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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Unterdrückens von
Aktuatorpositionsschwankung, um Schwankung in der Drehzahl einer Aktuatorausgangswelle
zu unterdrücken,
die aus Winkelübertragungsfehlern
eines Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers in einem Aktuator entsteht,
der mit einem Motor und einem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer ausgestattet
ist. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren des Unterdrückens von
Aktuatorpositionsschwankung, das Schwankung in der Drehzahl einer Aktuatorausgangswelle
während
Motorrotation bei niedriger Drehzahl unterdrücken kann.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Es
gibt Aktuatoren, so wie z.B. Rotationsaktuatoren, die so konfiguriert
sind, dass die von einem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer reduzierte
Ausgangsdrehung eines Motors ein Element auf der Lastseite an einer
Zielposition positioniert. Der Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer weist
ein kreisförmiges starres
innen verzahntes Zahnrad bzw. Innenzahnrad, ein kreisförmiges flexibles
außen
verzahntes Zahnrad bzw. Außenzahnrad
und einen Wellgenerator auf. In einem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer
mit einer typischen Konfiguration biegt der Wellgenerator das flexible
Außenzahnrad
in eine elliptische Form, wodurch die äußeren Zahnbereiche an beiden
Enden der Hauptachse des Ellipsoids mit den entsprechenden inneren
Zahnbereichen des starren Innenzahnrads in Eingriff kommen. Wenn
der Wellgenerator von einem Motor gedreht wird, bewegen sich die
Positionen, an denen die zwei Zahnräder in Eingriff sind, umfangsmäßig, wodurch
eine relative Drehung entsprechend der Differenz 2n (wobei n eine
positive ganze Zahl ist) in der Anzahl der Zähne der zwei Zahnräder erzeugt
wird.
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Normalerweise
ist die Differenz in der Anzahl der Zähne der zwei Zahnräder zwei,
das starre Innenzahnrad ist fest, und das flexible Außenzahnrad wird
als ein Rotationsausgangselement mit reduzierter Drehzahl gedreht,
das die Drehung mit niedriger Drehzahl des Lastseitenelements antreibt,
das an das flexible Außenzahnrad
gekoppelt ist. In diesem Fall wird das Drehzahlreduktionsverhältnis i
folgendermaßen
ausgedrückt. i = 1/R = (Zc – Zf)/Zf,wobei
- R:
- Drehzahlverhältnis
- Zf:
- Anzahl der Zähne des
flexiblen Außenzahnrads
- Zc:
- Anzahl der Zähne des
starren Innenzahnrads.
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Wenn
z.B. Zf = 100 und Zc = 102 wäre,
wäre das
Drehzahlreduktionsverhältnis
i 1/50, wobei die Ausgangsdrehung entgegen der Richtung der Motordrehung
wäre.
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Bisher
konfigurierte Antriebssteuersysteme von Aktuatoren verwenden normalerweise
Rückkopplungssteuerung,
um Aktuatorpositionierung zu steuern. In solchen Fällen verursachen
Winkelübertragungsfehler
in dem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer
Fehler zwischen der tatsächlichen
Position, an der die Aktuatorausgangswelle (die Ausgangswelle des
Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers) positioniert ist, und der Zielposition
der Positionierung. Wenn dieser Fehler ausgeglichen werden könnte, wäre es möglich, die
Positionierungsgenauig keit von Aktuatoren, die mit Wellgetriebe-Drehzahlreduzierern
ausgestattet sind, zu verbessern.
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Patentreferenzen
1 und 2 offenbaren ein Verfahren des Korrigierens von Positionierungsfehlern, die
von Winkelübertragungsfehlern
in dem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer
verursacht werden, und des genauen Positionens eines Aktuators.
Die Positionierungsgenauigkeit von Aktuatoren wird in Patentreferenz
1 durch Addieren des Positionierungsrückkopplungswerts und eines
Ausgleichswerts und durch Addieren einer Positionierungsanweisung
und eines Ausgleichswerts verbessert.
- Patentreferenz 1: JP 2002-175120 A
- Patentreferenz 2: JP
2003-223225 A
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Offenbarung der Erfindung
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Bei
einem mit einem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer ausgestatteten Aktuator
hat jedoch die Fehlerkomponente des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers
den Effekt, Schwankung in der Drehzahl der Aktuatorausgangswelle
zu erzeugen. Obwohl sich beispielsweise die Motorwelle mit einer
konstanten Drehzahl drehen kann, wird die Fehlerkomponente des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers
dazu führen, dass
die Drehzahl der Aktuatorausgangswelle eher schwankt als konstant
bleibt, und der Effekt davon ist, dass Positionsschwankung während der
Drehung erzeugt wird.
