DE4410062C2

DE4410062C2 - Vorrichtung zum Steuern eines Antriebes

Info

Publication number: DE4410062C2
Application number: DE4410062A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Ikawa; Seisuke Tsutsumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JP2833401B2; US5442273A; JPH06276773A; DE4410062A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steu ern eines Antriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1.

Fig. 6 zeigt das Blockdiagramm einer bereits vorgeschlagenen Antriebssteuervorrichtung 11. Bei dieser Anordnung erfaßt der Positionsdetektor 1 die Position oder die Geschwindigkeit eines Motors 2. Ein Zweiphasenimpulsgenerator 3 in dem Posi tionsdetektor 1 erzeugt Zweiphasenimpulse gemäß dem Drehwin kel des Motors 2. Die in der Antriebssteuervorrichtung 11 und dem Positionsregler 5 angeordneten Zähler 4 und 6 zählen die Anzahl der von dem Zweiphasenimpulsgenerator 3 ausgegebenen Impulse, die ein Maß für die Ist-Position des Motors 2 sind.

Der Positionsregler 5 weist ferner einen Positionsbefehlsge nerator 26 auf, der ein Positionsbefehlssignal (Soll-Wert) an eine Positionssteuereinheit 7 liefert. Die Positionssteuer einheit 7 gibt gemäß dem von dem Positionsbefehlsgenerator 26 gelieferten Signal und dem von dem Zähler 6 gelieferten Si gnal ein Geschwindigkeitsbefehlssignal an die Antriebssteuer vorrichtung 11 aus.

Die Arithmetikeinheit 8 (CPU 8) liefert dann ein Steuersignal (Soll-Wert) an den Inverter 9 in Abhängigkeit von dem vom Zähler 4 gelieferten Signal, das gleichfalls die Anzahl der von dem Zweiphasenimpulsgenerator 3 gelieferten Impulse dar stellt, und dem von der Positionssteuereinheit 7 gelieferten Geschwindigkeitsbefehlssignal.

Nun wird nach Fig. 6 bis 8 der Betrieb der bereits vorge schlagenen Vorrichtung beschrieben. Fig. 7 und 8 veranschau lichen die Ausgangssignale des Zweiphasenimpulsgenerators 3 während der Vorwärts- bzw. Rückwärtsdrehung, die in Fig. 6 mit "A" bzw. "B" bezeichnet sind. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, eilen die Impulse des Signals A gegenüber denjenigen von Si gnal B um einen Phasenwinkel von 90 Grad voraus, und die An zahl der ausgegebenen Impulse ist proportional zu der Dreh winkelposition des Motors 2. Umgekehrt sind die Impulse des Signals A in Fig. 8 gegenüber dem Signal B um einen Phasen winkel von 90 Grad verzögert. Dementsprechend repräsentiert die Polarität der Phasenverschiebung zwischen dem Signal A und dem Signal B die Drehrichtung des Motors 2, während die Anzahl der Impulse der Signale A und B die Drehwinkelposition des Motors 2 angibt. Darüberhinaus ist die Frequenz der Im pulse repräsentativ für die Drehzahl des Motors 2.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, werden die Signale A und B in den Zähler 4 in der Steuervorrichtung 11 und ferner in den Zähler 6 in dem Positonsregler 5 eingegeben. Der Zähler 6 zählt die Anzahl der Impulse in den Signalen A und B, und die Positi onssteuereinheit 7 interpretiert diese Werte als Drehwinkel position des Motors 2. Die Positionssteuereinheit 7 liefert das Geschwindigkeitsbefehlssignal an die Antriebssteuerein richtung 11 in Abhängigkeit von dem von dem Positionsbefehls generator 26 erzeugten Signal und der aktuellen Position des Motors 2, wie sie durch das von dem Zähler 6 gelieferte Si gnal angegeben ist.

Der Zähler 4 in der Antriebssteuereinrichtung 11 zählt auch die Anzahl der Impulse in den Signalen A und B auf ähnliche Weise wie der Zähler 6 in dem Positionsregler 5. Die CPU 8 liest dann den Wert des Zählers 4 zu einer vorbestimmten Zeit "t". Ist der "n"-te Wert eingelesen und als P(n) dargestellt, dann berechnet die CPU 8 die aktuelle Geschwindigkeit V(n) des Motors 2 nach der folgenden Formel:

V(n) = (P(n) - P(n - 1))/t.

