend der Regelfrequenz der Geschwindigkeitsschleife zu reali sieren.

Die Strom-Steuereinrichtung 5b, die Geschwindigkeits-Steuerein richtung 6b und die Positions-Steuereinrichtung 7b des Simula tionsabschnitts des Servosystems sind die gleichen wie die Strom-Steuereinrichtung 5, die Geschwindigkeits-Steuereinrich tung 6 und die Positions-Steuereinrichtung 7 des wirklichen Servosystems. Das Simulationsmodell des Motors und des mecha nischen Systems besteht aus den Modellen des Regelobjekts 1 und 2 und der Erfassungseinrichtungen 3 und 4. In diesem Modell wird das mechanische System 2 als einfaches Trägheitsmodell an genommen, ohne dabei die mechanischen Vibrationen zu berück sichtigen. Weil wie vorstehend beschrieben die charakteristi schen Parameter des Motors 1 und der Erfassungseinrichtung 3 und 4 bekannt sind, ist lediglich die Größe des Lastträgheits moments des Motors 1 und des mechanischen Systems 2 ein unbe kannter Parameter. Der angenommene Wert des Lastträgheitsmo ments sei J.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die erfaßten Stromwerte 14 und 14b, die man durch Anlegen des gleichen Positions-Stell werts 11 am wirklichen Servosystem und am Simulationsabschnitt 31 des Servosystems erhält, verglichen und entsprechend dem Vergleichsergebnis das angenommene Lastträgheitsmoment J korri giert, um schließlich den festen Wert des Lastträgheitsmoments und die am besten geeignete Geschwindigkeitsschleifen-Regelpa rameter für diesen festen Wert zu erhalten.

Fig. 2 zeigt Beispiele für den Strom-Kurvensignalverlauf bei der Selbsteinstellung. In Fig. 2 zeigt (a) das Strom-Kurven signal beim ersten, (b) das Strom-Kurvensignal beim zweiten und (c) das Strom-Kurvensignal beim dritten Einstellvorgang. Die Bezugszeichen 41a bis 41c bezeichnen die zeitseriellen Daten des Strom-Kurvensignals 14 eines wirklichen Servosystems und die Bezugszeichen 42a bis 42c die zeitseriellen Daten des Strom-Kurvensignals 14b des Servosystem-Simulationsabschnitts 31. Nachfolgend wird die Einstellprozedur anhand von Fig. 2 be schrieben.

Als erstes wird der Anfangswert des angenommenen Lastträgheits moments J bestimmt. Fig. 2(a) zeigt die Daten für den erfaßten Stromwert, den man durch Anlegen des gleichen Positions-Stell werts 11 an ein wirkliches Servosystem und an den Simulations abschnitt 31 des Servosystems bei Verwendung des Anfangswerts des angenommenen Lastträgheitsmoments J erhält. Die Integra tionseinrichtung 21 berechnet den über die Zeit integrierten Wert des Stroms beim ersten Maximum anhand der zeitseriellen Daten 41a des erfaßten Stromwerts 14 des wirklichen Servo systems und der zeitseriellen Daten 42a des erfaßten Stromwerts 14b des Simulationsabschnitts 31. Der berechnete Wert ent spricht dem gestrichelten Bereich in Fig. 2 (a) . Die Lastträg heitsmoment-Bestimmungseinrichtung 22 vergleicht die zwei durch die Integrationseinrichtung 21 erhaltenen Bereiche und korri giert das angenommene Lastträgheitsmoment J des Simulations modells des Motors und des mechanischen Systems 1b entsprechend dem genannten Vergleichsergebnis. Der Korrekturwert wird durch mehrwertige Interferenzen bzw. Fuzzy-Interferenzen bestimmt. Die Regelparameter-Einstelleinrichtung 23 bestimmt für das kor rigierte, angenommene Lastträgheitsmoment J die am besten ge eigneten Regelparameter der Geschwindigkeits-Steuereinrichtun gen 6 und 6b. Die Bestimmung der am besten geeigneten Regel parameter für das angenommene Lastträgheitsmoment J ist deshalb möglich, weil die Charakteristika des Regelobjekts 1 und 2 und der anderen Steuersysteme bekannt sind.

