DE69923791T2 - Verbessertes verfahren und system zur servomechanischen steuerung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Servomechanismus und Servomechanismus-Steuersysteme, und spezieller ein neues Servomechanismus-Steuersystem und -verfahren, das als Merkmal eine automatische Regelkreisparametereinstellung während der Bewegung gemäß Geschwindigkeits- und Positionsabtastfehler-Information aufweist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten paar Jahren ist die Motorantriebstechnologie von analoge auf digitale Steuerung umgeschwenkt, und dieser Wechsel in der Gestaltungsherangehensweise erzielt eine bessere Störfestigkeit und gestattet die Verwirklichung hochentwickelter Antriebe für Wechselstrom- und Gleichstrommotoren bei niedrigeren Kosten. Auf Elektromotoren angewandte Servomechanismus-Kontrollsysteme mit geschlossenem Regelkreis sind als Feedbackschleife angeordnet, die bestimmte Basiselemente enthalten, einschließlich eines Fehlererkennungselements, das ein Fehlersignal generiert, welches die Differenz zwischen dem Befehlssignal und der gesteuerten Ausgangsgröße darstellt, und einen Regler, der das Fehlersignal verstärkt. Die Fehlererkennung ist auf der Verwendung eines Feedbacksensors basiert, der dazu verwendet wird, den Zustand des Systems zu messen und den Wert zu dem Steuersystem zurückzuführen. Beispielsweise verschafft im Fall von Elektromotorsteuerung eine an der Motorwelle montierte Positionsfeedbackvorrichtung Positionsinformation. Eine andere Herangehensweise an Motorsteuerung betrifft die Steuerung des elektrischen Stroms. Unter Verwendung dieser Herangehensweise können viele andere Steuersysteme gestaltet werden.
  • Die Übergangsanalyse von Servomechanismus-Steuersystemen verschafft eine Definition bestimmter Basiskonzepte in Hinblick auf die Systemleistung, und PID(Proportional-Integral-Differential)-Regelung ist auf diesen Konzepten basiert. Die typischen Punkte, die die Gestaltung dieser Systeme beeinflussen, betreffen die Geschwindigkeit des Ansprechens auf Störungen in einem Feedbacksystem mit geschlossenem Regelkreis, die tolerierbare Menge an Überschwingung, und die bleibende Regelabweichung, die erhalten wird, nachdem das System ein Gleichgewicht erreicht hat.
  • Bei jeder Servomechanismus-Steuersystemgestaltung stellt die Einführung von PID-Regelung Beschränkungen bei der Erzielung einer guten Ansprechgeschwindigkeit dar, während sie die Überschwingung minimiert und Instabilität des Systems verursachende Schwankungen vermeidet. Somit wird unter Berücksichtigung der Notwendigkeit des gleichzeitigen Erzielens von präziser, automatischer, kontinuierlicher und augenblicklicher Leistung das Erzielen eines gut gestalteten Servomechanismus-Steuersystems zu einem komplizierten Ziel. Ziel ist die Straffheit der Steuerung, und die Verfahren, um diese zu erzielen, enthalten das Anheben der Amplitude des Ansprechens auf einen gegebenen Fehler, was ein rascheres Ansprechen erzielt; damit geht jedoch das Schwankungsproblem einher.
  • In US-A-5 506 776 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Servomechanismus gemäß der Einleitung von Anspruch 1 beschrieben. Ein Servomechanismus-Steuersystem gemäß der Einleitung von Anspruch 10 ist auch aus US-A-5 506 776 bekannt. Spezifischer offenbart US-A-5 506 776 ein Verfahren, das ein Fehlersignal in einer Feedbackschleife mit einer einstellbaren Verstärkung generiert, um das angetriebene Elements auszulösen, um das Fehlersignal zu verringern, wobei die Verstärkung nur zwei Werte, 0 und einen vordefinierten Wert, haben kann, abhängig davon, ob der absolute Wert des Positionsfehlers größer als ein vordefinierter Grenzwert ist oder nicht.
  • Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Straffheit der Steuerung für Servomechanismen verbessert, ohne das Gerät und seinen Betrieb unnötigerweise zu komplizieren.
