DE3408173A1

DE3408173A1 - Ueberwachung von antriebsregelkreisen bei rechnergesteuerten werkzeugmaschinen oder industrierobotern

Info

Publication number: DE3408173A1
Application number: DE19843408173
Authority: DE
Inventors: Horst Gose; Wolfgang Dr. Papiernik; Jürgen-Andreas 8520 Erlangen Reimann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1984-03-06
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE3408173C2

Description

Uberwachung von Antriebsregelkreisen bei rechnerge-
steuerten Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern Die Erfindung bezieht sich auf eine Uberwachung von Antriebsregelkreisen bei rechnergesteuerten Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern, bei der Ist- und Sollwerte miteinander in Beziehung gesetzt sind.
Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Uberwachungsanordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 27 29 372 bekannt ist.
Es sind rechnergeführte numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen von einem Lagemeßsystem in vorgegebenen Intervallen Teilistwerte erfaßt, in den Rechner eingegeben und zu einem Gesamtistwert summiert werden, der mit einem Lagesollwert verglichen wird, wobei der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für die Antriebseinheit umgesetzt wird. Um Störungen zu erfassen, wird überwacht, ob der Schleppabstand einen vorbestimmten Wert überschreitet; ferner wird auch noch überwacht, ob das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert bestimmte Grenzen überschreitet (vgl. DE-AS 27 29 372).
Mit derartigen Uberwachungen kann erfaßt werden, ob sich Istwerte zu weit von ihren zugehörigen Sollwerten entfernen, aber nicht oder nur sehr schwer, ob der tatsächliche Istwert einen Verlauf im Hinblick auf eine Sollwertänderung hat, die mit dem zu erwartenden, d.h.
im Regelfall gewünschten und für den Normalbetrieb re- präsentativen zeitlichen Verlauf übereinstimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine betriebsmäßige dynamische Uberwachung der Antriebsregelkreise zu schaffen, mit der sich auf einfache Weise erfassen läßt, ob sich die Istwerte zeitlich in vorgeschriebener Weise im Hinblick auf die entsprechenden Sollwerte ändern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst: a) Es ist ein diskretes Streckenmodell der betreffenden Regelstrecke im Rechner gespeichert; b) der aus dem Sollwert der Regelgröße der Regelstrecke resultierende tatsächliche Istwert der Regelgröße und der aus dem Sollwert der Regelgröße anhand des Streckenmodells geschätzte zugehörige Istwert sind zu diskreten Zeitpunkten miteinander vergleichbar, und c) eine Abweichung des tatsächlichen Istwertes vom geschätzten Istwert, die ein vorgebbares Toleranzband überschreitet, dient als Indiz für einen Fehler.
Auf diese Weise können Fehler im Antriebssystem, z.B.
ein unzulässig abgenutztes Lager oder ein Fehler im Wegmeßsystem, erkannt und ein entsprechendes Störsignal ausgegeben werden.
Wie bemerkt, ist das Systemmodell als Differenzengleichung im Rechner hinterlegt, wobei die Modellordnung der gewünschten Modellgenauigkeit anzupassen ist. Die Differenzengleichung kann bei Systamemit konstanten Parametern, wie z.B. Werkzeugmaschinen, einmal bei der Inbetriebnahmephase (z.B. nach der Methode der kleinsten Quadrate) bestimmt werden. Falls das System zeitveränderliche Parameter enthält, wie z.B. bei Robotern durch deren veränderliche Ausladung, kann das Modell durch ein on-line-Identifikationsverfahren fortlaufend korrigiert werden. Die ermittelten Parameter sind dann ständig einer Plausibilitätskontrolle zu unterziehen (z.B. Uberwachung auf Grenzwerte).
Mit der vorstehend beschriebenen Methode ist nicht nur eine SystemUberwachung möglich, sondern es ist auch eine betriebsmäßige Eingrenzung des Fehlers möglich. Sei z.B.
angenommen, daß in einem kaskadierten Lagedrehzahlregel system ein Fehler im Gesamtsystem erkannt wird, so kann dann anhand eines Streckenteilmodells der Drehzahlregelstrecke auch ermittelt werden, ob der Fahler in diesem Teil liegt. Auf diese Weise kann eine Systemdiagnose, z.B. von entfernten Leitzentralen her, vorgenommen werden.
Da das Modell die Strecke dynamisch nachbildet, kann das Modell auch zur Konturenüberwachung verwendet werden, d.h. zur Uberwachung, ob die Bahn des Werkzeuges am zu fertigenden Werkstück innerhalb eines vorgeschriebenen Toleranzbandes verläuft.
Regelungstechnisch wird dies dadurch erreicht, daß entweder das Programm vorab simuliert wird, oder jeweils betriebsmäßig kurz vorher - schneller als in Echtzeit -simuliert wird und überprüft wird, ob der zu erwartende Istwert zu weit vom gewünschten Sollwert abweicht. Falls dies der Fall sein sollte, kann dann z.B. in der nachfolgenden wirklichen Bearbeitung an den betreffenden Stellen die Bahngeschwindigkeit verringert-werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 ein Schaltbild der Uberwachungsanordnung, und Figur 2 den zeitlichen Ablauf der Uberwachung.