Fig. 2(b) zeigt die Daten für den erfaßten Stromwert, die man durch Anlegen des gleichen Positions-Stellwerts 11 an ein wirk liches Servosystem und den Simulationsabschnitt 31 anhand des entsprechend der Daten aus Fig. 2(a) verbesserten, angenommenen Lastträgheitsmoments J erhält. Als Ergebnis des wiederholten Bestimmens der zwei Bereiche durch die Integrationseinrichtung 21 unter Verwendung der Daten gemäß Fig. 2(b) ergibt sich, daß die Differenz zwischen den zwei Bereichen kleiner ist als die Differenz zwischen den zwei Bereichen gemäß Fig. 2 (a). Dies gilt, da auf Grund des Korrekturergebnisses das angenommene Lastträgheitsmoment J dem wirklichen Lastträgheitsmoment näher kommt. Die Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrichtung 22 ver bessert entsprechend dem durch die Integrationseinrichtung 21 erhaltenen Bereich das angenommene Lastträgheitsmoment J und bestimmt für das durch die Regelparameter-Einstelleinrichtung 23 korrigierte, angenommene Lastträgheitsmoment J die am besten geeigneten Regelparameter der Geschwindigkeits-Steuereinrich tungen 6 und 6b.

Fig. 2(c) zeigt die Daten für den erfaßten Stromwert, den man wieder anhand des entsprechend der Daten in Fig. 2(b) und der Regelparameter der Geschwindigkeits-Steuereinrichtungen 6 und 6b verbesserten, angenommenen Lastträgheitsmoments durch An legen des gleichen Positions-Stellwerts 11 an ein wirkliches Servosystem und an den Simulationsabschnitt 31 erhält. Als Er gebnis bei der Bestimmung der zwei Bereiche durch die Integra tionseinrichtung 21 entsprechend der Daten in Fig. 2(c) ergibt sich, daß die Differenz zwischen den beiden Bereichen nur noch sehr klein ist. Auf Grund der Feststellung, daß das angenommene Lastträgheitsmoment J mit dem wirklichen Lastträgheitsmoment beinahe übereinstimmt, ist deshalb der Einstellvorgang abge schlossen. Die für die Daten gemäß Fig. 2(c) verwendeten Regel parameter der Geschwindigkeits-Steuereinrichtungen 6 und 6b sind die am besten geeigneten für das wirkliche Lastträgheits moment und die Lastträgheitsmomentsidentifikation, und gleich zeitig wird der Einstellvorgang abgeschlossen.

Da dieses Ausführungsbeispiel die Bestimmung des Lastträgheits moments des Regelobjekts 1 und 2 als Ergebnis des Regelpara meter-Einstellvorgangs ermöglicht, kann es z. B. auch zum Be schränken der Beschleunigung des Positions-Stellwerts 11 ver wendet werden. Da die wirklichen Daten mit simulierten Daten verglichen werden, erhält man ferner eine Regelung mit einer allgemein verwendbaren Selbsteinstellfunktion, die mit entspre chenden Mustern von verschiedenen Positions-Stellwerten 11 ar beitet.

