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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Motorsteuersystem und
insbesondere ein Motorantriebssteuersystem, welches die Funktion
des Messens der Motorfrequenzkennlinien enthält.
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Stand der
Technik
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In
den letzten Jahren war es verbreitete Praxis, die Frequenzkennlinien
eines Motors mit einer mechanisch mit ihm verbundenen Last zu ermitteln, um
die mechanische Resonanz, welche zu einer Verschlechterung der Betriebsleistung
führen
kann, den Frequenzgang, die Stabilität der Steuerung und dergleichen
zu analysieren. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der
Betriff „Frequenzkennlinie" einen Graphen, welcher
die Beziehung zwischen Verstärkungsfaktor
oder Phase und einer Frequenz darstellt. Der Begriff „Frequenzgang" bezeichnet die Frequenzkennlinien
einer realen Bewegung in Reaktion auf einen Antriebsbefehl, wobei
die reale Bewegung durch ein Steuerobjekt auf der Grundlage des Eingabebefehls über einen
Steuerverstärkungsfaktor zur
Bildung einer Rückkopplungsschleife
ausgeführt wird.
Der Begriff „Geschwindigkeitsbefehl-Frequenzgang" bezeichnet den Frequenzgang
in dem Fall, dass der Eingabebefehl ein Geschwindigkeitsbefehl ist.
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Bisher
wurde zum Messen der Frequenzkennlinien eines Motors in einem Motorantriebssteuersystem
die Konstruktion einer Rückkopplungsschleife,
wie sie beispielsweise in 12 dargestellt ist,
verwendet. Gemäß 12 empfängt eine
Motorantriebseinheit 1 ein Steuerbefehlseingangssignal (im
folgenden als „Eingangsbefehlssignal" bezeichnet) und
treibt einen Motor 3 sowie eine Last 4 entsprechend
dem Steuerbefehlseingangssignal an. Die Last 4 ist über eine
Antriebswelle mechanisch mit dem Motor verbunden. Als Eingangsbefehlssignal wird
im allgemeinen ein Geschwindigkeitsbefehlssignal Vins oder ein Positionsbefehlssignal
Pins verwendet. Im Beispiel von 12 ist
die herkömmliche Konstruktion
in dem Fall gezeigt, dass ein Geschwindigkeitsbefehl Vins verwendet
wird.
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Mit
der Motorantriebseinheit 1 ist ein Servo-Analysator 5 verbunden,
der einen Oszillator (nicht eingezeichnet) zum Erzeugen eines Sinussignals
enthält,
so dass das von dem Servo-Analysator 5 abgegebene Sinussignal
an die Motorantriebseinheit 1 angelegt wird und als Geschwindigkeitsbefehl Vins
dient. Außerdem
ist der Servo-Analysator 5 mit einem am Motor angebrachten
Drehzahldetektor 6 verbunden, um die tatsächliche
Drehzahl Vr (nachfolgend als „tatsächliche
Motordrehzahl" bezeichnet) des
Motors 3 zu erfassen, so dass der Servo-Analysator 5 die vom Drehzahldetektor 6 erfasste
tatsächliche
Motordrehzahl Vr empfängt.
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Bei
dieser Konstruktion gibt der Servo-Analysator 5 ein Sinussignal
als Geschwindigkeitsbefehl Vins aus. Die Motorantriebseinheit 1 empfängt den Geschwindigkeitsbefehl
Vins und treibt den Motor 3 und die Last 4 entsprechend
dem Geschwindigkeitsbefehl Vins an. Daher ist die tatsächliche
Motordrehzahl Vr, wie in 13 gezeigt,
eine Bewegung in Sinuswellenform entsprechend dem Geschwindigkeitsbefehl
Vins.
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Bei
dem Kurvenformvergleich von 13 erfasst
der Servo-Analysator 5 einen Verstärkungsfaktor, der das Amplitudenverhältnis zwischen
Geschwindigkeitsbefehl Vins und tatsächlicher Motordrehzahl Vr ist,
und den Phasenversatz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl Vins und
der tatsächlichen
Motordrehzahl Vr. Durch fortgesetzte Erfassung von Verstärkungsfaktor
und Phasenversatz bei allmählicher
Erhöhung
der Frequenz des Geschwindigkeitsbefehls Vins werden die Frequenzkennlinien
im Bereich vom Geschwindigkeitsbefehl Vins bis zur tatsächlichen
Motordrehzahl Vr erhalten. Die Messergebnisse für die Frequenzkennlinien werden
im allgemeinen in einem Bode-Diagramm dargestellt.
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Bei
der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Konstruktion ist der
Servo-Analysator 5 als
Instrument zum Messen der Frequenzkennlinien des Motors unbedingt
erforderlich. Wenn also die mit dem Motor gekoppelte körperliche
Last 4 zu groß und zu
schwer ist um bewegt werden zu können,
muss der Servo-Analysator 5 an
die Stelle bewegt werden, an der die Last 4 angekoppelt
ist. Im allgemeinen jedoch ist der Servo-Analysator 5 ein
nicht tragbares Instrument, so dass das herkömmliche Antriebssteuersystem
sehr unpraktisch ist.
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Weil
die Frequenz des Geschwindigkeitsbefehls Vins im Bereich der gewünschten
Messbandbreite allmählich
von der niedrigsten Frequenz zur höchsten Frequenz gesteigert
wird, gibt es bisher außerdem
das Problem, dass die Messdauer unvorteilhaft lang ist. Dabei muss
zur Unterdrückung
der Einwirkung von Rauschen und dergleichen zur Verbesserung der
Messgenauigkeit der Frequenzkennlinien die Amplitude des Geschwindigkeitsbefehls
Vins bis zu einem gewissen Grad erhöht werden. Wenn die Messdauer
bei unverändert
hoher Amplitude lang ist, erhöht
sich die Belastung von Motor 3 und Last 4, was
gelegentlich zum Ausfall des Motors 3 durch Überhitzen
oder zum Ausfall der Last 4 führt.
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Aus
der JP 10-332798 ist ein Verfahren zum Messen der Motorfrequenzkennlinien
und zur Motorsteuerung bekannt, bei dem das Eingangssignal für den Servomotor
ausgewählt
wird zwischen einem M-Serien-Signal in einer ersten Schaltstellung
und einem Motorsteuersignal in einer zweiten Schaltstellung. Der
Servomotor ist mit einer Frequenz-/Spannungs-Umformungsschaltung
ausgestattet, deren Signal in einer ersten Schaltstellung von einem
zweiten Schalter an eine Hochgeschwindigkeits-Fourier-Umformungsschaltung
und in einer zweiten Schaltstellung an einen Verstärkereingang
gegeben wird. Die beiden Schalter werden von einer Steuerschaltung gleichzeitig
betätigt.
Bei dem hier offenbarten System erfolgt die Messung der Frequenzkennlinien
in einer Steuerkette (erste Schalterstellung). Bei diesem offenbarten
Steuersystem fehlt es an Sicherheit bei der Messung der Frequenzkennlinien,
weil die Steuerkette keine Überwachung
und keine sofortige Reaktion auf Änderungen in der Motorantriebscharakteristik erlaubt.
