-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Spritzgießmaschine,
in der ein bewegbares Teil, wie ein Klemmteil, und ein Einspritzteil
von einem Wechselstrom-Servomotor angetrieben werden.
-
Es ist bekannt, dass ein bewegbares
Teil einer Spritzgießmaschine
von einem Wechselstrom-Servomotor angetrieben werden kann. Im folgenden
wird eine kurze Beschreibung eines nichteinschränkenden Beispiels für eine Spritzgießmaschine,
in der ein bewegbares Teil von einem Wechselstrom-Servomotor angetrieben
wird, unter Bezugnahme auf eine schematische Darstellung gegeben,
die in 2 gezeigt ist.
-
Grob gesagt ist die Spritzgießmaschine
ist aus einem Klemmteil 100 und einem Einspritzteil 200 zusammengesetzt.
In dem Klemmteil 100 ist eine feste Platte 101,
die an einer Basis der Spritzgießmaschine befestigt ist, über vier
Verbindungsstangen 104 mit einer hinteren Platte 103 verbunden,
eine bewegbare Platte 102 ist verschiebbar an den Verbindungsstanges 104 angebracht
und wird von diesen geführt,
eine Form 105 ist auf der bewegbaren Platte 102 und
der festen Platte 101 montiert, und zwischen der hinteren
Platte 103 und der bewegbaren Platte 102 ist ein
Gelenkmechanismus 106 vorgesehen.
-
Der Gelenkmechanismus 106 wird über einen
Umlaufspindel/Kugelmutter-Mechanismus 107 durch einen Wechselstrom-Servomotor
Mc zum Klemmen angetrieben und bewegt dann die bewegbare Platte 102, um
die Form 105 zum Klemmen zu öffnen oder zu schließen. Das
Bezugszeichen Me bezeichnet einen Wechsel-strom-Servomotor zum Auswerfen,
der einen Auswerfmechanismus 108 antreibt, um ein Gießprodukt
aus der Form 105 auf der bewegbaren Seite derselben auszuwerfen.
Beiläufig
bemerkt bezeichnet das Bezugszeichen M1 einen Motor zur Form dickeneinstellung,
der die hintere Platte 103 über eine Riemenscheibe, einen Treibriemen
oder dgl. zu einer Position bewegt, in der entsprechend der Dicke
der Form 105 eine vorbestimmte Klemmkraft ausgeübt werden
kann.
-
Der Einspritzteil 200 ist
mit einer Schieberplatte 202 versehen, die längs Führungsstangen
bewegbar ist, die zwischen einer vorderen Platte 201 und
einer hinteren Platte 203 vorgesehen sind, und auf der
vorderen Platte 201 ist ein Heizzylinder 204 montiert.
In den Heizzylinder 204 ist eine Förderschnecke 205 eingesetzt und
derart auf der Schieberplatte 202 montiert, dass sie sich
frei drehen kann, während
sie sich nicht in einer axial Richtung bewegen kann. Das Bezugszeichen
Mm bezeichnet einen Wechselstrom-Servomotor
zum Dosieren, der die Förderschnecke 205 über eine
Riemenscheibe, einen Treibriemen oder dgl. dreht. Das Bezugszeichen
M1 bezeichnet einen Wechselstrom-Servomotor zur Einspritzung, der
die Schieberplatte 202 über eine
Riemenscheibe, einen Treibriemen und einen Umlaufspindel/Kugelmutter-Mechanismus 206 bewegt
und dann die Förderschnecke 205 in
axialer Richtung bewegt, um eine Einspritzung und ein Druckhalten
durchzuführen.
Ferner wird durch den Servomotor M1 zur Einspritzung außerdem zur
Zeit der Dosierung ein Rückdruck
gesteuert.
-
Das Bezugszeichen M2 bezeichnet einen
Motor für
eine Mundstückberührung, der
einen Umlaufspindel/Kugelmutter-Mechanismus 207 antreibt
und dann den gesamten Einspritzteil 200 bewegt, zu veranlassen, dass
ein Mundstückm
das an dem Ende des Heizzylinders 204 vorgesehen ist, in
Berührung
mit der Form 105 zu kommen, die auf der festen Platte 101 montiert
ist, oder sich von dieser zu trennen.
-
In einer Betriebsart zum Steuern
des Treibens der Wechselstrom-Servomotoren Mc, Me, Mm u. M1, die
das bewegbare Teil der Spritzgießmaschine (die bewegbare Platte,
den Auswerfmechanismus) antreiben und die Drehung und die axiale
Be wegung der Förderschnecke
bewirken, wie dies zuvor beschrieben wurde, wird eine positionsmäßige Steuerung
für die
bewegbar Platte, den Auswerfmechanismus und die axiale Bewegung
der Förderschnecke
durchgeführt.
Für eine
derartige positionsmäßige Steuerung
ist ein Positions/Geschwindigkeits-Detektor auf den Wechselstrom-Servomotoren
Mc, Me u. M1 montiert (beiläufig
bemerkt sind diese Servomotoren durch ein Bezugszeichen 4 in 3 bezeichnet). Ein Positionssteuerungsabschnitt 10 führt eine
Steuerung einer Geschwindigkeitsregelungsschleife auf der Grundlage
eines Positionsbefehls und eines Positionsrückkopplungssignals durch und
ermittelt einen Geschwindigkeitsbefehl, ein Geschwindigkeitssteuerungsabschnitt 11 führt eine
Steuerung der Geschwindigkeitsregelungsschleife auf der Grundlage
des Geschwindigkeitsbefehls und eines Geschwindigkeitsrückkopplungssignals
durch und ermittelt einen Drehmomentbefehl, ein Stromsteuerungsabschnitt 12 führt eine
Steuerung einer Stromregelungsschleife für jede von drei Phasen in Reaktion
auf den Drehmomentbefehl durch und ermittelt einen Spannungsbefehl
entsprechend dem zuzuführenden
Strom, und der Wechselstrom-Servomotor wird durch einen Leistungsverstärker, wie
einen Wechselrichter, auf der Grundlage einer Befehlsspannung getrieben,
wie dies in 3 gezeigt
ist. Andererseits wird für
den Wechselstrom-Servomotor Mm, der die Förderschecke dreht, nur die
Steuerung der Geschwindigkeitsregelungsschleife ohne positionsmäßige Steuerung
durchgeführt
(der Geschwindigkeitsbefehl wird direkt ohne Vorsehen irgendeines
Positionssteuerungsabschnitts 10 eingegeben, wie dies in 3 gezeigt ist).
