DE4413874C1

DE4413874C1 - Embroidery frame drive

Info

Publication number: DE4413874C1
Application number: DE4413874A
Authority: DE
Inventors: Werner Eder; Eric Feldbausch; Peter Dr Mitschang
Original assignee: GM Pfaff AG
Current assignee: GM Pfaff AG
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: KR0153361B1; JP2749533B2; JPH07302120A; KR950031370A; TW318871B

Abstract

The mechanism to position a machine component (1) through a coupled drive (2, 3)has an elastic coupling (6, 7) between the component (1) and the drives (2, 3) to increase the frequency of its natural vibration. The component (1) is part of a control stage (22). The drives (2, 3) are connected to a nominal value transmitter (21), which delivers a nominal value for the natural vibration through the effect of insertion of the elastic coupling (6, 7) on the rigid body vibration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Maschine oder einem Maschinenbauteil (beides im folgenden als Last bezeichnet) und einem zur Positionierung der Last mit dieser gekoppelten Antriebselement gemäß den Merkmalen des Oberbe griffs des Anspruchs 1.The invention relates to a device with a machine or a machine component (both referred to below as a load designated) and one for positioning the load with it coupled drive element according to the characteristics of the Oberbe handles of claim 1.

Aufgrund der dynamischen Eigenschaften von zu positionieren den Lasten sind der Positioniergenauigkeit und damit auch der Positioniergeschwindigkeit Grenzen gesetzt. Obwohl das An triebselement der Last durch das zur Verfügung stehende An triebsmoment z. B. eine höhere Drehzahl realisieren könnte, kann diese nicht eingesetzt werden, da die Last ab einer gewissen Grenzdrehzahl aufgrund von Eigenschwingungen die geforderte Positioniergenauigkeit nicht einhalten kann. Diese Grenzdrehzahl des Antriebselementes hängt häufig direkt mit der Eigenfrequenz der Last zusammen. Die erste Eigenform der Last wird dann von der Antriebsgrundfrequenz bzw. einer Har monischen der Grundfrequenz oder der halben Grundfrequenz angeregt. Da es sich in der Regel um sehr komplexe Schwin gungsformen (z. B. Biegeschwingungen, Torsionsschwingungen etc.) handelt, können diese mit vertretbarem Aufwand nicht ausgeregelt oder überfahren werden. Due to the dynamic properties of positioning the loads are the positioning accuracy and thus the Positioning speed set limits. Although the An drive element of the load through the available An driving torque z. B. could realize a higher speed, can not be used because the load from one certain limit speed due to natural vibrations cannot maintain the required positioning accuracy. These Limit speed of the drive element is often directly related the natural frequency of the load. The first mode of the Load is then from the basic drive frequency or a Har monic of the fundamental frequency or half the fundamental frequency excited. Since it is usually a very complex Schwin forms (e.g. bending vibrations, torsional vibrations etc.), they cannot with reasonable effort be adjusted or run over.

Ein typisches Beispiel für diesen Sachverhalt stellt das dynamische Verhalten von Stickrahmen großer Mehrkopfstick automaten dar, wie sie beispielsweise aus der DE 26 43 291 A1 bekannt sind. Die erste Eigenfrequenz eines derartigen Rahmens liegt bei relativ niedrigen Frequenzen (beispielsweise bei 40 Hz) und ist auf die Bewegung (Biegung) des Rahmens quer zur Längsrichtung (Y-Richtung) zurückzuführen. Die entsprechende Eigenschwingungsform eines derartigen Biegeschwingers ist außerordentlich komplex und führt zu einer starken Verzerrung des Stickbildes. Insbesondere sind die Eigenfrequenz und die Eigenschwingungsform ortsabhängig, d. h. sie sind abhängig von der jeweiligen Stellung des Stickrahmens.This is a typical example of this dynamic behavior of hoop large multi-head embroidery automats, as for example from DE 26 43 291 A1 are known. The first natural frequency of such a frame is at relatively low frequencies (for example 40 Hz) and is based on the movement (bending) of the frame across Longitudinal direction (Y direction). The corresponding Natural vibration form of such a bending vibrator is extremely complex and leads to strong distortion of the embroidery picture. In particular, the natural frequency and the Mode of natural vibration depending on location, d. H. they are dependent on the respective position of the embroidery frame.

