DE60034977T2

DE60034977T2 - Synchronregelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60034977T2
Application number: DE60034977T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Shiba; Ikuo Ebina-shi Kotani
Original assignee: Tokyo Kikai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Tokyo Kikai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: EP1615329A2; EP1032117A3; JP2000253694A; JP3073730B1; US6274997B1; DE60034977D1; EP1032117A2; EP1032117B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronregelungsvorrichtung für Elektromotoren und durch Elektromotoren angetriebene Maschinenachsen in einer Fördervorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
Beim Synchronisieren mehrerer Elektromotoren oder durch Elektromotoren angetriebener Maschinenachsen, um ihre elektrischen Phasen in zueinander gleicher Beziehung zu halten, wird eine gemeinsame Drehfrequenzreferenz eingestellt und eine Korrektur der Synchronregelung erfolgt durch Verwenden einer Abweichung zwischen dem Frequenzsignal entsprechend der Drehfrequenzreferenz und dem Frequenzsignal eines Drehcodierers des Elektromotors.
Im Stand der Technik ist das Signalbildungs- und -erfassungsverfahren der Hauptregelschleife für die Drehfrequenzreferenz unabhängig von der Korrekturschleife für die Frequenzabweichung, sodass eine Zeitverzögerung zwischen ihnen auftritt und eine hochgenaue Synchronregelung sehr schwierig ist.
7 zeigt eine herkömmliche Synchronregelungsvorrichtung für mehrere Elektromotoren, zum Beispiel zwei Elektromotoren.
In 7 ist Cm eine konzentrierte Steuervorrichtung eines Master-Abschnitts. In der konzentrierten Steuervorrichtung Cm ist Sm eine Drehfrequenzeinstellvorrichtung, Tm ist eine Kommunikationsschnittstelle, die die Drehfrequenzeinstellsignale von der Drehfrequenzeinstellvorrichtung aussendet. Die Drehfrequenzeinstellsignale werden durch eine Kommunikationsleitung 1 zu einem Slave-Abschnitt geschickt.
Fm ist ein Frequenzsignalgenerator, dem die von der Drehfrequenzeinstellvorrichtung Sm ausgegebenen Drehfrequenzeinstellsignale eingegeben werden und der Frequenzsignale proportional zum Drehfrequenzeinstelleingang erzeugt. Der Ausgang von Fm wird dem Slave-Abschnitt durch eine Signalleitung 2 geschickt. In der folgenden Erläuterung wird nun eine Leitung, die Signale überträgt, die von den digitalen Signalen in die seriellen Signale umgesetzt wurden, als eine Kommunikationsleitung bezeichnet, und eine Leitung, die Impulssignale so sendet wie sie sind, wird als eine Signalleitung bezeichnet.
Weiter sind Cs1 und Cs2 Steuervorrichtungen für einen Slave-Abschnitt, As1 und As2 sind Antriebsvorrichtungen von Elektromotoren des Slave-Abschnitts, Ds1 und Ds2 sind Elektromotoren im Slave-Abschnitt, Rs1 und Rs2 sind den Elektromotoren hinzugefügte Drehcodierer, Gs1 und Gs2 sind Getriebevorrichtungen, Ks1 und Ks2 sind durch die Elektromotoren des Slave-Abschnitts angetriebene Maschinenachsen.
Die Steuervorrichtungen des Slave-Abschnitts Cs1 und Cs2 bestehen aus den gleichen Komponenten, sodass in der folgenden Erläuterung nur die Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1 erläutert wird, aber die Komponenten der Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs2 sind analog nummeriert.
In 7 ist 11 eine Kommunikationsschnittstelle, die die von der Kommunikationsschnittstelle Tm im Master-Abschnitt ausgegebenen Drehfrequenzeinstellsignale empfängt und sie in die Drehfrequenzreferenzspeichereinrichtung 12 als die Master-Drehfrequenzeinstellsignale speichert. 15 ist ein Drehfrequenzrückkopplungsdetektor, der eine Rückkopplungsdrehfrequenz aus den vom Drehcodierer Rs1 im Slave ausgegebenen Frequenzsignalen erfasst.
13 ist ein Frequenzabweichungszähler, der die Frequenzsignale aus dem Frequenzgenerator Fm im Master-Abschnitt hochzählt und die Abweichung durch Herunterzählen der Frequenzsignale vom Drehcodierer Rs1 im Slave-Abschnitt erfasst.
Diese Ausgänge des Frequenzabweichungszählers 13 werden zu den von der Drehfrequenzreferenzspeichereinrichtung 12 ausgegebenen Master-Drehfrequenzeinstellsignalen durch einen Proportionalintegrationsverstärker 14 (nachfolgend als PI be zeichnet) als Korrektursignale addiert oder subtrahiert, weiter mit den vom Drehfrequenzrückkopplungsdetektor 15 ausgegebenen Drehfrequenzrückkopplungssignalen berechnet und zur Antriebsvorrichtung Ast geschickt.
