DE60110673T2

DE60110673T2 - Servosteuerung

Info

Publication number: DE60110673T2
Application number: DE60110673T
Authority: DE
Inventors: Yukio Toyozawa; Naoto Kamimashiki-gun Kumamoto Sonoda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: EP1143315A3; JP3492583B2; US6534944B2; DE60110673D1; EP1143315A2; EP1143315B1; US20010028228A1; JP2001273037A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Servosteuereinrichtung zum Steuern des Antriebs eines Arms eines Roboters oder einer Vorschubwelle eines Antriebsmechanismus einer Werkzeugmaschine, Spritzgießmaschine, Presse usw., insbesondere auf eine Tandemsteuereinrichtung zum Steuern eines einzelnen beweglichen Teils durch zwei Motoren.
In Antriebsmechanismen für Roboter, Werkzeugmaschinen, Spritzgießmaschinen, Pressen usw. ist es oftmals der Fall, dass ein zu betätigendes bewegliches Teil zu groß ist, um es durch einen einzigen Motor zum Antreiben der Welle des beweglichen Teils beschleunigen oder verzögern zu können, oder dass die Reaktionszeit zwischen der Betätigung des Motors und der Betätigung des beweglichen Teils so groß ist, dass das bewegliche Teil nicht stabil bewegt werden kann. In solchen Fällen wird eine Tandemsteuerung durchgeführt, bei der identische Befehle an zwei Motoren ausgegeben werden und das einzelne bewegliche Teil durch die zwei Motoren in Zusammenarbeit angetrieben wird. Wenn die Tandemsteuerung durchgeführt wird, müssen die Antriebswellen der individuellen Motoren einer Positionsregelung unterzogen werden, so dass das bewegliche Teil keinen Verwindungskräften ausgesetzt wird.
6 u. 7 veranschaulichen jeweils eine Anordnung zum Betätigen eines einzelnen beweglichen Teils durch zwei Motoren. In der in 6 gezeigten Anordnung ist ein einzelnes bewegliches Teil 4 linear bewegbar zwischen Antriebswellen 16 u. 26 angeordnet, die durch zwei jeweilige Motoren 15 u. 25 angetrieben werden. Andererseits ist in der Anordnung, die in 7 gezeigt ist, ein einzelnes bewegliches Teil 4 drehbar zwischen sich gegenüberliegenden Antriebswelles 16 u. 26 angeordnet, die durch zwei jeweilige Motoren 15 u. 25 angetrieben werden.
Die zwei Motoren 15 u. 25 werden derart einer Tandemsteuerung unterzogen, dass das einzelne bewegliche Teil 4 längs der Antriebswellen bewegt oder gedreht wird. In diesem Fall können die mechanischen Eigenschaften der mechanischen Teile der Motoren und das bewegliche Teil als ein Übertragungsmechanismus bezeichnet werden, der ein Federsystem und ein Reibungssystem enthält.
In 6 u. 7 ist der Übertragungsmechanismus aus den Motoren und dem beweglichen Teil durch ein Federelement 41 und ein Reibungselement 42, die in dem beweglichen Teil 4 enthalten sind, repräsentiert.
Als eine solche Tandemsteuereinrichtung für eine Positionsregelung sind herkömmlichlicherweise eine Drehmoment-Tandemsteuereinrichtung und eine Positions-Tandemsteuereinrichtung bekannt.
8 zeigt ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung für eine Drehmoment-Tandemsteuereinrichtung darstellt. In der Drehmoment-Tandemsteuereinrichtung ist nur ein Motor 15 mit einem Positions-Detektor 18 versehen, und unter Benutzung eines Positions-Rückkopplungswerts, der durch den Positions-Detektor 18 erfasst wird, wird ein Strombefehl erzeugt, um die zwei Motoren 15 u. 25 zu steuern.
9 zeigt ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung für eine Positions-Tandemsteuereinrichtung darstellt. In der Positions-Tandemsteuereinrichtung sind beide der Motoren 15 u. 25 mit Positions-Detektoren 18 bzw. 28 versehen. Ein Positions-Rückkopplungswert, der durch den Positionsdetektor 18 erfasst wird, wird negativ auf ein Positionsregelungsmittel 11 zur Positionsregelung rückgekoppelt, und ein Positions-Rückkopplungswert, der durch den Positionsdetektor 28 erfasst wird, wird negativ auf ein Positionsregelungsmittel 21 zur Positionsregelung rückgekoppelt, um dadurch die zwei Motoren 15 u. 25 zu steuern.
Die herkömmliche Tandemsteuereinrichtung bringt jedoch ein Problem dahingehend mit sich, dass das bewegliche Teil einer Torsion oder Schwingung unterzogen wird und dass die Steuerung nicht zu einer schnellen Reaktion in Hochgeschwindigkeitsbereichen fähig ist.