-
4 zeigt
ein Funktionsblockschaltbild für
eine Stromregelungsbetriebsart hierfür zur Benutzung für einen
Wechselstrom-Servomotor. Auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls,
der von einer Geschwindigkeitsregelungsschleife ausgegeben wird,
und einer Rotorphase θaus
einem Rotorphasendetektor, der in dem Wechselstrom-Servomotor vorgesehen
ist, ergeben das Multiplizieren von sin θ mit dem Drehmo mentbefehl einen
U-Phasen-Strombefehl in der U-Phase (beiläufig bemerkt basiert die Rotorphase
auf einer U-Phase), das Multiplizieren von sin(θ + 2π/3), welcher Wert um 120° in der Phase
verschoben ist, mit dem Drehmomentbefehl einen V-Phasen-Strombefehl
in einer V-Phase und das Multiplizieren von sin (θ – 2π/3), welcher
Wert ferner um 120° in
der Phase verschoben ist, mit dem Drehmomentbefehl einen W-Phasen-Strombefehl
in einer W-Phase. Dann wird in jeder Phase eine Steuerung der Stromregelungsschleife
in Integral-plus-Proportional-Steuerung
auf der Grundlage des Strombefehls und des Stromrückkopplungssignals
jeder Phase durchgeführt,
um einen Spannungsbefehl (Impulsbreitenmodulation- (PWM-) Befehl)
zu ermitteln, und der Servomotor wird durch einen Servoverstärker, wie
einen Wechselrichter, getrieben. Beiläufig bemerkt bezeichnen in
jeder Phasen- Stromregelungsschleife in 4 das Bezugszeichen K1 einen Integrations-Übertragungsfaktor, das Bezugszeichen
R einen Drahtwicklungswiderstand des Servomotors und das Bezugszeichen
L dessen Induktivität.
Ferner bezeichnet das Bezugszeichen s in der Phasen-Stromregelungsschleife
einen Laplace-Operator.
-
In der Stromregelungsbetriebsart,
wie sie zuvor beschrieben wurde, steigt, da eine Wechselstromfrequenz
(d. h. eine Wechselstromfrequenz, die durch den Wechselrichter erzeugt
wird) proportional zu einem Ansteigen der Drehzahl des Servomotors
an, und es treten eine Verringerung des Übertragungsfaktors und eine
Phasennacheilung auf der Grundlage der Frequenz-Charakteristika
des Regelungssystems auf. Daher wird ein Leistungsfaktor infolge
der vorliegenden Probleme, wie ein Ansteigen des Treiberstroms,
herabgesetzt, und es ergibt sich eine Verringerung des Maximaldrehmoments.
-
Andererseits ist die Spritzgießmaschine
dazu bestimmt, einen Gießzyklus
fortlaufend zu wiederholen, und es wird vorzugsweise zur Erzielung
einer höheren
Produktions-Lei stungsfähigkeit
ein Ansteigen der Geschwindigkeit des Gießzyklus gefordert. Um die Geschwindigkeit
des Gießzyklus
zu erhöhen,
ist es notwendig, den Wechselstrom-Servomotor, der jedes bewegbare
Teil der Spritzgießmaschine
antreibt, mit höheren
Geschwindigkeiten zu treiben. Ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit
verursacht jedoch ein Ansteigen des Treiberstroms, wie dies zuvor
beschrieben wurde. Als Ergebnis neigt der Motor dazu, eine größere Wärmemenge abzugeben,
so dass ein Erhöhen
des Treiberstrom zu einem Hindernis für eine Erhöhung der Geschwindigkeit des
Gießzyklus
wird. Ferner wird zum Erhöhen
der Geschwindigkeit des Gießzyklus
ein hohes Drehmoment benötigt.
Wenn jedoch eine Verringerung des Maximaldrehmoments wie zuvor beschrieben
auftritt, ergeben sich in diesem Punkt Probleme.
-
Es ist möglich, den Wechselstrom-Servomotor
in einer Spritzgießmaschine
auf der Grundlage einer Umwandlung von drei Phasen in zwei Phases
und umgekehrt zu regeln, wie dies in den Druckschriften
JP 08 289599 A u.
JP 06 153569 A offenbart
ist. Eine Spritzgießmaschine,
in der ein bewegbares Teil durch einen Wechselstrommotor angetrieben
wird, ist in der Druckschrift US-A-5,469,038 offenbart.
-
Es ist ferner aus der Druckschrit
JP-A-8275599 bekannt, dass in einem Regelungs-Verfahren für einen Permanentmagnet-Synchronmotor
ein Drehmomentbefehl mit einer Konstanten und einem Funktionswert
zum Kompensieren einer Verringerung des Drehmoments, die durch magnetische
Sättigung
verursacht wird, multipliziert werden kann, um auf diese Weise einen
Drehmoment-Strombefehl zu bestimmen.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Spritzgießmaschine vorgesehen, von der
ein bewegbares Teil durch einen Wechselstrom-Servomotor angetrieben
wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Trieb des Wechselstrom-Servomotors
durch einen Regelungsabschnitt geregelt wird, der dafür eingerichtet
ist, einen d-Phasen- Strom
in einer Richtung des magnetischen Flusses, der durch ein Feldsystem
des Servomotors erzeugt wird, und einen q-Phasen-Strom orthogonal zu dem d-Phasen-Strom durch
Umwandlung von drei Phasen in zwei Phasen auf der Grundlage eines
3-Phasen-Treiberstroms und der Rotorphase des Wechselstrom-Servomotors als Rückkopplungs-Motortreiberströme zu gewinnen,
Befehlsspannungen Vd u. Vq der d- u. q-Phasen durch Rückkopplungs-Stromregelung
unter der Bedingung zu gewinnen, dass ein Drehmomentbefehl an einen
q-Phasen-Strombefehl angepasst ist und der d-Phasen-Strombefehl
auf Null gesetzt ist, dann einen Befehl an jede Phase des Wechselstrom-Servomotors
auf eine Umwandlung von zwei Phasen in drei Phasen folgend auf der
Grundlage der Befehlsspannungen der d- u. q-Phasen auszugeben und
das maximale Drehmoment des Wechselstrom-Servomotors durch Bewirken
einer Phasenvoreilungssteuerung, welche die Phase des q-Phasen-Stroms
voreilen lässt,
in dem Fall, in dem der Drehmomentbefehl nicht kleiner als ein Wert
des Stroms, bei dem eine magnetische Sättigung auftritt, zu erhöhen.