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Aus
dem US-Patent 5,155,422 ist die Verwendung von Zufallsrauschen als
Eingangssignal zur Frequenzgangmessung in einem offenen Servosteuersystem
bekannt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der genannten Probleme
entwickelt und hat die Aufgabe, ein Motorantriebssteuersystem zur
Verfügung zu
stellen, welches die Frequenzkennlinien des Motors mit angehängter Last
innerhalb kurzer Zeit messen kann, ohne dass ein spezielles Instrument,
beispielsweise ein Servo-Analysator, dafür nötig wäre.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die gestellte Aufgabe durch Bereitstellung eines Motorantriebssteuersystems,
bei dem eine Motorantriebseinheit ein Antriebssteuerbefehl-Eingangssignal
zum gesteuerten Antreiben eines Motors mit angehängter Last empfängt. Das
Motorantriebssteuersystem weist auf:
ein Weiß-Rauschen-Erzeugungsmittel,
das weißes Rauschen
erzeugt;
ein Befehlsauswählmittel
zum Auswählen
entweder des Antriebssteuerbefehl-Eingangssignals bei normaler Steuerung
oder des weißen
Rauschens, das durch das Weiß-Rauschen-Erzeugungsmittel
erzeugt wird, bei Frequenzkennlinienbetrieb als Steuerbefehlsdatensignal;
ein
Steuermittel, das unter Verwendung des vom Befehlsauswählmittel
ausgegebenen Steuerbefehlsdatensignals einen Motorantrieb steuert;
ein
Abtastmittel, das während
einer vorgegebenen Abtastzeit Daten abtastet, die den Antriebszustand des
Motors oder der Last wiedergeben, um Abtastdaten zu erzeugen;
ein
erstes Fourier-Transformationsmittel zur Fourier-Transformation
der vom Befehlsauswählmittel ausgegebenen
Steuerbefehlsdaten zusammen mit den vom Abtastmittel erhaltenen
Abtastdaten und
ein erstes Frequenzkennlinien-Betriebsmittel
zur Berechnung von Frequenzkennlinien in dem Bereich von den Steuerbefehlsdaten
zu den Abtastdaten auf der Grundlage der Ausgabedaten des ersten
Fourier-Transformationsmittels, wobei das Steuermittel (10, 34),
der Motor (3) und das Abtastmittel (13, 36) eine
geschlossene Rückkopplungsschleife
bilden.
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Bei
obigem Aufbau ist kein spezielles Instrument erforderlich, weil
der Aufbau zur Berechnung der Frequenzkennlinien in der Motorsteuereinheit enthalten
ist. Außerdem
ist es anders als beim herkömmlichen
System nicht erforderlich, die Frequenz allmählich zu erhöhen, weil
weißes
Rauschen, das alle Frequenzanteile gleichmäßig enthält, als Steuerbefehlssignal
verwendet wird. Dadurch kann die Messung der Frequenzkennlinien
innerhalb kurzer Zeit erfolgen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen hervor, in denen gleiche Teile jeweils mit demselben
Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems;
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2 ein
Blockdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems;
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3 ein
Blockdiagramm des dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems;
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4 ein
Blockdiagramm des vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems;
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5 ein
Bode-Diagramm, welches den Funktionsablauf beim vierten Ausführungsbeispiel darstellt;
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6 ein
Blockdiagramm der Rückkopplungsschleife
beim vierten Ausführungsbeispiel;
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7 ein
Blockdiagramm der Rückkopplungsschleife
beim fünften
Ausführungsbeispiel;
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8A und 8B Bode-Diagramme,
welche den Funktionsablauf beim fünften Ausführungsbeispiel darstellen;
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9 ein
Blockdiagramm des sechsten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems;
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10 ein
Blockdiagramm des siebten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems;
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11 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Datenstruktur beim achten Ausführungsbeispiel;
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12 ein
Blockdiagramm eines herkömmlichen
Motorantriebssteuersystems und
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13 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Funktionsweise des herkömmlichen
Motorantriebssteuersystems.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Vorab
sei darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen gleiche Teile
jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind, weil die Grundstruktur bei
allen bevorzugten Ausführungsbeispielen
gleich ist.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt
ein Blockdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motorantriebssteuersystems.
Bei diesem Aufbau empfängt
eine Motorantriebseinheit 1 zum Antreiben und Steuern eines
Motors 3 ein Befehlseingangssignal zur Motorantriebssteuerung.
Als Befehlseingangssignal wird im allgemeinen ein Geschwindigkeitsbefehlssignal
Vins oder ein Positionsbefehlssignal Pins verwendet. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
ist der Fall dargestellt, dass an die Motorantriebseinheit 1 ein
Geschwindigkeitsbefehlssignal Vins angelegt wird.
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Die
Motorantriebseinheit 1 enthält einen Generator 8 für weißes Rauschen,
der weißes
Rauschen WN erzeugt, eine Geschwindigkeitsbefehlschalteinheit 9,
einen Drehzahlregler 10, der einen Kompensator mit bekannten
Eigenschaften zum Steuern der Drehung des Motors enthält, und
eine Drehzahlerfassungseinheit 13 zum Erfassen der tatsächlichen
Drehzahl des Motors und Abtasten der erfassten Motordrehzahl. Die
Motorantriebseinheit 1 weist ferner eine erste Fourier-Transformationseinheit 15 und
eine erste Frequenzkennlinienbetriebseinheit 16 auf.
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Bei
dieser Konstruktion wird die Geschwindigkeitsbefehlsschalteinheit 9 so
geschaltet, dass sie eine Auswahl zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal
Vins an die Motorantriebseinheit 1 und dem vom Generator 8 für weißes Rauschen
erzeugten WN-Signal (weißes
Rauschen) trifft, so dass je nach Wahl das Befehlssignal Vins oder
das WN-Signal als Geschwindigkeitssteuersignal Cins an den Drehzahlregler 10 angelegt
wird. Das von dem Generator 8 erzeugte weiße Rauschen
WN enthält
alle Frequenzanteile gleichmäßig. Bei
diesem Motorantriebssteuersystem ist der Motor 3 betriebsmäßig über eine
Welle und eine Kupplung mit einer physischen Last 4 verbunden,
die von dem Motor 3 angetrieben wird.
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Der
Motor 3 ist beispielsweise mit einem Drehkodierer 12 ausgestattet,
welcher einen Impulsgenerator und dergleichen besitzt und als Drehpositionserfassungseinheit
zum Erfassen der Drehposition des Motors 3 und Erzeugen
eines Motordrehpositionserfassungssignals Pd dient. Ausgehend vom Drehpositionserfassungssignal
Pd des Motors, das vom Drehkodierer 12 erfasst worden ist,
ermittelt die Drehzahlerfassungseinheit 13 die tatsächliche
Drehzahl Vr des Motors 3, indem sie z.B. ein Differenzierglied
(nicht eingezeichnet) enthält.
Alternativ dazu kann der Drehkodierer 12 auch die Funktion
eines Differenzierglieds enthalten, um die tatsächliche Motordrehzahl Vr zu
erzeugen. Die Drehzahlerfassungseinheit 13 dient außerdem als
Drehzahlabtastmittel, um die tatsächliche Motordrehzahl abzutasten,
und erzeugt die Motordrehzahl-Abtastdaten (im folgenden als „Motordrehzahl
Vm" bezeichnet).
Da die Drehzahldaten-Abtastzeit der Drehzahlabtasteinheit 13 verkürzt ist,
werden Frequenzkennlinien in einem höheren Frequenzband erhalten.
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Der
Drehzahlregler 10 empfängt
sowohl den Drehzahlsteuerbefehl Cins als auch die Motordrehzahl
Vm und setzt einen Steuerverstärkungsfaktor
K fest, um den Motor 3 so zu steuern, dass der Drehzahlsteuerbefehl
Cins und die Motordrehzahl Vm übereinstimmen.
Damit bilden der Drehzahlregler 10, der Drehkodierer 12 des
Motors 3 und die Drehzahlerfassungseinheit 13 eine
Drehzahlregelschleife.
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Inzwischen
werden die von der Befehlsschalteinheit 9 erzeugten Daten
für die
Geschwindigkeitsbefehle Cins und die von der Drehzahlerfassungseinheit 13 ausgegebene
Motordrehzahl Vm zusammen in die erste Fourier-Transformationseinheit 15 eingespeist,
und deren Ausgangssignale werden der ersten Frequenzkennlinienbetriebseinheit 16 zugeführt.
