DE102013109596A1

DE102013109596A1 - Motorregelsystem zum Korrigieren von Spiel

Info

Publication number: DE102013109596A1
Application number: DE102013109596.8A
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Iwashita; Kenichi Takayama; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: DE102013109596B4; CN103676779A; US9018886B2; JP5596093B2; CN103676779B; US20140062378A1; JP2014054001A

Abstract

Ein Motorregelsystem (10) enthält einen Differenzberechnungsabschnitt (31), der die Differenz zwischen einem ersten Positionserfassungswert eines bewegten Teils und einem zweiten Positionserfassungswert eines mitgenommenen Teils berechnet; einen Prüfabschnitt (32), der feststellt, ob ein bewegtes Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn das bewegte Teil aus irgendeiner Anfangsposition in einer ersten Antriebsrichtung und in einer zweiten Antriebsrichtung wegbewegt wird; einen Halteabschnitt (33), der die Differenz als Anfangsdifferenz hält, die mit der ersten Antriebsrichtung oder der zweiten Antriebsrichtung verknüpft ist, falls das bewegte Teil am mitgenommenen Teil anliegt; und einen Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt (34), der eine Spielkorrekturgröße berechnet, wobei der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt die Differenz aus den aktuellen Positionen des bewegten Teils und des mitgenommenen Teils und die Anfangsdifferenz zum Berechnen der Spielkorrekturgröße verwendet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem zum Korrigieren von Spiel.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Die Vorschubachsen in Werkzeugmaschinen und Industrieanlagen und die Achsen der Arme von Industrierobotern usw. (mechanisch bewegte Teile) weisen Servomotoren auf, die mit ihnen verbunden sind. Die Drehung der Servomotoren wird durch Kugelgewindetriebe oder adäquate Vorrichtungen in die geradlinige Bewegung von Tischen usw. umgesetzt. Die Drehzahl der Servomotoren wird dabei durch Untersetzungsgetriebe verringert.
Bei derartigen Kugelgewindetrieben oder Untersetzungsgetrieben tritt manchmal eine Differenz zwischen der Anhalteposition in positiver Richtung bezüglich einer bestimmten Position und der Anhalteposition in negativer Richtung auf. Üblicherweise nennt man diese Differenz ”Spiel”; sie ist eine Ursache für eine verringerte Positionsgenauigkeit.
10A und 10C zeigen Darstellungen zum Erklären des Spiels. 10A zeigt ein bewegtes Teil WA, das von einem (nicht dargestellten) Motor bewegt wird, und ein mitgenommenes Teil WB, das von dem bewegten Teil WA betätigt wird. Das bewegte Teil WA hat Vorsprünge A1 und A2 an seinen beiden Enden. Das mitgenommene Teil WB besitzt einen Vorsprung B in der Mitte. Bewegt sich beispielsweise das bewegte Teil WA nach rechts, so liegt das innere Ende des Vorsprungs A1 des bewegten Teils WA an einer Seite des Vorsprungs B des mitgenommenen Teils WB an. Hierdurch bewegen sich das bewegte Teil WA und das mitgenommene Teil WB gemeinsam nach rechts.
Kehrt das bewegte Teil WA seine Richtung um und bewegt sich von rechts nach links, siehe 10B, so läuft das bewegte Teil WA nach links. Liegt, siehe 10C, die Innenseite des anderen Vorsprungs A2 des bewegten Teils WA am anderen Ende des Vorsprungs B des mitgenommenen Teils WB an, so bewegen sich das bewegte Teil WA und das mitgenommene Teil WB gemeinsam nach links.
Bevor bei einer Umkehr dieser Art das bewegte Teil WA an dem mitgenommenen Teil WB anliegt, muss es sich um genau ein vorbestimmtes Stück bewegen, das ”Spiel” genannt wird. 10A und 10C zeigen das Spiel C. Das Spiel C kann eine Ursache für eine verringerte Positionsgenauigkeit sein.
Aus diesem Grund ist es üblich, eine Korrekturgröße für das Spiel C einzuführen und diese Korrekturgröße beim Umkehren der Richtung zu dem Positionssollwert des Motors zu addieren. In dem japanischen Patent Nr. 3389417 ist offenbart, wie man vorab den Zusammenhang zwischen der Vorschubgeschwindigkeit vor der Umkehr und einer Korrekturgröße für den Umfang der Bewegung bis zur Umkehr an den unterschiedlichen Vorschubachsen bestimmt und diesen Zusammenhang als Grundlage zur Ermittlung der Korrekturgröße verwendet. Zudem ist in dem japanischen Patent Nr. 3703664 offenbart, die Korrekturgröße abhängig von der Zeit zu aktualisieren, die seit der Richtungsumkehr verstrichen ist.
11 zeigt eine weitere Ansicht zum Erklären des Spiels. 11 zeigt eine Anfangsposition, in der weder der Vorsprung A1 noch der Vorsprung A2 des bewegten Teils WA an einem Ende des Vorsprungs B des mitgenommenen Teils WB anliegt. Wird das bewegte Teil WA aus dieser Anfangsposition nach links bewegt, so bewegt sich das bewegte Teil WA exakt um eine Entfernung C1, die geringer ist das Spiel C, und berührt dann das andere Ende des Vorsprungs B des mitgenommenen Teils WB (siehe 10C). Eine solche Erscheinung tritt häufig dann auf, wenn das Spiel relativ groß ist.