In der Drehmoment-Tandemsteuereinrichtung wird ein Signal bezüglich der Position nur eines der zwei Motoren zur Regelung rückgekoppelt, und demzufolge entsteht ein Problem dahingehend, dass eine dem Federsystem und dem Reibungssystem der mechanischen Teile zuzuschreibende Torsion zwischen den zwei Motoren auftritt.
In der Positions-Tandemsteuereinrichtung kann andererseits eine Torsion zwischen den zwei Motoren durch Durchführen einer Positions-Rückkopplungsregelung jedes der zwei Motoren beseitigt werden. Wenn der Schleifen-Übertragungsfaktor erhöht wird, um eine schnelle Reaktion in Hochgeschwindigkeitsbereichen zu erzielen, tritt jedoch eine dem Federelement oder dem Reibungselement zuzuschreibende Interferenz zwischen den zwei Antriebswellen auf, die Schwingungen verursacht. Als Ergebnis lässt die Regelung nach, zu stabilisieren, und die Reaktion kann in Hochgeschwindigkeitsbereichen nicht verbessert werden.
Ein ähnliches Problem ergibt sich auch im Falle der Drehungs-Tandemsteuereinrichtung, die in 7 gezeigt ist, wenn der Schleifen-Übertragungsfaktor hoch eingestellt ist, um die Drehungsgenauigkeit zu verbessern.
Durch die Druckschrift EP-A-0952 504 und gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 ist eine bekannte Positions-Tandemsteuereinrichtung vorgesehen.
Eine Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht darin, eine Servosteuereinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein einzelnes bewegliches Teil durch zwei Motoren mit einer hohen Schleifen-Übertragungsfaktoreinstellung anzutreiben, um eine schnelle Reaktion zu erzielen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Strombefehle auf der Grundlage von Geschwindigkeits-Rückkopplungswerten von zwei Motoren korrigiert, um auf diese Weise eine gegenseitige Interferenz infolge einer Differenz zwischen mechanischen Eigenschaften von Antriebsmechanismen zu unterdrücken, was es ermöglicht, einen hohen Schleifen-Übertragungsfaktor zum Erzielen einer schnellen Reaktion zu setzen. Folglich sieht die vorliegende Erfindung eine Servosteuereinrichtung zum Regeln zweier Motoren zum Antreiben eines einzelnen beweglichen Teils einer Maschine in Zusammenarbeit vor und umfasst zwei Positions-Regeleinrichtungen, die jeweils die zwei Motoren regeln, und eine Dämpfungs-Steuereinrichtung. Jede der Positions-Regeleinrichtungen hat
einen Positions-Regelungsabschnitt, um einen Geschwindigkeitsbefehl auf der Grundlage eines identischen Positionsbefehls von einer Hauptsteuereinrichtung und eines Positions-Rückkopplungswerts von einem zugeordneten Positions-Detektor, der bei der bei der Maschine vorgesehen ist, ausgeben zu können,
einen Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt, um einen Strombefehl auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls, der von dem Positions-Regelungsabschnitt ausgegeben wird, und eines Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts von einem Geschwindigkeits-Detektor, der bei einem zugeordneten Motor vorgesehen ist, ausgeben zu können und
einen Strom-Regelungsabschnitt, um einen Spannungsbefehl auf der Grundlage des Strombefehls, der von dem Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt ausgegeben wird, und eines Strom-Rückkopplungswerts von einem Stromdetektor zum Erfassen eines Stroms des zugeordneten Motors, um einen Stromverstärker in Übereinstimmung mit dem Spannungsbefehl zu betreiben, ausgeben zu können.
Eine Dämpfungs-Steuereinrichtung gibt einen Strombefehls-Korrekturwert zum Kompensieren einer Interferenz zwischen den zwei Motoren auf der Grundlage der Geschwindigkeits-Rückkopplungswerte von den Geschwindigkeits-Detektoren für die zwei Motoren aus. Der Strombefehls-Korrekturwert wird in der Positions-Regeleinrichtung für einen der zwei Motoren zu dem Strombefehl addiert und wird in der anderen Positions-Regeleinrichtung für den anderen der zwei Motoren von dem Strombefehl subtrahiert.
Die Dämpfungs-Steuereinrichtung enthält ein erstes Berechnungsmittel zum Integrieren einer Abweichung zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungswerten von den Geschwindigkeits-Detektoren, die den zwei Motoren zugeordnet sind, und Multiplizieren des integrierten Werts mit einer ersten Konstanten, die einer Federkonstante der Maschine äquivalent ist, und kann – obwohl nicht notwendigerweise – auch ein zweites Berechnungsmittel zum Multiplizieren der Abweichung der Geschwindigkeits-Rückkopplungswerte mit einer zweiten Konstanten, die einem Reibungskoeffizienten der Maschine äquivalent ist, enthalten. Die Ausgangssignale der ersten und zweiten Berechnungsmittel werden, wenn beide vorgesehen sind, zur Benutzung als der Strombefehls-Korrekturwert addiert.
