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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Servomotors zum
Antreiben einer Vorschubwelle einer Werkzeugmaschine usw. und insbesondere
ein Servomotorregelverfahren zum Verhindern von Überschießen bei einer Lagefeedbackregelung.
Dabei wird durch einen Lagedetektor, wie einen Skalendetektor, die
Lage eines beweglichen Teils ermittelt, das von der Vorschubwelle
angetrieben wird.
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Bei
der Lageregelung einer Vorschubwelle von einer Werkzeugmaschine
und dergleichen mit einem Servomotor wird bei einem herkömmlichen
Verfahren zum Verhindern von Überschießen während der
Positionierung das Ausgabedrehmoment eines Servomotors gesenkt,
indem der Wert eines Integrators in einer Geschwindigkeitsregelung
verringert wird, wenn eine Lageabweichung nahezu "0" wird (d.h. ein bewegliches Teil der
Maschine der befohlenen Lage nahe kommt). So wird das Überschießen verringert.
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Bei
einer geschlossenen Regelung wird die Lage des beweglichen Teils,
das von der Vorschubwelle angetrieben wird, von einem Lagedetektor,
wie einem Skalendetektor ermittelt, wodurch eine Lagefeedbackregelung
auf Basis der ermittelten Position durchgeführt wird. Besitzt jedoch ein
mechanisches System zwischen dem Servomotor und dem Lagedetektor,
wie einem Skalendetektor, nicht genügend Steifigkeit, ist der Servomotor
aufgrund der Torsion des mechanischen Systems um ein Ausmaß, das der Torsion
zu dem Zeitpunkt entspricht, wenn die Lageabweichung nahezu "0" geworden ist und das bewegliche Teil
die befohlene Lage erreicht hat, zu weit vorangeschritten. D.h.
genügt
die Steifigkeit des mechanischen Systems zwischen dem Servomotor
und dem Lagedetektor nicht, wird das bewegliche Teil angetrieben,
während
das mechanische System verdreht wurde. Wenn durch den Lagedetektor
ermittelt wird, dass die ermittelte Lage die befohlene Lage ist, hat
deshalb der Servomotor tatsächlich
eine Lage inne, aufgrund der das bewegliche Teil über die
befohlene Zielposition hinaus um das Ausmaß hinausschießt, das
der Torsion des mechanischen Systems entspricht. Wird die Lageabweichung "0" und die Positionierung ist beendet,
so dass die Rotation des Servomotors stoppt, lässt die Torsion des mechanischen
Systems allmählich
nach, wodurch sich das mechanische bewegliche Teil um das Ausmaß, das der
Torsion des mechanischen Systems entspricht, (in der gleichen Richtung,
in der es sich bewegt hat) weiter vorwärts bewegt und über die
befohlene Zielposition hinausschießt. Wenn sich das bewegliche Teil
der Maschine vorwärts
bewegt, nimmt die Lageabweichung zu. Zur Beseitigung der Zunahme
in der Lageabweichung bewegt sich deshalb der Servomotor in die
entgegengesetzte Richtung, so dass das bewegliche Teil an der befohlenen
Zielposition positioniert wird.
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Somit
neigt bei einer geschlossenen Lageregelung das bewegliche Teil dazu,
aufgrund der Torsion des beweglichen Teils über die befohlene Lage hinauszuschießen.
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Ein
Beispiel für
ein solches System gemäß der Präambel des
beigefügten
Anspruchs 1 ist in JP-A-4184512 offenbart. Dieses System nutzt jedoch nicht
die Möglichkeiten,
die ein Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt im Feedbackregelsystem
bietet.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist das Verhindern von Überschießen eines beweglichen Teils
von einer Maschine oder das Verringern des Ausmaßes an Überschießen, wird eine geschlossene
Lageregelung durchgeführt.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren bereitgestellt zum Regeln eines Servomotors zum Antreiben
eines beweglichen Teils einer Maschine über ein mechanisches System
auf Basis eines Bewegungsbefehls, der von einer numerischen Steuervorrichtung
erteilt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Ermitteln
einer Lage des beweglichen Teils; (b) Regeln einer Lage des beweglichen
Teils mit dem Bewegungsbefehl, der von der numerischen Steuervorrichtung
erteilt wird, und mit der Lage des beweglichen Teils, die im Schritt
(a) ermittelt wird, über
ein Feedbackregelsystem, das eine Lageregelung und einen Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
enthält,
der ein Beschleunigungs-/Abbremsverfahren an dem Bewegungsbefehl
von der numerischen Steuervorrichtung durchführt, so dass ein Bewegungsbefehl
erhalten wird für
die Eingabe in die Lageregelung; und (c) Regeln der Lage des beweglichen
Teils durch den Servomotor, so dass die Torsion des mechanischen
Systems zwischen dem Servomotor und dem beweglichen Teil verringert
wird, indem ein Drehmomentbefehl für den Servomotor verringert
wird für
einen Zeitraum unmittelbar bevor der von dem Beschleunigungs-/Abbremsverfahren
erhaltene Bewegungsbefehl null wird.