-
Gemäß einer zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Stromregelungs-Verfahren für einen
Wechselstrom-Servomotor zum Antreiben eines bewegbaren Teils einer
Spritzgießmaschine
vorgesehen, gekennzeichnet durch Schritte zum Ermitteln eines d-Phasen-Stroms
in einer Richtung des magnetischen Flusses, der durch ein Feldsystem
des Servomotors erzeugt wird, und eines q-Phasen-Stroms orthogonal
zu dem d-Phasen-Strom durch d/q-Umwandlung auf der Grundlage des
erfassten Treiberstroms und der Rotorphase des Wechselstrom-Servomotors,
Gewinnen einer d-Phasen-Befehlsspannung auf der Grundlage eines
d-Phasen-Strombefehls und des ermittelten d-Phasen-Stroms und außerdem Gewinnen
einer q-Phasen-Befehlsspannung
auf der Grundlage eines q-Phasen-Strombefehls
und des ermittelten q-Phasen-Stroms unter der Bedingung, dass der
d-Phasen-Strombefehl auf Null gesetzt wird und der q-Phasen-Strombefehl
an einen Drehmomentbefehl angepasst wird, der von einer Geschwindigkeits-Regelungs schleife
ausgegeben ist, Vorschieben der Phase des q-Phasen-Strombefehls
um einen Winkel, der einem Wert des q-Phasen-Strombefehls entspricht,
Umwandeln der Befehlsspannungen der d- u. q-Phasen in Spannungen
von drei Phasen, um auf der Grundlage der Spannungen der drei Phasen
Ströme
der drei Phasen zu gewinnen, die dem Servomotor zuzuführen sind,
und Erhöhen
des maximalen Drehmoments des Wechselstrom-Servomotors durch Bewirken
einer Phasenvoreilungssteuerung, welche die Phase des q-Phasen-Stroms
voreilen lässt,
in dem Fall, in dem der Drehmomentbefehl nicht kleiner als ein Wert
des Stroms ist, bei dem eine magnetische Sättigung auftritt.
-
In Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
den Wechselstrom-Servomotor mit hoher Geschwindigkeit, hohem Drehmoment
und geringem Treiberstrom zu treiben. Folglich wird die Wärmemenge,
die durch den Servomotor erzeugt wird, verringert, und ein Gießzyklus
wird verkürzt,
um eine höhere
Produktions-Leistungsfähigkeit
zu erzielen. Die geringere Erzeugung von Wärme ermöglicht es außerdem,
die Kapazität
einer Kühleinrichtung
für dem
Motor zu verringern. Ferner ist es, da eine hohe Geschwindigkeit
und ein hohes Drehmoment erzeugt werden können, auch möglich, ein
Harz zu verwenden, das eine geringere Einspritzzeit benötigt und
die Erstarrung unmittelbar nach der Einspritzung beginnt. Außerdem verursacht
die Verbesserung des Motordrehmoments einen Öffnungs/Schließ-Betrieb
der Form mit hoher Geschwindigkeit, einen Betrieb des Auswerfers
mit hoher Geschwindigkeit und eine Drehung der Förderschnecke mit hoher Geschwindigkeit,
was zu einer Verkürzung
der Dosierzeit führt.
-
Ferner kann durch Ausführen einer
Phasenkorrektur (präziser
einer Phasenvoreilungskorrektur) zu der Zeit ein hohes Drehmoment
erzeugt werden, zu welcher sich der Wechselstrom-Servomotor in Ruhelage befindet,
so dass es möglich
ist, einen hohen Haltedruck zu der Zeit zu erzeugen, zu welcher
der Druck beizubehalten ist. In Falle einer direkt wirkenden Form-Klemmeinrichtung,
in der ein bewegbare Platte direkt durch den Wechselstrom-Servomotor
angetrieben wird, um das Form-Klemmen durchzuführen, ist es auch möglich, ein
hohes Drehmoment durch Phasenkorrektur selbst dann zu erzeugen,
wenn sich der Wechselstrom-Servomotor in Ruhelage befindet.
-
1 zeigt
als Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Blockschaltbild, das eine Anordnung zum Regeln des
Stroms für
einen Wechselstrom-Servomotor darstellt, der ein bewegbares Teil
einer Spritzgießmaschine
antreibt.
-
2 zeigt
eine Übersicht über eine
Spritzgießmaschine,
in der ein bewegbares Teil durch einen Wechselstrom-Servomotor angetrieben
wird.
-
3 zeigt
ein Blockschaltbild, das eine Positions-, eine Geschwindigkeits-
und eine Stromregelungsschleife für einen Servomotor darstellt.
-
4 zeigt
ein Funktionsblockschaltbild, das eine Anordnung zur Steuerung einer
Stromregelungsschleife nach dem Stand der Technik darstellt.
-
5 zeigt
ein Diagramm, das einen Vektor eines magnetischen Flusses eines
Servomotors in d-q-Koordinaten darstellt.
-
6 zeigt
ein Diagramm, das einen Vektor eines magnetischen Flusses eines
Servomotors in d-q-Koordinaten darstellt.