Das erste Berechnungsmittel gewinnt eine Positonsabweichung durch Integrieren der Abweichung zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungswerten von zwei Motoren (Antriebswellen) und kompensiert ein Federelement in einem mechanischen System durch Multiplizieren der Positonsabweichung mit einer ersten Konstanten, die einer Federkonstante der Maschine äquivalent ist. Das zweite Berechnungsmittel kompensiert, wenn es vorgesehen ist, ein Reibungselement in dem mechanischen System durch Multiplizieren der Geschwindigkeitsabweichung zwischen den zwei Motoren (Antriebswellen) mit einer zweiten Konstant, die einem Reibungskoeffizienten der Maschine äquivalent ist. Mit den zuvor genannten ersten und zweiten Berechnungsmitteln werden sowohl die Federkompensation als auch die Reibungskompensation in dem mechanischen System durchgeführt.
Alternativ dazu kann die Dämpfungs-Steuereinrichtung das erste Berechnungsmittel allein zum Durchführen der Federkompensation enthalten.
Servosteuereinrichtungen, die in der Lage sind, ein einzelnes bewegliches Teil durch zwei Motoren anzutreiben, und eine Dämpfungs-Steuereinrichtung haben, die sich von der Servosteuereinrichtung nach Anspruch 1 unterscheiden, sind in US-A-4 714 400 und EP-A-0 717 331 offenbart.
Die Dämpfungs-Steuereinrichtung kann ferner ein Phasen-Schiebe/Kompensationsmittel zum Schieben einer Phase des Strombefehls-Korrekturwerts enthalten. Das Phasen-Schiebe/Kompensationsmittel kompensiert eine Verzögerung der Korrektur, die durch eine Verzögerung in dem Strom-Regelungsabschnitt der Positions-Regeleinrichtung oder dem Erfassungssystem verursacht sein kann.
Die Servosteuereinrichtung kann ferner eine Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung zum Bestimmen der Anwendbarkeit von Parametern der Dämpfungs-Steuereinrichtung umfassen.
Ein Parameter der Dämpfungs-Steuereinrichtung kann die erste Konstante in dem ersten Berechnungsmittel, die der Federkonstante der Maschine äquivalent ist, die zweite Konstante in dem zweiten Berechnungsmittel, die dem Reibungskoeffizienten der Maschine äquivalent ist, und einen Phasen-Voreilungsbetrag in dem Phasen-Schiebe/Kompensationsmittel enthalten. Die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung kann einen Schwingungsanwendungs-Strombefehl erzeugen, wobei die Schwingung eine variable Frequenz hat, um den Schwingungsanwendungs-Strombefehl zu dem Strombefehl in einer der Positions-Regeleinrichtungen zu addieren. Der Grad einer Interferenz kann auf der Grundlage des Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts des Geschwindigkeits-Detektors für einen der Motoren, welcher Wert durch die Addition des Schwingungsanwendungs-Strombefehls variiert, überwacht werden. Folglich können optimale Werte der Parameter durch Überwachen der Schwingung des Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts während einer Variation der ersten Konstanten, der zweiten Konstanten und des Phasen-Voreilungsbetrags bestimmt werden.
Die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung kann ein erstes Mittel zum Erzeugen eines Sinusabtast-Strombefehls, der eine variable Frequenz hat, ein zweites Mittel zum Addieren des Sinusabtast-Strombefehls zu dem Strombefehl in einer der Positions-Regeleinrichtungen und ein drittes Mittel zum Ausgeben der Frequenz des Sinusabtast-Strombefehls und eines der Geschwindigkeits-Rückkopplungswerte enthalten. Während das Variierens der Frequenz des Sinusabtast-Strombefehls wird die Variation des Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts überwacht, um die Anwendbarkeit der Parameters der Dämpfungs-Steuereinrichtung zu prüfen.
Das Sinusabtast-Strombefehl-Erzeugungsmittel kann die Frequenz desselben in jeder Abtastperiode durch Multiplizieren der Abtastperiode mit einem Zählwert variieren, der in jeder Abtastperiode erhöht wird.
Das Sinusabtast-Strombefehl-Erzeugungsmittel der Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung kann derart konfiguriert sein, dass die Frequenz des Sinusabtast-Strombefehls mit jeder Abtastperiode durch Multiplizieren eines Werts der Abtastperiode mit einem Zählwert variiert wird, der mit jeder Abtastperiode erhöht wird.