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Wird
der von der numerischen Steuervorrichtung erteilte Bewegungsbefehl
einem einstufigen Beschleunigungs-/Abbremsverfahren durch einen
einzigen Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt unterworfen
und dann in die Lageregelung eingegeben, wird der Drehmomentbefehl
für den Servomotor
verringert, wenn eine Eingabe an den einzigen Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
null wird. Ist der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
glockenförmig
und besteht aus einem ersten und einem zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt,
wird der Drehmomentbefehl an den Servomotor verringert, wenn eine
Ausgabe des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
null wird. Wird das Beschleunigungs-/Abbremsverfahren an dem von
der numerischen Steuervorrichtung erteilten Bewegungsbefehl nicht
durchgeführt, kann
ein Signal, das anzeigt, das die Zeit unmittelbar vor dem Ende des
Bewegungsbefehls gekommen ist, zu einem festgelegten Zeitpunkt vor
dem Ende des Bewegungsbefehls gegeben werden oder, wenn das verbleibende
Ausmaß des
Bewegungsbefehls einen vorbestimmten Wert annimmt oder kleiner als
dieser wird. Der Drehmomentbefehl für den Servomotor wird verringert,
wenn das Signal gegeben wird. Es wird darauf hingewiesen, dass ein
Verfahren, bei dem das Beschleunigungs-/Abbremsverfahren nicht durchgeführt wird,
kein erfindungsgemäßes Verfahren
ist.
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Zur
Verringerung des Drehmomentbefehls kann der Wert eines Integrators
in einer Geschwindigkeitsregelung des Feedbackregelsystems und/oder
ein Drehmomentgrenzwert eines Drehmomentbegrenzungsstromkreises
zum Begrenzen des Drehmomentbefehls verringert werden. Zum Verringern
des Integratorwertes kann ein Integralwert für den gegenwärtigen Verarbeitungszeitraum
der Lage- und Geschwindigkeitsfeedbackregelung unter Verwendung
eines Produkts aus einem Integralwert im letzten Verarbeitungszeitraum
und einer festgelegten Konstante erhalten werden, die gleich oder
größer gleich
0, aber kleiner als 1 ist. D.h. die in der Geschwindigkeitsregelung
durchgeführte
Integration wird in eine unvollständige Integration geändert. Nachdem
der Bewegungsbefehl vollständig
in die Lageregelung eingegeben werden kann, wird die festgelegte
Konstante auf einen Wert geändert,
der größer als
der festgelegte Wert, aber kleiner als 1 ist. Dadurch wird der Drehmomentbefehl
allmählich
erhöht.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
zeigt/zeigen:
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1 ein
Fließschema
der Verarbeitung, die in jedem Zeitraum der Lage- und Geschwindigkeitsregelverarbeitung
durchgeführt
werden muss, nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein
Fließschema
der Verarbeitung, die in jedem Zeitraum der Lage- und Geschwindigkeitsregelungsverarbeitung
durchgeführt
werden muss, die nur zu Erläuterungszwecken
gezeigt wird und nicht erfindungsgemäß ist;
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3 ein
Blockschema der grundlegenden Elemente eines Servoregelsystems zur
Durchführung
eines Servomotorregelverfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung;
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4a bis 4d in
Diagrammen die Beziehung zwischen einem Bewegungsbefehl, Ausgaben der
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung und einer Ausgabe eines Integrators
nach der ersten Ausführungsform;
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5 ein
Blockschema der Regelungshardware zur Durchführung der Erfindung;
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6 in
einem Diagramm das Ergebnis eines Experiments zur Lageregelung nach
einem herkömmlichen
Verfahren; und
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7 in
einem Diagramm das Ergebnis eines Experiments zur erfindungsgemäßen Lageregelung.
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Bestes Verfahren zur Durchführung der
Erfindung
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Das
Blockschema in 3 zeigt die grundlegenden Elemente
eines Servoregelsystems nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei
dieser Ausführungsform
wird zur Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung ein glockenförmiges Beschleunigungs-/Abbremsverfahren
eingesetzt, das aus zwei linearen Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitten
besteht, d.h. aus einem ersten und einem zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt.
Ein Bewegungsbefehl P0, der von einer Steuervorrichtung erteilt
wird, beispielsweise einer CNC-Vorrichtung (computerisierten numerischen Steuerung),
wird in den ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
eingegeben. Eine Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
wird in den zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt eingegeben,
wodurch eine Ausgabe P2 des zweiten Verarbeitungsabschnitts erhalten
wird. Die Ausgabe P2 des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
dient als Bewegungsbefehl für
eine Lageregelung. Sie wird zur Addition in einen Fehlerzähler 11 eingeben,
während
ein Lagefeedbackwert Pf von einem Detektor, wie einer Skala, die
an einem beweglichen Teil der Maschine angebracht ist, zur Subtraktion
in den Fehlerzähler 11 eingegeben
wird, wodurch eine Lageabweichung erhalten wird. Die im Fehlerzähler 11 gespeicherte
Lageabweichung wird mit einer Lageregelungsverstärkung Kp multipliziert, so
dass ein Geschwindigkeitsbefehl Vc erhalten wird. Ein Geschwindigkeitsfeedbackwert
Vf von einem Detektor, wie einer Skala, wird von dem Bewegungsbefehl
Vc subtrahiert, wobei eine Geschwindigkeitsabweichung erhalten wird.
Dann wird das Produkt aus einem Wert, der mittels Integrieren der
Geschwindigkeitsabweichung durch einen Integrator 10 erhalten wird,
und einer Integralverstärkung
k1 zu dem Produkt aus der Geschwindigkeitsabweichung und einer Proportionalverstärkung addiert,
wodurch ein Drehmomentbefehl Tc erhalten wird. So wird eine PI-
(Proportional-Integral-) geregelte Geschwindigkeitsregelverarbeitung
durchgeführt.