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Wenn
der Motor 3 normal gesteuert wird, ist die Befehlsschalteinheit 9 bei
der hier behandelten Konstruktion so geschaltet, dass sie das als
Geschwindigkeitssteuerbefehl Cins für den Drehzahlregler 10 zu
verwendende Geschwindigkeitsbefehl-Eingangssignal wählt. Dadurch
können
der Motor 3 und die Last 4 entsprechend dem Geschwindigkeitsbefehl-Eingangssignal
Vins betrieben werden.
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Wenn
der Betriebsmodus des Steuersystems auf Messung der Frequenzkennlinien
des Motor gestellt ist, wird in einem ersten Schritt die Befehlsschalteinheit 9 so
geschaltet, dass sie das vom Generator 8 erzeugte weiße Rauschen
WN wählt,
so dass das weiße
Rauschen als das an den Drehzahlregler 10 anzulegende Geschwindigkeitsbefehlssignal
Cins verwendet wird. Dadurch können
der Motor 3 und die Last 4 entsprechend dem weißen Rauschen
WN als Geschwindigkeitsbefehlssignal Cins betrieben werden.
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Bei
diesem Frequenzkennlinien-Messvorgang werden die Geschwindigkeitsbefehlsdaten
Cins und die Motordrehzahldaten Vm mittels der ersten Fourier-Transformationseinheit 15 aus
einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich transformiert. Auf der Grundlage
der sich ergebenden Frequenzbereichsdaten berechnet die erste Frequenzkennlinienbetriebseinheit 16 dann
einen Verstärkungsfaktor
und eine Phase, die zur Ermittlung der Frequenzkennlinien im Bereich
vom Geschwindigkeitsbefehl Cins bis zur Motordrehzahl Vm verwendet
werden. Die Geschwindigkeitsbefehl-Frequenzkennlinien des Motors 3 werden
mit anderen Worten auf der Grundlage des Verstärkungsfaktors und des Phasenversatzes erhalten.
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Beim
ersten Ausführungsbeispiel
enthält
die Motorantriebseinheit 1 einen Aufbau zur Ermittlung der
Frequenzkennlinien des Motors, so dass anders als beim herkömmlichen
Verfahren kein spezielles Instrument, beispielsweise ein Servo-Analysator 5, mehr
nötig ist.
Dadurch wird es möglich,
die Messung der Frequenzkennlinien des Motors 3 mit angehängter physischer
Last 4 deutlich zu vereinfachen.
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Weil
das weiße
Rauschen WN, das alle Frequenzanteile gleichmäßig enthält, als Geschwindigkeitssteuerbefehl
verwendet wird, ist es außerdem nicht
nötig,
die Frequenz des Geschwindigkeitsbefehlssignals Vins im Bereich
der gewünschten
Messbandbreite vom niedrigsten zum höchsten Wert allmählich zu
erhöhen,
wie es bei herkömmlichen
Verfahren erforderlich ist, so dass die Messung der Frequenzkennlinien
des Motors innerhalb kurzer Zeit vorgenommen werden kann. Selbst
wenn die Amplitude des Geschwindigkeitsbefehlssignals erhöht wird,
um die Messgenauigkeit zu verbessern, kann daher die Belastung des
Motors 3 und der Last 4 minimiert werden, weil
die Messung innerhalb kurzer Zeit abgeschlossen ist.
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Außerdem kann
jede der Blockkomponenten 8, 9, 10, 13, 15 und 16 der
Motorantriebseinheit 1 leicht in Form eines Computerprogramms
ausgeführt werden.
Von Vorteil ist, dass bei Softwareausführung die Kosten kaum höher sind
als bei konventioneller Ausführung.
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Weil
es bis zu einem gewissen Grad schwierig ist, ideales weißes Rauschen
zu erhalten, kann statt des weißen
Rauschens ein M-Sequenz-Signal verwendet werden, das ein allgemein
verwendetes Pseudozufallssignal ist, so dass die Konstruktion des Weiß-Rauschen-Generators 8 vereinfacht
wird. Wenn die Gleichmäßigkeit
der im weißen
Rauschen enthaltenen Frequenzanteile ausreichend groß ist, ist die
Verstärkung
der Geschwindigkeitssteuer-Befehlsdaten Cins unabhängig von
der Frequenz konstant. In diesem Fall können daher die Frequenzkennlinien
auf der Grundlage der Ergebnisse der Fourier-Transformation lediglich der Daten der
Motordrehzahl Vm unabhängig
von der Frequenz des Geschwindigkeitsbefehls Cins erhalten werden.
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Außerdem wird
bei diesem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
die Drehzahl des Motors 3 mittels eines am Motor 3 angebrachten
Drehkodierers 12 erfasst. Alternativ dazu kann die Betriebsgeschwindigkeit
der Last 4 durch Anbringen eines Geschwindigkeitssensors
oder dergleichen an der Last erfasst werden. Bei dieser Konstruktion
kann der Frequenzgang der Last 4 in Reaktion auf den eingegebenen
Geschwindigkeitsbefehl Vins direkt ermittelt werden. Das gilt, weil
das tatsächliche
Verhalten der Last 4 selbst für den Fall erhalten wird, dass
sich durch die Eigenschaften der zwischengeschalteten Kupplung eine
Differenz zwischen der Bewegung des Motors 3 einerseits
und der Last 4 andererseits ergibt.
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Außerdem kann
die Anzahl der durch den ersten Fourier-Transformator 15 zu
transformierenden Daten eine beliebige 2-er Potenz sein. Dadurch kann
ein allgemein bekannter Hochgeschwindigkeits-Fourier-Transformationsalgorithmus
verwendet und damit die Geschwindigkeit einer Reihe von Verarbeitungsschritten
erhöht
werden. Die höchste Frequenz
der erhaltenen Frequenzkennlinien wird auf der Grundlage der Abtastperiode
der Daten der Motordrehzahl Vm bestimmt.
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Somit
können
einige Ergebnisse der Frequenzkennlinien, die durch Variieren der
Abtastdauer gemessen wurden, akkumuliert werden, um Ergebnisse in
einem breiten Band zu erhalten.
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Ausführungsbeispiel 2
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2 zeigt
ein Blockschaltbild des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, wobei der
Vorgang nach Ermittlung des Geschwindigkeitsbefehls Cins und der
Motordrehzahl Vm, die für
die in 1 gezeigte Fouriertransformation zu verwenden sind,
gezeigt ist. Die Komponenten, die mit den Bezugszeichen 1–4, 8–10 und 13 bezeichnet
sind, entsprechen denjenigen von 1 und sind
bis auf den ersten Fouriertransformator 15 und die erste
Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 der
Einfachheit halber weggelassen worden, um die Beschreibung zu vereinfachen.
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Bei
dieser Konstruktion des zweiten Ausführungsbeispiels besteht der
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
in dem Umstand, dass die Motorantriebseinheit 1 zusätzlich eine Geschwindigkeitsabweichungsberechnungseinheit 17,
einen zweiten Fouriertransformator 19, eine zweite Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 und
eine dritte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 21 enthält.
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Die
Geschwindigkeitsabweichungsberechnungseinheit 17 berechnet
die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl Cins und der Motordrehzahl
Vm, um die Geschwindigkeitsabweichung Vd auszugeben. Der Geschwindigkeitsbefehl
Cins und die Geschwindigkeitsabweichung Vd werden über den
zweiten Fourier-Transformator 19 zusammen
in die zweite Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 eingespeist.
Dann werden die Ausgangssignale der ersten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 und
der zweiten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 zusammen
in die dritte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 21 eingespeist.
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Wenn
bei der obigen Konstruktion die Frequenzkennlinien des Motors zu
messen sind, ist der Vorgang der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel,
bei dem der Motor 3 und die Last 4 unter Nutzung
des weißen
Rauschens WN als Geschwindigkeitssteuerbefehl Cins angetrieben werden
und bei dem die erste Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 die
Frequenzkennlinien im Bereich vom Geschwindigkeitsbefehl Cins bis
zur Motordrehzahl Vm berechnet.