Dann gibt die CPU 8 in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeits befehlssignal von dem Positionsregler 5 und der aktuellen Ge schwindigkeit V(n) des Motors 2, wie sie aus den von dem Zäh ler 4 gelieferten Signalen berechnet ist, ein Steuersignal, das die Antriebsspannung des Motors 2 steuert, an den Inver ter 9 aus. Der Inverter 9 pulsbreitenmoduliert die von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung 10 gelieferte Energie in Abhängigkeit von dem Steuersignal und steuert dadurch die an den Motor 2 gelieferte Antriebsspannung.

Eine zweite bereits vorgeschlagene Vorrichtung, die eine An zeigeeinrichtung für die aktuelle Position des Motors 2 ver wendet, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. Die in Fig. 9 gezeigte Vorrichtung weist eine Geschwindigkeits einstelleinrichtung 30, eine Anzeigevorrichtung 36 für die aktuelle Position, einen Dekodierer 28, der die Daten des Zählers 6 in Anzeigedaten umsetzt, sowie eine Anzeige 29 auf. Die anderen Komponenten, die mit denen in der ersten bereits vorgeschlagenen Vorrichtung identisch sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden hier nicht be schrieben.

Wie bei der unter Bezug auf Fig. 6 beschriebenen, ersten be reits vorgeschlagenen Vorrichtung werden die von dem Zweipha senimpulsgenerator 3 in dem Positionsdetektor 1 erzeugten Zweiphasenimpulssignale A und B in den Zähler 4 in der An triebssteuervorrichtung 11 und in den Zähler 6 in der Anzei geeinrichtung 36 für die aktuelle Position eingegeben. Der Zähler 4 zählt die Anzahl der Impulse in den Zweiphasenim pulssignalen A und B, und die CPU 8 gibt das Steuersignal zum Steuern der Antriebsspannung aus, das an den Inverter 9 in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl von der Drehzahl einstelleinrichtung 30 und der Geschwindigkeit des Motors 2 geliefert wird, wie sie durch das von dem Zähler 4 gelieferte Signal angegeben ist. Der Zähler 6 zählt auch, auf ähnliche Weise wie der Zähler 4, die Anzahl der in den Zweiphasen impulssignalen A und B vorhandenen Impulse und gibt an den Dekodierer 28 ein Signal aus, das diesen Zählwert darstellt. Der Dekodierer 28 setzt dieses Signal in die Anzeigedaten um, die die Position des Motors angeben, und die Anzeigeeinrich tung 29 zeigt diese Daten an.

Eine dritte bereits vorgeschlagene Vorrichtung mit einem Po sitionsdetektor 12, der Positionsdaten einer Vorrichtung, wie z. B. eines Motors, in Form von seriellen Daten anstelle von Impulszügen ausgibt, wird nun unter Bezug auf Fig. 10 be schrieben.

Die in Fig. 10 gezeigte Vorrichtung weist einen Positions detektor 12 mit einer Positionsdaten-Erzeugungseinrichtung 13 und einer seriellen Datenübertragungseinrichtung 14 auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Antriebssteuervorrichtung 16 mit einer seriellen Datenempfangseinrichtung 15, einer CPU 8 und einem Inverter 9 auf. Weitere Komponenten, die mit den in Fig. 9 beschriebenen identisch sind, werden unter Bezug auf Fig. 10 hier nicht beschrieben.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, erzeugt die Positionsdaten-Erzeu gungseinrichtung 13 stets numerische Daten, die die Position des Motors 2 angeben. Die serielle Übertragungseinrichtung 14 setzt diese Daten in serielle Daten um und überträgt diese seriellen Daten zu der seriellen Datenempfangseinrichtung 15. Dabei ist bekannt, daß bei einer seriellen Übertragung binäre Daten in Serie jeweils mit einem Bit pro Zeiteinheit unter Verwendung einer einzigen Signalleitung übertragen werden. Die serielle Datenempfangseinrichtung 15 setzt die empfange nen seriellen Daten in Positionsdaten um, die mit der CPU 8 kompatibel sind.

Die CPU 8 liest diese Positionsdaten zu einem vorbestimmten Zeitpunkt "t" und berechnet die Geschwindigkeit V(n) des Mo tors nach der folgenden Gleichung:

V(n) = (PF(n) - PF(n - 1))/t.