  • Dementsprechend ist es ein Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung, mit PID-Regelung von Servomechanismen und der Ansprechgeschwindigkeit zusammenhängende Probleme des Standes der Technik zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Servomechanismus zu verschaffen.
  • Um dies zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beanspruchten Merkmale gekennzeichnet und verschafft die Erfindung ein Steuersystem gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 10.
  • Grundsätzlich wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Servomechanismus verschafft, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Verstärkung in Übereinstimmung mit einer zunehmenden Funktion verschafft wird, die sich sowohl auf den absoluten Wert des Fehlersignals als auch den absoluten Wert der Geschwindigkeit des Befehlssignals bezieht, wobei die regelbare Verstärkungsfunktion mit dem absoluten Wert des Fehlersignals und dem absoluten Wert der Geschwindigkeit des Befehlssignals ansteigt und einen finiten Maximalwert und positiven Minimalwert besitzt.
  • Das erfinderische Verfahren ist auf nahezu alle Typen von Servomechanismus-Steuersystemen anwendbar. In der allgemeinen Anwendung ist es nützlich zur Steuerung des Zustandes eines Systems, unter Verwendung eines Auslösers, der ein Mittel zur Veränderung des Zustandes des Systems zur Verfügung stellt, und eines Feedbacksensors, der ein Mittel zur Messung des Zustandes des Systems verschafft, um dem Steuersystem einen Feedbackwert zur Verfügung zu stellen. Beispiele für diese Typen von Systemen enthalten die Servomechanismussteuerung eines Elektromotors mit einer an der Welle montierten Positionsfeedbackvorrichtung; eine von einem Hydraulikkolben mit einer Positionsfeedbackvorrichtung aktivierte Maschine; Steuerung des elektrischen Stroms in einem Elektromotor; Steuerung des Wasserpegels in einem Boiler; Steuerung von Luftfahrtausrüstung wie etwa auftriebserhöhenden Klappen von Flugzeugen; Ventilsteuerung in chemischen Verarbeitungsbetrieben usw.
  • Das erfinderische Verfahren ist bei all diesen Systemtypen anwendbar, um die Regelabweichung, d.h. die Differenz zwischen dem gewünschten Zustand und dem tatsächlichen Zustand der gesteuerten Variablen, zu verringern. Es erhöht auch die Ansprechgeschwindigkeit, wobei es die Zeit verringert, die das System benötigt, um einen neuen Zustandswert innerhalb einer gegebenen Präzision zu erreichen. Weiterhin erhöht es die Steuerstraffheit, d.h. es verringert die durch externe Störungen induzierte Regelabweichung.
  • Ein Merkmal des erfinderischen Verfahrens ist seine Fähigkeit zur Verbesserung der Leistung von Servomechanismus-Steuersystemen, die einen digitalen Feedbacksensor nutzen. Anders als bei Systemen des Standes der Technik, die bei der Verwendung eines digitalen Feedbacksensors eine begrenzte Verstärkung haben, ermöglicht das erfinderische Verfahren eine variierte Verstärkung, indem sie nur erhöht wird, wenn es nötig ist, etwa wenn eine Störung auftritt, oder wenn die Geschwindigkeit erhöht wird.
  • Beispielsweise verringert bei Systemen des Standes der Technik, wie etwa eines Positionssteuerungssystems, das einen Elektromotor mit einem optischen Kodierer verwendet, die diskrete Natur des Kodierers die maximale Rückkopplungsschleifenverstärkung des Systems bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist die auf dem Kodierer basierte Geschwindigkeitserfassung nicht präzise, und das Anheben der Rückkopplungsschleifenverstärkung erzeugt starke Vibrationen um die Gleichgewichtsposition herum. Das erfinderische Verfahren gestattet eine variable Verstärkung, wodurch eine straffere Steuerung gestattet wird.
  • Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus den nachfolgenden Zeichnungen und der Beschreibung deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung in Hinsicht auf deren Ausführungen wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, worin gleichartige Ziffern entsprechende Elemente oder Abschnitte bezeichnen, und worin:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines vereinfachten Servomechanismus-Steuersystems ist; und die
  • 2a–b ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Systems von 1 in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung illustrieren.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • Nun bezugnehmend auf 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines vereinfachten Servomechanismus-Steuersystems 10 gezeigt, beispielsweise in einer Anwendung, die für Positionssteuerung sorgt, wobei ein Elektromotor als Systemauslöser verwendet wird. Das Steuersystem 10 umfasst ein Feedbacksystem mit geschlossenem Regelkreis, das einen Befehlspositionsgenerator 12, ein Fehlererkennungselement 14, einen Regler 16, einen Auslöser 18 und eine Positionsfeedbackvorrichtung 20 aufweist. Der Regler 16 ist dargestellt mit einer Steuergleichung, die in Form einer PID-Regelschleife, ausgedrückt als eine Laplace-Transformation, geschrieben ist. Die in 1 gezeigten Steuervariablen sind wie folgt definiert:
  • C
    Befehlsposition, welche die Position ist, die das System zu erreichen instruiert ist.
    Vc
    Befehlsgeschwindigkeit, welche die Geschwindigkeit des Positionsbefehls ist.
    E
    Tatsächliche Position, welche die gegenwärtige Position des Systems ist, wie etwa der Wellenwinkel eines Elektromotors.
    ε
    Positionsfehler = (Befehlsposition) – (tatsächliche Position)
    I
    Feedbackauslöserwert (z.B. Strom eines Elektromotors)
  • In den meisten konventionellen Systemen können Steuergleichungen in der PID-Regelschleifenform geschrieben werden, wie folgt: I = Ki·∫ε·dt + KP·ε + Kd·dε/dt (1)
  • Es bestehen viele Variationen, Zusätze und sorgfältiger ausgearbeitete Algorithmen, wobei die meisten dieselben Basisparameter definiert haben (die PID-Koeffizienten):
  • Ki
    Integraler Feedbackkoeffizient
    Kp
    Proportionaler Feedbackkoeffizient
    Kd
    Differentieller Feedbackkoeffizient
  • In vielen Fällen sind die Gleichungen in einem unterschiedlichen Format geschrieben, jedoch können sie durch mathematische Transformation auf dieselbe Weise geschrieben werden, manchmal mit zusätzlichen Begriffen. Eine übliche Technik zum Ausdrücken der Gleichung verwendet die Laplace-Transformation, worin F(s) die Übertragungsfunktion des physikalischen Systems, wie in 1 gezeigt, darstellt.
  • In Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung nutzt das verbesserte Verfahren der Servomechanismussteuerung dieselbe Form von Gleichung (I), jedoch sind die Parameter der Gleichung auf eine spezifische Art und Weise angepasst, wie hierin weiter beschrieben.
  • Zur Beschreibung des bei dem verbesserten Steuerverfahren der Erfindung genutzten Algorithmus verschafft der folgende Teil der Beschreibung Definitionen für die Steuervariablen, deren Verhältnisse und Wirkung auf das verbesserte Steuerverfahren.
    • 1) Kg ist als eine Variable definiert, die zur Veränderung der Verstärkung des Regelkreises verwendet wird. Diese Variable beeinflusst die Verstärkung der PID-Gleichung (I). Bei dem erfinderischen Verfahren ist diese Variable eine kombinierte Funktion von Positionsfehler und von Befehlsgeschwindigkeit. Bei Befehlsgeschwindigkeit Null und Positionsfehler Null ist Kg = 1, d.h. die PID-Koeffizienten sind nicht verändert. Während der Bewegung steigen die Befehlsgeschwindigkeits- und Positionsfehlerwerte an. Kg wird dann auf einen erhöhten Wert verändert, der verursachen wird, dass das System stark reagiert, um den Positionsfehler zu verringern.
    • 2) t_KgPar ist als ein Koeffizient definiert, der die Veränderungsrate von Kg mit Befehlsgeschwindigkeit einstellt. Diesem Koeffizienten ist für ein gegebenes System ein fester Wert verliehen, und er definiert das Verhältnis zwischen Kg und dem Positionsfehler.
    • 3) nKd ist als der Koeffizient definiert, der den Veränderungssatz von Kg mit der Befehlsgeschwindigkeit einstellt. Diesem Koeffizienten ist für ein gegebenes System ein fester Wert verliehen, und er definiert das Verhältnis zwischen Kg und der Befehlsgeschwindigkeit.