Addiert man auch in einem solchen Fall eine dem Spiel C entsprechende Korrekturgröße zu dem Positionssollwert des Motors, so wäre die Korrekturgröße viel zu groß. Damit die Korrekturgröße nicht übermäßig groß wird, kann man auch eine vorbestimmte Korrekturgröße einführen, die kleiner ist als das Spiel C. Legt man jedoch die Korrekturgröße zu klein aus, so wird die Korrekturgröße bei der Richtungsumkehr manchmal zu klein.
Die Erfindung erfolgte hinsichtlich dieser Situation und hat die Aufgabe, ein Motorregelsystem bereitzustellen, das die bestmögliche Korrekturgröße auch dann erzeugen kann, wenn das Ausmaß der Bewegung aus der Anfangsposition kleiner ist als das Spiel.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Erfüllen der genannten Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Motorregelsystem bereitgestellt, das ein Spiel zwischen einem bewegten Teil korrigiert, das von einem Motor angetrieben wird, und einem mitgenommenen Teil, das von dem bewegten Teil betätigt wird, wobei das Motorregelsystem umfasst:
ein erstes Positionserfassungsteil, das eine Position des bewegten Teils erfasst;
ein zweites Positionserfassungsteil, das eine Position des mitgenommenen Teils erfasst;
einen Differenzberechnungsabschnitt, der die Differenz zwischen einem ersten Positionserfassungswert, den das erste Positionserfassungsteil erfasst, und einem zweiten Positionserfassungswert berechnet, den das zweite Positionserfassungsteil erfasst;
einen Prüfabschnitt, der feststellt, ob das bewegte Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn das bewegte Teil aus irgendeiner Anfangsposition in einer ersten Antriebsrichtung und in einer zweiten Antriebsrichtung entgegengesetzt zur ersten Antriebsrichtung bewegt wird;
einen Halteabschnitt, der die vom Differenzberechnungsabschnitt berechnete Differenz als Anfangsdifferenz hält, die mit der ersten Antriebsrichtung oder der zweiten Antriebsrichtung verknüpft ist, falls der Prüfabschnitt feststellt, dass das bewegte Teil am mitgenommenen Teil anliegt; und
einen Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt, der eine Spielkorrekturgröße für das Spiel berechnet, wobei der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt die Differenz, die der Differenzberechnungsabschnitt aus den aktuellen Positionen des bewegten Teils und des mitgenommenen Teils berechnet, und die Anfangsdifferenz, die der Halteabschnitt hält, zum Berechnen der Spielkorrekturgröße verwendet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird der erste Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei der Prüfabschnitt feststellt, dass das bewegte Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn sich das bewegte Teil in der ersten Antriebsrichtung oder der zweiten Antriebsrichtung um das Spiel oder mehr bewegt hat.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird der zweite Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei der Prüfabschnitt feststellt, dass das bewegte Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn sich das bewegte Teil mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegt hat.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird der erste Aspekt der Erfindung bereitgestellt, zudem umfassend einen Positionssollwert-Erstellungsabschnitt, der einen Positionssollwert des mitgenommenen Teils erzeugt, und einen Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt, der eine erste Positionsdifferenz zwischen dem Positionssollwert und dem ersten Positionserfassungswert und eine zweite Positionsdifferenz zwischen dem Positionssollwert und dem zweiten Positionserfassungswert als Grundlage zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssollwerts verwendet.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird der vierte Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei der Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt ein Tiefpassfilter auf eine Abweichung zwischen der zweiten Positionsdifferenz und der ersten Positionsdifferenz anwendet und die erste Positionsdifferenz zu dem Ergebnis addiert, um den Geschwindigkeitssollwert zu erzeugen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird der fünfte Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei der Halteabschnitt zudem Geschwindigkeitssollwerte in der ersten Antriebsrichtung und der zweiten Antriebsrichtung hält, und er, falls ein aktueller Geschwindigkeitssollwert kleiner ist als ein gehaltener Geschwindigkeitssollwert, den aktuellen Geschwindigkeitssollwert als neuen Geschwindigkeitssollwert hält.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird der erste Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt die Korrekturgröße des Spiels auf die Spielgröße oder weniger begrenzt.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der ausführlichen Beschreibung charakteristischer Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 ein funktionelles Blockdiagramm eines Motorregelsystems einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise des Motorregelsystems der Erfindung darstellt;
3 ein erstes Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen;
4A eine Seitenansicht eines bewegten Teils und eines mitgenommenen Teils in den Anfangspositionen;
4B eine Seitenansicht wie in 4A, wenn ein Vorsprung des bewegten Teils an dem mitgenommenen Teil anliegt;
4C eine Seitenansicht wie in 4A, wenn ein anderer Vorsprung des bewegten Teils an dem mitgenommenen Teil anliegt;
5 eine zweites Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen;
6 ein drittes Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen;
7 ein funktionelles Blockdiagramm eines Motorregelsystems einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8 ein weiteres Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen;
9 noch ein weiteres Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen;
10A eine erste Ansicht zum Erklären des Spiels;
10B eine zweite Ansicht zum Erklären des Spiels;
10C eine dritte Ansicht zum Erklären des Spiels; und
11 eine weitere Ansicht zum Erklären des Spiels.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen erklärt. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zum besseren Verständnis sind die Maßstäbe der Zeichnungen geeignet angepasst.
