DE69218362T2

DE69218362T2 - Verfahren zur steuerung der back-lash-beschleunigung

Info

Publication number: DE69218362T2
Application number: DE69218362T
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Iwashita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2012-07-07
Also published as: WO1993001534A1; EP0547239B1; KR970005562B1; DE69218362D1; KR930701268A; EP0547239A4; US5343132A; EP0547239A1; JP2875646B2; JPH0511824A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Servomotors zum Betätigen eines Tisches einer Werkzeugmaschine, eines Roboteram oder dgl., insbesondere auf eine Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigung-Korrektur, die auszuführen ist, wenn die Bewegungsrichtung des Tisches oder Roboterarms umgekehrt wird.
Beim Umkehren der Drehrichtung eines Servomotors zum Betätigen einer Tisch-Vorschubwelle einer Werkzeugmaschine, eines Roboterarms oder dgl. können die Bewegungen angetriebener Teile der Maschine infolge der Wirkungen der Reibung und des Totgangs oder Spiels einer Vorschubschnecke oder eines Untersetzungsgetriebes nicht sofort umgekehrt werden. Demzufolge wird, wenn die Drehrichtung des Servomotors umgekehrt wird, während mit der Werkzeugmaschine ein Formgebungsvorgang ausgeführt wird oder der Roboterarm eine kreisförmige Bewegung ausführt, eine Ausbauchung in der abtragungsbearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks ausgebildet, oder es wird der Ort des Roboterarms verschoben.
Beispielsweise bleibt im Falle einer kreisförmigen Abtragungsbearbeitung, die an einem Werkstück in einer Ebene durchgeführt wird, die durch zwei Achsen, d. h. X- u. Y- Achsen, definiert ist, wenn es angetrieben wird, um sich aus einem Zustand der Bewegung heraus, von welcher die X- Komponente und die Y-Komponente negativ bzw. positiv ist, in einen anderen Zustand der Bewegung, von welcher beide der X- u. Y-Komponenten negativ sind, was einen Übergang von einem Quadranten in einen anderen verursacht, zu bewegen, die Abtragungsgeschwindigkeit in bezug auf die Y-Achse die gleiche, jedoch wird für die Bewegung in Richtung der X-Achse die Positionsabweichung zu "0" und demzufolge wird der Drehmomentbefehlswert kleiner. Da die Drehung des Servomotors infolge der Reibung nicht sofort umgekehrt werden kann und die Bewegung des Tisches infolge des Totgangs oder Spiels der Vorschubschnecke zum Vorschieben des Tisches nicht sofort umgekehrt werden kann, kann die Bewegung des Werkstücks in der X-Achsen-Richtung nicht sofort auf den Bewegungsbefehl reagieren, wodurch eine Verzögerung des Vorgangs verursacht wird. Als Ergebnis wird eine Ausbauchung auf der durch Abtragung zu bearbeitenden kreisförmigen Oberfläche ausgebildet.
Um eine derartige Ausbauchung auszuschließen oder zu verringern, wird eine sog. Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigung angewendet, wie sie z. B. in der ungeprüften Japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichungsdruckschrift JP-A-4-8451 offenbart ist, bei welchem Vorgang dann, wenn die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, bezüglich einer durch einen Totgang oder ein Spiel verursachten Positionsabweichung eine Positionskorrektur ausgeführt wird und dann, wenn die Positionsabweichung umgekehrt wird, ein passender Wert (Beschleunigungswert) zu einem Geschwindigkeitsbefehl addiert wird, um den Servomotor in der Umkehrrichtung zu beschleunigen, um dadurch eine Ausbauchung, die durch einen Quadrantenwechsel veursacht wird, zu verringern.
Ferner wird in Servomotorsystemen für Werkzeugmaschinen eine Mitkopplungsregelung benutzt, um den Betrag der Positionsabweichung zu verringern. Insbesondere beim Ausführen einer Hochgeschwindigkeits-Abtragungsbearbeitung mittels einer Werkzeugmaschine tritt infolge einer Nachführungsverzögerung des Servosystems ein Formgebungsfehler auf. Um den Formgebungsfehler zu verringern, ist bisher ein Mitkopplungsregelungsverfahren benutzt worden, wie es durch die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung gemäß der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/JP91/01537 vorgeschlagen wurde, bei welchem Verfahren eine Glättungsverarbeitung bezüglich eines Bewegungsbefehls ausgeführt wird, der von einer numerischen Steuereinrichtung ausgegeben ist, um eine Mitkopplungsgröße zu gewinnen, die Mitkopplungsgröße dann zu einem Geschwindigkeitsbefehl aus einer Positionsregelkreisschaltung, der durch Multiplizieren der Positionsabweichung mit einem Positionsübertragungsfaktor gewonnen ist, addiert wird, um einen korrigierten Geschwindigkeits befehl zu gewinnen, und die Verarbeitung in einem Geschwindigkeitsregelungsvorgang unter Benutzung des korrigierten Geschwindigkeitsbefehls ausgeführt wird.
Diese Art von Mitkopplungsregelung wird im folgenden anhand von Fig. 4 beschrieben.