Bei der in Figur 1 schematisch umrandet gezeichneten Regalstrecke 2 werden Lagesollwert soll, der aus einer Rechnersteuerung 1 stammt und Lageistwert xSt, der von einem mit dem Antriebsmotor 25 gekuppelten Wegistgeber 27 stammt, miteinander in einem Lageregler 21 verglichen und zur Bildung des Drehzahlsollwertes n5011 benutzt.
Dieser Drehzahlsollwert n5011 dient zusammen mit dem vom Geber 27 ebenfalls abgeleiteten Drehzahlistwert nist zur Bildung des Stromsllwertes i5011 im Drehzahlregler 22. Stromsollwert iSoll und Stromistwert iist im Ankerkreis der Maschine 25 werden miteinander verglichen und in einem Stromregler 23 zur Bildung des Steuersignals für ein Thyristorstellglied 24 benutzt, das seinerseits die Maschine 25 entsprechend speist. Die Maschine 25 dient z.B. zum Vorschub eines schematisch angedeuteten Werkzeugschlittens 26.
Regelstrecken mit derartigen kaskadierten Regelkreisen unter Einbeziehung einer Rechnersteuerung sind bekannt (vgl. z.B. die DE-AS 27 29 372), wobei in diesem Zusammenhang noch bemerkt sei, daß nur der Einfachheit halber Teile der Strecke, wie Lageregler und Drehzahlregler, als diskrete Bausteine dargestellt sind. In Wirklichkeit können auch diese Bausteine im Rechner 1 integriert sein.
Zusätzlich ist noch in der Rechnersteuerung 1 ein Modell der eingangs beschriebenen Regelstrecke 2 gespeichert.
Dieses Modell 3 ist der Anschaulichkeit halber besonders herausgezeichnet. Wie ersichtlich, wird diesem Modell der Regelstrecke ebenfalls der Jeweilige Lagesollwert XSoll zugeführt. Anhand des Modells 3 der Regelstrecke wird hieraus der zu erwartende Istwert 1 Xist berechnet, und zwar z.B. nach folgender Beziehung: gi t (k) = aXist (k + bxSoll (k-1) wenn die Regelstrecke durch ein Verzögerungsglied erster Ordnung approximiert wird.
Hierbei ist mit k der Wert zum diskreten Zeitpunkt und mit k-1 der betreffende Wert zum diskreten Abtastzeitpunkt vorher bezeichnet. Die Größen a und b sind Parameter, die sich aus dem Jeweiligen System ergeben.
In Worten ausgedrückt: es wird also der Jeweils zu erwartende Istwert aus dem Istwert zum vorhergehenden Abtastzeitpunkt und dem vorliegenden Sollwert zum vorhergehenden Abtastzeitpunkt bestimmt.
Dieser berechnete (geschätzte) Istwert Mist wird mit dem zugehörigen tatsächlichen Istwert Xist in einem Baustein 4 verglichen und festgestellt, ob die Differenz innerhalb eines vorgeschriebenen Toleranzbandes der Breite £ liegt. Falls der tatsächliche Istwert und der zu erwartende Istwert zu weit auseinanderklaffen, wird, wie durch die Leuchte 41 angedeutet, ein Fehlersignal ausgegeben. Gleichzeitig wird dieser Fehler über die Leitung 42 in die Rechnersteuerung 1 zurückgemeldet und für weitere Uberwachungs- und Diagnosemaßnahmen benutzt.
Falls die Abweichung kleiner als ein vorgeschriebenes Toleranzband 6 ist, so werden in nachfolgenden Schritten die Rechenwerte aktualisiert und erneut wieder der nächste zu erwartende Istwert berechnet. Der zeitliche Ablauf dieses Verfahrens ist aus Figur 2 nochmals ersichtlich.
Wie bereits bemerkt, kann die vorstehend beschriebene Uberwachung nicht nur zur Aufdeckung von Fehlern im Gesamtsystem während des Betriebes verwendet werden, sondern auch um betriebsmäßig eine Diagnose durchzuführen. Beispielsweise ist es möglich, wie durch das Bezugszeichen 5 angedeutet, ein Teilmodell der Dreh- zahlregelstrecke herzustellen und hier das Verhältnis A vom geschätzten nist zum tatsächlichen Istwert nist ebenfalls zu überprüfen.
3 Patentansprüche 2 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche B Uberwachung von Antriebsregelkreisen bei rechnergesteuerten Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern, bei der Ist- und Sollwerte miteinander in Beziehung gesetzt sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) es ist ein diskretes Streckenmodell (3) der betreffenden Regelstrecke (2) im Rechner (1) gespeichert; b) der aus dem Sollwert (soll) der Regelgröße der Regelstrecke resultierende tatsächliche Istwert (rist) der Regelgröße und der aus dem Sollwert (Ysoll) der Regelgröße anhand des Streckenmodells geschätzte Istwert (rist) sind zu diskreten Zeitpunkten miteinander vergleichbar, c) eine Abweichung des tatsächlichen Istwertes (Xist) vom geschätzten Istwert (§ist) die ein vorgegebenes Toleranzband ( £) überschreitet, dient als Indiz für einen Fehler.
2. Überwachung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß anhand von Teilmodellen der Strecke tatsächliche und geschätzte Istwerte der betreffenden Teilstrecke (5) miteinander auf Fehler vergleichbar sind.
3. Uberwachung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß Sollwerte (soll) und errechnete zugehörige Istwerte (rist) miteinander vergleichbar sind und auf eine vergebbare Abweichung voneinander durch Veränderung der Geschwindigkeit der Sollwertvorgabe einregelbar sind.