In der Servosteuereinrichtung können die Positions-Detektoren in einem Antriebssystem vorgesehen sein, welches das bewegliche Teil und die Motoren der Maschine enthält. Die Positions-Detektoren können Positionen von mechanischen Elementen, die durch die jeweiligen Motoren angetrieben werden, oder der Motoren selbst erfassen und die erfassten Positionen als die Positions-Rückkopplungswerte ausgeben.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe zur Wirkung gebracht werden kann, wird im folgenden anhand von Beispielen auf die vorliegenden Figuren Bezug genommen.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das eine Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 zeigt ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung einer Dämpfungs-Steuereinrichtung veranschaulicht, die in der Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
3 zeigt ein Blockschaltbild, das die Verbindung einer Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung mit der Servosteuereinrichtung veranschaulicht.
4 zeigt ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung der Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung veranschaulicht.
5a u. 5b zeigen Diagramme, welche die Ergebnisse von Experimenten darstellen, die mit der Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. einer herkömmlichen Servosteuereinrichtung gewonnen sind.
6 zeigt eine Darstellung einer typischen Anordnung zum Betätigen eines einzelnen beweglichen Teils durch zwei Motoren.
7 zeigt eine Darstellung einer anderen typischen Anordnung zum Betätigen eines einzelnen beweglichen Teils durch zwei Motoren.
8 zeigt ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung einer Drehmoment-Tandemsteuereinrichtung darstellt.
9 zeigt ein Blockschaltbild, das eine typische Anordnung einer Positions-Tandemsteuereinrichtung darstellt.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das eine Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Servosteuereinrichtung 1 steuert einen Antriebsmechanismus zum Antreiben eines einzelnen beweglichen Teils 4 durch zwei Motoren, einen ersten Motor 15 und einen zweiten Motor 25, durch Durchführen einer Tandemsteuerung der zwei Motoren unter Benutzung von Positions-Regeleinrichtungen, die jeweils für die zwei Motoren vorgesehen sind, und einer Dämpfungs-Steuereinrichtung 2.
Die Positions-Regeleinrichtung für den ersten Motor 15 enthält einen Positions-Regelungsabschnitt 11, einen Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt 12, einen Strom-Regelungsabschnitt 13 und einen Stromverstärker 14. Der erste Motor 15 ist mit einem Geschwindigkeits-Detektor 17 zum Erfassen eines Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrags (Geschwindigkeit FB1) versehen, und auf der Seite des beweglichen Teils 4, auf der sich der erste Motor befindet, ist ein Positions-Detektor 18 zum Erfassen eines Positions-Rückkopplungsbetrags (Position FB1) vorgesehen. Außerdem enthält die Positions-Regeleinrichtung für den zweiten Motor 25 einen Positions-Regelungsabschnitt 21, einen Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt 22, einen Strom-Regelungsabschnitt 23 und einen Stromverstärker 24. Der zweite Motor 25 ist mit einem Geschwindigkeits-Detektor 27 zum Erfassen eines Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrags (Geschwindigkeit FB2) versehen, und auf der Seite des beweglichen Teils 4, auf der sich der zweite Motor befindet, ist ein Positions-Detektor 28 zum Erfassen eines Positions-Rückkopplungsbetrags (Position FB2) vorgesehen. Abhängig von Beschaffenheiten, wie der Steifigkeit des beweglichen Teils 4, kann einer oder können beide der Positions-Detektoren 18 u. 28 innerhalb der jeweiligen Motoren angeordnet statt auf dem beweglichen Teil 4 montiert zu sein.
Die Positions-Regelungsabschnitte 11 u. 21 empfangen identische Positionsbefehle von einer Hauptsteuereinrichtung, d. h. Positionsbefehle, die durch einen Befehlsverteiler 3 verteilt werden, und jeder gibt einen Geschwindigkeitsbefehl durch Verarbeiten eines Positions-Abweichungswerts aus, der durch Subtrahieren des Positions-Rückkopplungsbetrags (Position FB1, Position FB2), der durch den entsprechenden Positions-Detektor 18, 28 erfasst ist, von dem Positionsbefehl gewonnen ist.
Jeder der Geschwindigkeits-Regelungsabschnitte 12 u. 22 empfängt den Geschwindigkeitsbefehl von dem entsprechenden Positions-Regelungsabschnitt 11, 21 und gibt einen Strombefehl durch Verarbeiten eines Geschwindigkeits-Abweichungswerts aus, der durch Subtrahieren des Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrags (Geschwindigkeit FB1, Geschwindigkeit FB2), der durch den entsprechenden auf dem entsprechenden Motor montierten Geschwindigkeits-Detektor 17, 27 erfasst ist, von dem Geschwindigkeitsbefehl gewonnen ist.