Aus der DE 43 35 092 A1 ist ferner eine Vorschubvorrichtung für ein bewegliches Teil bekannt, welche die Fähigkeit hat, die Position einer Zwischenabstützung derart zu steuern, daß die Eigenschwingungsfrequenz der Vorschubspindelwelle in effektiver Weise erhöht wird und hierdurch die Schwingungen der Vorschubspindelwelle reduziert werden.DE 43 35 092 A1 is also a feed device known for a moving part that has the ability to control the position of an intermediate support such that the natural vibration frequency of the feed spindle shaft in is effectively increased and thereby the vibrations the feed spindle shaft can be reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, daß die Eigenfrequenz einer vorhandenen Laststruktur wesentlich ange hoben wird, so daß auch die Positioniergeschwindigkeit der Antriebselemente entsprechend größer sein kann, ohne daß die Positioniergenauigkeit dadurch vermindert wird.The invention has for its object a device to further develop the type mentioned at the outset such that the Natural frequency of an existing load structure is significantly indicated is raised, so that the positioning speed of the Drive elements can be correspondingly larger without the Positioning accuracy is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1, 2 oder 4 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. This object is achieved by the features of characterizing parts of claims 1, 2 or 4 solved. Further particularly advantageous embodiments of the invention disclose the subclaims.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, zur Verschiebung der Eigenfrequenz der Laststruktur zu höheren Frequenzwerten das Antriebselement mit der Last über ein elastisches Koppelelement (im folgenden auch als Weichheit bezeichnet) zu koppeln. Die Frequenzverschiebung der Last struktur führt in diesem Fall zwar zu einer zusätzlichen in der Regel im Arbeitsbereich (Drehzahlbereich) des Antriebs elementes liegenden Eigenschwingung, doch läßt sich diese Eigenschwingung auf einfache Weise durch ein das Gesamtsystem überspannenden Regler ausregeln bzw. durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebselementes kompensieren. Denn die zusätzliche Eigenschwingung tritt in einem Frequenz bereich auf, bei dem die eigentliche mechanische Laststruktur als Starrkörper betrachtet werden kann und mit der einge brachten Weichheit einen Ein-Massen-Schwinger bildet.The invention is essentially based on the idea of Shift of the natural frequency of the load structure to higher ones Frequency values the drive element with the load over a elastic coupling element (hereinafter also called softness referred to) to couple. The frequency shift of the load In this case, structure leads to an additional in usually in the operating range (speed range) of the drive elemental natural vibration, but this can be Natural vibration in a simple way through that Adjust the entire system spanning controller or by a Compensate the corresponding control of the drive element. Because the additional natural vibration occurs in one frequency area where the actual mechanical load structure can be regarded as a rigid body and with the brought softness forms a one-mass vibrator.

Sofern eine Positionierung der Laststruktur in mehreren Rich tungen erfolgen soll, muß in der Regel eine Entkopplung der Eigenfrequenzen bzw. Eigenformen der Laststruktur erfolgen. Dieses bedeutet, daß alle entsprechenden Positionierantriebe jeweils über eine Weichheit mit der Last gekoppelt werden müssen, so daß die Last hinsichtlich jeder Positionierrich tung einen Ein-Massen-Schwinger bildet.If the load structure is positioned in several Rich lines should take place, a decoupling of the Natural frequencies or modes of the load structure take place. This means that all corresponding positioning drives each coupled to the load via a softness must, so that the load with respect to each positioning device forms a one-mass oscillator.

Anders als die Eigenschwingungsform der Laststruktur ohne Einfügung einer Weichheit ist die Eigenfrequenz und die Eigenschwingungsform des Ein-Massen-Schwingers ortsun abhängig. Im Falle eines schwingenden Stickrahmens bedeutet dieses also, daß die Eigenfrequenz und die entsprechende Eigenform nicht mehr von der Rahmenstellung selbst abhängt.Unlike the natural vibration form of the load structure without Inserting a softness is the natural frequency and the Natural mode of vibration of the one-mass vibrator dependent. In the case of a swinging hoop means this is that the natural frequency and the corresponding Eigenform no longer depends on the frame position itself.

Bei der vorgeschlagenen Lösung handelt es sich also um ein tief abgestimmtes System, d. h. die erste Eigenfrequenz des aus Weichheit und Last bestehenden Gesamtsystems wird durch das Einbringen einer Starrkörpereigenfrequenz abgesenkt bei gleichzeitiger Anhebung der ersten Eigenfrequenz der Last struktur.The proposed solution is therefore a deeply tuned system, d. H. the first natural frequency of the overall system consisting of softness and load is the introduction of a rigid body natural frequency lowered simultaneous increase of the first natural frequency of the load structure.