Hier bezeichnen PF(n) und PF(n - 1) die zu einem Zeitpunkt t bzw. einem vorbestimmten Zeitintervall vor dem Zeitpunkt t gelesenen Positionsdaten.

Dann gibt die CPU 8 das Steuersignal zum Steuern der An triebsspannung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V(n) des Motors 2 und von dem von der Drehzahleinstelleinrichtung 30 gelieferten Geschwindigkeitsbefehlssignal an den Inverter 9 aus. Der Inverter 9 pulsbreitenmoduliert die von der Drei phasen-Wechselstromversorgung 10 gelieferte Energie in Abhängigkeit von dem Steuersignal, um dadurch die Antriebsspannung an den Motor 2 zu liefern.

Im Vergleich zu der ersten oder der zweiten bereits vorge schlagenen Vorrichtung, die in Fig. 6 bzw. Fig. 9 gezeigt sind, weist die dritte bekannte Vorrichtung von Fig. 10 weni ger Datenübertragungsleitungen auf, die zwischen den Positi onsdetektor 12 und die Antriebssteuervorrichtung 16 geschal tet sind. Damit lassen sich die Kosten reduzieren, und Ver drahtungsraum kann eingespart werden.

Allerdings ist die bekannte Antriebssteuervorrichtung von Fig. 10, die serielle Daten verwendet, nicht mit den Positi onsregelvorrichtungen von Fig. 6 und 9 kompatibel, die auf den Empfang von Zweiphasenimpulsen ausgelegt sind. Bei allen obengenannten, bereits vorgeschlagenen Vorrichtungen ist es auch unmöglich, den Betrieb der Antriebssteuervorrichtung und des Positionsreglers zu überprüfen oder zu verstellen, wenn die angetriebene Vorrichtung (z. B. der Motor) und der Positi onsdetektor nicht an die Antriebssteuervorrichtung ange schlossen sind.

Aus der EP 0 092 378 A1 ist eine Einrichtung zur Steuerung der Position eines beweglichen Maschinenelementes, z. B. einer Werkzeugmaschine, bekannt. Bei dieser Einrichtung ist ein Po sitionsdetektor zum Bestimmen der Lage des beweglichen Ele mentes und ein Drehzahlmesser an der Welle des Motors vorge sehen, der dem Antrieb des beweglichen Elementes dient. Der Drehzahlmesser liefert entsprechend der Drehgeschwindigkeit proportionale Impulsfolgen. Die Steuerung des Motors erfolgt dann in einem Rückkopplungszweig ausgehend von der Position des beweglichen Elementes und der momentanen Drehzahl des Mo tors. Aufgrund des verwendeten Rückkopplungsverfahrens ergeben sich jedoch Probleme dann, wenn ein schneller Lagewechsel des beweglichen Elementes erwünscht ist. Die Schwierigkeiten resultieren aus dem Einschwing- bzw. Überschwingverhalten einer derartigen bekannten Regelung.

Die US 4 529 922 zeigt eine Positioniereinrichtung für einen Rotationsantrieb, insbesondere mit wechselnden Drehrichtun gen. Ein Zwei-Phasen-Winkelimpulsgenerator dient der Bestim mung der Position bzw. der Lage einer Welle eines Elektromo tors. Mit Hilfe des Impulsgenerators kann eine Vorwärts- und Rückwärtsdrehung dadurch bestimmt werden, indem um einen be stimmten Phasenwinkel verschobene Impulse hinsichtlich ihres Vorauseilens erfaßt und die Anzahl der ausgegebenen Impulse bestimmt wird. Es kann also aus dem Vorzeichen der Phasenver schiebung die Drehrichtung und aus der Anzahl der Impulse in einer bestimmten Zeiteinheit die momentane Drehposition oder Drehlage des Motors bzw. der Welle des Motors erfaßt werden. Abweichungen von der Soll-Position werden auf diese Weise be stimmt. Eine Erhöhung der Auflösungen und damit der Positi onsgenauigkeit wird gemäß US 4 529 922 dadurch erreicht, daß eine zweifache Frequenzteilung vorgenommen wird, wobei im Er gebnis der zweiten Frequenzteilung ein Digital-Analog-Wandler ein analoges Signal bereitstellt, das über einen Addierer auf den Servoverstärker zum Antrieb des Motors gelangt. Ein wei terer Eingang des Addierers führt gemäß der dortigen Lehre das Ausgangssignal des Phasendetektors. Durch diese Maßnahme kann ohne Erhöhung der Frequenz der Impulsgeneratoren eine genauere Steuerung des Antriebes erfolgen. Eine Umschaltung der Betriebsarten der vorstehend genannten bekannten Lösungen ohne aufwendige Hard- oder Softwareänderungen ist jedoch nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Antriebes anzugeben, die so ausgelegt ist, daß sie sowohl Zwei-Phasen-Impulsdaten als auch serielle Da ten betreffend die Position und/oder die Geschwindigkeit des Antriebes mit geringem Hardwareaufwand verarbeiten kann, wo durch unter allen Umständen ein exaktes Betreiben des ent sprechenden Antriebes, z. B. eines Motors, möglich wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei der Unteranspruch eine zweckmäßige Ausgestaltung und Weiterbil dung umfaßt.