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Bei
diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden
zusätzlich
zu den Verarbeitungsvorgängen des
ersten Ausführungsbeispiels
mittels des zweiten Fouriertransformators 19 die Daten
des Geschwindigkeitsbefehls Cins und der Geschwindigkeitsabweichung
Vd aus einem Zeitbereich in einen Frequenzbereich transformiert.
Auf der Grundlage der sich ergebenden transformierten Daten im Frequenzbereich
berechnet dann die zweite Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 den
Verstärkungsfaktor
und die Phase, die zur Ermittlung der Frequenzkennlinien für den Bereich
vom Geschwindigkeitsbefehl Cins bis zur Geschwindigkeitsabweichung
Vd verwendet werden.
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Die
dritte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 21 berechnet
Verstärkungskennlinien
im Bereich von der Geschwindigkeitsabweichung Vd bis zur Motordrehzahl
Vm, d.h. Verstärkungskennlinien
einer Schleifen-Übertragungsfunktion
bei Geschwindigkeitssteuerung, indem sie den von der ersten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 erhaltenen
Verstärkungsfaktor
durch den von der zweiten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 erhaltenen
Verstärkungsfaktor
dividiert.
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Entsprechend
ermittelt die dritte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 21 Phasenkennlinien
einer Schleifen-Übertragungsfunktion
bei Geschwindigkeitssteuerung, indem sie die Differenz zwischen der
von der ersten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 erhaltenen
Phase und der von der zweiten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 erhaltenen Phase
berechnet.
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Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel können die
Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion bei Geschwindigkeitssteuerung
erhalten werden, indem den Konstruktionen des ersten Ausführungsbeispiels
lediglich die Komponenten Geschwindigkeitsabweichungs-Berechnungseinheit 17,
zweiter Fouriertransformator 19, zweite Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 20 und dritte
Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 21 hinzugefügt werden.
Die Frequenzkennlinien der Schleifen-Übertragungsfunktion können zur
Ermittlung der Stabilität
der vom Geschwindigkeitsregler 10 vorgenommenen Geschwindigkeitsregelung
verwendet werden.
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Weil
die Eigenschaften des im Geschwindigkeitsregler 10 enthaltenen
Kompensators bekannt sind, erhält
man außerdem
auf einfache Weise die Übertragungs funktionen
des Motors 3 und der Last 4 aus der Schleifen-Übertragungsfunktion,
was eine eingehende Prüfung
der Resonanzkennlinien der Last 4 und dergleichen ermöglicht.
Zur Überprüfung der Übertragungskennlinien
der Last 4 wird im allgemeinen ein Verfahren verwendet,
bei dem die Geschwindigkeit dadurch erfasst wird, dass ein Drehmomentsbefehl
an den Motor 3 gegeben wird. Jedoch sind in diesem Fall
die Geschwindigkeiten von Motor 3 und Last 4 nicht
fest, weil sie nicht gesteuert werden, was ein Sicherheitsproblem
darstellt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dagegen ist
ein hoher Grad von Sicherheit gewährleistet, weil die Messung
der Übertragungskennlinien
in einem geschwindigkeitsgesteuerten Zustand erfolgt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Beschreibung sich auf den Fall bezieht, dass das Geschwindigkeitssteuerbefehlssignal
verwendet wird, was jedoch dem Fall entspricht, dass ein Positionssteuerbefehlssignal verwendet
wird, wobei die Positionsabweichungs-Betriebseinheit statt der Geschwindigkeitsabweichungs-Betriebseinheit 17 verwendet
wird. In diesem Fall erhält
man die Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion
bei Positionssteuerung.
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Ausführungsbeispiel 3
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3 zeigt
ein Blockdiagramm des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
wobei der Vorgang nach Ermittlung des Geschwindigkeitsbefehls Cins
und der Motordrehzahl Vm von 1 dargestellt
ist. Die mit den Bezugszeichen 1–4, 8–10 und 13 bezeichneten
Komponenten sind die gleichen wie in 1 und wurden
daher im Sinne einer knappen Darstellung in 3 weggelassen.
Die Geschwindigkeitsabweichungs-Betriebseinheit 17 berechnet
die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl Cins und der Motordrehzahl
Vm, um wie beim zweiten Ausführungsbeispiel
eine Geschwindigkeitsabweichung Vd auszugeben. In diesem Fall werden
die Daten der Geschwindigkeitsabweichung Vd und der Motordrehzahl
Vm über
einen dritten Fouriertransformator 22 anstelle des ersten
Fouriertransformators 15 zusammen an eine vierte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 23 statt
an die erste Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 gegeben.
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Wenn
bei obigem Aufbau die Frequenzkennlinien zu messen sind, werden
Motor 3 und Last 4 unter Nutzung des weißen Rauschens
WN, das als Geschwindigkeitsbefehl Cins ausgewählt wird, betrieben. Gleichzeitig
werden Daten der Geschwindigkeitsabweichung Vd und der Motordrehzahl
Vm im Zeitbereich vom dritten Fouriertransformator 22 in Daten
im Frequenzbereich transformiert, woraufhin die vierte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 23 auf der
Grundlage der in den Frequenzbereich transformierten Daten die Frequenzkennlinien
im Bereich von der Geschwindigkeitsabweichung Vd bis zur Motordrehzahl
Vm berechnet. Es werden mit anderen Worten die Frequenzkennlinien
einer Schleifen-Übertragungsfunktion
bei Geschwindigkeitssteuerung ermittelt.
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Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
können
die Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion durch einen
einfacheren Aufbau als beim zweiten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel,
auch wenn die Beschreibung sich auf den Fall bezieht, dass das Geschwindigkeitssteuersignal
verwendet wird, dem Fall entspricht, dass ein Positionssteuersignal
verwendet wird, wobei dann statt der Geschwindigkeitsabweichungs-Betriebseinheit 17 eine
Positionsabweichungs-Betriebseinheit verwendet wird. In diesem Fall
können
die Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion
bei Positionssteuerung erhalten werden.
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Ausführungsbeispiel 4
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4 ist
ein Blockdiagramm des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
welches die Verarbeitung im Anschluss an die Verarbeitung durch die
erste Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 von 1 zeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels
ein Frequenzgang-Erfassungsmittel 24 und
ein Trägheitsabschätzmittel 26 hinzugefügt. Die übrigen Komponenten
sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel von 1 und
wurden deshalb hier im Sinne einer knappen Darstellung weggelassen.
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Bei
diesem Aufbau werden die von der ersten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 erhaltenen
Frequenzkennlinien Fc der Frequenzgang-Erfassungseinheit 24 zugeführt, um
die Reaktionsfrequenz Rf zu erfassen. Die erfasste Reaktionsfrequenz
Rf sowie ein vom Geschwindigkeitsregler 10 erzeugter Steuerverstärkungsfaktor
K werden dann in die Trägheitsabschätzeinheit 26 eingespeist.
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Auf
der Grundlage der von der ersten Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 erhaltenen
Geschwindigkeitsbefehl-Reaktionskennlinie Fc des Motors 3 erfasst
die Reaktionsfrequenz-Erfassungseinheit 24 als Reaktionsfrequenz
Rf eine Frequenz, deren Verstärkungskennlinien
um 3 dB abnehmen, wie in 5 gezeigt. Die Trägheitsabschätzeinheit 26 berechnet
die Trägheit
des Motors 3 und der Last 4 auf der Grundlage
der Reaktionsfrequenz Rf und des Steuerverstärkungsfaktors K.