Gemäß dieser Figur unterteilt eine digitale Differential- Analysiereinrichtung DDA (Digital Differential Analyser) 10 einen Bewegungsbefehl Mcmd, der von einer rechnergestützten numerischen Regelungseinrichtung CNC (Computer Numerical Control Device) in jeder Verteilungsperiode ausgegeben wird, in Bewegungsbefehle für jeweilige Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperioden. Ein Fehlerzähler 11 summiert die Werte, welche durch Subtrahieren einer Positionsrückkopplungsgröße Pfb von den durch die DDA 10 gelieferten Bewegungsbefehl-Ausgangs signalen gewonnen sind, um ein Positionsabweichung zu gewinnen. Ein Element 12 berechnet einen Geschwindigkeitsbefehl durch Multiplizieren eines Positionsübertragungsfaktors Kp mit der Positionsabweichung, die in dem Fehlerzähler 11 gespeichert ist. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Geschwindigkeitsregelungsglied, in dem eine Geschwindigkeitsregelungsverarbeitung auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls ausgeführt wird, um in einer herkömmlichen Art und Weise einen Drehmomentbefehl zu gewinnen, und in Übereinstimmung mit dem Drehmomentbefehl wird ein Servomotor getrieben. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Integrierglied, in dem die Geschwindigkeit des Servomotors integriert wird, um eine Servomotorposition zu gewinnen. Ein Führungsmodul 15 ist ein Glied zum Ausführen einer Mitkopplungsregelung und verschiebt den Bewegungsbefehl, ein Ausgangssignal der DDA 10, um eine Periode d der Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode zeitlich nach vorn. Eine Glättungsschaltung 16 berechnet einen Mittelwert, und ein Glied 17 dient zum Gewinnen einer Mitkopplungsgröße durch Multiplizieren des Ausgangssignalwerts der Glättungsverarbeitung mit einem Mitkopplungs-Koeffizienten α.
Die Mitkopplungsgröße wird dann zu dem Geschwindigkeitsbefehl addiert, der durch Multiplizieren der Positionsabweichung mit dem Positionsübertragungsfaktor Kp gewonnen ist, um einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd, der mittels der Mitkopplungsregelung korrigiert ist, zu gewinnen, und die Verarbeitung für die Geschwindigkeitsregelung wird unter Benutzung des auf diese Weise gewonnenen Geschwindigkeitsbefehls Vcmd ausgeführt.
Bei der Regelung eines Servomotors mittels des zuvor beschriebenen Servosystems leitet sich, wenn der Mitkopplungs-Koeffizient α nahezu "1" ist, der größte Teil des Geschwindigkeitsbefehls Vcmd aus der Mitkopplungsregelung ab, und die Positionsabweichung wird nahezu "0". Ferner wird, da die Phase des auf einer Mitkopplung basierenden Befehls vorverschoben wird, die Phase der Positionsabweichung verzögert. Wenn der Mitkopplungs-Koeffizient a nahezu "1" ist, wird die Verzögerung, auf der die Motorpositionsabweichung beruht, in bezug auf den Bewegungsbefehl nahezu Null. Folglich ist es aufgrund der Tatsache, daß die Positionsabweichung nahezu "0" ist, und infolge der Phasennacheilung schwierig, auf der Grundlage der Positionsabweichung den Zeitpunkt für den Einsatz der Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungkorrektur, der mit dem Zeitpunkt der Umkehr der Bewegungsrichtung zusammenfällt, zu bestimmen. Ferner wird, da die Verzögerung der Einnahme der tatsächlichen Motorposition in bezug auf den Bewegungsbefehl nahezu Null ist und die Verteilungsperiode der CNC relativ lang ist (üblicherweise ist die Verteilungsperiode länger als die Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode), wenn die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungkorrektur zu dem Zeitpunkt der Umkehr der Positionsabweichung inganggesetzt wird, der Zeitpunkt zum Ingangsetzen der Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungkorrektur wegen der Differenz in der Startposition eines Bearbeitungsprogrammms einer Anderung unterworfen.
Außerdem hat die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung für diese Art von Mitkopplungsregelung ein Totgang- oder Spiel ausgleichsbeschleunigungs-Regelungsverfahren zur Verringerung der Ausbauchung, die infolge des Quadrantenwechsels auftritt, in der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/JP92/00666 vorgeschlagen. Bei diesam Verfahren wird die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur inganggesetzt, wenn sich die Mitkopplungsgröße von einem positiven zu einem negativen Wert oder umgekehrt ändert oder wenn sich der Geschwindigkeitsbefehl, welcher durch Addieren der Mitkopplungsgröße zu dem Produkt der Positionsabweichung und des Positionsübertragungsfaktors gewonnen ist, von einem positiven zu einem negativen Wert oder umgekehrt ändert. Selbst mit diesem Verfahren wird die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur im Falle einer Hochgeschwindigkeitsbewegung längs eines Kreises mit einem kleinen Radius nicht wirksam arbeiten.