Wenn das die Position und/oder Geschwindigkeit des Antriebes repräsentierende Signal ein Zweiphasenimpulssignal ist, dann zählt ein Zähler die Zweiphasenimpulssignale und liefert in bekannter Weise Daten, die die Position der angetriebenen Vorrichtung darstellen, an einen Mikroprozessor in der Steu ervorrichtung. Anderenfalls, also wenn das Signal ein seriel les Datensignal ist, setzt eine serielle Datenempfangsein richtung dieses serielle Datensignal in Daten um, die mit dem Mikroprozessor kompatibel sind, und liefert diese umgesetzten Daten, die die Position der angetriebenen Vorrichtung dar stellen, an den Mikroprozessor.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann die Vorrichtung einen Vorrichtungssimulator aufweisen, um Daten zu liefern, die den Antrieb der Vorrichtung simulieren. Eine Schalteinrichtung liefert entweder diese simulierten Daten oder die konkreten Daten an den Mikroprozessor.

Demnach kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sein, daß sie wahlweise serielle Daten oder Zweiphasenimpulsdaten von dem Detektor empfängt und mit dem Posi tionsregler des Zweiphasenimpulstyps kompatibel ist.

Darüberhinaus ermöglicht es der Simulator, daß die Vorrich tung ein simuliertes Steuersignal erzeugt, wenn keine Vor richtung angetrieben wird. Damit läßt sich der Betrieb der Antriebssteuervorrichtung unabhängig von dem Detektor und vom Antrieb auf der Grundlage dieses simulierten Steuersignals verstellen und überwachen.

Die Erfindung soll anhand der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Antriebssteuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichtung des Betriebs der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Antriebssteuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des Simulators in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Antriebssteuervorrichtung nach einer dritten Ausführungsform;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer bekannten Antriebssteuervor richtung, die einen Positionsdetektor verwendet, der Zweiphasenimpulse ausgibt;

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Beispiels der von einem bekannten Positionsdetektor während der Vor wärtsdrehung eines Motors ausgegebenen Zweiphasen impulse;

Fig. 8 eine graphische Darstellung eines Beispiels der von dem bekannten Positionsdetektor während der Rück wärtsdrehung des Motors ausgegebenen Zweiphasen impulse;

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Antriebssteuer vorrichtung mit einer angeschlossenen, herkömmlichen Positionsanzeigeeinrichtung; und

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Steuervor richtung, die einen herkömmlichen Positionsdetektor verwendet, der serielle Daten ausgibt.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der Antriebssteuervorrichtung zeigt, und Fig. 2 veranschaulicht ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Vorrichtung von Fig. 1 darstellt.

Die Antriebssteuervorrichtung 22 weist eine CPU 17 auf, die an den Inverter 9 ein Steuersignal liefert, um die ange triebene Vorrichtung, wie z. B. einen Motor 2 oder dgl. zu steuern. Die CPU 17 liefert ferner ein Signal zur Einstellung eines Teilungsverhältnisses des Teilers 19 und darüberhinaus ein Signal zur Einstellung der Polarität der Phasenverschiebung eines Zweiphasenimpulsgenerators 20. Der Teiler 19 teilt einen von einem Oszillator 18 erzeugten Systemtaktimpuls in Abhängigkeit von einem von der CPU 17 eingestellten Teilungs verhältnis. Ein Zähler 21 zählt die Anzahl der von dem Zwei phasenimpulsgenerator 20 ausgegebenen Zweiphasenimpulse. Die anderen Komponenten sind die gleichen wie bei der herkömmli chen Vorrichtung und werden hier nicht noch einmal beschrie ben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erfaßt die Positionsdaten-Erzeu gungseinrichtung 13 die Drehwinkelposition des Motors 2 und gibt Signale aus, die diese Drehwinkelposition darstellen. Die serielle Datenübertragungseinrichtung 14 setzt diese Po sitionsdaten in serielle Positionsdaten um und überträgt die seriellen Positionsdaten zu der Antriebssteuervorrichtung 22. Die serielle Datenempfangseinrichtung 15 in der Antriebssteu ervorrichtung 22 setzt die seriellen Daten in Daten um, die mit der CPU 17 kompatibel sind.