Die Berücksichtigung der Eigenfrequenz des Ein-Massen- Schwingers bei einem gesteuerten System erfolgt vorzugsweise dadurch, daß der Sollwert, der z. B. im Falle eines Stickrahmens die gewünschte Rahmenbewegung repräsentiert, durch die inverse Übertragungsfunktion des Ein-Massen-Schwin gers (Weichheit und Last) derart korrigiert wird, daß ein Betrieb in der ersten Eigenfrequenz (Starrkörperschwingung) zu dem gewünschten Positionierverhalten führt. Dabei muß in der Regel beachtet werden, daß diverse Störgrößen das mecha nische System leicht verstimmen können, so daß das ideale Modell des Ein-Massen-Schwingers nicht mehr genau zutrifft und die Übertragungsfunktion zur Ableitung des Sollwertes empirisch modifiziert werden muß.Taking into account the natural frequency of the one-mass Schwingers in a controlled system is preferably done in that the setpoint, the z. B. in the case of a Embroidery frame represents the desired hoop movement, through the inverse transfer function of the one-mass Schwin gers (softness and load) is corrected so that a Operation in the first natural frequency (rigid body vibration) leads to the desired positioning behavior. It must be in As a rule, it should be noted that various disturbances cause the mecha African system can easily detune, so that the ideal Model of the one-mass transducer no longer applies exactly and the transfer function for deriving the setpoint must be modified empirically.

Störgrößen eines Ein-Massen-Schwingers können im wesentlichen nur Steifigkeits-, Massen- und eventuell Dämpfungsschwankun gen sein. Da Steifigkeit und Dämpfung in der Regel als weit gehend konstant angesehen werden können, handelt es sich bei der eigentlichen Störgröße um die Massenveränderung. Diese tritt allerdings, z. B. im Falle eines Stickrahmens, nicht beim Sticken selbst auf, sondern ist durch den wechselnden Anwendungsfall begründet. Zur Berücksichtigung dieser Stör größe wird vor dem Betrieb (z. B. im Falle einer Stickmaschine vor dem Stickstart ) der Last durch eine Drehmoment- und Beschleunigungsmessung die gerade gültige Ersatzmasse der Last bestimmt und das Ein-Massen-Schwinger-Modell entspre chend angepaßt.Disturbances of a one-mass vibrator can essentially only stiffness, mass and possibly damping fluctuations be. Because stiffness and damping are generally considered to be wide can be viewed constantly, it is about the actual disturbance variable around the mass change. These occurs, however. B. in the case of an embroidery hoop, not when embroidering on yourself, but is due to the changing Use case justified. To take this sturgeon into account size is before operation (e.g. in the case of an embroidery machine before the stick start) the load by a torque and Acceleration measurement is the currently valid replacement mass of the Load determined and the one-mass transducer model corresponds adapted accordingly.

Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung bilden Weichheit und Last einen Teil einer Regelstrecke, so daß man in diesem Fall den Aufwand für die durch Störgrößen notwendig gewordene Modifikation der Sollwertvorgabe einsparen kann.In a further embodiment of the invention, softness is formed and load part of a controlled system, so that in this Case the effort for those that became necessary due to disturbance variables Modification of the setpoint specification can save.

Als Weichheit kann zwischen Motorwelle und Last beispiels weise eine Torsionsfeder, ein Torsionsstab, eine weiche Kupplung, aber auch ein entsprechend elastischer Riemen oder dgl. angeordnet werden. Die Steifigkeit des elastischen Kop pelelementes bestimmt dabei das Verhalten des Ein-Massen- Schwingers und muß derart festgelegt werden, daß man bei einem realistisch erreichbaren Momentenverlauf an der Motor welle eine möglichst hohe erste Eigenfrequenz der Laststruk tur erhält.For example, softness can exist between the motor shaft and the load wise a torsion spring, a torsion bar, a soft one Coupling, but also a suitably elastic strap or Like. Be arranged. The rigidity of the elastic head pelelementes determines the behavior of the one-mass Schwingers and must be set so that one at a realistically achievable torque curve on the engine wave the highest possible natural frequency of the load structure tur receives.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Antrieb ein Servomotor in Verbindung mit einem entsprechenden Lageregler verwendet. Dabei übernimmt der Servomotor selbst die Funktion der Weichheit, so daß auf ein separates weiches Koppelelement verzichtet werden kann. Die Federkonstante des weichen Antriebselementes entspricht in diesem Fall dem P- Anteil des Lagereglers und kann zu jeder Zeit auf einfache Art und Weise der Laststruktur angepaßt werden. Außerdem sind die dynamischen Anforderungen an den Servoantrieb in diesem Fall in der Regel geringer als bei Verwendung eines Motors mit gekoppelter separater Weichheit. Auch bei dieser Vor richtung kann die Eigenfrequenz und die Eigenschwingungsform des Ein-Massen-Schwingers sowohl mittels eines Steuerkreises (der vorzugsweise auch als adaptiver Steuerkreis ausgebildet sein kann) als auch mittels eines Regelkreises berücksichtigt werden.In an advantageous development of the invention is as Drive a servo motor in connection with a corresponding one Position controller used. The servo motor itself does this the function of softness, so that on a separate soft Coupling element can be dispensed with. The spring constant of the soft drive element corresponds in this case to the P- Share of the position controller and can easily at any time Type of load structure can be adjusted. Also are the dynamic requirements for the servo drive in this Usually less than when using an engine with coupled separate softness. Even with this before direction can be the natural frequency and the natural vibration form of the one-mass vibrator both by means of a control circuit (which is preferably also designed as an adaptive control circuit can be) and also taken into account by means of a control loop become.