1 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm eines Motorregelsystems einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein bewegtes Teil WA, siehe 1, ist mit Vorsprüngen A1 und A2 versehen und über eine Spindel mit der Abtriebswelle eines Motors M verbunden. Ein mitgenommenes Teil WB besitzt einen Vorsprung B und ist so eingerichtet, dass es an dem bewegten Teil WA anliegen kann.
Wie anhand von 10A erklärt wurde tritt zwischen dem bewegten Teil WA und dem mitgenommenen Teil WB ein Spiel C auf. Das Spiel C wird durch eine Messung der Bewegungsentfernung des bewegten Teils WA mit einer 3D-Messvorrichtung oder einem ähnlichen Gerät bestimmt. Dieser Wert wird mit dem Umfang der Bewegung des Motors M verglichen, und die Differenz wird ermittelt. Wahlweise kann man das Spiel C durch Messen der so genannten Quadrantenstörungen ermitteln, die beim Quadrantenwechel auftreten.
Ein erstes Positionserfassungsteil 11, beispielsweise ein Geber, der die Position des bewegten Teils WA erfasst, ist an dem Motor M angebracht, siehe 1. Bei dem ersten Positionserfassungsteil 11 kann ein bekanntes Verfahren zum Erkennen der Geschwindigkeit des bewegten Teils WA verwendet werden. Ein zweites Positionserfassungsteil 12, das die Position des mitgenommenen Teils WB erfasst, ist neben dem mitgenommenen Teil WB angeordnet.
Das Motorregelsystem 10 enthält hauptsächlich einen Positionssollwert-Erstellungsabschnitt 20, der periodisch einen Positionssollwert CP des bewegten Teils WA erzeugt, einen Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt 24, der einen Geschwindigkeitssollwert des bewegten Teils WA erzeugt, und einen Drehmomentsollwert-Erstellungsabschnitt 26, der einen Drehmomentsollwert für den Motor M erzeugt.
Ferner umfasst das Motorregelsystem 10 einen Differenzberechnungsabschnitt 31, der eine Differenz ΔP zwischen einem ersten Positionserfassungswert DP1, den das erste Positionserfassungsteil 11 erkennt, und einem zweiten Positionserfassungswert DP2 berechnet, den das zweite Positionserfassungsteil 12 erkennt. Weiterhin umfasst das Motorregelsystem 10 einen Prüfabschnitt 32, der feststellt, ob das bewegte Teil WA an dem mitgenommenen Teil WB anliegt, wenn das bewegte Teil WA aus irgendeiner Anfangsposition in einer ersten Antriebsrichtung und einer zweiten Antriebsrichtung entgegengesetzt zur ersten Antriebsrichtung bewegt wird.
Das Motorregelsystem 10 umfasst auch einen Halteabschnitt 33, der die Differenz ΔP hält, die der Differenzberechnungsabschnitt 31 berechnet, und zwar als Anfangsdifferenz ΔP0, die mit der ersten Antriebsrichtung oder der zweiten Antriebsrichtung verknüpft ist, wenn der Prüfabschnitt 32 feststellt, dass das bewegte Teil WA an dem mitgenommenen Teil WB anliegt. Man beachte, dass der Halteabschnitt 33 auch die Geschwindigkeit oder weitere Faktoren halten kann. Zudem umfasst das Motorregelsystem 10 einen Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34, der die Spielkorrekturgröße zum Beseitigen des Spiels berechnet.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise des Motorregelsystems der Erfindung darstellt. Der in 2 dargestellte Inhalt wird in jeder vorbestimmten Regelperiode wiederholt ausgeführt. Im Folgenden wird unter Bezug auf 1 und 2 die Arbeitsweise des Motorregelsystems der Erfindung erklärt.
Zunächst erzeugt der Positionssollwert-Erstellungsabschnitt 20 im Schritt S11 in 2 einen Positionssollwert CP. Im Schritt S12 und im Schritt S13 erfassen das erste Positionserfassungsteil 11 und das zweite Positionserfassungsteil 12 den ersten Positionserfassungswert DP1 des bewegten Teils WA bzw. den zweiten Positionserfassungswert DP2 des mitgenommenen Teils WB.
Der erste Positionserfassungswert DP1, siehe 1, den das erste Positionserfassungsteil 11 erfasst hat, wird im Subtrahierer 21 vom Positionssollwert CP subtrahiert, den der Positionssollwert-Erstellungsabschnitt 20 erzeugt hat. Dadurch entsteht die erste Positionsdifferenz ΔP1. Man beachte, dass der erste Positionserfassungswert DP1 wie in 1 zu sehen mit einen Konvertierungskoeffizienten 30 multipliziert wird.