Der aus dem Geschwindigkeitsregelverfahren erhaltene Drehmomentbefehl Tc
wird über
einen Drehmomentbegrenzungsstromkreis und als Drehmomentbefehl Tc', der einen festgelegten
Wert nicht übersteigt,
einer elektrischen Stromregelung zur Durchführung eines Stromregelverfahrens
(nicht gezeigt) zugeleitet. Dadurch wird ein Servomotor und damit
das mechanische bewegliche Teil angetrieben.
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Das
bisher beschriebene Servoregelverfahren dieser Ausführungsform
gleicht im Wesentlichen herkömmlichen
Systemen. Die erfindungsgemäße Ausführungsform
unterscheidet sich aber von dem herkömmlichen System darin, dass
der Wert im Integrator 10 für einen Zeitraum, unmittelbar
bevor der in den Fehlerzähler 11 eingegebene
Bewegungsbefehl "0" wird, verringert
wird. Wird der vom ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
ausgegebene Bewegungsbefehl P1 "0", wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
die Integration, die im Integrator 10 durchgeführt werden
muss, in eine unvollständige
Integration geändert,
so dass ein Koeffizient mit kleinerem Wert (von 0 bis zu einem Wert
kleiner 1) verwendet werden kann. Wird dann die Ausgabe P2 des zweiten
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0", wird der Koeffizient für die unvollständige Integration
im Integrator 10 in einen etwas höheren Wert geändert. Nach
Ablauf einer festgelegten Zeit wird die normale Integration wieder
aufgenommen. Wird die Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0", wird zudem ein Drehmomentgrenzwert für den Drehmomentbegrenzungsstromkreis
in einen kleineren Wert geändert.
Wird die Ausgabe P2 des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0", wird der Drehmomentgrenzwert wieder
in einen normalen höheren
Wert geändert.
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Die 4a bis 4d sind
Zeitdiagremme, die jeweils Zustände
der Eingabe und Ausgabe des ersten und des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
und einen Zustand des Integrators 10 bei der Lageregelung
zeigen. Wenn das von einer Host-Steuervorrichtung ausgegebene, erteilte
Bewegungsausmaß P0
endet (siehe 4a), nimmt die Ausgabe P1 des
ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
linear ab (siehe 4b). Die Ausgabe P1 des ersten
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts wird in den zweiten
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt eingegeben, und die
Ausgabe P2 des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
nimmt langsam ab, wie in 4c gezeigt.
Der Integrator 10 führt
eine normale Integration durch, während die Ausgabe P1 des ersten
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts nicht "0" ist. Wenn aber die Ausgabe P1 "0" wird, geht der Integrator 10 zu
einer unvollständigen
Integration über,
so dass ein Integralwert nahe "0" ausgegeben wird.
Wird die Ausgabe P2 des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungs abschnitts "0", beginnt der Integrator 10 den
Koeffizienten der unvollständigen
Integration leicht zu erhöhen,
wodurch die Ausgabe allmählich
zunimmt (siehe 4d).
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Aus
dem Obigen lässt
sich ersehen, dass bei der Lageregelung die Ausgabe des Integrators 10 auf einen
kleinen Wert eingestellt wird, während
der Bewegungsbefehl erhalten bleibt, wodurch ein Wert für den Drehmomentbefehl
Tc abnimmt. Zudem wird der Drehmomentbefehl Tc durch den Drehmomentbegrenzungskreis
auf einen kleinen Wert begrenzt. So nimmt das Ausgabedrehmoment
des Servomotors ab, und die Torsion des mechanischen Systems zwischen
dem Servomotor und dem mechanischen beweglichen Teil entspannt sich.
Wird bei Beendigung der Positionierung der Wert für die im
Fehlerzähler 11 gespeicherte
Lageabweichung nahezu "0", ist die Torsion
des mechanischen Systems fast verschwunden. Das mechanische bewegliche
Teil ist ohne Überschießen an einer
befohlenen Lage positioniert worden.
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Das
Blockschema in 5 zeigt die grundlegenden Elemente
eines Antriebsregelsystems für
einen Servomotor von einer Werkzeugmaschine und dergleichen zur
Durchführung
der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
In 5 ist eine computerisierte numerischen Steuervorrichtung
(CNC) 1 als Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine
und dergleichen vorgesehen. Sie erteilt einen Bewegungsbefehl an
jede Vorschubwelle der Werkzeugmaschine und dergleichen anhand eines
Betriebsprogramms und dergleichen. Ein gemeinsamer RAM 2 ist
zum Vermitteln von Information zwischen einem Prozessor der CNC 1 und
einem Prozessor eines digitalen Servokreises 3 vorgesehen.
Einerseits liefert er Daten, wie einen von der CNC1 geschriebenen
Bewegungsbefehl, an den Prozessor des digitalen Servokreises 3.