    • 4) MinGeschw ist als Geschwindigkeits-Schwellenparameter definiert. Diesem Koeffizienten ist für ein gegebenes System ein fester Wert verliehen, und er definiert das Verhältnis von Kg und der Befehlsgeschwindigkeit. Liegt die Befehlsgeschwindigkeit deutlich unter dem gegebenen festen Wert, so ist Kg unabhängig von der Befehlsgeschwindigkeit. Überschreitet die Befehlsgeschwindigkeit diesen Wert, so nimmt Kg progressiv mit der Befehlsgeschwindigkeit zu.
    • 5) MaxKg ist als eine Obergrenze für Kg definiert. Die Schwankung von Kg mit Befehlsgeschwindigkeit und Positionsfehler ist auf diesen Maximalwert begrenzt.
    • 6) KgFilter ist als ein Parameter für das Filtern von Kg definiert, wenn Kg abnimmt. Um eine Diskontinuität der Feedbackreaktion zu vermeiden, wird ein Tiefpasszeitfilter auf Kg angelegt, wenn der Kg-Wert abnimmt. Es wird kein Filter angelegt, wenn Kg zunimmt.
  • Mit den obigen Definitionen kann die nachfolgende Gleichung in Übereinstimmung mit dem erfinderischen Steuerverfahren dargelegt werden, wobei sie die auf das Servomechanismus-Steuersystem angelegte Feedbackmenge darstellt (hierin: integrales Feedback). I = Integral + Kp·Kg^2·ε + Kd·Kg·dε/dt (2)wobei Integral definiert ist wie folgt: Integral (t + dt) = Integral (t) + dt·Kii·Kg·Kg·Kgε + dt·Kip·Kg·Kg·dε/dt (3)
  • Kii und Kip sind definiert wie folgt: (wobei |ε| den absoluten Wert von ε definiert)
    Wenn (|ε| > 0) und (d|ε|/dt > 0), dann [Kii = Kis, Kip = Kiv],
    ansonsten [Kii = Ki, Kip = 0].
  • Kg wird mit der folgenden Formel berechnet: Anfangswert von Kg, Kg = 1 (4) TKg = f(|ε|, |Vc|) (5) wobei f eine wachsende Funktion von sowohl Positionsfehler |ε| als auch Befehlsgeschwindigkeit |Vc| ist, mit einem finiten Maximalwert und einem positiven Minimalwert von 1. Es können viele mathematische Funktionen oder Tabellen von mit diesen Regeln übereinstimmenden Werten für f gewählt werden, und für die bevorzugte Ausführung wurde die folgende Funktion gewählt: Tkg1 = {nKd·abs|Vc| + MinGeschw.}/{|Vc| + MinGeschw.} + t_KgPar·|ε| (6) Wenn (Tkg > MaxKg), dann ist Tkg = MaxKg (7) Wenn (Tkg > Kg), dann ist Kg = Tkg (8) Ansonsten gilt Kg (t + dt) = Kg(t) + KgFilter·dt·(Tkg – Kg(t)) (9)
  • In Übereinstimmung mit dem erfinderischen Steuerverfahren verschaffen die obigen Steuergleichungen (1) – (9) die folgenden Funktionen:
  • (1) Funktion von Kg:
  • Die Feedback-Parameter werden um Kg vermehrt. Im Gleichgewicht, d.h. wenn der Positionsfehler klein ist und wenn die Geschwindigkeit niedrig ist, ist im allgemeinen ein gleichmäßiger Betrieb erforderlich, und in solchen Fällen ist es wünschenswert, die Feedbackverstärkung zu begrenzen, um Vibrationen in dem Steuersystem zu vermeiden. Ein anderer Grund für die Begrenzung der Feedbackverstärkung bei niedrigen Geschwindigkeiten ist, dass die meisten Servosteuersysteme im Beharrungszustand aufgrund von Reibung, der digitalen Natur von Feedbackvorrichtungen, Zahnspiel von Gewinden und anderen physikalischen Einschränkungen ein nichtlineares Verhalten aufweisen. In vielen Fällen schränken diese physikalischen Einschränkungen die maximale Feedbackverstärkung des Steuersystems im Beharrungszustand ein. Während der Bewegung kann jedoch eine viel höhere Feedbackverstärkung zugelassen werden.