Erfindungsgemäß lassen sich die vorgenannten verschiedenen Ausführungsbeispiele besonders vorteilhaft bei Stickmaschinen anwenden, bei denen die Positionierung des Stickrahmens so wohl in Längsrichtung (X-Richtung) als auch in Querrichtung (Y-Richtung) durch entsprechende Motoren als Antriebselemente erfolgt. Dabei ist sowohl in den X-Antrieb als auch in den Y- Antrieb eine entsprechende Weichheit eingebaut, um eine vollständige Entkopplung der Eigenfrequenzen und Eigenformen (der Ein-Massen-Schwingungen) zu gewährleisten. Die Weichheit ist hierbei jeweils vor der gesamten kritischen Laststruktur - also in diesem Fall vor dem eigentlichen Stickrahmen mit Antriebsriemen - angeordnet. Dies kann beispielsweise auf der Antriebswelle zwischen Motor und Antriebsriemen passie ren. Bei Verwendung eines Übersetzungsgetriebes kann die Weichheit sowohl vor als auch nach dem Getriebe angeordnet werden.According to the invention, the aforementioned various Embodiments particularly advantageous in embroidery machines apply where the positioning of the embroidery hoop so probably in the longitudinal direction (X direction) as well as in the transverse direction (Y direction) by appropriate motors as drive elements he follows. Here, both in the X drive and in the Y Appropriate softness built into a drive complete decoupling of the natural frequencies and modes (the one-mass vibrations). The softness is in front of the entire critical load structure - in this case with the actual hoop Driving belt - arranged. This can be due to, for example the drive shaft between the engine and drive belt passie ren. When using a transmission gear, the Softness arranged both before and after the gear become.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs beispielen. Es zeigen:Further details and advantages of the invention emerge from the following embodiment explained with reference to figures examples. Show it:

Fig. 1 schematisch einen Stickrahmen mit zwei über weiche Kopplungselemente (Weichheiten) verbundenen Antriebs elementen; Fig. 1 shows schematically an embroidery frame with two drive elements connected via soft coupling elements (softness);

Fig. 2A und 2B jeweils ein Amplitudenspektrum des in Fig. 1 dargestellten Stickrahmens ohne (Fig. 2A) und mit (Fig. 2B) Weichheit; . Figs. 2A and 2B are respectively an amplitude spectrum of the frame shown in Fig Stick 1 without (Fig. 2A) and with (Fig. 2B) softness;

Fig. 3A und 3B die sich bei der ersten Eigenfrequenz des in Fig. 1 dargestellten Stickrahmens ohne (Fig. 3A) und mit (Fig. 3B) Weichheit ergebenden Eigenschwingungsformen; FIGS. 3A and 3B show the natural vibration shapes resulting at the first natural frequency of the embroidery frame shown in FIG. 1 without ( FIG. 3A) and with ( FIG. 3B) softness;

Fig. 4 einen Signalflußplan einer Steuerkette des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles; FIG. 4 shows a signal flow diagram of a control chain of the exemplary embodiment shown in FIG. 1;

Fig. 5 einen Signalflußplan eines Regelkreises unter Einbe ziehung des in Fig. 1 dargestellten Stickrahmens in die Regelstrecke und Fig. 5 is a signal flow diagram of a control loop including the embroidery hoop shown in Fig. 1 in the controlled system and

Fig. 6 einen Signalflußplan eines weiteren Ausführungsbei spieles, bei dem die Weichheit durch einen Servomotor mit einem entsprechenden Regler realisiert wird. Fig. 6 is a signal flow diagram of another game Ausführungsbei, in which the softness is realized by a servo motor with an appropriate controller.