Der zweite Positionserfassungswert DP2, den das zweite Positionserfassungsteil 12 erfasst hat, wird im Subtrahierer 27 vom Positionssollwert CP subtrahiert, wodurch die zweite Positionsdifferenz ΔP2 erzeugt wird. Im Subtrahierer 28 wird die erste Positionsdifferenz ΔP1 von der zweiten Positionsdifferenz ΔP2 subtrahiert. Das Ergebnis wird durch ein Tiefpassfilter 29 geführt und dann in den Addierer 23 eingegeben. Der Grund für den Einsatz des Tiefpassfilters 29 liegt darin, dass bei einer großen Veränderung der Positionsdifferenz die Regelung der Position durch den Positionserfassungswert vom ersten Positionserfassungsteil eine stabile Bewegung des bewegten Teils ermöglicht, und dass bei einer kleinen Veränderung der Positionsdifferenz die Regelung der Position durch den Positionserfassungswert vom zweiten Positionserfassungsteil die Präzision der Position des bewegten Teils erhöht.
Die erste Positionsdifferenz ΔP1 und die zweite Positionsdifferenz ΔP2, die im Addierer 23 addiert wurden, werden in den Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt 24 eingegeben. Dadurch wird der Geschwindigkeitssollwert CV erstellt. Zudem wird der Geschwindigkeitserfassungswert DV, den das erste Positionserfassungsteil 11 erfasst, im Subtrahierer 25 vom Geschwindigkeitssollwert CV subtrahiert. Dadurch wird die Geschwindigkeitsdifferenz ΔV berechnet. Nun verwendet der Drehmomentsollwert-Erstellungsabschnitt 26 die Geschwindigkeitsdifferenz ΔV als Grundlage zum Erstellen des Drehmomentsollwerts und gibt diesen in den Motor M ein. Man beachte, dass der erzeugte Geschwindigkeitssollwert CV und der Geschwindigkeitserfassungswert DV nacheinander in dem Halteabschnitt 33 gehalten werden.
In der Erfindung, siehe 1, wird der Wert der zweiten Positionsdifferenz ΔP2 minus der ersten Positionsdifferenz ΔP1 in den Differenzberechnungsabschnitt 31 eingegeben. In diesem Wert ist der Positionssollwert CP im Wesentlichen nicht enthalten. Damit kann der Differenzberechnungsabschnitt 31 die Differenz ΔP zwischen dem ersten Positionserfassungswert DP1 und dem zweiten Positionserfassungswert DP2 leicht berechnen (Schritt S14). Wahlweise kann man auch die erste Positionsdifferenz ΔP1 und die zweite Positionsdifferenz ΔP2 direkt in den Differenzberechnungsabschnitt 31 eingeben, um die Differenz ΔP zu erstellen.
Anschließend, siehe Schritt S15, prüft der Prüfabschnitt 32, ob das bewegte Teil WA und das mitgenommene Teil WB aneinander anliegen. 3 zeigt ein erstes Flussdiagramm zum Prüfen, ob das bewegte Teil und das mitgenommene Teil aneinander anliegen. 4A zeigt eine Seitenansicht des bewegten Teils und des mitgenommenen Teils in der Anfangsposition. 4B und 4C zeigen Seitenansichten wie in 4A für den Fall, dass ein Vorsprung des bewegten Teils an dem mitgenommenen Teil anliegt. Im Folgenden wird anhand von 3 bis 4C erklärt, wie geprüft wird, ob das bewegte Teil WA und das mitgenommene Teil WB aneinander anliegen.
Der in 4A gezeigte Anfangszustand ist ein Beispiel. In 4A befindet sich der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB an einer Position zwischen den beiden Vorsprüngen A1 und A2 des bewegten Teils WA. Der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB kann sich an irgendeiner Position zwischen den beiden Vorsprüngen A1 und A2 des bewegten Teils WA befinden. Zudem sei die Richtung nach links in 4A bis 4C die erste Antriebsrichtung und die Richtung nach rechts die zweite Antriebsrichtung. Die erste Antriebsrichtung ist beispielsweise die Plus-Richtung, und die zweite Antriebsrichtung ist die Minus-Richtung.
Ist das bewegte Teil ein Kugelgewindetrieb und das mitgenommene Teil über eine Mutter damit verbunden, so ist das bewegte Teil WA eine Spindel N, die mit der Abtriebswelle des Motors M verbunden ist, und die Vorsprünge A1 und A2 entsprechen den Gewindegängen des Kugelgewindetriebs. Ist das bewegte Teil eine Mutter und das mitgenommene Teil ein Kugelgewindetrieb, so entsprechen die Vorsprünge A1 und A2 den Gewindegängen der Mutter. Durch den Positionssollwert vom Positionssollwert-Erstellungsabschnitt 20 wird die Drehrichtung des Motors M geeignet umgekehrt. Das bewegte Teil WA bewegt sich geeignet in der ersten Antriebsrichtung und der zweiten Antriebsrichtung.
Im Schritt S21 in 3 wird untersucht, ob der Betrag des Ausmaßes der Bewegung des ersten Positionserfassungswerts DP1 des bewegten Teils WA, der von dem ersten Positionserfassungsteil 11 erfasst wird, in der ersten Antriebsrichtung die Größe des Spiels C hat oder größer ist. Man beachte, dass das Ausmaß der Bewegung des ersten Positionserfassungswerts DP1 auf null zurückgesetzt wird, wenn sich die Richtung umkehrt (wenn die erste Antriebsrichtung in die zweite Antriebsrichtung übergeht oder wenn die zweite Antriebsrichtung in die erste Antriebsrichtung übergeht), und so zu einem Bewegungsumfang wird, der nur während der Bewegung in der gleichen Richtung kumulierend addiert wird. Lautet die Antwort JA, so wird festgestellt, dass der Vorsprung A2 des bewegten Teils WA und der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB aneinander anliegen (siehe 4B). Im Schritt S24 wird die Differenz ΔP in der ersten Antriebsrichtung als Anfangsdifferenz ΔP0 mit dem Vorzeichen im Halteabschnitt 33 gehalten.