Für das vorstehend genannte Ausführungsbeispiel verwendet die Integrationseinrichtung 21 die erfaßten Stromwerte 14 und 14b. Es ist jedoch auch möglich, Signale zu verwenden, die man da durch erhält, daß man die erfaßten Stromwerte 14 und 14b zum beseitigen des hochfrequenten Rauschens wie z. B. mechanische Vibrationen durch einen Tiefpaßfilter schickt oder unter der Annahme, daß die Antwort der Stromschleife schnell genug ist, die Strom-Stellwerte 18 und 18b zu verwenden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der über die Zeit integrierte Wert beim ersten Maximum als Strombereich verwendet, den man durch die Integrationseinrichtung 21 erhält. Es ist jedoch auch mög lich, einen Wert zu verwenden, der die Differenz zwischen einem wirklichen Servosystem und einem simulierten Servosystem an zeigt, wie z. B. die Integration über die Zeit der absoluten Werte der Stromwerte mehrerer Maxima oder der Integration über die Zeit der quadrierten Werte der Stromwerte. Zusätzlich er hält man eine Korrektur des Wertes des angenommenen Lastträg heitsmoments J aus der Differenz zwischen den Strombereichen durch mehrwertige Interferenzen mit der Lastträgheitsmoment-Be stimmungseinrichtung 22. Es kann jedoch auch jede andere Me thode verwendet werden, solange sie diese Faktoren zueinander in Beziehung setzen kann.

Fig. 3 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 30b eine Motor-Servo system-Regelung mit einer Selbsteinstellfunktion, die mechani sche Vibrationen berücksichtigt, 24 eine Identifikations- und Entwurfseinrichtung, 25 eine Einrichtung zur Beurteilung mecha nischer Vibrationen, 52 einen abhängig von den mechanischen Vi brationen durch die Einrichtung zur Beurteilung mechanischer Vibrationen 25 erhaltenen Regelparameter-Begrenzungswert, 53 ein durch die Regelparameter-Korrektureinrichtung 26 bestimmten Regelparameter und 54 ein Vibrations-Begrenzungswert. Die ande ren Einrichtungen entsprechen den vorstehend beschriebenen Ein richtungen.

Die Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels wird nach stehend beschrieben. Die Identifikations- und Entwurfseinrich tung 24 enthält die Integrationseinrichtung 21, die Lastträg heitsmoment-Bestimmungseinrichtung 22, die Regelparameter-Ein stelleinrichtung 23 und den Servosystem-Simulationsabschnitt 31, der vor der Bestimmung eines am besten geeigneten Vorab-Re gelparameterwerts 51 für den angenommenen Wert ein angenommenes Lastträgheitsmoment entsprechend den Stromdaten für die Positi ons-Stellwerte 11 einer Kennlinie korrigiert. Die Einrichtung 25 zur Beurteilung mechanischer Vibrationen ermittelt dadurch einen Vibrations-Bestimmungswert, daß die Stromdaten für die Positions-Stellwerte 11 wie oben beschrieben durch einen Hoch paßfilter geschickt werden und der Quadratwert der Daten zeit lich integriert wird und der über die Zeit integrierte Wert mit dem vorab gesetzten Vibrations-Begrenzungswert 54 verglichen wird. Die Einrichtung 25 zur Beurteilung mechanischer Vibratio nen speichert ferner aus den in der Vergangenheit verwendeten, für den gleichen Positionsstellwert 11 Geschwindigkeitsschlei fen-Proportional -Regelparameter den maximalen Geschwindigkeits schleifen-Proportional-Regelparameter K_VOK, dessen Vibrationsbe stimmungswert kleiner oder gleich dem Vibrationsbegrenzungswert 54 ist und die minimale Geschwindigkeitsschleifen-Proportional- Regelparameter K_Vng, dessen Vibrationsbestimmungswert größer oder gleich dem Vibrationsbegrenzungswert 54 ist.

Somit werden K_VOK und K_Vng durch die Geschwindigkeitsschleifen- Proportional-Regelparameter und den Vibrationsbestimmungswert aufgrund des Versuchs zu diesem Zeitpunkt entsprechend ihrer Notwendigkeit verbessert. D.h. K_Vng ist zu diesem Zeitpunkt gleich dem Geschwindigkeitsschleifen-Proportional-Regelpara meter, wenn der Vibrationsbestimmungswert zu diesem Zeitpunkt größer als der Vibrationsbegrenzungswert ist; jedoch ist K_VOK zu diesem Zeitpunkt gleich dem Geschwindigkeitsschleifen-Propor tional-Regelparameter, wenn der Vibrationsbestimmungswert zu diesem Zeitpunkt kleiner als der Vibrationsbegrenzungswert ist. Der Regelparameter-Begrenzungswert 52, der das Ausgangssignal der Einrichtung 25 zur Beurteilung mechanischer Vibrationen ist, wird durch folgende Gleichung bestimmt:
(Gleichung 1):
Regelparameter-Begrenzungswert = K_Vng × K_VOK.