Die Druckschrift EP-A-0 389 641 offenbart eine Servosteuereinrichtung, die wenn die Drehrichtung eines Servomotors umgekehrt wird, Totgang- oder Spielkorrekturdaten zu Positionsabweichungsdaten addiert, um einen Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen, und eine Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungsgröße zu dem Geschwindigkeitsbefehl addiert, um den Totgang oder das Spiel zu korrigieren.
Die Druckschriften EP-A-0 423 357 und W0-91/09358 können ebenfalls bezüglich der Steuerung eines Totgang- oder Spielausgleichs relevant sein.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum wirksamen Ausführen einer Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungs-Korrektur durch Initialisierung derselben zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor der tatsächlichen Richtungsumkehr ohne Rücksicht auf verschiedenartige Bedingungen, wie die Geschwindigkeit, den Kreisradius oder dgl., zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Totgangausgleichsbeschleunigungs- Steuerungsverfahren vorgesehen, das da für bestimmt ist, angewendet zu werden, wenn eine Richtung der Bewegung einer mittels eines Servomotors angetriebenen Maschine umgekehrt wird, wobei die Umkehr über eine Zeitdauer hinweg erreicht wird, die einschließt: eine gegenwärtige Bewegungsbefehlsverteilungsperiode, in welcher ein gegenwärtiger Bewegungsbefehl für den Servomotor erteilt wird, und eine nachfolgende Bewegungsbefehlsverteilungsperiode, in welcher ein nachfolgender Bewegungsbefehl für den Servomotor erteilt wird, und wobei die Richtungen der gegenwärtigen und nachfolgenden Bewegungsbefehle einander entgegengesetzt sind, welches Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren Schritte umfaßt zum Gewinnen eines Beschleunigungswerts des Bewegungsbefehls an dem Beginnpunkt der gegenwärtigen Bewegungsbefehlsverteilungsperiode und Einleiten einer Totgangausgleichsbeschleunigungs Korrektur zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Geschwindigkeitsbefehl, dessen Vorzeichen sich während der Zeitdauer umkehrt, über welche hinweg die Richtung der Bewegung der Maschine umgekehrt wird, mit einem Wert zusammenfällt, der proportional zu dem Beschleunigungswert für die gegenwärtige Bewegungsbefehlsverteilungsperiode ist.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird im folgenden beispielhaft auf die Figuren Bezug genommen.
Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm einer Verarbeitung, die mittels eines Prozessors einer digitalen Servoschaltung in jeder Verteilungsperiode während des Ausführens einer Vorschub- und Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungs-Korrektur gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Fig. 2 zeigt einen Teil eines Flußdiagramms einer Vorschubund Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungs- Korrekturverarbeitung, die mittels des Prozessors der digitalen Servoschaltung in jeder Positions/Geschwindigkeitsregelkreis-Verarbeitungsperiode ausgeführt wird.
Fig. 3 zeigt den restlichen Teil des in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramms.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Servosystems zum Ausführen einer Mitkopplungs regelung.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das einen wesentlichen Teil der Servomotorsteuerung zum Ausführen der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, welches das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das Bewegungsbefehle für Bewegungen in der X-Achsen-Richtung, die in Fig. 6 gezeigt sind, darstellt.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das einen Zeitpunkt darstellt, zu dem die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur inganggesetzt wird.
Zunächst wird anhand von Fig. 6 bis Fig. 8 das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung erklärt.
Gemäß Eig. 6 sind ein Bewegungsbefehl einer unmittelbar vorhergehenden Verteilungsperiode durch einen Vektor M2, ein Bewegungsbefehl einer gegenwärtigen Verteilungsperiode durch einen Vektor M1 und ein Bewegungsbefehl einer nachfolgenden Verteilungsperiode durch einen Vektor M0 angegeben, wobei angenommen ist, daß eine kreisförmige Bewegung abläuft. In diesem Fall sind die X-Achsen-Komponenten (Bewegungsbefehle für einen Servomotor der X-Achse) der Vektoren M0, M1 u. M2 durch M0x, M1x bzw. M2x repräsentiert. Unter der Annahme, daß die Bewegungsbefehle wie in Fig. 7 gezeigt verteilt werden, kann der absolute Wert einer Beschleunigung in der X-Achsen-Richtung an dem Beginnpunkt a der gegenwärtigen Periode durch Berechnen eines Werts M0x - M2x gewonnen werden.