Lautet die Antwort im Schritt S21 NEIN, so geht die Routine zum Schritt S25 über. In diesem wird gefragt, ob der Betrag des ersten Positionserfassungswerts DP1 des bewegten Teils WA, der vom ersten Positionserfassungsteil 11 erfasst wird, in der zweiten Antriebsrichtung die Größe des Spiels C hat oder größer ist. Man beachte, dass das Ausmaß der Bewegung des ersten Positionserfassungswerts DP1 auf null zurückgesetzt wird, wenn sich die Richtung umkehrt (wenn die erste Antriebsrichtung in die zweite Antriebsrichtung übergeht oder wenn die zweite Antriebsrichtung in die erste Antriebsrichtung übergeht), und so zu einem Bewegungsumfang wird, der nur während der Bewegung in der gleichen Richtung kumulierend addiert wird. Lautet die Antwort JA, so wird festgestellt, dass der Vorsprung A1 des bewegten Teils WA und der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB aneinander anliegen (siehe 4C). Im Schritt S28 wird die Differenz ΔP in der zweiten Antriebsrichtung als Anfangsdifferenz ΔP0 mit dem Vorzeichen im Halteabschnitt 33 gehalten.
Bewegt sich das bewegte Teil WA aus der Anfangsposition in 4A, so ist die Differenz ΔP im Schritt S24 von 3 gleich der Entfernung L2. In vergleichbarer Weise entspricht die Differenz ΔP im Schritt S28 von 3 der Entfernung L1.
Bewegt sich, siehe 4A, das bewegte Teil WA in der ersten Antriebsrichtung exakt um die Entfernung L2, so berühren sich der Vorsprung A2 des bewegten Teils WA und der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB. In der Anfangsposition ist jedoch nicht klar, wo sich der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB zwischen den Vorsprüngen A1 und A2 des bewegten Teils WA befindet. Erfolgt daher in der Erfindung eine Bewegung mit der exakten Größe des Spiels C (= L1 + L2), so wird festgestellt, dass das bewegte Teil WA und das mitgenommene Teil WB aneinander anliegen.
Unter diesem Gesichtspunkt werden manchmal die Anfangsdifferenz ΔP0 in der ersten Antriebsrichtung und die Anfangsdifferenz ΔP in der zweiten Antriebsrichtung nicht aktualisiert, nachdem sie gespeichert wurden, und manchmal werden sie aktualisiert, wenn die Bedingung erfüllt ist, dass der Betrag des Umfangs der Bewegung des ersten Positionserfassungswerts DP1 des bewegten Teils WA, der von dem ersten Positionserfassungsteil 11 erfasst wird, in der ersten Antriebsrichtung den Wert des Spiels C oder einen höheren Wert hat.
8 zeigt ein weiteres Flussdiagramm zum Prüfen, ob das bewegte Teil und das mitgenommene Teil aneinander anliegen, und zwar in einer vergleichbaren Darstellung wie in 3. Ein Bit wird gesetzt, siehe 8, das angibt, dass die Anfangsdifferenz nicht mehr gespeichert wird, wenn sie ein Mal gespeichert wurde, und dann nicht aktualisiert wird. Ist das Bit gesetzt, so wird sie nicht aktualisiert (Schritt S21a, S25a). Wie in den Schritten S24' und S28' in 8 dargestellt ist, werden Bits bevorzugt für die erste Antriebsrichtung und die zweite Antriebsrichtung bereitgestellt.
Nun zurück zu 2. Im Schritt S16 wird untersucht, ob die Differenz ΔP der Anfangsdifferenz ΔP0 in der Antriebsrichtung, die gerade gefordert wird, in dem Halteabschnitt 33 gehalten wird. Ist sie nicht gehalten, so geht die Routine zum Schritt S17 über. In diesem Fall bedeutet dies, dass in der Vergangenheit der Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB nicht an den Vorsprüngen A1 oder A2 angelegen ist, und zwar in der Antriebsrichtung, die das bewegte Teil WA fordert. Das benötigte Spiel ist nicht bekannt. Daher setzt der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 die Spielkorrekturgröße auf null.
Wird dagegen die Differenz ΔP im Halteabschnitt 33 gehalten, so geht die Routine zum Schritt S18 über. In diesen Fall wird gezeigt, welcher der Vorsprünge A1 und A2 des bewegten Teils WA den Vorsprung B des mitgenommenen Teils WB berührt hat, und zwar in der früher geforderten Antriebsrichtung. Das nötige Spiel in der Antriebsrichtung ist daher bereits erlernt. Im Schritt S18 setzt der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 die Spielkorrekturgröße als Anfangsdifferenz ΔP0 in der geforderten Antriebsrichtung minus der momentanen Differenz ΔP.