  • In Übereinstimmung mit den Prinzipien des erfinderischen Verfahrens ermöglicht es Kg, die Verstärkung während der Bewegung zu ändern, und die spezifische Kombination von Befehlsgeschwindigkeits- und Positionsfehlervariablen in der Kg-Formel (Gleichungen 4–9 oben) verschafft einen praktischen Weg zur Veränderung der Verstärkung, ohne Schwankungen in das Steuersystem einzubringen.
  • Auch wird für jeden Feedbackparameter der Wert von Kg auf einen unterschiedlichen mathematischen Exponenten angehoben, und dies erhält die Regelkreisstabilität für alle Kg-Werte in dem Bereich < MaxKg aufrecht.
  • (2) Funktion von Kis, Kiv:
  • Bei konventionellen Systemen ist das integrale Feedback proportional zu dem Positionsfehlerintegral. wird die integrale Feedbackverstärkung erhöht, dann liegt das Problem von Überschwingung vor und es wird Systeminstabilität erhalten. In der Reichweite der vorliegenden Erfindung wurde beobachtet, dass, wenn der Positionsfehler abnimmt, das Integral einen ausreichenden Wert erreicht hat, um die Störungen auszugleichen, die den Positionsfehler verursacht haben. Bei konventionellen Systemen wächst der Integralterm jedoch weiter, und wenn der Positionsfehler schließlich zu Null zurückkehrt, hat der Integralterm einen zu großen Wert und ist die Quelle von Überschwingung. Dies ist der Hauptgrund für das Anbringen von Obergrenzen an der Integralfeedbackverstärkung.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wächst der Integralterm stark, wenn der Positionsfehler wächst, wächst jedoch langsam (oder stoppt, wenn Ki = 0), wenn der Positionsfehler abnimmt. Dies beseitigt die Ursachen der Überschwingung, und somit kann die Integralfeedbackverstärkung einen viel größeren Wert haben, so groß wie 10 Mal mehr.
  • Gleichermaßen wendet das erfinderische Verfahren diese Herangehensweise auf das Integral der Positionsfehlerableitung (Kiv) an. Da das Integral der Positionsfehlerableitung sich auf den Positionsfehler bezieht, erhöht Kiv die sogenannte proportionale Feedbackverstärkung Kp, ohne Schwankungen zu erzeugen.
  • Nun bezugnehmend auf die 2a–b ist dort ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Systems von 1 in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung illustriert, beispielsweise in einer Positionssteuerung verschaffenden Anwendung, welche einen Elektromotor als Systemauslöser verwendet. In der bevorzugten Ausführung ist das Verfahren in ein Software-Steuerprogramm integriert, das typischerweise auf einem Steuerhardware-Computersystem läuft, das auf einem NEC V853 Mikroprozessorchip oder anderem verwirklicht sein kann, in Übereinstimmung mit Software-Programmiertechniken des Kenntnisstandes der Technik.
  • Man lässt das in den 2a–b beschriebene Steuerprogramm auf der Steuerhardware laufen, und in Block 25 wird das Steuerprogramm wiederholt abgerufen, typischerweise durch eine Unterbrechung oder Verzögerung, um das Programm in regelmäßigen Zeitabständen abzurufen. In Block 28 wird der Zeitabstand zwischen dem derzeitigen Abruf und dem letzten Abruf des Steuerprogramms berechnet. Wenn regelmäßige Zeitabstände verwendet werden, so kann die Variable dt typischerweise auf einen konstanten Wert eingestellt werden.
  • In Block 30 wird zur Berechnung der Geschwindigkeit der vorige Wert der Position im Speicher gespeichert. In Block 32 werden die derzeitige Befehlsposition und Systemposition gemessen und die Differenz wird berechnet, was zu dem Positionsfehler ε führt. Diese Werte von Befehlsposition und Systemposition werden mittels Schnittstellenvorrichtungen gelesen, die in der spezifischen Anwendung vorgesehen sind, wie etwa digitale Kodierer.