Die Strom-Regelungsabschnitte 13 u. 23 empfangen jeweils den Strombefehl von dem entsprechenden Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt 12, 22 und geben einen Spannungsbefehl durch Verarbeiten eines Strom-Abweichungswerts aus, der durch Subtrahieren eines Strom-Rückkopplungsbetrags (Strom FB1, Strom FB2) von einem Sensor (nicht gezeigt) zum Erfas sen eines entsprechenden Motorstroms von dem Strombefehl gewonnen ist.
Jeder der Stromverstärker 14 u. 24 empfängt den Spannungsbefehl von dem entsprechenden Strom-Regelungsabschnitt 13, 23 und erzeugt einen Treiberstrom zum Treiben des entsprechenden Motors 15, 25.
Auf der Grundlage einer Abweichung zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungsbeträgen (Geschwindigkeit FB1, Geschwindigkeit FB2), die durch die jeweiligen Geschwindigkeits-Detektoren 17 u. 27 erfasst sind, erzeugt die Dämpfungs-Steuereinrichtung 2 einen Strombefehls-Korrekturwert zum Kompensieren einer Interferenz zwischen den Motoren und korrigiert die Strombefehle durch Addieren/Subtrahieren des Strombefehls-Korrekturwerts zu/von dem Strombefehl der Positions-Regeleinrichtung, die dem einen der Motoren zugeordnet ist, und Subtrahieren/Addieren des Strombefehls-Korrekturwerts von/zu dem Strombefehl der Positions-Regeleinrichtung, die dem anderen Motor zugeordnet ist. Folglich wird der Strombefehls-Korrekturwert – wobei seine Polarität umgekehrt ist – zu den Strombefehlen der Positions-Regeleinrichtungen addiert, die den jeweiligen zwei Motoren zugeordnet sind. Dies ist deswegen der Fall, weil der Strombefehls-Korrekturwert auf der Grundlage der Abweichung zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungsbeträgen (Geschwindigkeit FB1, Geschwindigkeit FB2) erzeugt wird.
Im folgenden wird eine typische Anordnung der Dämpfungs-Steuereinrichtung unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild gemäß 2 beschrieben. 2 zeigt nur einen Teil der Servosteuereinrichtung.
Wie in 2 gezeigt umfasst die Dämpfungs-Steuereinrichtung 2 ein erstes Berechnungsmittel 2a, 2b, ein zweites Berechnungsmittel 2c und ein Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel 2d.
Das erste Berechnungsmittel enthält einen Integrator 2a zum Gewinnen einer Differenz (Geschwindigkeit FB1 – Geschwindigkeit FB2) zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungsbeträgen von den zwei Motoren und Integrieren der auf diese Weise gewonnenen Geschwindigkeits-Rückkopplungsabweichung und einen Konstanten-Multiplizierer 2b zum Multiplizieren des sich ergebenden integrierten Werts mit einer Konstanten. Der Integrator 2a integriert die Geschwindigkeits-Abweichung (Geschwindigkeit FB1 – Geschwindigkeit FB2) zwischen den zwei Motoren (Antriebswellen), um eine Positons-Abweichung zu gewinnen. Der Konstanten-Multiplizierer 2b multipliziert die Positons-Abweichung mit einer ersten Konstanten K1, die einer Federkonstante einer zu steuernden Maschine entspricht, um dadurch eine Federkompensation für das mechanische System vorzunehmen.
Das zweite Berechnungsmittel enthält ein Konstanten-Multiplizierer 2c zum Multiplizieren der Geschwindigkeits-Rückkopplungsabweichung (Geschwindigkeit FB1 – Geschwindigkeit FB2) mit einer Konstanten. Der Konstanten-Multiplizierer 2c multipliziert die Geschwindigkeits-Abweichung (Geschwindigkeit FB1 – Geschwindigkeit FB2) zwischen den zwei Motoren (Antriebswellen) mit einer zweiten Konstanten K2, die einem Reibungskoeffizienten der zu steuernden Maschine entspricht, um dadurch eine Reibungskompensation für das mechanische System vorzunehmen. Die erste und die zweite Konstante K1 u. K2 entsprechen Übertragungsfaktoren der jeweiligen Berechnungsmittel.
Das Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel 2d addiert die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Berechnungsmittels, um einen Strombefehls-Korrekturwert zu gewinnen, und lässt die Phase des Strombefehls-Korrekturwerts voreilen. Das Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel 2d kompensiert eine Verzögerung der Korrektur, die durch eine Verzögerung der Strom-Regelungsabschnitte der Positions-Regeleinrichtungen oder frt Erfassungssysteme verursacht wird.