In Fig. 1 ist mit 1 ein an sich bekannter Stickrahmen eines Mehrkopfstickautomaten dargestellt, der sowohl in X- als auch in Y-Richtung mittels entsprechender Antriebselemente 2, 3, bei denen es sich um Motoren (beispielsweise Servomotoren oder Schrittmotoren) handelt, positioniert wird. Hierzu sind die Motorwellen 4, 5 der Motoren 2, 3 erfindungsgemäß über ein elastisches Koppelelement (Weichheit), z. B. eine Torsionsfeder 6, 7, jeweils mit einer dem Stickrahmen 1 zugeordneten Antriebswelle 8, 9 verbunden, die wiederum in an sich bekannter Weise über Riemen 10-14 den Stickrahmen 1 bewegen.In Fig. 1, 1 shows a known embroidery frame of a multi-head embroidery machine, which is positioned both in the X and Y directions by means of corresponding drive elements 2 , 3 , which are motors (for example servomotors or stepper motors) . For this purpose, the motor shafts 4 , 5 of the motors 2 , 3 according to the invention via an elastic coupling element (softness), for. B. a torsion spring 6 , 7 , each connected to a drive shaft 8 , 9 assigned to the embroidery frame 1 , which in turn move the embroidery frame 1 in a manner known per se via belts 10-14 .

Der Ablauf der Positionierbewegung wird mittels in Fig. 1 nur schematisch dargestellter Steuer- bzw. Regeleinrichtungen 15, 16 vorgegeben. Diese Steuer- bzw. Regeleinrichtungen dienen außerdem für die weiter unten noch beschriebene Kompensation der durch die Weichheiten sich ergebenden Eigenschwingungen bzw. Eigenformen des Rahmens 1.The course of the positioning movement is predetermined by means of control or regulating devices 15 , 16 which are only shown schematically in FIG. 1. These control or regulating devices also serve for the compensation of the natural vibrations or natural shapes of the frame 1 resulting from the softness, which will be described further below.

In den Fig. 2A und 2B sind jeweils ein Amplitudenspektrum (f) des Rahmens 1 dargestellt, wobei aus Gründen einer bes seren Übersicht lediglich Positionierbewegungen in Quer richtung (Y-Richtung) des Rahmens 1 berücksichtigt sind (für die Bewegungen des Rahmens 1 in X-Richtung gelten die folgen den Betrachtungen hinsichtlich des Ein-Massen-Schwingers sinngemäß, da der entsprechende Antrieb 2 ebenfalls über eine Weichheit 6 mit dem Rahmen 1 verbunden ist, so daß die Eigenfrequenzen der Starrkörperbewegungen der Rahmenstruktur in X- und Y-Richtung voneinander entkoppelt sind). Bei direkter Kopplung der Motorwelle 5 mit der Welle 9 ergibt sich eine erste Eigenfrequenz f_S der schwingenden Rahmenstruktur, die bei etwa 40 Hz liegt (Fig. 2A) und die zu der in Fig. 3A dargestellten Eigenschwingungsform des Rahmens 1 führt (die Ausgangslage des Rahmens 1 ist in den Fig. 3A und 3B gestrichelt dargestellt). Fügt man zwischen der Motorwelle 5 und der Antriebswelle 9 die Weichheit 7 ein (Fig. 1), so verschiebt sich die Eigenfrequenz f_S der Rahmenstruktur auf z. B. 65 Hz (Fig. 2B; die dieser Eigenfrequenz zugeordneten Eigenschwingungsform des Rahmens 1 entspricht wiederum Fig. 3A). Zusätzlich erhält man aber eine Eigenfrequenz f_E bei z. B. 15 Hz, die im wesentlichen der aus Weichheit 7 und Punktmasse des Rahmens 1 entsprechenden Frequenz eines Ein- Massen-Schwingers entspricht. Die dieser Eigenfrequenz f_E entsprechende Eigenschwingungsform des Rahmens 1 ist in Fig. 3B wiedergegeben und stellt im wesentlichen lediglich eine Schwingung des Rahmens 1 in Y-Richtung dar.In FIGS. 2A and 2B, an amplitude spectrum (f) of the frame 1 are respectively shown, in which for reasons of bes sera clarity, only positioning movements in the transverse direction (Y-direction) of the frame 1 into account are (for the movements of the frame 1 in X -Direction apply the following considerations with regard to the one-mass vibrator analogously, since the corresponding drive 2 is also connected to the frame 1 via a softness 6 , so that the natural frequencies of the rigid body movements of the frame structure are decoupled from one another in the X and Y directions are). Direct coupling of the motor shaft 5 to the shaft 9 results in a first natural frequency f _{S of} the vibrating frame structure, which is approximately 40 Hz ( FIG. 2A) and which leads to the natural vibration form of the frame 1 shown in FIG. 3A (the starting position of the Frame 1 is shown in dashed lines in FIGS. 3A and 3B). If one adds the softness 7 between the motor shaft 5 and the drive shaft 9 ( FIG. 1), the natural frequency f _{S of} the frame structure shifts to z. B. 65 Hz ( FIG. 2B; the natural vibration form of the frame 1 assigned to this natural frequency again corresponds to FIG. 3A). In addition, you get a natural frequency f _E at z. B. 15 Hz, which essentially corresponds to the softness 7 and point mass of the frame 1 corresponding frequency of a one-mass oscillator. The natural frequency of this f _e corresponding to the natural vibration shape of the frame 1 is shown in Fig. 3B reproduced and essentially represents only a vibration of the frame 1 in the Y direction.

