DE4429304C1

DE4429304C1 - Multiple motor drive control

Info

Publication number: DE4429304C1
Application number: DE4429304A
Authority: DE
Inventors: Bruno Stillhard; Ronald Siegrist; Hugo Bloechlinger
Original assignee: ProControl AG
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1993-09-11
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2014-03-23

Abstract

The drive control for axes with an electro-motor drive, for a number of control values, has a separate multi-value control (25) which can be brought to the assembly independent of the machine computer (15, 16), for an autonomous control of the control values. Apart from the signal computer (20) of the superior process control (22), it gives a selective control of the control values, without delay. It takes the required data from a memory (24) at the multiple value control (25). A multi-axis drive module has a process computer (22) as well as several signal computers (20), to give a simultaneous control of a number of axes, without delay. The multiple value control 925) is a cascade control. An inteface gives a link to a data bus (17) or a direct connection to the machine computer (15, 16). Several operating phases with different nominal values, are set at the multiple value control (25). On a minor control deviation, the setting signal has a linear function and, on a major deviation, a root function of the control deviation. The electro-motor drive (1) is a permanently energised servo motor, an induction motor with vector control, a controlled DC motor, a brushless DC motor or a switched reluctance motor. The process computer (22) is structured to operate with three or more axes. With assemblies of four axes, or more, two or more modules are used co-ordinated by starting and runnign programs, where one module carries the overriding programs. A safety threshold band, for at least some values, is incorporated in a module, and its process computer (22) is part of the sequence or program for monitoring.

Description

Die Erfindung betrifft einen Regelantrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie die Verwendung desselben.The invention relates to a control drive according to the preamble of claim 1 and the use of the same.

Die Regelungstechnik hat in den zwei vergangenen Jahrzehnten eine enorme Wandlung erfahren. Lange wurde die Closed-Loop- Regelung als höhere Stufe gegenüber einer einfachen Steuerung eingeschätzt. Die bloße Steuertechnik setzt normalerweise bessere Kenntnisse des Arbeits-Prozesses voraus, wenn höchste Qualitäten erreicht werden sollen. Eine Regelung wird vielfach dann eingesetzt, wenn die Prozeß-Einflußparameter nicht genügend oder nicht alle bekannt sind. Bis weit in die 80er Jahre galt sozusagen als höchste Entwicklungsstufe die Verwendung eines Prozeßrechners. Gestützt auf die Signale von Sensoren an der Verarbeitungsmaschine oder von meßtechnisch erfaßten Produktparametern, wurden alle Hauptfunktionen von dem Prozeßrechner zentral koordiniert und gesteuert bzw. geregelt. Dieses Model wurde in der Folge abgelöst durch die sogenannten speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), welchen jedoch für aufwendigere Rechneraufgaben ein Mikroprozessor zugeordnet wurde. Dabei wurde der SPS die Steuer- und Verriegelungsfunktionen, teils aber auch Startprogramme, Anlaufprogramme usw. zugeordnet. Der Mikroprozessor übernahm einen Teil der Prozeßregelung. Control engineering has been in the past two decades undergo an enormous change. The closed loop Regulation as a higher level than a simple control assessed. The mere control technology usually sets better knowledge of the work process ahead if highest Qualities should be achieved. A regulation will often used when the process influence parameters not enough or not all are known. Far into the The 80s was, so to speak, the highest stage of development Use of a process computer. Based on the signals of sensors on the processing machine or of product parameters recorded by measurement, were all Main functions coordinated centrally by the process computer and controlled or regulated. This model was subsequently replaced by the so-called programmable logic Controls (PLC), which, however, for more complex Computer tasks a microprocessor was assigned. Here the PLC became the control and locking functions, partly but also assigned start programs, startup programs, etc. The microprocessor took over part of the process control.

Seit einiger Zeit haben Servomotoren bei vielen Verarbeitungsmaschinen, z. B. auch bei Spritzgießmaschinen, eine immer größere Verbreitung gefunden. Die motorisch erzeugte Drehbewegung wird dabei als solche übersetzt und nach Bedarf in eine translatorische Bewegung umgesetzt. Mit Servomotoren können mit überraschend hoher Genauigkeit, über die Kontrolle des elektrischen Feldes (ϕ) sowie die Stromregelung (I), bzw. einer entsprechenden Momentregelung für die Motorachse, sowohl die Position wie die Geschwin digkeit der Achse von einem Interpolator nach vorgegebenen Sollwerten beherrscht werden. Eine Maschinensteuerung weist heute für die Prozeßsteuerung und -Regelung eine CNC- Steuerung auf. Die Servomotoren sind bedingt durch ihren Einsatz auf die ganze Maschine verteilt. Die zusammen wirkenden Steuer- und Regelvorrichtungen - nachfolgend als Drives bezeichnet - können eine Gruppe bilden. Von dem Interpolatoren findet über die dazu benötigte Verdrahtung zu jedem Drive, entweder eine frequenzielle oder eine analoge Datenübertragung statt. Signale werden bei der Analogüber tragung in Form einer Spannung mit einem Wert im Bereich von plus-minus 10 Volt übertragen. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß die Datenübertragung an sich einen Problemkreis darstellt. Die Signalleitungen, insbesondere für die Regelaufgaben müssen speziell gegen Störfelder geschützt werden. Es können die sehr vorteilhaften Bussysteme nicht oder nur sehr beschränkt eingesetzt werden, da die Geschwindigkeit der Datenübertragung mit dem Bussystem nicht mehr gewährleistet ist. Die Integrierung des Interpolators in die CNC-Steuerung ist zur Zeit die optimalste Lösung, wobei festgestellt wird, daß die Systeme als Ganzes bis an ihre Leistungsgrenze ausgeschöpft sind. Eine weitere Erhöhung der Beherrschbarkeit des Prozesses könnte nur mit unverhält nismäßigem Einsatz erreicht werden. Servomotors have been around for some time Processing machines, e.g. B. also in injection molding machines, found an increasing distribution. The motor generated rotary motion is translated as such and after Translated into a translational movement. With Servomotors can operate with surprisingly high accuracy the control of the electric field (ϕ) and the Current control (I), or a corresponding torque control for the motor axis, both the position and the speed the axis of an interpolator according to the specified Setpoints are mastered. A machine control points today a CNC for process control and regulation Control on. The servomotors are conditioned by their Use across the entire machine. The together acting control and regulating devices - hereinafter as drives designated - can form a group. Of the Interpolators are located via the wiring required for this each drive, either a frequency or an analog Data transfer instead. Signals are transferred to the analog load in the form of a voltage with a value in the range transmitted from plus-minus 10 volts. The disadvantage of this solution lies in the fact that the data transmission itself Represents problem area. The signal lines, especially for the control tasks must be specially protected against interference fields become. Very advantageous bus systems cannot or can be used only very limited because of the speed data transmission with the bus system no longer is guaranteed. Integrating the interpolator into the CNC control is currently the most optimal solution, whereby it is found that the systems as a whole are up to their Performance limits are exhausted. Another increase in Controllability of the process could only be unresponsive reasonable use can be achieved.

Regelantriebe der eingangs genannten Art sind beispiels weise aus den nachfolgenden Druckschriften bekannt: EP 331 733; DE 43 14 722; EP 273 979; EP 224 589; EP 382 857; EP 363 498; US 4,805,112; US 4,826,418 und US 5,251,146.Regulating drives of the type mentioned are exemplary known from the following publications: EP 331 733; DE 43 14 722; EP 273 979; EP 224 589; EP 382 857; EP 363 498; US 4,805,112; US 4,826,418 and US 5,251,146.

Diese Beispiele zeigen alle Regelantriebe, vorwiegend für Spritzgießmaschinen, mit einer oder mehreren elektromo torisch angetriebenen Achse/n. Den Regelantrieben liegt dabei ein gemeinsames Prinzip zugrunde: Sie enthalten eine zentrale Recheneinheit, von der aus alle Steuer- bzw. Re gelbefehle für die zu beeinflussenden Achsen abgesendet sowie die gesamte Datenmenge an Meßwerten der Regelgrößen empfangen werden. Daher haben diese bekannten Regelantriebe den zuvor erwähnten Nachteil.These examples show all control drives, mainly for Injection molding machines, with one or more elektromo toric driven axle (s) The control drives are based on a common principle: they contain one central processing unit from which all control or re Yellow commands for the axes to be influenced are sent as well as the total amount of data on measured values of the controlled variables be received. Therefore, these have known control drives the aforementioned disadvantage.

Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, den Arbeits ablauf von Maschinen oder Verarbeitungsmaschinen über Regelantriebe in noch höherem Grad zu beherrschen, so daß je nach Einsatz, eine wesentliche Leistungssteigerung und/oder eine Steigerung der Reproduzierbarkeit und/oder der Qualität möglich werden.The invention has now been given the task of working process of machines or processing machines over Control drives in an even higher degree, so that ever after use, a significant increase in performance and / or an increase in reproducibility and / or Quality become possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 12.The invention solves this problem by the subject matter of claims 1 and 12.

Der erfindungsgemäße Regelantrieb weist eine Kontrolleinheit bestehend aus einer Driveintelligenz mit dem Prozeßrechner sowie dem Speicher oder Arbeitsspeicher für Rezepte oder Programme auf, welche zur Regelung von wenigstens zwei Achsen ausgelegt ist.The control drive according to the invention has a control unit consisting of a drive intelligence with the process computer and the memory or memory for recipes or programs on which for controlling at least two axes is designed.

Von den Erfindern ist erkannt worden, daß man für die jüngste Entwicklung auf falschen Annahmen basierte. Sehr anschaulich kann dies an dem Model der Raumbewegung eines Krans oder eines Roboters verständlich gemacht werden. Der Robotergreifer bewegt sich üblicherweise in allen drei Raumrichtungen. Der bisherige Ansatz lag darin, daß die resultierende Bewegung des Greifers von dem Roboter dann beherrscht wird, wenn jede Teilbewegung in jeder der drei Raumrichtungen (bei drei Achsen) beherrscht wird. Der Rechner müßte nur schnell genug sein, und die Befehle an jeden Drive richtig gegeben werden. Vorausgesetzt, daß die Berechnung der Raumkurve genau genug war, nahm man an, daß das Resultat sozusagen zu 100% stimmen müßte. In der Praxis ist dies aber leider nicht der Fall. Es treten bekanntlich variierende Massenträgheiten, Reibkräfte und andere Widerstände usw. auf, welche man mit extrem großen Fehlerkorrekturprogrammen auszuschalten versucht. Dies aber oft mit nur teilweisem Erfolg.The inventors have recognized that for the youngest Development based on wrong assumptions. Very vivid this can be done on the model of the spatial movement of a crane or a Robot can be made understandable. The robot gripper usually moves in all three spatial directions. Of the Previous approach has been that the resulting movement of the gripper is controlled by the robot when each Partial movement in each of the three spatial directions (with three Axes) is mastered. The calculator would only have to be fast enough be, and the commands to each drive are given correctly. Provided that the calculation of the space curve is accurate enough was assumed that the result was 100% correct, so to speak ought to. Unfortunately, this is not the case in practice. It as is known, varying mass inertia, frictional forces occur and other resistances etc., which can be used with extremely large Tried to turn off error correction programs. But this often with only partial success.

Der erste Fehlansatz lag darin, daß das Problem dreidimensional betrachtet und dann einfach in die drei Dimensionen zerlegt bzw. reduziert wurde. Tatsächlich aber ist das Problem mehr als dreidimensional, da sich zum Beispiel die Zeit über Geschwindigkeitsänderungen so auswirkt wie wenn eine 4. Dimension vorhanden wäre. Damit aber ist der mathematische Ansatz, nur auf den drei Raumdimensionen aufbauend, falsch. Der zweite Fehlansatz lag darin, daß der Faktor der gegenseitigen Beeinflussung der drei Raum bewegungen sehr groß ist, wenn Reibung, wechselnde Träg heitskräfte, variierende Geschwindigkeiten usw. vorhanden sind. Auch der beste mathematische Ansatz kann letztlich nur eine grobe Näherung sein. Jede Beherrschung eines Arbeits prozesses wird in dem Mikrobereich (µ sec./µ mm usw.) über eine starre Steuerlogik oder Regellogik unmöglich, wenn nichtlogische Funktionen großen Einfluß haben. Die dritte, möglicherweise gravierenste Fehlannahme lag darin, daß die Leistungsfähigkeit bzw. die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Prozeßrechnern und die Signalübertragung in Datenüber tragungssystemen mit Lichtgeschwindigkeit, als so groß angenommen wurde, daß es gar keine Rolle mehr spielt, an welcher Stelle in einem System die Datenverarbeitung geschieht. Man ging von einer beinahe Gleichzeitigkeit aus. Viele Praxisfälle zeigten, daß alle komplexen Informations übertragungssysteme relativ große Zeitspannen bis zu Sekunden von der ersten Signal-Auslösung bis zur Durchführung eines Befehls brauchen. Bedingt ist dies z. B. durch die vielen Schnittstellen, und Umformungen aber auch durch Übertragungssicherungen, durch Sicherheitssysteme mit Auftrags- und Meldebestätigungen. Bei komplexeren Systemen müßten oft mehrere Rechenaufgabe gleichzeitig gelöst werden. Die Summierung selbst kleinster Zeitverzögerungen ergibt ein träges System, das sich für Regelfunktionen schlecht eignet. Der eigentliche Fehler liegt darin, daß die innere Regelungstechnik des Servo-Regel-Antriebes getrennt bearbeitet wurde von der eigentlichen Prozeßregelung bzw. Arbeitsprozeßsteuerung.The first mistake was that the problem viewed in three dimensions and then simply in the three Dimensions were broken down or reduced. But actually the problem is more than three-dimensional because, for example the time over speed changes affects as if there would be a 4th dimension. But that's the end of it mathematical approach, only on the three spatial dimensions building up, wrong. The second mistake was that the Mutual influencing factor of the three space movements is very great when there is friction, changing wearer forces, varying speeds, etc. available are. Ultimately, even the best mathematical approach can only be a rough approximation. Any mastery of a job process is in the micro range (µ sec./µ mm etc.) rigid control logic or control logic impossible if non-logical functions have a great influence. The third, Possibly the most serious misconception was that the Performance or processing speed of process computers and signal transmission in data carrying systems at the speed of light than so big it was assumed that it no longer matters which place in a system the data processing happens. One assumed almost simultaneity. Many practical cases showed that all complex information transmission systems relatively long periods of time up to Seconds from the first signal triggering to execution need an order. This is due to z. B. by the many interfaces, but also through transformations Transmission security, through security systems with Order and registration confirmations. For more complex systems often had to solve several arithmetic problems at the same time become. The summation of even the smallest time delays results in an inert system that is suitable for control functions badly suited. The real mistake is that the Internal control technology of the servo control drive separately was processed by the actual process control or Work process control.