Für das Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel 2d kann ein Phasen-Schiebe/Kompensations-Element benutzt werden, das die Charakteristik einer Übertragungsfunktion G(s) hat, die durch die folgende Gleichung angegeben ist: G(s) = (1 + Ts)/(1 + αTs) (1)wobei s einen Differentialoperator der Laplace-Transformation bezeichnet und Variable T und α eine Beziehung haben, die durch die folgenden Gleichungen (2) u. (3) ausgedrückt ist: Maximale Phasenschiebe-Frequenz w = 1/(T·α1/2) (2) Maximaler Phasen-Schiebebetrag Φ = arctan{(α – 1)/(2·α1/2)} (3)wobei die Einheit von w is rad/s und die Einheit von Φ deg sind. Der Betrag, um den die Phase durch das Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel 2d voreilt, kann durch Benutzen von T und α als Parameterwerte variiert werden.
Die Dämpfungs-Steuereinrichtung kann entweder unter Benutzung des ersten Berechnungsmittels (2a, 2b) oder des zweiten Berechnungsmittels 2c allein oder beider der Berechnungsmittel derart aufgebaut sein, dass deren Ausgangssignale addiert werden, wie dies zuvor erwähnt wurde. Außerdem kann der Dämpfungs-Steuereinrichtung, die nur das erste Berechnungsmittel (2a, 2b) oder das zweite Berechnungsmittel 2c oder die Kombination des ersten und des zweiten Berechnungsmittels enthält, das Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel 2d entweder zugefügt oder aus dieser weggelassen werden.
Folglich enthält die Dämpfungs-Steuereinrichtung 2 Parameter, wie die erste Konstante K1 des ersten Berechnungsmittels, die der Federkonstante der zu steuernden Maschine entspricht, die zweite Konstante K2 des zweiten Berechnungsmittels, die dem Reibungskoeffizienten der zu steuernden Maschine entspricht, und die Parameterwerte T u. α des Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittels bezogen auf den Phasen-Voreilungsbetrag.
Die Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner mit einer Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung zum Bestimmen versehen sein, ob die Parameter der Dämpfungs-Steuereinrichtung 2 geeignete Werte haben oder nicht.
3 zeigt ein Blockschaltbild, das veranschaulicht, wie die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung mit der Servosteuereinrichtung verbunden ist.
In der Anordnung, die in 3 gezeigt ist, ist die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung in einer Weise mit der Servosteuereinrichtung 1 verbunden, dass sie jeder von Eingangsstufen der Strom-Regelungsabschnitte 13 u. 23 selektiv zugeschaltet werden kann. Die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung 3 erzeugt einen Schwingungsanwendungs-Strombefehl, der eine variable Frequenz hat, und addiert den Schwingungsanwendungs-Strombefehl zu dem Strombefehl, der einem der Strom-Regelungsabschnitte eingegeben wird. Der Schwingungsanwendungs-Strombefehl simuliert einen Zustand, in dem das bewegliche Teil und der Motor schwingen. Die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung erlaubt es, den simulierten Schwingungszustand hinsichtlich des Motorgeschwindigkeits-Rückkopplungsbetrags zu überwachen, was es ermöglicht, den Grad der Interferenz zwischen den zwei Motoren (Antriebswellen) zu überwachen. Folglich kann bestimmt werden, ob die Parameter der Dämpfungs-Steuereinrichtung geeignet sind oder nicht, so dass deren optimale Werte ermittelt werden können. Außerdem ist es durch Überwachen des Motorgeschwindigkeits-Rückkopplungsbetrags, während die Parameter (erste Konstante K1, zweite Konstante K2 und Phasen-Voreilungsbetrag) der Dämpfungs-Steuereinrichtung variiert werden, möglich, geeignete Werte für die Parameter der Dämpfungs-Steuereinrichtung zu gewinnen.
Im folgenden wird eine typische Anordnung der Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild gemäß 4 beschrieben. 4 zeigt nur einen Teil der Servosteuereinrichtung.
Wie in 4 gezeigt enthält die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung 3 eine Sinusabtast-Strombefehls-Berechnungseinheit 3a und einen Umschalter 3b.
Die Sinusabtast-Strombefehls-Berechnungseinheit 3a erzeugt einen Sinusabtast-Strombefehl, der eine variable Frequenz hat.
Als der Sinusabtast-Strombefehl T kann ein Befehlsstrom benutzt werden, der durch die folgenden Gleichungen angegeben ist: T = A·sin(2π·f) (4) f = β·n·t (5)wobei A ein maximaler Wert des Strombefehls ist, t eine Abtastperiode ist, n ein Zählwert ist, der durch ein externes Signal getriggert und mit jeder Abtastperiode erhöht wird, β eine Konstante ist und f eine Frequenz (Hz) ist. Demgemäß erhlht sich die Frequenz f mit jeder Abtastperiode. Die Erzeugung des Sinusabtast-Strombefehls T wird gestoppt, wenn die Frequenz f eine vorbestimmte Frequenz erreicht.