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In
der Aktuatorrückkopplungssteuerung
würde es
möglich
erscheinen, Drehzahlschwankung durch Korrigieren der detektierten
Drehzahl in dem Drehzahldetektionsprozessor zu unterdrücken. Jedoch
ist es, selbst wenn dies getan wird, immer noch schwierig, Schwankung
in der Drehzahl der Aktuatorausgangswelle zu unterdrücken, wenn
sich die Motorwelle mit einer geringen Drehzahl von ungefähr 100 U/min
oder weniger dreht.
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In
Anbetracht der obigen Ausführung
ist es deshalb die Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren des Unterdrückens von
Aktuatorpositionsschwankung bereitzustellen, das in der Lage ist,
Rotationsschwankung einer Aktuatorausgangswelle in Rotationsbereichen
mit niedriger Drehzahl effektiv zu unterdrücken, welche aus Winkelübertragungsfehlern des
Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers entsteht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
sieht die vorliegende Erfindung einen Aktuator vor, der mit einem
Motor, einem Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer und einem Positionsdetektor
zum Detektieren einer Drehposition des Motors ausgestattet ist,
wobei Winkelübertragungsgenauigkeit
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers vorher gemessen wird und eine
Fehlerkomponente eines starren Innenzahnrads des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers
aus bis dahin erhaltenen Winkelübertragungsfehlerdaten
extrahiert wird, um Fehlerkorrekturdaten zu erzeugen.
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In
der Rückkopplungsschleife
der Aktuatordrehzahlsteuerung werden Positionsanweisung und Positionsrückkopplungswerte
von dem Positionsdetektor unter Verwendung von Fehlerkorrekturdaten korrigiert,
Positionsabweichung zwischen korrigierten Positionsrückkopplungswerten
und Positionsanweisungen werden berechnet, und Drehzahlanweisungen
werden aus der Positionsabweichung berechnet. Dadurch wird eine
aus dem Fehler des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers
hergeleitete Positionskomponente zu den Drehzahlanweisungen addiert.
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Positionsrückkopplungswerte
von dem Motorpositionsdetektor werden unter Verwendung von Fehlerkorrekturdaten
für die
genannten Positionsrückkopplungswerte
korrigiert, und Drehzahlrückkopplungswerte
werden auf der Basis der korrigierten Positionsrückkopplungswerte berechnet.
Dadurch wird eine Drehzahlkomponente, die aus dem Motordrehzahlfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers hergeleitet wird, zu den berechneten
Drehzahlrückkopplungswerten
addiert.
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Drehzahlschwankung
der Aktuatorausgangswelle bei niedrigen Drehzahlen, die aus Fehlern
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers entsteht, wird durch Steuern
der Drehzahl unterdrückt
unter Verwendung der berechneten Drehzahlanweisung und der Drehzahlrückkopplungswerte
als Rückkopplungssteuerwerte
der Aktuatorausgangswelle.
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In
dieser Erfindung wird eine Positionskomponente, die aus dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers hergeleitet wird, zu den Drehzahlanweisungen
addiert, die zur Rückkopplungssteuerung
der Aktuatorausgangswelle verwendet werden. Auch wird, in Bezug
auf die in dieser Rückkopplungssteuerung
verwendete Drehzahl, eine Drehzahlkomponente, die aus dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers hergeleitet wird, zu der Drehzahl
addiert, die aus der detektierten Position der Motorrotationswelle
berechnet wird.
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Die
Verwendung dieser Drehzahlanweisungen und Drehzahlen zur Rückkopplungssteuerung der
Aktuatorausgangswellendrehung macht es möglich, Drehpositionsschwankung
der Aktuatorausgangswelle effektiv zu unterdrücken, die aus dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers entsteht. Insbesondere macht
sie es möglich,
die Unterdrückung
von Drehpositionsschwankung der Aktuatorausgangswelle sicherzustellen,
wenn sich die Motorwelle bei niedrigen Drehzahlen von 100 U/min
oder weniger dreht.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Ein
Beispiel einer Aktuatorantriebssteuervorrichtung, die das Verfahren
der vorliegenden Erfindung anwendet, wird nachstehend mit Bezug
auf die Zeichnung beschrieben.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das die generelle Konfiguration der
Aktuatorantriebssteuervorrichtung zeigt. Ein von der Antriebssteuervorrichtung 1 angetriebener
Aktuator 2 ist ausgestattet mit einem Motor 3,
mit einem mit der Motorrotationswelle 4 gekoppelten Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer 5 und
mit einem Positionsdetektor 6, der in der Lage ist, die
Drehposition der Motorwelle 4 zu detektieren. Die Ausgangswelle
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5, d.h. die Aktuatorausgangswelle 7, ist
mit einer Last (nicht gezeigt) gekoppelt. Der Positionsdetektor 6 ist
ein Positionsdetektor, der die absolute Position eines Drehkodierers
oder Potentiometers oder Ähnlichem
detektieren kann.