Vorausgesetzt, daß der Radius des Kreises R (mm) ist und die Vorschubrate F (mm/min) ist, kann ein Winkel Δθ, um den die Bewegung während einer Verteilungsperiode Ts (s) fortschreitet, als
Δθ = F Ts/ (60R) (rad)
ausgedrückt werden.
Ferner kann, da
M0x = R{cos(Δo + Δθ) - cosθo}
M2x = R{cos(Δo - Δθ) - cos(θο - 2Δθ)}
sind, wobei
-Δθ/2 < Δθ < Δθ
gilt, Beschleunigung ΔV ausgedrückt werden als
ΔV = M0x - M2x
= 4R sin(Δθ/2) sinΔθ cos{Δθ - (Δθ/2)}.
Unter der Annahme, daß der Wert Δθ in bezug auf "1" sehr klein ist, können sin(Δθ/2), sinΔθ und cos{Δo - Δθ/2)} jeweils näherungsweise als Δθ/2, Δθ und "1" ausgedrückt werden. Demzufolge kann die Beschleunigung ΔV mit
ΔV = M0x - M2x
(2/R) (F-Ts/60)² (mm) ... (1)
angegeben werden.
Andererseits ist der Bewegungsbefehl x(t) in der X-Achsen- Richtung auszudrücken als
x(t) = R cos{F t/(60R)},
wobei t die Zeit repräsentiert und angenommen ist, daß die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, wenn t = 0 ist.
Der Geschwindigkeitsbefehl Vx(t) wird durch Differenzieren des Bewegungsbefehls x(t) wie folgt gewonnen:
Vx(t) = (d/dt)x(t)
= -R {F/(60R)} sin{F t/(60R)}
Auf diese Weise kann in der Näherung t = 0, wobei die Richtung umgekehrt ist, sin{F-t/(60R)} näherungsweise (F t/60R) angenommen werden, und der Geschwindigkeitsbefehl Vx(t) kann daher wie folgt ausgedrückt werden:
Vx(t) = -(1/R) (F/60)² t
Dementsprechend gilt dann, wenn die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur zu einem Zeitpunkt inganggesetzt wird, zu dem der Geschwindigkeitsbefehl Vx(t) dem Produkt der Beschleunigung ΔV und einer Konstanten K, die von der Reibung abhängt, gleich wird, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist,
Vx(t) = K ΔV ... (2)
Daher gilt
-(1/R) (F/60)² t = K (2/R) (F Ts/60)²,
nämlich
t = -2KTs².
Demzufolge wird der Zeitpunkt zum Ingangsetzen der Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur t = -2KTs² nicht länger von dem Radius R und der Vorschubgeschwindigkeit F abhängig, und der Beschleunigungsstart-Zeitpunkt wird konstant.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine Servomotor-Regelungseinrichtung für eine Werkzeugmaschine oder einen Roboter, auf welche oder welchen das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, beschrieben. Gemäß Fig. 5 werden verschiedenartige Befehle für einen Servomotor 24, die von einer CNC-Einrichtung 20 ausgegeben werden, über einen gemeinsamen Speicher 21 zu einem Prozessor einer digitalen Servoschaltung 22 übertragen. Die digitale Servoschaltung 22 umfaßt eine CPU, einen ROM, einen RAM usw., und die CPU steuert die Position, die Geschwindigkeit und den Strom des Servomotors 24. Ein Servoverstärker 23 umfaßt einen Transistorwechselrichter usw. und treibt den Servomotor 24. Ein Impulscodierer 25 erfaßt die Drehposition des Servomotors 24 und koppelt ein Signal für die erfaßte Position auf die digitale Servoschaltung 22 zurück.
Fig. 1, Fig. 2 u. Fig. 3 zeigen Flußdiagramme einer Mit kopplungsverarbeitung und einer Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur, die mittels der CPU der digitalen Servoschaltung 22 ausgeführt werden.
Fig. 1 zeigt eine Verarbeitung, die in jeder Verteilungsperiode ausgeführt wird, und Fig. 2 u. Fig. 3 zeigen die Mitkopplungsverarbeitung und die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur, die in jeder Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode ausgeführt werden. Eine Beschreibung der Verarbeitungen, die nicht die Mitkopplungsverarbeitung und die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur sind, ist an dieser Stelle fortgelassen, da sie ähnlich den herkömmlichen sind.
Zuerst wird mittels der CNC-Einrichtung 20 in Übereinstimmung mit einem Bearbeitungsvorgang, der auszuführen ist, festgelegt, ob die Mitkopplungsregelung wirksam oder nicht wirksam gemacht werden sollte, und auf den Start des Vorgangs hin führt die CPU der digitalen Servoschaltung 22 in jeder Verteilungsperiode die in Fig. 1 gezeigte Verarbeitung aus.
Zunächst wird in einem Schritt S1 der Bewegungsbefehl für eine Verteilungsperiode, die einer gegenwärtigen Verteilungsperiode unmittelbar (eine Periode vorher) vorhergeht, der in einem Register R1 gespeichert ist, in ein Register R2 geladen, und der Bewegungsbefehl für die gegenwärtige Verteilungsperiode (die Periode, in welcher der Bewegungsbefehl zum Ausführen der Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitung ausgegeben wird), welcher in einem Register RD gespeichert ist, wird in das Register R1 geladen.
Dann wird in einem Schritt S2 ein Bewegungsbefehl Mcmd für eine nachfolgende Verteilungsperiode (eine Verteilungsperiode nach derjenigen, in welcher die Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitung ausgeführt wird) ausgelesen und in dem Register RD gespeichert.