Der Umschalter 3b wählt einen der Strom-Regelungsabschnitte aus, dem der Sinusabtast-Strombefehl T zuzuführen ist, und wählt außerdem einen der Motoren aus, von dem der Geschwindigkeits-Rückkopplungswert auszugeben ist. Beispielsweise wird der Geschwindigkeits-Rückkopplungswert in dem Fall, in dem der Sinusabtast-Strombefehl T dem Strom-Regelungsabschnitt 13 zugeführt wird, der dem ersten Motor 15 zugeordnet ist, von dem zweiten Motor 25 ausgegeben. Andererseits wird der Geschwindigkeits-Rückkopplungswert in dem Fall, in dem der Sinusabtast-Strombefehl T dem Strom-Regelungsabschnitt 23 zugeführt wird, der dem zweiten Motor 25 zugeordnet ist, von dem ersten Motor 15 ausgegeben.
Folglich ermöglicht es in dem Fall, in dem der Sinusabtast-Strombefehl T und der auszugegebende Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrags durch den Umschalter 3b umgeschaltet werden, so dass für einen der zwei Motoren (Antriebswellen), für den eine Schwingung simuliert wird, während der Geschwindigkeits-Rückkopplungswert von dem Motor (Antriebswelle), für den keine Schwingung simuliert wird, gemessen werden kann, den Grad der Interferenz-Kompensation durch die Dämpfungs-Steuereinrichtung zu überwachen.
Außerdem gibt die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung 3 die Schwingungs-Anwendungsfrequenz f zusammen mit dem Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag aus, und daher kann überwacht werden, wie sich der Geschwindigkeits-Rückkopplungsbetrag mit Änderung der Schwingungs-Anwendungsfrequenz f andert.
Die Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung 3 kann ihr Ausgangssignal in gewünschter Signalform, entweder als einen digitalen Wert oder einen analogen Wert, der durch Unterziehen des digitalen Werts einer D/A-Wandlung gewonnen ist, bereitstellen.
5 zeigt anhand von Beispielen Ergebnisse von Experimenten, die unter Benutzung der Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Ser vosteuereinrichtung durchgeführt wurden. In 5 gibt die vertikale Achse den Geschwindigkeits-Erfassungswert und die Frequenz des Sinusabtast-Strombefehls an, und die horizontale Achse gibt die Zeit an. Je größer die Amplitude des Geschwindigkeits-Erfassungswerts ist, desto größer ist der Einfluss, der durch die Interferenz verursacht wird.
5a zeigt die Ergebnisse von Experimenten, die mit der Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnen sind, und 5b zeigt die Ergebnisse von Experimenten, die mit der herkömmlichen Servosteuereinrichtung gewonnen sind. Ein Vergleich zwischen 5a u. 5b zeigt, dass in der Servosteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Amplitude des Geschwindigkeits-Erfassungswerts verglichen mit derjenigen der herkömmlichen Servosteuereinrichtung auf einen niedrigen Pegel herabgedrückt ist, was dazu führt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung der Einfluss der Interferenz unterdrückt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer Tandemsteuereinrichtung zum Steuern eines einzigen Antriebssystems durch zwei Motoren auf der Grundlage eines gemeinsamen Positionsbefehls eine Interferenz zwischen den zwei Motoren, die durch eine Differenz der Eigenschaften eines Federelements oder eines Reibungselements verursacht wird, durch die Dämpfungs-Steuereinrichtung unterdrückt, um Schwingungen der Maschine zu unterdrücken. Folglich kann der Schleifen-Übertragungsfaktor hoch gesetzt werden, und ausserdem kann die Reaktion außerordentlich verbessert werden.
Ferner ist es mit der Schwingungs-Anwendungs/Messeinrichtung möglich, die Wirkung einer Unterdrückung der Interferenz zwischen den zwei Motoren und deren Antriebswellen durch die Dämpfungs-Steuereinrichtung zu prüfen und außerdem die Parameter der Dämpfungs-Steuereinrichtung einzustellen.