Andererseits liefert er vom Prozessor des digitalen Servokreises 3 geschriebenen Alarminformation
und der gleichen an den Hostprozessor der CNC 1. Der digitale
Servokreis 3 in Form eines digitalen Signalprozessors (DSP)
beinhaltet einen Prozessor, einen ROM, einen RAM usw. und regelt
den Servomotor von jeder Vorschubwelle der Werkzeugmaschine und
dergleichen. Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Servoverstärker in
Form eines Transistorinverters. Die Bezugszahl 5 bezeichnet einen
Servomotor. An einem mechanischen beweglichen Teil 7, das
durch den Servomotor 5 über
eine Vorschubwelle 6 angetrieben wird, ist ein Lage- und Geschwindigkeitsdetektor 8,
wie eine Skala und dergleichen, angebracht. Ein Signal vom Lage-
und Geschwindigkeitsdetektor 8 (Information zu Lage Pf
und Geschwindigkeit Vf) wird an den digitalen Servokreis 3 zurückgegeben.
Die Struktur des in 5 gezeigten Regelsystems entspricht
derjenigen herkömmlicher
Servoregelsysteme, die eine geschlossene Regelung durchführen. Deshalb
werden keine Einzelheiten erläutert.
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Das
Fließschema
in 1 zeigt die Verarbeitung, die vom Prozessor des
digitalen Servokreises 3 in jedem Zeitraum der Lage- und
Geschwindigkeitsregelverarbeitung nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform
durchgeführt
werden muss.
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Der
Prozessor des digitalen Servokreises 3 liest das von der
CNC 1 zugeführte
Bewegungsbefehlsausmaß über den
gemeinsamen RAM 2, erhält das
Befehlsausmaß P0
in jedem Zeitraum der Lage- und Geschwindigkeitsregelverarbeitung
(Schritt S1) und führt
eine glockenförmige
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung ähnlich der herkömmlichen durch.
D.h. die Verarbeitung durch den ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
erfolgt auf Basis des Bewegungsbefehlsausmaßes P0, wodurch das Befehlsausmaß P1 ausgegeben
wird. Die Verarbeitung durch den zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
erfolgt dann unter Verwendung des Befehlsausmaßes P1, wodurch das Befehlsausmaß P2 erhalten
wird (Schritt S2). Dann wird für
jedes Befehlsausmaß P0,
P1 und P2 ermittelt, ob es "0" beträgt oder
nicht (Schritte S3 bis S5). Wird von der CNC 1 kein Bewegungsbefehl ausgegeben
und ist somit das erteilte Bewegungsbefehlsausmaß "0",
sind sämtliche
Befehlsausmaße P0,
P1 und P2 "0". Nach Durchführung der
Verarbeitungen der Schritte S3, S4 und S5 geht daher die Steuerung
zum Schritt S17 über,
in dem der Drehmomentgrenzwert TL auf einen normalen Grenzwert (hohen
Wert) TLH und der Koeffizient k3 der (später beschriebenen) unvollständigen Integration
auf einen festgelegten Parameterwert β eingestellt wird. Dann geht
die Steuerung zum Schritt S7 über.
In diesem Schritt wird zum Zähler
C "1" hinzuaddiert. Der
Zähler C
wird auf den zählbaren
Maximalwert eingestellt zum Zeitpunkt seiner Initialisierung, die
beim Einschalten des Stroms erfolgt. Er ist so ausgelegt, dass er
beim Zählen
zu diesem Maximalwert diesen Wert beibehält, anstatt weiter zu zählen.
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Als
nächstes
wird eine Lageabweichung auf Basis des Befehlsausmaßes P2,
das von dem zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
ausgegeben wird, und eines Lagefeedbacksignals Pf von der Skala 8 erhalten.
Die Lageregelverarbeitung erfolgt ähnlich wie die herkömmliche,
so dass ein Geschwindigkeitsbefehl Vc erhalten wird. Zudem wird
ein von der Skala 8 gelieferter Geschwindigkeitsfeedbackwert
Vf abgelesen (Schritt S9). Es wird ermittelt, ob der Zähler C einen
Wert zeigt, der einen festgelegten Wert C0 nicht übersteigt
(Schritt S10). Wie oben beschrieben, wird der Zähler C beim Einschalten des
Stroms auf den Maximalwert eingestellt, so dass der Wert des Zählers C
größer ist
als der festgelegte Wert C0. Daher geht das Verfahren vom Schritt
S10 zum Schritt S12 über,
und die Verarbeitung des Integrators 10 wird durchgeführt. D.h.
es erfolgt eine vollständige
Integration derart, dass die Geschwindigkeitsabweichung, der Wert,
der durch Subtrahieren des im Schritt S9 abgelesenen Geschwindigkeitsfeedbackwertes
Vf von dem im Schritt 8 erhaltenen Geschwindigkeitsbefehl
Vc erhalten wird, mit der Integralverstärkung k1 multipliziert und das
Produkt zu dem im Register gespeicherten Integralwert Sum hinzuaddiert
wird. Dann wird das Produkt aus der Geschwindigkeitsabweichung (Vc-Vf) und der proportionalen
Verstärkung
k2 zum Integralwert Sum hinzuaddiert. Es wird ein Drehmomentbefehl
Tc erhalten (Schritt S13), wobei bestimmt wird, ob der Drehmomentbefehl
Tc den festgelegten Drehmomentgrenzwert TL übersteigt oder nicht (Schritt S14). Übersteigt
der Drehmomentbefehl Tc den Drehmomentgrenzwert TL nicht, wird der
Drehmomentbefehl Tc an die Stromregelung ausgegeben (Schritt S16). Übersteigt
der Drehmomentbefehl Tc den Drehmomentgrenzwert TL, wird der Wert
für den Drehmomentbefehl
Tc durch den Drehmomentgrenzwert TL ersetzt (Schritt S15) und an
die Stromregelung ausgegeben. Dadurch wird die Verarbeitung für den gegenwärtigen Zeitraum
der Lage- und Geschwindigkeitsregelverarbeitung beendet.