In diesem Zusammenhang wird, siehe 1, die Spielkorrekturgröße, die der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 erzeugt, im Addierer 22 zur ersten Positionsdifferenz ΔP1 addiert. Zudem wird der addierte Wert über den Addierer 23 an den Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt 24 geliefert, in dem ein Geschwindigkeitssollwert CV erzeugt wird (Schritt S19). Schließlich wird in dem Drehmomentsollwert-Erstellungsabschnitt 26 ein Drehmomentsollwert erstellt.
Auf diese Weise werden in der Erfindung die Differenz ΔP zwischen den aktuellen Positionen des bewegten Teils WA und des mitgenommenen Teils WB und die Anfangsdifferenz ΔP0, die im Halteabschnitt 33 gehalten wird, als Ausgangspunkt zum Berechnen der Spielkorrekturgröße verwendet. Damit kann man die bestmögliche Spielkorrekturgröße für die aktuellen Positionen des bewegten Teils WA und des mitgenommenen Teils WB erzeugen.
Hierzu wurde in 3 der Betrag des ersten Positionserfassungswerts DP1 als Grundlage zum Prüfen der Berührung des Teils WA und des mitgenommenen Teils WB verwendet. Man kann jedoch auch andere Faktoren als Grundlage zum Prüfen der Berührung des bewegten Teils WA und des mitgenommenen Teils WB verwenden.
5 zeigt ein zweites Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen. Bei den in 5 dargestellten Schritten werden Schritte, die bereits in 3 erklärt wurden, nicht erneut beschrieben.
Wird in 5 im Schritt S21 die Antwort JA erhalten, so geht die Routine zum Schritt S22 über. Im Schritt S22 werden eine Anzahl aufeinander folgender Geschwindigkeitssollwerte CV oder Geschwindigkeitserfassungswerte DV als Ausgangspunkt zum Berechnen des Beschleunigungsgrads A für die erste oder zweite Antriebsrichtung verwendet. Diese Berechnung erfolgt durch den Prüfabschnitt 32. Der Betrag des Beschleunigungsgrads A wird mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Dieser vorbestimmte Grenzwert ist null oder ein positiver Wert nahe bei null. Ist der Betrag des Beschleunigungsgrads A kleinergleich einem vorbestimmten Grenzwert, so geht die Routine auf den Schritt S24 über.
Wird im Schritt S25 die Antwort JA erhalten, so geht die Routine zum Schritt S26 über. Der Betrag des Beschleunigungsgrads A, der für die erste oder zweite Antriebsrichtung berechnet wurde, wird mit dem genannten vorbestimmten Grenzwert verglichen. Ist der Betrag des Beschleunigungsgrads A kleinergleich einem vorbestimmten Grenzwert, so geht die Routine auf den Schritt S28 über.
Ist im Schritt S22 und im Schritt S26 der Betrag des Beschleunigungsgrads A kleinergleich einem vorbestimmten Grenzwert, so kann man feststellen, dass sich das bewegte Teil WA im Allgemeinen mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegt und nahezu keine Beschleunigung oder Verzögerung auftritt. In einem solchen Fall kann man feststellen, dass keine Beschleunigung oder Verzögerung vorhanden ist, die eine Verformung der Bewegungsachse des bewegten Teils WA verursacht hat (Spindel N).
Ist im Schritt S22 und im Schritt S26 der Betrag des Beschleunigungsgrads A kleinergleich einem vorbestimmten Grenzwert, so geht die Routine auf den Schritt S24 bzw. den Schritt S28 über, in dem die Differenz ΔP als Anfangsdifferenz ΔP0 gehalten wird. Wird eine solche Anfangsdifferenz ΔP0 als Grundlage zum Erzeugen der Spielkorrekturgröße verwendet, so kann man eine exakte Spielkorrekturgröße finden, die von keiner Beschleunigung oder Verzögerung beeinflusst wird.
Auch in diesem Fall wird wie oben beschrieben die Anfangsdifferenz manchmal aktualisiert und manchmal nicht. 9 zeigt noch ein weiteres Flussdiagramm zum Prüfen, ob das bewegte Teil und das mitgenommene Teil aneinander anliegen. Diese Ansicht gleicht 5. Ein Bit wird gesetzt, siehe 9, das angibt, dass die Anfangsdifferenz gehalten wird. Ist das Bit gesetzt, so wird die Differenz nicht aktualisiert (Schritt S21a, S25a). Wie in den Schritten S24' und S28' dargestellt ist, werden Bits bevorzugt für die erste Antriebsrichtung und die zweite Antriebsrichtung bereitgestellt.
Man kann jedoch auch andere Faktoren als Grundlage zum Prüfen der Berührung des bewegten Teils WA und des mitgenommenen Teils WB verwenden. 6 zeigt ein drittes Flussdiagramm zum Prüfen, ob ein bewegtes Teil und ein mitgenommenes Teil aneinander anliegen. Bei den in 6 dargestellten Schritten werden Schritte, die bereits in 3 oder 5 erklärt wurden, nicht erneut beschrieben.