D.h. die Master-Drehfrequenzeinstellsignale werden basierend auf dem Ausgang des Frequenzabweichungszählers 13 (Frequenzabweichung) korrigiert, und Drehfrequenz und -phase des Elektromotors Ds1, Ds2 im Slave-Abschnitt Cs1, Cs2 werden basierend auf der Abweichung zwischen den korrigierten Drehfrequenzeinstellsignalen und den Drehfrequenzrückkopplungssignalen geregelt.
Im herkömmlichen Verfahren sind das Signalbildungs- und -erfassungsverfahren der Hauptregelschleife der Drehfrequenzreferenz und der Korrekturschleife der Frequenzabweichung im Slave-Abschnitt unterschiedlich, sodass die Zeitverzögerung unvermeidbar ist und eine hochgenaue Synchronregelung sehr schwierig ist.
Dies wird in 8 weiter erläutert.
In 8 ist 1 ein Referenzsignal, das von der Kommunikationsschnittstelle Tm in der konzentrierten Steuervorrichtung des Master-Abschnitts Cm in 7 ausgegeben wird, in der Kommunikationsschnittstelle 11 empfangen und erfasst wird, die in der Drehfrequenzsteuervorrichtung des Slave-Abschnitts eingestellt ist, und in der Drehfrequenzreferenzspeichereinrichtung 12 gespeichert wird. Ferner ist 2 in 8 ein Referenzsignal, das vom Frequenzgenerator Fm im Master-Abschnitt Cm in 7 geschickt und dem im Slave-Abschnitt eingestellten Frequenzabweichungszähler 13 eingegeben wird.
Wie in 8 dargestellt, sind das Referenzsignal 1 und das Frequenzsignal 2 in der Signalform verschieden und das Erfassungsverfahren ist ebenfalls verschieden, sodass die Zeitverzögerung auftritt, obwohl sie im Wesentlichen überlappen sollten.
Außerdem zeigen in 8 die Zeitpunkte t1, t2, t3 ... Zeitpunkte zum Implementieren einer Synchronregelungsverarbeitung im Slave-Abschnitt. Zur Zeit t2, entsprechend einem Punkt A des Referenzsignals 1, sollte das Frequenzsignal 2 mit A' zusammenfallen. Das Frequenzsignal 2 wird jedoch wegen der durch die Differenz eines erzeugten Verfahrens und eines Übertragungspfades zwischen Referenzsignal 1 und Frequenzsignal 2 unter Verwendung des Werts bei Punkt B geregelt. D.h. ΔF in 8 findet in der Synchronschleife als ein Fehler in der Synchronregelung statt, sodass eine hochgenaue Synchronregelung schwierig ist.
Die US-A-5,424,763 beschreibt eine Synchronregelungsvorrichtung zum Synchronisieren von Drehfrequenz und Drehphase eines Elektromotors, mit einem Referenzgenerator, der Phasensignale zu einem Slave-Abschnitt ausgibt, im Master-Abschnitt und einer Erfassungseinrichtung zum gleichzeitigen fortwährenden Erfassen sowohl von Master-Drehfrequenzeinstellsignalen als auch Master-Phaseneinstellsignalen unter Verwendung der vom Master-Abschnitt gesendeten Phasensignale in einem Slave-Abschnitt. Eine Einrichtung zum gleichzeitigen fortwährenden Erfassen von Drehfrequenzrückkopplungssignalen und Phasenrückkopplungssignalen basierend auf einem Ausgang eines Drehcodierers, der an einem Elektromotor des Slave-Abschnitts angebracht ist, und eine Phasenabweichungsverfassungseinrichtung zum fortwährenden Erfassen einer Phasenabweichung aus den Master-Einstellsignalen und den Phasenrückkopplungssignalen sind vorgesehen. Die Synchronregelung des Elektromotors des Slave-Abschnitts wird auf der Basis der Phasenabweichung, der Master-Drehfrequenzeinstellsignale und der Drehfrequenzrückkopplungssignale ausgeführt.
Die DE-C-19727824 beschreibt eine Druckerpresse mit einer Synchronregelungsvorrichtung für den Betrieb mehrerer Motoren. In einem Master-Abschnitt erzeugt ein Geschwindigkeitsgenerator eine Drehgeschwindigkeitsreferenz und ist mit einem Phasendetektor, der Phasensignale erzeugt, verbunden.
Die US-A-5,615,609 zeigt eine weitere Druckerpresse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Problem wird durch die Vorrichtung gemäß dem Anspruch gelöst. Die vorliegende Erfindung sieht eine genaue Synchronregelung ohne Verursachen der Zeitverzögerung durch Erfassen der Drehfrequenz und -phase gleichzeitig und fortwährend mit den gleichen Signalen in der Synchronregelung mehrerer Elektromotoren vor.
Ein Master-Abschnitt gibt Phasensignale oder Frequenzsignale basierend auf einer Drehfrequenzreferenz aus. Ein Slave-Abschnitt erfasst Master-Drehfrequenzeinstellsignale und Master-Phaseneinstellsignale gleichzeitig und fortwährend durch Verwenden der Phasensignale oder Frequenzsignale vom Master-Abschnitt und erfasst Drehfrequenzrückkopplungssignale und Phasenrückkopplungssignale gleichzeitig und fortwährend basierend auf einem Ausgang eines Drehcodierers, der an einem Elektromotor angebracht oder mit einer durch den Elektromotor angetriebenen Maschinenachse verbunden ist, erfasst dann eine Phasenabweichung fortwährend aus den Master-Phaseneinstellsignalen und den Phasenrückkopplungssignalen.