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Wird
das erteilte Bewegungsbefehlsausmaß nicht von der CNC 1 ausgegeben,
werden die Verarbeitungen der Schritte S1 bis S5, S17, S7 bis S10 und
S12 bis S16 in jedem Zeitraum wiederholt durchgeführt.
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Wird
das Bewegungsbefehlsausmaß von
der CNC 1 ausgegeben, geht das Verfahren zum Schritt S17 über, nachdem
die Verarbeitung der Schritte S1 bis S3 durchgeführt wurde. Dann wird die Verarbeitung
der Schritte S7 bis S10 und der Schritte S12 bis S16 wie oben beschrieben
durchgeführt
und die Lage- und Geschwindigkeitsregelverarbeitung für den gegenwärtigen Zeitraum
beendet.
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Danach
werden die Verarbeitungen der Schritte S1 bis S3, S17 und S7 bis
S16 in jedem Zeitraum durchgeführt.
Endet die Ausgabe des von der CNC 1 erteilten Bewegungsbefehlsausmaßes und wird
das Bewegungsbefehlsausmaß P0 "0", geht das Verfahren vom Schritt S3
zum Schritt S4 und ermittelt, ob die Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0" beträgt oder nicht. Ist die Ausgabe
P1 nicht "0", wird die Verarbeitung
von Schritt S17 sowie von Schritt S7 an abwärts wie oben beschrieben durchgeführt. Wird
die Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0", geht das Verfahren vom Schritt S4
zum Schritt S5 und ermittelt, ob das Befehlsausmaß P2 als
Ausgabe des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0" beträgt oder nicht. Weil das Befehlsausmaß P2 zunächst nicht "0" ist, geht das Verfahren vom Schritt S5
zum Schritt S6, in dem der Zähler
C auf "0" zurückgesetzt
und der Koeffizient k3 der unvollständigen Integration auf den
festgelegten Parameterwert α eingestellt
wird. Ferner wird der Drehmomentgrenzwert TL auf einen niedrigeren
Wert TLL eingestellt, der so festgelegt ist, dass er die Torsion
des mechanischen Systems, die nach vollständiger Positionierung aufgetreten
ist, entspannt und beseitigt. Hier gilt für die festgelegten Werte TLL
und TLH, auf die der Drehmomentgrenzwert TL selektiv eingestellt wird,
die Beziehung TLL < TLH.
Die Parameterwerte α und β, auf die
der Koeffizient k3 der unvollständigen Integration
selektiv eingestellt wird, haben die Beziehung 0 ≤ α < β < 1.
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Nach
Durchführung
der Verarbeitung von Schritt S6 werden die Verarbeitungen des Schrittes S7
und der anschließenden
Schritte durchgeführt. Weil
der Zähler
C auf "0" zurückgesetzt
ist, wird im Schritt S10 für
den Stellwert im Zähler
C ermittelt, dass er kleiner als der Stellwert C0 ist. Deshalb geht die
Steuerung zum Schritt S11 über,
und die unvollständige
Integration wird durchgeführt.
D.h. zum Erhalt des Integralwertes sum des derzeitigen Zeitraums
wird das Produkt aus der Geschwindigkeitsabweichung (VC-VF) und
der Integralverstärkung
k1 zu dem Produkt aus dem im Register gespeicherten Integralwert
Sum und dem Koeffizienten k3, der im Schritt S6 auf α eingestellt
wird, hinzuaddiert. Für α werden kleine
Werte einschließlich "0" vorgegeben. Ist für α zum Beispiel "0" vorgegeben, ist der Integralwert Sum
für den
gegenwärtigen
Zeitraum [k1(VC–VF)],
also ein sehr kleiner Wert. Siehe 4d: Der
Integralwert ist sehr klein in dem Abschnitt, in dem die Ausgabe
P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0" und die Ausgabe P2 des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
nicht "0" beträgt.
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Dann
wird das Produkt aus der Geschwindigkeitsabweichung (Vc–Vf) und
der Integralverstärkung k1
zu dem Integralwert Sum wie oben beschrieben hinzuaddiert und ein
Drehmomentbefehl Tc erhalten (Schritt S13). Anders gesagt, wird
der Drehmomentbefehl Tc durch die Geschwindigkeitsregelverarbeitung
auf Basis der unvollständigen
Integration erhalten und besitzt somit einen kleinen Wert. Zudem
wird im Schritt S6 bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drehmomentgrenzwert
TL auf den niedrigen Wert TLL eingestellt, so dass der im Schritt S13
erhaltene Wert für
den Drehmomentbefehl Tc den Drehmomentgrenzwert TL (=TLL) übersteigt, wird
er im Schritt S14 verglichen, der Drehmomentbefehl Tc wird auf diesen
Drehmomentgrenzwert TL (=TLL) begrenzt (Schritt S15). Übersteigt
der Wert für den
Drehmomentbefehl Tc den Drehmomentgrenzwert TL nicht, wird der im
Schritt S13 erhaltene Drehmomentbefehl so direkt an die Stromregelung
weitergeleitet (Schritt S16).