Anders als die in Fig. 3A dargestellte Eigenschwingungsform des Stickrahmens, läßt sich die in Fig. 3B dargestellte Eigenschwingungsform bei der Positionierung des Rahmens 1 mittels des Motors 3 auf relativ einfache Weise kompen sieren. Dieses wird im folgenden mit Hilfe der Fig. 4-6 näher erläutert:Unlike the natural vibration shape of the embroidery frame shown in FIG. 3A, the natural vibration shape shown in FIG. 3B can be compensated for in a relatively simple manner when the frame 1 is positioned by means of the motor 3 . This is explained in more detail below with the aid of FIGS. 4-6:

In Fig. 4 ist wiederum der für die Y-Positionierung des Rah mens 1 erforderliche Motor mit 3 (im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel handelt es sich um einen Servomotor) und die entsprechende Motorwelle mit 5 bezeichnet. Die Welle 5 ist über die Weichheit 7 und eine Dämpfung 17 (welche die Dämpfung der Steuerstrecke wiedergibt) mit dem als Massenpunkt dargestellten Rahmen 1 verbunden. Von der Welle 5 des Motors 3 erfolgt mittels einer Leitung 18 in an sich bekannter Weise eine Reglerrückführung zu einem dem Motor 3 zugeordneten Lageregler 19 mit einem PID-Regler 20. Mit dem Lageregler 19 ist ein Sollwertgeber 21 verbunden, der eine Führungsgröße (Sollwert) erzeugt, die zu dem gewünschten Bewegungsverhalten des Rahmens führt. Hierzu wird der ideale Sollwert (Sollwert, der zu einer Motorwellenbewegung führt, die die gewollte Rahmenbewegung erzeugen würde) durch Multiplikation mit der inversen Übertragungsfunktion der Steuerstrecke 22 so ver fälscht, daß die reale Strecke 22 schließlich das gewünschte Bewegungsverhalten zeigt. Die in Fig. 3B dargestellte Eigen schwingungsform wird bei diesem Ausführungsbeispiel also durch Modifikation des an dem Lageregler 19 anliegenden Sollwertes kompensiert.In Fig. 4 again the required for the Y-positioning of the frame men 1 motor with 3 (in the illustrated embodiment, it is a servo motor) and the corresponding motor shaft with 5 . The shaft 5 is connected to the frame 1 shown as a mass point via the softness 7 and a damping 17 (which reflects the damping of the control path). A controller 18 returns from the shaft 5 of the motor 3 by means of a line 18 in a manner known per se to a position controller 19 associated with the motor 3 with a PID controller 20 . A setpoint generator 21 is connected to the position controller 19 and generates a reference variable (setpoint) which leads to the desired movement behavior of the frame. For this purpose, the ideal target value (target value, which leads to a motor shaft movement that would produce the desired frame movement) by multiplying by the inverse transfer function of the control path 22 so falsified that the real path 22 finally shows the desired movement behavior. The natural waveform shown in FIG. 3B is thus compensated for in this exemplary embodiment by modifying the setpoint value applied to the position controller 19 .

Eine andere Möglichkeit der Kompensation der durch die Weich heit 7 (Fig. 1) erzeugten unteren Eigenfrequenz f_E zeigt FFig. 5.Another possibility of compensating for the lower natural frequency f _E generated by the softness 7 ( FIG. 1) shows FFig. 5.