Die Erfinder haben ferner erkannt, daß die Lösung nur darin bestehen kann, daß der Korrektureingriff für die Prozeßsteuerung oder -regelung möglichst an dem Ort des Geschehens und dort möglichst schnell durchgeführt wird. Es muß ein unmittelbares Zusammenwirken vor Ort, nämlich in dem Drive von jeder Steuer- und Regelfunktion erfolgen. Wird den Drives eine gemeinsame Kontrolleinheit bzw. ein gemeinsamer Prozeßrechner unmittelbar zugeordnet so kann mit nahezu Gleichzeitigkeit die Feldkontrolle sowie Strom-, Lage- sowie Geschwindigkeitsregelung aller Drives koordiniert werden. Dem Gedanken einer gemeinsamen Kontrolleinheit kommt der spezifische Aufbau der an sich bekannten Driverechner entgegen. Diese Drive weisen bereits einen internen ϕ-Kontroller sowie je einen I-, V- und Positionsregler auf. Diese erlauben selbst bei stark wechselnden Kräften in der Maschine z. B. eine Positionierung über der Zeit mit extrem hoher Genauigkeit. Die Kontrolleinheit kann als Interpolator nahezu ohne Zeitverlust z. B. die Positionsregler für zwei oder drei Achsen koordinieren. Dazu besitzt die Kontrolleinheit mit der Driveintelligenz die erforderliche Rechnerleistung. Der Kontrolleinheit sind alle unmittelbar benötigten Werte als ganze Rezepte oder Programme vor Ort verfügbar. Damit entsteht im Rahmen eines vorgegebenen Rezeptes eines Funktionseinheit, die als ein echter, hoch sensitiver Regler auch für zwei Achsen arbeiten kann. Das Kommunikationssystem wird nicht mehr belastet, umgekehrt verzögert das Kommunikationssystem die Prozeßregelung nicht mehr. Die Synchronisation von zwei oder mehr geregelten Achsen kann auch diese Weise mit einem bisher nicht erreichten Grad an Vollkommenheit sichergestellt werden. Die Erfindung erlaubt eine echte und gleichzeitige Zusammenarbeit für alle Achsen, da hierzu die räumliche Distanz und eine nachteilige Datenübertragung über einen Bus für die eigentliche Regelfunktion entfällt. Vorteilhafterweise wird der Mehrfachdrive als Baueinheit mit integriertem Programm speicher und Driverechner mit vorzugsweise digitaler Signal verarbeitung zur mehrachsigen Synchronisation von Bewegungs- und/oder Bahnkurven für eine elektrisch, über mehrere Servo- Motoren angetriebene Maschine, verwendet.The inventors have also recognized that the solution is only in it may exist that the corrective action for the Process control or regulation at the location of the Happening and is carried out there as quickly as possible. It a direct interaction on site, namely in the Drive from any control and regulating function. Will the Drives directly assigned a common control unit or a common process computer so the field control can be done with almost simultaneity Current, position and speed control of all drives be coordinated. The specific structure of the comes from the idea of a common control unit to known drive calculators. Show this drive already an internal ϕ controller as well as an I, V and Position controller on. These allow even at strong changing forces in the machine e.g. Legs Positioning over time with extremely high accuracy. The Control unit can act as an interpolator with almost no loss of time e.g. B. the position controller for two or three axes coordinate. The control unit with the Driveintelligence the required computing power. Of the Control unit are all immediately required values as whole recipes or programs available on site. This creates as part of a given recipe of a functional unit, which as a real, highly sensitive controller also for two axes can work. The communication system is no longer burdened, conversely the communication system delays the Process control no longer. The synchronization of two or More controlled axes can also do this with a previously not achieved level of perfection become. The invention allows a real and simultaneous Cooperation for all axes because of the spatial distance and a disadvantageous data transmission over a bus for the the actual control function is omitted. Advantageously the multiple drive as a unit with an integrated program memory and drive computer with preferably a digital signal processing for multi-axis synchronization of motion and / or trajectory curves for an electrical, over several servo Motor driven machine, used.

Im Stand der Technik wurde der Prozeßrechner als selbstständiges Hirn benutzt, der über die notwendige Anzahl Sensoren den Prozeß lenkte. Bei Servomotoren können nun z. B. der Lage-Ist-Wert und der Geschwindigkeits-Ist-Wert direkt aus dem Signalrechner entnommen werden. Prozeßrechner und Signalrechner arbeiten gemäß der neuen Erfindung gestützt auf die ihnen zugeteilten Rezepte als geschlossene Funktionseinheit als ein intelligenter "Vor-Ort-Regler". Wie in der Folge gezeigt wird, erlaubt die neue Erfindung wahlweise die je momentan benötigte Parameter, sei es zu steuern oder regeln, besonders auch im Closed-Loop zu regeln, z. B. für die Bewegung von einem Roboter oder einem Kranhaken.In the prior art, the process computer was called independent brain that uses the necessary number Sensors steered the process. With servomotors can now e.g. B. the actual position value and the actual speed value can be taken directly from the signal calculator. Process computer and signal computers operate according to the new invention based on the recipes assigned to them as closed Functional unit as an intelligent "on-site controller". As shown below allows the new invention either the parameters currently required, be it to control or regulate, especially to regulate in a closed loop, e.g. B. for the movement of a robot or one Crane hook.

Nach der Erfindung ist der Prozeßrechner als eine Funktions einheit als Mehrgrößen-Prozeß-Kontroller bzw. Mehrgrößen-Regler ausgebildet, dem als Zielgrößen Grenzwerte von Regelgrößen (z. B. Kraft und/oder Geschwindigkeit und/oder Weg) eingebbar sind, zur größtmöglichen Annäherung an Zielgrößen-Sollwerte. Bis heute besteht in vielen Verarbeitungsprozessen wie z. B. beim Spritzgießen ein Streit. Welche von den physikalischen Parametern sollen, und wie müssen sie beherrscht werden, über eine
- Maschinenparameter-Steuerung, oder eine
- Maschinenparameter-Regelung; über eine
- Prozeß(parameter)-Steuerung oder eine
- Prozeß(parameter)-Regelung; und/oder eine
- Produkteigenschaft-Regelung.According to the invention, the process computer is designed as a functional unit as a multivariable process controller or multivariable controller, for which limit values of controlled variables (e.g. force and / or speed and / or path) can be entered as target values, for the greatest possible approximation target values. To date, there are many processing processes such. B. a dispute with injection molding. Which of the physical parameters should and how must they be mastered via a
- Machine parameter control, or one
- machine parameter control; over a
- Process (parameter) control or a
- process (parameter) control; and / or one
- Product property regulation.

Der neue Mehrgrößen-Regler beantwortet alle diese Fragen optimal. Von den Erfindern ist erkannt worden, daß in der Praxis für die Beherrschung des Arbeitsprozesses sehr selten alle Parameter gleichzeitig einer möglichst vollkommenen starren Regelung unterworfen werden müssen. Sehr häufig besteht nämlich die Aufgabe darin, schnell von einem Punkt 0 nach Punkt B zu gelangen, wobei jedoch z. B. eine bestimmte Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung, eine bestimmte Kraft und eine bestimmte Wegmarke nicht überschritten werden dürfen. In einer ersten Phase wird häufig die Geschwindigkeit bzw. die Beschleunigung, die kritische und tatsächlich zu regelnde Größe sein. Ergibt sich von dem Verarbeitungsprozeß eine Gegenkraft, so kann diese sich als kritische Größe ergeben, so daß z. B. die Geschwindigkeit reduziert oder gestoppt werden muß. Eine Regelung z. B. im Closed-Loop erfolgt dann allein auf eine bestimmte Kraft oder einen bestimmten Druck, z. B. mit einem Soll-Drehmoment-Verlauf. In einer Endphase, bei Annäherung an den Punkt B kann die Positionsregelung aktiv werden. Die jeweils nicht aktiven Regel-Parameter bleiben überwacht, werden regelungstechnisch abschnittsweise jedoch nicht beachtet. Die Erfindung erlaubt damit je nach momentaner Anforderung im Rahmen von Zielgrößen zu steuern oder zu regeln bzw. nicht zu steuern oder nicht zu regeln.The new multi-size controller answers all of these questions optimal. The inventors have recognized that in the Practice for mastering the work process very rare all parameters at the same time as perfect as possible must be subjected to rigid regulation. Very often the task is to quickly go from a point 0 to get to point B, but z. B. a certain speed or acceleration, a certain force and a certain Waymarks must not be crossed. In The first phase is often the speed or the Acceleration, the critical and actually to be regulated Be great. One of the processing results Counterforce, this can result as a critical quantity, so that z. B. reduced or stopped the speed must become. A regulation z. B. in a closed loop solely on a certain force or a certain pressure, e.g. B. with a target torque curve. In a final phase, when approaching point B, position control can be activated become. The respectively inactive control parameters remain are monitored, however, from a control point of view ignored. The invention thus allows depending on the current Requirement to control or to target regulate or not to control or not to regulate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Mehrgrößen-Regler - mit vorzugsweise digitaler Signal verarbeitung (in Software) - kaskadenartig regel- bzw. be grenzbar. Es ist ohne weiteres möglich, daß mehrere Arbeits- Phasen mit unterschiedlichen Zielgrößen (z. B. Kraft oder Geschwindigkeit oder Weg) in dem Mehrgrößen-Kontroller fest legbar sind, welche vorzugsweise über das Geschwindigkeits signal zu dem Drive regel- bzw. begrenzbar sind. Ganz beson ders für zyklische Arbeitsprozesse, wie z. B. bei Schweiß robotern oder bei Druck- und Spritzgießmaschinen oder in der Papier- oder Druckindustrie, können damit für je einen ganzen Arbeitszyklus alle erforderlichen und teils wechselnden Soll werte in den Arbeitsspeicher gegeben werden, so daß auch Übergänge von einer Phase in eine andere innerhalb eines Zyklusses ohne Totzeit bewältigbar sind. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist als Stellgröße an den elektromotorischen Antrieb (Achse) der Geschwindigkeitseingang (V) oder der Stromeingang (I) wählbar, wobei die Ist-Geschwindigkeit und die Ist-Position aus dem Drive nehmbar bzw. berechenbar ist. In vielen Fällen können so mit einem Minimum an Sensoren in dem Bereich der Verarbeitungsmaschine optimale Ergebnisse erzielt werden. Gemäß einem weiteren Vorschlag werden in einem Groß signalbereich, d. h. bei großen Regelabweichungen, das Geschwindigkeits-Stellsignal zu dem Drive mit einer parabelartigen bzw. einer wurzelartigen Funktion der Druck-Soll-Ist-Abweichung und/oder die Weg-Soll-Ist-Ab weichung vorzugsweise mit dem größtmöglichen Verstärkungs faktor berechnet zur Annäherung an die größtmögliche Be schleunigung des Servomotores, besonders vorzugsweise im wesentlichen mit der Formel:According to an advantageous embodiment is the multivariable controller - preferably with a digital signal processing (in software) - cascade-like control or borderable. It is easily possible for several working Phases with different target values (e.g. force or Speed or path) in the multi-size controller are placed, which are preferably on the speed signal to which the drive can be regulated or limited. Very special for cyclical work processes, such as B. in sweat robots or in the case of pressure and injection molding machines or in the Paper or printing industries can use it for a whole Work cycle all required and sometimes changing target values are given in the working memory, so that too Transitions from one phase to another within one Cycles can be managed without dead time. According to another Design is as a manipulated variable on the electromotive Drive (axis) the speed input (V) or the Current input (I) selectable, the actual speed and the actual position can be removed or calculated from the drive. In many cases, this can be done with a minimum of sensors in the Achieved optimal results in the area of the processing machine become. According to another proposal, be in a bulk signal area, d. H. for large control deviations, the speed control signal to the drive with a parabolic or root-like function the pressure-target-actual deviation and / or the distance-target-actual-Ab softening preferably with the greatest possible reinforcement factor calculated to approximate the largest possible Be acceleration of the servo motor, particularly preferably in essential with the formula:

Vor allem im Großsignalbereich kann ferner der Ver stärkungsfaktor K1 bzw. K2 (Fig. 8) unsymetrisch sein; und/oder im Kleinst-Signalbereich, d. h. bei kleinen Regelabweichungen, kann zur Erreichung der Stabilität das Geschwindigkeits-Stellsignal zu dem Drive als lineare Funktion der Soll-Ist-Abweichung berechnet werden.Especially in the large signal range, the gain factor K1 or K2 ( FIG. 8) can also be asymmetrical; and / or in the smallest signal range, ie in the case of small control deviations, the speed control signal to the drive can be calculated as a linear function of the target / actual deviation in order to achieve stability.

In vielen Fällen kann als Stellgröße an dem elektrischen An trieb der Geschwindigkeitseingang gewählt werden, wenn ab triebsseitig von dem elektromotorischen Antrieb wenigstens ein mechanisch, elastisches Systemteil bzw. ein federndes Element vorhanden ist. Als elektromotorischer Antrieb können insbesondere Motoren mit Servomotor-Charakteristik, z. B. ein permanent erregter Servomotor oder ein vektoriell geregelter Asynchronmotor (z. B. Kurzschlußläufer), oder ein geregelter Gleichstrommotor verwendet werden. Ferner ist es auch möglich, AC- und DC-Servomotoren oder DC-brushless-Motoren oder sehr preisgünstige Reluctance-Motoren vorzugsweise Switched Reluctance- Motoren, einzusetzen. Gemäß einem weiteren sehr vorteil haften Ausgestaltungsgedanken ist der Prozeßrechner für drei oder mehr Achsen ausgelegt; er weist eine Schnittstelle auf, zur Verbindung mit einem Datenübertragungssystem an einen Maschinenrechner, wobei der Arbeitsablauf vorzugsweise in dem Maschinen-Rechner definiert und die entsprechenden Werte, Sollwerte, Grenzwerte usw., als Rezepte bzw. Programme vorgeb bar und über das Datenübertragungssystem in den Arbeitsspeicher der Driveintelligenz des Prozeßrechners einlesbar sind. Das Datenübertragungs system wird vorzugsweise als Datenbus, besonders vorzugsweise als Sensor/Actor-Businterface bzw. Can-Bus ausgebildet. Sehr vorteilhaft ist ferner, wenn zumindest für einzelne Werte ein Sicherheitsgrenzband bzw. ein Toleranzband von dem Maschinen rechner festgelegt und dem Prozeßrechner als Teil des Rezeptes bzw. des Programmes übermittelt wird, zur Steuerung bzw. Überwachung z. B. von speziellen Phasen. Dabei wird z. B. für einzelne Achsen bei Überschreitung des Toleranzbandes die Bewegung gestoppt und/oder umgekehrt. Auf diese Weise können nicht nur sehr vorteilhafte Sicherheitsfunktionen für die Maschinenteile sondern auch für die Produktqualitäten wirkungsvoll beherrscht werden. Bei sehr vielen Maschinen sind durch den Arbeitsprozeß gegebene Funktionsgruppen vorhanden. Es ist ohne weiteres möglich, unabhängig von der Funktionsgruppe alle Achsen durch eine einzige Groß-Kontroll einheit zu koordinieren. Aus Gründen der Systemübersicht, der Störkontrolle und evtl. Standardisierung wird als besonders bevorzugte Lösung vorgeschlagen bei Arbeitsmaschinen, die mehr als 4 resp. 5 Achsen haben, zwei oder mehrere Kontrolleinheiten bzw. Module vorzusehen, wobei jedes Modul als Funktionsgruppe zwei oder drei Achsen koordiniert. Der Maschinenrechner kann als Rechner-Speicher, z. B. als kostengünstiger PC ausgebildet sein, und Grundprogramme bzw. Grundrezepte insbesondere alle Startprogramme und Ablaufprogramme abrufbereit speichern. Das ganze System wird auf diese Weise als dezentrales offenes System modular ausgebildet. Damit können die einzelnen Hardware-Teile oder die Software selektiv den jeweiligen Neuentwicklungen angepaßt werden.In many cases it can be used as a manipulated variable on the electrical system drive the speed input can be selected if from at least on the drive side of the electromotive drive a mechanical, elastic system part or a resilient one Element exists. Can be used as an electric motor drive in particular motors with servo motor characteristics, e.g. B. a permanently excited servo motor or a vector controlled Asynchronous motor (e.g. short-circuit rotor), or a regulated one DC motor can be used. It is also possible AC and DC servo motors or DC brushless motors or very inexpensive reluctance motors, preferably switched reluctance Motors. According to another very advantage The process computer for designed three or more axes; it has an interface to connect to a data transmission system Machine computer, the workflow preferably in the machine computer and the corresponding values, Setpoints, limit values, etc., specified as recipes or programs bar and into the working memory via the data transmission system the drive intelligence of the process computer can be read. The data transfer system is preferably used as a data bus, particularly preferably designed as a sensor / actuator bus interface or Can bus. Very It is also advantageous if at least for individual values Safety limit band or a tolerance band of the machine computer and the process computer as part of the Recipe or the program is transmitted to the control or monitoring z. B. of special phases. Here, for. B. for individual axes when the tolerance band is exceeded Movement stopped and / or vice versa. In this way can not only be very beneficial security features for the machine parts but also for the product qualities be mastered effectively. With a lot of machines are functional groups given by the work process available. It is easily possible regardless of the Function group all axes through a single large control coordinate unit. For the sake of the system overview, the Fault control and any standardization is considered special preferred solution suggested for work machines that more as 4 resp. Have 5 axes, two or more control units or modules, each module coordinated two or three axes as a function group. The machine computer can be used as a computer memory, e.g. B. as inexpensive PC, and basic programs or Basic recipes especially all start programs and Save the sequential programs ready for use. The whole system will in this way modular as a decentralized open system educated. This allows the individual hardware parts or the software selectively to the respective new developments be adjusted.