In einem Schritt S3 wird festgestellt, ob der Bewegungsbefehl Mcmd der nachfolgenden Periode, welcher in dem Register RD gespeichert ist, "0" ist oder nicht. Falls der Bewegungsbefehl Mcmd "0" ist, setzt sich das Programm zu einem Schritt 58, der im folgenden beschrieben wird, fort, und falls der Bewegungsbefehl Mcmd nicht "0" ist, setzt sich das Programm zu einem Schritt S4 fort. In Schritt S4 wird das Produkt des Bewegungsbefehls Mcmd, der in der gegenwärtigen Periode ausgelesen und in dem Register R0 gespeichert wird, und des Bewegungsbefehls, der eine Periode vor der gegenwärtigen Periode ausgelesen und in einem Register Rz gespeichert worden ist, gewonnen, und es wird dann festgestellt, ob das gewonnene Produkt negativ ist oder nicht. Das bedeutet, daß festgestellt wird, ob ein Wechsel des Vorzeichens von positiv nach negativ oder umgekehrt zwischen dem Bewegungsbefehl Mcmd der nachfolgenden Periode und dem Bewegungsbefehl für die gegenwärtige Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitung stattgefunden hat oder nicht. Das Register Rz ist zunächst durch die Initialisierung auf "0" gesetzt.
Falls das zuvor genannte Produkt negativ ist, wird in einem Schritt S5 ein Kennzeichnungsbit F1 auf "1" gesetzt, um anzuzeigen, daß das Vorzeichen des nachfolgenden Bewegungsbefehls umgekehrt ist, und dann wird in einem Schritt S6 der Bewegungsbefehl der nachfolgenden Periode, welcher in dem Register R0 gespeichert ist, in das Register Rz geladen.
In einem Schritt S7 wird der absolute Wert einer Differenz, die durch Subtrahieren des Bewegungsbefehls der nachfolgenden Periode, der in dem Register R0 gespeichert ist, von dem Bewegungsbefehl der vorhergehenden Periode, der in dem Register R2 gespeichert ist, gewonnen wird, mit einer voreingestellten Konstanten K (die vorab in Übereinstimmung mit der Reibung der Maschine eingestellt ist) multipliziert, und der Wert, welcher gewonnen ist, wird in einem Register A gespeichert. Im einzelnen wird die Berechnung des zuvor genannten Ausdrucks (1) ausgeführt, um eine Beschleunigung ΔV zu gewinnen, und das Produkt der Beschleunigung und der Konstanten K wird in dem Register A gespeichert. Schließlich wird in Schritt S8 ein Zähler auf "0" gesetzt, und die Verarbeitung für die gegenwärtige Verteilungsperiode wird beendet.
Falls das in Schritt S4 gewonnene Produkt nicht negativ ist (wenn kein Wechsel des Vorzeichens zwischen den betreffenden Bewegungsbefehlen stattgefunden hat), setzt sich das Programm von Schritt S4 zu einem Schritt S9 fort, ohne daß das Kennzeichnungsbit F1 auf "1" gesetzt wird, und der Bewegungsbefehl der nachfolgenden Periode, welcher in dem Register R0 gespeichert ist, wird in das Register Rz geladen. Schließlich wird in Schritt S8 der Zähler C auf "0" gesetzt, und die Verarbeitung für die gegenwärtige Periode wird beendet.
Die CPU der digitalen Servoschaltung führt die zuvor beschriebene Verarbeitung in Intervallen der Verteilungsperiode aus, wodurch die Register R2, R1 u. R0 der Reihe nach mit einem Bewegungsbefehl der unmittelbar vorhergehenden Periode, einem Bewegungsbefehl der Periode zum Ausführen der Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitung bzw. einem Bewegungsbefehl der nachfolgenden Periode geladen werden und das Kennzeichnungsbit F1 im Falle einer Umkehr des Vorzeichens des Bewegungsbefehls Mcmd auf "1" gesetzt wird.
Die CPU der digitalen Servoschaltung führt außerdem die in Fig. 2 u. Fig. 3 gezeigte Verarbeitung in Intervallen der Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode aus.
In einem Schritt 310 wird entschieden, ob das Ausführen der Mitkopplungsverarbeitung vorab wirksam gemacht worden ist oder nicht. Falls die Mitkopplungsverarbeitung wirksam gemacht worden ist, wird in einem Schritt S11 festgestellt, ob der Zähler C einen Wert gespeichert enthält, der kleiner oder gleich der Hälfte des Werts N ist oder nicht, welcher durch Dividieren der Verteilungsperiode durch die Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungperiode, d. h. N = (Verteilungsperiode)/(Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode) gewonnen ist. Falls der Wert des Zählstands des Zählers kleiner als oder gleich N/2 ist, wird in einem Schritt S12 ein Wert, der durch Subtrahieren des Werts in dem Register R2 von dem Wert in dem Register R1 gewonnen ist, zu dem Wert in einem akkumulierenden Speicher SUM addiert, und das Programm setzt sich zu einem Schritt S14 fort. Falls der Wert des Zählstands des Zählers C größer als N/2 ist, wird in einem Schritt 313 ein Wert, der durch Subtrahieren des Werts in dem Register R1 von dem Wert in dem Register R0 gewonnen ist, zu dem Wert in dem akkumulierenden Speicher SUM addiert, und das Programm setzt sich zu dem Schritt S14 fort. Anfangs ist der akkumulierende Speicher SUM durch einen Initialisierungsvorgang auf "0" gesetzt worden.