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Während das
befohlene Ausmaß P1,
die Ausgabe des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts, "0" ist und das befohlene Ausmaß P2 von
dem zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt nicht "0" ist, d.h. während im ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
keine Bewe gung akkumuliert wird, aber im zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt
immer noch Bewegung akkumuliert wird, werden anschließend im
Schritt S6 der Zähler
C auf "0", der Koeffizient
k3 auf einen kleinen Wert α und
der Drehmomentgrenzwert TL auf einen niedrigen Wert TLL eingestellt.
Die Steuerung geht daher vom Schritt S10 zum Schritt S11 über, in
dem eine unvollständige
Integration durchgeführt
und der Drehmomentbefehl Tc erhalten wird. Weil der Drehmomentbefehl
auf den Wert begrenzt ist, der den Drehmomentgrenzwert TL, der auf
den niedrigen Grenzwert TLL eingestellt ist, nicht übersteigt,
wird das Ausgabedrehmoment des Servomotors klein, so dass die Torsion
des mechanischen Systems, wie der Vorschubwelle 6, zwischen
dem Servomotor 5 und dem mechanischen beweglichen Teil 7 allmählich beseitigt
wird.
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Wird
das befohlene Ausmaß P2
von dem zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt ebenfalls "0", geht die Steuerung vom Schritt S5
zum Schritt S17, in dem der Drehmomentgrenzwert TL auf einen hohen
Normalwert TLH und der Koeffizient k3 der unvollständigen Integration
auf β eingestellt
werden (Schritt S17). Dann werden in jedem Zeitraum die Verarbeitung
des Schrittes S7 und der folgenden Schritte durchgeführt. Weil
die Verarbeitung des Schrittes S6 übersprungen wird, wird in diesem
Fall der Zähler
C in jeden Zeitraum nach oben gezählt. Während der Wert des Zählers C
den festgelegten Wert C0 nicht übersteigt,
geht die Steuerung vom Schritt S10 zum Schritt S11, in dem die unvollständige Integration
mit dem auf β eingestellten Koeffizienten
k3 durchgeführt
wird.
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Siehe
oben: Während
die Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0" und die Ausgabe P2 des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts nicht "0" ist, nimmt der Drehmomentbefehl Tc
einen kleinen Wert an, so dass das Ausgabedrehmoment des Servomotors 5 klein
ist. Daher kann der Servomotor dem Bewegungsbefehl nicht folgen,
was dazu führt,
dass die Lageabweichung im Fehlerzähler 11 zunimmt. Der
Bewegungsbefehl Vc, der der Lageabweichung entspricht, wird daher
im Schritt S8 erhalten, und die Geschwindigkeitsregelverarbeitung
erfolgt auf Basis des erhaltenen Bewegungsbefehls Vc. Weil die bei
dieser Geschwindigkeitsregelverarbeitung durchgeführte Integration
die unvollständige
Integration des Schrittes S11 ist, erhöht sich der Integralwert Sum
in einem kleinen Ausmaß,
d.h. allmählich.
Dadurch erhöht
sich auch der Drehmomentbefehlswert Tc allmählich, so dass die im Fehlerzähler 11 gespeicherte
Lageabweichung allmählich
kleiner wird. Das mechanische bewegliche Teil 7 bewegt sich
auf die bezeichnete Zielposition.
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Übersteigt
der Wert des Zählers
C den festgelegten Wert C0, geht die Steuerung vom Schritt S10 zum
Schritt S12, in dem die normale vollständige Integration durchgeführt wird.
Danach werden die Verarbeitungen der Schritte S1 bis S5, S17, S7
bis S10, S12 und S13 bis S16 in jedem Zeitraum durchgeführt, so
dass das Erreichen der befohlenen Lage vervollständigt wird. Wenn ein neuer
Bewegungsbefehl von der CNC 1 ausgegeben wird, wird erneut
die oben beschriebene Verarbeitung durchgeführt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung glockenförmig. Unter
Verwendung der Ausgaben des ersten und des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
kann der Punkt, an dem die Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0" wird und die Ausgabe P2 des zweiten
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts
nicht "0" ist, als der Punkt
kurz vor dem Ende des Bewegungsbefehls erkannt werden. Zur Verringerung
des Ausgabedrehmoments des Servomotors von diesem Zeitpunkt an wird
der Koeffizient k3 der unvollständigen
Integration in einen kleineren Wert (zum Beispiel "0") geändert
und der Drehmomentgrenzwert TL ebenfalls verringert. Dadurch verringert
sich das Ausgabedrehmoment des Servomotors 5. Der erhaltene
Zustand wird beibehalten, während
die Ausgabe P1 des ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungs-abschnitts "0" ist und die Ausgabe P2 des zweiten
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts nicht "0" ist. Dadurch wird die Torsion des mechanischen
Systems beseitigt. Nachdem beide Ausgaben P1 und P2 des ersten und
des zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitts "0" geworden sind und die Ausgabe des Bewegungsbefehls
an die Servoregelverarbeitung (Stromkreis) beendet ist, erfolgt
während
einer festgelegten Zeit (die durch den festgelegten Wert C0 vorgegeben
wird) die unvollständige
Integration, wobei der Koeffizient k3 etwas größer wird. Dadurch wird verhindert,
dass das Ausgabedrehmoment des Servomotors zu schnell ansteigt und
Torsion oder Schocks an dem mechanischen System auftreten.