  • In Block 34 wird ein Zielwert für den Verstärkungsfaktor (Kg) unter Verwendung der Formeln in den Gleichungen (5) und (6) berechnet. Diese Formel erhöht die Verstärkung progressiv mit Positionsfehler und Befehlsgeschwindigkeit. In Block 36 wird der Zielwert für die Verstärkung getestet, und wenn der Zielwert für Verstärkung niedriger ist als der derzeitige, so wird in Block 38 ein Filter auf Kg angelegt. Dies hinterlässt für einige Zeit nach einer Störung eine höhere Verstärkung, wodurch dem System mehr Zeit gegeben wird, sich zu stabilisieren, bevor die Verstärkung wieder zurück auf ihren ursprünglichen Wert gesenkt wird.
  • Wenn der Test von Block 36 des Zielwerts für Verstärkung zeigt, dass er höher ist als der derzeitige, so springt in Block 40 die Verstärkung unmittelbar auf einen hohen Wert, um auf rasch und stark auf eine erfasste Störung anzusprechen. In Block 42 wird das proportionale und differentielle Feedback in Übereinstimmung mit der gezeigten Formel getestet. Das proportionale Feedback wird mit der Verstärkung Kg auf Exponent 2 multipliziert, und das Differentialfeedback wird mit der Verstärkung Kg multipliziert.
  • In Block 44 wird der Positionsfehler getestet, um festzustellen, ob er zunimmt oder abnimmt, und das Steuerprogram wählt entsprechend die Werte für die Integralfeedbackparameter aus. Nimmt der Positionsfehler zu, so wird in Block 46 die Feedbackverstärkung erhöht und wird ein hoher wert des Integralfeedbacks (Gleichung (2)) gewählt.
  • Nimmt jedoch der Positionsfehler ab, dann bedeutet dies, dass das Integralfeedback schließlich einen Wert erreicht hat, der das System hin zur Kommandoposition bringen wird. Würde das Integralfeedback weiterhin wachsen, dann wäre, wenn das System schließlich die Befehlsposition erreicht, der Wert des Integralfeedbacks zu groß und es würde ein Überschwingen hervorgerufen. Somit wird in Block 48 ein niedriger Wert für Kii gewählt, und für Kip wird ein Nullwert gewählt.
  • In Block 50 wird das Integralfeedback per Gleichung (2) berechnet, und in diesem Schritt wird Kii mit Kg auf Exponent 3 multipliziert, und Kip wird mit Kg auf Exponent 2 multipliziert.
  • In Block 52 wird das totale berechnete Feedback zum System hin ausgebracht. In Block 54 ist das Ende des Steuerprogramms erreicht, und das Programm wird bei dem nächsten Zeitabstand dt wieder von der Systemsoftware abgerufen.
  • In einer alternativen Ausführung kann das Feedbacksystem mit geschlossenem Regelkreis in Übereinstimmung mit Standardgestaltungstechniken in einem analogen Signalprozessor verwirklicht sein,.
  • Nachdem das erfinderische Verfahren in Hinblick auf bestimmte spezifische Schritte beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Beschreibung nicht als eine Einschränkung beabsichtigt ist, da sich nun den Fachleuten in der Technik weitere Änderungen anbieten werden, und dass beabsichtigt ist, solche Änderungen, wie sie innerhalb der Reichweite der beigefügten Ansprüche liegen, abzudecken.