Claims

Servosteuereinrichtung zum Steuern zweier Motoren (15, 25) zum Antreiben eines einzelnen beweglichen Teils (4) einer Maschine in Zusammenarbeit, welche Servosteuereinrichtung umfasst: eine Positions-Regeleinrichtung, die für jeden der zwei Motoren (15, 25) vorgesehen ist, wobei jede der Positions-Regeleinrichtungen einen Positions-Regelungsabschnitt (11, 21) hat, um einen Geschwindigkeitsbefehl auf der Grundlage eines identischen Positionsbefehls von einer Hauptsteuereinrichtung (3) und eines Positions-Rückkopplungswerts von einem zugeordneten Positions-Detektor (18, 28) auszugeben, der bei der Maschine (4) vorgesehen ist, einen Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt (12, 22), um einen Strombefehl auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls, der von dem Positions-Regelungsabschnitt (11, 21) ausgegeben wird, und eines Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts von einem Geschwindigkeits-Detektor (17, 27 auszugeben), der bei einem zugeordneten Motor (15, 25) vorgesehen ist, und einen Strom-Regelungsabschnitt (13, 23), um einen Spannungsbefehl auf der Grundlage des Strombefehls, der von dem Geschwindigkeits-Regelungsabschnitt (12, 22) ausgegeben wird, und eines Strom-Rückkopplungswerts von einem Stromdetektor zum Erfassen eines Stroms des zugeordneten Motors (15, 25) auszugeben, um einen Stromverstärker (14, 24) in Übereinstimmung mit dem Spannungsbefehl zu betreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Servo-steuereinrichtung ferner eine Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) umfasst, um einen Strombefehls-Korrekturwert zum Kompensieren einer Interferenz zwischen den zwei Motoren (15, 25) auf der Grundlage der Geschwindigkeits-Rückkopplungswerte von den Geschwindigkeits-Detektoren (17, 27) für die zwei Motoren (15, 25) auszugeben, wobei der Strombefehls-Korrekturwert in der Positions-Regeleinrichtung für einen der zwei Motoren (15, 25) zu dem Strombefehl addiert wird und in der anderen Positions-Regeleinrichtung für den anderen der zwei Motoren (15, 25) von dem Strombefehl subtrahiert wird, wodurch die Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) eine Abweichung der Geschwindigkeits-Rückkopplungswerte durch Subtrahieren des Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts von dem Geschwindigkeits-Detektor, der dem anderen Motor zugeordnet ist, von dem Geschwindigkeits-Rückkopplungswert von dem Geschwindigkeits-Detektor gewinnt, der dem einen Motor zugeordnet ist, und die Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) Berechnungsmittel (2a, 2b) zum Integrieren der Abweichung zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungswerten von den Geschwindigkeits-Detektoren (17, 27), die den zwei Motoren (15, 25) zugeordnet sind, und Multiplizieren des integrierten Werts mit einer Konstanten (K1) enthält, die einer Federkonstanten der Maschine äquivalent ist, wobei ein Ausgangssignal der Berechnungsmittel (2a, 2b) als der Strombefehls-Korrekturwert benutzt wird oder zu diesem beiträgt.
Servosteuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) ferner auch ein Berechnungsmittel (2c) zum Multiplizieren der Abweichung zwischen den Geschwindigkeits-Rückkopplungswerten mit einer weiteren Konstanten (K2) enthält, die einem Reibungskoeffizienten der Maschine äquivalent ist, wobei die Ausgangssignale der zwei Berechnungsmittel (2a, 2b–2c) der Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) zur Benutzung als der Strombefehls-Korrekturwert addiert werden.
Servosteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) ferner ein Phasen-Schiebe/Kompensations-Mittel (2d) zum Voreilenlassen einer Phase des Strombefehls-Korrekturwerts enthält.
Servosteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Schwingungs-Anwendungs/Mess-Mittel (3) zum Erzeugen eines Schwingungsanwendungs-Strombefehls, der eine variable Frequenz hat, und Addieren des Schwingungsanwendungs-Strombefehls zu dem Strombefehl in einer der Positions-Regeleinrichtungen umfasst, um auf diese Weise die Anwendbarkeit von Parametern der Dämpfungs-Steuereinrichtung (2) auf der Grundlage einer Variation des Geschwindigkeits-Rückkopplungswerts von dem Geschwindigkeits-Detektor für einen der Motoren (15, 25) zu bestimmen.
Servosteuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Schwingungs-Anwendungs/Mess-Mittel (3) ein erstes Mittel (3a) zum Erzeugen eines Sinusabtast-Strombefehls, der eine variable Frequenz hat, ein zweites Mittel zum Addieren des Sinusabtast-Strombefehls zu dem Strombefehl in einer der Positions-Regeleinrichtungen und ein drittes Mittel zum Ausgeben der Frequenz des Sinusabtast-Strombefehls und eines der Geschwindigkeits-Rückkopplungswerte enthält.
Servosteuereinrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste Mittel (3a) zum Erzeugen eines Sinusabtast-Strombefehls die Frequenz desselben in jeder Abtastperiode durch Multiplizieren der Abtastperiode mit einem Zählwert variiert, der sich in jeder Abtastperiode erhöht.