DE68919073T2

DE68919073T2 - Regelungssystem für servomotor.

Info

Publication number: DE68919073T2
Application number: DE68919073T
Authority: DE
Inventors: Y Fanuc Dai- Bira-Kar Iwashita; Keiji Sakamoto; Shinji Seki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-01-19
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2009-01-13
Also published as: EP0396749B1; EP0396749A1; EP0396749A4; WO1989006892A1; JPH01186182A; DE68919073D1; US5093609A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Servomotors und insbesondere ein Servomotor-Regelverfahren zum laufenden Schalten einer Regelschleife aus einer PI-Regelung in eine I-p-Regelung zwecks eines verbesserten Ansprechverhaltens und Stabilität.
Es ist bekannt, daß PI- und I-p-Regelungen zum Regeln von Strom und Drehzahl-Schleifen bzw. Regelungen eines Servomotors breite Verwendung gefunden haben. Das Regelverfahren sowohl für die PI- als auch für die I-p-Regelung erfolgt in einer festen Art und Weise. Die PI-Regelung ist sehr ansprechempfindlich, doch die Stabilität und Genauigkeit ist gering. Andererseits ist die I-p-Regelung sehr stabil und genau, aber hat ein schlechtes Ansprechverhalten. JP-A-580 75207 offenbart ein Verfahren zum Regeln einer Regelschleife mit Rückführung durch Schalten aus einer PID-Regelung in eine I-PD-Regelung.
Angesichts des erwähnten Nachteils der bekannten Regelschaltungen hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Servomotor-Regelverfahren zu schaffen, bei dem eine Regelschleife ständig von einer PI-Regelung auf eine I-p- Regelung umgeschaltet wird, um das Ansprechverhalten und die Stabilität zu erhöhen.
Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe mit einem Verfahren zum stabilen Regeln eines Servomotors bei hoher Drehzahl gelöst mit folgenden Schritten:
ein Fehler wird gelesen;
eine Regelschleife wird von einer PI-Regelung auf eine I-p- Regelung gemäß einer proportionalen Komponente eines Eingangssignals als Funktion des Fehlers laufend geschaltet, wobei die Fehlerfunktion definiert ist durch:
wenn e ≥ Ia, α = 1;
wenn e < Ia, α = e /Ia;
wobei e der Fehler, Ia ein vorbestiinmter Fehler beim Schalten der Funktion und α eine Variable zum Schalten des Verstärkungsfaktors der proportionalen Komponente ist; und der Servomotor wird in der geschalteten Regelung geregelt.
Durch das ständige Schalten der Regelschleife aus der PI- Regelung in die I-p-Regelung lassen sich das Einsprechverhalten der PI-Regelung und die Stabilität und Genauigkeit der I-p-Regelung miteinander kombinieren, um eine optimale Regelung zu erzielen. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Ausführen einer Servomotor-Regelung;
Fig. 2 ein äquivalentes Blockschaltbild der Anordnung in Fig. 1, wenn die Variable α = 1;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen einem Fehler e und der Variablen α gemäß der Erfindung;
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Ansprechverhaltens einer beispielhaften konventionellen PI-Regelung;
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Ansprechverhaltens einer beispielhaften konventionellen I-p-Regelung und
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung des Ansprechverhaltens des erfindungsgemäßen Servomotor-Regelverfahrens.
Die bestmögliche Art und Weise zur Ausführung der Erfindung wird anhand der Zeichnungen in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nachstehend erläutert.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung zum Ausführen einer Servomotorregelung. Die hier betrachtete Regelschleife ist eine Stromregelschleife. R(s) ist ein Stromsollwert, Y(s) ein Stromausgangssignal, 1 ist ein proportionales Rechenglied für den Stromsollwert, k2 ein Proportionalitätsfaktor (Verstärkungsfaktor) und α eine Variable zum Multiplizieren des Proportionalitätsfaktors, wobei die Variable a im Bereich von 0 < α < 1 veränderlich ist. Die Art und Weise, in der sich die Variable α ändert, wird im einzelnen später erläutert.
2 ist ein Rechenglied zum Erzeugen eines Ausgangssignals aus der Differenz zwischen dem Stromsollwert R(s) und dem Stromausgangssignal Y(s), 3 ein Integrator, k1 ein Integrierfaktor (Verstärkungsfaktor), 4 ein Rechenglied zum Addieren des Ausgangssignals des proportionalen Rechenglieds 1 und des Ausgangssignals des Integrators 3, und zum Subtrahieren des Produktes aus Stromausgangssignal Y(s) und des Proportionalitätsfaktors k2 von der Summe, so daß der Differenzwert als Ausgangssignal erzeugt wird, 5 ist eine Servomotorwicklung und L ist der induktive Widerstand der Servomotorwicklung.