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6 zeigt
ein Blockdiagramm der Geschwindigkeitsregelschleife mit dem Geschwindigkeitsregler 10 und
dergleichen, wobei K den Regelverstärkungsfaktor, J die Gesamtträgheit von
Motor 3 und Last 4 und s einen Laplace-Operator
bezeichnen. Die Übertragungsfunktion
im Bereich vom Geschwindigkeitsbefehl Cins bis zur Motordrehzahl
Vm in diesem Blockdiagramm gibt primäre Verzögerungskennwerte mit der Zeitkonstanten
J/K wieder. Damit kann die Reaktionsfrequenz Rf durch K/J, d.h. den
Kehrwert der Zeitkonstanten, ausgedrückt werden. Bei dieser Beziehung
kann die Trägheit
J erhalten werden, indem der Regelverstärkungsfaktor K durch die Reaktionsfrequenz
Rf dividiert wird. Die Trägheitsabschätzeinheit 26 schätzt mittels
dieser Operation die Gesamtträgheit
von Motor 3 und Last 4 ab.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel lassen sich
die Trägheit
des Motors 3 und der Last 4, die ein wichtiger
Parameter für das
Regelsystems ist, leicht abschätzen.
Durch Abschätzung
der Trägheitswerte
wird der Regelverstärkungsfaktor
zur Ermittlung der gewünschten
Reaktionskennlinien bestimmt. Damit wird es möglich, den Regelverstärkungsfaktor
K des Geschwindigkeitsreglers 10 automatisch einzustellen.
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Ausführungsbeispiel 5
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7 ist
ein Blockdiagramm des fünften Ausführungsbeispiels
der Erfindung, wobei eine von derjenigen des in 6 dargestellten
vierten Ausführungsbeispiels
verschiedene Geschwindigkeitsregelschleife mit Geschwindigkeitsregler 10 und
dergleichen dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt den Fall,
dass die Kupplung zwischen Motor 3 und Last 4 eine
geringe Starrheit mit Resonanz aufweist.
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In 7 geben
die Frequenzkennlinien Fc entweder die mit dem Aufbau des ersten
Ausführungsbeispiels
erhaltenen Geschwindigkeitsbefehl-Reaktionskennlinien oder die mit
dem Aufbau des zweiten bzw. des dritten Ausführungsbeispiels erhaltenen
Schleifen-Übertragungskennlinien
bei Geschwindigkeitssteuerung wieder. Die Frequenzkennlinie Fc wird
in die Resonanzfrequenzerfassungseinheit 28 eingespeist,
um die Resonanzfrequenz Fres zu erfassen, und die erfasste Resonanzfrequenz
Fres wird dann in die Sperrfilter-Kennlinieneinstelleinheit 30 eingespeist.
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In
diesem Aufbau ist mit Jm die Trägheit
des Motors 3, mit Jl die Trägheit der Last 4,
mit Kf eine Federkonstante, mit Cf der Flüssigkeitsreibungskoeffizient
der Kupplung und mit s ein Laplace-Operator bezeichnet. Der Blockkomponente
Regelverstärkungsfaktor
K ist ein Sperrfilter 31 nachgeschaltet, und die Kennwerte
des Sperrfilters 31 werden durch die Sperrfilter-Kennlinieneinstelleinheit 30 eingestellt, wobei ωn eine Sperrfrequenz
und α einen
Parameter zum Bestimmen der Filterbreite bezeichnet.
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Die
Resonanzfrequenzerfassungseinheit 28 erfasst die Frequenzspitze
als Resonanzfrequenz Fres, bei der der Verlauf der Verstärkungskennlinie abrupt
von positiv nach negativ springt, wie in 8A gezeigt.
Die Sperrfilter-Kennlinieneinstelleinheit 30 stellt
die Kennwerte des Sperrfilters 31 so ein, dass die Sperrfrequenz ωn im wesentlichen
mit der Resonanzfrequenz Fres zusammenfällt, wie in 8B gezeigt.
Dadurch wird eine Frequenzkomponente eliminiert, die durch das Antriebsmoment
des Motors 3 eine Resonanz hervorrufen kann, die somit
unterdrückt
wird.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kann die Resonanz dadurch unterdrückt werden, dass die Kennlinien
des Sperrfilters automatisch so eingestellt werden, dass sie mit
den erfassten Resonanzkennlinien des Motors 3 und der Last 4 zusammenfallen.
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Alternativ
dazu kann die Resonanzfrequenz Fres durch den abrupten Wechsel der
Phasenkennlinie erfasst werden. Außerdem kann der Resonanzunterdrückungseffekt
dadurch verstärkt
werden, dass nicht nur die Sperrfrequenz, sondern auch die Sperrbreite
der Kennlinien des Sperrfilters 31 so eingestellt werden,
dass sie mit den erhaltenen Resonanzkennlinien zusammenfallen.
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Ausführungsbeispiel 6
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9 ist
ein Blockdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Bei diesem Aufbau empfängt
eine Motorantriebseinheit 1 statt des Geschwindigkeitsbefehlssignals
Vins, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel
der Fall ist, ein Positionsbefehl-Eingangssignal Pins. Die Motorantriebseinheit 1 enthält eine
Positionsbefehlschalteinheit 33, einen Positionsregler 34 und
eine Positionserfassungseinheit 36 zum Erfassen der realen
Drehposition des Motors sowie einen vierten Fouriertransformator 38 und
eine fünfte
Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 39.
Die übrigen
Elemente der Motorantriebseinheit 1 entsprechen denen des
ersten Ausführungsbeispiels.
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Bei
diesem Aufbau wählt
die Befehlsschalteinheit 33 entweder das Positionsbefehlssignal
Pins oder das vom Weißrauschengenerator 8 erzeugte Weißrauschensignal
WN, d.h. das ausgewählte
Befehlssignal Pins oder WN wird als Geschwindigkeitsregelbefehl
Cins für
den Positionsregler 34 verwendet. Auf der Grundlage des
vom Drehkodierer 12 erfassten Drehpositionserfassungssignals
Pd des Motors tastet die Positionserfassungseinheit 36 die
reale Drehposition Pm des Motors 3 ab (im folgenden als „Motorposition
Pm" bezeichnet).
Der Positionsregler 34 regelt den Motor 3 so,
dass der Regler-Positionsbefehl Cins und die Motorposition Pm zusammenfallen.
Somit bilden der Positionsregler 34, der Motor 3, der
Drehkodierer 12 und die Positionserfassungseinheit 36 eine
Positionsrückkopplungsschleife.
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Inzwischen
werden die von der Befehlsschalteinheit 33 ausgewählten Daten
des Positionsbefehls Cins und die von der Positionserfassungseinheit 36 ausgegebene
Motorposition Pm zusammen in den vierten Fourier-Transformator 38 eingespeist, und
dessen Ausgangssignale werden in die fünfte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 39 eingespeist.
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Bei
normaler Regelung des Motors 3 wird die Schalteinheit 33 so
geschaltet, dass sie den als Regler-Positionsbefehl Cins für den Positionsregler 34 zu verwendenden
Positionseingangsbefehl Pins auswählt. Damit können der
Motor 3 und die Last 4 entsprechend dem Positionseingangsbefehl
Pins angetrieben werden.
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Wenn
der Betriebsmodus des Steuersystems auf die Erfassung der Frequenzkennlinien
des Motors eingestellt ist, wird die Befehlsschalteinheit 33 in
einem ersten Schritt so geschaltet, dass sie das weiße Rauschen
WN auswählt,
das vom Weißrauschengenerator 8 erzeugt
wird, d.h. das weiße
Rauschen wird als Regler-Positionsbefehl Cins verwendet, der an
den Positionsregler 34 zu geben ist. Damit können der
Motor 3 und die Last 4 entsprechend dem weißen Rauschen
WN als Positionsbefehl Cins angetrieben werden.