Dabei wird ein Regelkreis verwendet, bei dem die in Fig. 4 mit 22 bezeichnete Steuerstrecke sowie der Motor 3 und ein entsprechender Lageregler 27 als Regelstrecke 22′ ausge bildet ist. Über eine Rückführung 23 wird die Rahmenbewegung einem Soll-/Istwert-Vergleicher 24 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Regler 26 verbunden ist, der die Sollwertvorgabe des Servomotors 3 erzeugt.A control loop is used in which the control path designated in FIG. 4 with 22 as well as the motor 3 and a corresponding position controller 27 is formed as a control path 22 '. The frame movement is fed via a feedback 23 to a setpoint / actual value comparator 24 , the output of which is connected to a controller 26 , which generates the setpoint specification of the servo motor 3 .

Fig. 6 gibt schließlich ein weiteres vorteilhaftes Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung wieder, bei dem die in Fig. 1 mit 7 bezeichnete separate Weichheit entfällt und deren Funktion durch einen mit 28 bezeichneten Servomotor in Verbindung mit einem in dem Lageregler 29 des Servomotors 28 enthaltenen P- Regler 30 übernommen wird. Die Kompensation der ersten Eigen schwingungsform (Fig. 3B) erfolgt hierbei ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mittels einer entsprechenden Modifikation des Sollwertes. Hierzu ist ebenfalls ein Soll wertgeber 31 vorgesehen, der mit dem Lageregler 29 des Servomotors 28 verbunden ist. Der Sollwert wird wiederum im Bereich der Eigenfrequenz des Ein-Massen-Schwingers durch die inverse Übertragungsfunktion der den Rahmen 1 und den Servo motor 28 und gegebenenfalls eine Dämpfung 32 enthaltenden Steuerstrecke 33 korrigiert. Fig. 6, finally, are a further advantageous exporting approximately example of the invention, again in which eliminates the designated in Fig. 1 with 7 separate softness and their function by a labeled 28 servo motor in conjunction with a contained in the position controller 29 of the servomotor 28 P- Controller 30 is taken over. The compensation of the first mode shape ( FIG. 3B) is carried out in a similar way to the embodiment according to FIG. 4 by means of a corresponding modification of the setpoint. For this purpose, a setpoint generator 31 is also provided, which is connected to the position controller 29 of the servo motor 28 . The setpoint is in turn corrected in the range of the natural frequency of the one-mass oscillator by the inverse transfer function of the control section 33 containing the frame 1 and the servo motor 28 and possibly a damping 32 .

Durch eine Rückführung 34 der Motorwellenbewegung kann auf einfache Weise eine Anpassung der inversen Übertragungs funktion an die jeweils tatsächlichen Gegebenheiten vor genommen werden (adaptive Steuerung).Through a feedback 34 of the motor shaft movement, an adaptation of the inverse transfer function to the actual circumstances can be made in a simple manner (adaptive control).

Auch kann bei diesem Ausführungsbeispiel - ähnlich wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel - der Rahmen 1 in eine Regelstrecke einbezogen werden. Dabei wird in diesem Fall die Lage der Last, also des Rahmens 1, gegebenenfalls mit der entsprechenden Antriebswelle 9 und den Riemen 12-14 (Fig. 1) direkt an der Motorwelle 35 des Servomotors 26 gemes sen. Über eine in Fig. 6 gestrichelt dargestellte Rückführung 34 werden die entsprechenden Ist-Werte dann einem nicht dar gestellten Soll-/Istwert-Vergleicher zugeführt.Also in this embodiment - similar to the embodiment shown in FIG. 5 - the frame 1 can be included in a controlled system. In this case, the position of the load, that is, the frame 1 , optionally with the corresponding drive shaft 9 and the belts 12-14 ( FIG. 1) is measured directly on the motor shaft 35 of the servo motor 26 . The corresponding actual values are then fed to a setpoint / actual value comparator (not shown) via a feedback 34 shown in dashed lines in FIG. 6.