Der Elektromotor des Slave-Abschnitts oder die dadurch angetriebene Maschinenachse wird basierend auf der Phasenabweichung, den Master-Drehfrequenzeinstellsignalen und den Drehfrequenzrückkopplungssignalen synchron geregelt.
Auch kann der Master-Abschnitt eine Steuervorrichtung zum Steuern des Elektromotors und eine Einrichtung zum Senden der von einem am Elektromotor angebrachten Drehcodierer oder einem mit einer durch den Elektromotor angetriebenen Maschinenachse verbundenen Drehcodierer ausgegebenen Frequenzsignale zum Slave-Abschnitt vorsehen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus dem folgenden Ausführungsmodus der Erfindung mit den folgenden beiliegenden Zeichnungen verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Beispiel von Komponenten eines Drehfrequenzeinstellberechners, usw. des ersten Ausführungsbeispiels.
4 zeigt Zeichnungen zum Erläutern des Vorgangs des Drehfrequenzeinstellberechners des ersten Ausführungsbeispiels.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.
7 zeigt ein Beispiel eines Standes der Technik.
8 zeigt eine Zeichnung zum Erläutern einer Zeitverzögerung der Drehfrequenzeinstellung und der Phaseneinstellung im herkömmlichen Beispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme in der folgenden Weise. In der konzentrierten Steuervorrichtung, d.h. einem Master-Abschnitt der Synchronregelung für mehrere Elektromotoren, gibt es einen Phasendetektor, dessen Eingangsfrequenz proportional zu einer Einstelldrehfrequenz ist, und die im Phasendetektor erfassten Drehphasensignale werden immer zum Slave-Abschnitt geschickt.
Der Slave-Abschnitt empfängt die vom Master-Abschnitt gesendeten Phasensignale und erfasst zu jeder Zeit gleichzeitig sowohl Master-Drehfrequenzeinstellsignale als auch Master-Phaseneinstellsignale zur gleichen Zeit aus den gesendeten gemeinsamen Phasensignalen.
Andererseits erhält der Slave-Abschnitt Drehfrequenzrückkopplungssignale und Phasenrückkopplungssignale zur gleichen Zeit durch fortwährendes gleichzeitiges Erfassen sowohl der Drehfrequenzrückkopplungssignale als auch der Phasenrückkopplungssignale aus Signalen eines am Elektromotor angebrachten Drehcodierers oder eines mit einer durch den Elektromotor angetriebenen Maschinenachse verbundenen Drehcodierers. Außerdem berechnet der Slave-Abschnitt immer eine Phasenabweichung zwischen den Master-Phaseneinstellsignalen und den Phasenrückkopplungssignalen.
Ferner wird die Synchronregelung der Elektromotoren basierend auf der Phasenabweichung, den Master-Drehfrequenzeinstellsignalen und den Drehfrequenz-Rückkopplungssignalen implementiert.
Wie oben erwähnt, kann der Slave-Abschnitt der Synchronregelungsvorrichtung sowohl die Drehfrequenzeinstellsignale als auch die Phaseneinstellsignale basierend auf der gemeinsamen Drehphase, die zur gleichen Zeit vom Master-Abschnitt gesendet wird, erhalten, sodass eine sehr hochgenaue Synchronregelung realisiert wird.
In der obigen Erläuterung wird das Drehphasensignal von der konzentrierten Steuervorrichtung, dem Master-Abschnitt, gesendet, aber es ist auch möglich, vom Drehcodierer gesendete Frequenzsignale zu verwenden und Frequenzausgangssignale von dem am Elektromotor im Master-Abschnitt angebrachten Drehcodierer oder dem mit der durch den Elektromotor angetriebenen Maschinenachse verbundenen Drehcodierer zu verwenden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1, 4, 5 und 6 sind Zeichnungen von Komponenten des Ausführungsbeispiels der Synchronregelungsvorrichtung. 2 zeigt einen Prozess des Master-Abschnitts, 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel konkreter Komponenten von 1.
Weiter zeigen 1, 5 und 6 die Synchronregelung mehrerer Elektromotoren der vorliegenden Erfindung, die einen Master-Abschnitt und zwei Slave-Abschnitte als ein Beispiel zur Vereinfachung der Erläuterung hat, und gleiche Teile in 7 des Standes der Technik haben die gleichen Bezugsziffern.
In 1 ist Cm eine konzentrierte Steuervorrichtung, die ein Master-Abschnitt ist, Cs1 und Cs2 sind Slave-Steuervorrichtungen, Ast und As2 sind Antriebsvorrichtungen von Elektromotoren des Slave-Abschnitts, Ds1, Ds2 sind Elektromotoren des Slave-Abschnitts, Rs1, Rs2 sind Codierer eines den Elektromotoren hinzugefügten absoluten Systems oder eines Inkrementalsystems mit einer Z-Phase.