Wird im Schritt S22 in 6 die Antwort JA erhalten, so geht die Routine zum Schritt S23 über. Im Schritt S23 wird untersucht, ob die Differenz ΔP in der ersten Antriebsrichtung im Halteabschnitt 33 gehalten wird. Zudem wird im Schritt S23 der Betrag der Geschwindigkeit, die im Halteabschnitt 33 gehalten wird, mit dem Betrag der momentanen Geschwindigkeit verglichen. Die gehaltene Geschwindigkeit und die momentane Geschwindigkeit können entweder der Geschwindigkeitssollwert CV oder der Geschwindigkeitserfassungswert DV sein. Es ist jedoch vorausgesetzt, dass die gleichen Geschwindigkeitstypen verglichen werden, beispielsweise der gehaltene Geschwindigkeitssollwert CV und der momentane Geschwindigkeitssollwert CV.
Ist die Differenz ΔP, die in der ersten Antriebsrichtung im Halteabschnitt 33 gehalten wird, oder der Betrag der Geschwindigkeit, die im Halteabschnitt 33 gehalten wird, größer als der Betrag der aktuellen Geschwindigkeit, so geht die Routine zum Schritt S24' über. Im Schritt S24' wird die Differenz ΔP in der ersten Antriebsrichtung als Anfangsdifferenz ΔP0 gehalten. Zudem wird im Schritt S24' die aktuelle Geschwindigkeit im Halteabschnitt 33 gehalten.
Wird im Schritt S26 in 6 die Antwort JA erhalten, so geht die Routine zum Schritt S27 über. Ist die Differenz ΔP, die in der zweiten Antriebsrichtung im Halteabschnitt 33 gehalten wird, oder der Betrag der Geschwindigkeit, die im Halteabschnitt 33 gehalten wird, größer als der Betrag der aktuellen Geschwindigkeit, so geht die Routine zum Schritt S28' über. Im Schritt S28' wird die Differenz ΔP in der zweiten Antriebsrichtung als Anfangsdifferenz ΔP0 gehalten, und die aktuelle Geschwindigkeit wird im Halteabschnitt 33 gehalten.
Erhält man im Schritt S23 und im Schritt S27 die Antwort JA, so ist die aktuelle Geschwindigkeit des bewegten Teils WA kleiner als die gehaltene Geschwindigkeit. Ist die Geschwindigkeit des bewegten Teils WA in diesem Sinn klein, so ist auch die Verformung der Spindel N gering. Daher wird in dem Flussdiagramm in 6 eine Geschwindigkeit verwendet, bei der man erwartet, dass die Verformung der Spindel N gering ist. Verwendet man die Anfangsdifferenz, die im Schritt S24' oder Schritt S28' gehalten wurde, als Grundlage zum Erzeugen der Spielkorrekturgröße, so erhält man eine exakte Spielkorrekturgröße, die nicht von der Verformung der Spindel N beeinflusst wird.
Die Spielkorrekturgröße, die der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 berechnet, wird niemals größer als das Spiel C. Auch dann, wenn der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 eine Spielkorrekturgröße erzeugt hat, die größer ist als das Spiel C, begrenzt der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 bevorzugt die erzeugte Spielkorrekturgröße auf den Wert des Spiels oder weniger. Dadurch kann man verhindern, dass eine ungewöhnlich große Spielkorrekturgröße berechnet wird.
7 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm eines Motorregelsystems einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In 7 werden der erste Positionserfassungswert DP1 aus dem ersten Positionserfassungsteil 11 und der zweite Positionserfassungswert DP2 aus dem zweiten Positionserfassungsteil 12 direkt in den Differenzberechnungsabschnitt 31 eingegeben. Zudem wird die Spielkorrekturgröße, die der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt 34 wie oben beschrieben erzeugt, im Addierer 22 zum Geschwindigkeitssollwert CV addiert. In diesem Fall kann ein geeigneter Konvertierungskoeffizient mit der Spielkorrekturgröße multipliziert werden. Natürlich kann man auch in diesem Fall die erklärten vorteilhaften Auswirkungen erhalten.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Differenz zwischen den aktuellen Positionen des bewegten Teils und des mitgenommenen Teils und die Anfangsdifferenz als Grundlage zum Berechnen der Spielkorrekturgröße verwendet. Damit kann man die bestmögliche Spielkorrekturgröße für die aktuellen Positionen des bewegten Teils und des mitgenommenen Teils erzeugen.
Bewegt sich gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung das bewegte Teil um das Spiel oder mehr, so wird festgestellt, dass das bewegte Teil am mitgenommenen Teil anliegt. Damit kann man zuverlässiger feststellen, dass das bewegte Teil am mitgenommenen Teil anliegt.
Bewegt sich das bewegte Teil mit konstanter Geschwindigkeit, so tritt nahezu keine Einwirkung einer Beschleunigung oder Verzögerung auf. Daher erfolgt gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung keine Verformung der Bewegungsachse des bewegten Teils durch eine Beschleunigung oder Verzögerung, und man kann die Spielkorrekturgröße exakt ermitteln.
Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung werden sowohl der Positionserfassungswert des ersten Positionserfassungsteils, das die Position des bewegten Teils erfasst, als auch der Positionserfassungswert des zweiten Positionserfassungsteils, das die Position des mitgenommenen Teils erfasst, zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssollwerts verwendet, damit man einen Geschwindigkeitssollwert erzeugen kann, der auch dann von Schwingungen nicht beeinflusst wird, wenn das Spiel zwischen dem bewegten Teil und dem mitgenommenen Teil groß ist.
Gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung kann durch das Verwenden sowohl der Abweichung der ersten Positionsdifferenz als auch der Abweichung der zweiten Positionsdifferenz zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssollwerts und durch das Regeln der Position mit dem Positionserfassungswert aus dem ersten Positionserfassungsteil bei großen Veränderungen der Positionsdifferenz das bewegte Teil stabil bewegt werden, und durch das Regeln der Position mit dem Positionserfassungswert aus dem zweiten Positionserfassungsteil bei kleinen Veränderungen der Positionsdifferenz kann die Präzision der Position des bewegten Teils erhöht werden.
Die Verformung der Bewegungsachse des bewegten Teils ist umso geringer je kleiner die Geschwindigkeit des bewegten Teils ist. Daher kann gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung durch das Verwenden einer Geschwindigkeit, die zu einer geringeren Verformung der Bewegungsachse des bewegten Teils führt, die Spielkorrekturgröße exakter bestimmt werden.
Gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung wird die Spielkorrekturgröße nie größer als das Spiel. Durch das Begrenzen der Spielkorrekturgröße auf den Wert des Spiels oder weniger kann man verhindern, dass eine ungewöhnlich große Spielkorrekturgröße berechnet wird.
Zum Erklären der Erfindung wurden charakteristische Ausführungsformen verwendet. Fachleute könne jedoch die genannten Abwandlungen und weitere Abwandlungen, Vereinfachungen und Zusätze vornehmen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3389417 [0007]
JP 3703664 [0007]

Claims

Motorregelsystem, das ein Spiel zwischen einem bewegten Teil korrigiert, das von einem Motor angetrieben wird, und einem mitgenommenen Teil, das von dem bewegten Teil betätigt wird, umfassend: ein erstes Positionserfassungsteil (11), das eine Position des bewegten Teils erfasst; ein zweites Positionserfassungsteil (12), das eine Position des mitgenommenen Teils erfasst; einen Differenzberechnungsabschnitt (31), der die Differenz zwischen einem ersten Positionserfassungswert, den das erste Positionserfassungsteil erfasst, und einem zweiten Positionserfassungswert berechnet, den das zweite Positionserfassungsteil erfasst; einen Prüfabschnitt (32), der feststellt, ob das bewegte Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn das bewegte Teil aus irgendeiner Anfangsposition in einer ersten Antriebsrichtung und in einer zweiten Antriebsrichtung entgegengesetzt zur ersten Antriebsrichtung bewegt wird; einen Halteabschnitt (33), der die vom Differenzberechnungsabschnitt berechnete Differenz als Anfangsdifferenz hält, die mit der ersten Antriebsrichtung oder der zweiten Antriebsrichtung verknüpft ist, falls der Prüfabschnitt feststellt, dass das bewegte Teil am mitgenommenen Teil anliegt; und einen Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt (34), der eine Spielkorrekturgröße für das Spiel berechnet, wobei der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt die Differenz, die der Differenzberechnungsabschnitt aus den aktuellen Positionen des bewegten Teils und des mitgenommenen Teils berechnet, und die Anfangsdifferenz, die der Halteabschnitt hält, zum Berechnen der Spielkorrekturgröße verwendet.
Motorregelsystem nach Anspruch 1, wobei der Prüfabschnitt feststellt, dass das bewegte Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn sich das bewegte Teil in der ersten Antriebsrichtung oder der zweiten Antriebsrichtung um das Spiel oder mehr bewegt hat.
Motorregelsystem nach Anspruch 2, wobei der Prüfabschnitt feststellt, dass das bewegte Teil an dem mitgenommenen Teil anliegt, wenn sich das bewegte Teil mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegt hat.
Motorregelsystem nach Anspruch 1, zudem umfassend: einen Positionssollwert-Erstellungsabschnitt (20), der einen Positionssollwert des mitgenommenen Teils erzeugt, und einen Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt (24), der eine erste Positionsdifferenz zwischen dem Positionssollwert und dem ersten Positionserfassungswert und eine zweite Positionsdifferenz zwischen dem Positionssollwert und dem zweiten Positionserfassungswert als Grundlage zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssollwerts verwendet.
Motorregelsystem nach Anspruch 4, wobei der Geschwindigkeitssollwert-Erstellungsabschnitt ein Tiefpassfilter (29) auf eine Abweichung zwischen der zweiten Positionsdifferenz und der ersten Positionsdifferenz anwendet und die erste Positionsdifferenz dazu addiert, um den Geschwindigkeitssollwert zu erzeugen.
Motorregelsystem nach Anspruch 4, wobei der Halteabschnitt zudem Geschwindigkeitssollwerte in der ersten Antriebsrichtung und der zweiten Antriebsrichtung hält, und, falls der aktuelle Geschwindigkeitssollwert kleiner ist als ein gehaltener Geschwindigkeitssollwert, den aktuellen Geschwindigkeitssollwert als neuen Geschwindigkeitssollwert hält.
Motorregelsystem nach Anspruch 1, wobei der Korrekturgrößen-Berechnungsabschnitt die Korrekturgröße des Spiels auf die Spielgröße oder weniger begrenzt.