-
7 zeigt
ein Diagramm, das einen Vektor eines magnetischen Flusses eines
Servomotors in d-q-Koordinaten darstellt.
-
8A zeigt
ein Diagramm zur Erklärung
einer Phasenvoreilungssteuerung eines q-Phasen-Stroms.
-
8B zeigt
ein Diagramm zur Erklärung
der Tatsache, dass eine Steuerung durch d-q-Koordinaten vorgenommen
wird, wobei einer Phase gestattet wird, um θm von den eigentlichen d-q-Koordinaten
vorzueilen.
-
9 zeigt
ein Diagramm zur Erklärung
eines Winkels einer Phasenvoreilung θm.
-
10 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Stromregelungsschleifen-Verarbeitung
in jedem Zyklus der Stromregelungsschleifen-Verarbeitung darstellt,
die in einem Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen Prozessor einer digitalen Servoschaltung durchführt wird.
-
11A zeigt
ein Diagramm, das den Strom darstellt, der tatsächlich in einem Servomotor
fließt,
wenn ein herkömmliches
Verfahren zur Stromregelung auf der Grundlage von drei Phasen auf
den Servomotor angewendet wird.
-
11B zeigt
ein Diagramm, das den Strom darstellt, der tatsächlich in einem Servomotor
fließt,
wenn ein Verfahren zur Stromregelung gemäß der vorliegenden Erfindung
auf den Servomotor angewendet wird.
-
12A zeigt
ein Diagramm, welches das Maximal-Ausgangsdrehmoment eines Servomotors
darstellt, wenn ein herkömmliches
Verfahren zur Stromregelung auf der Grundlage von drei Phasen auf
den Servomotor angewendet wird.
-
12B zeigt
ein Diagramm, welches das Maximal-Ausgangsdrehmoment eines Servomotor
darstellt, wenn ein Verfahren zur Stromregelung gemäß der vorliegenden
Erfindung auf den Servomotor angewendet wird.
-
13 zeigt
ein Diagramm, das die Ergebnisse von Versuchen zum Vergleich zwischen
einem Stromregelungs-Verfahren
nach dem Stand der Technik und demjenigen gemäß der vorliegende Erfindung
in bezug auf Einspritzgeschwindigkeit und Einspritzdruck auf der
Grundlage einer Einspritzachse einer Spritzgießmaschine darstellt.
-
In einem Ausführungsbeispiel der vorlegenden
Erfindung wird beim Regeln des Stroms für einen Wechselstrom-Servomotor
eine d/q-Wandlung beim Durchführen
einer Wandlung von drei Phasen in zwei Phasen und umgekehrt als
ein Verfahren nicht nur zum Verhindern, dass sich der Treiberstrom
infolge einer Verringerung des Leistungsfaktors erhöht, sondern
auch zum Verhindern, dass sich das Maximaldrehmoment verringert,
benutzt. Die d/q-Wandlung ist dazu bestimmt, einen Strom Id und
eine Spannung Vd in der Richtung einer d-Achse und einen Strom Iq
und eine Spannung Vq in der Richtung einer q-Achse unter der Bedingung, dass
eine Richtung des magnetischen Flusses, der durch ein Feldsystem
erzeugt wird, durch die d-Achse repräsentiert ist, während eine
Richtung orthogonal zu der d-Achse durch die q-Achse repräsentiert
ist, zu ermitteln und zu regeln.
-
1 zeigt
ein Blockschaltbild, das einen Stromregelungsabschnitt darstellt,
der eine Regelung eines Stroms durch d/q-Wandlung in einem Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchführt,
wobei ein Stromregelungsabschnitt für Wechselstrom-Servomotoren
Mc, Me, Mm u. M1 zum Antreiben eines bewegbaren Teils der Spritzgießmaschine
durch ein Stromregelungsabschnitt in dem Blockschaltbild gemäß 1 gebildet ist und ein Block
eines Stromrege lungsabschnitts 12 und derjenige eines Servomotor 4,
der in 3 gezeigt ist,
zu dem Blockschaltbild gemäß 1 äquivalent sind.
-
Gemäß
1 gibt ein d-Phasen-Stromregler
1d eine
d-Phasen-Befehlsspannung Vd durch Regelung in einer d-Phasen-Stromregelungsschleife
aus, und ein q-Phasen-Stromregler
1q gibt eine q-Phasen-Befehlsspannung
Vq durch Regelung in einer q-Phasen-Stromregelungsschleife aus.
Ferner empfängt
ein 2-Phasen/3-Phasen-Wandler
2 die d-Phasen-Befehlsspannung
Vd, die q-Phase Befehlsspannung Vq und eine korrigierte Rotorphase θ (die weiter
unten beschrieben wird) und wandelt die d-Phasen-Befehlsspannung
Vd und die q-Phasen-Befehlsspannung
Vq in Befehlsspannungen Vu, Vv u. Vw von drei Phasen, d. h. U-,
V- und W-Phasen durch arithmetische Operation gemäß dem folgenden
Ausdruck (1) um:
-
Ferner bezeichnet das Bezugszeichen
3 einen
Leistungsverstärker,
der aus einem Wechselrichter oder dgl. gebildet ist, das Bezugszeichen
4 bezeichnet
einen Wechselstrom-Servomotor,
der irgendeinen der Wechselstrom-Servomotoren Mc, Me, Mm u. M1 repräsentiert,
das Bezugszeichen
5 bezeichnet einen Rotorphasendetektor
zum Erfassen einer Rotorphase r des Wechselstrom-Servomotors, und
das Bezugszeichen
6 bezeichnet ein Korrekturmittel für eine magnetische
Sättigung
zum Korrigieren einer Rotorphase, wenn eine magnetische Sättigung
innerhalb des Wechselstrom-Servomotors
4 auftritt, wie
dies weiter unten beschrieben wird. Ferner bezeichnet ein Bezugszeichen
7 einen
3-Phasen/2-Phasen-Wandler zum Umwandeln von Strömen Iu, Iv u. Iw von drei Phasen,
d. h. U-, V- und W-Phasen, in einen d-Pha sen-Strom Id und einen
q-Phasen-Strom Iq, und dieser Wandler
7 ermittelt den d-Phasen-Strom
Id und den q-Phasen-Strom
Iq durch arithmetische Operation gemäß dem folgenden Ausdruck (
2)
auf der Grundlage der Ströme
jeder von zwei Phasen (Iu u. Iv in
1)
aus tatsächlichen
Strömen
Iu, Iv u. Iw der jeweiligen Phasen des Wechselstrom-Servomotors,
die durch einen Stromdetektor (nicht gezeigt) erfasst werden, und
einer korrigierten Rotorphase θm,
die sich aus dem Addieren eines Korrekturwerts θm zu der erfassten Rotorphase θr ergibt:
-
Im folgenden wird eine Beschreibung
der Operation der Stromregelungsbetriebsart gegeben.