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Die
Antriebssteuervorrichtung 1, die das Antreiben des Aktuators 2 steuert,
führt Rückkopplungssteuerung
aus, um den Aktuator 2 zu der Zielposition zu bringen,
die von einer Positionsanweisung PC von einer
Host-Vorrichtung angegeben wird, und hat eine Speichersektion für Fehlerkorrekturdaten 11,
in der Fehlerkorrekturdaten PX gespeichert
sind, die den Positionierungsfehler wiedergeben und erzeugt sind durch
Extrahieren der Fehlerkomponente des starren Innenzahnrads aus Messwerten
der Winkelübertragungsgenauigkeit
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5.
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Eine
aus der Positionsanweisung PC und Rückkopplungswerten
der Motordrehposition berechnete Positionsabweichung PE wird
in die Positionssteuersektion 12 der Antriebssteuervorrichtung 1 eingegeben.
Die Positionsabweichung PE wird folgendermaßen berechnet.
Fehlerkorrekturdaten PX für eine Drehposition
PF, die die derzeitige, von dem Positionsdetektor 6 des
Motors 3 detektierte Drehposition der Motorrotationswelle 4 ist,
wird zu der Drehposition PF addiert, um
einen Rückkopplungswert
für die
Drehposition (PF + PX)
zu berechnen. Der Rückkopplungswert
wird von der Positionsanweisung PC abgezogen, um die Positionsabweichung
PE (= PC – (PF + PX)) zu berechnen.
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Bei
der Positionssteuersektion 12 wird diese Positionsabweichung
PE mit Positionsschleifenverstärkung Kp
multipliziert, um Drehzahlanweisung ωr (= PE × KP) zu berechnen. Die Drehzahlanweisung ωr wird in
Drehzahlsteuersektion 13 eingegeben. Eine aus dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 hergeleitete Positionskomponente
wird zu der Drehzahlanweisung ωr
addiert.
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Bei
der Drehzahlsteuersektion 13 wird eine Anweisung für elektrischen
Strom Ir berechnet, basierend auf der Differenz zwischen der Drehzahlanweisung ωr und einem
Drehzahlrückkopplungswert ωf, der von
einer Drehzahlberechnungssektion 14 eingegeben wird, und
einer Stromverstärkungssektion 15 zu geführt. Motorantriebsstrom
wird dem Motor 3 über
die Stromverstärkungssektion 15 zugeführt.
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Bei
der Drehzahlberechnungssektion 14 wird der Drehzahlrückkopplungswert ωf folgendermaßen berechnet.
Ein Korrekturwert für
die derzeitige Position wird erhalten, indem zu der von dem Positionsdetektor 6 beschafften
derzeitigen Position PF Fehlerkorrekturdaten
PX entsprechend der derzeitigen Position
PF addiert werden. Positionsdifferenz PD wird aus dem derzeitigen Positionskorrekturwert
und dem vorhergehenden Positionskorrekturwert, der während der
vorhergehenden Abtastung erhalten worden ist, berechnet. Der Drehzahlrückkopplungswert ωf wird durch
Differenzieren nach der Zeit der Differenz PD berechnet;
d.h. durch Teilen der Differenz durch Abtastperiode Δt. Die Drehzahlberechnungsgleichung ist
in diesem Fall wie folgt, wobei PR die zum vorherigen Zeitpunkt
detektierte Drehposition und PXL die Fehlerkorrekturdaten
für jene
Drehposition sind. ωf = PD/Δt = ((PF + PX) – (PFL + PXL))/Δt
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Die
unidirektionale Positionierungsgenauigkeit der Aktuatorausgangswelle
kann anstelle der Winkelübertragungsgenauigkeit
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 verwendet werden.