In Schritt S14 wird ein Wert, der durch Dividieren des Werts des akkumulierenden Speichers SUM durch das Quadrat des zuvor genannten Werts N gewonnen ist, mit einem Mitkopplungs-Koeffizienten a multipliziert, um eine Mitkopplungsgröße FF zu gewinnen, die dann ausgegeben wird. Im einzelnen wird die Mitkopplungsgröße FF zu einem Wert addiert, der durch Multiplizieren der Positionsabweichung mit einem Positionsübertragungsfaktor Kp wie in einer gewöhnlichen Positionsregelungsverarbeitung gewonnen ist, um einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd zu gewinnen, der durch die Mitkopplungsgröße FF korrigiert ist, undes wird eine Geschwindigkeitsregelungsverarbeitung ähnlich einer herkömmlichen unter Benutzung des auf diese Weise korrigierten Geschwindigkeitsbefehls Vcmd ausgeführt. Dann wird in einem Schritt S15 zu dem Wert in dem Zähler C "1"addiert.
Die zuvor erläuterten Schritte S11 bis S15 bilden die Verarbeitung zum Gewinnen der Mitkopplungsgröße FF. Es sei angemerkt, daß dieses Ausführungsbeispiel einen Fall betrifft, in dem die Größe zum Ausführen einer Mitkopplungsregelung, die durch das Führungsmodul 15 in der Mitkopplungsverarbeitung ausgeführt wird, auf die Hälfte der Verteilungsperiode gesetzt wird. Diese Art von Mitkopplungsverarbeitung ist im einzelnen in der zuvor genannten Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/JP92/00666 beschrieben
Nachfolgend wird in einem Schritt S16 festgestellt, ob das Kennzeichnungsbit F1 "1" ist oder nicht. Falls das Kennzeichnungsbit F1 in Schritt 35 nicht auf "1" gesetzt worden ist (wenn kein Wechsel des Vorzeichens zwischen den betreffenden Bewegungsbefehlen stattgefunden hat), setzt sich das Programm von Schritt S16 zu einem Schritt S21 fort, woraufhin festgestellt wird, ob ein Kennzeichnungsbit F2 "1" ist oder nicht. Wenn das Kennzeichnungsbit F2 nicht "1" ist, wird in einem Schritt S26 festgestellt, ob der Wert eines Zählers D, der eine Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungszeit mißt, "0" ist oder nicht, und falls der Wert des Zählers D kleiner als oder gleich "0" ist (der Wert des Zählers D ist "0", es sei denn, daß ein Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungsbefehl ausgegeben worden ist, wie dies im folgenden erkläutert wird), werden die Mitkopplungsverarbeitung und die Totgang- oder Spielausgleichsverarbeitung beendet.
Falls der Wert in dem Register RD, das den nachfolgenden Bewegungsbefehl Mcmd speichert, ein Vorzeichen hat, das unterschiedlich von demjenigen des Bewegungsbefehls ist, der in dem Register Rz gespeichert ist (d. h. des Bewegungsbefehls für die gegenwärtige Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitung) und demzufolge das Kennzeichnungsbit F1 in Schritt 35 auf "1" gesetzt worden ist, setzt sich das Programm von Schritt S16 zu Schritt S17 fort, woraufhin festgestellt wird, ob die Umkehr des Vorzeichens von positiv nach negativ oder umgekehrt abhängig davon stattgefunden hat, ob der Bewegungsbefehl, welcher in dem Register R0 gespeichert ist, negativ oder positiv ist. Wenn das Ergebnis des Auslesens des Registers R0 negativ ist, wird darauf geschlossen, daß das Vorzeichen von positiv nach negativ gewechselt hat, und das Programm setzt sich zu einem Schritt S18 fort, während sich das Programm, wenn der Wert des Registers R0 positiv ist, zu einem Schritt S19 fortsetzt.
Dann wird in Schritt S18 das Produkt der Positionsabweichung und des Positionsübertragungsfaktors Kp zu der Mitkopplungsgröße FF, die in Schritt S14 berechnet wurde, addiert, das Produkt des absoluten Werts der Beschleunigung, der in dem Register A gespeichert ist, und des Multiplikators oder der Konstanten K wird von dem zuerst gewonnenen Wert subtrahiert, und es wird festgestellt, ob das Ergebnis einen Wert hat, der gleich oder kleiner "0" ist oder nicht. Das heißt, daß festgestellt wird, ob der Geschwindigkeitsbefehl, welcher durch Korrigieren der Mitkopplungsgröße gewonnen ist, gleich oder nicht gleich dem Wert geworden ist, der in Schritt S7 gewonnen wurde. Diese Feststellungsverarbeitung entspricht derjenigen, die durch die zuvor angegebene Gl. (2) ausgedrückt ist.
Wenn der Geschwindigkeitsbefehl nicht gleich dem Wert ist, welcher in dem Register A gespeichert ist, und demzufolge in Schritt S18 festgestellt wird, daß der Wert größer als "0" ist, setzt sich das Programm zu Schritt S21 fort, und es wird die zuvor beschriebene Verarbeitung ohne Ingangsetzung der Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur ausgeführt. Falls in Schritt S19 festgestellt wird, daß der Wert, welcher durch Addieren des Werts des Registers A zu dem Geschwindigkeitsbefehl, der durch die Mitkopplungsgröße korrigiert ist, gewonnen wurde, negativ ist (diese Feststellung entspricht ebenfalls Gl. (2) und wird angewendet, wenn sich der Bewegungsbefehl von negativ nach positiv verändert hat und demzufolge der Geschwindigkeitsbefehl zuerst negativ ist, und der Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur-Startzeitpunkt mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, zu dem die Summe dieses Geschwindigkeitsbefehls und des Werts des Registers A gleich "0" wird), setzt sich das Programm von Schritt S19 zu Schritt S21 fort, und die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur wird nicht inganggesetzt.