-
In dieser Stromregelungsbetriebsart
wird eine Abweichung zwischen den Strömen der d- u. q-Phasen durch
jeweiliges Subtrahieren der Ströme
Id u. Iq der d- u. q-Phasen, die von dem 3-Phasen/2-Phasen-Wandler 7 ausgegeben
werden, von einem Phasenbefehlswert für jede Phase unter der Bedingung
ermittelt, dass der Strombefehl der d-Phase auf "0" gesetzt
ist und der Strombefehl der q-Phase an einen Drehmomentbefehl angepasst
ist, der von der Geschwindigkeitsregelungsschleife (dem Geschwindigkeitssteuerungsabschnitt 11, der
in 3 gezeigt ist) ausgegeben
wird, und die d-Phasen-Befehlsspannung
Vd und die q-Phasen-Befehlsspannung Vq werden durch Steuerung der
Proportional-plus-Integral-Stromregelungsschleife
ermittelt, die durch die Stromregler Id u. Iq in ähnlicher
Weise wie beim Stand der Technik durchgeführt wird. Ferner werden die
ermittelten Befehlsspannungen Vd u. Vq der d- u. q-Phasen durch
den 2-Phasen/3-Phasen-Wandler 2 in Befehlsspannungen Vu,
Vv u. Vw der U-, V- u. W-Phasen umgewandelt, diese Befehlsspannungen
werden an den Leistungsverstärker 3 ausgegeben,
um die Ströme
Iu, Iv und Iw in den jeweiligen Phasen des Wechselstrom-Servomotors 4 durch
den Wechselrichter oder dgl. fließen zu lassen, um den the Wechselstrom-Servomotor 4 zu
treiben und zu regeln.
-
Für
die Regelung des Stroms nach der Wandlung in zwei Phasen durch die
d/q-Wandlung, wie sie zuvor beschrieben wurde, tritt keine Phasennacheilung
in der Stromregelungsschleife auf, der tatsächliche Strom der d-Phase wird
derart geregelt, dass er gleich dem Befehlswert "0" wird,
und nur der Strom der q-Phase wird wirksam, so dass der Treiberstrom,
der dem Wechselstrom-Servomotor zuzuführen ist, abnimmt, um eine
Verringerung eines Wärmewerts
des Motors zu verursachen, was zu einem Abfall der Lasthöhe führt, die
eine Überhitzung
bewirkt. Auf diese Weise wird es möglich, die Geschwindigkeit
des Gießzyklus
der Spritzgießmaschine
zu erhöhen.
Ferner werden beim Regeln des Stroms für jede der drei Phasen beim
Stand der Technik, wie er in 4 gezeigt
ist, die Drehmoment-Charakteristika in einem Hochgeschwindigkeits-Umdrehungsbereich
infolge einer Phasennacheilung oder dgl. verschlechtert, und die
Verringerung des Drehmoments behindert das Ansteigen der Umdrehungsgeschwindigkeit,
wohingegen gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
der Strom nach dem Umwandeln der drei Phasen in zwei Phasen durch
d/q-Wandlung geregelt wird, die Phasennacheilung im wesentlichen
wegen des Arbeitsprinzips des Regelungs-Verfahrens nicht auftritt
und der Hochgeschwindigkeits-Betrieb möglich gemacht werden kann,
was zu einer Verkürzung
des Gießzyklus
führt.
-
In dem Fall jedoch, in dem ein Magnet
aus seltener Erde als ein Magnet benutzt wird, der in dem Rotor des
Wechselstrom-Servomotors
vorgesehen ist, kann eine magnetische Sättigung in einem magnetischen Kreis
innerhalb des Motors auftreten. In einem Zustand, in dem keine magnetische
Sättigung
in dem magnetischen Kreis innerhalb des Motors auftritt, wird das
Drehmoment, das mit einem Anstieg des Versorgungsstroms (Iq) erzeugt
wird, gemäß einer
Drehmoment-Konstanten Kt erhöht.
Wenn jedoch der Versorgungsstrom (Iq) erhöht wird und beispielsweise
der magnetische Kreis in den magnetischen Sättigungszustand eintritt, wird ein
maximales Drehmoment, das durch den Motor erzeugt werden kann, niedriger
als ein Drehmomentwert, der gemäß der Drehmoment-Konstanten
Kt bestimmt ist.
-
Daher wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Korrektur θm
der magnetischen Sättigung
durch das Korrekturmittel 6 für die Sättigung, das in 1 gezeigt ist, zu der Zeit
einer Hochgeschwindigkeitsdrehung auf die Rotorphase θr angewendet,
welche die magnetische Sättigung
bewirkt, um die Phase des q-Phasen-Stroms Iq voreilen zu lassen,
um dadurch zu verhindern, dass das Drehmoment während der Hochgeschwindigkeitsdrehung
herabgesetzt wird, die zuvor beschrieben wurde.
-
Im folgenden wird eine Beschreibung
der Korrektur der magnetischen Sättigung
gegeben.