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Wird
keine glockenförmige,
sondern eine normale Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung (mit nur einer
Stufe) durchgeführt,
verringert sich das Ausgabedrehmoment des Servomotors von dem Punkt
an, an dem die Eingabe der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung "0" und ihre Ausgabe nicht "0" ist. Wird die Ausgabe der Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung "0", erfolgt die unvollständige Integration
mit einem etwas größeren Koeffizienten
k3, bis eine durch den festgelegten Wert C0 vorgegebene Zeit abgelaufen
ist. Siehe das Fließschema
in 1: D.h. die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung
mit nur einer Stufe wird im Schritt S2 ausgeführt, und unter Verwendung der
erhaltenen Ausgabe, beispielsweise als P2, geht die Steuerung vom
Schritt S3 zum Schritt S5 und überspringt
Schritt S4.
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Es
gibt zudem andere Verfahren, die entweder anwendbar sind, wenn die
Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung nicht durchgeführt wird
oder wenn die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung durchgeführt wird,
aber ihre Eingabe und Ausgabe nicht verwendet werden. Ein Beispiel
für solche
Fälle ist
in dem Fließschema
in 2 dargestellt, aber diese Fälle, in denen die Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung
nicht durchgeführt
oder verwendet wird, sind nicht erfindungsgemäß. Siehe 2:
Weil bei diesem Beispiel keine Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitung durchgeführt wird,
ist die Verarbeitung von Schritt S2 in 1 nicht
enthalten. Die Verarbeitung des Schrittes S1 von 1 entspricht
und ist gleich der Verarbeitung des Schrittes T1 in 2.
Die Verarbeitungen der Schritts S3 bis S5 in 1 entsprechen
der Verarbeitung von Schritt T2 in 2, unterscheiden
sich aber auch nur in diesem Punkt. Die Verarbeitung von Schritt
S6 in 1 entspricht und ist gleich der Verarbeitung von
Schritt T3 in 2. Die Verarbeitung des Schrittes
S17 in 1 ist gleich der Verarbeitung von Schritt T14
in 2. Zudem entsprechen die Verarbeitungen von Schritt S7
und abwärts
in 1 den Verarbeitungen von Schritt T4 und abwärts in 2 und
sind gleich diesen.
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Bei
dieser Ausführungsform
setzt die CNC 1 ein Kennzeichen F auf "1" eine
festgelegte Anzahl an Zeiträumen,
bevor die Erteilung des Bewegungsbefehls beendet ist. Sie setzt
das Kennzeichen auf "0", wenn die Erteilung
beendet ist. Wenn die CNC 1 die Befehlsgeschwindigkeit
und das Bewegungsbefehlsausmaß aus
einem Betriebsprogramm liest, wird die Anzahl an Erteilungszeiträumen berechnet, über die das
Bewegungsbefehlsausmaß ausgegeben
werden soll. Somit kennt man den Zeitraum, in dem die Erteilung
des Bewegungsbefehls beendet ist, und zudem den Zeitraum, der eine
festgelegte Anzahl an Zeiträumen
vor dem Zeitraum liegt, in dem die Erteilung beendet ist. Wenn dieser
Zeitraum kommt, wird das Kennzeichen F hochgesetzt. Ersatzweise
kann der Punkt, an dem das Kennzeichen F hochgesetzt werden soll,
auf Basis des verbleibenden Bewegungsbefehlsausmaßes ermittelt
werden. Zudem kann ein Bezugswert für das verbleibende Bewegungsausmaß festgelegt
werden, so dass das Kennzeichen hochgesetzt wird, wenn das verbleibende
Bewegungsbefehlsausmaß kleiner
als der Bezugswert geworden ist, während die CNC den Bewegungsbefehl in
jedem Erteilungszeitraum ausgibt.
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Der
Bewegungsbefehl P0 im Lage- und Geschwindigkeitsregelverarbeitungszeitraum
wird auf Basis des von der CNC 1 erteilten Bewegungsbefehlsausmaßes erhalten
(Schritt T1). Dann wird im gemeinsamen RAM ermittelt, ob das Kennzeichen F auf "1" gesetzt ist oder nicht (Schritt S2).
Ist das Kennzeichen F nicht auf "1" gesetzt, geht das
Verfahren zum Schritt T14 über.
In diesem werden der Drehmomentgrenzwert TL auf den normalen hohen Wert
TLH und der Koeffizient k3 der unvollständigen Integration auf β eingestellt,
d.h. die gleiche Verarbeitung wie im Schritt S17 der 1 wird
durchgeführt. Dann
erfolgen die Verarbeitungen des Schrittes T4 und der folgenden Schritte,
die gleich den Verarbeitungen des Schrittes S7 und der folgenden
Schritte in 1 sind. Erreicht die Verarbeitung
einen Punkt, der eine festgelegte Anzahl an Zeiträumen vor
dem Zeitraum liegt, an dem die Erteilung des Bewegungsbefehls beendet
ist, wird das Kennzeichen F auf "1" gesetzt. Wird im
Schritt T2 das auf "1" gesetzte Kennzeichen
F ermittelt, geht das Verfahren zum Schritt T3, in dem die gleiche
Verarbeitung wie im Schritt S6 der 1 durchgeführt wird.