Weiter sind Gs1, Gs2 Getriebevorrichtungen, Ks1, Ks2 durch die Elektromotoren Ds1, Ds2 über Gs1, Gs2 gedrehte Maschinenachsen.
Es wird nun im Ausführungsbeispiel in 1 ein Fall erläutert, bei dem der Drehcodierer am Elektromotor angebracht ist, aber der Drehcodierer kann auch mit der Maschinenachse verbunden sein, die mit dem Elektromotor durch eine Getriebevorrichtung verbunden ist.
Als Nächstes wird die konzentrierte Steuervorrichtung Cm des Master-Abschnitts in 1 erläutert.
In der konzentrierten Steuervorrichtung Cm ist Sm eine Drehfrequenzeinstellvorrichtung, der Ausgang wird zum Frequenzgenerator Fm geschickt. Der Frequenzgenerator Fm erzeugt Signale proportional zum Drehfrequenzeinstelleingang, und weiter wird das Frequenzsignal in einen Phasendetektor Pm eingegeben.
Der Phasendetektor Pm hat eine Akkumulationsfunktion und wird beim Zählen der Impulszahl entsprechend einer Drehung des Drehcodierers im Slave-Abschnitt überlaufen und gelöscht. Der Zählwert des Akkumulationszählers wird in einem vorbestimmten Zeitabstand ΔT abgetastet, und der Phasendetektor Pm gibt Signale entsprechend den Phasensignalen aus. Diese Phasensignale werden durch die Kommunikationsschnittstelle Tm über die Kommunikationsleitung 1 zur Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1 geschickt.
In 2 werden die Drehfrequenzeinstellvorrichtung Sm, der Frequenzgenerator Fm, der Phasendetektor Pm und die Kommunikationsschnittstelle Tm weiter erläutert.
Der Frequenzgenerator Fm erzeugt die Frequenzsignale proportional zum Drehfrequenzeinstellwert durch den Befehl der Drehfrequenzeinstellvorrichtung Sm, und die Ausgangsfrequenz ändert sich wie bei (a) in 2.
Die Signale, die der Frequenzgenerator Fm erzeugt, werden im Akkumulationszähler im Phasendetektor Pm gezählt, und der Zählwert des Akkumulationszählers ändert sich wie bei (b) in 2.
Der Akkumulationszähler des Phasendetektors Pm akkumuliert den Impulsausgang vom Frequenzgenerator Fm, und wird beim Zählen der Impulszahl entsprechend der einen Drehung des Drehcodierers im Slave-Abschnitt überlaufen und gelöscht, sodass der Zählwert einer Drehphase entspricht.
Die Kommunikationsschnittstelle Tm tastet den Zählwert des Akkumulationszählers des Phasendetektors im Takt (zur Zeit der schwarzen Punkte von (b) in 2) zur Zeit t1, t2, ... (Zeitintervall ΔT) ab und setzt den Zählwert des Akkumulationszählers des Phasendetektors Pm, der bei (c) in 2 gezeigt ist, in das serielle Signal um und sendet es periodisch und mit hoher Drehfrequenz an alle Slave-Abschnitte. Nun ist die Sendefrequenz (=ΔT) des Phasensignals durch die Kommunikationsschnittstelle Tm kurz, praktischerweise zum Beispiel kleiner als 0,2 ms, wenn die Drehzahl des obigen Drehcodierers 2.400 U/min beträgt, die Zeit einer Drehung 25 ms beträgt, sodass die Phasensignalzahl von 125 bei einer Drehung gesendet wird (in 2 ist zur Vereinfachung der Erläuterung die Drehzahl des Phasensignals durch eine Drehung auf 3 abgekürzt).
Als Nächstes werden die Steuervorrichtungen des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 in 1 erläutert. In den Steuervorrichtungen des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 ist 21 eine Kommunikationsschnittstelle, 22 ist ein Drehfrequenzeinstellberechner und 23 ist ein Phaseneinstelldetektor. Weiter ist 24 ein Phasensignalempfänger, der das Phasensignal vom Drehcodierer Rs1, Rs2 empfängt, 25 ist ein Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektor, 26 ist ein Phasenrückkopplungssignaldetektor, 27 ist ein Phasenabweichungsberechner und 28 ist ein PI-Verstärker.
Die Kommunikationsschnittstelle 21 von 1 empfängt das von der Kommunikationsschnittstelle Tm des Master-Abschnitts gesendete serielle Signal zu einem gegebenen Takt und stellt die Master-Phasensignale wieder her, wie bei (c) in 2 gezeigt. Weiter berechnet der Drehfrequenzeinstellberechner 22 das Master-Drehfrequenzeinstellsignal aus dem von der Kommunikationsschnittstelle 21 ausgegebenen Phaseneinstellsignal. Der Phaseneinstelldetektor 23 speichert die Phaseneinstellsignale und lässt die von der Kommunikationsschnittstelle 21 ausgegebenen Zahlen überlaufen (später erläutert).