Wie in Fig. 2 im Schritt S101 angedeutet ist, wartet die CPU 17, bis ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist. Dann liest die CPU 17 im Schritt S102 die von der seriellen Daten empfangseinrichtung 15 gelieferten Positionsdaten PF(n) und berechnet im Schritt S103 die Geschwindigkeit V(n) des Motors 2 nach der folgenden Gleichung:

V(n) = (PF(n) - PF(n - 1))/t.

Darin stellen PF(n) und PF(n - 1) die zu einem Zeitpunkt t bzw. in einem vorbestimmten Zeitintervall vor dem Zeitpunkt t eingelesenen Positionsdaten dar.

Im Schritt S104 gibt die CPU 17 dann das Steuersignal zum Steuern der Antriebsspannung wie bei den bekannten Vorrich tungen in Abhängigkeit von dem vom Positionsregler 5 gelie ferten Geschwindigkeitsbefehlssignal und von der berechneten Geschwindigkeit V(n) an den Inverter 9.

Als nächstes berechnet die CPU 17 im Schritt S105 die Differenz ΔPF(n) der Positionsdaten PF(n) aus den Werten der Positionsdaten, die an zwei der nächstfrüheren Zeitpunkte eingelesen wurden, nach der folgenden Gleichung:

ΔPF(n) = PF(n - 1) - PF(n - 2).

Dann liest die CPU 17 im Schritt S106 den von dem Zähler 21 gelieferten Wert PO(n), wobei dieser Zähler die Anzahl der von dem Zweiphasenimpulsgenerator 20 ausgegebenen Impulse zählt. Im Schritt S107 berechnet die CPU 17 die Differenz ΔPO(n) des Wertes von PO(n) des Zählers 21 von PO(n - 1), der zu einem früheren Zeitpunkt gelesen wurde, nach der folgenden Gleichung:

ΔPO(n) = PO(n) - PO(n - 1).

Im Schritt S108 berechnet die CPU 17 die Anzahl der von dem Zweiphasenimpulsgenerator 20 während der nächsten Abtast periode ausgegebenen Impulse ΔPd(n) nach der folgenden Glei chung:

ΔPd(n) = PF(n) + ((ΔPF(n - 1) - ΔPO(n)).

Im Schritt 109 berechnet die CPU 17 die Ausgangsfrequenz f0(n) des Zweiphasenimpulsgenerators nach der folgenden Glei chung:

f0(n) = ΔPd(n)/Ts;

worin Ts gleich einer Abtastperiode ist. Dann berechnet die CPU 17 im Schritt S110 das Teilungsverhältnis N nach der fol genden Gleichung:

N = fCLK/f0(n);

wobei fCLK gleich der Schwingfrequenz des Oszillators 18 ist. Im Schritt S111 gibt die CPU 17 das Teilungsverhältnis N an den Teiler 19 aus. Ist das Teilungsverhältnis N an den Teiler 19 geliefert, dann teilt der Teiler 19 den Ausgangsimpuls des Oszillators 18.

Der Zweiphasenimpulsgenerator 20 erzeugt dann Zweiphasen- Impulse mit einer Phasendifferenz von 90 Grad in Abhängigkeit von einem von der CPU 17 gelieferten Drehrichtungsbeurtei lungssignal und von dem von dem Teiler 19 gelieferten Impuls signal und gibt diese Zweiphasen-Impulse an den Positionsreg ler 5 aus. Der Zähler 6 in dem Positionsregler 5 zählt die Zweiphasen-Impulse und liefert ein Signal, das die Anzahl der Impulse darstellt, an die Positionssteuereinheit 7. Wie beim Stand der Technik entspricht die Anzahl der Impulse der Posi tion des Motors 2.