Claims (12)

  1. Ein Verfahren zur Steuerung eines Servomechanismus, wobei besagtes Verfahren den Schritt umfasst des: Generierens (12) eines Befehlssignals (C), das eine erwünschte physikalische Qualität darstellt, Auslösens (18) eines angetriebenen Elements, um besagte physikalische Quantität (E) in Übereinstimmung mit besagtem Befehlssignal abzugeben, Messens (14) besagter abgegebener physikalischer Quantität (E) und deren Vergleichens mit besagtem Befehlssignal, Generierens eines Fehlersignals (ε), das die Differenz zwischen besagtem Befehlssignal (C) und besagtem gemessenem Output (E) darstellt, und des Vorsehens (16, 20) besagten Fehlersignals (ε) in einer Feedbackschleife ((F(s), I) mit einem variablen Stellfaktor (Kg), um besagtes angetriebenes Element auf eine Weise auszulösen, dass besagtes Fehlersignal (ε) auf einen Nullwert reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass besagter variabler Stellfaktor (Kg) in Übereinstimmung mit einer wachsenden Funktion (TKg) vorgesehen wird, die sowohl auf den absoluten Wert besagten Fehlersignals (|ε|) als auch den absoluten Wert der Geschwindigkeit (|Vc|) besagten Befehlssignals bezogen ist, wobei besagte variable Stellfaktorfunktion (TKg) mit besagtem absoluten Wert besagten Fehlersignals (|ε|) und besagtem absoluten Wert der Geschwindigkeit (|Vc|) besagten Befehlssignals ansteigt und einen finiten Maximalwert und positiven Minimalwert besitzt.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Feedbackschleife (I) Elemente umfasst, die differentielles Feedback, proportionales Feedback und integrales Feedback darstellen.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagter variabler Stellfaktor (Kg) mit einem Exponenten von eins in besagter Feedbackschleife (I) auf besagtes differentielles Feedbackelement angewendet wird.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagter variabler Stellfaktor (Kg) mit einem Exponenten von zwei in besagter Feedbackschleife (I) auf besagtes proportionales Feedbackelement angewendet wird.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagter variabler Stellfaktor (Kg) mit einem Exponenten von drei in besagter Feedbackschleife (I) auf besagtes integrales Feedbackelement angewendet wird.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Verfahren auf ein Positionskontrollsystem (10) angewendet wird, wobei besagtes angetriebenes Element als Motor vorgesehen ist und besagte variable Stellfaktorfunktion (TKg) in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung vorgesehen ist: Tkg1 = {nKd·abs|Vc| + MinGeschw}/{|Vc|} + MinGeschw} + t_KgPar·|ε|, wobei, wenn (TKg > MaxKg), dann TKg = MaxKg, und wobei: Vc = Befehlsgeschwindigkeit, was die Geschwindigkeit des Positionsbefehls ist, MinGeschw = ein Geschwindigkeits-Schwellenparameter, MaxKg = eine Obergrenze für Kg, T_KgPar = ein Koeffizient, der die Veränderungsrate von Kg mit der Befehlsgeschwindigkeit bestimmt, ε = Positionsfehler.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den Schritt des Filterns (36) besagter variabler Stellfaktorfunktion (TKg) auf asymmetrische Weise durch Anwendung eines Tiefpasszeitfilters (38) auf besagten variablen Stellfaktor (Kg), wenn dessen Wert abnimmt, nicht wenn dessen Wert zunimmt, umfasst.
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Fehlersignal (ε) einen Positionsfehler umfasst und besagte Feedbackschleife (Tkg1) ein integrales Feedbackelement umfasst, das in Übereinstimmung mit einer Ableitung des absoluten Werts besagten Positionsfehlersignals (ε) eingestellt ist, sodass besagtes integrales Feedbackelement einen relativ hohen Wert hat, wenn besagtes Positionsfehlersignal (ε) ansteigt, und einen relativ niedrigen Wert, wenn besagtes Positionsfehlersignal (ε) abnimmt.
  9. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Fehlersignal (ε) einen Positionsfehler umfasst und besagte Feedbackschleife (Tkg1) ein integrales Geschwindigkeitsfehler-Feedbackelement umfasst, das in Übereinstimmung mit einer Ableitung des absoluten Werts besagten Positionsfehlersignals (|ε|) eingestellt ist, sodass besagtes integrales Feedbackelement einen relativ hohen Wert hat, wenn besagtes Positionsfehlersignal (ε) ansteigt, und einen relativ niedrigen wert, wenn besagtes Positionsfehlersignal (ε) abnimmt.