3 zeigt die Einzelheiten der Kommunikationsschnittstelle 21, des Drehfrequenzeinstellberechners 22, des Phaseneinstelldetektors 23, des Phasensignalempfängers 24, des Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektors 25, des Phasenrückkopplungssignaldetektors 26 in 1, und 4 zeigt eine Berechnung des Master-Drehfrequenzseinstellsignals durch den Drehfrequenzeinstellberechner 22.
Als Nächstes werden der Vorgang des Drehfrequenzeinstellberechners 22 und des Phaseneinstelldetektors 23 durch 3 und 4 erläutert.
Wie in 3 dargestellt, sieht die Kommunikationsschnittstelle 21 ein Register 21a vor und setzt die seriellen Signale entsprechend den Master-Phaseneinstellsignalen, die durch die Kommunikationsleitung 1' gesendet wurden, in die parallelen Signale um und speichert sie im Register 21a.
Die im Register 21a gespeicherten Master-Phaseneinstellsignale (nachfolgend als Phaseneinstellsignale abgekürzt, falls erforderlich) werden in einem Zeitabstand ΔT abgetastet und in jedem des Registers 22a des Drehfrequenzeinstellberechners 22 und des Registers 23a des Phaseneinstelldetektors 23 gespeichert. Es ist nun bevorzugt, dass das Zeitintervall ΔT gleich dem Zeitintervall ΔT der konzentrierten Steuervorrichtung Cm ist, aber die Synchronisierung zur Abtastzeit der konzentrierten Steuervorrichtung Cm ist nicht immer notwendig.
Als Nächstes wird die Berechnung des Drehfrequenzeinstellsignals des Drehfrequenzeinstellberechners 22 unter Verwendung von 4 erläutert. In 4 zeigt (a) das durch den Drehfrequenzeinstellberechner 22 berechnete Master-Drehfrequenzeinstellsignal, (b) zeigt das von der Kommunikationsschnittstelle 21 empfangene Phaseneinstellsignal.
Wie oben erwähnt, ist das von der konzentrierten Steuervorrichtung Cm gesendete Phaseneinstellsignal der Zählwert des Akkumulationszählers im Phasendetektor Pm der konzentrierten Steuervorrichtung Cm, und der Zählwert des Akkumulationszählers ist die Akkumulation von Frequenzsignalen proportional zum Drehfrequenzeinstellwert. Deshalb zeigt die Veränderung des Zählwerts des Akkumulations zählers, d.h. die Veränderung des Phaseneinstellsignals, Signale entsprechend dem Drehfrequenzsignal an. Der Akkumulationszähler wird nun beim Zählen der Impulse entsprechend einer Drehung des Drehcodierers des Slave-Abschnitts gelöscht, sodass, wenn der Zählwert des Akkumulationszählers, d.h. das von der konzentrierten Steuervorrichtung Cm gesendete Phaseneinstellsignal, kleiner als jenes zur letzten Zeit ist, der Akkumulationszähler überläuft und gelöscht wird.
Wie oben erwähnt, erhält man durch Erhalten der Veränderung ΔPk (k = 1 – m) des Phaseneinstellsignals und Teilen durch ΔT des Abtastintervalls, wie in 4(b) dargestellt, das in 4(a) dargestellte Drehfrequenzeinstellsignal. Nun wird, wenn das Phaseneinstellsignal kleiner als jenes zur letzten Zeit ist, der Akkumulationszähler der konzentrierten Steuervorrichtung Cm gelöscht (zu der Zeit, wenn der Akkumulationszähler überläuft), sodass in diesem Fall die obige Veränderung ΔPn + 1, ΔTn + 3 durch Erhalten des Phaseneinstellsignals nach ΔT auf einer Linie erhalten wird, die eine verlängerte Neigung des durch die gepunkteten Linien A1, A2 in 4 dargestellten Phaseneinstellsignals ist.
Basierend auf dem obigen Prinzip berechnet der Drehfrequenzeinstellberechner 22 die Drehfrequenzeinstellsignale wie folgt.
Das Phaseneinstellsignal durch die Kommunikationsleitung 1' wird im Register 22a des Drehfrequenzeinstellberechners 22 nach jeweils ΔT registriert. Wenn das nächste Phasensignal im Register 22a nach ΔT gespeichert wird, wird das im Register 22a registrierte Phaseneinstellsignal zum Register 22b übertragen, und das neu eingegebene Phaseneinstellsignal wird im Register 22a registriert. Als Ergebnis wird das zu dieser Zeit abgetastete Phaseneinstellsignal im Register 22a gehalten, und das zur letzten Zeit abgetastete Phaseneinstellsignal wird im Register 22b gehalten.
Der ΔP-Berechner 22c erhält die Veränderung ΔP aus den Phaseneinstelisignalen, die in den Registern 22a, 22b gehalten werden, und sendet sie an den ΔP/ΔT-Berechner 22d. Der ΔP/ΔT-Berechner 22d erhält das Drehfrequenzeinstellsignal durch Teilen der Veränderung ΔP durch das Zeitintervall ΔT. Das berechnete Drehfrequenzeinstellsignal wird im Register 22e gehalten.