In der Folge wird die Erfindung nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigtAs a result, the invention will now be illustrated by some Exemplary embodiments shown. It shows

Fig. 1 schematisch die zentralen Funktionselemente für einen Mehrgrößen-Regler; Fig. 1 shows schematically the main functional elements of a multi-variable controller;

Fig. 2 ein Steuerkonzept für eine Mehrachs-Steuer- und Regelvorrichtung; FIG. 2 shows a control scheme for a multi-axis control and regulating device;

Fig. 3 eine Mehrachs-Feuer- und Regelvorrichtung figürlich dargestellt; Fig. 3 shows a multi-axis fire and control device figuratively;

Fig. 4 eine räumliche Bewegungskurve 0-E; Fig. 4 is a spatial motion curve 0-E;

Fig. 5 die Bewegung von einem Punkt 0 zu A und B in einer Ebene; Figure 5 shows the movement of a point 0 to A and B in a plane.

Fig. 6, 6a, 6b verschiedene Ausbaustufen eines linear- parabolischen Reglers; Fig. 6, 6a, 6b different stages of expansion of a linear parabolic regulator;

Fig. 7 einen Vergleich der statischen Druck-Weg-Kenn linie mit linearem und nicht linearem Regler; Fig. 7 is a comparison of the static pressure-displacement characteristic with linear and non-linear regulator;

Fig. 8 ein Beispiel einer optimierten linear/parabo lischen Funktion;8 shows an example of an optimized linear / parabo metallic function.

Fig. 9 schematisch ein vollständiges Steuerkonzept an Hand einer Spritzgießmaschine mit je einem Spritzmodul sowie einem Form-Modul. Fig. 9 schematically shows a complete control concept using an injection molding machine, each with an injection module and a molding module.

In der Folge wird nun auf die Fig. 1 Bezug genommen. Ein Antriebsmotor 1 weist einen Rotor 2 mit Permanentmagnet sowie einem Positionssensor 3 auf. Der Stator 4 weist mehrere, meistens drei, Wicklungen sowie einen Inverter auf. Über ein Abtriebsritzel 5, das fest auf der Welle des Rotors 2 aufgekeilt ist, wird über einen Übertrieb 6, welcher zum Beispiel ein Zahnriemen, bevorzugt jedoch ein Zahnrad übertrieb ist, ein eigentliches Übersetzungsgetriebe 7 ange trieben. Das Übersetzungsgetriebe 7 formt die Rotations bewegung des motorischen Antriebes in eine Linearbewegung um, welche direkt auf eine Zahnstange 8 aufgebracht wird. Die Zahnstange 8 ist kraftschlüssig verbunden mit der Arbeitswelle 9, so daß die entsprechende Rotationsbewegung des Rotors 2 unmittelbar in eine Linearbewegung 18 umgeformt wird und die vom Arbeitsprozeß verlangte Bewegung durchführt.In the following, reference is now made to FIG. 1. A drive motor 1 has a rotor 2 with a permanent magnet and a position sensor 3 . The stator 4 has several, usually three, windings and an inverter. Via an output pinion 5 , which is firmly wedged onto the shaft of the rotor 2 , an actual transmission gear 7 is driven via an overdrive 6 , which is, for example, a toothed belt, but preferably a toothed wheel is overdriven. The transmission gear 7 forms the rotational movement of the motor drive into a linear movement, which is applied directly to a rack 8 . The rack 8 is non-positively connected to the working shaft 9 , so that the corresponding rotational movement of the rotor 2 is immediately converted into a linear movement 18 and carries out the movement required by the working process.

An Stelle des dargestellten Übertriebes 6 kann aber auch die Welle des Rotors 2 direkt mit einer Arbeitswelle verbunden werden. Für die Umsetzung der Drehbewegung in eine Linearbewegung kann zum Beispiel auch eine Kugelspindel dazwischen angeordnet werden. Zwischen der Zahnstange 8 sowie der Arbeitswelle 9 ist eine Feder 10 eingebaut. Die Feder 10 kann eine physikalische Druckfeder sein, oder eine entsprechende Elastizität des mechanischen Systems oder aber die Elastizität der herzustellenden Teile. Im Falle einer Spritzgießmaschine kann die flüssige Kunststoffmasse die Elastizität sein. Ein Kraft- oder Druckaufnehmer 11 stellt die momentane Kraft bzw. den Druck fest und gibt über einen Sensor bzw. Wandler 12 sowie eine Signalleitung 13 die entsprechende Information an einen Mehrgrößen-Prozeßkontroller bzw. -Regler 25. Der Mehrgrößen-Prozeßkontroller weist eine Kontrolleinheit 26 auf, bestehend aus einer Driveintelligenz 23 sowie einem Rezeptspeicher 24. Die Driveintelligenz 23 ist in direktem Arbeitsverbund mit einem Prozeß- bzw. Driverechner 22 der über einen Interpolator 21 sowie einem Kontroller 20 die Bewegung des Rotors 2 steuert bzw. regelt. Mit 14 resp. "X" sind ein oder mehrere Funktionsparameter als "Ist-Werte" von der Maschine, von dem Prozeß oder von dem Produkt symbolisiert, welche je nach Erfordernis als Steuer-Regel- oder Begrenzungsfunktion kontrolliert werden müssen. Die Rezepte resp. Programme werden über ein Kommandogerät 16 bzw. einem Maschinenrechner 15 sowie einem Datenbus 17 in den Datenspeicher 24 der Driveintelligenz 23 eingelesen.Instead of the overdrive 6 shown , the shaft of the rotor 2 can also be connected directly to a working shaft. To convert the rotary movement into a linear movement, for example, a ball screw can also be arranged in between. A spring 10 is installed between the rack 8 and the working shaft 9 . The spring 10 can be a physical compression spring, or a corresponding elasticity of the mechanical system or else the elasticity of the parts to be manufactured. In the case of an injection molding machine, the liquid plastic mass can be the elasticity. A force or pressure sensor 11 determines the instantaneous force or pressure and outputs the corresponding information to a multivariable process controller or controller 25 via a sensor or converter 12 and a signal line 13 . The multivariable process controller has a control unit 26 , consisting of a drive intelligence 23 and a recipe memory 24 . The drive intelligence 23 is in a direct working relationship with a process or drive computer 22 which controls or regulates the movement of the rotor 2 via an interpolator 21 and a controller 20 . With 14 resp. "X" symbolize one or more function parameters as "actual values" of the machine, the process or the product, which must be checked as a control, regulation or limiting function, as required. The recipes resp. Programs are read into the data memory 24 of the drive intelligence 23 via a command device 16 or a machine computer 15 and a data bus 17 .

In der Fig. 2 ist ein vorteilhaftes Grundschema dargestellt, das die Hauptfunktionselemente für eine(n) Mehrachsendrive bzw. Mehrachsen-Steuer/Regelvorrichtung darstellt. Die Fig. 2 ist gleichzeitig auch ein entsprechender Ausschnitt aus der Fig. 1. Der Maschinenrechner 15 mit einem Rechner-Datenspeicher 19 ist über einen Bus bzw. einen Sen sor/Actor-Bus 17 an den Mehrachsendrive 30 verbunden, welcher aus drei Signalrechnern bzw. Kontrollern 20 (20.2; 20.2; 20.3 usw.) und dem Driverechner 2 mit Rezeptspeicher 24 besteht. Der Driverechner 22 besteht aus dem Interpolator 21 und drei Positionsreglern Pos. M1, Pos. M2, Pos. M3, die als Funktionseinheit die bestmögliche und kürzestmögliche Koordinierung aller Posi tionsregler gewährleistet. Jeder Kontroller 20 weist je einen eigenen Geschwindigkeitsregler (V-Regler, V-1, V-2, V-3) sowie einen Stromregler (I-Regler, I1, I2, I3), der das Dreh moment regelt, sowie Feld-Kontroller (ϕ-Kontrolle, ϕ1, ϕ2, ϕ3) auf, und ist jeweils mit einer Achse resp. dem entspre chenden Motor M1, M2 resp. M3 verbunden. An dem Sensor/Actor- Bus 17 können auch alle notwendigen Signal- oder Steuer verbindungen der Maschine wie Schalter, Kontrollen, Sensoren, Hilfsmotoren usw. angeschlossen werden, z. B. gemäß Fig. 1. Die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung für alle Regelaufgaben findet jedoch direkt in dem Mehrachsdrive 30 statt, und zwar auf Grund von Sollwerten, Grenzwerten, bzw. einem entsprechenden Rezept, und Toleranzwerten, die für jede spezifische Arbeit von dem Rechner-Datenspeicher 19 übermittelt werden.In FIG. 2, an advantageous basic scheme is illustrated that / is the main functional elements for a (n) multi-axis or multi-axis control Drive control apparatus. Fig. 2 is at the same time, a corresponding section of the Fig. 1. The engine computer 15 having a computer data memory 19 is sor via a bus or a Sen / actor bus 17 connected to the multi-axis drive 30, which consists of three signal computers or Controllers 20 ( 20.2 ; 20.2 ; 20.3 etc.) and the drive computer 2 with recipe memory 24 . The drive computer 22 consists of the interpolator 21 and three position controllers Pos. M1, Pos. M2, Pos. M3, which as a functional unit ensures the best possible and shortest possible coordination of all position controllers. Each controller 20 has its own speed controller (V controller, V-1, V-2, V-3) and a current controller (I controller, I1, I2, I3), which controls the torque, as well as field controllers (ϕ control, ϕ1, ϕ2, ϕ3), and is each with an axis resp. the corre sponding motor M1, M2 resp. M3 connected. At the sensor / actuator bus 17 , all the necessary signal or control connections of the machine such as switches, controls, sensors, auxiliary motors, etc. can be connected, for. B. mutandis. 1. The high-speed processing for all the control tasks will Fig However, instead of directly in the multiple axis drive 30, on the basis of setpoints, limits, or a corresponding recipe, and tolerance values specific for each work by the computer data storage 19 be transmitted.