Die Regelparameter-Bestimmungseinrichtung 26 vergleicht den proportionalen Regelparameter des Vorab-Regelparameterwerts 51, die man von der Identifikations- und Entwurfseinrichtung 24 er hält, mit dem Regelparameter-Begrenzungswert 52, den man von der Einrichtung 25 zur Beurteilung mechanischer Vibrationen er hält, und bestimmt den Vorab-Regelparameterwert 51 als den für die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung 6 verwendeten Regelpara meter 53, wenn der Regelparameter-Begrenzungswert 52 größer als der Proportional-Regelparameter ist. Wenn jedoch der Regelpara meter-Begrenzungswert kleiner als der Proportional-Regelpara meter ist, so bestimmt die Regelparameter-Korrektureinrichtung 26 die Proportional-Regelparameter der von der Geschwindig keits-Steuereinrichtung 6 benötigten Regelparameter 53 als den Regelparameter-Begrenzungswert 52 und die Integral-Regelpara meter als den geeigneten Wert für die Proportional-Regelpara meter.

Das vorstehend genannte Verfahren wird nachfolgend anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 4 beschrieben. In Schritt S1 wird der Anfangswert des angenommenen Lastträgheitsmoments J und ein für den Anfangswert am besten geeigneter Regelparameter bestimmt. Im Schritt S2 wird der Vibrations-Begrenzungswert 54 bestimmt. In Schritt S3 wird das Regelobjekt 1 und 2 betrieben. In Schritt S4 wird das angenommene Lastträgheitsmoment J korri giert und der Vorab-Regelparameterwert 51 durch die Identifi kations- und Entwurfseinrichtung 25 bestimmt. In Schritt S5 wird durch die Einrichtung 25 zur Beurteilung mechanischer Vi brationen ein mechanische-Vibrationen-Bestimmungswert berech net. In Schritt S6 erhält man den Regelparameter-Steuerwert 52. In Schritt S7 wird der für die Geschwindigkeits-Steuereinrich tung 6 verwendete Regelparameter 53 durch Vorab-Regelparameter werte 51 und den Regelparameter-Begrenzungswert 52 bestimmt. In Schritt S8 wird das Regelobjekt 1 durch den Regelparameter 53 betrieben. In Schritt S9 wird über die auf einem neuen Regelpa rameter basierenden Operationsdaten kontrolliert, ob eine Iden tifikation des Lastträgheitsmoments abgeschlossen ist, und ob das Ergebnis der Regelparameterbegrenzung aufgrund der Vibrati onsbegrenzung die Bedingungen für einen Abschluß erfüllt, bevor der Einstellvorgang abgeschlossen ist. Solange die Bedingung für den Abschluß nicht erfüllt ist, werden entsprechend den Operationsdaten in Schritt S8 die Schritte S4 bis S8 wieder holt.

Im zweiten Ausführungsbeispiel besitzt die Identifikations- und Entwurfseinrichtung 24 den gleichen Aufbau wie der gemäß Fig. 1. Es sind jedoch auch andere Aufbauten erlaubt, sofern sie die gleiche Funktion erfüllen.

Auch in diesem Beispiel erhält man den Bestimmungswert für die mechanischen Vibrationen aus den Stromdaten durch die Einrich tung 25 zur Beurteilung mechanischer Vibrationen. Es ist jedoch auch möglich, den Vibrations-Bestimmungswert aus einem Wert zu erhalten, der auf Daten basiert, die den gemessenen Größen der mechanischen Vibrationen wie z. B. die ausgesendeten Signale eines Beschleunigungsmessers oder Geschwindigkeitsdetektors, die an dem mechanischen System 2 montiert sind, entsprechen. Ferner kann das zweite Ausführungsbeispiel leicht mit einer me chanischen Vibrationsregelung, wie z. B. einem Kerbfilter kombi niert werden.