Mit α = 0 arbeitet die Anordnung in Fig. 1 als I-p-Regelung, da der αk2-Pfad eliminiert ist. Ist α = 1, so arbeitet die Anordnung der Fig. 1 als PI-Regelung äquivalent zu der in Fig. 2 dargestellten Regelschleife. Die in Fig. 2 dargestellten Bauteile, die identisch mit denen der Fig. 1 sind, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht weiter erläutert.
Es wird nun die Art und Weise beschrieben, in der die Variable α geregelt wird. Die Variable α wird als Funktion eines Fehlers e geregelt. Fig. 3 zeigt das Verhältnis gemäß der Erfindung zwischen dem Fehler e und der Variablen α. e ist auf der horizontalen Achse der Fig. 3 aufgetragen und α auf der vertikalen Achse. Gemäß Fig. 3 ist die Variable α = 1, wenn der Fehler e kleiner ist als ein Konstantwert und wenn der Fehler e zwischen -Ia und Ia liegt, so bestimmt sich die Variable α wie folgt:
α = e /Ia
Wenn der Fehler e größer ist als Ia, so ist die Variable α wiederum gleich 1. Das heißt, die Variable α läßt sich wie folgt ausdrücken:
wenn e ≥ Ia, α = 1
wenn e < Ia, α = e /Ia
Ist der Fehler e groß, so wird die Stromregelschleife in einer Weise geregelt, die nahe an die PI-Regelung herankommt, um das Ansprechverhalten zu verbessern. Ist der Fehler e gering, so wird die Stromregelschleife in einer Weise geregelt, die nahe an die I-p-Regelung herankommt, um Stabilität und Genauigkeit zu bewahren. Somit läßt sich eine Regelung erreichen, die die Vorteile beider PI- und I-p- Regelungen vereint.
Ein Beispiel für das Ansprechverhalten des erfindungsgemäßen Servomotorregelverfahrens wird nun im Vergleich zu den konventionellen PI- und I-p-Regelverfahren dargestellt. Fig. 4 zeigt das Ansprechverhalten einer beispielhaften konventionellen PI-Regelung. Auf der horizontalen Achse in Fig. 4 ist die Zeit (msec.) und auf der vertikalen Achse der Strom aufgetragen. Ein Eingangssignal ist ein Stromwert u und ein Ausgangssignal ist ein Stromausgangssignal y(t). Gemäß Fig. 4 ist das Ansprechverhalten schnell, doch das Überschwingen ist hoch und Genauigkeit und Stabilität sind schlecht.
Fig. 5 zeigt das Ansprechverhalten einer konventionellen I- p-Regelung. Auf der horizontalen und vertikalen Achse in Fig. 5 sind die gleichen Parameter wie in Fig. 4 aufgetragen, wobei die Zeiteinheit gleich ist. Gemäß Fig. 5 ist das Ansprechverhalten langsam, das Überschwingen jedoch gering und Stabilität und Genauigkeit sind gut.
Fig. 6 zeigt das Ansprechverhalten in einem Beispiel des erfindungsgemäßen Servormotor-Regelverfahrens. Auf der horizontalen und vertikalen Achse in Fig. 6 sind die gleichen Parameter wie in Fig. 4 aufgetragen mit der gleichen Zeiteinheit. Fig. 6 zeigt deutlich, dar Ansprechverhalten, Stabilität und Genauigkeit verbessert sind.
Wenn auch die Regelung als Stromregelschleife erläutert wurde, so ändert sich die Regelung in eine Drehzahlregelschleife, wenn man L in Fig. 1 durch (Jm/Kt) ersetzt oder (1/L) durch (Kt/Jm) ersetzt. Deshalb lädt sich nicht nur eine Stromregelschleife, sondern auch eine Drehzahlregelschleife in der gleichen Weise regeln. Kt ist die Drehmomentkonstante des Servomotors und Jm die Rotorträgheit des Servomotors.
Da in der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art und Weise die Regelung laufend zwischen der PI-Regelung und der I-p- Regelung geschaltet wird, ist es möglich, den Servomotor mit den Vorteilen beider Regelarten zu regeln.
Da die Variable in der PI- und I-p-Regelung abhängig vom Fehler veränderlich ist, kann der Servomotor in einer Art und Weise geregelt werden, die nahe an die PI-Regelung herankommt, wenn der Fehler groß ist, und nahe an die I-p- Regelung herankommt, wenn der Fehler klein ist. Somit wird eine fehlerabhängige Regelung erreicht.

Claims

1. Verfahren zum stabilen Regeln eines Servomotors (5) bei hoher Drehzahl mit folgenden Schritten:

ein Fehler wird gelesen;

eine Regelschleife wird von einer PI-Regelung auf eine I-p- Regelung gemäß einer proportionalen Komponente eines Eingangssignals als Funktion des Fehlers laufend geschaltet, wobei die Fehlerfunktion definiert ist durch:

wenn e ≥ Ia, α = 1;

wenn e < Ia, α = e /Ia;

wobei e der Fehler, Ia ein vorbestimmter Fehler beim Schalten der Funktion und α eine Variable zum Schalten des Verstärkungsfaktors der proportionalen Komponente ist; und der Servomotor wird in der geschalteten Regelung geregelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Regelschleife eine Stromschleife ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Regelschleife eine Drehzahlschleife ist.