Die Positionssteuereinheit 7 gibt dann in Abhängigkeit von dem von der Positionsbefehl-Erzeugungseinrichtung 26 erzeug ten Positionsbefehl und von dem von dem Zähler 6 gelieferten Signal, das die Position des Motors 2 darstellt, das Ge schwindigkeitsbefehlssignal an die Antriebssteuervorrichtung 22 aus. Die CPU 17 erzeugt in Abhängigkeit von dem Geschwin digkeitsbefehlssignal ein Steuersignal und liefert dieses Steuersignal an den Inverter 9. Der Inverter 9 pulsbreiten moduliert die von der Dreiphasenwechselstromversorgung 10 ge lieferte Energie in Abhängigkeit von dem von der CPU 17 ge lieferten Steuersignal und steuert damit die von der Strom versorgung 10 an den Motor 2 gelieferte Antriebsspannung.

Dementsprechend ist die oben beschriebene Antriebssteuer vorrichtung 22 mit einem Positionsdetektor 12 des seriellen Datentyps und einem Positionsregler 5 kompatibel, der zum Empfang von Zweiphasenimpulsen ausgelegt ist. Ebenso kann eine Positionsanzeigeeinrichtung wie die bei der zweiten bekannten Vorrichtung von Fig. 9 gezeigte an die Antriebs steuervorrichtung 22 gemäß der oben beschriebenen Ausfüh rungsform angeschlossen werden, um die Position des Motors anzuzeigen.

Nun wird nach den in Fig. 3 und 4 gezeigten Blockdiagrammen eine zweite Ausführungsform beschrieben. Ein in Fig. 3 und 4 gezeigter Simulator 23 simuliert den Betrieb des Motors 2, so wie er von dem von der CPU 17 gelieferten Steuersignal ge steuert ist, das in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeits befehlssignal erzeugt wird, und gibt Signale aus, die die si mulierte Position des Motors 2 darstellen. Ein Schalter 24 schaltet zwischen dem Ausgang des Simulators 23 und dem Aus gang der ersten seriellen Datenempfangseinrichtung 15 um.

Wie bei der ersten Ausführungsform weist die Antriebs steuervorrichtung 22A einen Inverter 9, eine CPU 17, eine serielle Datenempfangseinrichtung 15, einen Oszillator 18, einen Teiler 19, einen Zweiphasenimpulsgenerator 20 und einen Zähler 21 auf. Diese Komponenten sind mit denjenigen der ersten Ausführungsform identisch und werden im folgenden nicht im einzelnen beschrieben.

Fig. 4 veranschaulicht eine detaillierte, beispielhafte Aus führungsform des Simulators 23 mit einem PI-Geschwindigkeits regler 31, einem Simulationsmodell 32 des Motors und einem Integrator 33. Das Geschwindigkeitsbefehlssignal VC wird am Eingang eingegeben, und das simulierte Geschwindigkeitssignal wird aus dem Simulationsmodell 32 ausgegeben.

Wird also der Schalter 24 in die Position C geschaltet, dann wird das Ausgangssignal des Simulators 23 in die CPU 17 ein gegeben, und die CPU 17, der Oszillator 18, der Teiler 19, der Zweiphasenimpulsgenerator 20 und der Zähler 21 arbeiten auf die gleiche Weise wie die bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Komponenten. Die von dem Zweiphasenimpulsgene rator 20 gelieferten Impulssignale werden in den Positions regler 5 eingegeben und von dem Zähler 6 gezählt. Wie bei der ersten Ausführungsform gibt die Positionssteuereinheit 7 in Abhängigkeit von dem von dem Zähler 6 gelieferten Zählwert signal und dem von dem Positionsbefehlsgenerator 26 erzeugten Positionsbefehlssignal den Geschwindigkeitsbefehl an die An triebssteuervorrichtung 22A aus. Ebenso wird dann, wenn der Schalter 24 in Position D geschaltet ist, der Ausgang aus der seriellen Datenempfangseinrichtung 15 in die CPU 17 eingege ben, und die Antriebssteuervorrichtung 22A arbeitet identisch wie bei der ersten Ausführungsform.