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes drittes Ausführungsbeispiel. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 30c eine Motor-Servo system-Regelung mit selbsteinstellender Funktion, bei der der Vibrationsbegrenzungswert geändert werden kann, 61 einen an der Regelung montierten Druckknopf, der für starke mechanische Vi brationen gedrückt wird, und 62 einen Druckknopf, der für be sonders kleine mechanische Vibrationen mit einer Abweichung ge drückt wird.

Die Arbeitsweise des dritten Ausführungsbeispiels wird nach folgend beschrieben. Bei der Regelung 30b gemäß Fig. 3 wird ein genauer Einstellvorgang entsprechend einem vorab gesetzten Vi brationsbegrenzungswert 54 ausgeführt. Der erlaubte Bereich der mechanischen Vibrationen hängt jedoch von den Bedingungen wie z. B. der für eine Werkzeugmaschine oder einen Roboter geforder ten Genauigkeit ab. Deshalb wurde die Regelung 30c dieses Aus führungsbeispiels derart entworfen, daß der Begrenzungswert 54 geändert werden kann. Der für starke mechanische Vibrationen zu drückende Druckknopf 61 wird von einer Bedienperson gedrückt, wenn die Vibrationen des Regelobjekts 1 und 2 während des Be triebs als stark beurteilt werden, und nachdem der Einstellvor gang durch einen bestimmten Vibrationsbegrenzungswert 54 abge schlossen ist. Beim Drücken des Druckknopfs 61 verringert sich der Vibrationsbegrenzungswert 54 um 70%. Bei wiederholtem Aus führen des Selbsteinstellvorgangs nach dem Drücken des Druck knopfs 61 kann man Regelparameter mit geringerer mechanischer Vibration erhalten. Der für zugelassene kleine mechanische Vibrationen zu drückende Druckknopf 62 besitzt die Funktion, den Vibrationsbegrenzungswert 54 auf 130% zu erhöhen. Die Druckknöpfe 61 und 62 stellen die Einstellvorrichtung zum Ein stellen eines erlaubten Vibrationsbereichs der Einrichtung 25 zur Beurteilung mechanischer Vibrationen dar.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der durch Drücken der Druckknöpfe 61 und 62 veränderbare Betrag der Vibrationsgrenz werte auf ± 30% gesetzt. Es ist jedoch möglich, diesen Betrag abhängig von der Spezifikation auf einen anderen Wert zu setzen, oder die Änderungswerte in Form von numerischen Werten einzugeben. Den gleichen Effekt erhält man durch Anzeigen der augenblicklichen Vibrations-Bestimmungswerte an der Regelung 30c und durch Eingeben des Vibrationsgrenzwerts 54 in Form eines numerischen Werts entsprechend dem genannten Bestimmungs wert.

Wie vorstehend beschrieben wurde eine Motor-Servosystem-Rege lung geschaffen, die die Regelparameter automatisch auf einen optimalen Wert einstellen kann, die den Einstellvorgang für eine Bedienperson erleichtert, und die optimale Arbeitsweise auf einfache Weise realisiert, da die Größe des Lastträgheits moments entsprechend dem über die Zeit integrierten Wert des Motorstroms identifiziert wird und die Regelparameter der Re gelschleife durch den identifizierten Wert eingestellt werden.

Ferner kann die Motor-Servosystem-Regelung wie vorher beschrie ben aufgrund der entsprechend der Größe der mechanischen Vibra tionen verbesserten Regelparameter die mechanischen Vibrationen regeln.