In der Fig. 3 ist "hardwaremäßig" ein erfindungsgemäßer Mehrfachdrive bzw. Mehrachsdrive mit drei Achsen (M1, M2, M3) sehr vereinfacht dargestellt. Das Herzstück ist der Mehrachs drive 30, der hier für die gleichzeitige, koordinierte Steue rung und Regelung von drei Achsen bzw. drei Motoren (M1, M2, M3) konzipiert ist. Die Datenübertragung kann über eine direkte Leitung 17′ oder einen Datenbus 17, wie in der Fig. 1 resp. Fig. 2, erfolgen, je nach Ausbaugrad, resp. Komplexität der ganzen Steuerung. Die Visualisierung findet im Komman dogerät 16 z. B. einem PC der Maschinensteuerung resp. des Maschinenrechners 15 statt. Grundkomponenten, auf denen die neue Lösung aufgebaut ist, ist die Steuerverbindung (S1, S2, S3) mit dem jeweiligen Motor (M1, M2, M3) sowie die Rückmeldeverbindung (R1, R2, R3) über welche insbesondere die ϕ-Kontrolle bzw. die Positions-Istwerte von jeder Achse rückgemeldet werden bzw. worüber die entsprechende interne Regelung stattfindet. Der Mehrfachdrive ist eine Motor steuerung/Regelung für mehrere Achsen.In FIG. 3, a multi-axis drive or multi-axis drive with three axes (M1, M2, M3) according to the invention is represented in a very simplified manner in terms of hardware. The centerpiece is the multi-axis drive 30 , which is designed here for the simultaneous, coordinated control and regulation of three axes or three motors (M1, M2, M3). The data transmission can be via a direct line 17 ' or a data bus 17 , as in Fig. 1 respectively. Fig. 2, depending on the degree of expansion, respectively. Complexity of the whole control. The visualization takes place in the command dog device 16 z. B. a PC of the machine control resp. the machine computer 15 instead. The basic components on which the new solution is based are the control connection (S1, S2, S3) with the respective motor (M1, M2, M3) and the feedback connection (R1, R2, R3) via which the ϕ control or the actual position values of each axis are reported back or via which the corresponding internal control takes place. The multiple drive is a motor control / regulation for several axes.

In der Folge wird nun auf die Fig. 4 Bezug genommen, welche eine Raumkurve CR-soll in den Koordinaten X-Y-Z darstellt. Eine Grundaufgabe besteht darin, von dem Startpunkt 0 genau über die Kurve CR-soll zu dem Punkt E mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit, allenfalls einen Geschwindigkeitsverlauf zu gelangen, z. B. mit den Greifern eines Roboters oder dem Haken eines Krans. Fig. 4 stellt damit den idealisierten Verlauf dar, wobei in genügend kurzen Teilschritten vorzugsweise im Millisekundenbereich jeweils für jede Koordinate bzw. jede entsprechende Achse M1, M2, M3 die zugehörigen neuen Bewegungsbefehle gegeben werden müssen.In the following, reference is now made to FIG. 4, which represents a space curve CR-soll in the coordinates XYZ. A basic task is to get from the starting point 0 exactly over the curve CR-target to the point E with a predetermined speed, if necessary a speed curve, e.g. B. with the grippers of a robot or the hook of a crane. Fig. 4 thus represents the idealized profile, preferably in sufficiently short partial steps in the millisecond range, respectively for each coordinate or each relevant axis M1, M2, M3, the associated new movement commands must be given.

Die Fig. 5 veranschaulicht zwei Teilschritte von 0 zu A und von A zu B, nur in einer Ebene X-Y. In der Fig. 5 werden verschiedene nichtlogische Parameter wie Reibung (Ri) schwingende Masse (M) angenommen. Bei dem Punkt A bewegt sich die Masse in Richtung Ri mit einer bestimmten Geschwindigkeit Vi und erreicht nicht die Position A sondern A′. Die Position A′ ist aber außerhalb der Sollkurve 0-A-B, so daß bei A′ ein korrigierter Bewegungsbefehl für die beiden Richtungen X und Y errechnet und übergeben werden muß. Fig. 5 illustrates two sub-steps from 0 to A and from A to B, in only one plane XY. In FIG. 5 different non-logical parameters such as friction (Ri) vibrating mass (M) can be adopted. At point A, the mass moves in the direction of Ri at a certain speed Vi and does not reach position A but A '. The position A 'is outside the target curve 0-AB, so that at A' a corrected movement command for the two directions X and Y must be calculated and transferred.

Die Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße, verbesserte Lage regelung, konkret für eine Spritzgießmaschine, dabei sind:
71: Positionskontroll-Funktionsbaustein
72: Unterlagerter Drive/Motor-Geschwindigkeitsregler
73: Mechanischer Integrator der Motordrehzahl zum Lage-Ist wert Figs. 6 shows a situation according to the invention, improved control, specifically for an injection molding machine are:
71 : Position control function block
72 : Subordinate drive / motor speed controller
73 : Mechanical integrator of the engine speed for the actual position value

Mit der zeit- bzw. beschleunigungs- oder verzögerungs optimierten Annäherung an den Zielpunkt, beinhaltet der PK- FUB auch die Vorgabe der maximalen Beschleunigungs- und Verzögerungswerte, als auch den Wert für die erlaubte und anzustrebende Verfahrensgeschwindigkeit, die nicht über schritten werden darf.With the time, acceleration or deceleration optimized approach to the target point, the PK- FUB also specifies the maximum acceleration and Delay values, as well as the value for the allowed and target process speed that does not have may be stepped.

Die Fig. 6a zeigt eine optimierte Druckregelung, dabei bedeuten:
81: Positionskontroll-Funktionsbaustein
82: Unterlagerter Drive/Motor-Geschwindigkeitsregler
83: Mechanischer Integrator der Motordrehzahl zum Lage-Ist wert
84: Statische Systemdruckverstärkung (bar/m) Figs. 6a shows an optimized pressure control, mean:
81 : Position control function block
82 : Subordinate drive / motor speed controller
83 : Mechanical integrator of the engine speed to the actual position value
84 : Static system pressure boost (bar / m)

Erfindungsgemäß zeigt sich, bzw. läßt sich heute unter gewissen Randbedingungen auch mathematisch belegen, daß bei der Druckregelung die Analogie gilt, falls man hingeht und das Sollwegsignal mit dem Solldrucksignal und entsprechend die Istsignale vertauscht. Die Begründung liegt in der Tatsache, daß im statischen Fall ein unmittelbarer, linearer Zusammenhang zwischen Wegdifferenz und entsprechender Druckdifferenz besteht. Bei einer 1000 kN IMM beträgt die statische Systemdruckverstärkung ca. 200 (bar/mm) im vorderen Bewegungsbereich und vermindert sich auf ca. 1/3 dieses Wertes im hinteren Bereich. Damit für die Lage- und Druckregelung die gleichen Parameter verwendet werden können, muß die Druck differenz mit einem Skalierfaktor angepaßt werden (Kp).According to the invention shows, or can be found today certain boundary conditions also prove mathematically that at the pressure control the analogy applies if you go there and that Target path signal with the target pressure signal and accordingly the Actual signals interchanged. The reason lies in the fact that in the static case an immediate, linear Relationship between path difference and corresponding There is a pressure difference. With a 1000 kN IMM this is static system pressure gain approx. 200 (bar / mm) in the front Range of motion and decreases to about 1/3 of this value in the back. So that for the position and pressure control same parameters can be used, the pressure difference can be adjusted with a scaling factor (Kp).