-
5, 6 u. 7 zeigen jeweils Vektoren des magnetischen
Flusses des Wechselstrom-Servomotors in d-q-Koordinaten, wobei eine
Richtung des magnetischen Flusses (magnetischen Hauptflusses ϕM) eines
Permanentmagneten des Rotors durch die d-Achse repräsentiert
ist und eine Richtung des magnetischen Flusses M·Iq, der durch den effektiven
Strom Iq erzeugt wird, durch die q-Achse repräsentiert ist. Beiläufig bemerkt
liegen die d-Achse und die q-Achse rechtwinklig zueinander.
-
Demgemäß sieht ein sich ergebender
magnetischer Fluss, der durch Addieren des magnetischen Hauptflusses ϕM,
der durch den Permanentmagneten des Rotors erzeugt wird, zu dem
magnetischen Fluss M·Iq,
der durch den effektiven Strom Iq erzeugt wird, gewonnen wird, in
vektorieller Darstellung einen magnetischen Fluss ϕg vor,
der beim Erzeugen des Drehmoments wirksam ist. Das Drehmoment T,
das zu dieser Zeit erzeugt wird, ist durch ein Vektorprodukt des
effektiven magnetischen Flusses ϕg und des effektiven Stroms
Iq gemäß dem folgenden
Ausdruck (3) gegeben: T
= ϕg × Iq
= (ϕM + M·Iq) × Iq (3)
-
In diesem Fall ist das Drehmoment
T proportional zu einem Bereich S, der in 5 6 u. 7 gezeigt ist.
-
Gemäß 5 ist der Bereich von S bis S' mit einem Anstieg
des q-Phasen-Stroms von Iq bis Iq' erhöht, und
das erzeugte Drehmoment T ist ebenfalls erhöht. Der effektive magnetische
Fluss ϕg ist mit einem weiteren Anstieg des q-Phasen-Stroms erhöht, was
zu einem Auftreten einer magnetischen Sättigung in dem magnetischen
Kreis innerhalb des Motors führt.
Wenn der effektive magnetische Fluss in dem magnetischen Sättigungsbereich
liegt, wird der effektive magnetische Fluss nicht proportional zu
dem Anstieg des q-Phasen-Stroms Iq ansteigen, mit dem Ergebnis,
dass das Drehmoment nicht weiter ansteigen wird. In 6, welche den Vektor des magnetischen
Flusses zeigt, zeigt ein Teil, der mit vertikalen Linien schraffiert
ist, schematisch den magnetischen Sättigungsbereich, der magnetische
Fluss ϕg, der durch einen erhöhten q-Phasen-Strom Iq1 erzeugt
wird, liegt in dem magnetischen Sättigungsbereich, und als Ergebnis
wird ein tatsächlich erzeugter
magnetischer Fluss ϕgs infolge der magnetischen Sättigung
kleiner als ϕg. Demzufolge entspricht das Drehmoment verglichen
mit der Größe des erzeugten
Drehmoments in Form des Bereichs S in der Figur, das in erster Linie
zu gewinnen ist, (S1 + S2), wohingegen das Drehmoment, das tatsächlich zu
erzeugen ist, infolge der magnetischen Sättigung nur durch S1 gegeben
ist, was zu einem Absinken des Drehmoments mit einem Verhältnis von
S2/(S1 + S2) führt.
-
Bei der Korrektur der magnetischen
Sättigung
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird die Steuerung derart vorgenommen, dass der magnetische Fluss ϕg
nicht durch Voreilenlassen der Phase des q-Phasen-Stroms Iq in den
magnetischen Sättigungsbereich
eintreten wird, um zu verhindern, dass der Drehmomentteil abnimmt.
Gemäß 6, die den Vektor des magnetischen
Flusses zeigt, ergibt sich, wenn die Phase des q-Phasen-Stroms Iq
durch einen magnetischen Fluss ϕgs, der durch den q-Phasen-Strom
Iq erzeugt wird, in der Richtung der q-Achse um θ vorverschoben wird, den magnetischen
Sättigungsbereich
erreicht hat, ein Spielraum zwischen dem magnetischen Fluss ϕgs
und dem magnetischen Sättigungsbereich, und
als Ergebnis wird es möglich,
einen höheren
q-Phasen-Strom Ig1(θ)
zuzuführen.
In diesem Fall kann ein magnetischer Fluss θgs(θ) größer als ϕgs gemacht
werden, und verglichen mit den erzeugten Drehmomenten in Form des
Bereichs S in der Figur ist das Drehmoment, das in dem Fall erzeugt
wird, in dem eine Korrektur der magnetischen Sättigung durch Vorverschieben
der Phase des q-Phasen-Stroms
Iq um θ vorgenommen wird,
(S + S3), wodurch das Drehmoment um ein Verhältnis von S3/S1 in Bezug auf
das Drehmoment S1 erhöht
werden kann, das in dem Fall zu erzeugen ist, in dem keine Korrektur
der magnetischen Sättigung
vorgenommen ist.
-
Wenn das Drehmoment in Form des Bereichs
S repräsentiert
ist, ist die Beziehung zwischen dem Drehmoment S3, das um die Korrektur
der magnetischen Sättigung
gemäß 7 erhöht ist, und dem Drehmoment
S2 gemäß 6 S3 < S2, so dass das Drehmoment in diesem
Fall erhöht
werden kann, obwohl es nicht das maximale Drehmoment erreicht, das
erzeugt werden kann, wenn keine magnetische Sättigung auftritt.
-
Die Steuerung der Phasenvoreilung
des q-Phasen-Stroms kann durch Vorverlegen der d-q-Koordinaten zur
Steuerung in Bezug auf die tatsächlichen
d-q-Koordinaten durch tatsächliches
Vorverlegen der Rotorphase, die durch den Rotorpha sendetektor zu
erfassen ist, vorgenommen werden, und die Steuerungsbetriebsart
von dem Regelungssystem aus betrachtet ist ähnlich einer herkömmlichen
Steuerung. 8A u. 8B zeigen Diagramme zum
Vergleich zwischen den d-q-Koordinaten zur Steuerung und den tatsächlichen d-q-Koordinaten.