Nun wird der Betrieb des Simulators 23 nach Fig. 4 beschrie ben. Ist der Geschwindigkeitsbefehl VC in den Simulator 23 eingegeben, dann führt der PI-Regler 31 eine proportionale Regeloperation in Abhängigkeit von der Differenz des Ge schwindigkeitsbefehlssignals VC von dem simulierten Geschwin digkeitssignal SV durch und liefert ein Signal an das simu lierte Motormodell 32. Das simulierte Motormodell 32 gibt die simulierte Motorgeschwindigkeit auf der Grundlage eines ausgewählten Trägheitswertes J und einer Drehmomentkonstanten Kt aus. Der Integrator 33 integriert das simulierte Motorge schwindigkeitssignal SV und gibt ein Signal aus, das eine si mulierte Position des Motors 2 darstellt. Demnach läßt sich der Betrieb der zum Empfang von seriellen Daten ausgelegten Steuervorrichtung 22A überprüfen und einstellen, ohne daß wirklich ein Motor 2 angeschlossen ist. Ebenso kann eine Positionsanzeigeeinrichtung wie die für die herkömmliche Vor richtung in Fig. 9 gezeigte angeschlossen sein, um die Posi tion des Motors 2 oder die simulierte Position des simulier ten Motors anzuzeigen.

Fig. 5 stellt ein Blockdiagramm dar, das eine dritte, der zweiten ähnliche Ausführungsform zeigt. Bei dieser Ausfüh rungsform weist die Antriebssteuervorrichtung 22B einen Im pulswählschalter 25 auf, der gleichzeitig mit dem Wählschal ter 24 geschaltet wird. Wie bei der zweiten Ausführungsform weist die Antriebssteuervorrichtung 22B ferner einen Inverter 9, eine CPU 17, einen Simulator 23, einen Wählschalter 24, einen Zähler 4, einen Oszillator 18, einen Teiler 19, einen Zweiphasenimpulsgenerator 20, einen Zähler 21 und einen Im pulswähler 25 auf, die mit den Komponenten der in Fig. 3 ge zeigten zweiten Ausführungsform identisch sind und nicht be schrieben werden.

Beim Betrieb der dritten Ausführungsform werden der Wähl schalter 24 und der Impulswählschalter 25 auf Position C ge setzt. Dann wird das die simulierte Position des Motors darstellende Signal in Abhängigkeit von dem von dem Posi tionsregler 5 gelieferten Geschwindigkeitsbefehlssignal von dem Simulator 23 ausgegeben. Dieses simulierte Signal wird in die CPU 17 eingegeben, und die CPU 17, der Oszillator 18, der Teiler 19, der Zweiphasenimpulsgenerator 20 und der Zähler 21 arbeiten auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausfüh rungsform. Daraufhin werden die von dem Zweiphasenimpuls generator 20 ausgegebenen Zweiphasenimpulse mit einer Phasen differenz von 90 Grad über den Impulswählschalter 25 an den Positionsregler 5 geliefert. Der Positionsregler 5 gibt dann auf ähnliche Weise wie bei der ersten und zweiten Ausfüh rungsform das Geschwindigkeitsbefehlssignal an die Antriebs steuervorrichtung 22B aus.

Alternativ werden der Wählschalter 24 und der Impulswähl schalter 25 in Position D geschaltet, um das Ausgangssignal von dem Zähler 4 an die CPU und die von dem Positionsdetektor (vgl. Fig. 1) gelieferten Zweiphasenimpulse an den Positions regler 5 zu liefern. Demnach wird dann die Antriebssteuerein richtung der dritten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie die herkömmliche, in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung arbei ten.

Damit läßt sich der Betrieb der Steuervorrichtung 22B, die zum Empfang von Zweiphaseneingangsimpulsen ausgelegt ist, überprüfen und einstellen, ohne daß wirklich ein Motor 2 an geschlossen ist. Ebenso kann eine Positionsanzeigeeinrichtung wie die für die herkömmliche Vorrichtung in Fig. 9 gezeigte angeschlossen werden, um die Position des Motors 2 oder die simulierte Position des simulierten Motors anzuzeigen.