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Bei
diesem Frequenzkennlinien-Messvorgang werden die Daten des Positionsbefehls
Cins und der Motorposition Pm mittels des vierten Fourier-Transformators 38 aus
dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert. Auf der Grundlage der
Frequenzbereichsdaten errechnet dann die fünfte Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 39 die
Verstärkung
und die Phase, die zur Ermittlung der Frequenzkennlinien im Bereich
vom Positionsbefehl Cins bis zur Motorposition Pm verwendet werden. Die
Positionsbefehl-Reaktionskennlinien des Motors 3 werden
mit anderen Worten auf der Grundlage der Verstärkung und der Phasendifferenz
erhalten.
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Beim
sechsten Ausführungsbeispiel
enthält die
Motorantriebseinheit 1 eine Einrichtung zur Ermittlung
der Frequenzkennlinien des Motors, wodurch die Notwendigkeit eines
speziellen Instruments, wie es beim herkömmlichen Verfahren erforderlich
ist, beispielsweise eines Servo-Analysators (5), entfällt. Dadurch
wird es möglich,
die Messung der Frequenzkennlinien des Motors 3 mit der
mit ihm mechanisch verbundenen Last 4 spürbar zu
vereinfachen.
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Weil
das weiße
Rauschen WN, das alle Frequenzanteile gleichmäßig enthält, als Geschwindigkeitsregelbefehl
verwendet wird, kann die Messung der Frequenzkennlinien des Motors
wie beim ersten Ausführungsbeispiel
außerdem
innerhalb kurzer Zeit erfolgen. Weil die Messung innerhalb kurzer
Zeit abgeschlossen ist, kann daher die Belastung des Motors 3 und
der Last 4 selbst dann minimiert werden, wenn die Amplitude
des Geschwindigkeitsbefehls zur Erhöhung der Messgenauigkeit vergrößert wird.
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Außerdem kann
jede Komponente der Motorantriebseinheit 1 leicht als Computerprogramm ausgeführt werden.
Erfreulicherweise ergibt sich bei der Ausführung als Programm praktisch
keine Kostensteigerung gegenüber
dem herkömmlichen
Aufbau.
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Alternativ
dazu kann die Betriebsstellung der Last 4 durch Anbringen
eines Positionssensors oder dergleichen an der Last 4 erfasst
werden. Bei einer solchen Konstruktion erhält man den Frequenzgang der
Last 4 in Reaktion auf den eingespeisten Positionsbefehl
Pins unmittelbar. Das ist der Fall, weil das tatsächliche
Verhalten der Last 4 selbst dann erhalten wird, wenn sich
durch die Eigenschaften der zwischengeschalteten Kupplung eine Differenz
zwischen der Bewegung des Motors 3 und der Last 4 ergibt.
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Ausführungsbeispiel 7
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10 ist
das Blockdiagramm eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Der Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie bei dem in 1 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiel
abgesehen davon, dass die Motorantriebseinheit 1 zusätzlich mit
einer Datenspeichereinheit 40 ausgestattet ist, während der
erste Fourier-Transformator 15 und die erste Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 in
einer externen Verarbeitungseinheit 42 untergebracht sind.
Die Motorantriebseinheit 1 und die externe Verarbeitungseinheit 42 sind über einen
Datenübertragungsbus 41 verbunden.
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Bei
dieser Anordnung werden die Geschwindigkeitsbefehlsdaten Cins und
die Motorgeschwindigkeitsdaten Vm vorübergehend in der Datenspeichereinheit 40 gespeichert,
anschließend
werden die aus der Datenspeichereinheit 40 ausgelesenen
Daten über
den Datenübertragungsbus 41 in
den ersten Fourier-Transformator 15 eingespeist,
und das Ausgangssignal des ersten Fourier-Transformators 15 wird in die
erste Frequenzkennlinien-Betriebseinheit 16 in der externen
Verarbeitungseinheit 16 eingespeist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind der Weißrauschengenerator 8,
die Geschwindigkeitsbefehlsschalteinheit 9, der Geschwindigkeitsregler 10 und
die Geschwindigkeitserfassungseinheit 13 wie beim ersten
Ausführungsbeispiel
ebenfalls in der Motorantriebseinheit 1 untergebracht.
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Bei
obigem Aufbau werden in der Betriebsart „Messen der Motorfrequenzkennlinien" das als Geschwindigkeitsbefehl
Cins ausgewählte
weiße
Rauschen WN und dann die Geschwindigkeitsbefehlsdaten Cins und die
Motordrehzahldaten Vm vorübergehend
in der Datenspeichereinheit 40, beispielsweise einem RAM,
gespeichert. Bei diesem Aufbau wird der Geschwindigkeitsbefehl Cins
in der Datenspeichereinheit 40 abgetastet, und die gewonnenen
Abtastdaten werden gleichzeitig dort gespeichert. Nach Beendigung
der Frequenzkennlinienmessung werden die Geschwindigkeitsbefehlsdaten
Cins und die Motordrehzahldaten Vm aus der Datenspeichereinheit 40 abgerufen
und über
den Datenübertragungsbus 41
dem ersten Fourier-Transformator 15 zugeleitet. Die übrigen Abläufe sind
die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel; eine erneute
Erläuterung
entfällt
daher im Sinne einer knappen Darstellung.
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Da
die Abtastdauer des Geschwindigkeitsbefehls Cins und der Motordrehzahl
Vm verkürzt
ist, werden die Frequenzkennlinien in einem höheren Frequenzband erhalten,
wie bereits beschrieben. Die Fourier-Transformation ist grundsätzlich ein
zeitaufwendiger Rechenvorgang. Wenn die Frequenzkennlinien in einem
hohen Frequenzband erhalten werden sollen, erfolgt die Fourier-Transformation
daher nicht rechtzeitig. Um die Frequenzkennlinien bis 1 kHz zu erhalten,
sollte die Abtastdauer beispielsweise ein Viertel der Periode (d.h.
1 ms) der Frequenz 1 kHz betragen, d.h. es ist eine Abtastdauer
von mindestens 250 μs
erforderlich. Die Fourier-Transformation dagegen dauert viel länger als
die Abtastdauer.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
dagegen kann die unterschiedliche Verarbeitungsdauer durch vorübergehende
Speicherung der Geschwindigkeitsbefehlsdaten Cins und der Motordrehzahl
Vm in der Datenspeichereinheit 40 aufgefangen werden, selbst wenn
die Abtastdauer wunschgemäß zum Erhalt
eines höheren
Frequenzbands verkürzt
wird.
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Weil
die Fourier-Transformation und die Frequenzkennlinienberechnung
in einer von der Motorantriebseinheit 1 unabhängigen externen
Verarbeitungseinheit 42, beispielsweise einem PC, erfolgen, kann
außerdem
die Verarbeitung in der Motorantriebseinheit 1 reduziert
werden. Frequenzkennlinien sind leicht graphisch darstellbar, beispielsweise
in einem Bode-Diagramm, und können
leichter analysiert werden, wenn der Graph einer Glättungsverarbeitung
unterzogen wird, um den Rauschanteil zu eliminieren. Wegen der Kurzzeit-Verarbeitungsmöglichkeiten
und des Fehlens einer Anzeige kann die Motorantriebseinheit 1 eine
solche Verarbeitung jedoch nicht leicht durchführen. Mit dem Aufbau des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
dagegen kann die Verarbeitung auf einfache Weise erfolgen, da die
Graphverarbeitung in der externen Verarbeitungseinheit 42 ausgeführt werden
kann.
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Der
Aufbau dieses Ausführungsbeispiels kann
auch für
die Messung der Schleifenübertragungskennlinie
bei Geschwindigkeitsregelung verwendet werden, die beim zweiten
und beim dritten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, sowie für
die Messung des Frequenzgangs bei Positionssteuerung, die beim sechsten
Ausführungsbeispiel beschrieben
worden ist, wenn die von der Datenspeichereinheit 40 und
dem Datenübertragungsbus 41 aufzunehmenden
Daten in die Positionsbefehlsdaten, die Geschwindigkeitsabweichung
und dergleichen geändert
werden.