Gemäß 8A entspricht die Steuerung
zum Vorverlegen der Phase des q-Phasen-Stroms dem Voreilenlassen
der Phase der d-q-Koordinaten zur Steuerung um θm in Bezug auf die tatsächlichen d-q-Koordinaten.
Gemäß 8B wird die Steuerung durch
das Regelungssystem in den d-q-Koordinaten zur Steuerung vorgenommen,
in denen die Phase um θm
in Bezug auf die tatsächlichen
d-q-Koordinaten vorverlegt ist, und die Korrektur der magnetischen
Sättigung
kann durch Fließenlassen
des q-Phasen-Stroms in Richtung der q-Achse der d-q-Koordinaten
vorgenommen werden. Demzufolge kann von dem Regelungssystem aus
betrachtet gesagt werden, dass in diesem Fall eine Regelung durchgeführt wird,
die einer herkömmlichen Regelung äquivalent
ist.
-
Im folgenden wird eine Beschreibung
eines Voreilungswinkels θm
bei der Korrekturen der magnetischen Sättigung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
gegeben.
-
9 zeigt
ein Beispiel für
einen Voreilungswinkel θm,
der in Bezug auf einen Strombefehl gegeben ist. Gemäß 9 ist der Voreilungswinkel θmθm auf "0" gesetzt, wenn ein Strombefehl Iq* nicht
mehr als ein vorbestimmter Wert Ib ist, und der Voreilungswinkel θmθm wird proportional
zu dem Strombefehl Ib erhöht, wenn
der Strombefehl Iq* den vorbestimmten Wert Ib übersteigt. Der Voreilungswinkel θm, der in 9 gezeigt ist, ist durch
die folgenden Ausdrücke
(4) u. (5) gegeben: Wenn
abs(Iq*) > Ib ist,
giltθm
= k(abs(Iq*) – Ib)
sign(Iq*) (4)
Wenn abs(Iq*) < Ib ist, giltθm = 0 (5)
-
Beiläufig bemerkt bezeichnet Iq*
den q-Phasen-Befehlsstrom, Ib ist ein Stromwert, der die Größe des Strombefehls
in der Stufe des Beginns des Eintretens in den magnetischen Sättigungsbereich
angibt, K ist eine Proportionalkonstante, abs ist ein Absolutwert
und sign ist ein Vorzeichen. In diesem Fall ist die Proportionalkonstante
K der Koeffizient der magnetischen Sättigung, der gemäß den Charakteristika
der magnetischen Sättigung
eines einzelnen Motors zu bestimmen ist, und er kann durch Versuch
bestimmt werden.
-
Wenn der Strombefehl Iq* so klein
ist, dass der magnetische Fluss, der durch diesen Strombefehl erzeugt
wird, nicht in den magnetischen Sättigungsbereich eintreten wird,
besteht keine Notwendigkeit, eine Korrektur der magnetischen Sättigung
auszuführen,
und daher wird die Regelung des Motors ohne Ausführen einer Phasensteuerung
des Strombefehl Iq* vorgenommen, wobei der Voreilungswinkel auf "0" gesetzt ist. Andererseits besteht,
wenn der Strombefehl Iq* so groß wird,
dass der magnetische Fluss, der durch diesen Strombefehl erzeugt
wird, in den magnetischen Sättigungsbereich
eintreten wird, eine Notwendigkeit zum Ausführen einer Korrektur der magnetischen
Sättigung,
und die Regelung des Motors wird mit dem Voreilungswinkel θmθm vorgenommen,
der zum Vorverlegen der Phase entsprechend dem Grad der magnetischen
Sättigung
gegeben ist. Die Voreilung der Phase entsprechend dem Grad der magnetischen
Sättigung
kann entsprechend dem Grad bestimmt werden, um den der Strombefehl
Iq* den Wert Ib des Strombefehls in der Stufe des Beginns des Eintretens
in den magnetischen Sättigungsbereich überschreitet,
und kann entsprechend einer Differenz zwischen dem Strombefehl Iq*
und dem Stromwert Ib gesetzt werden.
-
10 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung dar stellt, die für jeden
Zyklus einer Stromregelungsschleifen-Verarbeitung durch einen Prozessor einer
digitalen Servoschaltung zur Regelung jedes Servomotors in der Steuereinrichtung
zum Steuern der Spritzgießmaschine
durchgeführt
wird. Beiläufig
bemerkt sind der Aufbau der Spritzgießmaschine und derjenige des
digitalen Servomotors mit denen nach dem Stand der Technik identisch,
und demzufolge wird die Beschreibung derselben fortgelassen.
-
Der Prozessor der digitalen Servoschaltung
führt in ähnlicher
Weise wie beim Stand der Technik auf der Grundlage eines ausgegebenen
Positionsbefehls (oder Geschwindigkeitsbefehls) eine Positionsregelungsschleifen-Verarbeitung
und eine Geschwindigkeitsregelungsschleifen-Verarbeitung (die Verarbeitung
in dem Positionssteuerungsabschnitt 10 und diejenige in
dem Geschwindigkeitssteuerungsabschnitt 11, die in 3 gezeigt sind) durch und
ermittelt einen Drehmomentbefehl (einen Strombefehl) Iq*. Dann liest
der Prozessor in dem Zyklus der Stromregelungsschleifen-Verarbeitung
den Strombefehl (den Drehmomentbefehl) Iq* aus (Schritt S1) und
liest ebenfalls die Rotorphase θr
aus dem Rotorphasendetektor und Strom-Rückkopplungswerte Iu u. Iv der
u- u. v-Phasen aus (Schritte S2 u. S3).