Wie oben erwähnt, erhält der Drehfrequenzeinstellberechner 22 ein Master-Drehfrequenzeinstellsignal basierend auf einem Phasensignal, das er von der Kommunikationsschnittstelle 21 erhält.
Ferner hält der Phaseneinstelldetektor 23 die Phaseneinstellsignale und speichert Zeitpunkte, zu denen das Phaseneinstellsignal kleiner als jenes zur letzten Zeit ist, d.h. die Überlaufzeitpunkte. In ähnlicher Weise erhalten der Drehfrequenzeinstellberechner 22 und der Phaseneinstelldetektor 23 gleichzeitig die Master-Drehfrequenzeinstellsignale und die Master-Phaseneinstellsignale basierend auf dem von der konzentrierten Steuervorrichtung Cm gesendeten Phaseneinstellsignal.
Andererseits empfängt der Phasensignalempfänger 24 des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 Signale vom Drehcodierer Rs1, Rs2. Der Phasenrückkopplungssignaldetektor 26 erfasst die bei (b) in 2 dargestellten Phasensignale, die vom Elektromotor rückgekoppelt werden. Der Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektor 25 berechnet die Drehfrequenzrückkopplungssignale vom Elektromotor Ds1, Ds2.
Wie in 3 dargestellt, weisen der Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektor 25 und der Phasenrückkopplungssignaldetektor 26 die gleichen Komponenten wie der obige Drehfrequenzeinstellberechner 22 und der Phaseneinstelldetektor 23 auf, und der Phasenempfänger 24 weist den Zähler 24a zum Zählen von vom Drehcodierer Rs1 gesendeten Impulssignalen auf.
Der obige Akkumulationszähler 24a zählt die vom Drehcodierer Rs1 gesendeten Impulssignale und läuft beim Zählen der Impulse entsprechend der einen Drehung des Drehcodierers über und wird gelöscht. Deswegen zeigt der Zählwert die Drehphase des Drehcodierers Rs1.
Der Zählwert des Akkumulationszählers 24a wird durch das Abtastsignal des vorgenannten Zeitintervalls ΔT abgetastet und im Register 25a des Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektors 25 und Register 26a des Phasenrückkopplungssignaldetektors 26 gespeichert.
Der Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektor 25 arbeitet mit dem Drehfrequenzeinstellberechner 22 zusammen und berechnet die Drehfrequenzrückkopplungssignale basierend auf den im Register 25a registrierten Drehphasensignalen.
Ferner werden Signale entsprechend der Drehphase des Drehcodierers Rs1 im Register 26a im Phasenrückkopplungssignaldetektor 26 gespeichert, und die Überlaufzahl des Akkumulationszählers 24a wird im Phasenrückkopplungssignaldetektor 26 gespeichert.
Der PHasenabweichungsberechner 27 berechnet die Masterphaseneinstellsignale und die Phasenabweichung des Drehcodierers Rs1 basierend auf dem vom Phaseneinstelldetektor 23 ausgegebenen Master-Phaseneinstellsignal, dem vom Phasenrückkopplungssignaldetektor 26 ausgegebenen Phasenrückkopplungssignal und der im Phaseneinstelldetektor 23 und Phasenrückkopplungssignaldetektor 26 gespeicherten Überlaufzahl.
Der Phasenabweichungsberechner 27 erhält die Phasenabweichung Hs durch eine folgende Gleichung (1) (siehe die vom Anmelder vorgeschlagene detaillierte japanische Anmeldung Nr. 362567/98 ): Hs = Nmax × Covf + Cm – Cs (1)
Hierbei ist Nmax die Impulszahl je Drehung des Drehcodierers Rs1 (Überlaufimpulszahl des Akkumulationszählers in der konzentrierten Steuervorrichtung Cm und im Akkumulationszähler 24a), Covf ist die Differenz der Überlaufzeit des Akkumulationszählers in der konzentrierten Steuervorrichtung Cm und im Akkumulationszähler 24 (Erhöhung um 1 bei einem Überlauf des Akkumulationszählers in der konzentrierten Steuervorrichtung Cm und Erniedrigung um 1 bei einem Überlauf des Akkumulationszählers 24a), Cm ist ein im Register 23a des Phaseneinstelldetektors 23 gehaltener Wert, und Cs ist ein im Register 26a des Phasenrückkopplungssignaldetektors 26 gehaltener Wert.
Diese Phasenabweichung wird zu dem vom Drehfrequenzeinstellberechner 22 ausgegebenen Master-Drehfrequenzeinstellsignal als das Phasenkorrektursignal durch den PI-Verstärker 28 addiert, wie in 1 dargestellt, und zu den Antriebsvorrichtungen As1, As2 geschickt, um die Elektromotoren Ds1, Ds2 zu steuern.
D.h., wie oben erwähnt, das Master-Drehfrequenzeinstellsignal wird basierend auf dem Ausgang des Phasenabweichungszählers 27 korrigiert, die Drehfrequenz und die Phase der Elektromotoren Ds1, Ds2 der Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 werden durch die Abweichung zwischen dem korrigierten Drehfrequenzeinstellsignal und dem Drehfrequenzrückkopplungssignal geregelt.