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In
dem Aktuator 2 wird mittels der Drehzahlreduktion des gekoppelten
Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 der Positionierungsfehler
der Motorrotationswelle 4 auf einen Bruchteil des Drehzahlreduktionsverhältnisses
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 verkleinert.
Wenn z.B. das Drehzahlverhältnis des
Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 50 oder 100 ist, wird
der Positionierungsfehler des Motors selbst auf 1/50 oder 1/100
verkleinert. Deshalb wird, da der Positionierungsfehler des Aktuators 2 hauptsächlich von
dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 kommt, die unidirektionale Positionierungsgenauigkeit
des Aktuators 2 von dem Winkelübertragungsfehler des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 bestimmt.
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Wenn
die Differenz zwischen dem tatsächlichen
Drehwinkel von einem Referenzpunkt aus und dem, was der Drehwinkel
sein sollte, an jedem Punkt durch eine volle Umdrehung in eine Richtung
hindurch beschafft wird, gibt die unidirektionale Positionierungsgenauigkeit
das Maximum der bis dahin pro Umdrehung beschafften Werte wieder.
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Zum
Beispiel wird die unidirektionale Positionierungsgenauigkeit des
Aktuators 2, d.h. der Positionierungsfehler des Aktuators 2,
für eine
volle Umdrehung der Aktuatorausgangswelle 7 gemessen, wobei
die absolute Position der Motorrotationswelle 4 als Referenz
verwendet wird. Wenn der Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer 5 z.B.
ein Drehzahlreduktionsverhältnis
i von 1/50 hat, führt
die Aktuatorausgangswelle 7. eine Umdrehung für jeweils
50 Umdrehungen der Motorwelle 4 aus.
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Unter
Verwendung der Ausgabe des Positionsdetektors 6 als einer
Basis beispielsweise wird dieser Positionierungsfehler für alle 3° Drehung
der Motorrotationswelle 4 gemessen. In diesem Fall wird es
120 Messpunkte bezüglich
der Motorrotationswelle 4 (360°/3°) und 120 Punkte X (Drehzahlreduktionsverhältnis-)
Betrag bezüglich
der Aktuatorausgangswelle 7 geben. Als Nächstes werden
die Messpunktfehlerdaten, z.B. die Fehlerdaten für 120 Positionen, gemittelt,
um Daten für
eine Umdrehung der Motorwelle 4 zu erzeugen.
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Wie
vorstehend erklärt,
wird in der Aktuatorantriebssteuervorrichtung 1 dieser
Ausführungsform eine
aus dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 hergeleitete
Positionskomponente zu der Drehzahlanweisung ωr addiert, die in der Rückkopplungssteuerung
der Aktuatorausgangswelle 7 verwendet wird. Auch der in
der Rückkopplungssteuerung
verwendete Drehzahlrückkopplungswert ωf hat eine
von dem Motorrotationsdrehzahlfehler des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 hergeleitete
Drehzahlkomponente, die zu der aus der detektierten Position der
Motorrotationswelle 4 berechneten Drehzahl addiert wird.
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Deshalb
macht es die Verwendung dieser Drehzahlanweisungen ωr und Drehzahlrückkopplungswerte ωf zur Rückkopplungssteuerung
der Rotation der Aktuatorausgangswelle 7 möglich, Drehpositionsschwankung
der Aktuatorausgangswelle 7, die aus dem Winkelübertragungsfehler
des Wellgetriebe-Drehzahlreduzierers 5 entsteht, effektiv
zu unterdrücken.
Insbesondere macht sie es möglich,
die Unterdrückung
der Drehpositionsschwankung der Aktuatorausgangswelle sicherzustellen,
wenn sich die Motorausgangswelle 4 mit geringen Drehzahlen
von 100 U/min oder weniger dreht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das die generelle Konfiguration eines
Beispiels einer Aktuatorantriebssteuervorrichtung zeigt, auf die
die vorliegende Erfindung angewendet ist.
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- 1
- Antriebssteuervorrichtung
- 2
- Aktuator
- 3
- Motor
- 4
- Motorrotationswelle
- 5
- Wellgetriebe-Drehzahlreduzierer
- 6
- Positionsdetektor
- 7
- Aktuatorausgangswelle
- 11
- Speichersektion
für Fehlerkorrekturdaten
- 12
- Positionssteuersektion
- 13
- Drehzahlsteuersektion
- 14
- Drehzahlberechnungssektion
- 15
- Stromverstärkungssektion