-
Nachfolgend bestimmt der Prozessor,
ob ein Absolutwert des ausgelesenen Drehmomentbefehls (des Strombefehls)
Iq* den Stromwert Ib, bei dem angenommen wird, dass die magnetische
Sättigung
auftritt, überschreitet
oder nicht (Schritt S4), und setzt einen Betrag einer Phasenkorrektur θm auf "0", wenn er nicht überschreitet, oder ermittelt
einen Betrag der Phasenkorrektur θmθm durch die arithmetische Operation
gemäß dem zuvor
genannten Ausdruck (4), wenn er überschreitet
(Schritte S6 u. S5). Dann ermittelt der Prozessor eine korrigierte
Rotorphase θ,
die durch Addieren des Betrags der Phasenkorrektur θmθm zu der
Rotorphase θr,
die in Schritt S2 (Schritt S7) ausgelesen ist, gewonnen wird, und
wandelt die Ströme
Iu, Iv u. Iw der drei Phasen in Ströme Id und Iq der zwei Phasen
durch die arithmetische Operation, die den zuvor genannten Ausdruck
(2) benutzt, auf der Grundlage der korrigierten Rotorphase θ und der
Stromrückkopplungswerte
Iu u. Iv der u- u. v-Phasen um, die in Schritt S3 ausgelesen sind
(Schritt S8). Dann ermittelt der Prozessor die d-Phasen-Befehlsspannung Vd durch eine
normale Stromregelungsschleifen-Verarbeitung (Proportional-plus-Integral-Regelung) unter der
Bedingung, dass der umgewandelte d-Phasen-Strom Id an den Rückkopplungsstrom angepasst
ist, und der d-Phasen-Strombefehl wird auf "0" gesetzt.
Ferner ermittelt der Prozessor den q-Phasen-Spannungsbefehl Vq durch
Stromregelungsschleifen-Verarbeitung unter der Bedingung, dass Strombefehl
Iq*, der in Schritt S1 ausgelesen ist, an den Strombefehl der q-Phase
angepasst und der Stromwert Iq der q-Phase, der in Schritt S8 berechnet
ist, an den Rückkopplungsstrom
angepasst ist (Schritt S9).
-
Der Prozessor wandelt die Spannungen
Vd u. Vq der zwei Phasen in Spannungen Vu, Vv u. Vw der drei Phasen
durch d- und q-Wandlung mittels der arithmetischen Operation gemäß dem zuvor
genannten Ausdruck (1) auf der Grundlage der d- u. q-phasen-Befehlsspannungen
Vd u. Vq und der Rotorphase θ,
die durch Korrektur in Schritt S7 vorverlegt ist, um und gibt die
zuvor genannten Spannungen der drei Phasen als den Spannungsbefehl
(PWM-Befehl) an den Leistungsverstärker 3 aus (Schritte
S10 u. S11). Der Leistungsverstärker
führt eine
PWM-Steuerung in einem Wechselrichter durch und führt die
Ströme
Iu, Iv u. Iw der jeweiligen Phasen dem Wechselstrom-Servomotor 4 zu,
um den Wechselstrom-Servomotor zu treiben.
-
11A u. 11B zeigen Ergebnisse von
Versuchen, die durchgeführt
wurden, um einen Unterschied zwischen einem Regelungs-Verfahren
nach dem Stand der Technik und einem Regelungs-Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zu beobachten, in welchen Versuchen die Wert des Stroms,
der zu dem Wechselstrom-Servomotor fließt, im Falle des Strom regelungs-Verfahrens
nach dem Stand der Technik und im Falle des Stromregelungs-Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter der gleichen Last gemessen wurden, wobei ein Abschnitt
auf der Achse der Abszisse 2ms beträgt und ein Abschnitt auf der
Achse der Ordinate 2A beträgt.
-
11A zeigt
das Ergebnis des Versuchs gemäß dem Verfahren
zur Stromregelung auf einer 3-Phase-Grundlage nach dem Stand der
Technik, während 11B das Ergebnis des Versuchs
zeigt, das sich einstellt, wenn die Regelung des Stroms durch d/q-Wandlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt wird.
Wie aus 11A u. 11B ersichtlich ist der
Stromwert durch das Stromregelungs-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
verglichen mit dem Stromwert bei dem Stromregelungs-Verfahren nach
dem Stand der Technik infolge des Nichtvorhandenseins oder der Abnahme
des ineffektiven Stroms (des d-Phasen-Stroms) kleiner.
-
12A u. 12B zeigen die Ergebnisse
der Messungen des Maximaldrehmoments, und es ist festzustellen,
dass das zur Verfügung
stehende Maximaldrehmoment, das gemäß dem Stromregelungs-Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird, das in 12B gezeigt
ist, um 20 bis 30% höher
als dasjenige ist, das durch das Stromregelungs-Verfahren nach dem
Stand der Technik erzeugt wird, das in 12A gezeigt ist. Es ist außerdem festzustellen,
dass das Stromregelungs-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
im Vergleich mit dem Stromregelungs-Verfahren nach dem Stand der
Technik die Erzeugung eines höheren
Drehmoments selbst in dem Bereich der Hochgeschwindigkeitsdrehung
ermöglicht.
-
13 zeigt
die Ergebnisse von Messungen der Einspritzgeschwindigkeit und des
Einpritzdrucks, wenn das Verfahren nach dem Stand der Technik und
dasjenige gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Regelung des Stroms für einen Servomotor M1 angewendet
wird, der die Einspritzachse der Spritzgießmaschine antreibt. Beiläufig bemerkt
zeigen durchgehende Linien die Ergebnisse gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung, während
gestrichelte Linien die Ergebnisse gemäß dem Verfahren nach dem Stand
der Technik zeigen. Wie aus 13 ersichtlich
ist die Anstiegszeit der Einspritzgeschwindigkeit im Vergleich mit
dem Verfahren nach dem Stand der Technik gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung um 55% verkürzt, und
die Anstiegszeit des Einspritzdrucks ist außerdem um 56% verkürzt. Ferner
kann mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung eine maximale Geschwindigkeit bis zu einem Wert, der zweimal
so groß wie die
maximale Geschwindigkeit beim Stand der Technik ist, erreicht werden.
Außerdem
gestattet das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung die Erzeugung eines Einspritzdrucks, der viel höher als
derjenige beim Stand der Technik ist.