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Ausführungsbeispiel 8
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11 zeigt
die Struktur der von der Datenspeichereinheit 40 und dem
Datenübertragungsbus 41 beim
achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufgenommenen Daten. Im übrigen ist der Aufbau dieses
Ausführungsbeispiels
praktisch der gleiche wie beim siebten Ausführungsbeispiel von 10.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird das M-Sequenz-Signal aus Binärdaten als Weißrauschensignal
verwendet, das von dem Weißrauschengenerator 8 erzeugt
wird. Angenommen, W steht für das
weiße
Rauschen, das als Geschwindigkeitsbefehl Cins verwendet wird, wenn
die Frequenzkennlinien gemessen werden, wobei das Referenzsignal REF,
das 0 oder 1 ist, die Amplitude AMP und der Versatz OFS des weißen Rauschens
W verwendet werden, dann kann das weiße Rauschen W durch die Gleichung
W = (2 × REF–1) × AMP +
OFS wiedergegeben werden. Weil in dieser Gleichung die Amplitude
AMP und der Versatz OFS konstant sind, kann das als Geschwindigkeitsbefehl
Cins verwendete weiße Rauschen
W auf der Grundlage der Daten der Amplitude AMP und des Versatzes
OFS wiedergegeben werden, indem nur das Referenzsignal REF des Geschwindigkeitsbefehls
Cins in der Datenspeichereinheit 40 gespeichert wird, wenn
beim Messen der Frequenzkennlinien der Geschwindigkeitsbefehl Cins
abgetastet wird.
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Durch
Nutzung dieses Fakts ergibt sich für die von der Datenspeichereinheit 40 und
dem Datenübertragungsbus 41 aufgenommenen
Daten eine zusammengesetzte Struktur, wie in 11 gezeigt,
bei der das Bit 0, d.h. das LSB, dem Referenzsignal REF des Geschwindigkeitsbefehls
Cins zugeordnet ist und die übrigen
höhenwertigen
Bits den Daten der Motordrehzahl Vm zugeordnet sind. Die zusammengesetzten
Daten werden von der externen Verarbeitungseinheit 42 empfangen
und dann getrennt, um das weiße
Rauschen W als Geschwindigkeitsbefehl Cins zu reproduzieren.
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Weil
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die zwei verschiedenen Daten Geschwindigkeitsbefehl Cins und Motordrehzahl
Vm zu einer zusammengesetzten Einheit zusammengeführt sind, kann
die Datenmenge halbiert werden. Damit wird es möglich, die Speicherkapazität der Datenspeichereinheit 40 zu
halbieren und damit die für
den Datentransfer von der Motorantriebseinheit 1 zur externen Verarbeitungseinheit 42 erforderliche
Zeit deutlich zu reduzieren.
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Bei
dieser Datenstruktur ist das LSB dem Referenzsignal REF des Geschwindigkeitsbefehls Cins
zugeordnet, während
die übrigen
höherwertigen Bits
der Motordrehzahl Vm zugeordnet sind. Der Grund dafür ist, dass
das Referenzsignal REF durch Maskierung der höherwertigen Bits und die Motordrehzahldaten
Vm durch arithmetische Rechtsverschiebung, die leicht ohne Zerstörung der
Kodes der Motordrehzahldaten Vm vorgenommen werden kann, abgerufen
werden können.
Jedoch ist die Zuordnung nicht auf obige Struktur beschränkt. Vielmehr
kann das weiße
Rauschen auch ein beliebiges anderes Binärsignal als das M-Sequenz-Signal sein. Der
Aufbau dieses Ausführungsbeispiels
ist auch zur Messung der Frequenzkennlinien bei Positionssteuerung
anwendbar, wobei statt der Geschwindigkeitsdaten Positionsdaten
verwendet werden.
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Wie
aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich
wird, sieht der erste Aspekt der Erfindung ein Motorantriebssteuersystem vor,
bei dem eine Motorantriebseinheit (1) ein Antriebssteuerbefehl-Eingangssignal
(Vins, Pins) zum gesteuerten Antreiben eines Motors (3)
und einer mit ihm verbundenen Last (4) empfängt, wobei
das Motorantriebssteuersystem aufweist:
ein Weiß-Rauschen-Erzeugungsmittel
(8), das weißes
Rauschen (WN) erzeugt;
ein Befehlsauswählmittel (9, 33)
zum Auswählen
entweder des Antriebssteuerbefehl-Eingangssignals bei normaler Steuerung
oder des weißen
Rauschens, das durch das Weiß-Rauschen-Erzeugungsmittel
erzeugt wird, bei Frequenzkennlinienbetrieb als Steuerbefehlsdatensignal
(Cins);
ein Steuermittel (10, 34), das unter
Verwendung des vom Befehlsauswählmittel
(9, 33) ausgegebenen Steuerbefehlsdatensignals
(Cins) den Motorantrieb steuert;
ein Abtastmittel (13, 36),
das während
einer vorgegebenen Abtastzeit Daten abtastet, die den Antriebszustand
des Motors oder der Last wiedergeben, um Abtastdaten (Vm, Pm) zu
erzeugen;
ein erstes Fourier-Transformationsmittel (15, 22, 38) zur
Fourier-Transformation der vom Befehlsauswählmittel (9, 33)
ausgegebenen Steuerbefehlsdaten (Cins) sowie der vom Abtastmittel
(13, 36) erhaltenen Abtastdaten (Vm, Pm) und
ein
erstes Frequenzkennlinien-Betriebsmittel (16, 23, 39)
zur Berechnung von Frequenzkennlinien in dem Bereich von den Steuerbefehlsdaten
(Cins) bis zu den Abtastdaten (Vm, Pm) auf der Grundlage der Ausgabedaten
des ersten Fourier-Transformationsmittels.
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Bei
diesem Aufbau empfängt
die Motorantriebseinheit (1) ein Geschwindigkeitsbefehlssignal (Vins)
als Antriebssteuerungseingangssignal, und das Steuerbefehlsdatensignal
(Cins) ist ein Geschwindigkeitssteuersignal, und das Abtastmittel
(13) tastet die tatsächliche
Geschwindigkeit des Motors oder der Last ab, um die Geschwindigkeitsabtastdaten
(Vm) zu erzeugen, wodurch die Geschwindigkeitssteuerbefehlsdaten
und die Geschwindigkeitsabtastdaten (Vm) über das erste Fourier-Transformationsmittel
(15, 22) in das erste Frequenzkennlinien-Betriebsmittel (16, 23)
eingespeist werden.
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Weil
der Aufbau zur Berechnung der Frequenzkennlinien in der Motorsteuereinheit
enthalten ist, können
die Frequenzkennlinien des Motors mit angehängter Last bei dieser Anordnung
einfach erhalten werden, ohne dass ein spezielles Instrument, beispielsweise
ein Servo-Analysator, dafür
erforderlich wäre.