Wie oben erwähnt, erhält diese Erfindung das Master-Drehfrequenzeinstellsignal und das Master-Phaseneinstellsignal basierend auf einem Phasensignal, sodass das Master-Drehfrequenzeinstellsignal und das Master-Phaseneinstellsignal ohne die Zeitverzögerung erhalten werden können und eine hochgenaue Synchronregelung möglich ist.
Nun sind die konzentrierte Steuervorrichtung Cm des Master-Abschnitts und die Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 in 1 und 4 aus einem Mikroprozessor, einem digitalen Signalprozessor, einem Gate Array, usw. aufgebaut, sodass es unnötig ist, zu erwähnen, dass die Verarbeitung mit einer sehr hohen Drehfrequenz erfolgen kann.
Weiter wurde im obigen Ausführungsbeispiel ein Fall beschrieben, dass die Drehrichtung aller Elektromotoren im Slave-Abschnitt als gleich angenommen wird, aber selbst wenn es Elektromotoren einer umgekehrten Drehrichtung gibt, kann die Verbindung des Drehcodierers und des Akkumulationszählers 24 zur Implementierung der Synchronregelung in der gleichen Weise wie bei gleicher Drehrichtung aller Elektromotoren erfolgen.
Als Nächstes wird das in 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel erläutert.
In 5 haben Teile mit gleicher Funktion wie in 1 gleiche Zeichen und auf die Erläuterung wird verzichtet.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die konzentrierte Steuervorrichtung Cm die Frequenzsignale einer Frequenz proportional zu vom Frequenzgenerator Fm ausgegebenen Drehfrequenzeinstellsignalen direkt zur Steuer vorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 durch eine Signalleitung 2' sendet und in der Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 das Master-Drehfrequenzeinstellsignal und das Master-Phaseneinstellsignal erhalten werden. Nun sind die Frequenzsignale Impulssignale wie die Ausgangssignale eines absoluten Codierers oder eines Inkrementalcodierers mit einer Z-Phase.
Die Komponenten des Drehfrequenzeinstellberechners 22, des Phaseneinsteildetektors 23 im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind gleich jenen in 3, bis auf den Phaseneinstellempfänger 21' mit einem Akkumulationszähler anstelle des Registers, und der Akkumulationszähler zählt die obigen Frequenzsignale, die von der konzentrierten Steuervorrichtung Cm gesendet werden. Ferner wird der Zählwert des Akkumulationszählers durch die Abtastsignale des Zeitintervalls ΔT abgetastet, und die Abtastdaten werden im Register 22a des Drehfrequenzeinstellberechners 22 und Register 23a des Phaseneinstelldetektors 23 registriert. Der anschließende Vorgang ist gleich dem ersten Ausführungsbeispiel, und das Master-Drehfrequenzeinstellsignal wird durch den Drehfrequenzeinstellberechner 23 wie bei der Erläuterung in 3 berechnet, ferner wird das Phaseneinstellsignal durch den Phaseneinstelldetektor 23 zur gleichen Zeit erfasst.
Ferner sind die Komponenten des Phasensignalempfängers 24, des Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektors 25 und des Phasenrückkopplungssignaldetektors 26 gleich jenen in 4, die Synchronregelung wird in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel implementiert.
Auch erhält man in diesem Ausführungsbeispiel, da das Master-Drehfrequenzeinstellsignal und das Master-Phaseneinstellsignal ebenfalls basierend auf einem Frequenzsignal erhalten werden, das Master-Drehfrequenzeinstellsignal und das Master-Phaseneinstellsignal ohne Zeitverzögerung wie im ersten Ausführungsbeispiel, sodass die hochgenaue Synchronregelung realisiert wird.
6 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und das vorliegende Ausführungsbeispiel besteht darin, dass ein normaler Elektromotor verwendet wird, der durch eine normale Drehfrequenzsteuerung als Master-Abschnitt geregelt wird, und Signale eines an dem Elektromotor angebrachten Drehcodierers zum Slave-Abschnitt gesendet werden.
In 6 ist Cm1 eine Steuervorrichtung des Master-Abschnitts, Ami ist eine Antriebsvorrichtung des Elektromotors des Master-Abschnitts, Dm1 ist ein Elektromotor des Master-Abschnitts, Rm1 ist ein Drehcodierer, der am Elektromotor angebracht ist, mit einem absoluten System oder einem Inkrementalsystem mit einer Z-Phase. Weiter ist Gm1 eine Getriebevorrichtung, Km1 ist eine durch den Elektromotor Dm1 über Gm1 angetriebene Drehmaschinenachse.
Auch ist in der Steuervorrichtung Cm1 des Master-Abschnitts 31 ein Drehfrequenzeinstelldetektor, 32 ist ein Drehfrequenzrückkopplungssignaldetektor.
Der Master-Abschnitt wird mit der üblichen Drehfrequenzsteuerung betrieben, und der Ausgang (der gleiche Impulsausgang wie beim zweiten Beispiel des Drehfrequenzgenerators Fm im zweiten Ausführungsbeispiel) des Drehcodierers Rm1 des Master-Abschnitts wird durch die Signalleitung 2' zum Slave-Abschnitt gesendet.