D.h. der Zähler
C wird auf "0" zurückgestellt,
der Koeffizient k3 der unvollständigen
Integration auf α und
der Drehmomentgrenzwert TL auf den niedrigen Wert TLL eingestellt. Dann
werden die Verarbeitungen des Schrittes T4 und der folgenden Schritte
durchgeführt.
In dem Zeitraum, der eine festgelegte Anzahl an Zeiträumen vor dem
Zeitraum liegt, in dem die Erteilung des Bewegungsbefehls beendet
ist, erfolgt die unvollständige Integration
im Schritt T10 mit einem Koeffizienten k3 der unvollständigen Integration,
der auf einen kleinen Parameterwert α (zum Beispiel "0") eingestellt ist, wodurch der Integralwert
Sum bei einem kleinen Wert gehalten wird. Zudem wird der Drehmomentbefehl
TC auf den niedrigen Drehmomentgrenzwert TLL oder darunter begrenzt
(Schritte T11 und T12), wodurch der Servomotor angetrieben wird.
Dadurch wird das Ausgabedrehmoment des Servomotors 5 niedrig
gehalten und die Torsion des mechanischen Systems (6) beseitigt.
Ist die Erteilung des Bewegungsausmaßes beendet und das Kennzeichen
F auf "0" gesetzt, wird der
Drehmomentgrenzwert TLH auf den normalen hohen Wert TLH zurückgesetzt und
der Koeffizient der unvollständigen
Integration auf β eingestellt
(Schritt T14). Somit erfolgt die unvollständige Integration mit dem Koeffizienten
K3, bis der Wert des Zählers
C den festgelegten Wert C0 übersteigt
(Schritt T8), so dass sich das Ausgabedrehmoment des Servomotors 5 allmählich erhöht und eine schnelle
Erhöhung
des Ausgabedrehmoments verhindert wird. Übersteigt der Wert des Zählers C
den festgelegten Wert C0, wird die normale vollständige Integration
durchgeführt
(Schritt T9), wodurch das mechanische bewegliche Teil 7 an
der befohlenen Lage positioniert wird.
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Bei
den beiden oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Ausgabedrehmoment
des Servomotors verringert durch Verringern des Integralwertes,
der durch Integration in der Geschwindigkeitsregelung erhalten wird,
und zudem durch Begrenzen des Wertes für den Drehmomentbefehl auf einen
kleineren Wert als der Drehmomentgrenzwert. Das Ausgabedrehmoment
des Servomotors kann aber entweder durch Verringern des Integralwertes oder
durch Verringern des Drehmomentgrenzwertes auf einen kleineren Wert
verringert werden. Wird das Ausgabedrehmoment des Servomotors nur
durch den Drehmomentgrenzwert verringert, wird der Drehmomentgrenzwert
auf einen kleineren Wert gesenkt von dem Punkt, der eine festgelegte
Zeit vor dem Punkt liegt, an dem der gesamte Bewegungsbefehl in das
Servoregelsystem (den Servokreis) eingegeben worden ist (der gesamte
Bewegungsbefehl in den Fehlerzähler 11 eingegeben
worden ist), bis zu dem Punkt, an dem die Eingabe des gesamten Bewegungsbefehls
beendet ist. Nachdem die Eingabe des gesamten Bewegungsbefehls beendet
ist, wird der Drehmomentgrenzwert auf einen etwas höheren Wert
angehoben oder allmählich
erhöht,
bevor eine festgelegte Zeit (festgelegter Wert C0) verstrichen ist. Ist
die festgelegte Zeit verstrichen, wird der Drehmomentgrenzwert auf
einen normalen hohen Drehmomentgrenzwert zurückgesetzt.
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Die 6 und 7 zeigen
das Ergebnis eines Experiments, mit dem die Wirkung der Erfindung verifiziert
werden sollte. 6 zeigt das Ergebnis eines Experiments,
bei dem die Positionierung nicht durch Anwendung der Erfindung,
sondern durch ein herkömmliches
Verfahren durchgeführt
wird. 7 zeigt das Ergebnis eines Experiments, bei dem
die Positionierung durch Anwendung der ersten Ausführungsform
der Erfindung durchgeführt
wird. In den 6 und 7 zeigt
die Abszisse die Zeit und die Ordinate die Lage des mechanischen
beweglichen Teils, "0" zeigt die Zielposition,
und die Vorschubgeschwindigkeit ist auf 10 mm/min eingestellt. In 7 ist
die Zeitkonstante für
den Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt auf 64 ms eingestellt, wobei
sie für
den ersten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt und den
zweiten Beschleunigungs-/Abbremsverarbeitungsabschnitt jeweils 32 ms
beträgt.
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Siehe 6:
Wird das herkömmliche
Verfahren eingesetzt, kommt es zu Überschießen um etwa 0,6 mm. Siehe 7:
Wird die Erfindung eingesetzt, beträgt das Überschießen nur etwa 0,2 mm, was zeigt,
dass das Überschießen durch
die Erfindung verringert werden kann.
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Wird
die Lage eines mechanischen beweglichen Teils in einer geschlossenen
Regelung geregelt, erfolgt erfindungsgemäß die Positionierung derart,
dass die Torsion eines mechanischen Systems, wie einer Vorschubwelle,
zwischen dem Servomotor und dem mechanischen beweglichen Teil verringert werden
kann. Daher kann Überschießen verhindert oder
verringert werden.