Weil das weiße
Rauschen, das alle Frequenzanteile gleichmäßig enthält, als Geschwindigkeitsbefehl
genommen wird, kann die Messung der Frequenzkennlinien außerdem innerhalb
kurzer Zeit erfolgen, so dass die Belastung von Motor und Last minimiert
werden kann.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung weist das Motorsteuersystem außerdem auf:
ein
Geschwindigkeitsabweichungsbetriebsmittel (17) zur Berechnung
des Unterschieds zwischen den Geschwindigkeitssteuerbefehlsdaten
(Cins) und den abgetasteten Motorgeschwindigkeitsdaten (Vm), um eine
Geschwindigkeitsabweichung (Vd) zu erzeugen;
ein zweites Fourier-Transformationsmittel
(19) für
die Fourier-Transformation der Geschwindigkeitssteuerbefehlsdaten
(Cins) und der vom Geschwindigkeitsabweichungs-Betriebsmittel erhaltenen
Geschwindigkeitsabweichung (Vd);
ein zweites Frequenzkennlinienbetriebsmittel
(20) zur Berechnung von Frequenzkennlinien in dem Bereich
von den Geschwindigkeitssteuerbefehlsdaten (Cins) bis zur Geschwindigkeitsabweichung
(Vd) auf der Grundlage der Ausgabedaten des zweiten Fourier-Transformationsmittels
(19) und
ein drittes Frequenzkennlinienbetriebsmittel
(21) zur Berechnung von Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion
bei Geschwindigkeitssteuerung auf der Grundlage der Ausgabeergebnisse
des ersten Frequenzkennlinienbetriebsmittels (16) und des
zweiten Frequenzkennlinienbetriebsmittels (20).
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Bei
dieser Anordnung können
die Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion
unter Geschwindigkeitssteuerung einfach dadurch erhalten werden,
dass dem Aufbau gemäß dem ersten Aspekt
ein paar Komponenten hinzugefügt
werden; sie können
somit zur Bestimmung der Stabilität der Steuerung und zur detaillierten Überprüfung der
Resonanzkennlinien der Last und dergleichen verwendet werden.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung weist das Motorsteuersystem außerdem auf:
ein
Abweichungsbetriebsmittel (17) zur Berechnung des Unterschieds
zwischen den Steuerbefehlsdaten (Cins) und den Abtastdaten (Vm,
Pm), um Abweichungsdaten (Vd) zu erzeugen, wobei das erste Fourier-Transformationsmittel
(22) die vom Abweichungsbetriebsmittel (17) erhaltenen
Abweichungsdaten (Vd) und die vom Abtastmittel (13) erhaltenen Abtastdaten
(Vm) nach Fourier transformiert und wobei das erste Frequenzkennlinien-Betriebsmittel
(23) Frequenzkennlinien einer Schleifen-Übertragungsfunktion
im Bereich von den Abweichungsdaten (Vd) bis zu den Abtastdaten
(Vm, Pm) auf der Grundlage der Ausgabedaten des ersten Fourier-Transformationsmittels
(22) berechnet.
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Durch
diese Anordnung erhält
man die Frequenzkennlinien einer Schleifenübertragungsfunktion bei Geschwindigkeitssteuerung
mit einem einfacheren Aufbau als nach dem zweiten Aspekt.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung weist das Motorantriebssteuersystem außerdem auf:
ein
Reaktionsfrequenzerfassungsmittel (24), das die Reaktionsfrequenz
(Rf) auf der Grundlage der vom ersten Frequenzkennlinien-Betriebsmittel
(16, 23, 39) erhaltenen Frequenzkennlinien
erfasst, und ein Trägheitsabschätzmittel
(26), das auf der Grundlage eines Steuerverstärkungsfaktors
(K) des Steuermittels (10, 34) und der vom Reaktionsfrequenzerfassungsmittel
(24) erhaltenen Reaktionsfrequenz (Rf) die Trägheit abschätzt.
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Weil
die Motorantriebssteuereinheit mit einer Reaktionsfrequenzerfassungseinheit
ausgestattet ist, ist es mit dieser Anordnung möglich, die Trägheit des
Motors und der Last anhand der Beziehung zwischen Trägheit, Verstärkungsfaktor
und Reaktionsfrequenz abzuschätzen.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der Erfindung weist das Motorantriebssteuersystem außerdem auf:
ein
Resonanzfrequenzerfassungsmittel (28) zum Erfassen der
Resonanzfrequenz auf der Grundlage der vom ersten Frequenzkennlinien-Betriebsmittel
(16, 23, 39) erhaltenen Frequenzkennlinien
und ein Sperrfilter-Kennlinieneinstellmittel (30) zum Einstellen
der Kennlinien eines Sperrfilters (31), der in dem Steuermittel (10, 34)
enthalten ist, auf der Grundlage der vom Resonanzfrequenzerfassungsmittel
(28) erhaltenen Resonanzfrequenz).
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Durch
diese Anordnung werden die Kennlinien des Sperrfilters automatisch
eingestellt, so dass die Sperrfilterfrequenz mit der erfassten Resonanzfrequenz
zusammenfällt
und eine möglicherweise eine
Resonanz hervorrufende Frequenzkomponente aus dem Antriebsmoment
des Motors eliminiert wird, so dass die Resonanz unterdrückt wird.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung empfängt
die Motorantriebseinheit (1) ein Positionsbefehlssignal
(Pins) als Antriebssteuerbefehl-Eingangssignal und ist das Steuerbefehlsdatensignal (Cins)
ein Positionssteuerbefehlsdatensignal, wobei das Abtastmittel (13)
die Daten der realen Position des Motors oder der Last abtastet,
um Positionsabtastdaten (Pm) zu erzeugen, wobei die Positionssteuerbefehlsdaten
und die Positionsabtastdaten (Pm) über das erste Fourier-Transformationsmittel (38)
dem ersten Frequenzkennlinien-Betriebsmittel (39) zugeleitet
werden.
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Durch
diese Anordnung lassen sich die Positionsbefehlsreaktionskennlinien
des Motors mit angehängter
Last leicht messen, ohne dass ein spezielles Instrument nötig wäre.
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Gemäß dem siebten
Aspekt der Erfindung weist die Motorantriebseinheit (1)
außerdem
auf:
ein Datenspeichermittel (40) zur gleichzeitigen
Speicherung der vom Befehlsauswählmittel
(9, 33) ausgegebenen Steuerbefehlsdaten (Cins)
zusammen mit den vom Abtastmittel (13, 36) erhaltenen
Abtastdaten (Vm, Pm), wobei das erste Fourier-Transformationsmittel
(15, 22, 38) und das erste Frequenzkennlinien-Betriebsmittel
(16, 23, 39) in einer externen, von der
Motorantriebseinheit unabhängigen Verarbeitungseinheit
(42) untergebracht sind und wobei die Motorantriebseinheit
und die externe Verarbeitungseinheit über einen Datenübertragungsbus (41)
miteinander verbunden sind.
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Durch
die vorübergehende
Datenspeicherung in der Datenspeichereinheit kann die Fourier-Transformation
rechtzeitig erfolgen, auch wenn die Abtastdauer der Geschwindigkeitsdaten
verkürzt ist.
Außerdem
kann die Rechenarbeit der Motorantriebseinheit dadurch reduziert
werden, dass die Fourier-Transformation und die Frequenzkennlinien-Operation
in der externen, von der Motorantriebseinheit unabhängigen Verarbeitungseinheit
vorgenommen werden.
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Gemäß dem achten
Aspekt der Erfindung ist das von dem Weiß-Rauschen-Erzeugungsmittel (8) ausgegebene
weiße
Rauschen ein binäres
Datensignal und weisen mindestens entweder die im Datenspeichermittel
(40) gespeicherten Daten oder die vom Datenübertragungsbus
(41) übertragenen
Daten eine zusammengesetzte Datenstruktur auf, bei der ein Datenbit
für die
Steuerbefehlsdaten (Cins) reserviert ist und die übrigen Bits
für die
vom Abtastmittel (13, 36) erhaltenen Abtastdaten
(Vm, Pm) reserviert sind.
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Durch
diese Anordnung kann die Datenmenge halbiert werden, weil die Datenpaare
Geschwindigkeitsbefehl und abgetastete Geschwindigkeit oder Positionsbefehl
und abgetastete Position zu zusammengesetzten Daten zusammengeführt sind,
so dass es möglich
wird, die Speicherkapazität
der Datenspeichereinheit zu halbieren und damit die Zeit für die Datenübertragung
von der Motorantriebseinheit zur externen Verarbeitungseinheit zu
reduzieren.