In der Steuervorrichtung des Slave-Abschnitts Cs1, Cs2 empfängt der Phaseneinstellempfänger 21' mit einem Akkumulationszähler, wie im zweiten Ausführungsbeispiel erläutert, den Ausgang des Drehcodierers Rm1. Weiter erfassen, wie im zweiten Ausführungsbeispiel, der Drehfrequenzeinstellberechner 22 und der Phaseneinstelldetektor 23 gleichzeitig die Master-Drehfrequenzeinstellsignale und die Master-Phaseneinstellsignale und steuern die Synchronregelung in der gleichen Weise wie im ersten Beispiel von 1.
In diesem Ausführungsbeispiel erhält man, da das Master-Drehfrequenzeinstellsignal und das Master-Phasensignal vom Drehcodierer Rm1 des Master-Abschnitts erhalten werden, die Master-Drehfrequenzeinstellsignale und die Master-Phaseneinstellsignale ohne Zeitverzögerung wie im ersten Ausführungsbeispiel und im zweiten Ausführungsbeispiel, sodass die hochgenaue Synchronregelung realisiert wird.
Wie oben erwähnt, werden in der vorliegenden Erfindung die Drehfrequenzeinstellung und die Phaseneinstellung des Elektromotors gleichzeitig von einem Phaseneinstellsignal oder Frequenzsignal des Master-Abschnitts erfasst, und die Synchronregelung wird basierend darauf implementiert, sodass eine hochgenaue Einstellung der Drehfrequenzeinstellung der Phaseneinstellung ohne Zeitverzögerung möglich ist und die sehr hochgenaue Synchronregelung realisiert wird.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit einem gewissen Besonderheitsgrad beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form in Einzelheiten der Komponenten ohne Verlassen des Schutzumfangs der anhängenden Ansprüche geändert worden ist.

Claims

Synchronregelungsvorrichtung zum genauen Synchronisieren von Drehfrequenz und Drehphase eines Elektromotors oder einer durch den Elektromotor angetriebenen Maschinenachse, mit in einem Master-Abschnitt: einem Frequenzgenerator (Fm), dessen Eingang eine Drehfrequenzreferenz (Sm) ist, wobei der Frequenzgenerator (Fm) durch einen Befehl der Drehfrequenzeinstellvorrichtung (Sm) Frequenzsignale proportional zu Master-Drehfrequenzeinstellsignalen erzeugt, und einem Phasendetektor (Pm), dessen Eingang ein Ausgang des Frequenzgenerators (Fm) ist, wobei die Signale, die der Frequenzgenerator (Fm) erzeugt, in einem Akkumulationszähler im Phasendetektor (Pm) gezählt werden, der Akkumulationszähler des Phasendetektors (Pm) den Impulsausgang vom Frequenzgenerator (Fm) akkumuliert und er beim Zählen einer Impulszahl entsprechend einer Drehung des Drehcodierers in einem Slave-Abschnitt überläuft und gelöscht wird, sodass der Zählwert einer Drehphase entspricht, und einer Einrichtung (Tm1) zum Ausgeben von Phasensignalen, die man vom Phasendetektor erhält, an einen Slave-Abschnitt, wobei eine Kommunikationsschnittstelle (Tm) Abtastungen des Zählwerts des Akkumulationszählers des Phasendetektors (Pm) in einem vorbestimmten Zeitintervall (ΔT) vornimmt und den Zählwert des Akkumulationszählers des Phasendetektors (Pm) in ein serielles Signal umsetzt und es periodisch und mit hoher Drehfrequenz an Slave-Abschnitte schickt, in dem Slave-Abschnitt: einer Erfassungseinrichtung (21, 22, 23) zum gleichzeitigen immerwährenden Erfassen sowohl von Master-Drehfrequenzeinstellsignalen als auch Master-Phaseneinstellsignalen mittels der vom Master-Abschnitt geschickten Phasensignale; einer Einrichtung (25, 24, 26) zum gleichzeitigen immerwährenden Erfassen von Drehfrequenzrückkopplungssignalen und Phasenrückkopplungssignalen basierend auf einem Ausgang eines an einem Elektromotor (Ds1, Ds2) angebrachten Drehcodierers (Rs1, Rs2) des Slave-Abschnitts oder eines mit einer durch den Elektromotor angetriebenen Maschinenachse (Ks1, Ks2) verbundenen Drehcodierers; einer Phasenabweichungserfassungseinrichtung (27) zum immerwährenden Erfassen einer Phasenabweichung aus den Master-Phaseneinstellsignalen und den Phasenrückkopplungssignalen, wobei die Synchronregelung des Elektromotors (Ds1, Ds2) des Slave-Abschnitts oder der von diesem angetriebenen Maschinenachse (Ks1, Ks2) basierend auf der durch die Phasenabweichungserfassungseinrichtung (27) erfassten Phasenabweichung, den Master-Drehfrequenzeinstellsignalen und den Drehfrequenzrückkopplungssignalen implementiert wird.