In den Fig. 1 bis 10 der Zeichnungen haben die Bezugszeichen jeweils folgende Bedeutung

1

Positionsdetektor

2

Motor

3

Zweiphasenimpulsgenerator

4

Zähler

5

Positionsregler

6

Zähler

7

Positionssteuereinheit

8

CPU bzw. Arithmetikeinheit

9

Inverter

10

Stromversorgung

11

Antriebssteuervorrichtung

12

Positionsdetektor

13

Positionsdaten-Erzeugungseinrichtung

14

Serielle Datenübertragungseinrichtung

15

Serielle Datenempfangseinrichtung

16

Antriebssteuervorrichtung

17

CPU

18

Oszillator

19

Teiler

20

Zweiphasenimpulsgenerator

21

Zähler

22

A Steuervorrichtung

22

B Steuervorrichtung

23

Simulator

24

Wählschalter

25

Wählschalter

26

Positionsbefehlsgenerator

27

28

Dekodierer

29

30

Geschwindigkeits- bzw. Drehzahleinstelleinrichtung

31

PI-Geschwindigkeitsregler

32

Simulationsmodell

33

Integrator

34

Simulierte Motorgeschwindigkeit

36

Positionsanzeigeeinrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern eines Antriebes
mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Positions befehlssignals (Soll-Wert);
mit einer Einrichtung zum Abtasten der Position und/oder der Geschwindigkeit des Antriebes sowie zur Erzeugung von entsprechenden Daten, die den momentanen Zustand des Antriebes darstellen;
mit einem Positionsregler, der zum Empfang von Zweiphasen-Impulssignalen ausgelegt ist;
mit einem Zweiphasen-Impulsgenerator und einer CPU, welche Steuersignale zum Steuern des Antriebes lie fert; und
mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Geschwin digkeitsbefehlssignals in Abhängigkeit von dem Po sitionsbefehlssignal (Soll-Wert) und der Anzahl der Zweiphasen-Impulse der Ausgangssignale eines Zwei phasen-Impulsgenerators, welche ein Maß für die ak tuelle Position des Antriebes (Ist-Wert) ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Falle seriell übertragener Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten ein Teiler (19) ein von einem Oszillator (18) geliefertes Taktimpulssignal in einem von der CPU (17) vorgegebenen Verhältnis teilt, wobei das Ausgangssignal des Teilers (19) auf den Eingang eines Zweiphasen-Impulsgenerators (20) gelangt,
daß die Polarität der Phasenverschiebung der Ausgangs signale des Zweiphasen-Impulsgenerators (20), welche ein Maß für die Drehrichtung des Antriebes ist, mittels der CPU (17) einstellbar ist,
daß ein Zähler (21) die Zweiphasen-Impulse zählt und das Zählergebnis (Ist-Wert) auf einen Eingang der CPU (17) gelangt, wobei die CPU (17) auf der Basis der seriell übertragenen Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten das Teilungsverhältnis für den Teiler (19) und die Pola rität der Phasenverschiebung der Ausgangssignale des Zweiphasen-Impulsgenerators (20) berechnet, und die CPU (17) in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehlssi gnal, von den seriell übertragenen Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten, von der Anzahl der Zweiphasen- Impulse der Ausgangssignale des Zweiphasen-Impulsge nerators (20) (Ist-Wert) und von der Polarität der Pha senverschiebung der Ausgangssignale des Zweiphasen- Impulsgenerators (20) ein Steuersignal für den Antrieb (2) liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CPU (17) anhand der von einer seriellen Daten empfangseinrichtung (15) gelieferten Positionsdaten PF(n) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne die Ge schwindigkeit V(n) des Antriebes nach der Beziehung
V(n) = (PF(n) - PF(n - 1))/t
bestimmt,
anschließend die Differenz ΔPF(n) der Positionsdaten PF(n) zu früheren Zeitpunkten nach der Beziehung
ΔPF(n) = PF(n - 1) - PF(n - 2)
ermittelt,
weiterhin die Differenz ΔPO(n) der vom Zähler (21) aus gegebenen Impulse bezogen auf einen früheren Zählwert nach der Beziehung
ΔPO(n) = PO(n) - PO(n) - PO(n - 1)
berechnet,
daraufhin die Anzahl der vom Zweiphasen-Impulsgenerator (20) auszugebenden Impulse ΔPd(n) nach der Beziehung
ΔPd(n) = PF(n) + ((ΔPF(n - 1) - ΔPO(n))
bestimmt,
wobei anschließend die einzustellende Ausgangsfrequenz f0(n) des Zweiphasen-Impulsgenerators (20) nach der Be ziehung
f0(n) = ΔPd(n)/Ts
mit Ts gleich einer Abtastperiode berechnet wird und das aktuelle Teilungsverhältnis N nach der Beziehung N = fCLK/f0(n)
mit fCLK gleich der Schwingfrequenz des Oszillators (18) bestimmt wird.