Beispielsweise bei einem Spritzvorgang wird im allgemeinen Fall sowohl der Druck als auch die Geschwindigkeit vorge geben. In der ersten Phase liegt die Priotität vielfach in der Geschwindigkeitskontrolle und später in der Druckvorgabe. Im weiteren muß in der Software des Einspritzkontrollers dafür gesorgt werden, daß die Endlagen nicht überfahren werden, das heißt, diese dürfen im Normalfall nicht berührt werden. Keinesfalls darf mit hoher Geschwindigkeit in die mechani schen Begrenzungen gefahren werden. Folgende Anforderungen stellen sich somit an den Spritzkontroller:
- Beherrschen der vorgegebenen (Maximal-) Beschleunigung und Verzögerung
- Beherrschen der (maximalen) Spritzgeschwindigkeit = F (s, t)
- Beherrschen des (Maximal-) Spritzdruckes = f (s, t)
- Beherrschen des (Minimal/Maximal-) Weges → maschinen typisch.For example, in a spraying operation, both the pressure and the speed are given in the general case. In the first phase, priority often lies in speed control and later in printing. In addition, the software of the injection controller must ensure that the end positions are not exceeded, that is, they must not normally be touched. Under no circumstances may the mechanical limits be driven at high speed. The spray controller therefore has the following requirements:
- Master the specified (maximum) acceleration and deceleration
- Mastering the (maximum) spraying speed = F (s, t)
- Mastering the (maximum) spray pressure = f (s, t)
- Mastering the (minimum / maximum) path → machine typical.

Die Fig. 6b zeigt einen, auf noch eine höhere Stufe optimierten Spritzkontroller, dabei bedeuten:
91: Anpassung der Kraft-Druckregelverstärkung
92: Positions(überlauf)begrenzungen
93: Positionskontroll-Funktionsbaustein
94: Unterlagerter Drive/Motor-Geschwindigkeitsregler mit unterlagertem Stromregler
95: Mech. Integrator der Motordrehzahl zum Lageistwert
96: Statische Systemkraft-Druckverstärkung (bar/m)
a: Maximalwegbegrenzung
b: Minimalwegbegrenzung
c: Sollbeschleunigung
d: Sollverzögerung
e: Sollspritzgeschwindigkeit = f (s, t) Figs. 6b shows an optimized to even a higher level controller injection, mean:
91 : Adjustment of the force-pressure control gain
92 : Position (overflow) limits
93 : Position control function block
94 : Subordinate drive / motor speed controller with subordinate current controller
95 : Mech. Integrator of the motor speed to the actual position value
96 : Static system force pressure boost (bar / m)
a: Maximum path limitation
b: Minimum path limitation
c: target acceleration
d: target deceleration
e: target injection speed = f (s, t)

Der optimierte Spritzkontroller läßt sich für spezifische Aufgaben noch weiter verbessern. So kann vor allem im Groß- Signalbereich als weitere Optimierung die Verstärkung Kp. bzw. Kz unsymetrisch ausgeführt werden, um von der höheren Winkelverzögerung unter Last Nutzen zu ziehen.The optimized spray controller can be used for specific Improve tasks even further. So especially in large Signal range as a further optimization, the gain Kp. or concentration camp to be executed asymmetrically in order from the higher Benefit from angular deceleration under load.

Gemäß Fig. 7 ergibt sich bei der Drucksprungantwort ein na hezu idealer linear-Verlauf der Ist-Geschwindigkeit. Die Fig. 7 zeigt zudem eine Gegenüberstellung der statischen Druck- Weg-Kennlinie. Dabei kommt sehr anschaulich zum Ausdruck, daß bei einem neuen, nicht-linearen Regler viel näher an die Auslegungsgrenzwerte heran gefahren werden kann.According to FIG. 7, the pressure jump response produces an almost ideal linear profile of the actual speed. The Fig. 7 also shows a comparison of static pressure path characteristic. This clearly shows that a new, non-linear controller can be used to approach the design limit values much closer.

Die Fig. 8 zeigt den Funktionsverlauf eines linear-parabo lischen Reglers. Damit im Kleinsignalbereich die hohe Ver stärkung nicht zu Instabilitäten führt, wurde die Parabel im Bereich nahe der Sollposition durch eine herkömmliche lineare Funktion ersetzt. Es zeigt sich, daß bei der Lageregelung im Großsignalbereich mit einer parabelförmigen Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Sollwegdifferenz eine (zeit)optimale Verfahrfunktion erreicht werden kann. Mit anderen Worten wirken die Soll/Ist-Abweichungen beim neuen Regler vor allem parabelartig auf die Geschwindigkeits-Stellgröße ein und nicht nur linear, wie bei herkömmlichen Reglern. Fig. 8 shows the functional curve of a linear-parabolic regulator. So that the high amplification does not lead to instabilities in the small signal range, the parabola in the area near the target position has been replaced by a conventional linear function. It can be seen that with position control in the large signal range, a (time) optimal travel function can be achieved with a parabolic dependency of the speed on the difference in the desired path. In other words, the target / actual deviations in the new controller have a parabolic effect on the speed control variable and not only linearly, as in conventional controllers.

Die Fig. 9 zeigt eine ganz besonders vorteilhafte Ausge staltung einer Gesamtsteuerung wobei die Kommunikation über einen Feldbus 17 erfolgt. Alle Soll-Programme werden dabei in einem Rechner-Speicher zum Beispiel in einem PC 15 abgelegt und form- bzw. materialspezifisch für den jeweiligen Arbeits auftrag bzw. der Herstellung einer bestimmten Anzahl gleicher Teile als Rezept zum Beispiel einer SPS überspielt und gege benenfalls von dort aus über den Feldbus 17 zusammen mit allen übrigen Sensorsignalen koordiniert als Arbeitssignale abgege ben. In der Fig. 9 sind je zwei Mehrachsendrive als Hard wareeinheit, als Modul 41 und Modul 42 zusammengefaßt. Das Modul 41 koordiniert für das Beispiel der Spritzgießmaschine die drei Achsen für Einspritzen (Translation), Plastifizieren (Rotation) sowie die Aggregatbewegung. Beim Modul 54 sind zwei Achsen aufgeführt: Formschluß sowie der Auswerfer (Kernzug). Andere Kombinationen sind auch möglich. FIG. 9 shows a very particularly advantageous configuration of an overall control system, with communication taking place via a fieldbus 17 . All target programs are stored in a computer memory, for example in a PC 15 , and transferred as a recipe, for example a PLC, and, if appropriate, from there, as a recipe, for example in a PC 15 , in a form or material-specific manner for the respective work order or for the production of a certain number of identical parts from the fieldbus 17 together with all other sensor signals coordinated as working signals. In Fig. 9 two multi-axis drive as a hardware unit, as a module 41 and module 42 are combined. For the example of the injection molding machine, module 41 coordinates the three axes for injection (translation), plasticizing (rotation) and the movement of the assembly. Two axes are listed for module 54 : positive locking and the ejector (core pull). Other combinations are also possible.

Zusammenfassend gestatten die erfindungsgemäßen Lösungen einfache, überschaubare und stabile Maschinensteuerungen zu konzipieren,
- aufbauend von der eigentlichen Führung und Überwachung des Arbeitsvorganges an sich,
- gemäß einem besonders vorteilhaften neuartigen Mehr größenregler werden insbesondere Grundparameter wie Kraft, Geschwindigkeit und Wegführung in einer bisher nicht möglichen Art beherrscht,
- insbesondere werden die unmittelbar zusammenwirkenden Achsfunktionen als Regel- und Steuer-Modul für mehrere Achsen zusammengefaßt.In summary, the solutions according to the invention allow simple, clear and stable machine controls to be designed,
- based on the actual management and monitoring of the work process itself,
- According to a particularly advantageous new multi-size controller, basic parameters such as force, speed and route are mastered in a way that was previously not possible,
- In particular, the directly interacting axis functions are combined as a regulation and control module for several axes.