Selbst in dem Fall, in dem sich das Vorzeichen des nachfolgenden Bewegungsbefehls umkehrt, wird der Geschwindigkeits befehl, welcher durch Korrigieren der Mitkopplungsgröße FF gewonnen ist, nicht unmittelbar umgekehrt. Wie aus der Verarbeitung in Schritt S12 ersichtlich, wird der Bewegungsbefehl, dessen Vorzeichen umgekehrt ist, vor Ablauf von N/2, welchem Wert die Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode zugrundeliegt und welcher der Hälfte der Verteilungsperiode entspricht, keinen Einfluß auf die Berechnung der Mitkopplungsgröße FF haben. Demzufolge wird zumindest während der Periode N/2, die auf der Positions/Geschwindigkeits-Regelungsverarbeitungsperiode beruht, weder das Vorzeichen der Mitkopplungsgröße FF noch das Vorzeichen des Geschwindigkeitsbefehls, welcher durch Korrektur der Mitkopplungsgröße gewonnen wurde, umgekehrt. Folglich wird die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur nicht inganggesetzt.
Wenn indessen in Schritt S18 oder S19 festgestellt wird, daß der Geschwindigkeitsbefehl, welcher durch die Mitkopplungsgröße FF korrigiert wurde, gleich dem Wert geworden ist, der in dem Register A gespeichert ist, wird das Kennzeichnungsbit F2 auf "1" gesetzt, und das Kennzeichnungsbit F1 wird auf "0" gesetzt (Schritt S20). Das Programm setzt sich dann von Schritt S20 zu Schritt S21 fort. Da das Kennzeichnungsbit F2 auf "1" gesetzt worden ist, setzt sich das Programm von Schritt S21 zu einem Schritt S22 fort, woraufhin ein Wert Tb, welcher der Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungkorrekturzeit entspricht, die in dem Zähler D gesetzt ist, eingestellt wird. Dann wird in einem Schritt S23 das Kennzeichnungsbit F2 auf "0" gesetzt.
In einem Schritt S24 wird ein eingestellter Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrekturwert ausgegeben, wodurch dieser Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrekturwert zu dem Geschwindigkeitsbefehl Vcmd, der durch die Mitkopplungsgröße FF korrigiert wurde, addiert wird, und in einem Schritt S25 wird von dem Wert des Zählers D "1" subtrahiert, woraufhin die Mitkopplungsregelung und die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrekturregelung für die gegenwärtige Periode beendet werden.
In den nachfolgenden Positions/Geschwindigkeitsregelungs- Verarbeitungsperioden werden, da die Kennzeichnungsbits F1 u. F2 beide auf "0" gesetzt sind, die Schritte 311 bis S15, S16 u. S21 ausgeführt, und das Programm setzt sich zu Schritt S26 fort. Dann werden die Schritte S24 u. S25 für die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur ausgeführt, bis der Wert des Zählers D "0" wird, d. h. bis die eingestellte Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrekturzeit abläuft. Nachdem der Wert des Zählers D "0" geworden ist, wird danach die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungs korrektur nicht mehr ausgeführt.
Wenn die Voreinstellung zum Außerkraftsetzen der Mitkopplungsverarbeitung vorgenommen worden ist, setzt sich das Programm von Schritt S10 zu einem Schritt S27 fort, woraufhin die Mitkopplungsgröße FF auf "0" gesetzt wird. Das Programm setzt sich dann zu Schritt S16 fort, um die diesem nachfolgenden Schritte auszuführen, und in diesem Fall wird die Mitkopplungsverarbeitung in den Schritten S11 bis S15 nicht ausgeführt.
Während die zuvor beschriebene Verarbeitung wiederholt wird, wird die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur zu einem Zeitpunkt gestartet, zu dem der Wert, welcher von der Reibungskraft der Maschine abhängt, die proportional zu der Beschleunigung entsprechend einen Befehl ist, dessen Richtung umgekehrt wurde, mit dem Wert zusammenfällt, welcher dem Geschwindigkeitsbefehl entspricht, wodurch die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur genau zu einem festen Zeitpunkt, der vor dem Zeitpunkt der Richtungsumkehr liegt, inganggesetzt werden kann. Auf diese Weise arbeitet die Totgang- oder Spielausgleichsbeschleunigungskorrektur selbst im Falle der Hochgeschwindigkeitsbewegung längs eines Kreises mit einem kleiner Radius ohne Rücksicht auf den Kreisradius oder die Geschwindigkeit, welche durch die Bewegungsbefehle bestimmt ist, wirksam.