Claims

1. Motor-Servosystem-Regelung zur Regelung eines aus einem Motor (1) und einem am Motor (1) befestigten mechanischen Sy stem (2) bestehenden Regelobjekts, mit
einer Positions- und Geschwindigkeits-Erfassungsein richtung (3) zur Erfassung der Geschwindigkeit und der Posi tion des Regelobjekts (1, 2),
einer Strom-Erfassungseinrichtung (4) zur Erfassung ei nes durch den Motor (1) fließenden Stroms (20),
einer Strom-Steuereinrichtung (5) zur Steuerung des durch den Motor fließenden Stroms (20) auf Grundlage eines von der Strom-Erfassungseinrichtung (4) erfaßten Stromwerts (14),
einer Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (6) zur Steue rung eines Strom-Stellwerts (18) auf Grundlage eines von der Positions- und Geschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (3) er faßten Geschwindigkeitswerts (13) und
einer Positions-Steuereinrichtung (7) zur Steuerung ei nes Geschwindigkeits-Stellwerts (16) mittels eines von der Positions- und Geschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (3) er faßten Positionswerts (12), gekennzeichnet durch
eine Integrationseinrichtung (21) zum Integrieren eines vorgegebenen Vergleichsstromwertes (14b) und des erfaßten Stromwertes (14) über die Zeit und zur Ermittlung eines Ver gleichsergebnisses zwischen dem Vergleichsstromwert und dem erfaßten Stromwert,
eine Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrichtung (22) zur Bestimmung des Lastträgheitsmoments des Regelobjekts (1, 2) durch Korrektur des vorgegebenen Werts des Lastträgheitsmo ments in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis sowie eine Regelparameter-Einstelleinrichtung (23) zum Ein stellen der Regelparameter in den Regelkreis-Steuereinrich tungen mittels des von der Lastträgheitsmoment-Bestimmungs einrichtung (22) erhaltenen Lastträgheitsmomentwerts.

2. Motor-Servosystem-Regelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Servosystem-Simulationsabschnitt (31) mit einer Positions-Steuereinrichtung (7b), einer Geschwindigkeits- Steuereinrichtung (6b), einer Strom-Steuereinrichtung (5b) und einem Modell (1b) für den Motor (1) und das mechanische System (2),
wobei die Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrichtung (22) das Lastträgheitsmoment des Regelobjekts (1, 2) durch Korrektur eines vorgegebenen Werts des Lastträgheitsmoments des Modells (1b) derart bestimmt, daß der erfaßte Stromwert (14) des Regelobjekts (1, 2) mit dem vorgegebenen Vergleichs stromwert (14b) im Simulationsabschnitt (31) für den gleichen Positions-Stellwert (11) übereinstimmt.

3. Motor-Servosystem-Regelung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn zeichnet durch
eine Einrichtung (25) zur Beurteilung mechanischer Vi brationen durch Erfassung der Größe der durch den Betrieb ei nes Regelobjekts (1, 2) erzeugten mechanischen Vibrationen auf Grundlage des erfaßten Stromwertes (14), eines durch ei nen Beschleunigungsmesser erfaßten Beschleunigungswertes oder eines durch einen Geschwindigkeitsdetektor erfaßten Geschwin digkeitswertes und zur Beurteilung, ob sich die Größe der me chanischen Vibrationen innerhalb eines zulässigen Bereichs befindet, und
eine Regelparameter-Korrektureinrichtung (26) zum Korri gieren der Regelparameter in Abhängigkeit von dem Beurtei lungsergebnis der Einrichtung (25) zur Beurteilung mechani scher Vibrationen.

4. Motor-Servosystem-Regelung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (30c) zum Einstellen des zu lässigen Bereichs in der Einrichtung (25) zur Beurteilung me chanischer Vibrationen.

5. Motor-Servosystem-Regelung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (30c) einen Druck knopf (61) zur Verkleinerung eines Vibrationsgrenzwertes in nerhalb eines zulässigen Bereichs und einen Druckknopf (62) zur Vergrößerung des Vibrationsgrenzwerts aufweist.