BezugszeichenlisteReference list

1 Stickrahmen, Maschine, Last
2, 3 Antriebselemente, Motoren, Servomotoren
4, 5 Motorwellen
6, 7 elastische Koppelelemente, Weichheiten, Torsionsfedern
8, 9 Antriebswellen
10-14 Riemen
15, 16 Steuer- bzw. Regeleinrichtungen
17 Dämpfung
18 Leitung
19 Lageregler
20 PID-Regler
21 Sollwertgeber
22 Steuerstrecke
22′ Regelstrecke
23 Rückführung
24 Soll-/Istwert-Vergleicher
26, 27 Übertragungsglieder
28 Servomotor
29 Lageregler
30 P-Regler
31 Sollwertgeber
32 Dämpfung
33 Steuerstrecke
34 Rückführung
35 Motorwelle
f_S Eigenfrequenz der Laststruktur
f_E Eigenfrequenz des Ein-Massen-Schwingers 1 embroidery hoop, machine, load
2 , 3 drive elements, motors, servo motors
4 , 5 motor shafts
6 , 7 elastic coupling elements, softness, torsion springs
8 , 9 drive shafts
10-14 straps
15 , 16 control devices
17 damping
18 management
19 position controller
20 PID controllers
21 setpoint adjuster
22 control section
22 ′ controlled system
23 repatriation
24 setpoint / actual value comparator
26 , 27 transmission links
28 servo motor
29 position controller
30 P controller
31 setpoint adjuster
32 damping
33 control section
34 repatriation
35 motor shaft
f _S natural frequency of the load structure
f _E natural frequency of the one-mass vibrator

Claims

1. Device with a machine ( 1 ) or a machine component (hereinafter referred to as a load) and a drive element ( 2 , 3 ; 28 ) coupled to this for positioning the load ( 1 ), the maximum positioning speed of the drive element ( 2 , 3 ; 28 ) is limited by a natural vibration of the load structure, characterized by the features:

a) the drive element ( 2 , 3 ; 28 ) is connected to increase the frequency (f _S ) of the natural vibration (natural frequency) of the load structure with the load ( 1 ) via an elastic coupling element (softness) ( 6 , 7 ),
b) the load ( 1 ) is part of a control path ( 22 , 33 ),
c) the drive element ( 2 , 3 , 28 ) is connected to a setpoint generator ( 21 , 31 ) and
d) the setpoint generator ( 21 , 31 ) generates a natural frequency (f _e ) of the rigid body vibration caused by the insertion of the softness ( 6 , 7 ) taking into account the setpoint.

2. Device with a machine ( 1 ) or a machine component (hereinafter referred to as a load) and a drive element ( 2 , 3 ; 28 ) coupled to this for positioning the load ( 1 ), the maximum positioning speed of the drive element ( 2 , 3 ; 28 ) is limited by a natural vibration of the load structure, characterized by the features:

a) the drive element ( 28 ) is a servo motor, the shaft ( 35 ) of which is connected to the load ( 1 ) to be positioned,
b) to increase the frequency (f _s ) of the natural vibration of the load structure, the servo motor ( 28 ) forms a soft coupling element in conjunction with a corresponding position controller ( 30 ),
c) the load ( 1 ) is part of a control path ( 33 ),
d) the position controller ( 30 ) is connected to a setpoint generator ( 31 ) and
e) the setpoint generator ( 31 ) generates a eigenfrequency (f _e ) of the setpoint value taking into account the rigid body vibration caused by the insertion of the softness.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the position controller ( 30 ) is a controller with a P component.

4. Device with a machine ( 1 ) or a machine component (hereinafter referred to as a load) and a drive element ( 2 , 3 ; 28 ) coupled to this for positioning the load ( 1 ), the maximum positioning speed of the drive element ( 2 , 3 ; 28 ) is limited by a natural vibration of the load structure, characterized by the features:

a) the drive element ( 2 , 3 ; 28 ) is to increase the frequency (f _s ) of the natural vibration (natural frequency) of the load structure with the load ( 1 ) via an elastic coupling element (softness) ( 6 , 7 ; 28 , 30 ) connected,
b) the load ( 1 ) and the drive element ( 2 , 3 , 28 ) are part of a control loop, so that the caused by insertion of the softness ( 6 , 7 ; 28 , 30 ) and below half the natural frequency (f _s ) of the load structure lying additional natural frequency (f _e ) of the rigid body vibration can be regulated.

5. Apparatus according to claim 1 or 4, characterized in that it is in the drive element ( 2 , 3 ) is a motor and the softness ( 6 , 7 ) is a torsion spring ( 6 , 7 ) between the shaft ( 4 , 5 ) of the motor ( 2 , 3 ) and the load ( 1 ) to be positioned.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the load ( 1 ) is the frame of an embroidery machine, the positioning of the frame ( 1 ) both in the X and Y directions by means of a motor ( 2 , 3 ), the shaft ( 4 , 5 ) of which is connected via a torsion spring ( 6 , 7 ) to a further drive shaft ( 8 , 9 ) assigned to the frame ( 1 ).