Claims

1. Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren, das dafür vorgesehen ist, angewendet zu werden, wenn eine Richtung der Bewegung einer mittels eines Servomotors (4) angetriebenen Maschine umgekehrt wird, wobei die Umkehr über eine Zeitdauer hinweg erreicht wird, die einschließt: eine gegenwärtige Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M1), in welcher ein gegenwärtiger Bewegungsbefehl (M1x) für den Servomotor (24) erteilt wird, und eine nachfolgende Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M0), in welcher ein nachfolgender Bewegungsbefehl (M0x) für den Servomotor (24) erteilt wird, und wobei die Richtungen der gegenwärtigen und nachfolgenden Bewegungsbefehle (M1x, M0x) einander entgegengesetzt sind,

welches Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren Schritte umfaßt zum

Gewinnen eines Beschleunigungswerts (ΔV) des Bewegungsbefehls an dem Beginnpunkt (a) der gegenwärtigen Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M1) und

Einleiten einer Totgangausgleichsbeschleunigungs-Korrektur zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Geschwindigkeitsbefehl (Vx(t)), dessen Vorzeichen sich während der Zeitdauer umkehrt, über welche hinweg die Richtung der Bewegung der Maschine umgekehrt wird, mit einem Wert zusammenfällt, der proportional zu dem Beschleunigungswert (ΔV) für die gegenwärtige Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M1) ist.

2. Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner Schritte umfaßt zum

Gewinnen einer Mitkopplungsgröße durch Ausführen einer Glättungs erarbeitung (16) in einer Mitkopplungsregelungsstrecke (15, 16, 17) zum Gewinnen eines Mittelwerts der Bewegungsbefehle für eine Vielzahl von Positions/Geschwindigkeits-Regelkreisverarbeitungsperioden, die eine gegenwärtige derartige Periode und mehrere Perioden vor und nach der gegenwärtigen Positions/Geschwindigkeits-Regelkreisverarbeitungsperiode enthält, und

Gewinnen eines Geschwindigkeitsbefehls (Vcmd), der mittels der Mitkopplungsgröße korrigiert ist, und Regeln des Servomotors (24) in Übereinstimmung mit dem korrigierten Geschwindigkeitsbefehl (Vcmd).

3. Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem jede der Bewegungsbefehlsverteilungsperioden eine Vielzahl der Positions/Geschwindigkeits-Regelkreisverarbeitungsperioden umfaßt.

4. Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Mitkopplungsgröße durch Multiplizieren eines Mitkopplungsskoeffizienten (17) mit dem durch Glättungsverarbeitung (16) gewonnenen Mittelwert der Bewegungsbefehle gewonnen wird.

5. Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Beschleunigungswert (ΔV) des Bewegungsbefehls für die gegenwärtige Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M1) als

M0x - M2x

gewonnen wird, wobei M2x ein Bewegungsbefehl für eine Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M2) ist, die der gegenwärtigen Bewegungsbefehlsverteilungsperiode (M1) unmittelbar vorhergeht.

6. Totgangausgleichsbeschleunigungs-Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Geschwindigkeitsbefehl (Vx(t)) durch Differenzieren des Bewegungsbefehls (x(t)) gewonnen wird.