  10. Ein Servomechanismus-Steuersystem (10), umfassend: Mittel (12) zum Generieren eines Befehlssignals (C), das eine erwünschte physikalische Quantität darstellt, Mittel (18) zum Auslösen eines angetriebenen Elements, um besagte physikalische Quantität (E) in Übereinstimmung mit besagtem Befehlssignal abzugeben, Mittel (14) zum Messen besagter abgegebener physikalischer Quantität (E) und deren Vergleichen mit besagtem Befehlssignal (C), Mittel zum Generieren eines Fehlersignals (ε), das die Differenz zwischen besagtem Befehlssignal (C) und besagtem gemessenen Output (E) darstellt, und Mittel (16, 20) zum Bereitstellen besagten Fehlersignals (ε) in einer Feedbackschleife (F(s), I) mit einem variablen Stellfaktor (Kg), um besagtes angetriebenes Element auf eine Weise auzulösen, dass besagtes Fehlersignal (ε) auf einen Nullwert reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass besagter variabler Stellfaktor (Kg) in Übereinstimmung mit einer wachsenden Funktion (TKg) vorgesehen wird, die sowohl auf den absoluten Wert besagten Fehlersignals (|ε|) als auch den absoluten Wert der Geschwindigkeit (|Vc|) besagten Befehlssignals bezogen ist, wobei besagte variable Stellfaktorfunktion (TKg) mit besagtem absoluten wert besagten Fehlersignals (|ε|) und besagtem absoluten Wert der Geschwindigkeit (|Vc|) besagten Befehlssignals ansteigt und einen finiten Maximalwert und positiven Minimalwert besitzt.
  11. Das Steuersystem von Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Mittel (16, 20) zur Bereitstellung besagten Fehlersignals in einer Feedbackschleife eine in einem mit Steuersoftware programmiertem Mikrosteuergerät implementierte Datenverarbeitungseinheit umfasst.
  12. Das Steuersystem von Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Mittel (16, 20) zur Bereitstellung besagten Fehlersignals in einer Feedbackschleife eine in einem analogen Signalverarbeitungsgerät implementierte Datenverarbeitungseinheit umfasst.
DE69923791T 1998-12-02 1999-12-02 Verbessertes verfahren und system zur servomechanischen steuerung Expired - Lifetime DE69923791T2 (de)

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IL12737098A IL127370A (en) 1998-12-02 1998-12-02 Control system and method for servo mechanism
IL12737098 1998-12-02
PCT/IL1999/000653 WO2000033145A1 (en) 1998-12-02 1999-12-02 Improved servomechanical control system and method

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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6870345B1 (en) * 2003-09-26 2005-03-22 Texas Instruments Incorporated Servo loop PID compensator with embedded rate limit
TWI460564B (zh) * 2009-04-30 2014-11-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 採用pid控制器之控制方法及控制裝置與機器人
ES2359308B1 (es) * 2009-10-13 2012-03-23 Universitat Politécnica de Catalunya Servomando para el control de veh�?culos.
US9733641B2 (en) * 2013-10-22 2017-08-15 Yokogawa Electric Corporation Method and apparatus for performing diagnostics on a conventional control valve
CN103995463B (zh) * 2014-05-30 2016-07-06 北京敬科海工科技有限公司 一种基于混合控制的电液比例阀位置伺服驱动方法
JP7178370B2 (ja) * 2017-06-15 2022-11-25 ノボ・ノルデイスク・エー/エス 適合可能な標的グルコースレベルを用いる基礎タイトレーション

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4396975A (en) * 1980-10-01 1983-08-02 Fujitsu Fanuc Limited Position control system for a closed loop type numerical-controlled machine tool
JPH02139606A (ja) * 1988-11-21 1990-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 位置制御装置
US5134354A (en) * 1989-04-10 1992-07-28 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Seisakusho Servo motor control apparatus
US5184055A (en) * 1989-10-06 1993-02-02 Canon Kabushiki Kaisha Device for positioning control
US5764017A (en) * 1996-04-16 1998-06-09 Iomega Corporation Servo loop compensation technique exhibiting improved bandwith
JPH06525A (ja) * 1991-01-09 1994-01-11 Mitsubishi Electric Corp ストリップループの自動ゲイン設定装置
JPH07246947A (ja) * 1994-03-11 1995-09-26 Aisin Seiki Co Ltd 車輌の操舵制御装置
JP3091388B2 (ja) * 1995-04-19 2000-09-25 ファナック株式会社 モータの暴走検出方法および暴走検出装置

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