Als Mehrgrößenregler wird vor allem, aber nicht ausschließ lich, die Regelung einer Achse bzw. eines Antriebes aber auf mehrere Zielgrößen hin verstanden. Dem Mehrgrößenregler wird (bildlich gesprochen) eine räumliche Hüll-Begrenzungs- Haube, bestehend aus den drei genannten Grundparametern, für jeden spezifischen Arbeitsauftrag als Rezept vorgegeben. (Der klassische Regler ist demgegenüber gekennzeichnet durch eine strenge Koppelung von Soll- und Istwert, wobei er immer aktiv ist und tendiert, diese beiden zur Übereinstimmung zu bringen.) Der Mehrgrößenregler weicht hiervon teilweise grundsätzlich ab. Da wenigstens zwei oder drei Sollwerte oder entsprechende Grenzwerte als Zielgrößen vorgegeben werden, ist im Normalfall jeweils nur eine der Größen im klassischen Sinne geregelt bzw. begrenzt, während im entsprechenden Zeit punkt die anderen Reglerteile inaktiv sind, jedoch die entsprechenden Werte überwachen. Konkret bedeutet dies, daß zum Beispiel bei Erreichen des maximalen vorgegebenen Druckes (z. B. 200 bar) die entsprechende Druckregelung das Regelkommando übernimmt, während die beiden anderen rege lungstechnisch inaktiv sind. Das gleiche gilt je für die anderen Parameter. Damit aber läßt sich tatsächlich eine Optimierung aller Grundparameter (Druck/Kraft, Geschwindig keit usw.) mit den entsprechenden elektrischen Antrieben erreichen. Zum Beispiel im Falle der Einspritzschneckenregelung einer Spritzgießmaschine wird für alle drei als Stellgröße ein Geschwindigkeitssignal für die Axialbewegung der Einspritzschnecke gewählt. Die Maschine als ganzes kann also sowohl z. B. den Spritzvorgang wie die Formschließung mit einer neuen, einheitlichen Steuerung bzw. Regelungs philosophie geführt werden, was die Beherrschung des ganzen Prozeßablaufes erleichtert und insbesondere eine extrem große Flexibilität mit höchsten qualitativen Ergebnissen erlaubt. Die ganz besonders kritischen Phasen bzw. Bereiche des Prozesses können zudem mit einer bisher nicht erreichten Stabilität und Reproduzierbarkeit des Produktionsablaufes innerhalb einer sehr kurzen Gesamt-Zykluszeit geführt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Kombination von Mehrgrößenregelung und Mehrachsdrive. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es ferner möglich, das Geschwindigkeits stellsignal zu integrieren und als Wegstellsignal (evtl. in Form von Wegsignalen) zur Steuerelektronik (Drive mit integriertem Geschwindigkeits- und Lagerregler) gesandt wird.As a multivariable controller, above all, but not excluded Lich, but the control of an axis or a drive understood several targets. The multi-size controller is (figuratively speaking) a spatial envelope delimitation Hood, consisting of the three basic parameters mentioned, for each specific work order given as a prescription. (Of the In contrast, a classic controller is characterized by a strict coupling of setpoint and actual value, whereby it is always active is and tends to match these two bring.) The multi-size controller partially deviates from this basically from. Since at least two or three setpoints or corresponding limit values are specified as target values, is usually only one of the sizes in the classic Senses regulated or limited while in the appropriate time the other controller parts are inactive, but the monitor the corresponding values. Specifically, this means that for example when the maximum specified pressure is reached (e.g. 200 bar) the corresponding pressure control Control command takes over while the other two are brisk are technically inactive. The same applies to the other parameters. But with that one can actually Optimization of all basic parameters (pressure / force, speed speed etc.) with the appropriate electric drives to reach. For example in the case of injection screw control an injection molding machine is used as a manipulated variable for all three a speed signal for the axial movement of the Injection screw selected. So the machine as a whole can both z. B. with the injection process like the mold closure a new, uniform control system philosophy, which is mastery of the whole Process flow facilitated and especially an extreme great flexibility with the highest quality results allowed. The particularly critical phases or areas the process can also be achieved with a previously unachieved Stability and reproducibility of the production process within a very short total cycle time. The combination of is particularly advantageous Multi-size control and multi-axis drive. According to another It is also possible to design the speed to integrate the control signal and as a travel signal (possibly in Form of path signals) to the control electronics (drive with integrated speed and bearing controller) becomes.

Ganz besonders vorteilhaft kann die neue Erfindung besonders für die Linearbewegungen zumindest für einen Teil vorzugs weise für alle Achsen eines Roboters z. B. eines Schweiß roboters oder eines Krans von der Driveintelligenz gesteuert bzw. koordiniert werden. Ferner bietet die neue Lösung bei Gieß- und Preßmaschinen generell, so bei Druckgieß- Spritzgieß- resp. bei Dixotrophen-Pressen und bei Textil- und Papierverarbeitungsmaschinen sowie Werkzeugmaschinen z. B. für Holz, Stein oder Metall, eine Verbesserung in Bezug auf die Beherrschung des Arbeitsprozesses.The new invention can be particularly advantageous preferred for the linear movements at least for a part wise for all axes of a robot z. B. a sweat robot or a crane controlled by the drive intelligence or be coordinated. The new solution also offers Casting and pressing machines in general, so with die casting Injection molding resp. in Dixotrophen presses and in textile and Paper processing machines and machine tools such. B. for wood, stone or metal, an improvement in terms of Mastery of the work process.

Claims

1. Control drive for several control variables of an electromotively driven axis (M1; M2; M3) of machines, in particular injection molding machines, which has a control and regulating device with an internal signal computer ( 20 ), which has the following functions for controlling and / or rules of the controlled variables; Phase angle adjuster (ϕ), current (I) and Ge speed controller (V), characterized in that a separately attachable, from a possible Maschi nenrechner ( 15 , 16 ) independent multivariable controller ( 25 ) is provided for autonomous control or regulation of the controlled variables is, which in addition to the signal computer ( 20 ) has a superordinate process computer ( 22 ) which is designed for instantaneous, selective control or regulation of the controlled variables and obtains its neces sary information from a memory ( 24 ) provided in the multivariable controller ( 25 ) .

2. Regulating drive according to claim 1, characterized by a module ( 30 ) which, in addition to several signal computers ( 20 ), the process computer ( 22 ) which is designed for instantaneous, simultaneous control or regulation of several axes (M1, M2, M3).

3. Control actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the multivariable controller ( 25 ) is designed as a cascade controller.

4. Control drive according to one of the preceding claims, characterized in that it has an interface to a data bus ( 17 ) or directly to the machine computer ( 15 , 16 ).

5. Regulating drive according to one of the preceding claims, characterized in that several working phases with different setpoints or target values in the multivariable controller ( 25 ) can be determined.

6. control drive according to one of the preceding claims, characterized in that the control signal at small rule deviations linear and with large Control deviations are a root function of the control deviation chung is.

7. Regulating drive according to one of the preceding claims, characterized in that the electromotive drive ( 1 ) is a permanently excited servo motor, a vector-controlled asynchronous motor, a regulated DC motor, a brushless DC motor or a switched reluctance motor.

8. Control drive according to one of claims 2-7, characterized in that the process computer ( 22 ) is designed for three or more axes.

9. Control drive according to one of claims 2-8, characterized in that two or more modules ( 30 ) are provided in processing machines with four and more axes, which are coordinated via start and sequence programs.

10. Regulating drive according to claim 9, characterized in that a module ( 30 ) as a higher-level module contains the start and sequence programs.

11. Regulating drive according to one of claims 2-10, characterized in that a safety limit band is set in a module ( 30 ) at least for individual values and its process computer ( 22 ) is transmitted as part of a recipe or a program for monitoring.

12. Use of the control drive according to one of the first claims for die casting machines, robots finally welding robots, cranes, casting and molding machines machines, textile and paper processing machines as well as machine tools.